CN117294150A - 一种开关电源以及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种开关电源以及电子设备，该开关电源包括：逆变模块，逆变模块的输入端被配置为接收第一直流信号；谐振模块，谐振模块的输入端连接逆变模块的输出端；变压模块，变压模块的输入端连接谐振模块的输出端；整流模块，整流模块的输入端连接变压模块的输出端，整流模块的输出端被配置为输出第二直流信号；控制模块，连接逆变模块的控制端，控制模块被配置为输出恒定频率的控制信号至逆变模块的控制端，以使谐振模块工作在谐振点。通过上述方式，能够保证开关电源输出电压的稳定。
Description
技术领域
本申请涉及电子电路技术领域，具体涉及一种开关电源以及电子设备。
背景技术
开关电源是一种广泛应用于各种电子设备中的电源。
一般的LLC开关电源的控制方法是采用光耦作为初、次级的隔离反馈信号，现有的LLC开关电源技术路线主要包括采用光耦隔离反馈回路，将输出电压的采样值反馈到控制芯片的反馈端，从而调节开关管的开关频率，实现输出电压的稳定，属于变频控制。而光耦的耐压等级为5kV，因此无法满足初、次级高耐压使用需求。
发明内容
为解决上述问题，本申请提供一种开关电源以及电子设备，能够保证开关电源输出电压的稳定，实现初、次级高耐压使用需求。
本申请采用的一个技术方案是：提供一种开关电源，该开关电源包括：逆变模块，逆变模块的输入端被配置为接收第一直流信号；谐振模块，谐振模块的输入端连接逆变模块的输出端；变压模块，变压模块的输入端连接谐振模块的输出端；整流模块，整流模块的输入端连接变压模块的输出端，整流模块的输出端被配置为输出第二直流信号；控制模块，连接逆变模块的控制端，控制模块被配置为输出恒定频率的控制信号至逆变模块的控制端，以使谐振模块工作在谐振点。
在一实施例中，控制模块包括：开关控制芯片，开关控制芯片的输出端连接逆变模块的控制端；外围电路，连接开关控制芯片的反馈端，反馈端连接开关控制芯片内部的反馈模块。其中，外围电路被配置为调节反馈端的反馈信号，以使开关控制芯片输出恒定频率的控制信号。
在一实施例中，反馈模块包括分压模块，分压模块的第一端连接反馈端，分压模块的第二端接初级地，开关控制芯片输出的控制信号的频率由分压模块的分压节点的电压确定。
在一实施例中，外围电路被配置为调节反馈端的电压恒定。
在一实施例中，外围电路包括第一恒压源，第一恒压源的输出端连接反馈端，恒压源被配置为提供恒定电压。
在一实施例中，反馈模块包括：第一电阻，第一电阻的第一端连接反馈端；第二电阻，第二电阻的第一端连接第一电阻的第二端，第二电阻的第二端接初级地；比较器，比较器的正相输入端连接第二电阻的第一端，比较器的反相输入端被配置为输入参考电压；稳压二极管，稳压二极管的正极接初级地，稳压二极管的负极连接比较器的正相输入端。
在一实施例中，反馈模块包括第二恒压源和第三电阻，第三电阻的第一端连接反馈端，第三电阻的第二端连接第二恒压源的输出端，开关控制芯片输出的控制信号的频率由流经第三电阻的电流确定。
在一实施例中，外围电路被配置为调节反馈端的电流恒定。
在一实施例中，外围电路包括第四电阻，第四电阻的第一端连接反馈端，第四电阻的第二端接初级地。
在一实施例中，控制模块包括MCU（Micro Controller Unit）芯片，MCU芯片被配置为输出恒定频率的控制信号至逆变模块的控制端，以使谐振模块工作在谐振点。
在一实施例中，逆变模块包括：第一晶体管，第一晶体管的第一端被配置为接收第一直流信号；第二晶体管，第二晶体管的第一端连接第一晶体管的第二端，第二晶体管的第二端接初级地。
在一实施例中，控制模块包括第一驱动端和第二驱动端，第一驱动端连接第一晶体管的控制端；第二驱动端连接第二晶体管的控制端；第一驱动端被配置为输出第一控制信号，第二驱动端被配置为输出第二控制信号。
本申请采用的另一个技术方案是：提供一种电子设备，该电子设备包括上述的开关电源。
本申请提供的开关电源包括：逆变模块，逆变模块的输入端被配置为接收第一直流信号；谐振模块，谐振模块的输入端连接逆变模块的输出端；变压模块，变压模块的输入端连接谐振模块的输出端；整流模块，整流模块的输入端连接变压模块的输出端，整流模块的输出端被配置为输出第二直流信号；控制模块，连接逆变模块的控制端，控制模块被配置为输出恒定频率的控制信号至逆变模块的控制端，以使谐振模块工作在谐振点。通过上述方式，将恒定信号作为反馈信号使开关电源工作在增益恒为1的谐振频率点，实现定频控制，保证了开关电源的稳定输出，提高了初、次级间的耐压等级。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本申请提供的开关电源第一实施例的结构示意图；
图2是本申请提供的开关电源第二实施例的结构示意图；
图3是本申请提供的开关电源第三实施例的结构示意图；
图4是本申请提供的开关电源第三实施例的具体示意图；
图5是本申请提供的开关电源第四实施例的结构示意图；
图6是本申请提供的开关电源第四实施例的具体示意图；
图7是本申请提供的开关电源第五实施例的结构示意图；
图8是本申请提供的开关电源第五实施例的具体示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
参阅图1，图1是本申请提供的开关电源第一实施例的结构示意图。该开关电源1000包括逆变模块100、谐振模块200、变压模块300、整流模块400和控制模块500。
其中，逆变模块100的输入端被配置为接收第一直流信号S1；谐振模块200的输入端连接逆变模块100的输出端；变压模块300的输入端连接谐振模块200的输出端；整流模块400的输入端连接变压模块300的输出端，整流模块400的输出端被配置为输出第二直流信号S2；控制模块500连接逆变模块100的控制端，控制模块500被配置为输出恒定频率的控制信号至逆变模块100的控制端，以使谐振模块200工作在谐振点。
可选地，逆变模块100的输入端被配置为接收第一直流信号S1，并对第一直流信号S1进行处理，输出交流信号（例如方波信号）。其中，第一直流信号S1例如可以是PFC（PowerFactor Correction）升压电路提供的400V直流电压，在此不做具体限制。
可选地，谐振模块200的输入端连接逆变模块100的输出端，用于接收逆变模块100输出的交流信号。其中，谐振模块200是LLC（电感、漏感、电容串联组成的谐振电路，L指：Lnductance；C指：Capacitance）谐振电路，在LLC谐振电路呈纯电阻性时，谐振电路工作在谐振点，此时的输出电压增益为1。
可选地，变压模块300的输入端连接谐振模块200的输出端，用于将经过谐振模块200输出的一个电压等级的高频交流信号转换为另一个电压等级的高频交流信号。
可选地，整流模块400的输入端连接变压模块300的输出端，整流模块400的输出端被配置为输出第二直流信号S2。其中，整流模块400用于将变压模块300输出的高频交流信号整流后输出第二直流信号S2。
进一步，控制模块500作为开关电源1000的核心控制模块，连接逆变模块100的控制端，输出恒定频率的控制信号至逆变模块100的控制端，实现逆变模块输出的方波信号的频率恒定，使谐振模块200工作在增益为1的谐振频率点，从而让开关电源1000工作在恒定频率的谐振点。
可以理解地，通过上述方式，将控制模块500作为开关电源1000的关键中枢来对逆变模块100和谐振模块200进行控制，配合变压模块300和整流模块400，从而使开关电源1000工作在输出电压增益恒为1的谐振点，实现定频控制，保证了开关电源1000的稳定输出，提高了初、次级间的耐压等级。
参阅图2，图2是本申请提供的开关电源第二实施例的结构示意图。该开关电源1000包括逆变模块100、谐振模块200、变压模块300、整流模块400和控制模块500。
其中，逆变模块100的输入端被配置为接收第一直流信号S1；谐振模块200的输入端连接逆变模块100的输出端；变压模块300的输入端连接谐振模块200的输出端；整流模块400的输入端连接变压模块300的输出端，整流模块400的输出端被配置为输出第二直流信号S2；控制模块500连接逆变模块100的控制端，控制模块500被配置为输出恒定频率的控制信号至逆变模块100的控制端，以使谐振模块200工作在谐振点。
可选地，控制模块500包括开关控制芯片510和外围电路520，开关控制芯片510的输出端连接逆变模块100的控制端；外围电路520连接开关控制芯片510的反馈端FB（Feedback)。
具体地，外围电路520被配置为调节反馈端的反馈信号，以使开关控制芯片510输出恒定频率的控制信号。
可选的，逆变模块100包括第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，第一晶体管Q1的第一端被配置为接收第一直流信号S1；第二晶体管Q2的第一端连接第一晶体管Q1的第二端，第二晶体管Q2的第二端接初级地。
可选的，控制模块500还包括第一驱动端高侧驱动（Hdriv，High Driver）和第二驱动端低侧驱动(Ldriv，Low Driver)，第一驱动端Hdriv连接第一晶体管Q1的控制端；第二驱动端Ldriv连接第二晶体管Q2的控制端。第一驱动端Hdriv被配置为输出第一控制信号，第二驱动端Ldriv被配置为输出第二控制信号。
具体地，第一驱动端Hdriv和第二驱动端Ldriv控制第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的开关的频率，从而调节逆变模块100的交流信号的输出频率。
参阅图3，图3是本申请提供的开关电源第三实施例的结构示意图。该开关电源1000包括：逆变模块100、谐振模块200、变压模块300、整流模块400和控制模块500。
其中，逆变模块100的输入端被配置为接收第一直流信号；谐振模块200的输入端连接逆变模块100的输出端；变压模块300的输入端连接谐振模块200的输出端；整流模块400的输入端连接变压模块300的输出端，整流模块400的输出端被配置为输出第二直流信号；控制模块500连接逆变模块100的控制端，控制模块500被配置为输出恒定频率的控制信号至逆变模块100的控制端，以使谐振模块200工作在谐振点。
可选地，开关控制芯片510的反馈模块包括分压模块511，分压模块511的第一端连接反馈端FB，分压模块511的第二端接初级地。具体地，开关控制芯片510输出的控制信号的频率由分压模块511的分压节点的电压确定。
可选地，开关控制芯片510的反馈模块还包括比较器A1、稳压二极管Z1、第一电阻R1和第二电阻R2。
具体地，比较器A1的正相输入端连接第二电阻R2的第一端，比较器A1的反相输入端被配置为输入参考电压；稳压二极管Z1的正极接地，稳压二极管Z1的负极连接比较器A1的正相输入端；第一电阻R1的第一端连接反馈端FB；第二电阻R2的第一端连接第一电阻R1的第二端，第二电阻R2的第二端接初级地。
可选地，外围电路520包括第一恒压源Vf，第一恒压源Vf的输出端连接反馈端FB，第一恒压源Vf被配置为提供恒定电压。
参阅图4，图4是本申请提供的开关电源第三实施例的具体示意图。
其中，逆变模块100包括PFC电路、第一电容C1、第一MOS管Q1和第二MOS管Q2；谐振模块200包括第一电感Lr、第二电容C2和第二电感Lm；变压模块300包括变压器T1；整流模块400包括第一二极管D1、第二二极管D2和第三电容C3；控制模块500包括第一驱动端HDriv、第二驱动端LDriv、第一电阻R1、第二电阻R2、稳压二极管Z1、比较器A1和第一恒压源Vf。
具体地，PFC电路与第一电容C1并联；第一MOS管Q1的漏极连接PFC电路的正极，第二MOS管Q2的源极与PFC的负极相连并接初级地，第一MOS管Q1的源极与第二MOS管Q2的漏极相连并与第一电感Lr的第一端相连；第一电感Lr的第二端与T1的初级绕组的第一端和第二电感Lm的第一端相连，第二电感Lm的第二端连接第二电容C2的第一端和T1的初级绕组的第二端，第二电容C2的第二端接初级地；T1次级绕组的第一端连接第一二极管D1的正极，T1次级绕组的第三端连接第二二极管D2的正极；第一二极管D1和第二二极管D2的负极连接在一起与第三电容C3的正极相连，第三电容C3的负极接次级地并与T1次级绕组的第二端相连；第一驱动端HDriv连接第一MOS管Q1的栅极，第二驱动端LDriv连接第二MOS管Q2的栅极；开关控制芯片的反馈模块的第一电阻R1的第一端连接反馈端FB，第二电阻R2的第一端连接第一电阻R1的第二端，第二电阻R2的第二端接地，比较器A1的正相输入端连接第二电阻R2的第一端，比较器A1的反相输入端被配置为输入参考电压0.5V，稳压二极管Z1的正极接地，稳压二极管Z1的负极连接比较器A1的正相输入端；外围电路的第一恒压源Vf的正极连接反馈端FB，第一恒压源Vf的负极连接初级地。
参阅图5，图5是本申请提供的开关电源第四实施例的结构示意图。该开关电源1000包括：逆变模块100、谐振模块200、变压模块300、整流模块400和控制模块500。
其中，逆变模块100的输入端被配置为接收第一直流信号；谐振模块200的输入端连接逆变模块100的输出端；变压模块300的输入端连接谐振模块200的输出端；整流模块400的输入端连接变压模块300的输出端，整流模块400的输出端被配置为输出第二直流信号；控制模块500连接逆变模块100的控制端，控制模块500被配置为输出恒定频率的控制信号至逆变模块100的控制端，以使谐振模块200工作在谐振点。
可选地，开关控制芯片510的反馈模块包括第二恒压源Vs和第三电阻R3，第三电阻R3的第一端连接反馈端FB，第三电阻R3的第二端连接第二恒压源Vs的输出端，开关控制芯片510输出的控制信号的频率由流经第三电阻R3的电流确定。
可选地，外围电路520包括第四电阻R4，第四电阻R4的第一端连接反馈端FB，第四电阻R4的第二端接初级地。
参阅图6，图6是本申请提供的开关电源第四实施例的具体示意图。
其中，逆变模块100包括PFC电路、第一电容C1、第一MOS管Q1和第二MOS管Q2；谐振模块200包括第一电感Lr、第二电容C2和第二电感Lm；变压模块300包括变压器T1；整流模块400包括第一二极管D1、第二二极管D2和第三电容C3；控制模块500包括第一驱动端高端驱动HDriv、第二驱动端低端驱动LDriv、第三电阻R3、第四电阻R4和第二恒压源Vs。
PFC电路与第一电容C1并联；第一MOS管Q1的漏极连接PFC电路的正极，第二MOS管Q2的源极与PFC电路的负极相连并接初级地，第一MOS管Q1的源极与第二MOS管Q2的漏极相连并与第一电感Lr的第一端相连；第一电感Lr的第二端与T1的初级绕组的第一端和第二电感Lm的第一端相连，第二电感Lm的第二端连接第二电容C2的第一端和T1的初级绕组的第二端，第二电容C2的第二端接初级地；T1次级绕组的第一端连接第一二极管D1的正极，T1次级绕组的第三端连接第二二极管D2的正极；第一二极管D1和第二二极管D2的负极连接在一起与第三电容C3的正极相连，第三电容C3的负极接次级地并与T1次级绕组的第二端相连；第一驱动端HDriv连接第一MOS管Q1的栅极，第二驱动端LDriv连接第二MOS管Q2的栅极，第三电阻R3的第一端连接反馈端FB，第三电阻R3的第二端连接第二恒压源Vs的正极，第二恒压源Vs的负极接地，第四电阻R4的第一端连接反馈端FB，第四电阻R4的第二端接初级地。
参阅图7，图7是本申请提供的开关电源第五实施例的结构示意图。该开关电源1000包括：逆变模块100、谐振模块200、变压模块300、整流模块400和控制模块500。
其中，逆变模块100的输入端被配置为接收第一直流信号；谐振模块200的输入端连接逆变模块100的输出端；变压模块300的输入端连接谐振模块200的输出端；整流模块400的输入端连接变压模块300的输出端，整流模块400的输出端被配置为输出第二直流信号；控制模块500连接逆变模块100的控制端，控制模块500被配置为输出恒定频率的控制信号至逆变模块100的控制端，以使谐振模块200工作在谐振点。
可选地，控制模块500包括MCU芯片，MCU芯片被配置为输出恒定频率的控制信号至逆变模块100的控制端，以使谐振模块200工作在谐振点。
参阅图8，图8是本申请提供的开关电源第五实施例的具体示意图。
其中，逆变模块100包括PFC电路、第一电容C1、第一MOS管Q1和第二MOS管Q2；谐振模块200包括第一电感Lr、第二电容C2和第二电感Lm；变压模块300包括变压器T1；整流模块400包括第一二极管D1、第二二极管D2和第三电容C3；控制模块500包括MCU芯片，MCU芯片包括第一驱动端HDriv和第二驱动端LDriv。
PFC电路与第一电容C1并联；第一MOS管Q1的漏极连接PFC电路的正极，第二MOS管Q2的源极与PFC电路的负极相连并接初级地，第一MOS管Q1的源极与第二MOS管Q2的漏极相连并与第一电感Lr的第一端相连；第一电感Lr的第二端与T1的初级绕组的第一端和第二电感Lm的第一端相连，第二电感Lm的第二端连接第二电容C2的第一端和T1的初级绕组的第二端，第二电容C2的第二端接初级地；T1次级绕组的第一端连接第一二极管D1的正极，T1次级绕组的第三端连接第二二极管D2的正极；第一二极管D1和第二二极管D2的负极连接在一起与第三电容C3的正极相连，第三电容C3的负极接次级地并与T1次级绕组的第二端相连；第一驱动端HDriv连接第一MOS管Q1的栅极，第二驱动端LDriv连接第二MOS管Q2的栅极。
本实施例的开关电源应用于电子设备时，将控制模块作为关键中枢来对逆变模块、谐振模块等进行调用，配合变压模块、整流模块，从而使开关电源工作在输出电压增益恒为1的谐振点，实现定频控制，保证了开关电源的稳定输出，提高了初、次级间的耐压等级。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括：
逆变模块，所述逆变模块的输入端被配置为接收第一直流信号；
谐振模块，所述谐振模块的输入端连接所述逆变模块的输出端；
变压模块，所述变压模块的输入端连接所述谐振模块的输出端；
整流模块，所述整流模块的输入端连接所述变压模块的输出端，所述整流模块的输出端被配置为输出第二直流信号；
控制模块，连接所述逆变模块的控制端，所述控制模块被配置为输出恒定频率的控制信号至所述逆变模块的控制端，以使所述谐振模块工作在谐振点。
2.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述控制模块包括：
开关控制芯片，所述开关控制芯片的输出端连接所述逆变模块的控制端；
外围电路，所述外围电路连接所述开关控制芯片的反馈端，所述反馈端连接所述开关控制芯片内部的反馈模块；
其中，所述外围电路被配置为调节所述反馈端的反馈信号，以使所述开关控制芯片输出恒定频率的控制信号。
3.根据权利要求2所述的开关电源，其特征在于，所述反馈模块包括分压模块，所述分压模块的第一端连接所述反馈端，所述分压模块的第二端接初级地，所述开关控制芯片输出的控制信号的频率由所述分压模块的分压节点的电压确定；
所述外围电路被配置为调节所述反馈端的电压恒定。
4.根据权利要求3所述的开关电源，其特征在于，所述外围电路包括第一恒压源，所述第一恒压源的输出端连接所述反馈端，所述恒压源被配置为提供恒定电压。
5.根据权利要求3所述的开关电源，其特征在于，所述反馈模块包括：
第一电阻，所述第一电阻的第一端连接所述反馈端；
第二电阻，所述第二电阻的第一端连接所述第一电阻的第二端，所述第二电阻的第二端接初级地；
比较器，所述比较器的正相输入端连接所述第二电阻的第一端，所述比较器的反相输入端被配置为输入参考电压；
稳压二极管，所述稳压二极管的正极接地，所述稳压二极管的负极连接所述比较器的正相输入端。
6.根据权利要求2所述的开关电源，其特征在于，所述反馈模块包括第二恒压源和第三电阻，所述第三电阻的第一端连接所述反馈端，所述第三电阻的第二端连接所述第二恒压源的输出端，所述开关控制芯片输出的控制信号的频率由流经所述第三电阻的电流确定；
所述外围电路被配置为调节所述反馈端的电流恒定。
7.根据权利要求6所述的开关电源，其特征在于，所述外围电路包括第四电阻，所述第四电阻的第一端连接所述反馈端，所述第四电阻的第二端接初级地。
8.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述控制模块包括MCU芯片，所述MCU芯片被配置为输出恒定频率的控制信号至所述逆变模块的控制端，以使所述谐振模块工作在谐振点。
9.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述逆变模块包括：
第一晶体管，所述第一晶体管的第一端被配置为接收所述第一直流信号；
第二晶体管，所述第二晶体管的第一端连接所述第一晶体管的第二端，所述第二晶体管的第二端接初级地；
所述控制模块包括第一驱动端和第二驱动端，所述第一驱动端连接所述第一晶体管的控制端，所述第二驱动端连接所述第二晶体管的控制端，所述第一驱动端被配置为输出第一控制信号，所述第二驱动端被配置为输出第二控制信号。
10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-9任一项所述的开关电源。
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