CN201887660U - 低功耗开关电源电路及具有所述电路的空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低功耗开关电源电路及具有所述电路的空调器，包括低功耗开关电源芯片和变压器，所述变压器初级线圈的同名端连接高压直流电源的正极，异名端通过开关电路的开关通路连接所述高压直流电源的负极；所述开关电路的控制端接收开关电源芯片输出的PWM信号；所述变压器的次级线圈连接低压直流电源输出端子，低压直流电源输出端子的正极一方面通过分压电路连接三端稳压管的参考极，另一方面通过光耦的发光侧连接三端稳压管的阴极，所述三端稳压管的阳极接地，所述光耦的受光侧连接开关电源芯片的电流反馈管脚。本实用新型采用低功耗开关电源芯片配合变压器来设计开关电源电路，可以达到降低电源待机功耗的设计目的。

Description

低功耗开关电源电路及具有所述电路的空调器

技术领域

本实用新型属于电源电路技术领域，具体地说，是涉及一种开关电源电路的设计方法以及采用所述开关电源电路设计的空调器。

背景技术

随着全球气候日益变暖，节能减排已排在各国政府工作重中之重，特别是和日常生活息息相关的家电行业，更是被置于风口浪尖。在欧美市场，低待机功耗已经和安规、EMI一起成为电子产品销往这个市场的通行证，高效率、低功耗已经成为家电产品在开发过程中必须考虑的重要因素之一。作为家电产品的主要组成部分——电源电路，其在家电产品进入待机状态后，其它部分电路都进入关闭或者休眠状态，而电源电路在这个时候仍处于工作状态，产生功耗，这个功耗在整个系统的待机功耗中占据很大的份额，因此降低电源电路的待机功耗是控制家电产品整机功耗的重要一环。

目前的空调器在设计其电控系统时，大部分采用线性电源进行电路设计，将外部交流市电转换为低压直流电源，为空调器内部的控制板和显示板上的各用电负载提供其所需的工作电压。由于线性电源的功耗较大，因此某些空调产品采用开关电源来设计电控系统，以期降低整机的待机功耗。

但是，现有采用开关电源设计的空调器，其室内机的待机功耗仍然较高，一般在3W左右，因此，很难达到待机功耗0.1W的节能环保设计要求。

实用新型内容

本实用新型针对现有电源电路待机功耗较高的问题，提出了一种低功耗的开关电源电路，以降低电源电路的待机功耗。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种低功耗开关电源电路，包括开关电源芯片和变压器，所述变压器初级线圈的同名端连接高压直流电源的正极，异名端通过开关电路的开关通路连接所述高压直流电源的负极；所述开关电源芯片为一低功耗开关电源芯片，输出PWM信号至所述开关电路的控制端，控制所述开关电路的通断时序；所述变压器的次级线圈连接低压直流电源输出端子，其中，所述低压直流电源输出端子的正极一方面通过分压电路连接一颗三端稳压管的参考极，另一方面通过一光耦的发光侧连接所述三端稳压管的阴极，所述三端稳压管的阳极连接低压直流电源输出端子的负极，所述光耦的受光侧连接在开关电源芯片的电流反馈管脚与所述高压直流电源的负极之间。

进一步的，在所述变压器的初级还包含有一初级小线圈，产生感应电压传输至所述开关电源芯片的电压反馈管脚。

优选的，所述开关电路优选采用一颗N沟道MOS管进行电路设计，将所述MOS管的漏极连接变压器初级线圈的异名端，源极连接所述高压直流电源的负极，栅极连接开关电源芯片，接收开关电源芯片输出的PWM信号。

又进一步的，所述开关电源芯片的供电管脚通过限流电阻连接一颗二极管的阴极，所述二极管的阳极连接所述高压直流电源的正极，利用高压直流电源输出的直流高压直接为所述开关电源芯片供电。

再进一步的，在所述变压器初级线圈的两端并联有RC吸收电路，所述RC吸收电路的一端连接变压器初级线圈的同名端，另一端连接一开关二极管的阴极，所述开关二极管的阳极连接变压器初级线圈的异名端，利用所述RC吸收电路可以吸收开关电路在关断瞬间产生的反向电动势。

其中，所述RC吸收电路可以由电阻和电容并联组成。

更进一步的，通过所述变压器的次级线圈感应输出的低压直流电源经开关二极管和滤波电路连接所述的低压直流电源输出端子，在所述开关二极管的两端并联有由电阻和电容串联组成的RC吸收电路，以吸收回路中的尖峰脉冲。

优选的，所述低压直流电源输出端子的正极通过由电阻和电容并联组成的RC吸收电路连接所述的分压电路，并通过所述分压电路的分压节点连接所述三端稳压管的参考极。

为了提高电源电路的电磁兼容性EMC，在所述变压器初级线圈的同名端与次级线圈的同名端之间优选进一步跨接电容，以抑制电磁干扰。

基于上述低功耗开关电源电路结构，本实用新型又提供了一种采用所述开关电源电路设计的空调器，包括室内机和室外机两部分，在所述室内机的电控系统中设置有将交流电源转换为高压直流电源的整流电路；通过整流电路输出的高压直流电源的正极连接一变压器初级线圈的同名端，变压器的异名端通过开关电路的开关通路连接所述高压直流电源的负极；所述开关电路的控制端连接一低功耗开关电源芯片，接收开关电源芯片输出的PWM信号，以确定其通断时序；所述变压器的次级线圈连接低压直流电源输出端子，其中，所述低压直流电源输出端子的正极一方面通过分压电路连接一颗三端稳压管的参考极，另一方面通过一光耦的发光侧连接所述三端稳压管的阴极，所述三端稳压管的阳极连接低压直流电源输出端子的负极，所述光耦的受光侧连接在开关电源芯片的电流反馈管脚与所述高压直流电源的负极之间。开关电源芯片根据其电流反馈管脚接收到的反馈电流大小调整其输出的PWM信号的占空比，以使通过变压器的次级线圈输出的低压直流电源能够稳定在所要求的幅值上。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型采用低功耗开关电源芯片配合变压器来设计开关电源电路，可以达到降低电源功耗的设计目的。将所述开关电源电路应用于空调器室内机的电控系统设计中，可以使得空调器的待机功耗降低到0.1W，从而满足了空调产品节能环保的设计要求。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的低功耗开关电源电路的一种实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细地描述。

实施例一，本实施例以空调产品为例进行说明。为了降低空调产品的待机功耗，本实施例在设计空调产品室内机的电控系统时，采用低功耗开关电源芯片U1与变压器T1配合设计开关电源电路，以完成从高压直流电源到后级各用电负载所需低压直流电源的稳定转换，如图1所示。其中，开关电源电路所需的高压直流电源DC可以由空调器电控系统中现有的整流电路将接入的外部交流市电AC进行整流、滤波整形后提供，图1所示，可以具体采用电阻R1、R2、电容C1～C3以及共模电感L1和整流桥D1连接组成所述的整流电路，将220V的交流市电转换为高压直流电源DC，通过整流桥D1的直流侧传输至变压器T1。变压器T1在开关电源芯片U1的通断控制下，对接收到的高压直流电源DC进行降压变换，以生成后级负载所需的低压直流电源，比如+12V的直流电压，经低压直流电源输出端子CN1传输至空调器的控制板和显示板，为其上的各用电负载供电。

具体来讲，将变压器T1初级线圈的同名端连接至高压直流电源DC的正极，初级线圈的异名端经开关电路的开关通路连接至高压直流电源DC的负极，开关电路的控制端接收低功耗开关电源芯片U1输出的PWM信号，以控制变压器T1的开关频率。在本实施例中，所述开关电路优选采用一颗N沟道MOS管Q1进行电路设计，如图1所示。将所述MOS管Q1的漏极连接至变压器T1初级线圈的异名端，源极通过电阻R8连接至高压直流电源DC的负极，或者进一步连接系统地，所述MOS管Q1的栅极通过电阻R5、R6连接开关电源芯片U1的PWM信号输出管脚(5脚)。开关电源芯片U1通过调节其输出的PWM信号的占空比，改变MOS管Q1的通断时序，进而对变压器T1的开关频率进行调整，以改变通过变压器T1的次级线圈输出的低压直流电源的幅值。

在本实施例中，所述开关电源芯片U1优选采用富士低功耗开关电源芯片FA5541或者FA 5542等具有待机功耗小于0.1W的集成芯片进行电路设计，以降低空调产品的整机待机功耗。

为了使通过变压器T1输出的低压直流电源稳定，在所述变压器T1的初级还设置有匝数较少的初级小线圈TI’，如图1所示，感应次级线圈的电压变化，生成小幅值的反馈电压，一方面通过二极管D5和电阻R14传输至开关电源芯片U1的电压反馈管脚(6脚)；另一方面通过电阻R11传输至开关电源芯片U1的另外一路电压反馈管脚(1脚)，并通过滤波电容C9接地。通过变压器T1降压输出的低压直流电源经电感L2、开关二极管D6以及由电感L 3和电容C13、C14组成的滤波网络传输至低压直流电源输出端子CN1。为了消除线路中的尖峰脉冲，使电流变化平缓，在所述开关二极管D6的两端还可以进一步并联RC吸收电路，具体可以由电阻R16和电容C12串联组成，以起到吸收尖峰脉冲的作用。通过变压器T1的次级线圈输出的低压直流电源经电阻R22串联光耦PC1的发光侧，然后进一步连接至一颗三端稳压管NJ1的阴极，所述三端稳压管NJ1的阳极连接所述低压直流电源输出端子CN1的负极，或者进一步连接系统地，三端稳压管NJ1的参考极连接由电阻R20、R21组成的分压电路的分压节点，并经分压电路连接低压直流电源输出端子CN1的正极。在开关电源工作过程中，若通过变压器T1的次级线圈输出的直流电压不稳定，则三端稳压管NJ1的导通量会发生变化，导致流过光耦PC1发光侧的电流发生变化，反映到光耦PC1的受光侧，进而引起与光耦PC1的受光侧相连接的开关电源芯片U1的电流反馈管脚(2脚)的电流发生变化。开关电源芯片U1结合其1、2、6脚检测到的反馈电压和反馈电流进行综合判断，以确定其输出的PWM信号的占空比，进而控制变压器T1的开关频率，使通过变压器T1输出的低压直流电源能够稳定在后级用电负载所要求的幅值上。

同样的，为了有效抑制引入到电源电路的尖峰脉冲，在所述低压直流电源输出端子CN1的正极与分压电路的连线中还可以进一步串联有由电阻R19和电容C15并联组成的RC吸收电路。在三端稳压管NJ1的阴极与参考极之间也同样并联有由电阻R18和电容C16、C17连接而成的RC吸收电路，共同起到吸收尖峰脉冲的作用。

对于MOS管Q1在关断瞬间产生的反向电动势，本实施例采用由电阻R3和电容C5并联组成的RC吸收电路进行吸收消除，如图1所示，并联在变压器T1初级线圈的两端。为了防止高压直流电源DC通过所述的RC吸收电路施加到MOS管Q1的漏极上，本实施例在所述RC吸收电路与变压器T1初级线圈的异名端之间还进一步串联有一颗二极管D2。所述三极管D2的阴极连接所述的RC吸收电路，阳极连接初级线圈的异名端。当MOS管Q1在关断瞬间产生反向电动势时，二极管D2导通，将MOS管Q1产生的反向电动势传输至RC吸收电路进行吸收滤除；而通过高压直流电源DC输出的电流则由于二极管D2的反向截止特性而不会施加到MOS管Q1上，从而确保了电流的正确流向。

在空调器室内机中采用图1所示的开关电源电路来设计其电控系统，由于开关电源自身的待机功耗较低，因此可以保证空调产品在待机时，整机功耗能够被限制在0.1W以内，进而满足了家电产品的节能环保设计要求。

当然，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种低功耗开关电源电路，包括开关电源芯片和变压器，其特征在于：所述变压器初级线圈的同名端连接高压直流电源的正极，异名端通过开关电路的开关通路连接所述高压直流电源的负极；所述开关电源芯片为一低功耗开关电源芯片，输出PWM信号至所述开关电路的控制端，控制所述开关电路的通断时序；所述变压器的次级线圈连接低压直流电源输出端子，其中，所述低压直流电源输出端子的正极一方面通过分压电路连接一颗三端稳压管的参考极，另一方面通过一光耦的发光侧连接所述三端稳压管的阴极，所述三端稳压管的阳极连接低压直流电源输出端子的负极，所述光耦的受光侧连接在开关电源芯片的电流反馈管脚与所述高压直流电源的负极之间。

2.根据权利要求1所述的低功耗开关电源电路，其特征在于：在所述变压器的初级还包含有一初级小线圈，产生感应电压传输至所述开关电源芯片的电压反馈管脚。

3.根据权利要求1所述的低功耗开关电源电路，其特征在于：在所述开关电路中包含有一N沟道MOS管，所述MOS管的漏极连接变压器初级线圈的异名端，源极连接所述高压直流电源的负极，栅极连接开关电源芯片，接收开关电源芯片输出的PWM信号。

4.根据权利要求1所述的低功耗开关电源电路，其特征在于：所述开关电源芯片的供电管脚通过限流电阻连接一二极管的阴极，所述二极管的阳极连接所述高压直流电源的正极。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的低功耗开关电源电路，其特征在于：在所述变压器初级线圈的两端并联有RC吸收电路，所述RC吸收电路的一端连接变压器初级线圈的同名端，另一端连接一开关二极管的阴极，所述开关二极管的阳极连接变压器初级线圈的异名端。

6.根据权利要求5所述的低功耗开关电源电路，其特征在于：所述RC吸收电路由电阻和电容并联组成。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的低功耗开关电源电路，其特征在于：通过所述变压器的次级线圈感应输出的低压直流电源经开关二极管和滤波电路连接所述的低压直流电源输出端子，在所述开关二极管的两端并联有由电阻和电容串联组成的RC吸收电路。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的低功耗开关电源电路，其特征在于：所述低压直流电源输出端子的正极通过由电阻和电容并联组成的RC吸收电路连接所述的分压电路，并通过所述分压电路的分压节点连接所述三端稳压管的参考极。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的低功耗开关电源电路，其特征在于：在所述变压器初级线圈的同名端与次级线圈的同名端之间跨接有电容。

10.一种空调器，包括室内机和室外机，在所述室内机的电控系统中包含有将交流电源转换为高压直流电源的整流电路；其特征在于：在所述电控系统中还设置有如权利要求1至9中任一项权利要求所述的低功耗开关电源电路。

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