CN203014678U - 一种开关电源电路以及采用所述开关电源电路的空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开关电源电路以及采用所述开关电源电路的空调器，包括整流电路、电源管理芯片、开关管、变压器、三端可调稳压器和光电耦合器；变压器的初级绕组接收通过整流电路整流输出的直流电源，并在开关管的开关控制下变压输出两路直流电源；其中，第一路直流电源经由分压电路分压后，传输至三端可调稳压器的控制极，三端可调稳压器的阳极接地，阴极连接第二路直流电源；光电耦合器的发光侧连接在其中一路直流电源与三端可调稳压器的阴极之间，光电耦合器的受光侧连接电源管理芯片。本实用新型通过采用双路采样反馈的控制机制可以使得开关电源输出的直流电压更加稳定，进而为后级用电负载的可靠运行提供了保证。

Description

一种开关电源电路以及采用所述开关电源电路的空调器

技术领域

本实用新型属于供电系统技术领域，具体地说，是涉及一种开关电源电路以及采用所述开关电源电路设计的空调器。 

背景技术

开关电源是利用现代电力电子技术，将交流市电转换为直流电源，并通过控制开关管开通和关断的时间比率，保证直流电源稳定输出的一种电源形式。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用绝大多数的电子产品中，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。 

目前的开关电源电路主要由变压器、PWM（脉冲宽度调制）控制芯片以及开关管等部件组成，由于开关电源电路具有工作电压范围宽和待机功耗低的特点，因此在空调产品中获得了广泛的应用。而开关电源电路为了保证输出电压的稳定性，经常采用负反馈的方式，从变压器的次级选取一路输出电源进行电压取样后，反馈至开关电源的控制端，进而通过调节开关管的开关时序，以使得通过开关电源输出的电压更加稳定。 

这种电路设计方式对于仅输出一路直流电压的开关电源来说，可以保证该路直流电压的稳定输出。但是，对于需要转换输出多路直流电压的开关电源来说，无法保证各路直流电压均能稳定输出，因此，对于需要使用多路直流电源供电的电子产品来说，会对该类电子产品的可靠运行产生一定程度的影响。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种开关电源电路，以保证通过开关电源电路输出的直流电压更加稳定。 

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： 

一种开关电源电路，包括整流电路、电源管理芯片、开关管和变压器，还包括一颗三端可调稳压器和一颗光电耦合器；变压器的初级绕组接收通过整流电路整流输出的直流电源，并在开关管的开关控制下变压输出两路直流电源；其中，通过变压器变压输出的第一路直流电源经由分压电路分压后，传输至三端可调稳压器的控制极，三端可调稳压器的阳极接地，阴极连接通过变压器变压输出的第二路直流电源；光电耦合器的发光侧连接在所述变压器变压输出的其中一路直流电源与三端可调稳压器的阴极之间，光电耦合器的受光侧连接在电源管理芯片的反馈端子与地之间；所述电源管理芯片根据其反馈端子的电流大小生成控制信号调节所述开关管的开关时序。

优选的，所述三端可调稳压器的阴极通过限流电阻连接所述的第二路直流电源。 

作为所述光电耦合器的一种优选电路连接方式，在所述光电耦合器的发光侧，发光二极管的阳极通过限流电阻连接所述的第一路直流电源或者第二路直流电源，发光二级管的阴极连接所述三端可调稳压器的阴极；在所述光电耦合器的受光侧，受光三极管的集电极连接所述电源管理芯片的反馈端子，受光三极管的发射极接地。 

为了提高通过变压器输出的两路直流电源的稳定性，将所述的第一直流电源和第二直流电源各自经由一路滤波电容连接吸收电容，并通过所述的吸收电容接地。 

进一步的，在所述变压器的初级还设置有一辅助绕组，所述辅助绕组感应生成电源管理芯片所需的控制电源，输出至所述的电源管理芯片，为电源管理芯片中的控制IC供电。 

优选的，所述变压器的辅助绕组一端通过整流二极管和限流电阻连接所述的电源管理芯片，向电源管理芯片输出控制电源，另一端接地。 

又进一步的，所述变压器的初级绕组一端接收整流电路整流输出的直流电源，另一端通过所述的开关管接地，所述开关管的控制极接收电源管理芯片生成的控制信号；所述开关管优选集成在所述的电源管理芯片中，电源管理芯片的开关管电源端子接收整流电路输出的直流电源。 

优选的，通过所述整流电路整流输出的直流电源经由滤波电路分别传输至所述的变压器和电源管理芯片，为变压器和电源管理芯片提供稳定的直流供电。 

再进一步的，在所述开关电源电路中还设置有交流滤波电路和保护电路，所述交流滤波电路连接交流电源，对接入的交流电源进行滤波处理后，经由保护电路传输至所述整流电路进行整流变换，进而输出所述的直流电源。 

基于上述开关电源电路结构，本实用新型还提供了一种采用所述开关电源电路设计的空调器，包括整流电路、电源管理芯片、开关管、变压器、三端可调稳压器和光电耦合器；变压器的初级绕组接收通过整流电路整流输出的直流电源，并在开关管的开关控制下变压输出两路直流电源；其中，通过变压器变压输出的第一路直流电源经由分压电路分压后，传输至三端可调稳压器的控制极，三端可调稳压器的阳极接地，阴极连接通过变压器变压输出的第二路直流电源；光电耦合器的发光侧连接在所述变压器变压输出的其中一路直流电源与三端可调稳压器的阴极之间，光电耦合器的受光侧连接在电源管理芯片的反馈端子与地之间；所述电源管理芯片根据其反馈端子的电流大小生成控制信号调节所述开关管的开关时序。 

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的开关电源电路为了保证输出电压的稳定性和精确度，采用对开关电源电路输出的两路直流电压同时进行采样反馈的技术，当输出电压的其中一路升高时，通过对两路直流电压采样加权，以升高反馈电压，进而使得通过电源管理芯片输出的用于控制开关管通断的脉冲信号的宽度变窄，通过变压器输出的直流电压降低，由此达到了调节输出电压的作用。采用这种双路采样反馈的控制机制可以使得开关电源输出的直流电压更加稳定，进而为后级用电负载的可靠运行提供了保证。 

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。 

本实施例的开关电源电路主要由整流电路DL3、控制电路DL4、变压器电路DL9和采样反馈电路DL7等部分组成，参见图1所示。其中，整流电路DL3用于对外部接入的交流电源进行整流变换处理，生成直流电源传输至所述变压器电路DL9；所述变压器电路DL9用于对整流电路DL3输出的直流电源进行变压处理，以生成后级用电负载所需的直流供电电源；所述采样反馈电路DL7用于对变压器电路DL9输出的两路直流电源VDD、VCC进行采样加权，进而反馈至控制电路DL4；所述控制电路DL4根据接收到的反馈信号调节其输出的控制信号，例如PWM信号的占空比，进而改变变压器T201的开关时序，使通过变压器T201输出的直流电源保持稳定。 

对于所述采样反馈电路DL7的具体设计方式，本实施例提出采用三端可调稳压器V207配合光电耦合器B201的电路组建结构，参见图1所示。其中，将三端可调稳压器V207的控制极通过由电阻R210、R212组成的分压电路连接至通过变压器T201变压输出的第一路直流电源VDD，当然也可以进一步通过分压电阻R211连接至变压器T201变压输出的第二路直流电源VCC，以检测两路直流电源VDD、VCC的电压变化。将三端可调稳压器V207的阳极接地，阴极通过限流电阻R209连接第二路直流电源VCC。对于所述的光电耦合器B201来说，可以将光电耦合器B201的发光侧连接在变压器T201变压输出的其中一路直流电源（VCC或者VDD）与三端可调稳压器V207的阴极之间。例如，将光电耦合器B201的发光二极管的阳极通过限流电阻R208连接变压器T201输出的第一直流电源VDD或者第二直流电源VCC，阴极连接三端可调稳压器V207的阴极。对于光电耦合器B201受光侧可以连接在控制电路DL4中电源管理芯片N201的反馈端子（3脚）与地之间。例如，将光电耦合器B201的受光三极管的发射极接地，集电极连接电源管理芯片N201的反馈端子（3脚）。当通过变压器T201变压输出的两路直流电源VDD、VCC发生电压波动时，通过分压电路采样传输至三端可调稳压器V207的控制极电压发生变化，导致三端可调稳压器V207的导通程度发生变化，由此导致流过光电耦合器B201中发光二级管的电流发生改变。在所述光电耦合器B201中，其发光二级管根据其流经的电流大小改变其输出的光线强度，在控制其受光三极管导通的同时，调节受光三极管的导通电流。电源管理芯片N201通过检测受光三极管的导通电流大小，便可间接地获知变压器T201输出的直流电源VDD、VCC的变化情况，进而计算出PWM信号的占空比，输出至开关管的控制极，通过控制开关管的通断时序，以调节变压器T201的开关时序，进而达到调节变压器T201输出的各路直流电源，保持直流电源VDD、VCC稳定、精确的设计目的。 

作为本实施例的一种优选设计方案，所述电源管理芯片N201优选采用集成有开关管的集成芯片进行控制电路DL4的系统设计，如图1所示。由于这种电源管理芯片N201往往需要两路直流供电：一路为内部的开关管供电，由开关管电源端子（5脚）接入；一路为芯片中的控制IC供电，由控制电源端子（2脚）接入。为了满足所述电源管理芯片N201的供电要求，本实施例利用整流电路整流输出的直流电源为开关管供电，利用在变压器T201的初级增加辅助绕组的方式，感应生成控制电源，为电源管理芯片N201中的控制IC供电。具体来讲，可以将所述辅助绕组的一端通过串联的整流二极管V210和限流电阻R206连接至电源管理芯片N201的控制电源端子（2脚），向电源管理芯片N201输出稳定的控制电源；辅助绕组的另一端接地。 

为了保证通过整流电路DL3输出给变压器T201以及电源管理芯片N201的直流电源稳定，本实施例优选在由二极管V201-V204组成的单相全桥整流电路的直流侧连接二极管D205和滤波电路，形成整流滤波电路DL3，参见图1所示。其中，所述二极管D205可以连接在整流电路直流侧的正极与滤波电路之间，以保证电流的方向性。所述滤波电路可以采用径向电感L202、大功率电阻R217和电解电容C202、C203连接形成π型滤波网络，以滤除通过整流电路输出的直流电源中的纹波电压。 

对于整流电路DL3的交流侧可以通过保护电路DL2和交流滤波电路DL1连接交流供电接口DL0，接收外部的交流市电。结合图1所示，外部的交流电源通过交流供电接口DL0的火线端子L_IN和零线端子N_IN接入所述的开关电源电路，经由并联在火线与零线之间差模电容C105、C106以及串联在火线与零线之间的共模电感L101进行滤波处理后，传输至共模电容C121、C122，进而消除掉交流电源中的共模干扰和差模干扰。通过交流滤波电路DL1滤波处理后输出的交流电源经由保险丝管F102、压敏电阻RV101和热敏电阻RT101连接形成的保护电路DL2传输至整流电路DL3的交流侧，在为整流电路DL3输送纯净的交流供电的同时，为开关电源电路提供过压、过流保护，以确保开关电源的安全运行。 

除此之外，为了进一步提高通过变压器T201输出的直流电源VDD、VCC的稳定性，在所述变压器T201的次级还连接有整流滤波电路DL6，参见图1所示。在所述整流滤波电路DL6中包含有两个整流二极管V209、V208，分别连接变压器T201的两个次级绕组，以确保通过两个次级绕组输出的两路直流电源VDD、VCC保持正确的电流流向。滤波电容C210-C212用于滤除直流电源VDD、VCC中的干扰信号，以保持直流电源VDD、VCC稳定。 

另外，通过变压器T201输出的两路直流电源VDD、VCC还可以各自经由一路滤波电容C208、C207连接一吸收电容C205，并通过所述吸收电容C205接地，以进一步滤除干扰，增强直流电源VDD、VCC的稳定性。 

本实施例的开关电源电路为了提高通过变压器的次级绕组输出的直流电源的精度，采用双路采样、反馈、加权的控制策略来稳定变压器的次级输出。整个系统响应速度快，输出控制精度高，同时省去了稳压集成块的使用，电路结构更加简单，成本更低。将其应用在空调器产品中，用于将外部的交流市电转换成空调器内部各直流用电负载所需的直流供电，不仅能够很好地满足后级负载的用电需求，提高后级负载运行的可靠性，而且可以达到无负载情况下整机低功耗的设计要求。 

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，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)

1.一种开关电源电路，包括整流电路、电源管理芯片、开关管和变压器，其特征在于：还包括一颗三端可调稳压器和一颗光电耦合器；变压器的初级绕组接收通过整流电路整流输出的直流电源，并在开关管的开关控制下变压输出两路直流电源；其中，通过变压器变压输出的第一路直流电源经由分压电路分压后，传输至三端可调稳压器的控制极，三端可调稳压器的阳极接地，阴极连接通过变压器变压输出的第二路直流电源；光电耦合器的发光侧连接在所述变压器变压输出的其中一路直流电源与三端可调稳压器的阴极之间，光电耦合器的受光侧连接在电源管理芯片的反馈端子与地之间；所述电源管理芯片根据其反馈端子的电流大小生成控制信号调节所述开关管的开关时序。

2.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于：所述三端可调稳压器的阴极通过限流电阻连接所述的第二路直流电源。

3.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于：在所述光电耦合器的发光侧，发光二极管的阳极通过限流电阻连接所述的第一路直流电源或者第二路直流电源，发光二级管的阴极连接所述三端可调稳压器的阴极；在所述光电耦合器的受光侧，受光三极管的集电极连接所述电源管理芯片的反馈端子，受光三极管的发射极接地。

4.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于：所述的第一直流电源和第二直流电源各自经由一路滤波电容连接吸收电容，并通过所述的吸收电容接地。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的开关电源电路，其特征在于：在所述变压器的初级还设置有一辅助绕组，所述辅助绕组感应生成电源管理芯片所需的控制电源，输出至所述的电源管理芯片。

6.根据权利要求5所述的开关电源电路，其特征在于：所述变压器的辅助绕组一端通过整流二极管和限流电阻连接所述的电源管理芯片，另一端接地。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的开关电源电路，其特征在于：所述变压器的初级绕组一端接收整流电路整流输出的直流电源，另一端通过所述的开关管接地，所述开关管的控制极接收电源管理芯片生成的控制信号；所述开关管集成在所述的电源管理芯片中，电源管理芯片的开关管电源端子接收整流电路输出的直流电源。

8.根据权利要求7所述的开关电源电路，其特征在于：通过所述整流电路整流输出的直流电源经由滤波电路分别传输至所述的变压器和电源管理芯片。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的开关电源电路，其特征在于：在所述开关电源电路中还设置有交流滤波电路和保护电路，所述交流滤波电路连接交流电源，对接入的交流电源进行滤波处理后，经由保护电路传输至所述整流电路进行整流变换，进而输出所述的直流电源。

10.一种空调器，其特征在于：包括如权利要求1至9中任一项权利要求所述的开关电源电路。