CN203104318U - 开关电源以及开关电源集成电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种开关电源集成电路，开关电源集成电路包括功率开关模块以及开关电源控制模块，其还包括双端交流电过零检测模块，双端交流电过零检测模块包括：过零检测单元，过零检测单元连接交流电源，过零检测单元检测交流电源的过零点并产生过零检测信号；以及驱动单元，驱动单元连接过零检测单元，驱动单元接收过零检测信号，驱动单元输出过零驱动信号。本实用新型还提出一种开关电源。本实用新型能够就降低交流电源过零点检测的损耗，符合节能标准，并且可以在全波整流电路中实现过零检测。

Description

开关电源以及开关电源集成电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源，尤其涉及一种开关电源集成电路以及开关电源。 

背景技术

在家电及电器控制领域，通常会为了降低继电器的切换应力延长继电器的寿命，采用仅在交流电的过零点对继电器进行开关动作，因此检测交流电的过零点是电路必须的功能设计之一。在使用工频变压器作为供电的传统应用中，可以方便地从变压器次级取得交流电的过零点信号。 

但随着节能要求的不断提高，开关电源开始逐步取代工频变压器作为电器的主要供电来源，此时电源的次级侧无法直接检测出交流电的过零点信息，因此需要提出新的检测零点的方法。 

在开关电源的应用的早期，人们普遍使用一个光耦器件通过一个电阻分压网络串联从交流电线中取得过零点信号并通过光耦以隔离的方式传递到次级的控制电路，但受限于光耦的灵敏度，使得上述分压电阻网络在检测的过程中产生极大的功率消耗，一般可达0.4W之多，系统整机待机功耗因此均在0.5W以上。目前，世界各国均已陆续实施新的0.5W待机节能标准，因此如果继续使用该种系统和方法将无法达到待机节能标准。 

虽然在集成电路中使用一个交流电检测端子可以完成过零点的检测，但仍存在较大的使用局限性，受限于输入整流电路的影响，单端子的检测方式只能工作在半波整流的应用中，当输入为全波整流或桥式整流时，相对于控制开关电源集成电路的参考地已无法准确得到交流电过零点的信号。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于克服上述现有技术中的问题，而提出一种开关电源集成电路以及开关电源，通过对过零点的主动检测来控制开关电源的次级电路，能够有效地解决能耗过高、无法符合节能标准等问题，并且能够解决无法对全波整流电路实现过零检测的问题。 

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种开关电源集成电路，开关电源集成电路包括功率开关模块以及开关电源控制模块，其还包括双端交流电过零检测模块，双端交流电过零检测模块包括：过零检测单元，过零检测单元连接交流电源，过零检测单元检测交流电源的过零点并产生过零检测信号，过零检测单元包括两个检测端以及输出端，过零检测单元的一个检测端连接交流电源的一端，过零检测单元的另一个检测端连接交流电源的另一端；以及驱动单元，包括输入端和输出端，驱动单元的输入端连接过零检测单元的输出端，驱动单元接收过零检测信号，驱动单元的输出端输出过零驱动信号。 

优选地，过零检测单元包括差分比较器，差分比较器的同相端为过零检测单元的一个检测端，差分比较器的异相端为过零检测单元的另一个检测端，差分比较器的输出端为过零检测单元的输出端。 

优选地，驱动单元包括三极管或场效应管，三极管的基极或场效应管的栅极为驱动单元的输入端，三极管的集电极或场效应管的漏极为驱动单元的输出端，三极管的发射极或场效应管的源极接地。 

优选地，开关电源集成电路的封装包括两个交流电检测脚以及过零信号输出脚，过零信号的两个检测端为开关电源集成电路开关电源集成电路的两个交流电检测脚，驱动单元的输出端为开关电源集成电路开关电源集成电路的过零信号输出脚。 

优选地，开关电源集成电路的封装形式为DIP8或者SOP8。 

优选地，功率开关模块为三极管或者MOS管。 

优选地，功率开关模块的耐压范围为200V-1000V。 

本实用新型还提出一种开关电源，开关电源应用于供电系统，包括光耦合器、全波整流电路、第一电容、第一电阻、第二电阻、变压器以及如上所述的开关电源集成电路，全波整流电路包括由四个二极管组成的整流桥，光耦合器包括两个输入端，开关电源集成电路还包括电路供电脚；第一电阻连接在交流电源的一端以及开关电源集成电路的其中一个交流电检测脚之间，第二电阻连接在交流电源的另一端以及开关电源集成电路的另一个交流电检测脚之间，开关电源集成电路的过零信号输出脚连接光耦合器的一个输入端，电路供电脚连接外部电源，光耦合器的另一输入端连接外部电源，整流桥连接在交流电源以及变压器之间，整流桥并联第一电容，功率开关模块连接变压器。 

与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括：本实用新型的开关电源集成电路以及开关电源，通过把双端交流电过零检测模块集成在电路中，可以实时同步控制光耦合器，从而降低过零检测中的功率损耗，符合待机节能标准，并且采用双端的过零检测单元，能够准确测出具有全波整流电路时的开关电源的过零点。 

附图说明

图1为本实用新型的开关电源的优选实施例的电路结构图。 

图2为图1中的开关电源集成电路的示意图。 

图3为本实用新型的开关电源的优选实施里的另一电路结构图。 

其中，附图标记说明如下：开关电源集成电路1  双端交流电过零检测模块11  过零检测单元111  驱动单元112  功率开关模块12  开关电源控制模块13  吸收回路RDC  全波整流电路2  光耦合器IC1  第一电阻R1  第二电阻R2  变压器T。 

具体实施方式

为了进一步说明本实用新型的原理和结构，现结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细说明。 

请参阅图1至图3，本实用新型的一种开关电源集成电路1，其包括：双端交流电过零检测模块11、功率开关模块12以及开关电源控制模块13。一般的开关电源集成电路都没有电网交流电过零点检测的功能，而本实用新型集成了该功能，并且不需要额外的元器件。 

双端交流电过零检测模块11包括过零检测单元111以及驱动单元112。过零检测单元111连接交流电源，驱动单元112连接过零检测单元111。过零检测单元111检测到交流电源的过零点后产生过零检测信号，驱动单元112接收过零检测信号，驱动单元112输出过零驱动信号。 

请继续参阅图1至图3，过零检测单元111包括两个检测端以及输出端。过零检测单元111的一个检测端连接交流电源的一端，过零检测单元111的另一个检测端连接交流电源的另一端，过零检测单元111的输出端连接驱动单元112。本实施例中，过零检测单元111为差分比较器，差分比较器的同相端连接交流电源的一端，差分比较器的异相端连接交流电源的另一端。过零检测单元111的两个检测端都接在了全波整流电路2的一边，这样避免检测不了全波整流电路2中的过零点的情况出现。因为假如两个检测端都不在同一端，或者都在全波整流电路2接电容的一端的话，过零信号经过全波整流电流2的整流作用会被过滤掉，无法实现检测。 

请继续参阅图2和图3，驱动单元112包括输入端和输出端。本实施例中，驱动单元112包括三极管，三极管的基极该驱动单元112的输入端，三极管的集电极为该驱动单元112的输出端，三极管的发射极接地。因为，过零信号比较小，通过三极管能把过零信号放大至能够驱动光耦合器IC1工作的范围，从而使得光耦合器IC1工作。在其它实施例中，驱动单元112包括场效应管，场效应管的栅极为驱动单元的输入端，场效应管的漏极驱动单元的输出端，场效应管的源极接地。 

请参阅图3，开关电源集成电路1为通过集成功率开关模块12、开关电源控制模块13以及具有双端交流电过零检测模块11，这样就不再需要额外的元器件，并具有极少的外围数量，使得综合成本降低。 

本实施例中，该开关电源集成电路1的封装为DIP8或者SOP8。该开关电源集成电路1的管脚1和管脚2为交流电检测脚、管脚3为开关电源集成电路1参考接地引脚，管脚4为开关电源集成电路1供电引脚，管脚5为过零信号输出引脚，管脚7和管脚8为功率开关模块12引脚。交流电检测脚为过零检测单元111的两个检测端，信号输出脚为驱动单元112的输出端。该开关电源集成电路1需要使用的引脚数量和引脚位置可以根据实际情况来设定，不限于本实施例的情况。请参阅图3，也可以采用只有6个管脚的封装，由于管脚7和管脚8是连在一起的，因此，只要6个管脚就可以足够实现本实施例的功能了。 

本实施例中，开关电源控制电路为PWM（脉宽调制电路），PFM（脉频调制电路）或者PSM（脉数调制电路）。功率开关模块12的电压承受范围为200V-1000V。功率开关模块12为三极管或者MOS管。 

请参阅图1至图3，本实用新型还提出一种开关电源，包括光耦合器IC1、全波整流电路2、第一电容、第一电阻R1、第二电阻R2、变压器T、吸收回路RDC以及如上所述的开关电源集成电路1。全波整流电路2包括由四个二极管组成的整流桥，光耦合器IC1包括两个输入端，开关电源集成电路1还包括电路供电脚。 

第一电阻R1连接在交流电源的一端线以及开关电源集成电路1的其中一个交流电检测脚之间，第二电阻R2连接在交流电源的另一端以及开关电源集成电路1的另一个交流电检测脚之间，开关电源集成电路1的过零信号输出脚连接光耦合器IC1的一个输入端，电路供电脚连接外部电源，光耦合器IC1的另一端连接外部电源，整流桥连接在交流电源以及变压器T之间，整流桥并联第一电容，吸收回路RDC与变压器T并联，功率开关模块12连接变压器T。 

从图中可以看到，光耦合器IC1的供电也可以通过开关电源集成电路1的外部电源供电，无需额外的电源。受惠于我们的电源开关电源集成电路1的供电一般只有5-10V左右，因此有高达5mA的电流进行光耦驱动从而降低光耦的灵敏度要求，使得光耦合器IC1能够更快被启动，降低了光耦合器IC1的启动时间。而最大的损耗功率仅5mW以下，比传统的方法降低10倍以上，节省了能源。 

下面结合图1和图3来详细说明本实用新型的工作原理。 

交流电的过零点信号经过第一电阻R1以及第二电阻R2进入到开关电源集成电路1内部，经过零检测单元111的处理与分析后，产生过零检测信号。驱动单元112若接收到过零检测信号，就输出驱动信号，并对连接在外部的光耦合器IC1进行同步控制。过零点检测信号经过光耦合器IC1以隔离方式传递到次级后，即可实施相关的控制工作。 

与现有技术相比，采用本实用新型的开关电源集成电路以及开关电源，通过把双端交流电过零检测模块集成在电路中，不需要额外的元器件，降低了生产成本，并且由于能够主动的分析交流电过零点，不需要额外的较大功率消耗即可实时输出交流信号到次级控制电路，使得整机待机功耗可以容易地控制在0.5W以下，甚至0.3W以下，符合现在的待机节能标准，同时，可以实现在全波整流电路的过零信号的检测，还降低了光耦合器的灵敏度要求，提高了启动速度。 

以上所述仅为本实用新型的较佳可行实施例，并非限制本实用新型的保护范围。凡运用本实用新型说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本实用新型的保护范围内。 

Claims (8)

1.一种开关电源集成电路，所述开关电源集成电路包括功率开关模块以及开关电源控制模块，其特征在于，其还包括双端交流电过零检测模块，所述双端交流电过零检测模块包括：

过零检测单元，所述过零检测单元连接交流电源，所述过零检测单元检测所述交流电源的过零点并产生过零检测信号，所述过零检测单元包括两个检测端以及输出端，所述过零检测单元的一个检测端连接所述交流电源的一端，所述过零检测单元的另一个检测端连接所述交流电源的另一端；以及

驱动单元，包括输入端和输出端，所述驱动单元的输入端连接所述过零检测单元的输出端，所述驱动单元接收所述过零检测信号，所述驱动单元的输出端输出所述过零驱动信号。

2.如权利要求1所述的开关电源集成电路，其特征在于，所述过零检测单元包括差分比较器，所述差分比较器的同相端为所述过零检测单元的一个检测端，所述差分比较器的异相端为所述过零检测单元的另一个检测端，所述差分比较器的输出端为所述过零检测单元的输出端。

3.如权利要求1所述的开关电源集成电路，其特征在于，所述驱动单元包括三极管或场效应管，所述三极管的基极或场效应管的栅极为所述驱动单元的输入端，所述三极管的集电极或场效应管的漏极为所述驱动单元的输出端，所述三极管的发射极或场效应管的源极接地。

4.如权利要求1所述的开关电源集成电路，其特征在于，所述开关电源集成电路的封装包括两个交流电检测脚以及过零信号输出脚，所述过零信号的两个检测端为所述开关电源集成电路开关电源集成电路的两个交流电检测脚，所述驱动单元的输出端为所述开关电源集成电路开关电源集成电路的过零信号输出脚。

5.如权利要求4所述的开关电源集成电路，其特征在于，所述开关电源集成电路的封装形式为DIP8或者SOP8。

6.如权利要求1所述的开关电源集成电路，其特征在于，所述功率开关模块为三极管或者MOS管。

7.如权利要求6所述的开关电源集成电路，其特征在于，所述功率开关模块的耐压范围为200V-1000V。

8.一种开关电源，所述开关电源应用于供电系统，其特征在于，包括光耦合器、全波整流电路、第一电容、第一电阻、第二电阻、变压器以及如权利要求1至7任意一项所述的开关电源集成电路，所述全波整流电路包括由四个二极管组成的整流桥，所述光耦合器包括两个输入端，所述开关电源集成电路还包括电路供电脚；

所述第一电阻连接在所述交流电源的一端以及所述开关电源集成电路的其中一个交流电检测脚之间，所述第二电阻连接在所述交流电源的另一端以及所述开关电源集成电路的另一个交流电检测脚之间，所述开关电源集成电路的过零信号输出脚连接所述光耦合器的一个输入端，所述电路供电脚连接外部电源，所述光耦合器的另一输入端连接所述外部电源，所述整流桥连接在所述交流电源以及变压器之间，所述整流桥并联所述第一电容，所述功率开关模块连接所述变压器。

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