CN203734531U - 非隔离的开关电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非隔离的开关电源电路，包括开关芯片、直流输出单元和反馈单元，开关芯片的输入端连接输入电源，开关芯片的反馈端经反馈单元与直流输出单元的输出端连接，该非隔离的开关电源电路还包括欠压保护模块，欠压保护模块连接在开关芯片的输出端与直流输出单元的输入端之间，欠压保护模块还与开关芯片的供电端连接。本实用新型由于欠压保护模块及直流输出单元可根据开关芯片的导通和截止时间来调整工作电压及输出直流电压的大小，因此，可实现在开关芯片输出较小的直流输出电压时，保证开关芯片的正常工作，扩大了直流输出电压的适用范围，实用性高，且电路结构简单，成本较低。

Description

非隔离的开关电源电路

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种非隔离的开关电源电路。

背景技术

目前，随着开关电源的控制越来越完善与先进，并且开关电源有其独到的效率高、开关变压器体积小、待机功耗小等优点，在一些需输出大功率电源的情况下成本更低，因此，开关电源得到了越来越广泛地应用。

但是，当利用开关芯片来做成开关电源时，由于开关芯片的工作电压一般在十几伏如14.5V左右，其欠压保护电压也至少在8V左右，而开关电源的输出电压反馈到开关芯片，作为其欠压保护电压，因此当开关电源工作时，若要保证开关芯片能正常工作，则开关电源的输出电压必须达到开关芯片的欠压保护电压，即至少为8V左右。但由于现在大部分单片机的工作电压只需5V电源，甚至有的单片机工作电压只需1.8V～3.6V电源，当需利用该开关电源为单片机进行供电时，开关电源的输出电压范围只能为1.8V～5V左右，则开关芯片会因无法达到其欠压保护电压而无法正常工作，导致开关电源也无法正常输出电压。若通过隔离的开关电源方案来解决该问题，则会带来绕组多、体积大、成本高的问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种非隔离的开关电源电路，旨在控制输出直流电压大小的同时能保证开关芯片正常工作。

为了达到上述目的，本实用新型提出一种非隔离的开关电源电路，包括开关芯片、直流输出单元和反馈单元，所述开关芯片的输入端连接输入电源，所述开关芯片的反馈端经所述反馈单元与所述直流输出单元的输出端连接，该非隔离的开关电源电路还包括欠压保护模块，所述欠压保护模块连接在所述开关芯片的输出端与所述直流输出单元的输入端之间，所述欠压保护模块还与所述开关芯片的供电端连接，所述欠压保护模块用于根据所述开关芯片的开关管的开关状态进行充放电，从而为所述开关芯片提供工作电压；所述直流输出单元用于根据输出直流电压的高低控制所述欠压保护模块的充电量。

优选地，所述直流输出单元用于根据输出直流电压的高低控制所述开关芯片中开关管的导通时间，从而控制所述欠压保护模块和所述直流输出单元中存储的电量；所述欠压保护模块中存储的电量大于所述直流输出单元中存储的电量。

优选地，所述欠压保护模块包括用于在所述开关芯片中开关管导通时存储电量的第一电感，所述直流输出单元包括用于在所述开关芯片中开关管导通时存储电量的第二电感；所述第一电感的电感量大于所述第二电感的电感量。

优选地，所述开关芯片的开关管为MOSFET管，所述MOSFET管的漏极端为所述开关芯片的输入端，所述MOSFET管的源极端为所述开关芯片的输出端。

优选地，所述欠压保护模块还包括第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管及第三二极管，所述第一二极管的阳极经所述第二电容与所述第二二极管的阴极连接，所述第二二极管的阳极经所述第一电感与所述第一二极管的阴极连接；所述第一二极管的阴极与所述开关芯片的输出端连接，所述第一二极管的阴极还经所述第一电容与所述开关芯片的供电端连接，所述第二二极管的阴极还与所述第三二极管的阳极连接，所述第三二极管的阴极与所述开关芯片的供电端连接，所述第二二极管的阳极还与所述直流输出单元连接，所述第一二极管的阳极还与所述输入电源的负极相连。

优选地，所述第一电容及所述第二电容均为极性电容，所述第一电容的正极与所述开关芯片的供电端连接，所述第一电容的负极与所述第一二极管的阴极连接；所述第二电容的正极与所述第二二极管的阴极连接，所述第二电容的负极与所述输入电源的负极连接。

优选地，所述直流输出单元还包括第三电容及第一稳压管，所述第一稳压管的阴极经所述第三电容与所述第一稳压管的阳极连接，所述第一稳压管的阴极还经所述第二电感与所述第二二极管的阳极连接，所述第一稳压管的阴极还与所述反馈单元连接，所述第一稳压管的阴极作为直流输出单元的一输出端，第一稳压管的阳极作为直流输出单元的另一输出端并与所述输入电源的负极连接。

优选地，所述第三电容为极性电容，所述第三电容的正极与所述第一稳压管的阴极连接，所述第三电容的负极与所述输入电源的负极连接。

优选地，所述反馈单元包括第四二极管、第四电容及第二稳压管，所述第四二极管的阳极与所述第一稳压管的阴极连接，所述第四二极管的阴极经所述第四电容与所述开关芯片的输出端连接，所述第四二极管的阴极还与所述第二稳压管的阴极连接，所述第二稳压管的阳极与所述开关芯片的反馈端连接。

优选地，所述反馈单元还包括第五电容，所述第五电容的一端与所述开关芯片的反馈端连接，所述第五电容的另一端与所述开关芯片的输出端连接。

本实用新型提出的一种非隔离的开关电源电路，通过欠压保护模块来为开关芯片提供工作电压，通过直流输出单元输出直流电压至负载，由于欠压保护模块及直流输出单元可根据开关芯片的导通和截止时间来调整工作电压及输出直流电压的大小，因此，可实现在开关芯片输出较小的直流输出电压时，保证开关芯片的正常工作，扩大了直流输出电压的适用范围，实用性高，且电路结构简单，成本较低。

附图说明

图1是本实用新型较佳实施例非隔离的开关电源电路的结构框图；

图2是本实用新型较佳实施例非隔离的开关电源电路的电路图。

为了使本实用新型的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照图1，图1是本实用新型较佳实施例非隔离的开关电源电路的结构框图。

本实用新型较佳实施例提出一种非隔离的开关电源电路，包括开关芯片1、直流输出单元2和反馈单元3，所述开关芯片1的输入端连接输入电源U0，所述开关芯片1的反馈端FB经所述反馈单元3与所述直流输出单元2的输出端连接，该非隔离的开关电源电路还包括欠压保护模块4，所述欠压保护模块4连接在所述开关芯片1的输出端与所述直流输出单元2的输入端之间，所述欠压保护模块4还与所述开关芯片1的供电端连接，所述欠压保护模块4用于根据所述开关芯片1的开关管的开关状态进行充放电，从而为所述开关芯片1提供工作电压；所述直流输出单元2用于根据输出直流电压的高低控制所述欠压保护模块的充电量。

所述非隔离的开关电源电路，通过欠压保护模块4来为开关芯片1提供工作电压，通过直流输出单元2输出直流电压至负载，由于欠压保护模块4及直流输出单元2可根据开关芯片1的开关管的导通和截止时间来调整工作电压及输出直流电压的大小，扩大了直流输出电压的适用范围，实用性高，且电路结构简单，成本较低。

在本实施例中，所述直流输出单元2用于根据输出直流电压的高低控制所述开关芯片1中开关管的导通时间，从而控制所述欠压保护模块4和所述直流输出单元2中存储的电量；所述欠压保护模块4中存储的电量大于所述直流输出单元2中存储的电量，从而可实现在开关芯片1输出较小的直流输出电压时，保证开关芯片1的正常工作。

进一步地，参照图2所示，图2是本实用新型较佳实施例非隔离的开关电源电路的电路图。所述欠压保护模块4包括第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第一电感L1，所述第一二极管D1的阳极经所述第二电容C2与所述第二二极管D2的阴极连接，所述第二二极管D2的阳极经所述第一电感L1与所述第一二极管D1的阴极连接；所述第一二极管D1的阴极与所述开关芯片1的输出端连接，所述第一二极管D1的阴极还经所述第一电容C1与所述开关芯片1的供电端VDD连接，所述第二二极管D2的阴极还与所述第三二极管D3的阳极连接，所述第三二极管D3的阴极与所述开关芯片1的供电端VDD连接，所述第二二极管D2的阳极还与所述直流输出单元2连接，所述第一二极管D1的阳极还与所述输入电源U0的负极相连。

上述第一电容C1及第二电容C2均为极性电容，所述第一电容C1的正极与所述开关芯片1的供电端VDD连接，所述第一电容C1的负极与所述第一二极管D1的阴极连接；所述第二电容C2的正极与所述第二二极管D2的阴极连接，所述第二电容C2的负极与所述输入电源U0的负极连接。

上述直流输出单元2包括第二电感L2、第三电容C3及第一稳压管DZ1，所述第一稳压管DZ1的阴极经所述第三电容C3与所述第一稳压管DZ1的阳极连接，所述第一稳压管DZ1的阴极还经所述第二电感L2与所述第二二极管D2的阳极连接，所述第一稳压管DZ1的阴极还与所述反馈单元3连接，所述第一稳压管DZ1的阴极作为直流输出单元2的一输出端，第一稳压管DZ1的阳极作为直流输出单元2的另一输出端并与所述输入电源U0的负极连接。其中，所述第三电容C3为极性电容，所述第三电容C3的正极与所述第一稳压管DZ1的阴极连接，所述第三电容C3的负极与所述输入电源U0的负极连接。

上述反馈单元3包括第四二极管D4、第四电容C4及第二稳压管DZ2，所述第四二极管D4的阳极与所述第一稳压管DZ1的阴极连接，所述第四二极管D4的阴极经所述第四电容C4与所述开关芯片1的输出端连接，所述第四二极管D4的阴极还与所述第二稳压管DZ2的阴极连接，所述第二稳压管DZ2的阳极与所述开关芯片1的反馈端FB连接，进一步地，反馈单元3还包括第五电容C5，所述第五电容C5的一端与所述开关芯片1的反馈端FB连接，所述第五电容C5的另一端与所述开关芯片1的输出端连接。

需要说明的是，本实施例中，开关芯片1的内部包含MOSFET管，其内部MOSFET管的漏极端D即为开关芯片1的输入端，其内部MOSFET管的源极端S即为开关芯片1的输出端。

本实用新型较佳实施例非隔离的开关电源电路的工作原理具体描述如下：

本实施例中，开关芯片1的漏极端D连接的输入电源U0以310V的直流电源为例进行说明，当然，也不限定该输入电源U0的大小为其他值。在电路刚上电时，310V的直流电源U0通过开关芯片1内部的高压恒流源为第一电容C1充电，当第一电容C1两端电压充至该开关芯片1的启动电压时，开关芯片1关断内部的高压恒流源，开始启振工作，其中，开关芯片1的启动电压为开关芯片1开始工作时开关芯片内部提供的驱动电压，而开关芯片1的后续工作电压也即外部提供给开关芯片1的驱动电压由欠压保护模块4提供。

开关芯片1的漏极端D为开关芯片内部MOSFET管的漏极；开关芯片的源极端S为开关芯片内部MOSFET管的源极。当开关芯片内部MOSFET管导通时，输入电源U0的正极一端通过漏极端D、源极端S、第一电感L1、第二二极管D2、第二电容C2与输入电源U0的负极形成回路，则输入电源U0在第一电感L1及第二电容C2上储存电能。同时，输入电源U0的正极还通过漏极端D、源极端S、第一电感L1、第二电感L2、第三电容C3与输入电源U0的负极形成回路，则输入电源U0在第二电感L2及第三电容C3上储存电能。

当开关芯片内部MOSFET管截止时，第一电感L1与第二二极管D2、第二电容C2、第一二极管D1形成回路，则第一电感L1上储存的电能被释放，对第二电容C2进行充电，为第二电容C2提供持续的电能，使第二电容C2上的电压基本保持不变，同时，第二电容C2通过第三二极管D3为第一电容C1进行充电，而第一电容C1为开关芯片1的供电端VDD提供稳定的直流工作电压。与此同时，第一电感L1与第二电感L2、第三电容C3、第一二极管D1形成回路，第一电感L1与第二电感L2上储存的电能被释放，对第三电容C3进行充电，为第三电容C3提供持续的电能，使第三电容C3上的电压基本保持不变，保证第三电容C3为负载提供稳定持续的直流输出电压U1。

由此，通过控制第一电感L1、第二电感L2上储存的电能即可控制第二电容C2、第三电容C3上储存的电能，而第二电容C2储存的电能通过第三二极管D3为第一电容C1进行充电，而第一电容C1为开关芯片1的供电端VDD提供工作电压，因此，第二电容C2储存的电能决定了开关芯片1的工作电压大小；第三电容C3上储存的电能则决定了负载的输出电压大小，因此，通过控制第一电感L1、第二电感L2上储存的电能即可控制开关芯片1的工作电压大小及负载的输出电压大小，而开关芯片1通过控制内部MOSFET管的导通时间，即控制其占空比就能控制第一电感L1、第二电感L2上储存的电能，从而保证开关芯片1的工作电压在其正常工作所需的电压及其欠压保护电压之上，同时，可控制负载的输出电压在所需的范围内，且当开关芯片1内部MOSFET管截止时，第一电感L1上储存的电能首先对第二电容C2进行充电并通过第三二极管D3和第一电容C1提供给开关芯片1的供电端VDD。第一电感L1与第二电感L2上储存的电能对第三电容C3进行充电，第三电容C3两端电压即为直流输出电压U1，而第一电感L1对第三电容C3进行充电时由于第二电感L2的作用，会对第三电容C3上存储的能量造成影响，如当设置第一电感L1的电感量远远大于第二电感L2的电感量时，可设置第一电感L1的电感量为几十毫亨，第二电感L2的电感量为几十微亨，则第三电容C3与第一电感L1之间由于第二电感L2的作用，使第三电容C3上存储的能量少于第二电容C2，从而使得直流输出电压小于开关芯片1的供电电压。由此，即可通过控制开关芯片内部MOSFET管的占空比及第一电感L1、第二电感L2的电感量大小来实现在保证开关芯片1的工作电压在其正常工作所需的电压及其欠压保护电压之上时，输出较小的直流输出电压U1。

进一步地，直流输出电压U1对反馈单元3中的第四电容C4充电，第四电容C4上的电压经第二稳压管DZ2的稳压作用后输出至开关芯片1的反馈端FB，第二稳压管DZ2的稳压值与直流输出电压U1相等，则开关芯片1通过反馈端FB接收到反馈的直流输出电压大小。当反馈的直流输出电压大小高于预设的直流输出电压值时，开关芯片1减少内部MOSFET管的导通时间，即调低其占空比，则减少第一电感L1、第二电感L2上储存的电能，相应的，第三电容C3上存储的电能减少，则第三电容C3为负载提供的直流输出电压U1减小；当反馈的直流输出电压大小低于预设的直流输出电压值时，开关芯片1提高内部MOSFET管的导通时间，即调高其占空比，则提高第一电感L1、第二电感L2上储存的电能，相应的，第三电容C3上存储的电能提高，则第三电容C3为负载提供的直流输出电压U1增大；由此，开关芯片1通过反馈端FB接收到反馈的直流输出电压大小来调整其内部MOSFET管的占空比即可对输出的直流输出电压U1进行调整，保证为负载提供稳定持续的直流输出电压U1。本实施例中，在开关芯片1的反馈端FB及源极端S之间还设有滤波电容C5，C5为小容值的瓷片电容，对开关芯片1的反馈端FB上的电压信号进行高频滤波，以防止开关芯片过调的现象发生，使电路更加安全稳定。

本实施例通过欠压保护模块4来根据开关芯片内部MOSFET管的占空比为为所述开关芯片1提供工作电压，通过直流输出单元2输出直流电压至负载，由于可通过控制开关芯片内部MOSFET管的占空比控制开关管导通时间来调整工作电压及输出直流电压的大小，因此，可在保证开关芯片的工作电压在其正常工作所需的电压及其欠压保护电压之上时，输出较小的直流输出电压，扩大了直流输出电压的适用范围，实用性高，且电路结构简单，成本较低。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种非隔离的开关电源电路，包括开关芯片、直流输出单元和反馈单元，所述开关芯片的输入端连接输入电源，所述开关芯片的反馈端经所述反馈单元与所述直流输出单元的输出端连接，其特征在于，该非隔离的开关电源电路还包括欠压保护模块，所述欠压保护模块连接在所述开关芯片的输出端与所述直流输出单元的输入端之间，所述欠压保护模块还与所述开关芯片的供电端连接，所述欠压保护模块用于根据所述开关芯片的开关管的开关状态进行充放电，从而为所述开关芯片提供工作电压；所述直流输出单元用于根据输出直流电压的高低控制所述欠压保护模块的充电量。

2.根据权利要求1所述的非隔离的开关电源电路，其特征在于，所述直流输出单元用于根据输出直流电压的高低控制所述开关芯片中开关管的导通时间，从而控制所述欠压保护模块和所述直流输出单元中存储的电量；所述欠压保护模块中存储的电量大于所述直流输出单元中存储的电量。

3.根据权利要求2所述的非隔离的开关电源电路，其特征在于，所述欠压保护模块包括用于在所述开关芯片中开关管导通时存储电量的第一电感，所述直流输出单元包括用于在所述开关芯片中开关管导通时存储电量的第二电感；所述第一电感的电感量大于所述第二电感的电感量。

4.根据权利要求3所述的非隔离的开关电源电路，其特征在于，所述开关芯片的开关管为MOSFET管，所述MOSFET管的漏极端为所述开关芯片的输入端，所述MOSFET管的源极端为所述开关芯片的输出端。

5.根据权利要求4所述的非隔离的开关电源电路，其特征在于，所述欠压保护模块还包括第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管及第三二极管，所述第一二极管的阳极经所述第二电容与所述第二二极管的阴极连接，所述第二二极管的阳极经所述第一电感与所述第一二极管的阴极连接；所述第一二极管的阴极与所述开关芯片的输出端连接，所述第一二极管的阴极还经所述第一电容与所述开关芯片的供电端连接，所述第二二极管的阴极还与所述第三二极管的阳极连接，所述第三二极管的阴极与所述开关芯片的供电端连接，所述第二二极管的阳极还与所述直流输出单元连接，所述第一二极管的阳极还与所述输入电源的负极相连。

6.根据权利要求5所述的非隔离的开关电源电路，其特征在于，所述第一电容及所述第二电容均为极性电容，所述第一电容的正极与所述开关芯片的供电端连接，所述第一电容的负极与所述第一二极管的阴极连接；所述第二电容的正极与所述第二二极管的阴极连接，所述第二电容的负极与所述输入电源的负极连接。

7.根据权利要求5或6所述的非隔离的开关电源电路，其特征在于，所述直流输出单元还包括第三电容及第一稳压管，所述第一稳压管的阴极经所述第三电容与所述第一稳压管的阳极连接，所述第一稳压管的阴极还经所述第二电感与所述第二二极管的阳极连接，所述第一稳压管的阴极还与所述反馈单元连接，所述第一稳压管的阴极作为直流输出单元的一输出端，第一稳压管的阳极作为直流输出单元的另一输出端并与所述输入电源的负极连接。

8.根据权利要求7所述的非隔离的开关电源电路，其特征在于，所述第三电容为极性电容，所述第三电容的正极与所述第一稳压管的阴极连接，所述第三电容的负极与所述输入电源的负极连接。

9.根据权利要求8所述的非隔离的开关电源电路，其特征在于，所述反馈单元包括第四二极管、第四电容及第二稳压管，所述第四二极管的阳极与所述第一稳压管的阴极连接，所述第四二极管的阴极经所述第四电容与所述开关芯片的输出端连接，所述第四二极管的阴极还与所述第二稳压管的阴极连接，所述第二稳压管的阳极与所述开关芯片的反馈端连接。

10.根据权利要求9所述的非隔离的开关电源电路，其特征在于，所述反馈单元还包括第五电容，所述第五电容的一端与所述开关芯片的反馈端连接，所述第五电容的另一端与所述开关芯片的输出端连接。