CN204886691U - 一种节能控制电路及开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种节能控制电路及开关电源。其中，节能控制电路包括：电流采样器、节能控制器和脉冲宽度调制器；电流采样器分别与节能控制器及开关电源的负载稳压电路连接，实时采集负载稳压电路的输出电流，并将输出电流输入给节能控制器；脉冲宽度调制器分别与节能控制器及开关电源的开关管连接，节能控制器通过脉冲宽度调制器和开关管，控制开关电源的负载稳压电路的开启或休眠。通过节能控制器根据负载稳压电路的输出电流来控制负载稳压电路的开启或休眠，实现了根据开关电源的负载情况来控制负载稳压电路的开闭，提高了开关电源的工作效率，降低了带载损耗和空载损耗，减少了电能的浪费。

Description

一种节能控制电路及开关电源

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，具体而言，涉及一种节能控制电路及开关电源。

背景技术

随着信息化的不断发展，电子产品越来越普及，很多用户拥有手机、计算机和平板电脑等电子设备，用户要使用这些电子设备，首先需要通过电源为这些电子设备供电。

当前，现有技术中存在一种开关电源，该开关电源采用DC-DC(DirectCurrent-DirectCurrent，直流到直流)变换的稳压模块，通过多路负载稳压电路同时输出直流电，为电子设备供电。

但是在现有技术中当该开关电源的负载率很低时，该开关电源仍然同时通过多路负载稳压电路供电，工作效率很低，开关电源的带载损耗和空载损耗很大，造成电能的浪费。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种节能控制电路及开关电源，实现根据开关电源的负载情况来控制负载稳压电路的开闭，提高了开关电源的工作效率，降低了带载损耗和空载损耗，减少了电能的浪费。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种节能控制电路，所述节能控制电路包括：电流采样器、节能控制器和脉冲宽度调制器；

所述电流采样器分别与所述节能控制器及开关电源的负载稳压电路连接，实时采集所述负载稳压电路的输出电流，并将所述输出电流输入给所述节能控制器；

所述脉冲宽度调制器分别与所述节能控制器及所述开关电源的开关管连接，所述节能控制器通过所述脉冲宽度调制器和所述开关管，控制所述开关电源的负载稳压电路的开启或休眠。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了上述第一方面的第一种可能的实现方式，其中，所述节能控制器包括负载率计算元件和负载控制元件；

所述负载率计算元件分别与所述电流采样器和所述负载控制元件连接，所述负载控制元件与所述脉冲宽度调制器连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了上述第一方面的第二种可能的实现方式，其中，所述节能控制电路还包括时钟驱动器；

所述时钟驱动器分别与所述电流采样器和所述节能控制器连接，对所述电流采样器和所述节能控制器进行同步时钟驱动。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，本实用新型实施例提供了上述第一方面的第三种可能的实现方式，其中，所述节能控制电路内置电流控制芯片，所述电流控制器芯片包括比较器、锁存器和功率管；

所述比较器分别与所述电流采样器和所述锁存器连接，所述锁存器分别与所述时钟驱动器和所述功率管连接，所述功率管与所述脉冲宽度调制器连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了上述第一方面的第四种可能的实现方式，其中，所述节能控制电路还包括延时轮休器；

所述延时轮休器分别与所述开关电源的负载稳压电路及所述节能控制器连接，所述延时轮休器记录已开启的负载稳压电路的开启时间，并触发所述节能控制器对所述开关电源的负载稳压电路进行轮休控制。

结合第一方面的第四种可能的实现方式，本实用新型实施例提供了上述第一方面的第五种可能的实现方式，其中，所述节能控制电路还包括故障监控器；

所述故障监控器分别与所述电流采样器、所述节能控制器和所述脉冲宽度调制器连接，对所述电流采样器、所述节能控制器和所述脉冲宽度调制器进行实时监控。

结合第一方面的第五种可能的实现方式，本实用新型实施例提供了上述第一方面的第六种可能的实现方式，其中，所述故障监控器还与所述延时轮休器连接，当所述故障监控器监控到器件故障时，触发所述延时轮休器停止轮休控制，以及触发所述节能控制器开启所述开关电源的所有负载稳压电路，以及当所述故障监控器监控到故障解除时，触发所述延时轮休器开始轮休控制。

结合第一方面的第五种可能的实现方式，本实用新型实施例提供了上述第一方面的第七种可能的实现方式，其中，所述故障监控器还与时钟驱动器连接，对所述时钟驱动器进行实时监控。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了上述第一方面的第八种可能的实现方式，其中，所述节能控制器控制开启负载稳压电路的数量至少为预设数量。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种开关电源，所述开关电源包括变压器、多个负载稳压电路及上述第一方面及第一方面的第一至第八种实现方式中的任一种所述的节能控制电路，所述变压器包括开关管；

所述节能控制电路分别与所述变压器和所述多个负载稳压电路连接，所述变压器与所述多个负载稳压电路连接，所述节能控制电路采集所述多个负载稳压电路的输出电流，通过控制所述变压器的开关管的关闭或断开，来控制所述多个负载稳压电路的开启或休眠。

在本实用新型实施例中，电流采样器分别与节能控制器及开关电源的负载稳压电路连接，实时采集负载稳压电路的输出电流，并将输出电流输入给节能控制器；脉冲宽度调制器分别与节能控制器及开关电源的开关管连接，节能控制器通过脉冲宽度调制器和开关管，控制开关电源的负载稳压电路的开启或休眠。由于节能控制电路根据负载稳压电路的输出电流来控制负载稳压电路的开启或休眠，实现了根据开关电源的负载情况来控制负载稳压电路的开闭，提高了开关电源的工作效率，降低了带载损耗和空载损耗，减少了电能的浪费。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1A示出了本实用新型实施例1所提供的一种节能控制电路的第一示意图；

图1B示出了本实用新型实施例1所提供的一种节能控制电路的第二示意图；

图1C示出了本实用新型实施例1所提供的一种节能控制电路的第三示意图；

图1D示出了本实用新型实施例1所提供的一种节能控制电路的第四示意图；

图1E示出了本实用新型实施例1所提供的一种电流控制芯片的内部电路示意图；

图1F示出了本实用新型实施例1所提供的一种节能控制电路的第五示意图；

图1G示出了本实用新型实施例1所提供的一种节能控制电路的第六示意图；

图2示出了本实用新型实施例2所提供的一种开关电源的示意图。

上述附图中的标号所代表的含义如下：

1：电流采样器，2：节能控制器，3：脉冲宽度调制器，4：时钟驱动器，5：延时轮休器，6：故障监控器；

21：负载率计算元件，22：负载控制元件，23：电流控制芯片；

231：比较器，232：锁存器，233：功率管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

考虑到相关技术中当开关电源的负载率很低时，开关电源仍然同时通过多路负载稳压电路供电，工作效率很低，开关电源的带载损耗和空载损耗很大，造成电能的浪费。基于此，本实用新型实施例提供了一种节能控制电路及开关电源。下面通过实施例进行描述。

实施例1

参见图1A，本实用新型实施例提供了一种节能控制电路。该节能控制电路用于对开关电源进行节能控制，开关电源中包括多路负载稳压电路以及与负载稳压电路一一对应的开关管，本实用新型实施例提供的节能控制电路根据开关电源的负载情况，控制开关管的开闭，进而控制负载稳压电路的开启或休眠。

该节能控制电路包括：电流采样器1、节能控制器2和脉冲宽度调制器3；

电流采样器1分别与节能控制器2及开关电源的负载稳压电路连接，电流采样器1实时采集负载稳压电路的输出电流，并将输出电流输入给节能控制器2；

脉冲宽度调制器3分别与节能控制器2及开关电源的开关管连接，节能控制器2通过脉冲宽度调制器3和开关管，控制开关电源的负载稳压电路的开启或休眠。

上述电流采样器1可以为A/D(Analog/Digital，模拟/数字)转换器。

在本实用新型实施例中，在开关电源中包括多路负载稳压电路，以及与多路负载稳压电路一一对应的开关管，可以通过控制开关管的开闭来控制负载稳压电路的开启或休眠。在图1A中只示意性地画出一个开关管与一个负载稳压电路，且开关管与负载稳压电路之间的连接用虚线表示出来。

上述电流采样器1与开关电源的所有负载稳压电路连接，采集负载稳压电路上的输出电流，将采集的输出电流传输给节能控制器2。节能控制器2根据该输出电流和预设满载电流，计算开关电源的当前负载率，当前负载率可以为该输出电流与预设满载电流的比值。其中，预设满载电流为预先设置的开关电源满载时的电流，预设满载电流可以为开关电源的额定电流。

节能控制器2判断当前负载率是否满足预设负载率条件，若满足，则不进行后续操作，若不满足，则根据当前负载率确定应开启的负载稳压电路的开启数量，根据该开启数量控制脉冲宽度调制器3发送控制脉冲给开关电源的开关管，该控制脉冲可以控制开关管的闭合或断开，通过开关管的闭合或断开来实现控制开关电源中开启的负载稳压电路的数量为上述开启数量。

上述预设负载率条件可以为预设的负载率区间，如预设负载率条件可以为负载率区间[40％，80％]。当开关电源的负载率满足预设负载率条件时，表明开关电源的工作效率很高，带载损耗和空载损耗在可接受范围内。

当开关电源的当前负载率很低时，节能控制电路控制开关电源减少开启的负载稳压电路的数量，来提高开关电源的负载率，提高开关电源的工作效率，降低开关电源的空载损耗和带载损耗，节省电能。

如图1B所示，节能控制器2包括负载率计算元件21和负载控制元件22；

负载率计算元件21分别与电流采样器1和负载控制元件22连接，负载控制元件22与脉冲宽度调制器3连接。

负载率计算元件21接收电流采样器1传输的输出电流，根据预设满载电流和输出电流，计算开关电源的当前负载率，将当前负载率输入给负载控制元件22。负载控制元件22判断当前负载率是否满足预设负载率条件，当判断出当前负载率不满足预设负载率条件时，根据当前负载率，确定负载稳压电路的开启数量，根据该开启数量控制开启该开启数量的负载稳压电路。

上述负载率计算元件21和负载控制元件22的功能可以通过节能控制器2中的单片机或芯片来实现。负载率计算元件21接收到电流采样器1传输的输出电流后，计算输出电流与预设满载电流的比值，将该比值确定为开关电源的当前负载率。

当开关电源的负载率满足预设负载率条件时，表明开关电源的工作效率很高，带载损耗和空载损耗在可接受范围内。负载控制元件22接收负载率计算元件21输入的当前负载率，判断当前负载率是否满足预设负载率条件，若满足，则确定开关电源的工作效率很高，不再进行后续控制操作。若不满足，则确定开关电源的工作效率低，需要调整开启的负载稳压电路的数量来提高工作效率，负载控制元件22根据当前负载率确定负载稳压电路的开启数量，然后根据该开启数量控制开关电源只开启该开启数量个负载稳压电路，将其它的负载稳压电路休眠，这样减少了工作的负载稳压电路的数量，使工作的负载稳压电路的数量与实际负载需求相适应，提高了开关电源的负载率和工作效率。

如图1C所示，节能控制电路还包括时钟驱动器4，该时钟驱动器4分别与电流采样器1和节能控制器2连接；

时钟驱动器4对电流采样器1和节能控制器2进行同步时钟驱动，以使电流采样器1和节能控制器2实时同步地运行。

通过上述时钟驱动器4同步驱动电流采样器1和节能控制器2。在此过程中，电流采样器1和节能控制器2实时同步的将采集到的信号进行处理运算，并通过节能控制器2输出到脉冲宽度调制器3，从而实现负载稳压电路在休眠和工作模式两种状态之间切换。

如图1D所示，节能控制器2内置电流控制芯片23，可以通过电流控制芯片23实现上述负载率计算元件21和负载控制元件22的功能。该电流控制芯片23包括比较器231、锁存器232和功率管233；

比较器231分别与电流采样器1和锁存器232连接，锁存器232分别与时钟驱动器4和功率管233连接，功率管233与脉冲宽度调制器3连接。

上述锁存器232接收时钟驱动器4输入的时钟脉冲时置位并输出驱动脉冲，驱动功率管233导通，使电源回路中电流脉冲幅度增大。当电源回路中的电流脉冲幅度达到预设触发电平时，触发比较器231状态翻转，以及触发锁存器232复位，驱动功率管233截止。

在本实用新型实施例中，电流控制芯片23内部电路可以为如图1E所示的电路图，当锁存器232驱动功率管233导通时，整个电路内的电流将不断增大，当电流达到预设触发电平时，比较器231状态翻转，锁存器232复位，功率管233截止。电流控制芯片23通过该内部电路来控制输出，以对开关电源进行节能控制。

时钟驱动器4输出恒频时钟脉冲给锁存器232，锁存器232接收到该时钟脉冲时置位，并输出驱动脉冲驱动功率管233导通。功率管233导通后，电源回路中的电流脉冲幅度逐步增大，当电流脉冲幅度达到预设触发电平时，电流脉冲触发比较器231的状态翻转，以及触发锁存器232复位。锁存器232复位后，其对功率管233的驱动撤除，功率管233截止。电流控制芯片23就是这样逐个地检测和调节电流脉冲，达到控制输出的目的。

上述比较器231还接收电流采样器1传输的输出电流，比较输出电流与预设满载电流，若输出电流与预设满载电流相同，则确定此时开关电源处于满载情况，不需要对工作的负载稳压电路的数量进行调整。若输出电流与预设满载电流不相同，则通过锁存器232和功率管233将输出电流输入给节能控制器2，以使节能控制器2根据输出电流对开关电源的负载稳压电路进行控制。

如图1F所示，节能控制电路还包括延时轮休器5，该延时轮休器5分别与开关电源的负载稳压电路及节能控制器2连接；

延时轮休器5记录已开启的负载稳压电路的开启时间，并触发节能控制器2对开关电源的负载稳压电路进行轮休控制。

上述延时轮休器5记录已开启的负载稳压电路的开启时间，并判断负载稳压电路的开启时间是否达到预设时间段，当判断出开启时间达到预设时间段时，触发节能控制器2从未开启的负载稳压电路中开启负载稳压电路，以及触发节能控制器2关闭开启时间达到预设时间段的负载稳压电路。

例如，假设开关电源共有8路负载稳压电路，当前开启的负载稳压电路的数量为2个，预设时间段为1h。延时轮休器5记录当前开启的这2个负载稳压电路的开启时间，当这2个负载稳压电路的开启时间达到1h时，从开关电源未开启的6路负载稳压电路中随机开启2路负载稳压电路，并开始记录刚开启的这2路负载稳压电路的开启时间，然后将开启时间已经达到1h的2路负载稳压电路休眠。

在本实用新型实施例中，还可以设置负载稳压电路的休眠时间和休眠次序，使各负载稳压电路轮换休眠，维持各负载稳压电路的工作时长平均，提高各负载稳压电路的使用寿命。

在通过延时轮休器5实现负载稳压电路的轮休控制时，还需要采取一定的安全措施，以保证特殊情况下开关电源工作的可靠性。如应至少保证预设数量的负载稳压电路工作，该预设数量可以为2或3等。当开关电源出现负载稳压电路故障、节能控制器2失效、市电异常或电池均充等特殊情况时，节能控制电路应自动关闭延时轮休器5的功能。当异常情况消失且开关电源处于浮充状态时，再启动延时轮休器5的轮休功能，从而保证开关电源的安全稳定运行。

如图1G所示，节能控制电路还包括故障监控器6；

故障监控器6分别与电流采样器1、节能控制器2和脉冲宽度调制器3连接，对电流采样器1、节能控制器2和脉冲宽度调制器3进行实时监控。

故障监控器6还与延时轮休器5连接，当故障监控器6监控到器件故障时，触发延时轮休器5停止轮休控制，以及触发节能控制器2开启开关电源的所有负载稳压电路，以及当故障监控器监控到故障解除时，触发延时轮休器5开始轮休控制。

上述故障监控器6发现电流采样器1、节能控制器2或脉冲宽度调制器3出现故障时，都要立即触发延时轮休器5结束轮休控制，触发节能控制器2开启开关电源的所有负载稳压电路，使开关电源恢复浮充状态。而当发现故障解除，则触发延时轮休器5重新进入轮休控制。在故障解除重新进行轮休控制之前，为了确保节能控制电路的稳定性，故障监控器6可以先等待一段时间，没有再次发现故障时，再触发延时轮休器5重新进入轮休控制。

当故障监控器6监控到延时轮休器5出现故障时，故障监控器6可以直接触发节能控制器2开启开关电源的所有负载稳压电路，使开关电源恢复浮充状态。当监控到延时轮休器5故障解除时，再触发延时轮休器5重新进入轮休控制。另外，故障监控器6还可以对时钟驱动器4进行监控。

在本实用新型实施例中，故障监控器6还与时钟驱动器4连接，对时钟驱动器4进行实时监控。

另外，为了保障开关电源的稳定性，节能控制器2控制开启负载稳压电路的数量至少为预设数量。

在本实用新型实施例中，由于负载稳压电路总处于一段时间工作和一段时间休息的状态，可以延长负载稳压电路的使用寿命。而且通过延时轮休器5进行轮休控制，实现各负载稳压电路的工作和休息时间平均，这样可以实现负载稳压电路的同步老化，从而延长整个开关电源的使用寿命。

在本实用新型实施例中，电流采样器分别与节能控制器及开关电源的负载稳压电路连接，实时采集负载稳压电路的输出电流，并将输出电流输入给节能控制器；脉冲宽度调制器分别与节能控制器及开关电源的开关管连接，节能控制器通过脉冲宽度调制器和开关管，控制开关电源的负载稳压电路的开启或休眠。由于节能控制电路根据负载稳压电路的输出电流来控制负载稳压电路的开启或休眠，实现了根据开关电源的负载情况来控制负载稳压电路的开闭，提高了开关电源的工作效率，降低了带载损耗和空载损耗，减少了电能的浪费。

实施例2

参见图2，本实用新型实施例提供了一种开关电源，该开关电源包括变压器201、多个负载稳压电路202及上述实施例1中的节能控制电路203，变压器201包括开关管，开关管的数量与负载稳压电路的数量相同，且开关管与负载稳压电路一一对应；其中，开关管在图2中未画出，且仅示意性地画出了一个负载稳压电路202。

节能控制电路203分别与变压器201和多个负载稳压电路202连接，变压器201与多个负载稳压电路202连接；

节能控制电路203采集多个负载稳压电路202的输出电流，通过控制变压器201的开关管的关闭或断开，来控制多个负载稳压电路202的开启或休眠。

上述节能控制电路203根据输出电流和预设满载电流，确定开关电源的当前负载率，根据当前负载率和预设负载率条件，确定负载稳压电路202的开启数量。节能控制电路203根据该开启数量控制变压器201的开关管的关闭或断开，以控制多个负载稳压电路202的开启或休眠。

在本实用新型实施例中，通过节能控制电路采集多个负载稳压电路的输出电流，根据输出电流控制变压器的开关管的关闭或断开，以控制多个负载稳压电路的开启或休眠。由于根据负载稳压电路的输出电流来控制负载稳压电路的开启或休眠，实现了根据开关电源的负载情况来控制负载稳压电路的开闭，提高了开关电源的工作效率，降低了带载损耗和空载损耗，减少了电能的浪费。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种节能控制电路，其特征在于，所述节能控制电路包括：电流采样器、节能控制器和脉冲宽度调制器；

所述电流采样器分别与所述节能控制器及开关电源的负载稳压电路连接，实时采集所述负载稳压电路的输出电流，并将所述输出电流输入给所述节能控制器；

所述脉冲宽度调制器分别与所述节能控制器及所述开关电源的开关管连接，所述节能控制器通过所述脉冲宽度调制器和所述开关管，控制所述开关电源的负载稳压电路的开启或休眠。

2.根据权利要求1所述的节能控制电路，其特征在于，所述节能控制器包括负载率计算元件和负载控制元件；

所述负载率计算元件分别与所述电流采样器和所述负载控制元件连接，所述负载控制元件与所述脉冲宽度调制器连接。

3.根据权利要求1所述节能控制电路，其特征在于，所述节能控制电路还包括时钟驱动器；

所述时钟驱动器分别与所述电流采样器和所述节能控制器连接，对所述电流采样器和所述节能控制器进行同步时钟驱动。

4.根据权利要求3所述的节能控制电路，其特征在于，所述节能控制电路内置电流控制芯片，所述电流控制器芯片包括比较器、锁存器和功率管；

所述比较器分别与所述电流采样器和所述锁存器连接，所述锁存器分别与所述时钟驱动器和所述功率管连接，所述功率管与所述脉冲宽度调制器连接。

5.根据权利要求1所述的节能控制电路，其特征在于，所述节能控制电路还包括延时轮休器；

所述延时轮休器分别与所述开关电源的负载稳压电路及所述节能控制器连接，所述延时轮休器记录已开启的负载稳压电路的开启时间，并触发所述节能控制器对所述开关电源的负载稳压电路进行轮休控制。

6.根据权利要求5所述的节能控制电路，其特征在于，所述节能控制电路还包括故障监控器；

所述故障监控器分别与所述电流采样器、所述节能控制器和所述脉冲宽度调制器连接，对所述电流采样器、所述节能控制器和所述脉冲宽度调制器进行实时监控。

7.根据权利要求6所述的节能控制电路，其特征在于，

所述故障监控器还与所述延时轮休器连接，当所述故障监控器监控到器件故障时，触发所述延时轮休器停止轮休控制，以及触发所述节能控制器开启所述开关电源的所有负载稳压电路，以及当所述故障监控器监控到故障解除时，触发所述延时轮休器开始轮休控制。

8.根据权利要求6所述的节能控制电路，其特征在于，

所述故障监控器还与时钟驱动器连接，对所述时钟驱动器进行实时监控。

9.根据权利要求1所述的节能控制电路，其特征在于，所述节能控制器控制开启负载稳压电路的数量至少为预设数量。

10.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括变压器、多个负载稳压电路及所述权利要求1-9任一项所述的节能控制电路，所述变压器包括开关管；

所述节能控制电路分别与所述变压器和所述多个负载稳压电路连接，所述变压器与所述多个负载稳压电路连接，所述节能控制电路采集所述多个负载稳压电路的输出电流，通过控制所述变压器的开关管的关闭或断开，来控制所述多个负载稳压电路的开启或休眠。