CN206117538U - 趋近于零待机输入的开关电源电路装置 - Google Patents

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李海松
吴之俊
赵倡申
刘文亮
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Abstract

本实用新型公开了趋近于零待机输入的开关电源电路装置，包括交流输入单元、电源模块、负载模块、待机控制模块，交流输入单元与电源模块相连，电源模块与负载模块和待机控制模块相连，待机控制模块与负载模块相连；待机控制模块由电源模块供电，监测电源模块的输出，并控制电源模块的待机工作状态。实现极低待机输入功耗和极低待机输入电流的特性，适应需要极小待机功耗或极小待机输入电流的应用场合，扩大了开关电源的应用范围。

Description

趋近于零待机输入的开关电源电路装置
技术领域
本实用新型涉及一种开关电源电路，尤其涉及一种趋近于零待机输入的开关电源电路装置。
背景技术
目前，市场上需要的低压直流电源如3.3V、5V、12V、24V等均采用工频变压器电源或高频开关电源，但此类电源都存在待机输入功耗大(高于50mW)或待机输入电流高(高于300uA)等问题。既浪费能源，又不能适应需要极小待机输入功耗或极小待机输入电流的应用场合。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种趋近于零待机输入的开关电源电路装置，用以实现极低的待机输入功耗和极低的待机输入电流的能力。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：
趋近于零待机输入的开关电源电路装置，特点是：包括交流输入单元、电源模块、负载模块、待机控制模块，所述交流输入单元与电源模块相连，所述电源模块与负载模块和待机控制模块相连，所述待机控制模块与负载模块相连；待机控制模块由电源模块供电，监测电源模块的输出，并控制电源模块的待机工作状态。
进一步地，上述的趋近于零待机输入的开关电源电路装置，其中，所述电源模块包括桥式整流单元、第一电容、第二电容、电阻、二极管、变压器和电源控制单元，所述电源控制单元包含高压启动电路、控制器以及功耗晶体管，高压启动电路连接控制器，控制器连接功耗晶体管；第一电容的正端连接桥式整流单元的正端和变压器主绕组Np的一端，第一电容的负端连接桥式整流单元的负端和电阻的一端；功耗晶体管的SW端连接变压器主绕组的另一端；功耗晶体管的CS端连接电阻的另一端；二极管的正端连接变压器次级绕组Ns的一端，第二电容的正端连接二极管的负端和负载模块的一端，第二电容的负端连接变压器次级绕组Ns的另一端和负载模块的另一端。
更进一步地，上述的趋近于零待机输入的开关电源电路装置，其中，所述负载模块为阻性负载终端、容性负载终端或者感性负载终端。
更进一步地，上述的趋近于零待机输入的开关电源电路装置，其中，所述桥式整流单元为全桥整流单元、半桥整流单元或者单二极管整流单元。
再进一步地，上述的趋近于零待机输入的开关电源电路装置，其中，所述功耗晶体管为功耗三极管或功耗MOSFET场效应管。
本实用新型与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：
使用趋近于零待机输入的开关电源电路装置可实现极低待机输入功耗和极低待机输入电流的特性，可适应需要极小待机功耗或极小待机输入电流的应用场合，扩大了开关电源的应用范围，同时节约能耗，保护环境。
附图说明
图1：本实用新型的电路架构示意图；
图2：本实用新型的工作波形示意图；
图3：本实用新型的具体电路示意图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明具体实施方案。
如图1所示，趋近于零待机输入的开关电源电路装置，包括交流输入单元1、电源模块2、负载模块3、待机控制模块4，交流输入单元1与电源模块2相连，电源模块2与负载模块3和待机控制模块4相连，所述待机控制模块4与负载模块3相连；待机控制模块4由电源模块2供电，监测电源模块2的输出，依此发出控制信号，并控制电源模块2的待机工作状态。
其中，电源模块2包括桥式整流单元101、第一电容C1、第二电容C2、电阻R1、二极管D1、变压器T1和电源控制单元U1，所述电源控制单元U1包含高压启动电路102、控制器103以及功耗晶体管104，高压启动电路102连接控制器103，控制器103连接功耗晶体管104；第一电容C1的正端连接桥式整流单元101的正端和变压器T1主绕组Np的一端，第一电容C1的负端连接桥式整流单元101的负端和电阻R1的一端；功耗晶体管104的SW端连接变压器T1主绕组的另一端；功耗晶体管104的CS端连接电阻R1的另一端；二极管D1的正端连接变压器T1次级绕组Ns的一端，第二电容C2的正端连接二极管D1的负端和负载模块3的一端，第二电容C2的负端连接变压器T1次级绕组Ns的另一端和负载模块3的另一端。
交流输入单元1为单相交流输入、三相交流输入或其他形式交流输入单元。
负载模块3为阻性负载终端、容性负载终端或者感性负载终端。
电源控制单元U1可直接接受待机控制模块4发出的控制信号。桥式整流单元101为全桥整流单元、半桥整流单元或者单二极管整流单元。功耗晶体管104为功耗三极管或功耗MOSFET场效应管。电源控制单元U1既可以使独立的控制器芯片和独立的功耗晶体管的组合，也可以是将控制器芯片和功耗晶体管集成为单一器件。
电源控制单元U1和电阻R1既可以是独立的电源控制单元U1和独立R1的组合，也可以是将电源控制单元U1与电阻R1集成为单一器件。
电源控制单元U1通过ZC管脚接受待机控制模块4发出的控制信号，使其进入待机工作状态，实现极低的待机输入功耗和极低的待机输入电流特性。电源控制单元U1集成高压启动电路、控制器和功率晶体管，且高压启动电路和控制器受控于电源控制单元U1的ZC管脚的电位。
待机控制模块4通过LDO由电源模块2的输出电容C2供电，并且通过DET管脚监测输出电容C2上的电压VO。在待机模式下，当监测到电压VO大于第一阈值电压VTH1时，待机控制模块4将ZC管脚输出电压置低，关闭电源控制单元U1中的高压启动电路102和控制器103，并将功耗晶体管104的栅极电压置为低电平，即关闭功耗晶体管104，输出电压VO以第一斜率下降，此时电源模块2的输入电流为0，输入功率随之为0；当监测到电压VO小于第二阈值电压VTH1时。输出电容C2电压无法给待机控制模块4供电，待机控制模块4将ZC管脚输出电压置高，开启电源控制单元U1中的高压启动电路102和控制器103，与此同时，功耗晶体管104的栅极电压为具有一定开关周期和占空比的频率信号，输出电压VO以第二斜率上升，此时电源模块2的输入电流不为0，电源模块2具有一定的输入功率。但是由于第一斜率远远小于第二斜率，即输入功率为0的时长要远远大于输入功率不为0的时长，实际应用中的输入功率极低
如图2，T1时段为电源模块的第一次启动，输出电压VO从0开始上升直至第一阈值电压VTH1。此间，待机控制模块的ZC管脚电压为低电平，电源控制单元U1中的高压启动电路、控制器以及功耗晶体管均正常工作，输入功率PIN不为0。当待机控制模块监测到VO大于VTH1，即进入T2时段，该时段内，待机控制模块的ZC管脚电压置为高电平，关闭电源控制单元U1中的高压启动电路和控制器，并将功耗晶体管的栅极电压置为低电平，即关闭功耗晶体管，输出电压VO缓慢下降，电源模块的输入功率PIN为0。当待机控制模块监测到VO小于第二阈值电压VTH2，即进入T3时段，该时段内，待机控制模块的ZC管脚输出电压置高，开启电源控制单元U1中的高压启动电路和控制器，与此同时，功耗晶体管的栅极电压为具有一定开关周期和占空比的频率信号，输出电压VO快速上升直至VTH1，电源模块的输入功率PIN不为0。此后的T4～T6时段则为上述T2、T3时段的重复。由于T1和T3的时长要远远小于T2的时长，输入功率PIN在实际应用中体现为一个极低的值。
如图3，FR1为保险丝或保险电阻，电路异常时可以断开，以保护其他器件和设备不受损坏。BD1为桥式整流，并和C1一起组成交流输入整流滤波电路，将交流输入信号转换为直流信号，若需要加强EMI性能，也可以将C1更换为C-L-C组成的π型滤波电路。D2、R2、R3、C3组成尖峰吸收电路，可以降低电源模块工作时在功耗晶体管SW端产生的尖峰电压，提高功耗晶体管的可靠性。D3、R4、C4和变压器T1辅助绕组Na组成辅助供电电路，在电源模块工作时为电源控制单元U1供电。R5、R6电阻分压网络为电源控制单元U1提供反馈信号控制输出电压值。变压器T1主绕组Np和功耗晶体管的电流会流过R1并在R1上产生一个电压信号，电源控制单元U1会侦测此信号，并控制输出电流值。变压器T1次级绕组Ns提供转换后的输出信号，并通过D1和C2组成的输出整流滤波电路输出直流信号并为负载模块供电。R7、C5组成尖峰吸收电路，可以降低电源模块工作时在二极管D1两端形成的尖峰电压，提高D1的可靠性。R8为电源模块预置负载，若电源模块工作而负载模块不工作时，R8会消耗一部分能量以维持系统稳定性。LDO传递电源模块输出级电容C2上的能量给待机控制单元供电。待机控制单元通过DET管脚智能监测电源模块输出电压，其提供的控制信号经过R10、C6组成旁路电路后，直接连接到电源控制单元U1的ZC管脚，并控制装置进入待机工作状态，最终实现极小待机输入功耗和极小待机输入电流特性。电源控制单元U1可采用智能电源管理芯片。
使用上述趋近于零待机输入的开关电源电路装置可实现极低待机输入功耗和极低待机输入电流的特性，可适应需要极小待机功耗或极小待机输入电流的应用场合，扩大了开关电源的应用范围，同时节约能耗，保护环境。
需要说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，并非用以限定本实用新型的权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域的专门人士应可明了及实施，因此其它未脱离本实用新型所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。

Claims (5)

1.趋近于零待机输入的开关电源电路装置，其特征在于：包括交流输入单元(1)、电源模块(2)、负载模块(3)、待机控制模块(4)，所述交流输入单元(1)与电源模块(2)相连，所述电源模块(2)与负载模块(3)和待机控制模块(4)相连，所述待机控制模块(4)与负载模块(3)相连；待机控制模块(4)由电源模块(2)供电，监测电源模块(2)的输出，并控制电源模块(2)的待机工作状态。
2.根据权利要求1所述的趋近于零待机输入的开关电源电路装置，其特征在于：所述电源模块(2)包括桥式整流单元(101)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、电阻(R1)、二极管(D1)、变压器(T1)和电源控制单元(U1)，所述电源控制单元(U1)包含高压启动电路(102)、控制器(103)以及功耗晶体管(104)，高压启动电路(102)连接控制器(103)，控制器(103)连接功耗晶体管(104)；第一电容(C1)的正端连接桥式整流单元(101)的正端和变压器(T1)主绕组Np的一端，第一电容(C1)的负端连接桥式整流单元(101)的负端和电阻(R1)的一端；功耗晶体管(104)的SW端连接变压器(T1)主绕组的另一端；功耗晶体管(104)的CS端连接电阻(R1)的另一端；二极管(D1)的正端连接变压器(T1)次级绕组Ns的一端，第二电容(C2)的正端连接二极管(D1)的负端和负载模块(3)的一端，第二电容(C2)的负端连接变压器(T1)次级绕组Ns的另一端和负载模块(3)的另一端。
3.根据权利要求1或2所述的趋近于零待机输入的开关电源电路装置，其特征在于：所述负载模块(3)为阻性负载终端、容性负载终端或者感性负载终端。
4.根据权利要求2所述的趋近于零待机输入的开关电源电路装置，其特征在于：所述桥式整流单元(101)为全桥整流单元、半桥整流单元或者单二极管整流单元。
5.根据权利要求2所述的趋近于零待机输入的开关电源电路装置，其特征在于：所述功耗晶体管(104)为功耗三极管或功耗MOSFET场效应管。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107564774A (zh) * 2017-10-09 2018-01-09 浙江人民电器有限公司 一种断路器
CN111082675A (zh) * 2019-12-31 2020-04-28 上海晶丰明源半导体股份有限公司 用于控制面板的低功耗电力转换电路

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