CN207354060U - 开关电源电路和电磁炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种开关电源电路和电磁炉，其中，开关电源电路包括：IC芯片、电感和续流二极管，IC芯片的输入端用于接收直流输入电压，IC芯片的公共端连接电感的输入端，电感的输出端作为开关电源电路的第一低压输出端，续流二极管的负极连接电感的输入端，续流二极管的正极接地，IC芯片的输入端与公共端之间，和/或，续流二极管的两端并联有滤波电容。本实用新型提供的技术方案可以改善开关电源电路的EMC，而且可以有效的降低成本，并降低开关电源电路占用的电路板空间。

Description

开关电源电路和电磁炉

技术领域

本实用新型涉及家电技术领域，尤其涉及一种开关电源电路和电磁炉。

背景技术

电磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility，EMC)是指在同一电磁环境中，设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定的抗干扰度，能够不因其他设备的干扰影响正常工作；同时在正常运行时对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值，不对其他设备产生影响工作的干扰。

电磁炉作为常用的加热电器，必须满足国家的EMC强制标准。在电磁炉的工作电路中，除了主回路，开关电源电路也是EMC干扰源之一；为了满足EMC要求，需要在电磁炉的开关电源电路中增加EMC滤波电路。现有的电磁炉一般是在开关电源电路中设置由电感和电容组成的π型EMC滤波电路，以满足EMC要求。

但是，这种π型EMC滤波电路，开关电源电路部分需要增加的元件较多，因而成本较高，而且也占用了过多的电路板空间。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种开关电源电路和电磁炉，用于降低电磁炉中开关电源电路的成本和占用的电路板空间。

为了实现上述目的，第一方面，本实用新型实施例提供一种开关电源电路，包括：集成电路IC芯片、电感和续流二极管，IC芯片的输入端用于接收直流输入电压，IC芯片的公共端连接电感的输入端，电感的输出端作为开关电源电路的第一低压输出端，续流二极管的负极连接电感的输入端，续流二极管的正极接地，IC芯片的输入端与公共端之间，和/或，续流二极管的两端并联有滤波电容。

通过在IC芯片的输入端与公共端之间，和/或，续流二极管的两端并联滤波电容，可以有效的吸收IC芯片快速开关时产生的尖峰毛刺，降低开关电源电路对其他电路的干扰，改善开关电源电路的EMC；而且，开关电源电路中只是增加了电容器件，相比现有的π型EMC滤波电路，可以有效的降低成本，并降低开关电源电路占用的电路板空间。

作为本实用新型实施例一种可选的实施方式，滤波电容不超过100pF。

这样可以防止开关器件的温升过高。

作为本实用新型实施例一种可选的实施方式，电感的输出端与IC芯片的电源端之间连接有第一整流二极管，其中，第一整流二极管的正极连接电感的输出端，第一整流二极管的负极连接IC芯片的电源端。

通过在电感的输出端与IC芯片的电源端之间连接第一整流二极管，可以实现对IC芯片的自动供电。

作为本实用新型实施例一种可选的实施方式，第一整流二极管的负极与IC芯片的公共端之间连接有第一电容。

通过在第一整流二极管的负极与IC芯片的公共端之间连接第一电容，可以对输入IC芯片的电源端的电流进行滤波。

作为本实用新型实施例一种可选的实施方式，开关电源电路还包括：第二电容，第二电容的一端连接电感的输出端，第二电容的另一端接地。

通过在电感的输出端连接第二电容，可以滤除开关电源电路输出的第一电压中的干扰。

作为本实用新型实施例一种可选的实施方式，开关电源电路还包括：变压器，电感为变压器的初级绕组，变压器的次级绕组的一端作为开关电源电路的第二低压输出端，变压器的次级绕组的另一端接地。

通过设置变压器，可以实现输出两种不同电压的电源，降低电磁炉的能耗。

作为本实用新型实施例一种可选的实施方式，开关电源电路还包括：第二整流二极管和第三电容，其中，第二整流二极管的正极连接变压器的次级绕组的一端，第二整流二极管的负极作为开关电源电路的第二低压输出端；第三电容的一端连接第二整流二极管的负极，第三电容的另一端接地。

通过在变压器的次级绕组的一端连接第二整流二极管和第三电容，可以实现对开关电源电路输出的第二电压进行整流滤波。

作为本实用新型实施例一种可选的实施方式，开关电源电路还包括：电阻和第四电容，电阻串联在IC芯片的输入端；第四电容的一端分别连接电阻和IC芯片的输入端，第四电容的另一端接地。

通过在IC芯片的输入端连接电阻和第四电容，可以对输入IC芯片的电流进行限流，提高开关电源电路的安全性，并为IC提供持续的电流。

作为本实用新型实施例一种可选的实施方式，IC芯片内部集成金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。

第二方面，本实用新型实施例提供一种电磁炉，包括上述任一实施方式所述的开关电源电路。

第二方面以及第二方面的各可能的实施方式所提供的电磁炉，其有益效果可以参见上述第一方面和第一方面的各可能的实施方式所带来的有益效果，在此不再赘述。

本实用新型的构造以及它的其他实用新型目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种开关电源电路的电路结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的开关电源电路的一种等效电路在MOSFET导通时的电流回路示意图；

图3为本实用新型实施例提供的开关电源电路的一种等效电路在MOSFET关断时的电流回路示意图；

图4为本实用新型提供的另一种开关电源电路的电路结构示意图；

图5为本实用新型提供的又一种开关电源电路的电路结构示意图。

附图标记说明：

IC1-IC芯片； L1-电感；

Q1-MOSFET； T1-变压器；

D1-续流二极管； D2-第一整流二极管；

D3-第二整流二极管； R1-电阻；

C1-第一电容； C2-第二电容；

C3-第三电容； C4-第四电容；

C5-滤波电容； C6-滤波电容。

具体实施方式

图1为本实用新型提供的一种开关电源电路的电路结构示意图，如图1所示，本实施例提供的开关电源电路包括：集成电路(Integrated Circuit，IC)芯片、电感和续流二极管D1，IC芯片IC1的输入端用于接收直流输入电压，IC芯片IC1的公共端连接电感的输入端，电感的输出端作为开关电源电路的第一低压输出端，续流二极管D1的负极连接电感L1的输入端，续流二极管D1的正极接地，IC芯片IC1的输入端与公共端之间并联有滤波电容C5。

具体的，IC芯片IC1可以通过整流电路与市电连接，即整流电路将市电交流电转换为直流电(即直流输入电压Vin)后输送给IC芯片IC1。该整流电路可以为桥式整流电路，桥式整流电路通常是将整流管封在一个壳体内，分为全桥和半桥；全桥是指将连接好的桥式整流电路的四个二极管封在一起；半桥是指将四个二极管桥式整流的一半封在一起，用两个半桥可组成一个全桥。整流电路的具体电路结构可以采用现有的电磁炉中对应的整流电路，本实施例对此不做特别限定。

IC芯片IC1内部集成开关管，开关管一般为MOS功率晶体管，例如：金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)，本实施例中以IC芯片IC1内部集成MOSFET(Q1)为例示例性说明本实用新型的技术方案。

其中，IC芯片IC1的电源开关输入(power switch input，SW)脚(管脚6、7、8)对应MOSFET(Q1)的漏极(Drain)，IC芯片IC1的地(Ground，GND)脚(管脚1和2)对应MOSFET(Q1)的源极(Source)。在具体连接时，整流电路连接IC芯片IC1的SW脚(即IC芯片IC1的输入端)，电感连接IC芯片IC1的GND脚(即IC芯片IC1的公共端)，即整流电路输出的电流从MOSFET(Q1)的漏极流向源极。另外IC芯片IC1上还具有空(Not Connected，NC)脚(管脚3和5)作为预留管脚，其可以空置或者连接其他器件，例如：本实施例中是将NC脚3空置，将NC脚5连接整流电路。

IC芯片IC1内部还集成有控制电路，通过控制电路向MOSFET(Q1)输出脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号，使MOSFET(Q1)快速开关，实现将输入的高压脉冲直流电(即直流输入电压Vin)降低为低压电源，以为弱电器件提供电能。

在MOSFET(Q1)快速开关的过程中，IC芯片IC1会产生尖峰毛刺，干扰其他电路，本实施例中，在IC芯片IC1的输入端(SW脚)与公共端(GND脚)之间并联滤波电容C5，可以有效的吸收MOSFET(Q1)快速开关时产生的尖峰毛刺，降低开关电源电路对其他电路的干扰，改善开关电源电路的EMC；相比现有的π型EMC滤波电路，本实施例中，开关电源电路中只是增加了电容器件C5，因而可以有效的降低成本，并降低开关电源电路占用的电路板空间。

在具体实现时，滤波电容C5可以选择高耐压小容量的电容；另外，为了防止开关器件(包括IC芯片IC1、续流二极管D1)的温升过高，该滤波电容C5不宜选择过大，一般不超过100pF。

本实施例中，开关电源电路采用buck结构进行降压，开关电源电路的工作状态主要包括两种，内置MOSFET(Q1)导通时和关断时的状态。下面详细说明开关电源电路的工作原理：

图2为本实用新型实施例提供的开关电源电路的一种等效电路在MOSFET导通时的电流回路示意图，如图2所示，MOSFET(Q1)导通时，电流经MOSFET(Q1)的漏极流向源极，然后流经电感L1，电感L1储存能量，并输出电压(即第一电压VCC)；第一电压VCC为负载Rd供电，电流经过负载，从地线返回，流到MOSFET(Q1)的漏极，从而形成一个回路，也即，MOSFET(Q1)、电感L1和负载Rd构成一个回路。

图3为本实用新型实施例提供的开关电源电路的一种等效电路在MOSFET关断时的电流回路示意图，如图3所示，MOSFET(Q1)关断时，电感L1释放能量，产生反向电动势，继续输出第一电压VCC；电流在电感L1的自感作用下保持不变，即从电感L1的输入端向电感L1的输出端继续流；然后电流流过负载Rd，从地线返回，流到续流二极管D1的正极，经过续流二极管D1返回电感L1的输入端，从而形成另一个回路，实现开关电源电路的续流，也即，电感L1、负载Rd和续流二极管D1构成另一个回路。

IC芯片IC1内部的控制电路通过向MOSFET(Q1)输出不同占空比的PWM信号，来控制MOSFET(Q1)的通断频率，进而实现将直流输入电压Vin降低为不同幅值的低压电源。在电磁炉中，开关电源电路输出的第一电压VCC一般为18V或12V，其可以为风机、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)驱动电路等供电。

本实施例中，电感L1可以是变压器T1的初级绕组(包含1、2端)，变压器T1的次级绕组(包含3、4端)的一端作为开关电源电路的第二低压输出端，变压器T1的次级绕组的另一端接地。即变压器T1的初级绕组的一端(即变压器T1的2端)作为开关电源电路的第一低压输出端，输出第一电压VCC；变压器T1的次级绕组的一端(即变压器T1的3端)作为开关电源电路的第二低压输出端，输出第二电压VDD。

在具体实现时，可以根据实际需求选择采用电感L1还是变压器T1。当电磁炉的能耗要求较低，只需提供一种低压电源时，可以选择单独的电感L1输出第一电压VCC；当电磁炉的能耗要求较高，需要提供两种低压电源时，可以选择变压器T1输出第一电压VCC和第二电压VDD，其中，第二电压VDD小于第一电压VCC，该第二电压VDD一般为5V，其可以为单片机、显示板等供电。本实施例中，如图1所示，优选的，采用变压器T1输出第一电压VCC和第二电压VDD，以降低电磁炉的能耗。

本实施例中，电感L1的输出端与IC芯片IC1的电源端之间可以连接第一整流二极管D2，其中，第一整流二极管D2的正极连接电感L1的输出端，第一整流二极管D2的负极连接IC芯片IC1的电源端VDD脚。这样，电流从电感L1的输入端(即变压器T1的1端)流经电感L1的输出端(即变压器T1的2端)后，可以经第一整流二极管D2整流后流入IC芯片IC1的电源端VDD脚，为IC芯片IC1供电。

另外，第一整流二极管D2的负极与IC芯片IC1的公共端之间可以连接第一电容C1，通过第一电容C1对输入IC芯片IC1的电源端的电流进行滤波。

为了滤除开关电源电路输出的第一电压VCC中的干扰，本实施例中，开关电源电路还可以包括：第二电容C2，第二电容C2的一端连接电感L1的输出端，第二电容C2的另一端接地。

另外，为了实现对开关电源电路输出的第二电压VDD进行整流滤波，本实施例中，开关电源电路还可以包括：第二整流二极管D3和第三电容C3，其中，第二整流二极管D3的正极连接变压器T1的次级绕组的一端(即变压器T1的2端)，第二整流二极管D3的负极作为开关电源电路的第二输出端；第三电容C3的一端连接第二整流二极管D3的负极，第三电容C3的另一端接地。通过第二整流二极管D3将开关电源电路输出的第二电压VDD从交流转换为直流，供负载使用；通过第三电容C3滤除开关电源电路输出的第二电压VDD中的干扰。

本实施例中，为了对输入IC芯片IC1的电流进行限流，提高开关电源电路的安全性，IC芯片IC1的输入端一般串联有电阻R1，即IC芯片IC1与整流电路之间串联电阻R1。

另外，为了为IC提供持续的电流，开关电源电路中还可以包括第四电容C4，第四电容C4的一端分别连接电阻R1和IC芯片IC1的输入端(SW脚)，第四电容C4的另一端接地。

当整流电路输出的脉冲直流电压经过第四电容C4时，第四电容C4可以储存能量，当脉冲直流电压从高电平降为低电平时，第四电容C4可以释放能量为IC芯片IC1提供持续的电流。

其中，上述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4具体可以采用电解电容，电解电容的成本低，功率小。

本实施例提供的开关电源电路，IC芯片的两端并联滤波电容，可以有效的吸收IC芯片快速开关时产生的尖峰毛刺，降低开关电源电路对其他电路的干扰，改善开关电源电路的EMC；而且，开关电源电路中只是增加了电容器件，相比现有的π型EMC滤波电路，可以有效的降低成本，并降低开关电源电路占用的电路板空间。

图4为本实用新型提供的另一种开关电源电路的电路结构示意图，如图4所示，本实施例提供的开关电源电路包括：IC芯片IC1、电感和续流二极管D1，IC芯片IC1的输入端用于接收直流输入电压，IC芯片IC1的公共端连接电感的输入端，电感的输出端作为开关电源电路的第一低压输出端，续流二极管D1的负极连接电感的输入端，续流二极管D1的正极接地，续流二极管D1的两端并联有滤波电容C6。

本实施例与上述图1所示实施例的区别之处在于，本实施例中，滤波电容并联在续流二极管D1的两端，其他电路结构与图1所示实施例中的电路结构类似。

与上述图1所示实施例类似，IC芯片IC1内置MOSFET(Q1)。如上述图2所示，当MOSFET(Q1)导通时，续流二极管D1负极的电压高于正极的电压，续流二极管D1截止；如上述图3所示，当MOSFET(Q1)关断时，续流二极管D1正极的电压高于负极的电压，续流二极管D1导通。因而，MOSFET(Q1)快速开关时，也会使续流二极管D1快速开关；那么在续流二极管D1快速开关的过程中，续流二极管D1会产生尖峰毛刺，干扰其他电路。

本实施例中，在续流二极管D1的两端并联滤波电容C6，可以有效的吸收续流二极管D1快速开关时产生的尖峰毛刺，降低开关电源电路对其他电路的干扰，改善开关电源电路的EMC；相比现有的π型EMC滤波电路，本实施例中，开关电源电路中只是增加了电容器件C6，因而可以有效的降低成本，并降低开关电源电路占用的电路板空间。

本实施例中其他电路结构的相关描述可以参考上述图1所示实施例中对应电路结构的描述，此处不再赘述。

本实施例提供的开关电源电路，续流二极管的两端并联滤波电容，可以有效的吸收IC芯片快速开关时续流二极管产生的尖峰毛刺，降低开关电源电路对其他电路的干扰，改善开关电源电路的EMC；而且，开关电源电路中只是增加了电容器件，相比现有的π型EMC滤波电路，可以有效的降低成本，并降低开关电源电路占用的电路板空间。

图5为本实用新型提供的又一种开关电源电路的电路结构示意图，如图5所示，本实施例提供的开关电源电路包括：IC芯片IC1、电感和续流二极管D1，IC芯片IC1的输入端用于接收直流输入电压，IC芯片IC1的公共端连接电感的输入端，电感的输出端作为开关电源电路的第一低压输出端，续流二极管D1的负极连接电感的输入端，续流二极管D1的正极接地，IC芯片IC1的输入端(SW脚)与公共端(GND脚)之间和续流二极管D1的两端均并联有滤波电容。

本实施例与上述图1所示实施例的区别之处在于，本实施例中，滤波电容包括两个(即C5和C6)，两个滤波电容分别并联在IC芯片IC1的两端和续流二极管D1的两端，其他电路结构与图1所示实施例中的电路结构类似。

与上述图1所示实施例类似，IC芯片IC1内置MOSFET(Q1)。在MOSFET(Q1)快速开关的过程中，IC芯片IC1会产生尖峰毛刺，干扰其他电路。另外，如上述图2所示，当MOSFET(Q1)导通时，续流二极管D1负极的电压高于正极的电压，续流二极管D1截止；如上述图3所示，当MOSFET(Q1)关断时，续流二极管D1正极的电压高于负极的电压，续流二极管D1导通。因而，MOSFET(Q1)快速开关时，也会使续流二极管D1快速开关；那么在续流二极管D1快速开关的过程中，续流二极管D1也会产生尖峰毛刺，干扰其他电路。

本实施例中，在IC芯片IC1的输入端(SW脚)与公共端(GND脚)之间并联滤波电容C5，在续流二极管D1的两端并联滤波电容C6，可以有效的吸收MOSFET(Q1)和续流二极管D1快速开关时产生的尖峰毛刺，降低开关电源电路对其他电路的干扰，改善开关电源电路的EMC；相比现有的π型EMC滤波电路，本实施例中，开关电源电路中只是增加了电容器件C5和C6，因而可以有效的降低成本，并降低开关电源电路占用的电路板空间。

本实施例中其他电路结构的相关描述可以参考上述图1所示实施例中对应电路结构的描述，此处不再赘述。

本实施例提供的开关电源电路，IC芯片的输入端与公共端之间和续流二极管的两端均并联滤波电容，可以有效的吸收IC芯片快速开关时IC芯片和续流二极管产生的尖峰毛刺，降低开关电源电路对其他电路的干扰，改善开关电源电路的EMC；而且，开关电源电路中只是增加了电容器件，相比现有的π型EMC滤波电路，可以有效的降低成本，并降低开关电源电路占用的电路板空间。

本实用新型实施例还提供一种电磁炉，该电磁炉包括上述任一实施例所述的开关电源电路。

本实施例中，开关电源电路的具体电路结构、工作原理和技术效果与上述实施例类似，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，本实施例此处以电磁炉为例进行了说明，在具体实现过程中，还可以应用到烤箱等包含开关电源电路并需要EMC认证的装置中。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

此外，在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”等应做广义理解，例如可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定、对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种开关电源电路，包括：集成电路IC芯片、电感和续流二极管，所述IC芯片的输入端用于接收直流输入电压，所述IC芯片的公共端连接所述电感的输入端，所述电感的输出端作为所述开关电源电路的第一低压输出端，所述续流二极管的负极连接所述电感的输入端，所述续流二极管的正极接地，其特征在于，所述IC芯片的输入端与公共端之间，和/或，所述续流二极管的两端并联有滤波电容。

2.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述滤波电容不超过100pF。

3.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述电感的输出端与所述IC芯片的电源端之间连接有第一整流二极管，其中，所述第一整流二极管的正极连接所述电感的输出端，所述第一整流二极管的负极连接所述IC芯片的电源端。

4.根据权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于，所述第一整流二极管的负极与所述IC芯片的公共端之间连接有第一电容。

5.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述开关电源电路还包括：第二电容，所述第二电容的一端连接所述电感的输出端，所述第二电容的另一端接地。

6.根据权利要求1-5任一项所述的开关电源电路，其特征在于，所述开关电源电路还包括：变压器，所述电感为所述变压器的初级绕组，所述变压器的次级绕组的一端作为所述开关电源电路的第二低压输出端，所述变压器的次级绕组的另一端接地。

7.根据权利要求6所述的开关电源电路，其特征在于，所述开关电源电路还包括：第二整流二极管和第三电容，其中，所述第二整流二极管的正极连接所述变压器的次级绕组的一端，所述第二整流二极管的负极作为所述开关电源电路的第二低压输出端；所述第三电容的一端连接所述第二整流二极管的负极，所述第三电容的另一端接地。

8.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述开关电源电路还包括：电阻和第四电容，所述电阻串联在所述IC芯片的输入端；所述第四电容的一端分别连接所述电阻和所述IC芯片的输入端，所述第四电容的另一端接地。

9.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述IC芯片内部集成金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。

10.一种电磁炉，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的开关电源电路。