CN209994279U

CN209994279U - 一种开关电源

Info

Publication number: CN209994279U
Application number: CN201921102339.7U
Authority: CN
Inventors: 韩伟; 皋君成; 徐进峰; 陆鹏杰
Original assignee: SHANGHAI YINGHENG ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI YINGHENG ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2019-07-15
Filing date: 2019-07-15
Publication date: 2020-01-24
Anticipated expiration: 2029-07-15

Abstract

本实用新型实施例公开了一种开关电源，包括电源、电压隔离模块、分压模块、开关模块和电源控制芯片。电压隔离模块包括变压器，变压器包括初级线圈、第一次级线圈及第二次级线圈；电源的正极与初级线圈的第一端电连接，初级线圈的第二端与开关模块的输入端电连接，开关模块的输出端接地；第一次级线圈的第一端与负载的第一端电连接，第一次级线圈的第二端与负载的第二端电连接；第二次级线圈的第一端通过分压模块与电源控制芯片的反馈端电连接，第二次级线圈的第二端接地；电源控制芯片的信号输出端与开关模块的控制端电连接，电源控制芯片的供电端与电源的正极连接。本实用新型实施例的技术方案成本更低，能更及时并准确地反馈和调节输出电压。

Description

一种开关电源

技术领域

本实用新型涉及电源供电领域，尤其涉及一种开关电源。

背景技术

随着电力电子技术的发展和创新，开关电源技术也在不断创新，并以其小型、轻量和高效率的特点被广泛应用到电子设备中。

目前大部分反激式开关电源都是采用闭环形式实现。一般都是在变压器的次级线圈上取点，通过可控精密稳压源(TL431)形成比较电压值，再通过隔离光耦将该比较电压值反馈至电源控制芯片的参考电压管脚，由电源控制芯片进行数值比对并做出相应的调整，以达到降低或者升高次级线圈输出电压的目的。

然而，TL431和隔离光耦器件的使用，使得此类电源在使用过程中成本较高。而且，隔离光耦输出的信号通常会受到光耦本身特性、TL431器件、以及外部环境和温度等因素的影响，从而影响反馈数据的准确性和及时性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种开关电源，以实现及时并准确地反馈和调节输出电压。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种开关电源，包括：

电源、电压隔离模块、分压模块、开关模块和电源控制芯片；

电压隔离模块包括变压器，变压器包括初级线圈、第一次级线圈及第二次级线圈；电源的正极与初级线圈的第一端电连接；初级线圈的第二端与开关模块的输入端电连接；开关模块的输出端接地；第一次级线圈的第一端与负载的第一端电连接；第一次级线圈的第二端与负载的第二端电连接；第二次级线圈的第一端通过分压模块与电源控制芯片的反馈端电连接；第二次级线圈的第二端接地；电源控制芯片的信号输出端与开关模块的控制端电连接；电源控制芯片的供电端与电源的正极连接。

本实用新型实施例通过设计两组次级线圈，并将其中一组次级线圈形成的电压经过电阻分压后得到的反馈电压反馈至电源控制芯片中，与基准电压进行比较，以实现对变压器输出电压值的调节。本技术方案减少了传统电路中的TL431和隔离光耦等元器件，成本大大降低，而且不存在外界因素的干扰，能够及时并准确地反馈和调节变压器的输出电压。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式提供的一种开关电源的电路图；

图2是本实用新型具体实施方式提供的一种开关电源的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

图1是本实用新型具体实施方式提供的一种开关电源的电路图。该开关电源可应用于需要高低压侧隔离以及闭环控制的反激式开关电源供电领域中。如图1所示，该开关电源包括电源1、电压隔离模块2、分压模块3、开关模块4和电源控制芯片5。电压隔离模块2包括变压器，变压器包括初级线圈20、第一次级线圈21及第二次级线圈22。电源1的正极与初级线圈20的第一端电连接，初级线圈20的第二端与开关模块4的输入端电连接，开关模块4的输出端接地；第一次级线圈21的第一端与负载11的第一端电连接，第一次级线圈21的第二端与负载11的第二端电连接；第二次级线圈22的第一端通过分压模块3与电源控制芯片5的反馈端电连接，第二次级线圈22的第二端接地；电源控制芯片5的信号输出端与开关模块4的控制端电连接；电源控制芯片5的供电端与电源1的正极连接。

其中，第一次级线圈21的匝数和第二次级线圈22的匝数具有一定的比例，从而能够输出成比例的电压。分压模块3采用电阻分压的方式实现分压目的，电源控制芯片5的反馈端是指其反馈引脚，第二次级线圈22的电压经过电阻分压后输入至电源控制芯片5的反馈引脚。电源控制芯片5的信号输出端是指其驱动输出引脚，该驱动输出引脚与开关模块4连接，电源控制芯片5通过该驱动输出脚向外输出脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation，PWM)波形，从而控制开关模块4的导通与关断，实现对流入的直流电源1的斩波处理。

该技术方案的工作原理：电源1为变压器的初级线圈20和电源控制芯片5供电。由电源1提供的电压经过初级线圈20和开关模块4后进入地线。在此过程中，利用电源控制芯片5发出的PWM波控制开关模块4的导通和关断，从而形成变化的电流。由于变压器的固有特性，该变化的电流经过变压器后，可将能量存储在次级线圈中实现对外供电。可以理解的，次级线圈形成的电压由开关模块4的导通时间决定。在本方案中，第一次级线圈21的电压作为为负载11供电的目标电压。第二次级线圈22的电压则经过电阻分压后作为反馈电压输入至电源控制芯片5的反馈引脚，并与电源控制芯片5内部设定基准电压进行比较，以判断目标电压是否正常输出。当第一次级线圈21形成的目标电压正常输出时，由第二次级线圈22形成的与之成比例的电压经分压后得到的反馈电压与基准电压的数值相等，反之则不相等。当参考电压和基准电压不相等时，可以通过电源控制芯片5内部的程序，调节PWM波形，从而调节开关模块4的导通时间，实现对目标电压的调节。具体的，若反馈电压大于基准电压，则缩短开关模块4的导通时间，以减少变压器存储的能量，从而降低第一次级线圈21的输出电压，达到目标电压；若反馈电压小于基准电压，则延长开关模块4的导通时间，以增加变压器存储的能量，从而提高第一次级线圈21的输出电压，达到目标电压。

本实用新型实施例通过设计两组次级线圈，并将其中一组次级线圈形成的电压经过电阻分压后得到的反馈电压反馈至电源控制芯片5中，与基准电压进行比较，以实现对变压器输出电压值的调节。本技术方案减少了传统电路中的TL431和隔离光耦等元器件，成本大大降低，而且不存在外界因素的干扰，能够及时并准确地反馈和调节变压器的输出电压。

图2是本实用新型具体实施方式提供的一种开关电源的电路图。如图2所示，可选的，该开关电源还包括第一滤波电路6。

该第一滤波电路6可以包括第一电容C1和第二电容C2。第一电容C1的第一电极以及第二电容C2的第一电极均与电源1的正极电连接，第一电容C1以及第二电容C2的第二电极均接地。通过第一滤波电路6的设计，使得流过初级线圈20的电流更加平稳。

如图2所示，可选的，该开关电源还包括第二滤波电路7。

该第二滤波电路7可以包括第一二极管D1和第三电容C3。第一二极管D1的正极与第一次级线圈21的第一端电连接，第一二极管D1的负极与第三电容C3的第一电极电连接，第三电容C3的第二电极与第一次级线圈21的第二端电连接。通过第二滤波电路7的设计，使流入负载11的电流更加稳定。

如图2所示，可选的，该开关电源还包括第三滤波电路8。

第三滤波电路8可以包括第二二极管D2、第四电容C4和第一电阻R1。第二二极管D2的正极与第二次级线圈22的第一端电连接，第二二极管D2的负极与分压模块3的第一端电连接；第四电容C4的第一电极与第二二极管D2的负极电连接，第四电容C4的第二电极与第二次级线圈22的第二端电连接；第一电阻R1的第一端与第四电容C4的第一电极电连接；第一电阻R1的第二端与第四电容C4的第二电极电连接。通过第三滤波电路8的设计，使得流入分压模块3的电流更加平稳。

如图2所示，可选的，分压模块3可以包括第二电阻R2、第三电阻R3和第五电容C5。

第二电阻R2的第一端与第二次级线圈22的第一端电连接，第二电阻R2的第二端与第三电阻R3的第一端电连接；第三电阻R3的第二端接地，第三电阻R3的第一端与电源控制芯片5的反馈端电连接；第五电容C5的第一电极与电源控制芯片5的反馈端电连接；第五电容C5的第二电极接地。

可以理解的，第二电阻R2的第一端即分压模块3的第一端，具体的，第二次级线圈22的第一端通过第二二极管D2与第二电阻R2的第一端连接。第三电阻R3的第一端与电源控制芯片5的反馈端(即图2中所示FB引脚，反馈脚)连接，从而能够将第三电阻R3的第一端的电压值，即反馈电压值，反馈至电源控制芯片5中。设计第五电容C5，将其并联在第三电阻R3的两端，使得流过第三电阻R3的电流更加平稳，从而使得反馈电压的数值更加准确。

如图2所示，可选的，该开关电源还可以包括钳位电路9。

该钳位电路9可以包括第三二极管D3、第六电容C6和第四电阻R4。第三二极管D3的正极与开关模块4的输入端电连接；第三二极管D3的负极与第六电容C6的第一电极电连接；第六电容C6的第二电极与初级线圈20的第一端电连接；第四电阻R4的第一端与第三二极管D3的负极电连接；第四电阻R4的第二端与初级线圈20的第一端电连接。

通过设计钳位电路9，能够吸收开关模块4导通瞬间电路中的尖峰电流，从而实现保护开关模块4中的元器件的目的。

如图2所示，可选的，开关模块4可以包括第五电阻R5、第六电阻R6和N型金属-氧化物-半导体(N-Metal-Oxide-Semiconductor，NMOS)管14。第五电阻R5的第一端与电源控制芯片5的信号输出端电连接；第五电阻R5的第二端与开关模块4的控制端电连接；第六电阻R6的第一端与开关模块4的控制端电连接；第六电阻R6的第二端接地；NMOS管14的漏极为开关模块4的输入端，NMOS管14的源极为开关模块4的输出端，NMOS管14的栅极为开关模块4的控制端。

具体的，电源控制芯片5的信号输出端(即图2所示DR引脚，驱动输出脚)通过第五电阻R5与NMOS管14的栅极连接，通过电源控制芯片5发出的PWM波的高低电平信号，控制NMOS管14的导通与关断。第五电阻R5起到限流的作用，防止损坏NMOS管14。第六电阻R6为下拉电阻，用于保护信号，防止NMOS管14误导通。

如图2所示，可选的，开关电源还可以包括第七电阻R7。第七电阻R7的第一端与开关模块4的输出端电连接；第七电阻R7的第二端接地；电源控制芯片5的电流检测端与第七电阻R7的第一端电连接。

其中，第七电阻R7为采样电阻。通过电源控制芯片5的电流检测端(即图2所示Isen引脚，电流检测脚)与第七电阻R7的第一端电连接，使得电源控制芯片5可以采集到第一电阻R1的第一端的电压值。如前所述，当第一次级线圈21输出的目标电压值出现错误时，电源控制芯片5可以通过调节PWM波，来调节NMOS管14的导通和关断。具体的，通过调节PWM波的高低电平的占空比，来调节NMOS管14的导通和关断时间。通过采集第七电阻R7的第一端处的电压值，并反馈至电源控制芯片5的内部处理器12中，使得电源控制芯片5能够准确的判断对PWM波的占空比的调节是否已经完成，从而使得调节的结果更加准确。

如图2所示，可选的，开关电源还包括主控单元10。

主控单元10包括处理器12、三极管13、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10以及第十一电阻R11。第八电阻R8的第一端与处理器12的输出端电连接，第八电阻R8的第二端与三极管13的基极电连接；第九电阻R9的第一端与三极管13的基极电连接，第九电阻R9的第二端接地；三极管13的发射极端接地；第十电阻R10的第一端与电源1的正极电连接，第十电阻R10的第二端与三极管13的集电极电连接；第十一电阻R11的第一端与三极管13的集电极电连接，第十一电阻R11的第二端与电源控制芯片5的控制端电连接。

其中，电源控制芯片5的控制端即图2所示电源控制芯片5的FA/SD引脚，频率调节和关断脚。频率是指内部PWM调制时的频率，该频率与第十一电阻R11的阻值大小有关，通过改变第十一电阻R11的阻值，即可调节PWM波的频率。示例性的，本实用新型实施例中第十一电阻R11的阻值为200KΩ，对应PWM波调制时的频率为100KHz。另外，通过该引脚还可以控制电源控制芯片5的工作状态。具体的，该引脚可以检测第十一电阻R11的第一端的电压值，当检测到第十一电阻R11的第一端为低电平信号时，电源控制芯片5为工作状态；当检测到第十一电阻R11的第一端为高电平信号时，电源控制芯片5为不工作状态。因此，设计主控单元，以实现从外部控制本实用新型实施例提供的开关电源的工作状态。具体的，利用处理器12输出高电平信号，此时三极管13导通，第十一电阻R11的第一端为低电平，从而使电源控制芯片5工作，输出PWM波以控制开关模块的导通与闭合，实现第一次级线圈21的电能输出。反之，利用处理器12输出低电平信号时，三极管13关断，第十一电阻R11的第一端为高电平，从而关闭电源控制芯片5。这里，第十电阻R10起到电路保护的作用，防止三极管13关断时，电源1直接接地而引起短路。第八电阻R8起到限流的作用，第九电阻R9为下拉电阻，用于保护信号，防止三极管13误导通。

如图2所示，可选的，开关电源还可以包括第七电容C7和第十二电阻R12。第七电容C7的第一电极与电源控制芯片5的频率补偿端电连接；第七电容C7的第二电极与第十二电阻R12的第一端电连接；第十二电阻R12的第二端接地。

其中，频率补偿端即图2所示频率补偿引脚(COMP引脚)，其对应了电源控制芯片5内部电路的补偿输出端。电源控制芯片5的反馈引脚(FB引脚)为电源控制芯片5内部误差放大器的反相输入端。通常，电源控制芯片5的内部误差放大器的反向输入端和补偿输出端之间需要接阻抗，以形成负反馈形式，该阻抗可以是电容，也可以是电阻和电容的组合。示例性的，本实用新型实施例采用第七电容C7和第十二电阻R12形成阻抗。其主要作用是保证环路的稳定性，使电源达到控制原理的稳定性要求，以保证在各种情况下都能稳定输出而不出现异常。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种开关电源，其特征在于，包括：

所述电压隔离模块包括变压器，所述变压器包括初级线圈、第一次级线圈及第二次级线圈；所述电源的正极与所述初级线圈的第一端电连接；所述初级线圈的第二端与所述开关模块的输入端电连接；所述开关模块的输出端接地；所述第一次级线圈的第一端与负载的第一端电连接；所述第一次级线圈的第二端与负载的第二端电连接；所述第二次级线圈的第一端通过所述分压模块与所述电源控制芯片的反馈端电连接；所述第二次级线圈的第二端接地；所述电源控制芯片的信号输出端与所述开关模块的控制端电连接；所述电源控制芯片的供电端与所述电源的正极连接。

2.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，还包括第一滤波电路；

所述第一滤波电路包括第一电容和第二电容；所述第一电容的第一电极以及所述第二电容的第一电极均与所述电源的正极电连接；所述第一电容以及所述第二电容的第二电极均接地。

3.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，还包括第二滤波电路；

所述第二滤波电路包括第一二极管和第三电容；所述第一二极管的正极与所述第一次级线圈的第一端电连接；所述第一二极管的负极与所述第三电容的第一电极电连接；所述第三电容的第二电极与所述第一次级线圈的第二端电连接。

4.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，还包括第三滤波电路；

所述第三滤波电路包括第二二极管、第四电容和第一电阻，所述第二二极管的正极与所述第二次级线圈的第一端电连接；所述第二二极管的负极与所述分压模块的第一端电连接；所述第四电容的第一电极与所述第二二极管的负极电连接；所述第四电容的第二电极与所述第二次级线圈的第二端电连接；所述第一电阻的第一端与所述第四电容的第一电极电连接；所述第一电阻的第二端与所述第四电容的第二电极电连接。

5.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述分压模块包括第二电阻、第三电阻和第五电容；

所述第二电阻的第一端与所述第二次级线圈的第一端电连接；所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端电连接；所述第三电阻的第二端接地；所述第三电阻第一端与所述电源控制芯片的反馈端电连接；所述第五电容的第一电极与所述电源控制芯片的反馈端电连接；所述第五电容的第二电极接地。

6.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，还包括钳位电路；

所述钳位电路包括第三二极管、第六电容和第四电阻，所述第三二极管的正极与所述开关模块的输入端电连接；所述第三二极管的负极与所述第六电容的第一电极电连接；所述第六电容的第二电极与所述初级线圈的第一端电连接；所述四电阻的第一端与所述第三二极管的负极电连接；所述第四电阻的第二端与所述初级线圈的第一端电连接。

7.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述开关模块包括：

第五电阻、第六电阻和N型金属-氧化物-半导体管；所述第五电阻的第一端与所述电源控制芯片的信号输出端电连接；所述第五电阻的第二端与所述开关模块的控制端电连接；所述第六电阻的第一端与所述开关模块的控制端电连接；所述第六电阻的第二端接地；所述N型金属-氧化物-半导体管的漏极为所述开关模块的输入端，所述N型金属-氧化物-半导体管的源极为所述开关模块的输出端，所述N型金属-氧化物-半导体管的栅极为所述开关模块的控制端。

8.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，还包括第七电阻；所述第七电阻的第一端与所述开关模块的输出端电连接；所述第七电阻的第二端接地；所述电源控制芯片的电流检测端与所述第七电阻的第一端电连接。

9.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，还包括主控单元；

所述主控单元包括处理器、三极管、第八电阻、第九电阻、第十电阻以及第十一电阻；所述第八电阻的第一端与所述处理器的输出端电连接；所述第八电阻的第二端与所述三极管的基极电连接；所述第九电阻的第一端与所述三极管的基极电连接；所述第九电阻的第二端接地；所述三极管的发射极端接地；所述第十电阻的第一端与电源正极电连接；所述第十电阻的第二端与所述三极管的集电极电连接；所述第十一电阻的第一端与所述三极管的集电极电连接；所述第十一电阻的第二端与所述电源控制芯片的控制端电连接。

10.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，还包括第七电容和第十二电阻；所述第七电容的第一电极与所述电源控制芯片的频率补偿端电连接；所述第七电容的第二电极与所述第十二电阻的第一端电连接；所述第十二电阻的第二端接地。