CN212627651U - Pfm模式下降低开关电源轻载噪声的电路和开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种PFM模式下降低开关电源轻载噪声的电路，包括开关工作频率控制电路，开关工作频率控制电路与开关电源的输出电路相连；开关工作频率控制电路包括运放器U1B和执行电路，运放器U1B的同相输入端输入开关电源的输出电路的电压，运放器U1B的反相输入端输入开关电源在临界轻载模式下的负载电压，运放器U1B的输出端连接执行电路，执行电路包括电阻R30，当运放器U1B输出低电平时，电阻R30接入输出电路开始工作，当运放器U1B输出高电平时，电阻R30不工作。本实用新型还公开了一种开关电源。本实用新型的电路和开关电源，在轻负载电流的情况下开关频率依然高于人耳可接收频率范围，从根本上解决轻载噪音问题。

Description

PFM模式下降低开关电源轻载噪声的电路和开关电源

技术领域

本实用新型涉及开关电源领域，尤其涉及一种PFM模式下降低开关电源轻载噪声的电路和开关电源。

背景技术

PFM(脉冲频率调制)工作模式下的开关电源在待机情况下，由于输出负载较轻，工作频率降低，达到人耳接收频率，造成噪音干扰。在教育和医疗等高端服务领域对音频噪声较为敏感的使用场景中，需要对开关电源的噪声进行控制。目前的产品只能通过填充物理消声材料隔绝噪音源来降低轻载噪音干扰的问题，不能完全解决该问题。

实用新型内容

为解决现有的技术问题，本实用新型提供了一种PFM模式下降低开关电源轻载噪声的电路和开关电源。

本实用新型的具体内容如下：一种PFM模式下降低开关电源轻载噪声的电路，包括开关工作频率控制电路，所述开关工作频率控制电路与开关电源的输出电路相连；开关工作频率控制电路包括运放器U1B和执行电路，运放器U1B的同相输入端输入开关电源的输出电路的电压，运放器U1B的反相输入端输入开关电源在临界轻载模式下的负载电压，运放器U1B的输出端连接执行电路，执行电路连接到输出电路，执行电路包括电阻R30，当运放器U1B输出低电平时，电阻R30接入输出电路开始工作，当运放器U1B输出高电平时，电阻R30不工作。

进一步的，所述执行电路包括电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、三极管Q3 和三极管Q4，三极管Q3的基极分别连接电阻R27、电阻R28，电阻R27的另一端连接运放器U1B的输出端，电阻R28另一端接地，三极管Q3的集电极一路连接三极管Q4的基极，另一路通过电阻R29连接到供电电源，三极管Q3和三极管Q4的发射极均接地，三极管Q4 的集电极通过电阻R30连接到输出电路。

进一步的，还包括电流取样电阻R25，电流取样电阻R25设置在开关电源输出电路的负极输出端，运放器U1B的反相输入端通过电阻R26连接到开关电源输出电路的正极输出端，电阻R26的另一端通过可控稳压源IC4接地。

本实用新型还公开了一种PFM模式下降低轻载噪声的开关电源，包括如前面所述的PFM 模式下降低开关电源轻载噪声的电路，还包括输入电路、控制电路和输出电路，输入电路和控制电路设置在电压器TR1的原边，输出电路设置在变压器TR1的副边，开关工作频率控制电路与输出电路相连。

进一步的，所述输入电路包括EMI滤波电路、整流电路和RCD吸收电路，交流电源依次通过EMI滤波电路、整流电路和RCD吸收电路后接入变压器TR1的初级绕组。

进一步的，所述控制电路包括控制芯片IC1，控制芯片IC1的OUT脚连接MOS管驱动电路，MOS管驱动电路的MOS管Q1的漏极连接变压器TR1的原边；控制芯片IC1的Vcc脚连接供电电路，PRT脚连接过压保护电路，过压保护电路与变压器TR1的反馈绕组Nf相连； CS脚连接过流保护电路，过流保护电路与MOS管Q1的源极相连。

进一步的，所述供电电路包括二极管D2、二极管D3、电阻R8、电容EC2和电容EC3，控制芯片IC1的Vcc脚依次连接二极管D2、电阻R8和二极管D3之后连接到变压器TR1原边的反馈绕组Nf，外部供电电源VCC-P连接在电阻R8和二极管D2之间，电容EC2和电容 EC3的一端分别连接在二极管D2的两侧，另一端接地。

进一步的，所述输出电路包括串联的变压器TR1的次级绕组Ns、二极管和电解电容EC5，电解电容EC5两端分别并联电解电容EC6，还并联由电阻R36与发光二极管LED1组成的串联电路，由电阻R36与发光二极管LED1组成的串联电路连接共模电感LF3，共模电感LF3连接电解电容EC7。

进一步的，输出电路还包括电压反馈回路，所述电压反馈回路控制输出电压的大小。

进一步的，电压反馈回路包括光耦PH1，光耦PH1的输入端设置在电压反馈回路中，输出端连接到控制芯片IC1的FB脚。

本实用新型的PFM模式下降低开关电源轻载噪声的电路和开关电源，在轻负载电流的情况下开关频率依然高于人耳可接收频率范围，从根本上解决轻载噪音问题。该开关电源将广泛应用于教育和医疗等高端服务领域对音频噪声较为敏感的使用场景。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步阐明。

图1为实施例1应用于开关电源输出电路的示意图；

图2为本实用新型的PFM模式下降低轻载噪声的开关电源示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例公开了一种PFM模式下降低开关电源轻载噪声的电路，如图1所示为其应用于开关电源输出电路的示意图，包括开关工作频率控制电路，开关工作频率控制电路与开关电源的输出电路相连。

开关工作频率控制电路包括电流取样电阻R25、运放器U1B和执行电路，电流取样电阻R25设置在输出电路的负极输出端，电流取样电阻R25一端接地，另一端连接运放器U1B的同相输入端，运放器U1B的反相输入端输入开关电源在临界轻载模式下的负载电压，运放器U1B的输出端连接执行电路，执行电路连接到输出电路。

执行电路包括电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、三极管Q3和三极管Q4，三极管Q3的基极分别连接电阻R27和电阻R28，电阻R27的另一端连接运放器U1B的输出端，运放器U1B的输出端还通过电容C6接地，电阻R28另一端接地，三极管Q3的集电极一路连接三极管Q4的基极，另一路通过电阻R29连接到供电电源，三极管Q3和三极管Q4的发射极均接地，三极管Q4的集电极通过电阻R30连接到输出电路。

电流取样电阻R25设置在开关电源输出电路的负极输出端，运放器U1B的反相输入端通过电阻R26连接到开关电源输出电路的正极输出端，电阻R26的另一端通过可控稳压源IC4接地，可控稳压源IC4将输入到运放器U1B反相输入端的参考电压Vref控制在工作频率为25±2Khz时的负载电压。

由于PFM模式下工作的开关电源满载情况下开关频率在60Khz以上，开关频率会随着负载电流的减少而降低。当开关频率低于20Khz，人耳即可接收到此频率的噪声，形成音频噪音。本实施例的功能即是让开关电源的工作频率永远高于音频20Khz，从而杜绝了音频噪声的产生。

本实施例是将工作频率为25±2Khz定为临界轻载模式，记录此时的负载电流，并通过电阻R26和可控稳压源IC4确定参考电压Vref。通过高精度的电流取样电阻R25对负载电流进行检测，将电流取样电阻R25两端的电压与参考电压Vref通过运放器U1B进行比较并输出比较结果至执行电路。

开关电源正常工作在满载状态时，开关频率在60Khz以上无噪音。随着开关电源从满载切换到轻载过程中，负载电流降低，流过电流取样电阻R25的电流减少直至低于阈值，当达到临界轻载模式时，开关电源工作在更低的频率而产生人耳可接收的音频噪音。

此时电流取样电阻R25两端的电压低于阈值，运放器U1B输出低电平，三极管Q3截止，三极管Q4导通，电阻R30接入输出电路中，此时输出电路中增加了电阻R30这一路电流，使得输出电路的电流增大。

当外部负载电流增大，电流取样电阻R25两端的电压升高，超过参考电压Vref，运放器U1B输出高电平，使三极管Q3导通，拉低了功率三极管Q4的基极电平使其截止，电阻R30退出输出电路停止工作，输出电路的电压退出临界轻载模式。

本实施例利用PFM模式下开关电源的负载电流与工作频率呈正相关的关系来设定临界轻载模式参考点。将频率变化的情况转化成电信号(电流和电压)的变化，通过电流取样电阻R25、比较器(运放器U1B)、三极管等器件实现电信号的传递，并最终控制产品的工作频率以达到降低轻载噪声的目的。本实施例的电路结构简单、电子元器件数量较少，成本上由于现有方案，通用性强，可应用于各功率的开关电源产品。

实施例2

如图2所示，本实施例公开了一种PFM模式下降低轻载噪声的开关电源，包括实施例 1中的开关工作频率控制电路，还包括输入电路、控制电路和输出电路，输入电路和控制电路设置在电压器TR1的原边，输出电路设置在变压器TR1的副边，开关工作频率控制电路与输出电路相连。

本实施例中，输入电路包括依次连接的EMI(电磁干扰)滤波电路、整流电路和RCD吸收电路，交流电源依次通过EMI滤波电路、整流电路和RCD吸收电路后接入变压器TR1 的初级绕组Np。

具体的，EMI滤波电路中，交流电源的L线连接熔断器FU1，N线连接NTC型热敏电阻FG2，再连接共模电感LF1，压敏电阻MOV1跨接在L-N线，安规Y电容CY2、CY3跨接L-G 线，安规X电容CX1跨接L-N线。

输入电路中，安规X电容抑制差模干扰，Y电容抑制共模干扰，通过输入电路的设置，滤除电路中电压瞬变和高频干扰，吸收电源的共模噪声，抑制EMI共模信号干扰。

整流电路包括整流桥DB1和与整流桥DB1并联的电解电容EC1,整流桥的输出端还通过继电器J1接地。50HZ交流电转为直流电，再通过足够大容量EC1电解电容的滤波，给电源提供了一个较为稳定的直流电压。

RCD吸收电路包括电阻R9、电阻R4a-d、电容C1、二极管D1，其中，电阻电阻R4a、电阻R4b、电阻R4c、电阻R4d和电容C1互相并联后与二极管D1串联，二极管D1通过电阻R9连接变压器TR1的原边线圈Np。RCD吸收电路吸收因MOS管Q1开关瞬间变压器TR1 漏感所产生的尖峰电压。

控制电路包括主控芯片IC1(选择OB2281)。主控芯片的GND脚(PIN1脚)接地。FB 脚(PIN2脚)分别连接光耦PH1的输出端和电容C3，电容C3和光耦PH1的输出端发射极均接地，光耦PH1的输入端连接输出电路。PRT脚(PIN3脚)连接过压保护电路。CS脚(PIN4 脚)过电流保护电路。VCC脚(PIN5脚)连接供电电路。OUT脚(PIN6脚)连接MOS管驱动电路。

过压保护电路包括电阻R6和电阻R7，PIN3脚通过串联的电阻R6和电阻R7连接到反馈绕组Nf。当输出反馈回路出现异常状况，电压偏高的时候，反馈绕组Nf感应到的电压会同比例增高，主控芯片IC1通过过压保护电路检测到电压异常升高则会立即切断开关管 Q1，起到保护作用。直到PIN3脚电压恢复正常才会重启，恢复系统正常工作。

过电流保护电路包括电阻R12、电阻R14和电容C2，PIN4脚分别连接电阻R12和电容C2的一端，电容C2另一端接地，电阻R12另一端通过电阻R14接地。

供电电路包括二极管D2、二极管D3、电阻R8、电容EC2和电容EC3，控制芯片IC1 的Vcc脚依次连接二极管D2、电阻R8和二极管D3之后连接到变压器TR1原边的反馈绕组 Nf，外部供电电源VCC-P连接在电阻R8和二极管D2之间，电容EC2和电容EC3的一端分别连接在二极管D2的两侧，另一端接地。供电电路为主控芯片IC1提供稳定的工作电压，保证系统能够顺利启动工作。

MOS管驱动电路包括电阻R10、电阻R11、电阻R13、二极管D4、电容C7和MOS管Q1，MOS管Q1的漏极连接初级绕组，源极连接到电阻R14；电阻R10与二极管D4组成的并联电路一端连接PIN6脚，另一端通过电阻R11连接到MOS管Q1的栅极，电阻R13与电容C7 组成的并联电路一端接地，另一端连接到MOS管Q1的栅极。主控芯片IC1通过PIN6脚输出方波信号从而控制MOS管Q1的导通与关断，从而控制开关电源的工作。

输出电路包括：互相串联的变压器TR1的次级绕组Ns、二极管(选择SRF10100)和电解电容EC5，电容EC5两端分别并联电解电容EC6，还并联由电阻R36与发光二极管LED1 组成的串联电路，由电阻R36与发光二极管组成的串联电路连接共模电感LF3，共模电感 LF3连接电解电容EC7。

输出电路还包括电压反馈回路，电压反馈回路包括电阻R15、电阻R16、电阻R18、电阻R19、电阻R20、可调稳压源IC3、电容C3、电容C16和光耦PH1，电阻R19一端连接输出电路，另一端串联光耦PH1的输入端、可调稳压源IC3后接地，可调稳压源IC3的R极分别连接电阻R15、电阻R18和电容C16组成的串联电路、电阻R16，电阻R15另一端连接输出电路，电阻R16另一端接地，电阻R20与光耦PH1并联。可调稳压源IC3的R极检测输出电路的电压，与内部基准电压比较并控制K极的电压值时光耦PH1工作，通过光耦 PH1将输出电路的电压信号范围给主控芯片IC1的FB脚，主控芯片IC1通过OUT脚输出稳定的方波信号控制MOS管Q1。达到稳定输出电压，控制输出电压的精度，时刻满足额定电压的要求。

本实施例的开关电源，在轻负载电流的情况下开关频率依然高于人耳可接收频率范围，从根本上解决轻载噪音问题，可广泛应用于教育和医疗等高端服务领域对音频噪声较为敏感的使用场景，具有良好的市场前景；同时电路结构紧凑，实用性强。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是以上描述仅是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本实用新型不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种PFM模式下降低开关电源轻载噪声的电路，其特征在于：包括开关工作频率控制电路，所述开关工作频率控制电路与开关电源的输出电路相连；开关工作频率控制电路包括运放器U1B和执行电路，运放器U1B的同相输入端输入开关电源的输出电路的电压，运放器U1B的反相输入端输入开关电源在临界轻载模式下的负载电压，运放器U1B的输出端连接执行电路，执行电路连接到输出电路，执行电路包括电阻R30，当运放器U1B输出低电平时，电阻R30接入输出电路开始工作，当运放器U1B输出高电平时，电阻R30不工作。

2.根据权利要求1所述的PFM模式下降低开关电源轻载噪声的电路，其特征在于：所述执行电路包括电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、三极管Q3和三极管Q4，三极管Q3的基极分别连接电阻R27、电阻R28，电阻R27的另一端连接运放器U1B的输出端，电阻R28另一端接地，三极管Q3的集电极一路连接三极管Q4的基极，另一路通过电阻R29连接到供电电源，三极管Q3和三极管Q4的发射极均接地，三极管Q4的集电极通过电阻R30连接到输出电路。

3.根据权利要求1所述的PFM模式下降低开关电源轻载噪声的电路，其特征在于：还包括电流取样电阻R25，电流取样电阻R25设置在开关电源输出电路的负极输出端，运放器U1B的反相输入端通过电阻R26连接到开关电源输出电路的正极输出端，电阻R26的另一端通过可控稳压源IC4接地。

4.一种PFM模式下降低轻载噪声的开关电源，其特征在于：包括如权利要求1-3任一所述的PFM模式下降低开关电源轻载噪声的电路，还包括输入电路、控制电路和输出电路，输入电路和控制电路设置在电压器TR1的原边，输出电路设置在变压器TR1的副边，开关工作频率控制电路与输出电路相连。

5.根据权利要求4所述的PFM模式下降低轻载噪声的开关电源，其特征在于：所述输入电路包括EMI滤波电路、整流电路和RCD吸收电路，交流电源依次通过EMI滤波电路、整流电路和RCD吸收电路后接入变压器TR1的初级绕组。

6.根据权利要求4所述的PFM模式下降低轻载噪声的开关电源，其特征在于：所述控制电路包括控制芯片IC1，控制芯片IC1的OUT脚连接MOS管驱动电路，MOS管驱动电路的MOS管Q1的漏极连接变压器TR1的原边；控制芯片IC1的Vcc脚连接供电电路，PRT脚连接过压保护电路，过压保护电路与变压器TR1的反馈绕组Nf相连；CS脚连接过流保护电路，过流保护电路与MOS管Q1的源极相连。

7.根据权利要求6所述的PFM模式下降低轻载噪声的开关电源，其特征在于：所述供电电路包括二极管D2、二极管D3、电阻R8、电容EC2和电容EC3，控制芯片IC1的Vcc脚依次连接二极管D2、电阻R8和二极管D3之后连接到变压器TR1原边的反馈绕组Nf，外部供电电源VCC-P连接在电阻R8和二极管D2之间，电容EC2和电容EC3的一端分别连接在二极管D2的两侧，另一端接地。

8.根据权利要求6所述的PFM模式下降低轻载噪声的开关电源，其特征在于：所述输出电路包括串联的变压器TR1的次级绕组Ns、二极管和电解电容EC5，电解电容EC5两端分别并联电解电容EC6，还并联由电阻R36与发光二极管LED1组成的串联电路，由电阻R36与发光二极管LED1组成的串联电路连接共模电感LF3，共模电感LF3连接电解电容EC7。

9.根据权利要求8所述的PFM模式下降低轻载噪声的开关电源，其特征在于：输出电路还包括电压反馈回路，所述电压反馈回路控制输出电压的大小。

10.根据权利要求9所述的PFM模式下降低轻载噪声的开关电源，其特征在于：电压反馈回路包括光耦PH1，光耦PH1的输入端设置在电压反馈回路中，输出端连接到控制芯片IC1的FB脚。

Images