CN214205335U - 开关电源的电压调整电路及电源系统 - Google Patents

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白东培
周宏明
蔡希桐
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Abstract

本申请公开了一种开关电源的电压调整电路及电源系统。开关电源具有一路稳压输出端和至少一路非稳压输出端,电压调整电路包括:并联设置于非稳压输出端与接地端之间的第一假负载电路和第二假负载电路;第一假负载电路用于对非稳压输出端进行初始稳压,第二假负载电路用于若非稳压输出端的输出电压达到或者超过保护阈值,对非稳压输出端进行过压稳压。由于新增了第二假负载电路,可以将第一假负载电路的设计负载电流设计得较小,从而减少待机功耗,且在非稳压输出端的输出电压过高时,通过第二假负载电路进行过压稳压,可以满足非稳压输出端的稳压需求,利于降低开关电源的待机功耗并实现开关电源的非稳压输出端的稳压控制。

Description

开关电源的电压调整电路及电源系统
技术领域
本申请涉及开关电源领域,尤其涉及一种开关电源的电压调整电路及电源系统。
背景技术
随着电子技术的发展,传统的线性电源逐渐被具有开关特性的开关电源所替代。且随着应用环境的演变,单路输出的开关电源往往难以满足应用需求,从而涌现出具有多路输出的开关电源。
相关技术中,多路输出的开关电源往往基于一路输出电压进行稳压控制,即反馈回路只采样其中的一路输出电压作为反馈,实现采样输出路(又称为稳压输出端)稳压输出,而其他非采样输出路(又称为非稳压输出端)是通过变压器实现。由于其他非采样输出路不参与闭环反馈,所以不能稳压输出。一般情况下,当稳压输出端满载,非稳压输出端轻载时,由于交叉调整率的影响,非稳压输出端电压将升高。为了避免非稳压输出端的电压因负载大小的变化出现较大的波动,通常会在非稳压输出端增加一个假负载,该假负载设计通常需要设定合理的负载电流,如果负载电流设计太小,就会导致非稳压输出端无法稳住电压,如果负载电流设计太大,又会导致待机功耗大。
实用新型内容
有鉴于此,本申请实施例提供了一种开关电源的电压调整电路及电源系统,旨在有效改善开关电源非稳压输出端的稳压设计与待机功耗之间的矛盾。
本申请实施例的技术方案是这样实现的:
本申请实施例提供了一种开关电源的电压调整电路,所述开关电源具有一路稳压输出端和至少一路非稳压输出端,所述电压调整电路包括:
并联设置于所述非稳压输出端与接地端之间的第一假负载电路和第二假负载电路;
其中,所述第一假负载电路用于对所述非稳压输出端进行初始稳压,所述第二假负载电路用于若所述非稳压输出端的输出电压达到或者超过保护阈值,对所述非稳压输出端进行过压稳压。
在一些实施方案中,所述第二假负载电路包括:稳压管及用于限流的限流电阻,所述稳压管的阴极连接所述非稳压输出端,所述稳压管在所述非稳压输出端的输出电压达到或者超过保护阈值时,导通所述第二假负载电路。
在一些实施方案中,所述稳压管的阴极连接所述非稳压输出端,所述稳压管的阳极连接所述限流电阻的第一端,所述限流电阻的第二端连接所述接地端;或者,
所述限流电阻的第一端连接所述非稳压输出端,所述限流电阻的第二端连接所述稳压管的阴极,所述稳压管的阳极连接所述接地端。
在一些实施方案中,所述第二假负载电路包括:
第一电阻和第二电阻,连接于所述非稳压输出端与所述接地端之间;
稳压芯片,所述稳压芯片的参考极连接于所述第一电阻与所述第二电阻的连接处,所述稳压芯片的阳极连接所述接地端;
第三电阻,所述第三电阻的第一端连接所述非稳压输出端,所述第三电阻的第二端连接所述稳压芯片的阴极。
在一些实施方案中,所述稳压芯片的基准电压基于所述保护阈值、所述第一电阻及所述第二电阻的阻值确定。
在一些实施方案中,所述第一假负载电路包括:
第四电阻,所述第四电阻的第一端连接所述非稳压输出端,所述第四电阻的第二端连接所述接地端。
在一些实施方案中,所述第四电阻的阻值基于所述非稳压输出端的设计电压和所述初始稳压的设计负载电流确定。
在一些实施方案中,所述设计负载电流小于或等于0.5毫安。
本申请实施例还提供了一种电源系统,包括:包括开关电源及本申请实施例所述的电压调整电路。
在一些实施方案中,所述开关电源的非稳压输出端为多路,各路所述非稳压输出端分别设置所述电压调整电路。
本申请实施例提供的技术方案,电压调整电路包括:并联设置于非稳压输出端与接地端之间的第一假负载电路和第二假负载电路,第一假负载电路用于对非稳压输出端进行初始稳压,第二假负载电路用于若非稳压输出端的输出电压达到或者超过保护阈值,对非稳压输出端进行过压稳压。由于新增了第二假负载电路,可以将第一假负载电路的设计负载电流设计得较小,从而减少待机功耗,且在非稳压输出端的输出电压过高时,通过第二假负载电路进行过压稳压,可以满足非稳压输出端的稳压需求,如此,避免了通过设定假负载的负载电流导致的稳压设计与待机功耗之间的矛盾,利于降低开关电源的待机功耗并实现开关电源的非稳压输出端的稳压控制。
附图说明
图1为本申请实施例开关电源的电压调整电路的结构示意图;
图2为本申请一应用示例中电源系统的电路结构示意图;
图3为本申请一应用示例中电源系统的工作曲线示意图;
图4为本申请另一应用示例中电源系统的电路结构示意图。
附图标记说明:
1、开关电源;11、稳压输出端;12、非稳压输出端;
2、电压调整电路;21、第一假负载电路;22、第二假负载电路。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本申请再作进一步详细的描述。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请。
在本申请的描述中,所涉及的术语“第一、第二”等仅仅是区别类似的对象,不代表针对对象的特定排序,可以理解地,“第一、第二”等在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序,以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。除非另有说明,“多个”的含义是至少两个。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”应做广义理解,例如,可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,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。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请实施例提供了一种开关电源的电压调整电路,如图1所示,开关电源1具有一路稳压输出端11和至少一路非稳压输出端12,电压调整电路2包括:并联设置于非稳压输出端12与接地端之间的第一假负载电路21和第二假负载电路22。其中,第一假负载电路21用于对非稳压输出端12进行初始稳压,第二假负载电路22用于若非稳压输出端12的输出电压达到或者超过保护阈值,对非稳压输出端12进行过压稳压。
本申请实施例中,由于新增了第二假负载电路22,可以将第一假负载电路21的设计负载电流设计得较小,从而减少待机功耗,且在非稳压输出端12的输出电压过高时,通过第二假负载电路22进行过压稳压,可以满足非稳压输出端12的稳压需求,如此,避免了通过设定假负载的负载电流导致的稳压设计与待机功耗之间的矛盾,利于降低开关电源的待机功耗并实现开关电源1的非稳压输出端12的稳压控制。
可以理解的是,当开关电源1具有多路非稳压输出端12时,可以在各路非稳压输出端12分别设置前述的电压调整电路2,即由各非稳压输出端12对应的电压调整电路2进行稳压控制。
在一些实施例中,第二假负载电路22包括:稳压管及用于限流的限流电阻,稳压管在非稳压输出端的输出电压达到或者超过保护阈值时,导通第二假负载电路。
在一些实施例中,稳压管的阴极连接非稳压输出端,稳压管的阳极连接限流电阻的第一端,限流电阻的第二端连接接地端。
在一些实施例中,限流电阻的第一端连接非稳压输出端,限流电阻的第二端连接稳压管的阴极,稳压管的阳极连接接地端。
这里,限流电阻作为第二假负载电路22的假负载,当非稳压输出端12的电压值高于稳压管的稳压值,稳压管被反向击穿,限流电阻作为假负载被接入至非稳压输出端12与接地端之间,且随着非稳压输出端12的电压升高,流过限流电阻的电流值增大,直至非稳压输出端12的电压稳定下来。
这里,稳压管的稳压值基于保护阈值确定,可以选取保护阈值对应的稳压管。比如,保护阈值为27V,可以选取稳压值为27V或者接近27V的稳压管。
在一些实施例中,第二假负载电路22包括:
第一电阻和第二电阻,连接于非稳压输出端与接地端之间;
稳压芯片,稳压芯片的参考极连接于第一电阻与第二电阻的连接处,稳压芯片的阳极连接接地端;
第三电阻,第三电阻的第一端连接非稳压输出端,第三电阻的第二端连接稳压芯片的阴极。
这里,第三电阻作为第二假负载电路22的假负载,当非稳压输出端12的电压不断升高,使得稳压芯片的参考极的电压值大于或者等于基准电压,则稳压芯片导通,第三电阻作为假负载被接入至非稳压输出端12与接地端之间,且随着非稳压输出端12的电压升高,流过第三电阻的电流值增大,直至非稳压输出端12的电压稳定下来。
示例性地,稳压芯片的基准电压基于保护阈值、第一电阻及第二电阻的阻值确定。在一应用示例中,稳压芯片可以为TL431高精度基准电压源,该稳压芯片的基准电压为2.5V,通过选取第一电阻和第二电阻,使得非稳压输出端12的电压值高于保护阈值时,稳压芯片的参考极的电压值大于基准电压,从而在非稳压输出端12的电压过高时,可以将第三电阻作为假负载接入至非稳压输出端12与接地端之间,实现稳压控制。
在一些实施例中,第一假负载电路21包括:第四电阻,第四电阻的第一端连接非稳压输出端12,第四电阻的第二端连接接地端。
这里,第四电阻作为第一假负载电路21的假负载,该假负载一致存在,可以在开关电源1断电后,对所在的非稳压输出端12侧的电解电容进行放电,还可以在非稳压输出端12的电压过高时进行初始稳压。
本申请实施例中,第四电阻的阻值基于非稳压输出端的设计电压和初始稳压的设计负载电流确定。
这里,设计负载电流小于或等于0.5毫安,可以有效降低开关电源的待机功耗。
本申请实施例还提供了一种电源系统,包括:包括开关电源1及本申请实施例的电压调整电路2。
在一些实施例中,开关电源1的非稳压输出端12为多路,各路非稳压输出端12分别设置电压调整电路2,满足各路非稳压输出端12的稳压控制需求。
下面结合应用示例对本申请再作进一步详细的描述。
应用示例一
如图2所示,本应用示例公开了一种空调电控主控的电源系统,该电源系统包括开关电源1,开关电源1具有两个电压输出端V1、V2,其中,电压输出端V1为稳压输出端,电压输出端V2为非稳压输出端。电压输出端V2侧设置第一假负载电路21和第二假负载电路22。
如图2所示,开关电源1包括:变压器T1、电阻R1、电容C1、二极管D1、电源芯片U1,其中,变压器T1的原边绕组端子1、3之间接入直流电源,电阻R1、电容C1、二极管D1构成原边绕组侧的RCD吸收回路,用于吸收次级反射回来的多余能量。电源芯片U1的引脚4连接原边绕组端子3,可以对变压器T1的电压进行控制。变压器T1的绕组端子4连接直流电源负极,绕组端子5用于给电源芯片U1供电,绕组端子5连接二极管D2的阳极,二极管D2的阴极连接电阻R2的第一端,电阻R2的第二端连接电源芯片U1的引脚2,电阻R2的第二端还经电容C2连接直流电源负极,电阻R2的第一端连接电源端子(如图2所示的+17V),电阻R2的第一端还经并联的电解电容E1和电容C3连接直流电源负极。
变压器T1的副边绕组端子7连接二极管D4的阳极,二极管D4的阴极连接电压输出端V1,变压器T1的副边绕组端子6接地,二极管D4的阴极经电解电容E3接地。电压输出端V1的输出电压为12V。电压输出端V1还设置用于稳压控制的输出反馈电路,该输出反馈电路包括:光耦U2、可控稳压源U3、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C4,电阻R9的第一端连接电压输出端V1,电阻R9的第二端连接电阻R11的第一端,电阻R11的第二端接地,电阻R7的第一端连接电压输出端V1,电阻R7的第二端连接电阻R8的第一端且公共端连接光耦U2的引脚A,电阻R8的第二端连接可控稳压源U3的阴极且公共端连接光耦U2的引脚K,可控稳压源U3的阳极接地且参考极连接电阻R11的第一端,电阻R8的第二端与电阻R9的第二端之间还设置电容C4和电阻R10。通过电阻R9和电阻R11的阻值可以设置可控稳压源U3的导通电压,当可控稳压源U3检测到电压输出端V1输出达到12V,则可控稳压源U3导通,使得光耦U2截止。电源芯片U1的引脚1连接光耦U2的引脚C且公共端经电阻R3连接直流电源负极,光耦U2的引脚E连接直流电源负极。当光耦U2截止时,电源芯片U1的开关管截止,从而实现电源芯片U1可以基于电压输出端V1的输出电压进行稳压控制。可以理解的是,输出反馈电路还可以为其他形式,本申请实施例对此不做限定。
变压器T1的副边绕组端子10连接二极管D3的阳极,二极管D3的阴极连接电压输出端V2,变压器T1的副边绕组端子9接地,二极管D3的阴极经电解电容E2接地。电压输出端V2输出26V,为不稳压的电压。
本应用示例中,第一假负载电路21包括电阻R5,电阻R5的第一端连接电压输出端V2,电阻R5的第二端接地。第二假负载电路22包括:稳压管D6和电阻R6,稳压管D6的阴极连接电压输出端V2,稳压管D6的阳极连接电阻R6的第一端,电阻R6的第二端接地。可以理解的是,稳压管D6和电阻R6的位置可以互换,即电阻R6的第一端连接电压输出端V2,电阻R6的第二端连接稳压管D6的阴极,稳压管D6的阳极接地。
这里,电阻R5作为第一假负载电路21的假负载,将电阻R5的设计负载电流设定得较小,比如,设定0.5mA,按26V/0.5mA计算,确定电阻R5的阻值为52KΩ(千欧)。稳压D6和电阻R6串联组成过第二假负载电路22,其中,稳压管D6为27V稳压管,电阻R6选取100欧姆的电阻。
电源系统的工作过程如下:
在空载的时候,由于电压输出端V1和电压输出端V2都是很轻的负载,电压输出端V1输出12V,电压输出端V2输出也基本稳定在26V,稳压管D6不导通,无电流流过第二假负载电路22,只有第一假负载电路21有很小的电流流过,保证开关电源的待机低功耗。
当断开电源,电压输出端V2上连接的电解电容E2经第一假负载电路21放电,避免了电压一直存在造成的损坏。
当电压输出端V1工作在重载,同时电压输出端V2工作在轻载的情况下,随着电压输出端V1的负载加大,电压输出端V2的电压上升,当电压输出端V2的电压超过27V,稳压管D6导通,电阻R6被接入,电压输出端V2的负载加大,而且随着电压输出端V2的电压上升,流过电阻R6的电流成正比上升,直到电压不再上升,稳定下来。本应用示例中,电压输出端V1输出2A电流,电压输出端V2上升到30V就不再上升,实际流过第二假负载电路22的电流为0.03A。流过第二假负载电路22的电流计算如下:
(U2-Vd)/r6=(30-27)/100=0.03A
其中,U2为保护阈值(示例为30V),Vd为稳压管D6的稳压值(示例为27V),r6为电阻R6的阻值(示例为100欧)。
图3为应用示例中电源系统的工作曲线图,其中,I为电压输出端V1侧的工作电流,曲线为电压输出端V2的电压值。
应用示例二
如图4所示,本应用示例公开了一种空调电控主控的电源系统,该电源系统包括开关电源1,开关电源1具有两个电压输出端V1、V2,其中,电压输出端V1为稳压输出端,电压输出端V2为非稳压输出端。电压输出端V2侧设置第一假负载电路21和第二假负载电路22。
开关电源1的具体电路与图2所示的相似,具体可以参照前述的描述,在此不再赘述。
本应用示例中,第一假负载电路21包括电阻R5,电阻R5的第一端连接电压输出端V2,电阻R5的第二端接地。第二假负载电路22包括:电阻R13、电阻R14、电阻R15、稳压芯片U4。如图4所示,电阻R13的第一端连接电压输出端V2,电阻R13的第二端连接稳压芯片U4的阴极,稳压芯片U4的阳极连接接地端,电阻R14的第一端连接电压输出端V2,电阻R14的第二端连接电阻R15的第一端且公共端连接稳压芯片U4的参考极,电阻R15的第二端连接接地端。
这里,稳压芯片U4采用TL431高精度基准电压源,该稳压芯片U4的基准电压为2.5V,示例性地,电阻R14为9.8K欧姆电阻,电阻R15为1K欧姆电阻,电阻R13为1K欧姆电阻。
稳压芯片U4的参考极的电压值Vb计算如下:
Vb=r15/(r14+r15)*U2
其中,r14为电阻R14的阻值,r15为电阻R15的阻值,U2为电压输出端V2的电压值。当电压输出端V2的电压值大于27V,则电压值Vb大于2.5V,稳压芯片U4导通,电阻R13接入电压输出端V2与接地端之间,即电阻R13有电流流过,增加了电压输出端V2的负载电流。
电源系统的工作过程如下:
在空载的时候,由于电压输出端V1和电压输出端V2都是很轻的负载,电压输出端V1输出12V,电压输出端V2输出也基本稳定在26V,稳压芯片U4不导通,无电流流过第二假负载电路22,只有第一假负载电路21有很小的电流流过,保证开关电源的待机低功耗。
当断开电源,电压输出端V2上连接的电解电容E2经第一假负载电路21放电,避免了电压一直存在造成的损坏。
当电压输出端V1工作在重载,同时电压输出端V2工作在轻载的情况下,随着电压输出端V1的负载加大,电压输出端V2的电压上升,当电压输出端V2的电压超过27V,稳压芯片U4导通,电阻R13被接入,电压输出端V2的负载加大,而且随着电压输出端V2的电压上升,流过电阻R13的电流成正比上升,直到电压不再上升,稳定下来。
通过上述控制,实现了空调电控主控的两路输出反激开关电源电路,在电压输出端V1、电压输出端V2的不同负载下,电压输出端V2的输出电压都不会高过设计电压值,而在待机的情况下,可以实现低功耗待机。
可以理解的是,本申请实施例的电源系统可以应用于空调、洗衣机等家电设备领域,其中,开关电源的非稳压输出端的数量可以为一个或者多个,对于多个非稳压输出端,可以分别设置对应的第一假负载电路21、第二假负载电路22,从而实现各非稳压输出端的稳压控制。
需要说明的是:“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
另外,本申请实施例所记载的技术方案之间,在不冲突的情况下,可以任意组合。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请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申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种开关电源的电压调整电路,其特征在于,所述开关电源具有一路稳压输出端和至少一路非稳压输出端,所述电压调整电路包括:
并联设置于所述非稳压输出端与接地端之间的第一假负载电路和第二假负载电路;
其中,所述第一假负载电路用于对所述非稳压输出端进行初始稳压,所述第二假负载电路用于若所述非稳压输出端的输出电压达到或者超过保护阈值,对所述非稳压输出端进行过压稳压。
2.根据权利要求1所述的电压调整电路,其特征在于,所述第二假负载电路包括:稳压管及用于限流的限流电阻,所述稳压管在所述非稳压输出端的输出电压达到或者超过保护阈值时,导通所述第二假负载电路。
3.根据权利要求2所述的电压调整电路,其特征在于,所述稳压管的阴极连接所述非稳压输出端,所述稳压管的阳极连接所述限流电阻的第一端,所述限流电阻的第二端连接所述接地端;或者,
所述限流电阻的第一端连接所述非稳压输出端,所述限流电阻的第二端连接所述稳压管的阴极,所述稳压管的阳极连接所述接地端。
4.根据权利要求1所述的电压调整电路,其特征在于,所述第二假负载电路包括:
第一电阻和第二电阻,连接于所述非稳压输出端与所述接地端之间;
稳压芯片,所述稳压芯片的参考极连接于所述第一电阻与所述第二电阻的连接处,所述稳压芯片的阳极连接所述接地端;
第三电阻,所述第三电阻的第一端连接所述非稳压输出端,所述第三电阻的第二端连接所述稳压芯片的阴极。
5.根据权利要求4所述的电压调整电路,其特征在于,
所述稳压芯片的基准电压基于所述保护阈值、所述第一电阻及所述第二电阻的阻值确定。
6.根据权利要求1所述的电压调整电路,其特征在于,所述第一假负载电路包括:
第四电阻,所述第四电阻的第一端连接所述非稳压输出端,所述第四电阻的第二端连接所述接地端。
7.根据权利要求6所述的电压调整电路,其特征在于,
所述第四电阻的阻值基于所述非稳压输出端的设计电压和所述初始稳压的设计负载电流确定。
8.根据权利要求7所述的电压调整电路,其特征在于,
所述设计负载电流小于或等于0.5毫安。
9.一种电源系统,其特征在于,包括:包括开关电源及如权利要求1至8任一所述的电压调整电路。
10.根据权利要求9所述的电源系统,其特征在于,所述开关电源的非稳压输出端为多路,各路所述非稳压输出端分别设置所述电压调整电路。
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