CN2631116Y - 便携式节能开关电源 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种便携式节能开关电源,旨在解决现有的USB接口电源携带不方便、耗电、输出性能单一等缺陷,包括市电转换电路(1),高频隔离变换电路(2),PWM控制电路(3),功率开关电路(4),隔离采样反馈电路(5),直流输出电路(6);市电电源经市电转换电路转换后,由高频隔离变换电路进行电压变换,通过所述的PWM控制电路、功率开关电路、隔离采样反馈电路的共同控制以及直流输出电路的整流、滤波,确保可以输出符合USB接口电源协议的5V直流电压。本实用新型的开关电源由于独立设计,不再依赖其他设施,因而可以作的较为小巧,还可以有多种电流输出,具有省电,使用前景广等优点。

Description

便携式节能开关电源
                    技术领域
本实用新型涉及一种稳压开关电源,尤其涉及一种便携式的稳压开关电源。
                    背景技术
现有的个人台式电脑以及笔记本电脑的周边设备广泛使用USB接口,使用时将这些具有USB接口的设备连接到电脑主机USB接口上,由电脑主板提供符合USB标准的二次电源(即5V,500MA的电源)。通过USB插座和插头向各USB用电设备提供电源并传输数据。
而实际上,并不是所有的USB设备,在使用过程中同时使用USB接口中的电源和数据传输,象现在较为普及的移动电话、数码相机及掌上电脑充电器等,也都是使用这种USB接口所提供的电源。各USB用电设备在使用这种电源时必须要将电脑处于开机状态,而在不需要提供数据传输时,使用上述供电方式显得特别浪费,因为电脑主机的功耗比较大,对电能的使用率太低,另一方面也相对缩短电脑的有效使用寿命,各种使用USB接口供电的用电设备对电流的要求也非千篇一律,而电脑则只有一种规格即最大500MA的电流输出;此外,将这些用电设备和电脑绑在一起使用总有些不方便;而就中国国内来说,目前拥有电脑的人均比例还十分稀少,对在目前还没有电脑的多数人来说,也就意味着他们无法方便地使用以USB供电的用电设备。
                    发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是旨在提供一种携带方便的节能开关电源,可以根据用电设备的不同要求适时产生不同输出电流的USB接口电源。
根据本实用新型,一种便携式节能开关电源,包括市电转换电路,高频隔离变换电路,PWM控制电路,功率开关电路,隔离采样反馈电路,直流输出电路;所述的市电转换电路可将市电先行整流、滤波以及谐波吸收后输入给高频隔离变换电路进行电压转换;
所述的高频隔离变换电路包括一至少有三个绕组的高频变压器及其辅助电路,所述的高频变压器的初级输出端连接所述的功率开关电路的电流输入端,所述的高频变压器的辅助电源输出端接所述的PWM控制电路的电源输入端,所述的高频变压器的第一次级输出端与所述的直流输出电路的第一输入端相接;
所述的PWM控制电路的输出端与所述的功率开关电路的驱动信号输入端相接,PWM控制电路的电流信号输入端与所述的功率开关电路的输出端相接;所述的PWM控制电路的反馈输入端还与所述的隔离采样反馈电路的输出端相接;
所述的直流输出电路包括整流滤波电路和USB接口,所述的整流滤波电路将高频变压器输出的高频脉动电压转换成5V直流电压,提供给USB接口的正极;
所述的隔离采样反馈电路的输入端与所述的USB接口的正极相接以对输出电压采样,并将采样信号反馈给所述的PWM控制电路的反馈输入端。
由于本实用新型采用了PWM控制电路,将市电转换成5V的直流电,并以USB接口输出电源,其结构可以制作的非常小巧,便于携带,而且,这种独立设计的电源自动对输出电流进行限制,完全可以根据用电设备的不同要求适时提供不同的输出电流,这样,使用USB接口电源的用电设备可以不需要与电脑捆绑使用,从而可以扩大这些用电设备的使用空间。
本实用新型的目的、特征及优点将通过实例结合附图进行详细说明。
                    附图说明
图1是本实用新型便携式节能开关电源的电路框图;
图2是本实用新型便携式节能开关电源一种实施例的电路原理图。
                  具体的实施方式
参照图1和图2,一种便携式节能开关电源,包括市电转换电路1,高频隔离变换电路2,PWM控制电路3,功率开关电路4,隔离采样反馈电路5,直流输出电路6;所述的市电转换电路1可将市电先行整流、滤波以及谐波吸收后输入给高频隔离变换电路2进行电压转换;
所述的高频隔离变换电路2包括一至少有三个绕组的高频变压器T1及其辅助电路,图2中所示为四绕组的高频变压器,包括二个次极输出端,所述的高频变压器的初级输出端接所述的功率开关电路4的电流输入端,所述的高频变压器T1的辅助电源输出端接所述的PWM控制电路3的电源输入端,所述的高频变压器T1通过功率开关电路4驱动使其输出高频脉动电压将能量耦合到其它绕组,其第一次级输出端与直流输出电路6的第一输入端相接,其第二次极输出端可以与直流输出电路6的第二输入端相接,这样可以在保证直流输出电路6的第一输出端有5V直流电压输出的同时,根据需要还可以在直流输出电路6的第二输出端有常用的12V或者是9V电压输出;在本实用新型中,所述的高频隔离变换电路2最好采用图2所示的高频反激式电路,其优点是电路比较简单,使用的元件相对较少,成本相对低廉,有助于形成产业化。
所述的PWM控制电路3的输出端与所述的功率开关电路4的驱动信号输入端相接;PWM控制电路的电流信号输入端与所述的功率开关电路的输出端相接,这样可以接收所述的功率开关电路4的电流检测信号以调整振荡频率和脉冲宽度,将初级脉动电压耦合到所述的高频隔离变换电路2的次级输出端;所述的PWM控制电路的反馈输入端还与所述的隔离采样反馈电路5的输出端相接。
所述的PWM控制电路3可以采用低负载自动变频型PWM控制电路,比如,采用型号为NCP1215的脉宽调制芯片,或台湾崇贸公司生产的SG6848T的脉宽调制芯片,或其他有类似功能的芯片及其辅助电路,图2中所示的低负载自动降频型PWM控制电路使用型号为SG6848T的脉宽调制芯片IC1及其辅助电路,更具体地说,可以使用体积更小的SOT-23封装的SG6848T的脉宽调制芯片IC1及其辅助电路,这样本实用新型可以制作的更小巧;所述的脉宽调制芯片IC1的VDD引脚接高频变压器T1的辅助电源输出端,脉宽调制芯片IC1的GATE引脚作为PWM控制电路的输出端与所述的功率开关电路4的驱动信号输入端相接,从而将PWM信号输出给功率开关电路4;脉宽调制芯片IC1的FB引脚作为PWM控制电路的反馈输入端与所述的稳压隔离反馈电路5的输出端相接,脉宽调制芯片IC1的SENSE引脚接收所述的功率开关电路4的电流检测信号;
所述的直流输出电路6包括整流滤波电路61和USB接口62,所述的整流滤波电路将高频变压器输出的高频脉动电压,经整流滤波后,可以得到5V直流电压,提供给USB接口的正极;图2中所示的整流滤波电路61为双路整流滤波电路,所述的双路整流滤波电路的第一输入端、第二输入端分别作为直流输出电路6的第一输入端、第二输入端;所述的双路整流滤波电路的第一输入端接所述的高频变压器T1的第一次级输出端,所述的双路整流滤波电路的第一输出端与USB接口62的正极相接;其第二输入端接所述的高频隔离变换电路2的第二次级输出端,双路整流滤波电路的第二输出端可与第二电源输出端子63的正极相接,这样,本实用新型就可以有两组输出,显然,通过选择不同的变压比的绕组,可以非常容易地使第二电源输出端子63输出电压为常用的12V或9V电压或其他需要的电压值;所述的双路整流滤波电路包括相互串联的第一整流二极管D1、第二整流二极管D2,第一整流二极管D1的负极还通过第一滤波电路与USB接口62的正极相接;同样,第二整流二极管D2的负极通过第二滤波电路与第二电源输出端子63,比如与标准的2.5mm直径的输出端子的正极相接。
所述的功率开关电路4的功能是接收PWM控制电路3输出的PWM驱动信号,将前端整流出的高压直流电平变换成脉冲电压并通过PWM控制电路转换到高频隔离变换电路2的输出端,功率开关电路4包括一型号为CET04N6功率开关Q1及其辅助电路和电流检测电阻R7,所述的功率开关Q1的D端(漏极),即输入端与所述的高频变压器T1的初级输出端相接,功率开关Q1的G端与所述的脉宽调制芯片IC1的GATE  脚相接以接收PWM控制电路3输出的PWM驱动信号,功率开关Q1的S端则与脉宽调制芯片IC1的SENSE引脚(电流检测引脚)以及检测电阻R7相接,检测电阻R7的另一端与脉宽调制芯片IC1的GND连接,形成回路。
所述的隔离采样反馈电路5的输入端与所述的USB接口的正极相接,隔离采样反馈电路5的功能是对输出电压即时采样,并将该采样信号传递给PWM控制电路3的反馈输入端,通过PWM控制电路3的占空比调整,以保证直流输出电路6输出电压稳定在允许的范围内幅动。
所述的隔离采样反馈电路5包括一个隔离光耦U1以及稳压反馈电路51,所述的稳压反馈电路51可以采用431系列芯片及其辅助电路,所述的稳压反馈电路51的输入端作为隔离采样反馈电路5的输入端,所述的隔离光耦U1的集电极为隔离采样反馈电路5的输出端与所述的脉宽调制芯片IC1的FB引脚相接,所述的隔离光耦U1的输入端与所述的稳压反馈电路51的输出端相接;稳压反馈电路的功能是可以根据输出电压的高低来调整PWM占空比,控制功率开关Q1的导通时间,比如使用一个常用的型号为TL431的精密稳压器IC3及其辅助电路构成的稳压反馈电路,通过对辅助电路中的各个电阻的不同取值,一般可以作到使输出电压的变化范围控制在1%~50%之内,从而可以做到使输出电压保持高度稳定,确保可以输出符合USB接口电源协议的5V直流电压。
由于本实用新型采用了SG6848T等型号的脉宽调制芯片IC1,合理地利用了这类芯片的脉宽调制技术和变频技术,使本实用新型的节能环保效果很好,实践中,可以使本实用新型在预设负载10%以下工作在60KHZ~10KHZ之间并适时根据输出负载的大小自动调节振荡频率,这样可以大幅度降低功率开关Q1在小负载情况下的开关损耗。当负载增大到大约10%以上时,与功率开关Q1的S端相接的电流检测电阻R7上的压差增大到预计设定值时,脉宽调制芯片IC1接收到该信号后将自动调整振荡频率,使其工作在高频约60KHz状态。这种根据负载大小自动变频技术有效地将整机效率和功率密度提高,在使产品小型化的同时,将整机待机功耗控制在85~265V输入条件下,不大于0.3W,这已经达到2005年(电源产品世界绿色能源节能标准)电源产品的节能环保要求,并且,这种独立设计的电源自动对输出电流进行限制,完全可以根据用电设备的不同要求适时提供不同的输出电流,利用制造高频变压器的的平衡设计技术,可以使本实用新型在任一组空载,则另一组可承受1.5倍额定负载电流,更为有效的提高使用效率。
另外,由于本实用新型的输入与输出之间已被良好隔离,因而有很好的安全隔离性能,一般情况下均能够承受3000VAC/50Hz,5mA/1Min的安全隔离电压。符合美国UL安规要求,进一步确保产品产业化的形成。

Claims (7)

1.一种便携式节能开关电源,其特征在于:包括市电转换电路(1),高频隔离变换电路(2),PWM控制电路(3),功率开关电路(4),隔离采样反馈电路(5),直流输出电路(6);所述的市电转换电路(1)将市电先行整流、滤波以及谐波吸收后输入给高频隔离变换电路(2)进行电压转换;所述的高频隔离变换电路(2)包括一至少有三个绕组的高频变压器T1及其辅助电路,所述的高频变压器T1的初级输出端连接所述的功率开关电路(4)的电流输入端,所述的高频变压器T1的辅助电源输出端接所述的PWM控制电路(3)的电源输入端,所述的高频变压器T1的第一次级输出端与所述的直流输出电路(6)的第一输入端相接;所述的PWM控制电路(3)的输出端与所述的功率开关电路(4)的驱动信号输入端相接,PWM控制电路(3)的电流信号输入端与所述的功率开关电路(4)的输出端相接;所述的PWM控制电路(3)的反馈输入端还与所述的隔离采样反馈电路(5)的输出端相接;所述的直流输出电路(6)包括整流滤波电路(61)和USB接口(62),所述的整流滤波电路(61)将高频变压器T1输出的高频脉动电压转换成5V直流电压,提供给USB接口(62)的正极;所述的隔离采样反馈电路(5)的输入端与所述的USB接口的正极相接以对输出电压采样,并将采样信号反馈给所述的PWM控制电路(3)的反馈输入端。
2.如权利要求1所述的便携式节能开关电源,其特征在于:所述的PWM控制电路(3)采用低负载自动变频型PWM控制电路。
3.如权利要求2所述的便携式节能开关电源,其特征在于:所述的低负载自动降频型PWM控制电路使用型号为SG6848T的脉宽调制芯片IC1及其辅助电路,所述的脉宽调制芯片IC1的VDD引脚接高频变压器T1的辅助电源输出端,脉宽调制芯片IC1的GATE引脚作为PWM控制电路(3)的输出端与所述的功率开关电路(4)的驱动信号输入端相接,脉宽调制芯片IC1的FB引脚作为PWM控制电路的反馈输入端与所述的稳压隔离反馈电路(5)的输出端相接,脉宽调制芯片IC1的SENSE引脚接收所述的功率开关电路(4)的电流检测信号。
4.如权利要求3所述的便携式节能开关电源,其特征在于:所述的功率开关电路4包括一型号为CET04N6功率开关Q1及其辅助电路和电流检测电阻R7,所述的功率开关Q1的D端,即输入端与所述的高频变压器T1的初级输出端相接,功率开关Q1的G端与所述的脉宽调制芯片IC1的GATE引脚相接,功率开关Q1的S端则与脉宽调制芯片IC1的SENSE引脚以及检测电阻R7相接,检测电阻R7的另一端与脉宽调制芯片IC1的GND连接
5.如权利要求3或4所述的便携式节能开关电源,其特征在于:所述的高频变压器T1为四绕组的高频变压器,包括二个次极输出端,所述的直流输出电路(6)中的整流滤波电路(61)为双路整流滤波电路,所述的双路整流滤波电路的第一输入端、第二输入端分别作为直流输出电路(6)的第一输入端、第二输入端;所述的高频变压器的第一次级输出端与直流输出电路(6)的第一输入端相接,所述的高频变压器的第二次极输出端与直流输出电路(6)的第二输入端相接,双路整流滤波电路的第一输出端、第二输出端分别与USB接口(62)的正极、第二电源输出端子63的正极相接。
6.如权利要求5所述的便携式节能开关电源,其特征在于:所述的隔离采样反馈电路(5)包括隔离光耦U1以及稳压反馈电路(51),所述的稳压反馈电路(51)采用431系列芯片及其辅助电路,所述的稳压反馈电路(51)的输入端作为隔离采样反馈电路(5)的输入端,所述的隔离光耦U1的集电极为隔离采样反馈电路(5)的输出端与所述的脉宽调制芯片IC1的FB引脚相接,所述的隔离光耦U1的输入端与所述的稳压反馈电路(51)的输出端相接。
7.如权利要求6所述的便携式节能开关电源,其特征在于:所述的稳压反馈电路(51)采用型号为TL431的精密稳压器IC3及其辅助电路。
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