TWI407678B - 電源模組 - Google Patents

Description

電源模組

本發明涉及電子技術領域，特別涉及一種電源模組。

電源模組已被廣泛應用於各種電子設備，如電視機、電腦等中，其作用在於將外部220V交流電轉換為負載直流電，以提供給負載。

通常電源模組包括輸入整流濾波單元、控制單元、開關變壓單元、反饋單元及輸出整流濾波單元。輸入整流濾波單元用於對來自交流電源輸入的交流電進行整流及濾波，以生成初級直流電。控制單元用於產生脈衝電壓。開關變壓單元基於脈衝電壓將初級直流電變換為負載交流電。輸出整流濾波單元用於對負載交流電進行整流及濾波以產生負載直流電。具體地，開關變壓單元包括MOS管及變壓器，MOS管的柵極接收脈衝電壓，MOS管的汲極與變壓器的初級線圈的一端相連，源極接地。MOS管在脈衝電壓的上升沿導通，基於MOS管在導通時其汲極及源極之間的電流係緩慢增大的特性，因此流過變壓器的初級線圈中的電流也係緩慢增大的。MOS管在脈衝電壓的下降沿截止，因此變壓器的初級線圈中無電流流過。

反饋單元用於對流過變壓器初級線圈中的電流進行取樣，以 產生反饋訊號傳送給控制單元。當脈衝電壓的占空比較大，即脈衝電壓的上升沿時間較長時，MOS管的導通時間較長，使流過變壓器初級線圈中的電流增大得較大，反饋單元所產生的反饋訊號為高電平訊號，控制單元根據該反饋訊號減小脈衝電壓的占空比，從而使流過變壓器的初級線圈中的電流變小。當脈衝電壓的占空比較小時，MOS管的導通時間變短，使得流過變壓器初級線圈中的電流增大得較小，反饋單元所產生的反饋訊號為低電平訊號，此時控制單元不對其輸出的脈衝電壓的占空比進行調節。

然而，電源模組中的電子元器件會受到電磁干擾的影響，導致反饋單元所產生的反饋訊號不穩定。例如，變壓器所產生的高頻電磁波會對MOS管的導通及截止造成干擾，導致MOS管的導通時間較長，使流過變壓器的初級線圈中的電流增幅較大，由此使反饋訊號由低電平訊號突變為高電平訊號。該瞬間高電平訊號將會使控制單元對脈衝電壓的占空比作出錯誤的調整，因而導致電源模組輸出電壓不穩定。

有鑒於此，有必要提供一種輸出電壓穩定的電源模組。

一種電源模組，用於先將來自外部交流電源輸入的交流電轉換為初級直流電，然後根據一脈衝電壓對該初級直流電進行調制並變換為負載交流電，最後對該負載交流電進行整流及濾波後產生負載直流電，該負載直流電被提供給負載。電源模組包括反饋單元、具有變壓器的變壓單元、控制單元及濾 波單元。反饋單元用於取樣變壓器的初級線圈中的電流以產生反饋訊號，控制單元用於根據該反饋訊號調整脈衝電壓的占空比。濾波單元連接於反饋單元與控制單元之間，其用於濾除從反饋單元產生的傳送至控制單元的瞬間高電平訊號。

上述電源模組，藉由在反饋單元與控制單元之間設置一個濾波單元，當反饋單元所產生的反饋訊號為瞬間高電平訊號時，該濾波單元可對該瞬間高電平訊號進行濾除，因此可避免該瞬間高電平訊號使控制單元對脈衝電壓的占空比作出錯誤的調整，使電源模組輸出的電壓較為穩定。

100‧‧‧交流電源

124‧‧‧PFC單元

14‧‧‧控制單元

18‧‧‧變壓單元

22‧‧‧反饋單元

200‧‧‧電源模組

Q1、Q2‧‧‧MOS管

T1‧‧‧變壓器

R1、R2‧‧‧電阻

n_feedback‧‧‧反饋端

L2‧‧‧次級線圈

120‧‧‧輸入整流濾波單元

12‧‧‧電壓變換單元

16‧‧‧開關單元

20‧‧‧輸出整流濾波單元

24‧‧‧濾波單元

300‧‧‧負載

D1、D2‧‧‧二極體

L1‧‧‧初級線圈

C1、C2、C3、C4‧‧‧電容

Q3‧‧‧三極體

圖1為一較佳實施方式的電源模組之功能模組圖。

圖2為圖1中電源模組之具體電路圖。

如圖1所示，一較佳實施方式的電源模組200用於將來自交流電源100輸入的交流電轉換為負載300所用的直流工作電壓。電源模組200包括電壓變換單元12、控制單元14、開關單元16、變壓單元18、輸出整流濾波單元20、反饋單元22及濾波單元24。

電壓變換單元12用於將來自交流電源100輸入的交流電變換為初級直流電。具體地，電壓變換單元12包括輸入整流濾波單元120及功率因數校正(PFC，Power Factor Correction)單元124。輸入整流濾波單元120用於對來自交流電源100輸入的交流電進行整流及濾波，以生成初級直 流電，PFC單元124用於對初級直流電進行功率因數校正，也即將初級直流電的電壓及電流校正到基本同相位，並將經功率因數校正後的初級直流電提供給開關單元16。

控制單元14用於提供脈衝電壓。

開關單元16分別連接控制單元14及PFC單元124，其用於接收該脈衝電壓，在脈衝電壓的上升沿開啟，以將該初級直流電導向變壓單元18。開關單元16還在脈衝電壓的下降沿關閉，因此該初級直流電不能提供給變壓單元18。具體地，開關單元16包括MOS管，該MOS管的柵極用於接收脈衝電壓，MOS管的汲極用於接收初級直流電，MOS管的源極連接變壓單元18。

變壓單元18用於在開關單元16開啟時接收該初級直流電，並根據初級直流電產生負載交流電。具體地，變壓單元18包括變壓器及電容，該變壓器的初級線圈的一端用於連接MOS管的源極，另一端通過電容接地。MOS管在脈衝電壓的上升沿導通，即開關單元16開啟，初級直流電通過MOS管的汲極、源極以及變壓器的初級線圈給電容充電，基於MOS管導通時流過其汲極及源極之間的電流係緩慢增大的特性，變壓器的初級線圈中的電流為變化的電流，變壓器的次級線圈感應其初級線圈中變化的電流產生負載交流電。

輸出整流濾波單元20用於對負載交流電進行整流及濾波以產生負載直流電提供給負載300。

反饋單元22用於取樣變壓器的初級線圈中的電流以產生反饋訊號。當脈衝電壓的占空比較大，即脈衝電壓的上升沿時間較長時，MOS管的導通時間將較長，基於MOS管導通時其汲極及源極之間的電流係緩慢增大的特性，因此變壓器的初級線圈中的電流將增幅較大，反饋單元22產生的反饋訊號為高電平訊號。當脈衝電壓的占空比較小，即脈衝電壓的上升沿時間較短時，MOS管的導通時間將較短，使得流過變壓器的初級線圈中的電流較小，反饋單元22產生的反饋訊號為低電平訊號。

控制單元14還用於接收該反饋訊號，並根據該反饋訊號調整脈衝電壓的占空比。當反饋訊號為高電平訊號時，控制單元14降低脈衝電壓的占空比，因而MOS管的導通時間變短，流過變壓器的初級線圈中的電流將較小。變壓器的次級線圈感應初級線圈中幅值變小的電流產生的負載交流電的幅值也將變小，如此可達到降低負載直流電的大小的目的。當反饋訊號為低電平訊號時，控制單元14不對其輸出的脈衝電壓的占空比進行調節。

濾波單元24連接於反饋單元22及控制單元14之間，其用於濾除從反饋單元22產生的傳送至控制單元14的瞬間高電平訊號。因而可有效地防止控制單元14根據該瞬間高電平訊號對脈衝電壓的占空比作出錯誤的調整，使電源模組200輸出的電壓較為穩定。

圖2所示為電源模組200之具體電路圖。

交流電源100、輸入整流濾波單元120及PFC單元124依次串性連接。開關單元16包括第一MOS管Q1及第二MOS管Q2。第一MOS管Q1的柵極及第二MOS管Q2的柵極均連接控制單元14。第一MOS管Q1的汲極與PFC單元124相連，第一MOS管Q1的源極與第二MOS管Q2的汲極相連，第二MOS管Q2的源極接地。在本實施方式中，第一MOS管Q1及第二MOS管Q2均為N溝道增強型MOS管。

變壓單元18包括變壓器T1、第四電容C4、第一二極體D1及第二二極體D2。第一二極體D1的陰極與第一MOS管Q1的汲極相連，陽極通過第四電容C4接地。第二二極體D2的陰極連接於第一二極體D1的陽極與第四電容C4之間，第二二極體D2的陽極接地。變壓器T1具有初級線圈L1及次級線圈L2，初級線圈L1的一端連接第一MOS管Q1的源極，另一端連接於第一二極體D1的陽極與第四電容C4之間。次級線圈L2的一端連接輸出整流濾波單元20，另一端接地。

濾波單元24包括第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、三極體Q3、第一電阻R1及第二電阻R2。第一電容C1的一端連接於反饋單元22與控制單元14之間，另一端通過第一電阻R1接地。三極體Q3的基極連接於第一電容C1與第一電阻R1之間，集極連接於第一電容C1與控制單元14之間，射極接地。第二電容C2與第二電阻R2並聯連接於三極體Q3的集極及射極之間。具體地，控制單元14具有一反饋端n_feedback，反饋單元22、第一電容C1、第三電容C3及三極體Q3的集極共同連接至控 制單元14的反饋端n_feedback。在本實施方式中，三極體Q3為NPN型。

電源模組200的工作原理如下：當電源模組200開啟時，控制單元14輸出第一脈衝電壓及第二脈衝電壓。第一MOS管Q1的柵極及第二MOS管Q2的柵極分別用於接收第一脈衝電壓及第二脈衝電壓。第一MOS管Q1在第一脈衝電壓的上升沿導通，並在第一脈衝電壓的下降沿截止。第二MOS管Q2在第二脈衝電壓的上升沿導通，並在第二脈衝電壓的下降沿截止。控制單元14用於在第一MOS管Q1導通時控制第二MOS管Q2截止，並在第一MOS管Q1截止時控制第二MOS管Q2導通。

當第一MOS管Q1導通，第二MOS管Q2截止時，PFC單元124輸出的初級直流電通過第一MOS管Q1的汲極及源極及變壓器T1的初級線圈L1給第四電容C4充電，從而使變壓器T1的初級線圈L1中有變化的電流流過。當第一MOS管Q1截止，第二MOS管Q2導通時，第四電容C4通過變壓器T1的初級線圈L1及第二MOS管Q2的汲極及源極放電，變壓器T1的初級線圈L1中也會有變化的電流流過。變壓器T1的次級線圈L2感應其初級線圈L1中變化的電流產生負載交流電。因而輸出整流濾波單元20對負載交流電進行整流及濾波以產生負載直流電，進而提供給負載300作為工作電壓。相對於現用技術中採用一個MOS管的電源模組來說，本實施方式的電源模組200採用兩個MOS管，因此變壓器T1的初級線圈L1在MOS管導通及截止時均會有 電流流過，提高了電源模組200的電壓轉換效率。

反饋單元22取樣變壓器T1的初級線圈L1中的電流產生反饋訊號。當電源模組200中的電子元器件受到電磁干擾的影響時，可能導致第一MOS管Q1及第二MOS管Q2之中的一者導通時間較長，使變壓器T1的初級線圈L1中的電流較大，反饋單元22所產生的反饋訊號會由低電平電壓瞬間突變為高電平電壓。該瞬間高電平電壓被傳送到濾波單元24，由於濾波單元24的第一電容C1對於瞬間高電平電壓來說相當於交流短路，故該高電平電壓被傳送到三極體Q3的基極，使得三極體Q3導通。控制單元14的反饋端n_feedback接地，即控制單元14的反饋端n_feedback的電壓Vn_feedback=0V。如此，可實現濾波單元24對該瞬間高電平電壓進行濾除的目的，防止該瞬間高電平電壓使控制單元14對脈衝電壓的占空比作出錯誤的調整，使電源模組200的輸出電壓較為穩定。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述僅為本發明之較佳實施方式，舉凡熟悉本案技藝之人士，在援依本案創作精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

100‧‧‧交流電源

124‧‧‧PFC單元

18‧‧‧變壓單元

22‧‧‧反饋單元

200‧‧‧電源模組

Q1、Q2‧‧‧MOS管

T1‧‧‧變壓器

L2‧‧‧次級線圈

R1、R2‧‧‧電阻

n_feedback‧‧‧反饋端

120‧‧‧輸入整流濾波單元

16‧‧‧開關單元

20‧‧‧輸出整流濾波單元

24‧‧‧濾波單元

300‧‧‧負載

D1、D2‧‧‧二極體

L1‧‧‧初級線圈

14‧‧‧控制單元

C1、C2、C3、C4‧‧‧電容

Q3‧‧‧三極體

Claims (10)

1. 一種電源模組，用於先將來自外部交流電源輸入的交流電轉換為初級直流電，然後根據一脈衝電壓對該初級直流電進行調制並變換為負載交流電，最後對該負載交流電進行整流及濾波後產生負載直流電，該負載直流電被提供給負載，該電源模組包括反饋單元、具有變壓器的變壓單元及用於輸出脈衝電壓之控制單元，該反饋單元用於取樣變壓器的初級線圈中的電流以產生反饋訊號，其改良在於：當反饋訊號為高電平訊號時，控制單元降低脈衝電壓的占空比；當反饋訊號為低電平訊號時，控制單元不對脈衝電壓的占空比進行調節；該電源模組還包括濾波單元，該濾波單元連接於反饋單元與控制單元之間，其用於濾除從反饋單元產生的傳送至控制單元的瞬間高電平訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電源模組，其中該濾波單元包括第一電容、三極體及第一電阻，該第一電容的一端連接於反饋單元與控制單元之間，另一端通過第一電阻接地，該三極體的基極連接於第一電容與第一電阻之間，集極連接於第一電容與控制單元之間，射極接地。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電源模組，其中該三極體為NPN型。
4. 如申請專利範圍第2項所述之電源模組，其中該濾波單元還包括第二電容及第二電阻，該第二電容與第二電阻並聯連接 於三極體的集極及射極之間。
5. 如申請專利範圍第2項所述之電源模組，其中該濾波單元還包括第三電容，該第三電容的一端連接於第一電容及控制單元之間，另一端連接三極體的基極。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電源模組，其中該電源模組還包括電壓變換單元，該電壓變換單元包括輸入整流濾波單元及功率因數校正單元，該輸入整流濾波單元用於對來自交流電源輸入的交流電進行整流及濾波，以產生初級直流電，該功率因數校正單元用於對該初級直流電進行功率因數校正。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電源模組，其中該電源模組還包括開關單元，該開關單元包括第一MOS管，該第一MOS管的柵極連接控制單元，該變壓單元還包括第一二極體及第四電容，該第一二極體的陰極與第一MOS管的汲極相連，陽極通過第四電容接地，該變壓器的初級線圈的一端與第一MOS管的源極相連，另一端連接於第一二極體的陽極與第四電容之間。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電源模組，其中該開關單元還包括第二MOS管，該第二MOS管的柵極與控制單元相連，該控制單元用於在第一MOS管導通時控制第二MOS管截止，並在第一MOS管截止時控制第二MOS管導通。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電源模組，其中該變壓單元還包括第二二極體，該第二二極體的陰極連接於第一二極體的陽極與第四電容之間，該第二二極體的陽極接地。
10. 如申請專利範圍第8項所述之電源模組，其中該第一MOS管及 第二MOS管均為N溝道增強型MOS管。