专利名称：一种开关模式电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种开关模式电源。
背景技术：
开关才莫式电源(SMPS, switched-mode power supply )广泛应用于充电器、 液晶显示器或者电源适配器等电子器件，具有尺寸小、效率高以及输出功率 大等优点。
发明人在研究过程中，发现现有SMPS至少包括以下缺点具有节电功 能的电子器件处于节电模式时，所需电流与正常工作状态相比保持恒定，所 需电压可以低于正常工作状态。但是，SMPS输出给该电子器件的电压保持不 变，这使得SMPS自身的输入功率还需保持原有水平以保证输出电压不变， 造成了不必要的输入损耗。
发明内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种开关模式电源，以在具有节电功能的 电子器件处于节电模式时，降低SMPS的输入功率。
一种开关模式电源，所述开关模式电源包括
误差放大器，用于从输出电压釆样电阻网络采样所述开关模式电源的输 出电压，将所述输出电压与参考电压进行比较，得到误差信号；
开关电源控制器，用于接收所述误差放大器反馈的所述误差信号，调节 开关管导通的占空比或者开关频率，以使所述输出电压为一个稳定的电压值；
变压器，用于在所述开关模式电源正常工作时，通过滤波电容向所述开 关电源控制器提供电源；
所述输出电压釆样电阻网络，还用于接收负载的节电控制信号，以在所 述负载处于节电模式时，降低所述开关模式电源的输出电压，使所述开关模 式电源的输入功率随着所述开关模式电源的输出电压的降低而降低，所述节 电控制信号用于控制所述误差放大器的反相输入端到所述开关模式电源的输出端的分压比。
所述滤波电容还用于当所述开关模式电源的输出电压减小时，降低所述 开关电源控制器的电源电压，以降低所述开关模式电源的输入功率。
所述变压器还用于当所述开关模式电源的输出电压减小时，降低所述变 压器的副边绕组以及辅助绕组的电压，以降低所述开关模式电源的输入功率。
优选地，所述输出电压采样电阻网络包括两个电阻，所述节电控制信号 耦合到所述两个电阻中的特定电阻。
优选地，所述输出电压采样电阻网络包括三个电阻，所述节电控制信号 耦合到所述三个电阻中特定两个电阻的公共节点。
优选地，所述输出电压采样电阻网络包括三个电阻以及一个NMOS开关， 所述NMOS开关与所述三个电阻中特定的一个电阻并联，所述节电控制信号 耦合到所述NMOS开关的栅极。
可选地，所述开关模式电源还包括
高压晶体管的控制电路，耦合到所述开关模式电源的开关电源控制器的 电源电压，用于控制所述高压晶体管的导通与关断；
所述高压晶体管，耦合到所述开关模式电源的输入电压，用于在所述高 压晶体管的控制电路的控制下，为所述开关模式电源的开关电源控制器的电 源端所连接的电容充电，以保证所述开关4莫式电源的开关电源控制器正常工 作。
可选地，所述开关模式电源还包括
所述高压晶体管的限流电路，耦合到所述高压晶体管的发射极与基极， 以及所述开关电源控制器的电源端，用于使所述高压晶体管的发射极电流保 持恒定。
可选地，所述开关模式电源还包括
所迷高压晶体管的偏置电路，耦合到所述高压晶体管的集电极与基极， 用于提高所述高压晶体管在关断状态下的可靠性。可以看出，输出电压采样电阻网络可以接收来自负载的节电控制信号，在负载处于节电模式时，根据节电控制信号降低开关模式电源的输出电压，开关模式电源输出电压的降低使得开关模式电源从220V的交流电获取的电流减少，从而可以降低开关模式电源的输入功率。
图1为现有副边调节开关模式电源电路图2为本实用新型开关模式电源结构示意图；图3为本实用新型开关模式电源一个实施例的电路图；图4为本实用新型开关模式电源另一个实施例的电路图；图5为本实用新型开关模式电源另一个实施例的电路图；图6为本实用新型开关模式电源另一个实施例的电路图；图7为图6中主要节点的电压波形。
具体实施方式
为了使本实用新型的上述特征、优点更加明显易懂，下面结合具体实施方式
以及附图进行详细说明。
为便于理解本实用新型，首先对一个现有开关模式电源进行说明。
请参考图1，为现有副边调节开关模式电源电路图。
在图1中，Vcc低于启动电压Vst时，开关电源控制器IO的输出管脚OUT维持低电平，这个阶段称为启动阶段。Vcc超过启动电压Vst时，启动阶段结束，开关电源控制器IO的输出管脚OUT产生开关信号，开关信号控制功率管68的导通及关断，以调节次级线圈上的输出电压Vout。
当该开关才莫式电源上电后，输入电压Vin通过分压电阻76,经HV端以及开关电源控制器10向电容64充电。当电容64的充电使Vcc超过启动电压Vst后，开关电源控制器10的输出管脚OUT开始输出开关信号，将原边绕组71中的能量转移到副边绕組78和辅助绕組72。此时，开关电源控制器10切断HV端向电容64充电的路径，电容64的能量由辅助绕组72提供。误差放大器108将REF端的Vout采样信号与参考信号进行比较，得到误差信号，将误差信号放大后，通过光电耦合器67传送到开关电源控制器10的反馈端COMP,开关电源控制器IO根据反馈信号调节开关管导通的占空比或者开关频率，以使输出电压Vout为一个稳定的电压值。
当负载12处于节电模式时，开关模式电源的输出电压Vout需要低于负载12正常工作所需要的电压，以降低开关模式电源的输入功率。
为实现上述目的，下面对本实用新型进行详细说明。
请参考图2，为本实用新型开关模式电源结构示意图，可以包括
误差放大器201,用于从输出电压采样电阻网络205采样所述开关^^莫式电源的输出电压，将所述输出电压与参考电压进行比较，得到误差信号；
开关电源控制器202，用于接收所述误差放大器201反馈的所述误差信号，调节开关管导通的占空比或者开关频率，以使所述输出电压为一个稳定的电
^值；
变压器203,用于在所述开关模式电源正常工作时，通过滤波电容204向所述开关电源控制器202提供电源；
所述输出电压采样电阻网络205,还用于接收负载的节电控制信号，以在所述负载处于节电模式时，降低所述开关模式电源的输出电压，使所述开关模式电源的输入功率随着所述开关模式电源的输出电压的降低而降低，所述节电控制信号用于控制所述误差放大器的反相输入端到所述开关模式电源的输出端的分压比。
可以看出，输出电压采样电阻网络可以接收来自负载的节电控制信号，在负载处于节电模式时，根据节电控制信号降低开关模式电源的输出电压，开关模式电源输出电压的降低使得开关模式电源从220V的交流电获取的电流减少，从而可以降低开关模式电源的输入功率。
滤波电容204还用于当所述开关模式电源的输出电压减小时，降低所述开关电源控制器202的电源电压，以降低所述开关模式电源的输入功率；
变压器203还用于当所述开关模式电源的输出电压减小时，降低所述变压器203的副边绕组以及辅助绕组的电压，以降低所述开关模式电源的输入功率。
由于输出电压采样电阻网络可以包括不同的组成形式，下面分别以三个实施例进4亍i兌明。
请参考图3,为本实用新型开关模式电源一个实施例的电路图，与图1的不同之处在于，本实用新型将负载产生的节电控制信号Vsleep引到输出电压采样电阻网络。输出电压采样电阻网络包括电阻110以及电阻120。
在图3中，负载分别处于正常工作状态以及节电^t式时，釆样点REF到开关模式电源的输出电压Vout的分压比不同。负载在节电模式下釆样点REF到开关模式电源的输出电压Vout的分压比大于负载处于正常工作状态时的分压比。当负载处于节电模式时，开关模式电源的输出电压Vout降低，其输入功率随之降低。
进一步地，由于变压器70的交叉耦合，开关电源控制器10的电源电压Vcc随着Vout的降低而降低，在同样电流下，开关电源控制器10的输入功率也相应地降低。因此，在同样的负载电流与开关电源控制器IO工作电流条件下，副边绕组78以及辅助绕组72的输出功率同时下降。开关模式电源的输入功率得以进一步下降。
请参考图4，为本实用新型开关模式电源另一个实施例的电路图，与图3的区别在于，在本实施例中，输出电压采样电阻网络包括三个电阻，分别为电阻IIO、电阻115以及电阻116。
在图4中，负载产生的节电控制信号Vsleep耦合到电阻115以及电阻116的公共节点。节电控制信号Vsleep包括两个状态， 一个状态为低电平，另一个状态为高阻态。节电控制信号Vsleep为^^电平时，表明负载处于正常工作状态，VREF除以Vout的值等于R115/ (R110+R115 )。节电控制信号Vsleep为高阻态时，表明负载处于节电模式，VREF除以Vout的值等于(R115+R116)/ (R110+ R115+R116)。由于负载节电模式下VREF除以Vout的值大于负载正常工作时VREF除以Vout的值，并且，VREF的值固定不变，因此，负载节电模式下开关模式电源的输出电压Vout小于负载正常工作时开关模式电源的输出电压Vout,因此，其输入功率随之降低。
开关模式电源的输入功率得以进一步下降与图3相同，在此不再赘述。
请参考图5，为本实用新型开关模式电源另一个实施例的电路图，与图4的区别在于，在本实施例中，输出电压釆样电阻网络增加了 NMOS开关117,NMOS开关117与电阻116并联。负载产生的节电控制信号Vsleep耦合到NMOS开关117的栅4及。节电控制信号Vsleep包括两个状态， 一个状态为高电平，另一个状态为低电平。节电控制信号Vsleep为高电平时，表明负载处于正常工作状态，NMOS开关117导通，VREF除以Vout的值等于R115/(R110+R115)。节电控制信号Vsleep为低电平时，表明负载处于节电模式，NMOS开关117未被导通，VREF除以Vout的值等于(R115+R116 ) / ( R110+R115+R116 )。由于负载节电模式下VREF除以Vout的值大于负载正常工作时VREF除以Vout的值，并且，VREF的值固定不变，因此，负载节电才莫式下开关模式电源的输出电压Vout小于负载正常工作时开关模式电源的输出电压Vout，因此，其输入功率随之降低。
开关模式电源的输入功率得以进一步下降与图3相同，在此不再赘述。
以上针对输出电压釆样电阻网络的不同组成形式，对本实用新型的实施例进行了说明。
需要指出的是，为了在负载模式进行切换的情况下保证开关电源控制器10的正常供电，还需要对本实用新型实施例提供的开关模式电源进行进一步改进。
请参考图6,为本实用新型开关模式电源另一个实施例的电路图。
图6与图3的区别在于，图6中的达林顿连接的高压晶体管81、高压晶体管81的偏置电路82、高压晶体管81的限流电路83以及高压晶体管81的控制电路在负载从工作模式切换至节电模式时或者负载跳变时被赋予了新的功能。下面分别详细说明。
高压晶体管81通过电阻76耦合到整流后的输入电压Vin、限流电路83以及偏置电^各82。控制电路84由欠压锁定(UVLO )比较器93、电源电压维持比较器97,分压电阻94、分压电阻96、分压电阻98、 NMOS管99、逻辑门101以及逻辑门102组成。控制电路84耦合到开关电源控制器IO的电源电压Vcc。控制电路84的输出为高阻态时，高压晶体管81导通，控制电路84的输出为低电平时，高压晶体管81关断。当开关电源控制器10的电源电压Vcc低于最低工作电压Vuvlo时，或者，开关电源控制器10处于非故障模式且电源电压Vcc低于维持电压Vhold时，102输出低电平，NMOS管99截止，控制电路84使高压晶体管81导通，由高压晶体管81为开关电源控制器IO的电源端所连4姿的电容64充电。
限流电路83由限流电阻103和NMOS管104组成。限流电路83耦合到高压晶体管81的发射极与基极，以及开关电源控制器10的电源端。当高压晶体管81的发射极电流超过一定值后，NMOS管104导通，使基极电流不再增大，从而使发射极电流保持恒定。
偏置电路82由片内高压电阻卯、PMOS管95、恒流源电路91和PMOS管92组成。恒流源电路91提供一条Vcc到地的通路，使得二极管连接的PMOS管95漏极跟随Vcc变化并比Vcc电压低一个阈值电压IVtpl。 PMOS管92的漏极与高压晶体管控制电路84的输出NMOS管99的漏极相连。当NMOS管99导通时，PMOS管92相应地导通，其源极也就是高压晶体管81的基极电压比PMOS管95漏极高一个阈值电压IVtp卜从而使高压晶体管81的基极电位与发射极电位相等，高压晶体管81处于截止状态。高压晶体管81截止时的基极电位与发射极电位维持相等或较小的反偏电压，有利于提高高压晶体管81在关断状态下的可靠性。当NMOS管99截止时，PMOS管92相应地截止，Vin通过高压电阻90为高压晶体管81提供基极电流，高压晶体管81处于导通状态。
请参考图7,为图6中主要节点的电压波形。其中，
Vin为开关模式电源的输入电压；Vst为开关电源控制器IO的启动电压；Vhold为开关电源控制器10的维持电压；Vuvlo为开关电源控制器10的最低工作电压；Vcc为开关电源控制器IO的电源电压；
Vfault用于指示开关电源控制器IO是否处于故障模式，例如输出端短路，开关电源控制器IO过热等异常情况；
Enable为欠压锁定(UVLO)比较器93的输出电压；
OUT为开关电源控制器的输出。
开关模式电源上电后，Vin开始上升，开关模式电源处于启动阶段，欠压锁定(UVLO)比较器93翻转电压为Vst。在Vcc低于Vst阶段，欠压锁定(UVLO )比较器93的输出Enable为低电平，开关电源控制器10的OUT端输出j氐电平，功率开关管68截止，同时，NMOS管99截止，其漏端呈高阻态，偏置电路82中的PMOS管92截止，Vm通过高压电阻90为高压晶体管81提供基极电流，该电流被放大后作为Vcc电容64的充电电流。
当Vcc电压超过Vst后，欠压锁定(UVLO)比较器93的翻转电压变为开关电源控制器10电源电压的最低工作电压Vuvlo,输出Enable变为高电平，开关电源控制器10的OUT端输出脉沖信号，NMOS管99导通，偏置电路82使高压晶体管81的基极电压等于或小于发射极电压，高压晶体管81截止，Vcc的供电由辅助绕组来实现。
当开关电源控制器10处于非故障模式(Vfault为低电平)时，负载正常工作模式与节能模式的跳变使得Vcc电压下降，当Vcc低于维持电压Vhold时，电源电压维持比较器97输出低电平，NMOS管99关断，高压晶体管81导通，Vin通过81为Vcc电容充电，使Vcc电压维持在Vhold附近，高于最小工作电压Vuvlo，使负载正常工作模式与节电模式的跳变不会使Vcc低于Vuvlo,进而导致开关模式电源进入重新启动状态。
当开关电源控制器10出现异常情况时，例如输出端短路，开关电源控制器10过热等，开关电源控制器IO进入故障模式，Vfault信号变为高电平，开关电源控制器10的OUT端输出为低电平。这种情况下Vcc下降到低于Vhold时高压晶体管81也不会导通，因为逻辑门101屏蔽了电源电压维持电压比较器97的输出。当Vcc下降到开关电源控制器IO最低工作电压Vuvlo之下时，欠压锁定(UVLO)比较器93输出端Enable变为低电平，欠压锁定(UVLO)比较器93的翻转电压变为启动电压Vst,系统进入重新启动状态。
可以看出，输出电压采样电阻网络可以接收来自负载的节电控制信号，在负载处于节电模式时，根据节电控制信号降低开关模式电源的输出电压，开关模式电源输出电压的降低使得开关模式电源从220V的交流电获取的电流减少，从而可以降低开关模式电源的输入功率。
最后，还需要说明的是，在本文中，术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个……"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本实用新型进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，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，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
权利要求1、一种开关模式电源，其特征在于，所述开关模式电源包括误差放大器，用于从输出电压采样电阻网络采样所述开关模式电源的输出电压，将所述输出电压与参考电压进行比较，得到误差信号；开关电源控制器，用于接收所述误差放大器反馈的所述误差信号，调节开关管导通的占空比或者开关频率，以使所述输出电压为一个稳定的电压值；变压器，用于在所述开关模式电源正常工作时，通过滤波电容向所述开关电源控制器提供电源；所述输出电压采样电阻网络，还用于接收负载的节电控制信号，以在所述负载处于节电模式时，降低所述开关模式电源的输出电压，使所述开关模式电源的输入功率随着所述开关模式电源的输出电压的降低而降低，所述节电控制信号用于控制所述误差放大器的反相输入端到所述开关模式电源的输出端的分压比。
2、 根据权利要求1所述的开关模式电源，其特征在于，所述滤波电容还用于当所述开关模式电源的输出电压减小时，降低所述 开关电源控制器的电源电压，以降低所述开关模式电源的输入功率。
3、 根据权利要求1所述的开关模式电源，其特征在于，所述变压器还用于当所述开关模式电源的输出电压减小时，降低所述变 压器的副边绕组以及辅助绕组的电压，以降低所述开关模式电源的输入功率。
4、 根据权利要求1所述的开关模式电源，其特征在于，所述输出电压采 样电阻网络包括两个电阻，所述节电控制信号耦合到所述两个电阻中的特定 电阻。
5、 根据权利要求l所述的开关模式电源，其特征在于，所述输出电压采 样电阻网络包括三个电阻，所述节电控制信号耦合到所述三个电阻中特定两 个电阻的公共节点。
6、 根据权利要求1所述的开关模式电源，其特征在于，所述输出电压采 样电阻网络包括三个电阻以及一个NMOS开关，所述NMOS开关与所述三个电阻中特定的一个电阻并联，所述节电控制信号耦合到所述NMOS开关的栅极。
7、 根据权利要求1所述的开关模式电源，其特征在于，所述开关模式电 源还包括高压晶体管的控制电路，耦合到所述开关模式电源的开关电源控制器的 电源电压，用于控制所述高压晶体管的导通与关断；所述高压晶体管，耦合到所述开关模式电源的输入电压，用于在所述高 压晶体管的控制电路的控制下，为所述开关模式电源的开关电源控制器的电 源端所连接的电容充电，以保证所述开关模式电源的开关电源控制器正常工作。
8、 根据权利要求7所述的开关模式电源，其特征在于，所述开关模式电 源还包括所述高压晶体管的限流电路，耦合到所述高压晶体管的发射极与基极， 以及所述开关电源控制器的电源端，用于使所述高压晶体管的发射极电流保 持恒定。
9、 根据权利要求7所述的开关模式电源，其特征在于，所述开关模式电 源还包括所述高压晶体管的偏置电路，耦合到所述高压晶体管的集电极与基极， 用于提高所述高压晶体管在关断状态下的可靠性。
专利摘要本实用新型公开了一种开关模式电源。所述开关模式电源包括误差放大器，用于从输出电压采样电阻网络采样所述开关模式电源的输出电压，将所述输出电压与参考电压进行比较，得到误差信号；开关电源控制器，用于接收所述误差放大器反馈的所述误差信号，调节开关管导通的占空比或者开关频率，以使所述输出电压为一个稳定的电压值；变压器，用于在所述开关模式电源正常工作时，通过滤波电容向所述开关电源控制器提供电源；所述输出电压采样电阻网络，还用于接收负载的节电控制信号，所述节电控制信号用于控制所述误差放大器的反相输入端到所述开关模式电源的输出端的分压比。
文档编号H02M3/335GK201435679SQ20092015457
公开日2010年3月31日 申请日期2009年5月22日 优先权日2009年5月22日
发明者任雪刚, 征 应, 朱亚江, 赵向源, 陈泽强 申请人:Bcd半导体制造有限公司