专利名称：一种待机低功耗的开关电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源技术领域，更具体地说，是涉及一种最小空载功耗可以达到I毫瓦左右的小功率开关电源，主要用途是为长时间小功率工作的电器供电。
背景技术：
小功率电器一般由电池供电，但由于电池的经环保痼疾，现实中凡有条件使用市电的地方都使用AC/DC变换器供电。AC/DC变换可以分为三种具体形式:一是效率最低的电阻降压(限流)式。如声控灯及机械版的电风扇、电饭煲、电熨斗、电源插座、开关的指示灯等等(每个指示灯及电阻共计耗电300毫瓦左右)；二是效率居中的电容降压(限流)式。如简单的充电式LED电筒、夜光灯、部分型号的电子式家用电能表，这种电路除了众所周知的稳压二极管耗电，还有大多数人始料未及的降压电容产生的有功功耗。大量的实验测量表明，不论是何种无极性电容，也不论其容量大小，用在工频电路中，其功率因数COScp并不等于0，而是C0S(P =0.0073左右，据此易得一个105 (IyF)的降压电容自身有功功耗超过100毫瓦，一个104 (0.1 μ F)也超过10毫瓦(这些小电容的有功功耗，我们用多款精度为0.lmW，分辨率为0.0lmff的数字功率表实际测量，全部得到证实)，还要说明的是，这仅仅是降压电容的功耗，不包括耗电更大的稳压二极管的功耗。三是工频变压器或者开关电源。其中工频变压器空载有功功耗都在500毫瓦以上，而市场上既有的小功率开关电源空载有功功耗都在90毫瓦以上，经实际测量的开关电源空载功耗最低的只能够做到30毫瓦。综合上述可见，既有技术中还没有空载功耗仅几毫瓦而输出功率达几瓦的电源。精密理论计算和大量实际检测都证明，开关电源空载功耗不能够减小到几毫瓦的原因，一是使用具有较大自身功耗的电源管理芯片，二是半导体元件工作在具有静态电流的状态，三是启动电阻耗电太大。检索开关电源所有的最前缘技术，也都是从以上几个方面着手降低空载功耗的:为了减小启动电路的功耗很多专利设计了复杂的启动电路；为了减少电源管理芯片的功耗，不少专利采用了电源空载时关闭电源管理芯片的方案。但是电路的复杂化，不仅带来了成本上升、可靠性下降的问题，还要为增加的电路提供多余电耗，使整机功耗下降进一步自设门槛。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种待机低功耗的开关电源。为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案:一种待机低功耗的开关电源，包括:输入整流滤波电路，其输入端与交流市电相连；
变压器，包括初级线圈、次级线圈以及反馈线圈，所述初级线圈以及反馈线圈设于变压器的一侧，所述次级线圈设于变压器的另一侧；所述初级线圈与所述输入整流滤波电路的输出端相连；启动电路，其输入端与所述输入整流滤波电路的输出端相连；输出整流滤波电路，其输入端与所述次级线圈相连；光电隔离电路，其输入端与所述输出整流滤波电路的输出端相连；反馈电路，其输入端与所述反馈线圈相连；电源管理芯片，所述电源管理芯片分别与所述启动电路的输出端、反馈电路的输出端以及所述光电隔离电路的输出端相连；所述电源管理芯片的静态功耗等于零。所述启动电路采用若干个大阻值电阻串联组成，其等效总电阻值在10ΜΩ
2.26Ω之间。所述启动电路的等效总电阻为0.2GQ 0.44GQ。所述电源管理芯片包括第一晶体管以及第二晶体管，所述第一晶体管的b极与所述第二晶体管的e极相连；所述第一晶体管的c极与所述第二晶体管的b极相连。所述光电隔离电路包括初级发光二极管以及次级光敏三极管，所述初级发光二极管的正极与输出整流滤波电路的任一输出端相连；所述初级发光二极管的负极接电源输出端地，或者，所述初级发光二极管的负极串联一电源基准元件之后接电源输出端地。所述反馈电路主要由第一电阻与第一电容串联组成。与现有技术相比，采用本发明的一种待机低功耗的开关电源，由于采用无静态工作电流的、内部各单元均工作在开关状态的电源管理芯片，该芯片静态功耗等于零，动态功耗也接近于零，且所述电源管理芯片正常工作时的启动电流为亚微安级，可由阻值极大的电阻启动，最大启动电阻可达2.2GQ，实际测量证实，当启动电阻取0.26Ω时，空载功耗为
1.17毫瓦左右。
图1是本发明的一种待机低功耗的开关电源的原理框图；图2是本发明的一种待机低功耗的开关电源的最基本电路的原理图；图3是图1中的电源管理芯片的等效原理图。
具体实施例方式下面结合附图以及实施例进一步说明本发明的技术方案。请参阅图1所示的一种待机低功耗的开关电源，包括:输入整流滤波电路2，其输入端与交流市电相连；作用是将工频市电整流滤波成脉冲直流电；变压器1，包括初级线圈、次级线圈以及反馈线圈，初级线圈以及反馈线圈设于变压器的一侧，次级线圈设于变压器的另一侧；初级线圈与所述输入整流滤波电路的输出端相连；作用是将电源输出端和市电进行安全的电隔离，同时还起到电能传送、电压分配、产生反馈电压的作用；启动电路4，其输入端与所述输入整流滤波电路的输出端相连；为电源管理芯片起振提供启动电流；启动电路采用若干个大阻值电阻串联组成，其等效总电阻值在IOMΩ ~ 2.26Ω 之间。输出整流滤波电路5，其输入端与所述次级线圈相连；将变压器次级输出的高频电流进行整流滤波，并向负载输出稳定的直流电；光电隔离电路6，其输入端与输出整流滤波电路的输出端相连；光电隔离电路采用光电耦合器，光电耦合器包括初级发光二极管以及次级光敏三极管，初级发光二极管的正极与输出整流滤波电路的输出端Uo2相连；初级发光二极管的负极接电源输出端地，作用是对输出端Uo2电压进行采样，并产生控制光信号馈送到次级光敏三极管，从而通过电源管理芯片稳定输出电压，同时，光电隔离电路还对变压器的初级线圈和次级线圈起到电隔离的作用。需要说明的是，所述初级发光二极管的负极还可以通过串联一电源基准元件之后接电源输出端地。反馈电路7，其输入端与反馈线圈相连；反馈电路主要由第一电阻R2与第一电容C2串联组成。作用是将变压器反馈线圈产生的“开、关”电源管理芯片的电信号传送到电源管理芯片中，以实现对变压器初级线圈的通断控制。电源管理芯片3，电源管理芯片分别与启动电路的输出端、反馈电路的输出端以及光电隔离电路的输出端相连；电源管理芯片的静态功耗等于零。主要作用是维持开关电源的正常工作和对输出电压进行稳压控制、输出电流最大值进行限制。电源管理芯片包括第一晶体管以及第二晶体管，第一晶体管的b极与所述第二晶体管的e极相连；第一晶体管的c极与所述第二晶体管的b极相连。再请结合图2、图3对本发明工作过程及实现I毫瓦左右待机功耗作说明如下:见图2，交流市电Ui经过Dl D4整流及Cl滤波后得到脉冲直流电，由于电源管理芯片第4脚电压接近于零，在总电阻值为Rst的启动电路中形成^Ui/Rst的启动电流，只要这个启动电流达到亚微安极，电源管理芯片第3脚拉入的电流经变压器反馈线圈产生的反馈电压就可以使电源管理芯片第3脚对第2脚导通，或者由导通转变为截止。这样周而复始，形成自激振荡，变压器次级得到低压脉冲电，经输出整流滤波电路转换成低压直流电压，并经输出整流滤波电路的输出端Uol、Uo2对外输出。几个振荡周期之后，输出滤波电容C3电压上升至0.85V以上，此时光电耦合器U2的初级发光二极管开始导通并产生激发光敏三极管导通的光信号，进而通过电源芯片控制振荡波形的占空比甚至停止振荡，使输出整流滤波电路的输出端Uo2的输出电压稳定在
0.95V±0.03V。选择不同的变压器次级线圈的输出端口⑧、⑩之间与次级线圈的输出端口⑥、⑧之间线圈匝数比，可以得到不同的输出电压Uol0下面，以市电电压220V交流电为例，对各部分电路待机功耗的理论功耗进行说明:输入整流滤波电路及输出整流滤波电路的功耗:由于全电路空载功耗很小，二极管中电流也很小(IOuA左右 )，而其压降仅有零点几伏(0.3V或0.7V)，故其功耗远小于0.01毫瓦；输入滤波电容必须选择合格产品，此电容电压为311V,微弱的漏电就必然产生很大的功耗，因合格产品漏电电流仅亚微安级，故功耗为小于0.3毫瓦。电源管理芯片功耗:内部等效电路如图3，它不像其他通用型开关电源管理芯片需要消耗静态电流，即静态功耗。本电源管理芯片工作时不需要为它提供静态电流，内部全部电路工作在开关状态，且开关脉冲波形的上升(下降)沿陡峭，在开关电源处于待机(空载)时，功耗也接近于零.
启动电路功耗:由串联电阻组成的启动电路电阻Rst取值越大，功耗越小。由于此发明Rst允许的最大取值可达2.26Ω，其功耗最小为(^1^)2/1^^=2^2202/2.2G=44000nff(纳瓦)=0.044毫瓦。实际应用中，考虑到产品对市电电压波动的适应性及元器件的离散性，Rst不取最大值，假设取值为最大值的20%即0.44GQ，则启动电路功耗为0.22毫瓦变压器功耗:变压器工作时，会产生铁损、铜损、漏磁等功耗。这些损耗都与变压器初级电流有关，初级电流接近于零时，功耗也接近于零。光电耦合器的工作损耗:本发明中，光电耦合器的初级发光二极管及次级光敏管在开关电源待机时并非工作在恒流状态，而是工作在极为节能的间歇的开关状态，由于电压电流存在相差(经实测，此相差很大且不恒定)，其功耗远小于Π之乘积。以上理论分析计算可见，在理想状态下，本发明公开的开关电源待机功耗明显小于I毫瓦，但是决定一个电路的整机功耗的因素还有很多(特别是一个功耗仅毫瓦级的整机)，如:电路单元的相互牵制、元器件参数的离散性、线路板的布线甚至焊接装配工艺等
坐寸O任何电器产品的整机功耗都必须以实际测量为准，以图2电路为例，在市电220V + 0.5%,Rst取值为0.44GQ的条件下，实际测量整机空载功耗为0.94毫瓦，当启动电阻取
0.26Ω时，空载功耗为1.17毫瓦左右。综合上述，本发明是通过电源管理芯片工作时具有无需静态电流，且适应亚微安级电流启动，启动电阻达GQ的特征而实现空载功耗仅I毫瓦左右的。本技术领域中的普通技术人员应当认识到， 以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。
权利要求
1.一种待机低功耗的开关电源，其特征在于，包括: 输入整流滤波电路，其输入端与交流市电相连； 变压器，包括初级线圈、次级线圈以及反馈线圈，所述初级线圈以及反馈线圈设于变压器的一侧，所述次级线圈设于变压器的另一侧；所述初级线圈与所述输入整流滤波电路的输出端相连； 启动电路，其输入端与所述输入整流滤波电路的输出端相连； 输出整流滤波电路，其输入端与所述次级线圈相连； 光电隔离电路，其输入端与所述输出整流滤波电路的输出端相连； 反馈电路，其输入端与所述反馈线圈相连； 电源管理芯片，所述电源管理芯片分别与所述启动电路的输出端、反馈电路的输出端以及所述光电隔离电路的输出端相连；所述电源管理芯片的静态功耗等于零。
2.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于: 所述启动电路采用若干个大阻值电阻串联组成，其等效总电阻值的范围为10ΜΩ 2.2GQ。
3.根据权利要求2所述的开关电源，其特征在于: 所述启动电路的等效总电阻的范围为0.2GQ 0.44GQ。
4.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于: 所述电源管理芯片包括第一晶体管以及第二晶体管，所述第一晶体管的b极与所述第二晶体管的e极相连；所述第一晶体管的c极与所述第二晶体管的b极相连。
5.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于: 所述光电隔离电路包括初级发光二极管以及次级光敏三极管，所述初级发光二极管的正极与输出整流滤波电路的输出端相连；所述初级发光二极管的负极接电源输出端地，或者，所述初级发光二极管的负极串联一电源基准元件之后接电源输出端地。
6.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于: 所述反馈电路主要由第一电阻与第一电容串联组成。
全文摘要
本发明公开了一种待机低功耗的开关电源，包括输入整流滤波电路、变压器、启动电路、输出整流滤波电路、光电隔离电路、反馈电路以及电源管理芯片。由于采用无静态工作电流的、内部各单元均工作在开关状态的电源管理芯片，该芯片静态功耗等于零，动态功耗也接近于零，且所述电源管理芯片正常工作时的启动电流为亚微安级，可由阻值极大的电阻启动，最大启动电阻可达2.2GΩ。
文档编号H02M1/36GK103199710SQ20131011133
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月1日 优先权日2013年4月1日
发明者谢东珠, 魏雄辉, 袁欲晓 申请人:上海师范大学