低纹波开关电源的制作方法

本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及一种低纹波开关电源。

背景技术：

因节能、环保、高效等优点，开关电源已广泛应用于各种电器产品。由于开关电源输出的直流电一般是由交流电经整流稳压等处理得到的，因此输出的直流电中不可避免地带有交流成分，即纹波。纹波不仅降低了电源的效率，还会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作；带来噪声干扰；较强的纹波会造成浪涌电压或电流，甚至烧毁用电器。因此，一般的开关电源中都设置有滤波电路，以削弱纹波。

然而，目前市场上的开关电源，一般仅在输入侧的整流桥前后设置一些滤波电容及共模电感进行简单的滤波，对纹波的削弱效果较差。

技术实现要素：

有鉴于此，有必要提供一种低纹波开关电源，能够有效削弱输出纹波，提升开关电源的安全性及稳定性，减小噪声干扰，避免由于纹波过大带来的种种危害。

一种低纹波开关电源，其包括：输入整流滤波电路、电源管理电路、变压器电路、输出整流滤波电路及纹波吸收电路；

所述输入整流滤波电路的输入端用于接入市电，所述输入整流滤波电路的第一输出端连接所述变压器电路，所述输入整流滤波电路的第二输出端用于接地；

所述变压器电路包括变压器，所述变压器包括初级绕组、次级绕组及辅助绕组，所述初级绕组第一端连接所述输入整流滤波电路的第一输出端，所述初级绕组第二端连接所述电源管理电路的输出端，所述辅助绕组第一端连接所述电源管理电路的电源端，所述辅助绕组第二端用于接地，所述次级绕组的两端分别通过所述输出整流滤波电路连接所述纹波吸收电路的输入端；

所述纹波吸收电路，包括滤波单元、比较单元和纹波吸收单元，所述滤波单元的两个输入端分别连接所述输出整流滤波电路的两个输出端，所述滤波单元的两个输出端分别连接所述比较单元的第一输入端和所述比较单元的第二输入端，所述比较单元的输出端连接所述纹波吸收单元的控制端，所述纹波吸收单元的两个输出端分别用于连接负载。

在其中一个实施例中，所述滤波单元包括电感L1及电感L2，所述比较单元包括比较器U1、电容C1、电容C2、电容C3、电电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R7、电阻R8及电阻R9，所述纹波吸收单元包括三极管Q1、电阻R6及电容C8，其中：

所述电感L1第一端连接所述输出整流滤波电路的第一输出端，所述电感L1第二端连接所述比较器U1的第一电源输入端，所述电感L1第二端还依次通过串联的所述电阻R1和所述电阻R3连接所述比较器U1的第一电压输入端，所述电感L1第二端还依次通过串联的所述电阻R9和所述电容C2连接所述比较器U1的第一电压输入端；

所述电感L2第一端连接所述输出整流滤波电路的第二输出端，所述电感L2第二端连接所述比较器U1的第二电源输入端；

所述比较器U1的第二电压输入端依次通过所述电阻R8和所述电容C4连接所述电感L2第二端，所述比较器U1的调零端依次通过串联的所述电容C3、所述电阻R5和所述电阻R4连接所述电阻R8和所述电容C4之间的连接节点，所述比较器U1的输出端通过所述电阻R2连接所述三极管Q1的基极；

所述电容C5一端连接所述电阻R5和所述电阻R4之间的连接节点，所述电容C5另一端连接所述电感L2第二端；

所述三极管Q1的发射极作为所述纹波吸收电路的第一输出端用于连接负载的正极，所述三极管Q1的集电极连接所述电容C3和所述电阻R5之间的连接节点，所述三极管Q1的集电极还连接所述电阻R6的一端，所述电阻R6的另一端作为所述纹波吸收电路的第二输出端用于连接负载的负极；

所述电容C8一端连接所述三极管Q1的发射极，所述电容C8另一端连接所述电阻R6的另一端。

在其中一个实施例中，所述滤波单元还包括电容C9，所述电容C9的两端分别连接所述电感L1第二端和所述电感L2第二端。

在其中一个实施例中，所述纹波吸收电路还包括指示灯LED1，所述指示灯LED1的阳极连接所述电阻R1和所述电阻R3之间的连接节点，所述指示灯LED1的阴极连接所述电感L2第二端。

在其中一个实施例中，所述电源管理电路包括电源管理芯片U2、二极管D2、稳压管D4、稳压管D5、电阻R15、电阻R16、电容C12、电容C18、电容C19及电容C23，其中：

所述电源管理芯片U2的电源引脚分别连接所述二极管D2的阴极和所述稳压管D4的阴极，所述二极管D2的阳极通过所述电阻R15连接所述辅助绕组第一端，所述稳压管D4的阳极用于接地，所述电容C19及所述电容C12分别与所述稳压管D4并联；

所述电源管理芯片U2的反馈引脚连接所述稳压管D5的阴极，所述稳压管D5的阳极用于接地，所述电容C18与所述稳压管D5并联；

所述电源管理芯片U2的峰值取样引脚连接所述电容C23的一端，所述电容C23的另一端用于接地，所述所述电阻R16与所述电容C23并联。

在其中一个实施例中，所述输入整流滤波电路包括滤波单元及整流单元，所述滤波单元的输入端用于接入市电，所述滤波单元的两个输出端分别连接所述整流单元的两个输入端，所述整流单元的第一输出端分别连接所述电源管理电路及所述变压器电路，所述整流单元的第二输出端用于接地。

在其中一个实施例中，所述低纹波开关电源还包括泄放电路，所述泄放电路的两个输入端分别连接所述滤波单元的两个输出端，所述泄放电路的输出端连接所述电源管理电路。

在其中一个实施例中，所述泄放电路包括二极管D7、二极管D8、电阻R11及电阻R12；

所述二极管D7的阳极连接所述滤波单元的一输出端，所述二极管D8的阳极连接所述滤波单元的另一输出端；

所述二极管D7的阴极和所述二极管D8的阴极分别通过串联的所述电阻R12和所述电阻R11连接所述电源管理电路。

在其中一个实施例中，所述低纹波开关电源还包括输出补偿电路，所述输出补偿电路包括电压采样单元、反馈补偿单元及光耦合器U3，

所述光耦合器U3的第一输入端连接所述反馈补偿单元，所述光耦合器U3的第二输入端连接所述电压采样单元，所述光耦合器U3的第一输出端连接所述电源管理电路，所述光耦合器U3的第二输出端用于接地；

所述电压采样单元与所述反馈补偿单元相连，所述电压采样单元和所述反馈补偿单元还分别连接所述输出整流滤波电路的第一输入端。

在其中一个实施例中，所述电压采样单元包括电阻R19、电阻R22、电阻R23、电容C22及稳压源U4，所述反馈补偿单元包括电阻R18、电阻R20、电阻R25、电阻R31、电容C21及电容C28，其中：

所述电阻R22的一端连接所述输出整流滤波电路的第一输出端，所述电阻R22的另一端分别连接所述稳压源U4的参考端和所述电阻R23的一端，所述电阻R23的另一端和所述稳压源U4的阳极分别用于接地，所述稳压源U4的阴极连接所述光耦合器U3的第二输入端，所述稳压源U4的阴极还依次通过串联的所述电容C22、所述电阻R19、所述电阻R18及所述电容C21连接所述输出整流滤波电路的第一输入端，所述串联的所述电容C22、所述电阻R19、所述电阻R18及所述电容C21与所述电阻R31并联；

所述光耦合器U3的第一输入端依次通过串联的所述电容C28和所述电阻R25连接所述输出整流率滤波电路的第一输入端，所述电阻R20与所述串联的所述电容C28和所述电阻R25并联。

上述低纹波开关电源，在输出侧设置有纹波吸收电路，在输入侧输出侧分别整流滤波的基础上，进一步根据输出纹波的大小适应性吸收输出纹波，能够有效削弱输出纹波，提升开关电源的安全性及稳定性，减小噪声干扰，避免由于纹波过大带来的种种危害。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1为一实施例的低纹波开关电源的结构示意图；

图2为一实施例的低纹波开关电源的电路图；

图3为又一实施例的低纹波开关电源的电路图。

图4为又一实施例的低纹波开关电源的结构示意图；

图5为又一实施例的低纹波开关电源的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

下面结合附图描述根据本实用新型实施例的低纹波开关电源。例如，本实用新型一实施例的低纹波开关电源包括：输入整流滤波电路、电源管理电路、变压器电路、输出整流滤波电路及纹波吸收电路；所述输入整流滤波电路的输入端用于接入市电，所述输入整流滤波电路的第一输出端连接所述变压器电路，所述输入整流滤波电路的第二输出端用于接地；所述变压器电路包括变压器，所述变压器包括初级绕组、次级绕组及辅助绕组，所述初级绕组第一端连接所述输入整流滤波电路的第一输出端，所述初级绕组第二端连接所述电源管理电路的输出端，所述辅助绕组第一端连接所述电源管理电路的电源端，所述辅助绕组第二端用于接地，所述次级绕组的两端分别通过所述输出整流滤波电路连接所述纹波吸收电路的输入端；所述纹波吸收电路，包括滤波单元、比较单元和纹波吸收单元，所述滤波单元的两个输入端分别连接所述输出整流滤波电路的两个输出端，所述滤波单元的两个输出端分别连接所述比较单元的第一输入端和所述比较单元的第二输入端，所述比较单元的输出端连接所述纹波吸收单元的控制端，所述纹波吸收单元的两个输出端分别用于连接负载。

例如，如图1所示，一实施例的低纹波开关电源10，包括：输入整流滤波电路11、电源管理电路12、变压器电路13、输出整流滤波电路14及纹波吸收电路15，其中，输入整流滤波电路的输入端用于接入市电，例如输入整流滤波电路包括两个输入端，分别用于连接火线和零线。输入整流滤波电路的第一输出端连接变压器电路，输入整流滤波电路的第二输出端用于接地。输入整流滤波电路用于对输入的市电进行整流滤波处理，将市电转换为直流电。

变压器电路包括变压器，变压器包括初级绕组、次级绕组及辅助绕组，初级绕组第一端连接输入整流滤波电路的第一输出端，初级绕组第二端连接电源管理电路的输出端，辅助绕组第一端连接电源管理电路的电源端，辅助绕组第二端用于接地，次级绕组的两端分别通过输出整流滤波电路连接纹波吸收电路的输入端。辅助绕组用于为电源管理电路供电，次级绕组的感应电压经输出整流滤波电路进行整流、滤波等处理及经纹波吸收电路吸收纹波后，输出为稳定的直流电压，从而向直流负载供电。

如图1所示，纹波吸收电路，包括滤波单元151、比较单元152和纹波吸收单元153，滤波单元的两个输入端分别连接输出整流滤波电路的两个输出端，滤波单元的两个输出端分别连接比较单元的第一输入端和比较单元的第二输入端，比较单元的输出端连接纹波吸收单元的控制端，纹波吸收单元的两个输出端分别用于连接负载。例如，纹波吸收单元的正输出端VOUT+用于连接负载正极，纹波吸收单元的负输出端VOUT-用于连接负载负极。

具体实施中，滤波单元151对输出整流滤波电路的输出电压进行滤波处理，比较单元152对滤波单元151的两个输出端输出的电压分别进行采样、分压及比较，根据比较结果判断输出电压的纹波大小并输出相应的控制信号，该控制信号用于调整纹波吸收单元的等效电阻值，从而调整纹波吸收单元的纹波吸收效果。例如，当检测到滤波单元151输出电压的纹波超过允许的预设范围时，比较单元控制纹波吸收单元处于低阻抗状态，降低输出电压纹波。

上述低纹波开关电源，在输出侧设置有纹波吸收电路，在输入侧输出侧分别整流滤波的基础上，进一步根据输出纹波的大小适应性吸收输出纹波，能够有效削弱输出纹波，提升开关电源的安全性及稳定性，减小噪声干扰，避免由于纹波过大带来的种种危害。

在一个实施例中，如图2所示，滤波单元151包括电感L1及电感L2，比较单元152包括比较器U1、电容C1、电容C2、电容C3、电电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R7、电阻R8及电阻R9，纹波吸收单元153包括三极管Q1、电阻R6及电容C8，其中：

电感L1第一端连接输出整流滤波电路的第一输出端，电感L1第二端连接比较器U1的第一电源输入端，电感L1第二端还依次通过串联的电阻R1和电阻R3连接比较器U1的第一电压输入端，电感L1第二端还依次通过串联的电阻R9和电容C2连接比较器U1的第一电压输入端；电感L2第一端连接输出整流滤波电路的第二输出端，电感L2第二端连接比较器U1的第二电源输入端。比较器U1的第二电压输入端依次通过电阻R8和电容C4连接电感L2第二端，比较器U1的调零端依次通过串联的电容C3、电阻R5和电阻R4连接电阻R8和电容C4之间的连接节点，比较器U1的输出端通过电阻R2连接三极管Q1的基极；电容C5一端连接电阻R5和电阻R4之间的连接节点，电容C5另一端连接电感L2第二端。三极管Q1的发射极作为纹波吸收电路的第一输出端用于连接负载的正极，三极管Q1的集电极连接电容C3和电阻R5之间的连接节点，三极管Q1的集电极还连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端作为纹波吸收电路的第二输出端用于连接负载的负极；电容C8一端连接三极管Q1的发射极，电容C8另一端连接电阻R6的另一端。

例如，电感L1及电感L2为铁粉磁体电感，能够对输出整流滤波电路的输出电压中的高低频纹波进行滤波。又如，为了加强滤波单元的滤波效果，滤波单元151还包括电容C9，电容C9的两端分别连接电感L1第二端和电感L2第二端，这样，电感L1、电感L2和电容C9组成一LC滤波电路，滤波效果更好。

通过比较器U1的输出引脚输出电平信号，控制三极管Q1开关，从而改变三极管Q1的等效电阻。在纹波电压超过预设的允许范围时，三极管Q1的等效电阻呈现低阻，在纹波低压不超过预设的允许范围，三极管Q1的等效电阻呈现高阻。电阻R6对三极管的集电极电流进行限流。比较器U1的频率响应由电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5及电容C8通过外部取样进行补偿，降低电路自激产生的噪音，吸收电压噪音尖峰，有效降低输出电压纹波。

经过试验，在一些情况下，开关电源不包括纹波吸收电路的情况，检测到开关电源输出纹波的峰值为120mV；同等条件下增加上述纹波吸收电路，检测到开关电源输出纹波的峰值为10mV，即增加了上述纹波吸收电路之后，开关电源的输出纹波能从原来的10％降低到1％以内，可见上述纹波吸收电路能够有效降低开关电源的输出纹波。

在其中一个实施例中，如图3所示，纹波吸收电路15还包括指示灯LED1，指示灯LED1的阳极连接电阻R1和电阻R3之间的连接节点，指示灯LED1的阴极连接电感L2第二端。这样，当上述低纹波开关电源启动后，指示灯LED1发光，能够提示用户已成功接通电源。其中，指示灯LED1可选用预设颜色的LED光源，例如，指示灯LED1选用红光LED。

在其中一个实施例中，如图5所示，电源管理电路包括电源管理芯片U2、二极管D2、稳压管D4、稳压管D5、电阻R15、电容C12、电容C18、电容C19及电容C23，其中电源管理芯片U2的电源引脚2分别连接二极管D2的阴极和稳压管D4的阴极，二极管D2的阳极通过电阻R15连接辅助绕组第一端，稳压管D4的阳极用于接地，电容C19及电容C12分别与稳压管D4并联；电源管理芯片U2的反馈引脚3连接稳压管D5的阴极，稳压管D5的阳极用于接地，电容C18与稳压管D5并联；电源管理芯片U2的峰值取样引脚4连接电容C23的一端，电容C23的另一端用于接地。作为一种实施方式，电源管理电路还包括电阻R16，电阻R16与电容C23并联。例如，电源管理芯片U2的GND引脚1用于接地，反馈引脚3还连接光耦合器U3的第一输出端(U3B的引脚4)，光耦合器U3的第二输出端(U3B的引脚3)用于接地；又如，电源管理芯片U2的Vstr引脚5连接整流桥BD1的引脚3；又如，电源管理电路的Drain引脚6、Drain引脚7与Drain引脚8连接，并与初级绕组第二端连接。

在其中一个实施例中，如图4所示，输入整流滤波电路11包括滤波单元111及整流单元112，滤波单元的输入端用于接入市电，滤波单元的两个输出端分别连接整流单元的两个输入端，整流单元的第一输出端分别连接电源管理电路及变压器电路，整流单元的第二输出端用于接地。

例如，如图5所示，滤波单元111包括若干大功率电阻RX1～RX4、差模电容CX1及共模电感LF1，整流单元112包括整流桥BD1及电解电容C31。

由于差模电容CX1及共模电感LF1均为储能元件，尤其是差模电容CX1两端在掉电后通常积累着大量电荷，为了泄放差模电容CX1两端积累的电荷，在其中一个实施例中，如图4所示，上述低纹波开关电源还包括泄放电路16，泄放电路的两个输入端分别连接滤波单元的两个输出端，泄放电路的输出端连接电源管理电路。即，通过电源管理电路来泄放差模电容CX1两端积累的电荷，相对于传统的电阻泄放方式，能够减小输入功耗。

在其中一个实施例中，如图5所示，泄放电路包括二极管D7、二极管D8、电阻R11及电阻R12；二极管D7的阳极连接滤波单元的一输出端，二极管D8的阳极连接滤波单元的另一输出端；二极管D7的阴极和二极管D8的阴极分别通过串联的电阻R12和电阻R11连接电源管理电路，例如连接电源管理电路中电源管理芯片的启动脚，这样，差模电容CX1通过电源管理芯片内部自放电，能够减小开关电源的输入功耗。又如，电源管理芯片U2的Vstr引脚5顺序通过电阻R11及电阻R12连接二极管D8的阴极，二极管D8的阳极连接滤波单元的整流桥BD1的引脚3。

在其中一个实施例中，如图4所示，上述开关电源还包括输出补偿电路17，输出补偿电路包括电压采样单元171、反馈补偿单元172及光耦合器U3，光耦合器U3的第一输入端连接反馈补偿单元，光耦合器U3的第二输入端连接电压采样单元，光耦合器U3的第一输出端连接电源管理电路，光耦合器U3的第二输出端用于接地；电压采样单元与反馈补偿单元相连，电压采样单元和反馈补偿单元还分别连接输出整流滤波电路的第一输入端。

在其中一个实施例中，如图5所示，电压采样单元包括电阻R19、电阻R22、电阻R23、电容C22及稳压源U4，反馈补偿单元包括电阻R18、电阻R20、电阻R25、电阻R31、电容C21及电容C28，其中电阻R22的一端连接输出整流滤波电路的第一输出端，电阻R22的另一端分别连接稳压源U4的参考端和电阻R23的一端，电阻R23的另一端和稳压源U4的阳极分别用于接地，稳压源U4的阴极连接光耦合器U3的第二输入端，稳压源U4的阴极还依次通过串联的电容C22、电阻R19、电阻R18及电容C21连接输出整流滤波电路的第一输入端，串联的电容C22、电阻R19、电阻R18及电容C21与电阻R31并联；光耦合器U3的第一输入端依次通过串联的电容C28和电阻R25连接输出整流率滤波电路的第一输入端；并且，串联的电容C28和电阻R25，其整体与电阻R20并联。

电压采样单元对输出电压进行采样、分压及稳压处理，当输出电压发生异常时，由反馈补偿单元对输出电压进行补偿，使得开关电源的输出电压维持稳定。光耦合器U3用于将采样、分压得到的电压信号隔离输出至电源管理电路，例如隔离输出至电源管理芯片的补偿引脚。

在其中一个实施例中，如图5所示，为了进一步提升开关电源的安全性，上述开关电源还包括熔断器F1，熔断器F1用于连接火线。这样，若开关电源的输入侧发生短路或其他异常，使得开关电源输入侧温度过高时，熔断器FR1熔断，使得整个开关电源断电，以避免出现安全事故。

在其中一个实施例中，如图5所示，为了缓冲开关电源启动瞬间的冲击电流，上述开关电源还包括热敏电阻TH1，热敏电阻TH1用于连接火线或零线。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。