一种开关电源的制作方法

本实用新型实施例涉及电源技术领域，尤其涉及一种开关电源。

背景技术：

随着全球能源越来越紧张，节能减排已成为人们共同追求的目标。提高开关电源的利用效率显得尤为重要。

对于输出功率为75W以上的开关电源，国家要求其功率因数值大于0.9，因此，为了使国家电网的功率被充分利用，需要增加功率因数校正(Power Factor Correction，PFC)电路，即将整流输出后的电压信号进行斩波，使得电压与电流同相位。然后将斩波后的电压信号经过高压电解电容的滤波处理后再输出给变压器，接着再通过控制变压器绕组中的电压信号，使得变压器有稳定的输出(上述过程可以概括为传统的开关电源拓扑架构)。然而，由于电源采用了这种拓扑架构，这将使得电源的成本增加(如：需采用较贵的高压大电解电容)，同时也将使得PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)的面积增大。同时，由于现有的功率因数校正电路中一般采用外置的MOS管，而现有MOS存在开关速度慢、损耗大以及温升高等特点，也将使得开关电源的输出功率降低。

而对于输出功率为75W以下的电子产品，国家对其功率因数无要求，在变压器的原边也需要电解电容以对整流后的电压信号进行滤波处理，将滤波后的电压信号输出到变压器后，变压器产生输出电压。然而，现有技术中电解电容的使用也会降低电源的输出功率。

所以，由于上述原因的存在，现有开关电源的功率的因素低，使得电网功率没有得到充分利用，同时现有开关电源的体积大，成本高。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种开关电源，以解决现有的开关电源的功率因数低，同时现有开关电源的体积大和成本高的问题。

本实用新型实施例提供了一种开关电源，包括滤波电路、整流电路和变压器，所述开关电源还包括：功率因数校正芯片；其中，

所述滤波电路用于对输入的交流电信号进行滤波，抑制电路中的电磁干扰；

所述整流电路的输入端与所述滤波电路的输出端相连，用于将滤波处理后的交流电信号整流为直流电压信号；

所述功率因数校正芯片与所述变压器的输入端相连，用于对所述变压器的输入端的直流电压信号进行功率因数校正和调整，以提高电源的功率因数，同时使得所述变压器输出恒定电压。

进一步的，所述变压器包括初级绕组、辅助绕组和次级绕组；其中，

所述初级绕组与所述整流电路的输出端相连，用于提供输入电压信号；

所述次级绕组与负载相连，用于根据所述输入电压信号输出供电电压，给负载供电；

所述辅助绕组与所述初级绕组同侧设置，用于按变压器匝比将所述供电电压转化为辅助电压信号。

进一步的，所述开关电源还包括：

启动电路，与所述整流电路相连，用于根据整流之后的电信号，产生启动电压信号；

采样电路，与所述变压器的辅助绕组相连，用于对所述辅助电压信号进行检测，并产生采样电压信号输出到所述功率因数校正芯片。

进一步的，所述开关电源还包括：

次级整流滤波电路，与所述变压器的次级绕组相连，用于对所述供电电压进行整流得到直流信号给负载供电。

进一步的，所述开关电源还包括第一二极管和第一电容；其中，

所述第一二极管的正极端与所述变压器的辅助绕组相连，所述第一二极管的负极端与所述功率因数校正芯片相连，用于对所述变压器的辅助绕组的电压信号进行整流，输出直流电压信号给所述第一电容充电；

所述第一电容连接在第一二极管的负极端与地线之间，用于给所述功率因数校正芯片供电。

进一步的，所述功率因数校正芯片包括稳压模块、依次连接的PWM发生器、施密特触发器、缓冲器和MOS管；其中，

所述稳压模块的输入端与所述变压器的辅助绕组相连，输出端分别与所述PWM发生器、所述施密特触发器和所述缓冲器相连，用于给所述PWM发生器、所述施密特触发器和所述缓冲器供电；

所述PWM发生器与所述变压器的辅助绕组相连，在对所述变压器初级绕组的直流电压进行功率因数校正的同时，通过根据所述采样电路的采样电压信号输出脉冲信号到所述施密特触发器；

所述施密特触发器，用于对所述PWM发生器输出的脉冲信号进行调整，输出矩形波信号到所述缓冲器；

所述缓冲器，用于根据所述矩形波信号控制所述MOS管的导通和关断；

所述MOS管与所述变压器的初级绕组相连，用于控制变压器振荡，输出恒定电压。

进一步的，所述MOS管为GaN材料的MOS管。

进一步的，所述功率因数校正芯片还包括：第一电阻、比较器和限流设置模块；其中，

所述第一电阻连接在所述MOS管的源级和地线之间，所述第一电阻与所述MOS管的连接点作为比较点，连接至所述比较器的同相端，用于输入比较电压；

所述限流设置模块与所述比较器的反相端相连，用于输入基准电压；

所述比较器的输出端与所述PWM发生器相连，用于根据所述比较电压和所述基准电压输出控制电压，以控制所述PWM发生器工作。

进一步的，所述整流电路为全波整流电路。

进一步的，所述启动电路包括依次串联的第二电阻和第三电阻；其中，

所述第二电阻和所述第三电阻串联后的电路连接在所述整流电路的输出端和地线之间；

所述第二电阻和第三电阻之间的连接点作为启动点得到启动电压，所述启动点连接至所述功率因数校正芯片，用于根据所述启动电压驱动所述功率因数校正芯片工作。

进一步的，所述采样电路包括依次串联的第四电阻和第五电阻；其中，

所述第四电阻和所述第五电阻串联后的电路并联在所述变压器的辅助绕组的两端；

所述第四电阻和第五电阻之间的连接点作为采样点，连接至所述功率因数校正芯片，用于从所述采样点获取采样电压信号。

进一步的，所述次级整流滤波电路包括第二二极管、第二电容和第三电容；其中，

所述第二二极管的正极端与所述变压器的次级绕组相连，所述第二二极管的负极端与所述第二电容的正极端相连；

所述第二电容的负极端接次级地；

所述第三电容并联在所述第二电容的两端。

本实用新型实施例提供了一种开关电源，该开关电源包括滤波电路、整流电路和变压器，还包括功率因数校正芯片。通过滤波电路，可对输入的交流电信号进行滤波，抑制电路中的电磁干扰；通过整流电路的输入端与滤波电路的输出端相连，可将滤波处理后的交流电信号整流为直流电压信号；通过功率因数校正芯片与变压器的输入端相连，可对变压器的输入端的直流电压信号进行功率因数校正和调整，在提高了电源的功率因数的同时，使得变压器输出恒定电压。该功率因数芯片的应用，可使得电网的功率被充分利用，也能达到减小电源体积、节约成本的效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的一种开关电源的结构框图；

图2为本实用新型实施例二所提供的一种开关电源的结构示意图；

图3为本实用新型实施例二提供的一种优选的开关电源的电路示意图；

图4为本实用新型实施例二提供的一种优选的开关电源的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的一种开关电源的结构框图。该开关电源可用在电视、适配器、液晶显示器、投影仪、医疗器械或者军工业设备中。如图1所示，该开关电源100包括滤波电路110、整流电路120、变压器130和功率因数校正芯片140。其中，

滤波电路110用于对输入的交流电信号进行滤波，抑制电路中的电磁干扰。

示例性的，本实施例中的滤波电路优选为EMI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)滤波电路，用于滤出交流电信号中的差模干扰和共模干扰。

整流电路120的输入端与滤波电路110的输出端相连，用于将滤波处理后的交流电信号整流为直流电压信号。

优选的，整流电路为全波整流电路。

功率因数校正芯片140与变压器130的输入端相连，用于对变压器130的输入端的直流电压信号进行功率因数校正和调整，以提高电源的功率因数，同时使得变压器130输出恒定电压。

需要说明的是，本实用新型实施例所提供的功率因数校正芯片可以将整流后的电压信号直接连接到变压器，然后通过功率因数芯片进行功率因数校正，以提高电子产品的功率因数值。由于功率因数校正的过程可集成到功率因数校正芯片内部来完成，因此，功率因数校正后的滤波过程也可以同时在功率因数校正芯片内来执行，即通过采用本实用新型所提供的开关电源，可省去电源原边的高压电解电容，提高电源功率因数值。所以，通过将外围电路的执行过程集成到功率因数芯片内部，不仅可以完成功率因数的校正，提高电源对电网的利用率，同时也可以减小开关电源的体积，降低成本。再次，由于功率因数校正芯片也可以实现对变压器输出电压的调整，因此，通过功率因数校正芯片可以使得变压器输出恒定的电压。

具体的，变压器130优选是包括初级绕组、辅助绕组和次级绕组；其中，初级绕组与整流电路的输出端相连，用于提供输入电压信号；次级绕组与负载相连，用于根据输入电压信号输出供电电压，给负载供电；辅助绕组与初级绕组同侧设置，用于按变压器匝比将供电电压转化为辅助电压信号。辅助电压信号可用于进行采样或其他辅助处理功能。

由于变压器处于开关电源的初级和次级之间，因此可以起到隔离初级高压和次级低压的作用。

本实施例提供了一种开关电源，该开关电源包括滤波电路、整流电路、变压器和功率因数校正芯片。通过滤波电路，可对输入的交流电信号进行滤波，抑制电路中的电磁干扰；通过整流电路的输入端与滤波电路的输出端相连，可将滤波处理后的交流电信号整流为直流电压信号；通过功率因数校正芯片与变压器的输入端相连，可对变压器的输入端的直流电压信号进行功率因数校正和调整，在提高电源的功率因数，以使得电网功率被充分利用的同时，也可使得变压器输出恒定电压。该功率因数芯片的应用，也能达到减小电源体积、节约成本的效果。

实施例二

图2为本实用新型实施例二所提供的一种开关电源的结构示意图，本实施例在上述实施例的基础上对功率因数校正芯片进行了进一步细化，同时还增加了启动电路、采样电路和次级整流滤波电路。如图2所示，该开关电源200包括滤波电路210、整流电路220、启动电路230、变压器240、采样电路250、功率因数校正芯片260和次级整流滤波电路270。图3为本实用新型实施例二提供的一种优选的开关电源的电路示意图。参考图3，下面首先对功率因数校正芯片260中各个部件及其连接关系和工作原理进行具体说明，然后分别对各个电路进行具体说明：

1、对功率因数校正芯片的具体说明：

功率因数校正芯片260可包括稳压模块261、依次连接的PWM发生器262、施密特触发器263、缓冲器264和MOS管265；其中，

稳压模块261的输入端与变压器240的辅助绕组相连，输出端分别与PWM发生器262、施密特触发器263和缓冲器264相连，用于给PWM发生器262、施密特触发器263和缓冲器264供电。

具体的，在本实用新型实施例中，稳压模块261的输出端1和2将输出正电压分别给PWM发生器262和施密特触发器263供电。输出端3输出负电压给缓冲器264供电。

PWM发生器262与变压器240的辅助绕组相连，在对变压器240初级绕组的直流电压进行功率因数校正的同时，通过根据采样电路250的采样电压信号输出脉冲信号到施密特触发器263。

因此，通过PWM发生器262对变压器初级绕组的电压进行功率因数校正，使得市电电压与电流同相位供电，提高了功率因数，节省了市电实际的电能。

施密特触发器263，用于对PWM发生器262输出的脉冲信号进行调整，输出矩形波信号到缓冲器264。

需要说明的是，由于从PWM发生器262得到的矩形脉冲经传输后一般会发生波形畸变。例如，当传输线上的电容较大时，波形的上升沿将明显变缓；当传输线较长，且接受端的阻抗与传输线的阻抗不匹配时，在波形的上升沿和下降沿将产生振荡现象；或者当其他脉冲信号通过导线间的分布电容或公共电源线叠加到矩形脉冲信号时，信号上将出现附加的噪声。由于上述原因的存在，MOS管的开关效率容易受到干扰，使得MOS管的工作状态不稳定。通过用施密特触发器把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿较陡的矩形脉冲信号，可得到比较理想的矩形脉冲波形，实现对MOS管的有效控制。

缓冲器264，用于根据矩形波信号控制MOS管265的导通和关断。

具体的，由于稳压模块261的输出端3为缓冲器264提供的是负电压，因此，缓冲器264输出的也是负电压。

MOS管265，与变压器的初级绕组相连，用于控制变压器振荡，输出恒定电压。

优选的，本实用新型实施例中的MOS管为氮化镓(GaN)MOS管。由于氮化镓MOS管具有体积小、功耗低、温升低、导通损耗和开关损耗小等特点，因此，将氮化镓MOS管集成到功率因数校正芯片内部可提高开关电源的工作频率，提高MOS管的抗干扰能力，并且进一步减小开关电源的体积，降低成本。

具体的，由于氮化镓MOS管的驱动电压是负电压，因此，通过缓冲器输出的负电压可有效地对MOS管进行驱动。

进一步的，功率因数校正芯片260还包括：第一电阻R1、比较器266和限流设置模块267；其中，第一电阻R1连接在MOS管265的源级和地线之间，将第一电阻R1与MOS管265的连接点作为比较点，连接至比较器266的同相端，用于输入比较电压；限流设置267模块与比较器266的反相端相连，用于输入基准电压；比较器266的输出端与PWM发生器262相连，用于根据所述比较电压和所述基准电压输出控制电压，以控制PWM发生器262工作。

在具体实施过程中，限流设置模块267将会产生基准电压与变压器的采样电压进行比较。而第一电阻R1与MOS管265相连，可以获取MOS管的电流，通过采样电流可获取到变压器初级绕组的电压作为比较电压并与基准电压做比较。当比较电压小于基准电压时，比较器266输出控制信号，控制PWM发生器262工作。当比较电压大于基准电压时，比较器266翻转输出控制信息，控制PWM发生器停止工作。因此，通过第一电阻、比较器和限流设置模块可有效控制PWM发生器工作。

进一步的，电阻R7可作为过流保护电阻连接在限流设置模块267和地之间，用于使得限流设置模块产生一定的基准电压。

2、下面分别对启动电路230、采样电路250和次级整流滤波电路270进行具体说明：

(1)启动电路230，与整流电路220相连，用于根据整流之后的电信号，产生启动电压信号；

示例性的，如图3所示，启动电路230包括第二电阻R2和第三电阻R3；其中，第二电阻R2和第三电阻R3串联后的电路连接在整流电路220的输出端和地线之间；第二电阻R2和第三电阻R3之间的连接点作为启动点得到启动电压，将启动点连接至功率因数校正芯片260，用于根据启动电压驱动功率因数校正芯片260工作。

(2)采样电路250，与变压器的辅助绕组相连，用于对所述辅助电压信号进行检测，并产生采样电压信号输出到功率因数校正芯片260。

具体的，如图3所示，采样电路250包括依次串联的第四电阻R4和第五电阻R5；其中，第四电阻R4和第五电阻R5串联后的电路并联在变压器240的辅助绕组的两端；第四电阻R4和第五电阻R5之间的连接点作为采样点，连接至功率因数校正芯片260，用于从采样点获取采样电压信号。

进一步的，开关电源200还包括第一二极管D1和第一电容C1；其中，第一二极管D1的正极端与变压器240的辅助绕组相连，第一二极管D1的负极端与功率因数校正芯片260相连，用于对变压器240的辅助绕组的电压信号进行整流，输出直流电压信号给第一电容C1充电；第一电容C1连接在第一二极管D1的负极端与地线之间，用于给功率因数校正芯片260供电。

(3)次级整流滤波电路270，与变压器240的次级绕组相连，用于对次级绕组输出的供电电压进行整流得到直流信号给负载供电。

具体的，次级整流滤波电路270包括，第二二极管D2、第二电容C2和第三电容C3；其中，第二二极管D2的正极端与变压器的次级绕组相连，第二二极管C2的负极端与第二电容C2的正极端相连；第二电容C2的负极端接次级地；第三电容C3并联在第二电容C2的两端。

进一步的，由于次级整流滤波电路中省去了高压电解电容，输出纹波电压将较大。因此，可增加线性稳压模块271滤出纹波电压。

具体的，图4为本实用新型实施例二提供的一种优选的开关电源的电路示意图，参考图4，在上述实施例以及的基础上，下面结合启动电路、采样电路和次级整流滤波电路对开关电源的工作原理进行具体说明：

当经过整流电路整流后的高压信号通过第二电阻R2和第三电阻R3后，R2和R3检测到开关电源上电，此时PWM发生器开始工作。同时，整流后的电压经过变压器第1脚，然后从3脚输出后与功率因数校正芯片(实际与芯片内集成的MOS管的漏极，图中为芯片的D引脚)相连，同时变压器的4脚与芯片的供电端相连。

在功率因数校正芯片正常工作过程中，通过变压器的辅助绕组给功率因数校正芯片供电。具体过程为：变压器辅助绕组的电压通过第一二极管D1给第一电容C1充电，当C1的电压升高到功率因数校正芯片的开启电压后，芯片开始驱动整个开关电源系统工作。同时功率因数校正芯片也能将变压器初级绕组的直流电压信号进行功率因数校正，即将电压信号斩波成方波信号(具体为芯片内PWM发生器工作)，使得电流和电压同相位，进而提高电源的功率因数，使得电网功率被最大限度地利用。

开关电源设有采样电路，并且与变压器的辅助绕组相连。如图4所示，第四电阻R4和第五电阻R5作为采样电阻与变压器的辅组绕组相连，由于辅助绕组和次级绕组匝比关系，辅助绕组的电压和次级绕组的电压也存在比例关系。因此，通过获取辅助绕组的电压可反映出次级绕组的输出电压。所以，将R4和R5的连接点作为采样点，从采样点可获取到采样电压以反映次级绕组的输出电压。通过将该采样点与功率因数芯片电路相连，可以将变压器次级绕组的输出电压以采样电压的形式反馈到功率因数校正芯片，进而对输出电压进行调整。例如，当变压器次级绕组输出的电压偏低时，通过R4和R5得到的采样电压也相应偏低。此时，通过增大PWM发生器输出的脉冲信号的占空比，可使得MOS管导通的时间增大，以使变压器初级绕组充电时间增加，进而使得变压器的输出电压增大。基于与上述过程相同的原理，当变压器的输出电压偏高时，通过减小脉冲信号的占空比，可使得变压器的输出电压降低。因此，通过采样电路，可使得变压器有稳定的输出电压。

需要说明的是，当MOS管导通时，变压器的初级绕组存储能量，次级通过第二电容和第三电容放电给负载提供电压；当MOS管关断时，变压器的初级绕组释放能量，同时次级绕组将输出电压给负载供电。因此，通过控制MOS管的导通和关断可使得变压器振荡，输出恒定电压。

需要说明的是，次级整流滤波电路可将变压器次级绕组感应到的电压通过第二二极管D2整流后，再经电容(C2和C3)滤波处理后可得到平滑稳定的直流电压，为终端产品的使用提供高精度稳定的电能供应。

本实施例提供了一种开关电源，本实施例在上述实施例的基础上，通过将MOS管集成到功率因数芯内部，可在提高功率因数值的同时进一步减小开关电源的体积，降低成本。同时将启动电路、采样电路以及次极整流滤波电路与功率因数校正芯片与上述实施例所提供的整流电路、滤波电路和变压器相结合，可将变压器次级绕组输出的电压反馈到功率因数校正芯片，通过功率因数校正芯片调节占空比来控制内部MOS管的导通和关断时间，进而可以使得变压器的输出电压稳定。因此，本实施新型实施例所提供的开关电源电路不仅工作频率高、输出功率大，同时体积小且成本低。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。