专利名称：一种开关电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子电路技术领域，更具体地说，涉及一种开关电源。
背景技术：
开关电源由于具有小体积、高转换效率以及大输出负载能力等多个优点，被广泛 应用于手机充电器、电源适配器等多个领域。随着技术的发展和节能要求的日益严格，具有 超低待机功耗的开关电源得到广泛的研究和应用。图1为现有开关电源的系统原理图。该开关电源包括变压器原边绕组105、变压器 副边绕组106和变压器辅助绕组107组成的变压器，耦合到变压器原边绕组106的第一控 制电路110，第一控制电路110包括驱动电路111和反馈控制电路112。功率开关管108的 基极连接第一控制电路110，集电极连接变压器原边绕组105的异名端，发射极通过第一电 阻101接地。变压器副边绕组106的两输出端之间并连连接第一电容102和第二电阻103。该开关电源由第一控制电路110的驱动电路111控制功率开关管108的导通和关 断，将能量由变压器原边绕组105传送到变压器副边绕组106的输出端。但当输出端的负 载变化时，该开关电源的输出电压很难保证精确、稳定。当输出端负载从轻载变化到空载时，即使开关频率随之降低，输出电仍会因 为负载无法消耗掉功率开关管108每次开关输出的能量而开始上升，使输出电压在轻 载至空载阶段形成上冲趋势，导致输出电压的不够精确、稳定。见图2，图2为现有开关电源的输出电压和输出端负载的曲线示意图，从图2 中可以看出，在轻载至空载阶段，输出电压VOTT上冲现象明显。目前，通常的调整手段是改 变第二电阻103的阻值，第二电阻103主要用于消耗开关电源空载工作时输出端的多余能 量，作用相当于负载，被称为“虚设负载”。但是，第二电阻103的阻值过小会增大空载时的 开关频率，无法保证较低的损耗；第二电阻103的阻值过大会要求开关频率进一步降低，否 则会加重开关电源空载时输出电压VOTT的上冲幅度，更不利于输出电压VOTT的精确、稳定， 而降低开关频率的前提要求是该频率必须维持第一控制电路110的电容109上的电压不低 于一定值，防止第一控制电路停止工作。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种开关电源，该开关电源能够有效地降低待机功耗，提高 轻载与空载范围的输出电压精度。本发明提供一种开关电源，包括变压器原边绕组、变压器辅助绕组和变压器副边 绕组，耦合到所述变压器原边绕组的第一控制电路，所述第一控制电路包括驱动电路；所述 驱动电路的输出端连接功率开关管的控制端，所述功率开关管的一导通端连接所述变压器 原边绕组，另一导通端通过第一电阻接地，还包括耦合在所述变压器副边绕组的第二控制电路，所述第二控制电路包括电流脉冲输 出电路、开关信号检测电路和关断间隔时间计算电路所述第一控制电路还包括电信号检测电路；所述开关信号检测电路，用于检测所述功率开关管的动作信号，将检测的动作信 号发送到所述关断间隔时间计算电路；所述关断间隔时间计算电路，用于在相临两次动作信号的间隔超过第一设定时间 时，启动所述电流脉冲输出电路；所述电流脉冲输出电路，用于输出超时控制指令到所述电信号检测电路；所述电信号检测电路，用于启动所述驱动电路，所述驱动电路控制所述功率开关
管导通。优选的，所述第二控制电路还包括放电钳位电路所述关断间隔时间计算电路判 断相临两次关断时间的间隔超过第一设定时间时，启动所述放电钳位电路；所述放电钳位 电路，用于将所述开关电源的输出电压的上限值钳位在第二设定电压。优选的，所述开关信号检测电路检测到所述功率开关管的至少一次导通信号，指 令所述放电钳位电路停止工作。优选的，所述第二控制电路还包括输出电压检测电路，用于检测所述开关电源的 输出电压，如输出电压低于第三设定电压，启动所述电流脉冲输出电路；所述电流脉冲输 出电路输出低电压控制指令到所述电信号检测电路，所述电信号检测电路启动所述驱动电 路，所述驱动电路控制所述功率开关管导通。优选的，所述电压检测电路检测到输出电压低于第二设定电压，指令所述放电钳 位电路停止工作。优选的，所述变压器原边绕组的同名端通过串联的第二电阻和第二电容接地。优选的，所述变压器辅助绕组的异名端通过第一二极管连接第二电阻和第二电容 的公共端，其中，第一二极管的阳极连接变压器辅助绕组的异名端，阴极连接第二电阻和第 二电容的公共端。优选的，所述变压器辅助绕组的同名端接地，异名端通过串联的第三电阻和第四 电阻接地。优选的，所述变压器副边绕组输出端和地之间连接第一电容。优选的，所述变压器副边绕组的异名端连接第二二极管的阳极，第二二极管的阴 极连接输出端。本发明应用在开关电源系统中，能够有效地降低待机功耗，提高轻载与空载范围 的系统输出电压精度，减少因为输出负载切换导致的输出电压下冲或上冲，同时提高开关 电源系统的能量转换效率。
为了更清楚地说明本发明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 发明的一些实施例，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的附图。图1为现有开关电源的系统原理图；图2为现有开关电源的输出电压和输出端负载的曲线示意图3为本发明开关电源第一实施例示意图；图4为本发明开关电源输出电压和输出端负载关系曲线图；图5为本发明第二控制电路另一实施例示意图；图6为本发明第一控制电路和第二控制的内部逻辑信号波形图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。参见图3，示出本发明开关电源第一实施例，该开关电源包括变压器原边绕组 205、变压器副边绕组206、变压器辅助绕组207，耦合到变压器原边绕组206的第一控制电 路210。功率开关管200的基极连接第一控制电路210，集电极连接变压器原边绕组205的 异名端，发射极通过第一电阻201接地。变压器原边绕组205的同名端连接有电源芯片VaC400，该变压器原边绕组205的 同名端还通过串联的第二电阻208和第二电容209接地。变压器辅助绕组207的同名端接 地，异名端通过串联的第三电阻203和第四电阻204接地。变压器辅助绕组207的异名端 还通过第一二极管202连接第二电阻208和第二电容209的公共端，其中，第一二极管202 的阳极连接变压器辅助绕组207的异名端，阴极连接第二电阻208和第二电容209的公共 端。第二控制电路310耦合在变压器副边绕组206，变压器副边绕组206的异名端连接 第二二极管301的阳极，第二二极管301的阴极连接第一电容302。第一电容302连接在变 压器副边绕组206输出端和地之间。第一控制电路210包括驱动电路211、反馈控制电路212和电信号检测电路213。 第二控制电路310包括电流脉冲输出电路311、开关信号检测电路312和关断间隔时间计算 电路313。第一控制电路210的驱动电路211控制功率开关管200的导通和关断，控制功率 开关管200的导通和关断信号通过变压器原边绕组205传送到变压器副边绕组206。第二 控制电路310的开关信号检测电路312检测功率开关管200的动作信号信号，将该动作信 号传送到关断间隔时间计算电路313。关断间隔时间计算电路313计算相邻两次动作信号的间隔时间，如间隔时间超过 第一设定时间，启动电流脉冲输出电路311。电流脉冲输出电路311输出超时控制指令，使 变压器副边绕组206上产生谐振振铃信号，该谐振振铃信号传送到变压器原边绕组205。第 一控制电路210的电信号检测电路213检测到该谐振振铃信号，通知驱动电路导通功率开
关管200，使功率开关管108开关频率不低于7"1:^—其中，Tmax为功率开关管200的最
大开关周期，该开关频率保证开关电源在输出端空载阶段，有足够的能量维持电容209上 的电压不低于一定值，确保第一控制电路能正常工作。本发明的关断间隔时间Toff不大于 T__T。n-Tdelay，以保证开关频率不低于F1。其中Ton是功率开关管的导通时间，Tdelay是电路内部的传输延时。本发明所述的动作信号可为导通信号或关断信号。参见图4，为本发明开关电源输出电压VQUT和输出端负载关系曲线图，从图4中可 以看出，输出电压在轻载到空载阶段上冲程度明显减小，基本满足开关电源输出电压 V0UT稳定性的要求。本发明通过在限定开关电源中功率开关管200的最长关断间隔时间，以保证第一 控制电路210在任何额定工作状态下都可获得维持开关电源正常工作所需的能量，从而最 大限度的降低开关电源在空载时的开关频率，降低待机功耗。本发明还可使开关电源在空 载时，通过第二控制电路310保证空载和轻载范围输出电压V0UT的精度。同时，本发明省 去开关电源副边绕组206输出端到地的电阻(即背景技术中第二电阻103)。本发明通过在 变压器副边绕组206设置第二控制电路310，有效限制开关功率管108的关断间隔时间，降 低了开关频率，同时本发明通过限制开关电源在空载时输出电压V0UT的上限值，有效地避 免“虚设负载”电阻过大导致的空载时输出电压V0UT上冲幅度过大的弊端。为使开关电源 的输出电压Vout更精确，本发明还可通过第二控制电路310限制开关电源输出电压Vout 的上限值和下限值。本发明功率开关管200为三极管时，功率开关管200的控制端和导通端分别为基 极、集电极和发射极。本发明功率开关管200为M0S管时，功率开关管200的控制端和导 通端分别为栅极、源极和漏极参见图5，为本发明第二控制电路另一实施例示意图，第二控 制电路310包括电流脉冲输出电路311、开关信号检测电路312和关断间隔时间计算电路 313、输出电压检测电路314和放电钳位电路315。关断间隔时间计算电路313在相临两次关断的间隔时间超过第一设定时间时，启 动放电钳位电路315。放电钳位电路315将开关电源的输出电压上限值钳位在第二设定电 压。开关信号检测电路312检测到功率开关管200的关断信号，再指令放电钳位电路315
停止工作。输出电压检测电路314检测开关电源的输出电压Vout，如输出电压低于第三设定 电压(第三设定电压低于第二设定电压)，启动电流脉冲输出电路311。电流脉冲输出电路 311输出电压过低指令，使变压器副边绕组206上产生谐振振铃信号，该谐振振铃信号传送 到变压器原边绕组205。第一控制电路210的电信号检测电路213检测到该谐振振铃信号， 通知驱动电路导通功率开关管200导通，增加输出端的能量，提升输出电压Vout。第二设定电压和第三设定电压是根据开关电源特性和负载需求设定的，第二设定 电压和第三设定电压均满足负载正常工作需求。参见图6，示出本发明第一控制电路和第二控制的内部逻辑信号波形图。当开关 信号检测电路312检测到功率开关管200的开关信号switch后，启动关断间隔时间计算电 路313，关断间隔时间计算电路313在T1时间后产生EN信号并由电流脉冲输出电路311通 过向变压器副边绕组206输出开关电流脉冲，使变压器副边绕组206上产生谐振振铃信号 pulse。电信号检测电路213检测到该pulse信号后会立即打开功率开关管200，保证两次 开关之间的时间间隔不大于在EN信号有效期间，放电钳位电路315检测到输出电压Vout大于电压VI (第二设定电压)后，立即通过放电信号discharge将开关电源输出 电压Vout上限值钳位至电压VI。在放电过程中，当开关信号检测电路312连续检测到一次或多次功率开关管200 的开关间隔时间小于T1(第一设定时间)后，关闭EN信号并让放电钳位电路停止工作。当 开关电源输出电压V0UT低于电压VI后，也会关闭EN信号并让放电钳位电路停止工作。当功率开关管200以固定频率= 开关时，所需要的输入功率能保证第一控
max
制电路210的电源电压VCC不低于电压V3，其中电压V3电压大于或等于维持第一控制电路 210正常工作的最低电压值。当输出电压检测电路314检测到输出电压Vout低于电压V2 (第三设定电压)后， 立即启动电流脉冲输出电路311通过向变压器副边绕组206输出开关电流脉冲，使变压器 副边绕组206上产生谐振振铃信号pulse，第一控制电路210检测到pulse信号后会立即打 开功率开关管200，及时为输出端提供能量。本发明应用在开关电源系统中，能够有效地降低待机功耗，提高轻载与空载范围 的系统输出电压精度，减少因为输出负载切换导致的输出电压下冲或上冲，同时提高开关 电源系统的能量转换效率。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
权利要求
一种开关电源，包括变压器原边绕组、变压器辅助绕组和变压器副边绕组，耦合到所述变压器原边绕组的第一控制电路，所述第一控制电路包括驱动电路；所述驱动电路的输出端连接功率开关管的控制端，所述功率开关管的一导通端连接所述变压器原边绕组，另一导通端通过第一电阻接地，其特征在于还包括耦合在所述变压器副边绕组的第二控制电路，所述第二控制电路包括电流脉冲输出电路、开关信号检测电路和关断间隔时间计算电路所述第一控制电路还包括电信号检测电路；所述开关信号检测电路，用于检测所述功率开关管的动作信号，将检测的动作信号发送到所述关断间隔时间计算电路；所述关断间隔时间计算电路，用于在相临两次动作信号的间隔超过第一设定时间时，启动所述电流脉冲输出电路；所述电流脉冲输出电路，用于输出超时控制指令到所述电信号检测电路；所述电信号检测电路，用于启动所述驱动电路，所述驱动电路控制所述功率开关管导通。
2.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述第二控制电路还包括放电钳位电路所述关断间隔时间计算电路判断相临两次关断时间的间隔超过第一设定时间时，启动 所述放电钳位电路；所述放电钳位电路，用于将所述开关电源的输出电压的上限值钳位在第二设定电压。
3.如权利要求2所述的开关电源，其特征在于，所述开关信号检测电路检测到所述功 率开关管的至少一次导通信号，指令所述放电钳位电路停止工作。
4.如权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述第二控制电路还包括输出电压检 测电路，用于检测所述开关电源的输出电压，如输出电压低于第三设定电压，启动所述电流 脉冲输出电路；所述电流脉冲输出电路输出低电压控制指令到所述电信号检测电路，所述电信号检测 电路启动所述驱动电路，所述驱动电路控制所述功率开关管导通。
5.如权利要求4所述的开关电源，其特征在于，所述电压检测电路检测到输出电压低 于第二设定电压，指令所述放电钳位电路停止工作。
6.如权利要求1至4任一项所述的开关电源，其特征在于，所述变压器原边绕组的同名 端通过串联的第二电阻和第二电容接地。
7.如权利要求6所述的开关电源，其特征在于，所述变压器辅助绕组的异名端通过第 一二极管连接第二电阻和第二电容的公共端，其中，第一二极管的阳极连接变压器辅助绕 组的异名端，阴极连接第二电阻和第二电容的公共端。
8.如权利要求1至4任一项所述的开关电源，其特征在于，所述变压器辅助绕组的同名 端接地，异名端通过串联的第三电阻和第四电阻接地。
9.如权利要求1至4任一项所述的开关电源，其特征在于，所述变压器副边绕组输出端 和地之间连接第一电容。
10.如权利要求1至4任一项所述的开关电源，其特征在于，所述变压器副边绕组的异 名端连接第二二极管的阳极，第二二极管的阴极连接输出端。
全文摘要
本发明公开了一种开关电源，包括变压器，耦合到变压器原边绕组的第一控制电路，第一控制电路包括驱动电路，耦合在变压器副边绕组的第二控制电路，第二控制电路包括电流脉冲输出电路、开关信号检测电路和关断间隔时间计算电路第一控制电路还包括电信号检测电路；开关信号检测电路检测所述功率开关管的动作信号；关断间隔时间计算电路在相临两次动作信号的间隔超过第一设定时间时，启动电流脉冲输出电路；电流脉冲输出电路输出超时控制指令到电信号检测电路；电信号检测电路启动驱动电路，驱动电路控制功率开关管导通。本发明应用在开关电源系统中，能够有效地降低待机功耗，提高轻载与空载范围的系统输出电压精度。
文档编号H02M3/335GK101847934SQ20101017011
公开日2010年9月29日 申请日期2010年5月7日 优先权日2010年5月7日
发明者孙涛, 张永铂, 谢佳, 陈超 申请人:Bcd半导体制造有限公司