开关电源电路及电源装置的制作方法

1.本实用新型涉及开关电源技术领域，尤其是涉及一种开关电源电路及电源装置。


背景技术：

2.随着脉宽调制(pwm)技术的发展，开关电源的应用变得越来越广泛，开关电源被誉为高效节能电源，其电源效率可达到70％
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90％，它代表着稳压电源的发展方向，已成为稳压电源的主流产品。常见的开关电源都是电压控制型的，传统的电压控制型脉宽调制技术具有动态响应较慢、调节性能较差等缺点，而且电路中用于脉宽调制的开关管经常会因为输入电压浪涌造成的电压尖峰信号而损坏。此外，现有的开关电源缺乏限流保护和过流保护，导致开关电源容易发生损坏。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出了一种开关电源电路，动态响应较快、调节性能较好，能够输出稳定的电压。
4.本实用新型还提出了一种具有上述开关电源电路的电源装置。
5.根据本实用新型第一方面实施例的开关电源电路，包括输入整流滤波电路、变压器、输出整流滤波电路、反馈控制电路、电流控制型脉宽调制器和功率开关电路；所述变压器的初级的第一端与所述输入整流滤波电路的输出端电性连接，所述变压器的次级与所述输出整流滤波电路的输入端电性连接，所述输出整流滤波电路的输出端与电源输出接口电性连接；所述反馈控制电路的输入端与所述输出整流滤波电路的输出端电性连接；所述电流控制型脉宽调制器的输入端与所述反馈控制电路的输出端电性连接；所述功率开关电路的输入端与所述电流控制型脉宽调制器的输出端电性连接，所述功率开关电路的输出端与所述变压器的初级的第二端电性连接。
6.根据本实用新型实施例的开关电源电路，至少具有如下有益效果：交流市电进入到输入整流滤波电路中，进行滤波和整流，形成较稳定的高压直流电，再通过功率开关电路的调节将直流电转换为交流电，加在变压器的初级，通过变压器转换成所需的低压电流，随后经过输出整流滤波电路进行整流和滤波，最后输出电压通过电源输出接口输出；同时，输出整流滤波电路的输出电流进入到反馈控制电路中，由反馈控制电路检测输出电流的大小，并传递相应的控制信号给电流控制型脉宽调制器，再由电流控制型脉宽调制器控制功率开关电路的通断，从而调节变压器的初级输出的占空比，达到调整输出电流和输出电压的目的；根据本实用新型的开关电源电路，通过设置反馈控制电路、电流控制型脉宽调制器和功率开关电路，能够实时监测输出电流，并且由于电路是采用逐个脉冲进行控制的，所以动态响应较快、调节性能更好，当输入端的电压或输出负载发生变化时，会马上引起输出电流的变化，电流控制型脉宽调制器便能够及时调整脉冲宽度，从而获得稳定的输出电压。
7.根据本实用新型的一些实施例，还包括emi滤波电路，所述emi滤波电路的输出端与所述输入整流滤波电路的输入端电性连接。
8.根据本实用新型的一些实施例，所述emi滤波电路包括电容c1、共模滤波电感l1、电容c2、电容c3和电容c4；所述共模滤波电感l1的两个输入端分别与所述电容c1对应的一端电性连接；所述电容c2的两端分别与所述共模滤波电感l1对应的一个输出端电性连接，所述电容c2的两端还与所述输入整流滤波电路的输入端电性连接；所述电容c3的一端与所述共模滤波电感l1的第一输出端电性连接，所述电容c3的另一端接地；电容c4，一端与所述共模滤波电感l1的第二输出端电性连接，所述电容c4的另一端接地。
9.根据本实用新型的一些实施例，还包括保护电路，所述保护电路的输出端与所述emi滤波电路的输入端电性连接。
10.根据本实用新型的一些实施例，所述保护电路包括电阻r1、电阻r2、保险丝f1和压敏电阻vr1；所述电阻r1的第一端与所述emi滤波电路第一输入端电性连接，所述电阻r1的第二端与所述电阻r2的第一端电性连接；所述保险丝f1的第一端与所述电阻r2的第二端电性连接，所述保险丝f1的第二端与所述emi滤波电路的第二输入端电性连接；所述压敏电阻vr1的第一端与所述电阻r1的第一端电性连接，所述压敏电阻vr1的第二端与所述保险丝f1的第二端电性连接。
11.根据本实用新型的一些实施例，所述反馈控制电路包括采集单元、比较单元和光电耦合器；所述采集单元的输入端与所述输出整流滤波电路的输出端电性连接，所述采集单元的输出端与所述比较单元的输入端电性连接，所述比较单元的输出端与所述光电耦合器的输入端电性连接，所述光电耦合器的输出端与所述电流控制型脉宽调制器的输入端电性连接。
12.根据本实用新型的一些实施例，所述采集单元包括电阻r23和电阻r24，所述比较单元包括电阻r22和稳压二极管q4，所述电阻r23的第一端与所述输出整流滤波电路的输出端电性连接，所述电阻r23的第二端与所述电阻r24的第一端电性连接，所述电阻r24的第二端与所述电阻r22的第一端电性连接，所述电阻r22的第一端还与所述稳压二极管q4的参考极电性连接，所述电阻r22的第二端接地，所述电阻r22的第二端还与所述稳压二极管q4的阳极电性连接，所述稳压二极管q4的阴极与所述光电耦合器的输入端电性连接。
13.根据本实用新型的一些实施例，所述输入整流滤波电路与所述变压器之间还设置有rcd钳位电路，所述rcd钳位电路的输入端与所述输入整流滤波电路的输出端电性连接，所述rcd钳位电路的输出端与所述变压器的初级电性连接。
14.根据本实用新型的一些实施例，所述rcd钳位电路包括rc回路和二极管d1，所述rc回路的输入端与所述输入整流滤波电路的输出端电性连接；所述二极管d1的阴极与所述rc回路的输出端电性连接，所述二极管d1的阳极分别与所述变压器的初级的第二端及所述功率开关电路的输出端电性连接。
15.根据本实用新型第二方面实施例的电源装置，包括根据本实用新型上述第一方面实施例所述的开关电源电路。
16.根据本实用新型实施例的电源装置，至少具有如下有益效果：通过采用上述开关电源电路，能够输出稳定的电压为电子产品供电，从而提升电子产品的使用寿命。
17.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
18.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
19.图1为本实用新型第一种实施例的开关电源电路的电路模块框图；
20.图2为本实用新型第二种实施例的开关电源电路的电路模块框图；
21.图3为本实用新型实施例的开关电源电路的第一部分的电路原理图；
22.图4为本实用新型实施例的开关电源电路的第二部分的电路原理图；
23.附图标记：
24.输入整流滤波电路200、变压器300、输出整流滤波电路400、电源输出接口500、反馈控制电路600、采集单元610、比较单元620、光电耦合器630、电流控制型脉宽调制器700、功率开关电路800、emi滤波电路900、保护电路1000、rcd钳位电路1100。
具体实施方式
25.本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
26.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
27.在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
28.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
29.第一方面，请参照图1、图3及图4，根据本实用新型实施例的开关电源电路，包括输入整流滤波电路200、变压器300、输出整流滤波电路400、反馈控制电路600、电流控制型脉宽调制器700和功率开关电路800；其中，输入整流滤波电路200的输入端用于连接交流市电；输入整流滤波电路200的输出端与变压器300的初级的第一端电性连接，变压器300的次级与输出整流滤波电路400的输入端电性连接，输出整流滤波电路400的输出端与电源输出接口500电性连接，输出整流滤波电路400的输出端还与反馈控制电路600的输入端电性连接，反馈控制电路600的输出端与电流控制型脉宽调制器700的输入端电性连接，电流控制型脉宽调制器700的输出端与功率开关电路800的输入端电性连接，功率开关电路800的输出端与变压器300的初级的第二端电性连接。
30.具体地，请参照图3和图4，在本实用新型中，输入整流滤波电路200通过交流电网中的火线l和零线n连接到交流市电，交流市电进入到输入整流滤波电路200中进行滤波和
整流，形成较稳定的高压直流电，再通过功率开关电路800的调节将直流电转换为交流电，加在变压器300的初级，通过变压器300转换成所需的电压，随后经过输出整流滤波电路400进行整流和滤波，最后输出电压通过电源输出接口500输出；同时，输出整流滤波电路400的输出电流进入到反馈控制电路600中，由反馈控制电路600检测输出电流的大小，并传递相应的控制信号给电流控制型脉宽调制器700，再由电流控制型脉宽调制器700控制功率开关电路800的通断，从而调节变压器300的初级的占空比，达到调整输出电流和输出电压的目的。根据本实用新型的开关电源电路，通过设置反馈控制电路600、电流控制型脉宽调制器700和功率开关电路800，能够实时监测输出电流，并且由于电路是采用逐个脉冲进行控制的，所以动态响应较快、调节性能更好，当输入端的电压或输出负载发生变化时，会马上引起输出电流的变化，电流控制型脉宽调制器700便能够及时调整脉冲宽度，从而调整输出电流，从而获得稳定的输出电压。
31.如图2和图3所示，在本实用新型的一些实施例中，还包括emi滤波电路900，emi滤波电路900的输出端与输入整流滤波电路200的输入端电性连接。通过设置emi滤波电路900，能够滤除电磁干扰，过滤掉电网对开关电源电路的干扰，同时也能过滤掉开关电源电路对电网的干扰。
32.如图2和图3所示，在本实用新型的一些实施例中，还包括保护电路1000，保护电路1000的输出端与emi滤波电路900的输入端电性连接。通过设置保护电路1000，能够在输入电压过大的情况下，及时切断输入电压的输入，避免对开关电源电路造成损害。
33.具体地，请参照图3，在本实用新型的一些实施例中，保护电路1000包括电阻r1、电阻r2、保险丝f1和压敏电阻vr1，电阻r1的第一端分别与零线n和emi滤波电路900的第一输入端(即下述的电容c1的第一端)电性连接，电阻r1的第二端与电阻r2的第一端电性连接，电阻r2的第二端与火线l电性连接，保险丝f1的第一端与电阻r2的第二端电性连接，保险丝的第二端与emi滤波电路900的第二输入端(即下述的电容c1的第二端)电性连接，压敏电阻vr1的第一端与电阻r1的第一端电性连接，压敏电阻vr1的第二端与保险丝f1的第二端电性连接；其中，电阻r1和电阻r2可以采用负温度系数热敏电阻。市交流电经过火线l和零线n首先进入到保护电路1000中，对开关电源电路进行初始保护，避免输入电压过大而损坏开关电源电路。
34.请参照图3，在本实用新型的一些实施例中，emi滤波电路900包括电容c1、共模滤波电感l1、电容c2、电容c3和电容c4，电容c1的两端分别与零线n和火线l电性连接，共模滤波电感l1的两个输入端(即引脚1和引脚3)分别与电容c1对应的一端电性连接，电容c2的两端分别与共模滤波电感l1对应的输出端(即引脚2和引脚4)电性连接，电容c2的两端还与输入整流滤波电路200的输入端(即下述的电阻tr1的第一端和整流桥b1的第二输入端)电性连接，电容c3的一端与共模滤波电感l1的第一输出端(引脚2)电性连接，电容c3的另一端接地，电容c4的一端与共模滤波电感l1的第二输出端(引脚4)电性连接，电容c4的另一端接地。其中，电容c1至c4、共模滤波电感l1组成共膜滤波器，对市电和开关电源电路进行双向隔离，既可以滤除市电带来的外部电磁干扰，也可以避免开关电源电路本身对外部的电子设备发射噪声干扰信号；电容c1和电容c2用来滤除差模干扰，共模滤波电感l1、电容c3和电容c4能够滤除共模干扰。
35.请参照图3，在本实用新型的一些实施例中，输入整流滤波电路200包括电阻tr1、
电阻tr2、整流桥b1、电容c5和电容c6，其中，电阻tr1的第一端与电容c2的第一端电性连接，电阻tr1的第二端与电阻tr2的第一端电性连接，电阻tr2的第二端与整流桥b1的第一输入端电性连接，整流桥b1的第二输入端与共模滤波电感l1的引脚4电性连接，整流桥b1的两个输出端分别与电容c5的两端连接，电容c6与电容c5相互并联，电容c6的第一端对应输入整流滤波电路200的输出端，电容c6的第二端接地；其中，整流桥b1的具体型号为gbj1510。输入电压依次经过保护电路1000、emi滤波电路900后，进入到输入整流滤波电路100中，进行整流和滤波，同时可以有效地去除波纹电压。
36.请参照图3，在本实用新型的一些实施例中，输出整流滤波电路400包括整流二极管d4、电阻r18、电容c15和电感l2，整流二极管d4的阳极与变压器300的次级的第一端(引脚3)电性连接，整流二极管d4的阴极与电感l2的第一端电性连接，电感l2的第二端连接电源输出接口500，电阻r18与电容c15相互串联后，再与整流二极管d4相互并联。输入电压经过变压器300转换为所需的电压后，经过整流二极管d4进行整流和去除波纹电压，电阻r18和电容c15所组成的rc电路的作用是降低反向峰值电压对整流二极管d4的影响，保护整流二极管d4不被损坏；而电感l2能够促进滤波作用。
37.请参照图3，在本实用新型的一些实施例中，反馈控制电路600包括采集单元610、比较单元620和光电耦合器630，采集单元610的输入端与输出整流滤波电路400的输出端电性连接，比较单元620的输入端与采集单元610的输出端电性连接，光电耦合器630的输入端与比较单元620的输出端电性连接，光电耦合器630的输出端与电流控制型脉宽调制器700的输入端电性连接。采集单元610用于采集输出整流滤波电路400的输出电压和输出电流，比较单元620用于将采集单元610所采集的采样电压与预设电压值进行比较，并根据比较结果调整光电耦合器630的输出信号，从而控制电流控制型脉宽调制器700的输出脉宽。通过这样的设置，能够实时检测开关电源电路的输出电压的情况，并及时进行调整，以获得稳定的输出电压，整个电路的动态响应速度较快，调整更为精确。
38.具体地，请参照图3，在本实用新型的一些实施例中，采集单元610包括电阻r23和电阻r24，比较单元620包括电阻r22和稳压二极管q4，电阻r23的第一端与输出整流滤波电路400的输出端(即电感l2的第二端)电性连接，电阻r23的第二端与电阻r24的第一端电性连接，电阻r24的第二端与电阻r22的第一端电性连接，电阻r22的第一端还与稳压二极管q4的参考极电性连接，电阻r22的第二端接地，电阻r22的第二端还与稳压二极管q4的阳极电性连接，稳压二极管q4的阴极与光电耦合器630内部的光发射二极管的阴极电性连接，光电耦合器630内部的光发射二极管的阳极通过电阻r20与整流二极管d4的阴极电性连接；其中，稳压二极管q4的具体型号为tl431，光电耦合器630的具体型号为pc817。
39.请参照图4，在本实用新型的一些实施例中，电流控制型脉宽调制器700包括型号为uc3844的脉宽调制芯片u1及其外围电路。uc3844是高性能固定频率的电流型控制芯片，具有自动前馈补偿、锁存脉宽调制、每周期限流等特点，在设计时只需最少外部元件就可以达到预期设计要求，是驱动mos管的理想器件。脉宽调制芯片u1的补偿引脚comp与光电耦合器630内部的光接收三极管的集电极电性连接，脉宽调制芯片u1的电压反馈引脚fb与光电耦合器630内部的光接收三极管的发射极电性连接，脉宽调制芯片u1的参考电压引脚vref通过电容c11接地，脉宽调制芯片u1的电压引脚vcc通过电容c12接地，电容c12还与电容c13并联，电容c11、电容c12和电容c13分别用于滤除脉宽调制芯片u1的verf引脚和vcc引脚的
高频叠加信号；脉宽调制芯片u1的电流取样引脚isense经过相互串联的电容c10和电容c9后接地，电容c10和电容c9起斜坡补偿作用，提高采样电流的可靠性。功率开关电路800包括mos管q1，mos管q1的栅极通过电阻r5连接到脉宽调制芯片u1的输出引脚out，电阻r5还与电阻r6进行并联，电阻r5和电阻r6是mos管q1的驱动电阻，脉宽调制芯片u1经过电阻r5和电阻r6来控制mos管q1的通断；同时，mos管q1的栅极还通过电阻r7接地，电阻r7用于防止mos管q1的栅极悬空；mos管q1的漏极连接到变压器300的初级的第二端，mos管q1的源极通过电阻r8接地。
40.如图3和图4所示，输出整流滤波电路400的输出电压经过电阻r23、电阻r24和电阻r22分压后，得到采样电压，将该采样电压与稳压二极管q4中的预设电压(2.5v)进行比较，如果采样电压大于预设电压，则稳压二极管q4输出的稳压值便会减少，进而使得光电耦合器630的输出电流增大，从而使得脉宽调制芯片u1的输出引脚out的脉冲信号减少，使得mos管q1的开启时间减少，进而降低输出电压；反之，如果输出电压偏小，脉宽调制芯片u1的输出脉冲占空比增大，mos管q1的开启时间增加，从而提高输出电压，起到稳压效果。
41.如图2和图3所示，在本实用新型的一些实施例中，输入整流滤波电路200与变压器300之间还设置有rcd钳位电路1100，rcd钳位电路1100的输入端与输入整流滤波电路200的输出端电性连接，rcd钳位电路1100的输出端与变压器300的初级电性连接。当功率开关电路800中的mos管q1关断时，变压器300的初级容易产生尖峰电压，而rcd钳位电路1100能够很好地钳位或吸收尖峰电压，从而对电路起到保护作用。
42.具体地，请参照图3，在本实用新型的一些实施例中，rcd钳位电路1100包括rc回路以及二极管d1，rc回路的输入端与输入整流滤波电路200的输出端电性连接，二极管d1的阴极与rc回路的输出端电性连接，二极管d1的阳极与变压器300的初级的第二端及功率开关电路800的输出端(即mos管q1的漏极)电性连接。在本实用新型中，rc回路包括相互并联的电阻r3、电阻r4和电容c7；当然，rc回路也可以是由电阻、电容相互串联或并联所形成的其它形式。其中，mos管q1的栅极是锯形波电压，当占空比增大时，mos管q1的导通时间变长，存储在变压器300中的能量也会相应增大，当mos管q1关闭时，变压器300通过二极管d1、二极管d2、电阻r7、电阻r8和电容c7释放能量，将磁场复位。
43.根据本实用新型的开关电源电路，通过采用逐个脉冲控制，动态响应较快，调节性能较好；当输入电压或输出负载变化时，能够马上引起电路中电流的变化，脉冲宽度立即被调整，从而调整输出电压；同时，本电路能够很好地避免mos管q1因为输入电压浪涌造成的电压尖峰信号而损坏的情况；此外，在电路的设计上具有自动限流作用，有限流保护和过流保护，能够在输入电压或电流过高时很好地保护电路和器件，并能有效滤除波纹电压。
44.根据本实用新型第二方面实施例的电源装置，通过采用上述开关电源电路，能够输出稳定的供电电压为电子产品供电，有利于提升电子产品的使用寿命。其中，电子产品可以是led照明装置、数码产品、通讯设备、仪器仪表等。
45.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“进一步实施例”、“一些具体实施例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
46.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。