CN103887998A - 开关电源以及开关电源集成电路 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种具有单端检测交流电过零功能的开关电源集成电路，开关电源集成电路包括功率开关模块以及开关电源控制模块，其还包括单端交流电过零检测模块，单端交流电过零检测模块包括：过零检测单元，过零检测单元连接交流电源，过零检测单元检测到交流电源的过零点后产生过零检测信号，过零检测单元包括检测端和输出端，过零检测单元的检测端连接交流电源；以及驱动单元，包括输入端和输出端，驱动单元的输入端连接过零检测单元的输出端，驱动单元接收过零检测信号，驱动单元的输出端输出过零驱动信号。本发明还提出一种开关电源。本发明能够降低交流电源过零点检测的损耗，符合节能标准，能够准确测出具有半波整流电路的开关电源的过零点。

Description

开关电源以及开关电源集成电路

技术领域

本发明涉及开关电源，尤其涉及一种具有单端检测交流电过零功能的开关电源集成电路以及开关电源。

背景技术

在家电及电器控制领域，通常会为了降低继电器的切换应力延长继电器的寿命，采用仅在交流电的过零点对继电器进行开关动作，因此检测交流电的过零点是电路必须的功能设计之一。在使用工频变压器作为供电的传统应用中，可以方便地从变压器次级取得交流电的过零点信号。

但随着节能要求的不断提高，开关电源开始逐步取代工频变压器作为电器的主要供电来源，此时电源的次级侧无法直接检测出交流电的过零点信息，因此需要提出新的检测零点的方法。

在开关电源的应用的早期，人们普遍使用一个光耦器件通过一个电阻分压网络串联从交流电线中取得过零点信号并通过光耦以隔离的方式传递到次级的控制电路，但受限于光耦的灵敏度，使得上述分压电阻网络在检测的过程中产生极大的功率消耗，一般可达0.4W之多，***整机待机功耗因此均在0.5W以上。目前，世界各国均已陆续实施新的0.5W待机节能标准，因此如果继续使用该种***和方法将无法达到待机节能标准。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术中的问题，而提出一种具有单端检测交流电过零功能的开关电源集成电路以及开关电源，通过对过零点的主动检测来控制开关电源的次级电路，能够有效地解决能耗过高、无法符合节能标准等问题。

为解决上述技术问题，本发明提出一种具有单端检测交流电过零功能的开关电源集成电路，开关电源集成电路包括功率开关模块以及开关电源控制模块，其还包括单端交流电过零检测模块，单端交流电过零检测模块包括：过零检测单元，过零检测单元连接交流电源，过零检测单元检测到交流电源的过零点后产生过零检测信号，过零检测单元包括检测端和输出端，过零检测单元的检测端连接交流电源；以及驱动单元，包括输入端和输出端，驱动单元的输入端连接过零检测单元的输出端，驱动单元接收过零检测信号，驱动单元的输出端输出过零驱动信号。

优选地，过零检测单元包括过零比较器，过零比较器的一端接地或接参考电压，过零比较器的另一端为过零检测单元的检测端，过零比较器的输出端为过零检测单元的输出端。

优选地，驱动单元包括三极管或场效应管，三极管的基极或场效应管的栅极为驱动单元的输入端，三极管的集电极或场效应管的漏极为驱动单元的输出端，三极管的发射极或场效应管的源极接地。

优选地，开关电源集成电路的封装包括交流电检测脚以及过零信号输出脚，过零信号的检测端为开关电源集成电路的交流电检测脚，驱动单元的输出端为开关电源集成电路的过零信号输出脚。

优选地，开关电源集成电路的封装形式为DIP8或者SOP8。

优选地，功率开关模块为三极管或者MOS管。

优选地，功率开关模块的耐压范围为200V-1000V。

本发明还提出一种开关电源，包括光耦合器、半波整流电路、第一电阻、变压器以及如上所述的具有单端检测交流电过零功能的开关电源集成电路，半波整流电路包括二极管，光耦合器包括两个输入端，开关电源集成电路还包括电路供电脚；第一电阻连接在二极管的阳极以及开关电源集成电路的交流电检测脚之间，开关电源集成电路的过零信号输出脚连接光耦合器的一个输入端，电路供电脚连接外部电源，光耦合器的另一个输入端连接外部电源，二极管的阳极连接交流电源，二极管的阴极连接变压器的一端，功率开关模块连接变压器的另一端。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明的具有单端检测交流电过零功能的开关电源集成电路以及开关电源，通过把过零检测单元以及驱动单元集成在电路中，可以实时同步控制光耦合器，从而降低在过零检测中的功率损耗，符合待机节能标准，能够准确测出具有半波整流电路的开关电源的过零点。

附图说明

图1为本发明的开关电源的优选实施例的电路结构图。

图2为图1中的开关电源集成电路的示意图。

图3为本发明的开关电源的另一优选实施例的电路结构图。

图4为图3中的开关电源集成电路的示意图。

其中，附图标记说明如下：具有单端检测交流电过零功能的开关电源集成电路1  单端交流电过零检测模块11  过零检测单元111  驱动单元112  功率开关模块12  开关电源控制模块13  光耦合器IC1  第一电阻R1  吸收回路RDC  半波整流电路2  二极管D1  参考电源VERF  变压器T。

具体实施方式

为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

请参阅图1至图4，本发明的一种具有单端检测交流电过零功能的开关电源集成电路1，其包括：单端交流电过零检测模块11、功率开关模块12以及开关电源控制模块13。一般的开关电源集成电路都没有电网交流电过零点检测的功能，而本发明集成了该功能，并且不需要额外的元器件。

单端交流电过零检测模块11包括过零检测单元111以及驱动单元112。过零检测单元111连接交流电源，驱动单元112连接过零检测单元111。过零检测单元111检测到交流电源的过零点后产生过零检测信号，驱动单元112接收过零检测信号，驱动单元112输出过零驱动信号。

过零检测单元111包括检测端以及输出端。请参阅图2，本实施例中，过零检测单元111包括过零比较器，过零比较器的同相端接地，过零比较器的异相端为过零检测单元111的检测端，过零比较器的输出端为过零检测单元111的输出端。

请参阅图3，在其它实施例中，过零检测单元111包括过零比较器，过零比较器的同相端接参考电源VERF，过零比较器的异相端为过零检测单元111的检测端，过零比较器的输出端为过零检测单元111的输出端。该参考电源VERF可以根据次级控制电路的需求来设置。如果该过零比较器的异相端接参考电源VERF，则该过零检测单元111具有了交流电的大小检测功能。具体为，通过该参考电源VERF设置次级控制电路的工作电压范围，当检测到流过第一电阻R1的交流电的大小不在设定的工作电压范围内时，不输出过零检测信号，次级控制电路从而可以间接得到交流电的大小参数而实施诸如过压保护、欠压保护或者开关控制等功能。

请继续参阅图2和图3，驱动单元112包括输入端和输出端。本实施例中，驱动单元112包括三极管，三极管的基极为该驱动单元112的输入端，三极管的集电极为该驱动单元112的输出端，三极管的发射极接地。因为，过零信号比较小，通过三极管能把过零信号放大至能够驱动光耦合器IC1工作的范围，从而使得光耦合器IC1工作。在其它实施例中，驱动单元112包括场效应管，场效应管的栅极为驱动单元的输入端，场效应管的漏极为驱动单元的输出端，场效应管的源极接地。

请参阅图4，开关电源集成电路1通过集成功率开关模块12、开关电源控制模块13以及具有单端交流电过零检测模块11，这样就不再需要额外的元器件，并具有极少的***数量，使得综合成本降低。

本实施例中，该开关电源集成电路1的封装为DIP8或者SOP8。该开关电源集成电路1的管脚2为交流电检测脚、管脚3为开关电源集成电路1参考接地引脚，管脚4为开关电源集成电路1供电引脚，管脚5为过零信号输出引脚，管脚7和管脚8为功率开关模块12引脚。交流电检测脚为过零检测单元111的两个检测端，信号输出脚为驱动单元112的输出端。该开关电源集成电路1需要使用的引脚数量和引脚位置可以根据实际情况来设定，不限于本实施例的情况。请参阅图4，也可以采用只有5个管脚的封装，由于管脚7和管脚8是连在一起的，因此，只要5个管脚就可以足够实现本实施例的功能了。

本实施例中，开关电源控制模块13为PWM（脉宽调制电路），PFM（脉频调制电路）或者PSM（脉数调制电路）。功率开关模块12的电压承受范围为200V-1000V。功率开关模块12为三极管或者MOS管。

请继续参阅图1和图4，本发明还提出一种开关电源，开关电源应用于供电***，其包括光耦合器IC1、半波整流电路2、第一电阻R1、变压器T以及如上所述的开关电源集成电路1，半波整流电路2包括二极管D1，光耦合器IC1包括两个输入端。第一电阻R1连接在二极管D1的阳极以及开关电源集成电路1的交流电检测脚之间，开关电源集成电路1的过零信号输出脚连接光耦合器IC1的一个输入端。开关电源集成电路1还包括电路供电脚，电路供电脚连接外部电源，光耦合器IC1的另一端连接外部电源。二极管D1的阳极连接交流电源，二极管D1的阴极连接变压器T的一端，功率开关模块12连接变压器T的另一端，吸收回路RDC与变压器T并联。

从图中可以看到，光耦合器IC1的供电也可以通过开关电源集成电路1的外部电源供电，无需额外的电源。受惠于我们的开关电源集成电路1的供电一般只有5-10V左右，因此有高达5mA的电流进行光耦驱动，从而降低光耦的灵敏度要求，使得光耦合器IC1能够更快被启动，降低了光耦合器IC1的启动时间。而最大的损耗功率仅5mW以下，比传统的方法降低10倍以上，节省了能源。

下面结合图1至图4来详细说明本发明的工作原理。

交流电的过零点信号经过第一电阻R1进入到控制开关电源集成电路1内部，经过零检测单元111的处理与分析后，产生过零检测信号。若过零检测单元111连接参考电源VERF，则检测流过第一电阻R1的电流大小是否在设置范围内，如果是则把该过零检测信号传送至该驱动单元112，否则不传送；若过零检测单元111接地，则检测到过零点，就把过零信号传送至驱动单元112。驱动单元112若接收到过零信号，就输出驱动信号，并对连接在外部的光耦合器IC1进行同步控制。过零点检测信号经过光耦合器IC1以隔离方式传递到次级后，即可实施相关的控制工作，能够准确测出具有半波整流电路的开关电源的过零点。

与现有技术相比，采用本发明的具有单端检测交流电过零功能的开关电源集成电路以及开关电源，通过把过零检测单元以及驱动单元集成在电路中，不需要额外的元器件，降低了生产成本，并且由于能够主动的分析交流电过零点，不需要额外的较大功率消耗即可实时输出交流信号到次级控制电路，使得整机待机功耗可以容易地控制在0.5W以下，甚至0.3W以下，符合现在的待机节能标准，同时，因为降低了光耦合器的灵敏度要求，提高了启动速度。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非限制本发明的保护范围。凡运用本发明说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种具有单端检测交流电过零功能的开关电源集成电路，所述开关电源集成电路包括功率开关模块以及开关电源控制模块，其特征在于，其还包括单端交流电过零检测模块，所述单端交流电过零检测模块包括：

过零检测单元，所述过零检测单元连接交流电源，所述过零检测单元检测到所述交流电源的过零点后产生过零检测信号，所述过零检测单元包括检测端和输出端，所述过零检测单元的检测端连接所述交流电源；以及

驱动单元，包括输入端和输出端，所述驱动单元的输入端连接所述过零检测单元的输出端，所述驱动单元接收所述过零检测信号，所述驱动单元的输出端输出过零驱动信号。

2.如权利要求1所述的开关电源集成电路，其特征在于，所述过零检测单元包括过零比较器，所述过零比较器的一端接地或接参考电压，所述过零比较器的另一端为所述过零检测单元的检测端，所述过零比较器的输出端为所述过零检测单元的输出端。

3.如权利要求1所述的开关电源集成电路，其特征在于，所述驱动单元包括三极管或场效应管，所述三极管的基极或场效应管的栅极为所述驱动单元的输入端，所述三极管的集电极或场效应管的漏极为所述驱动单元的输出端，所述三极管的发射极或场效应管的源极接地。

4.如权利要求1所述的开关电源集成电路，其特征在于，所述开关电源集成电路的封装包括交流电检测脚以及过零信号输出脚，所述过零信号的检测端为所述开关电源集成电路的交流电检测脚，所述驱动单元的输出端为所述开关电源集成电路的过零信号输出脚。

5.如权利要求4所述的开关电源集成电路，其特征在于，所述开关电源集成电路的封装形式为DIP8或者SOP8。

6.如权利要求1所述的开关电源集成电路，其特征在于，所述功率开关模块为三极管或者MOS管。

7.如权利要求6所述的开关电源集成电路，其特征在于，所述功率开关模块的耐压范围为200V-1000V。

8.一种开关电源，其特征在于，包括光耦合器、半波整流电路、第一电阻、变压器以及如权利要求1至7任意一项所述的具有单端检测交流电过零功能的开关电源集成电路，所述半波整流电路包括二极管，所述光耦合器包括两个输入端，所述开关电源集成电路还包括电路供电脚；

所述第一电阻连接在所述二极管的阳极以及所述开关电源集成电路的交流电检测脚之间，所述开关电源集成电路的过零信号输出脚连接所述光耦合器的一个输入端，所述电路供电脚连接外部电源，所述光耦合器的另一个输入端连接所述外部电源，所述二极管的阳极连接所述交流电源，所述二极管的阴极连接所述变压器的一端，所述功率开关模块连接所述变压器的另一端。

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