CN117997112A - 供电电路及应用其的开关电源 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种供电电路，其用于给后端的低压电路供电，供电电路包括电压采样电路、限流电路、控制电路、储能电容和稳压器，电压采样电路采样经整流后的输入电压，限流电路根据输入电压的变化调节流向储能电容的电流，控制电路根据输入电压的大小开启或关闭限流电路，供电电路通过稳压器连接至后端的低压电路，以降低输入至后端的低压电路的电压；控制电路在输入电压小于等于设定阈值时开启限流电路，输入电压对后端的低压电路供电，同时对储能电容充电，控制电路在输入电压大于设定阈值时关闭限流电路，储能电容对后端的低压电路供电。通过上述设置，简化供电电路的电路结构，以降低开关电源的尺寸，同时提升该电路的电源效率。

Description

供电电路及应用其的开关电源

技术领域

本申请涉及电源管理技术领域，尤其是指供电电路及应用其的开关电源。

背景技术

随着智能家居的普及，强电设备对辅助供电电路的成本及尺寸要求越来越高。现有的强电设备中的控制电路供电常见供电方式有以下几种：前级开关电源，后级LDO(低压差线性稳压器)降压至供电电压，开关电源直接降压至供电电压，电阻限流二极管稳压供电，通过谷底取电芯片以实现供电等。上述供电方式无法在满足控制电路尺寸小、成本低的同时，保证其具有较高的电源效率。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种结构简单，且具有较高电源效率的供电电路及应用其的开关电源。

为实现上述目的，本申请采用如下的技术方案：

一方面，本申请提供了一种供电电路，其用于给后端的低压电路供电，供电电路包括电压采样电路、限流电路、控制电路、储能电容和稳压器，电压采样电路采样经整流后的输入电压，限流电路串联在电压采样电路和储能电容之间，并根据输入电压的变化调节流向储能电容的电流，控制电路的输入端连接至电压采样电路，控制电路的输出端连接至限流电路，并根据输入电压的大小开启或关闭限流电路，稳压器连接至储能电容，供电电路通过稳压器连接至后端的低压电路，以降低输入至后端的低压电路的电压；控制电路在输入电压小于等于设定阈值时开启限流电路，输入电压对后端的低压电路供电，同时对储能电容充电，控制电路在输入电压大于设定阈值时关闭限流电路，储能电容对后端的低压电路供电。

进一步地，限流电路至少包括开关元件和运算放大器，开关元件串联在输入电压和储能电容之间，运算放大器的第一输入端接收表征流经开关元件的电流，运算放大器的第二输入端连接至电压采样电路，运算放大器的输出端连接至开关元件的控制端；运算放大器根据输入电压调节流经开关元件的电流，以使输入电压的相位和流经开关元件的电流的相位保持一致。

进一步地，开关元件为PMOS管。

进一步地，控制电路包括比较器和基准电压源，比较器的第一输入端连接至电压采样电路，比较器的第二输入端连接至基准电压源，比较器的输出端连接至开关元件的控制端；比较器在输入电压大于基准电压源的电压时控制开关元件断开。

进一步地，电压采样电路包括至少一个调节电阻，运算放大器的第二输入端和比较器的第一输入端分别连接至相邻两个调节电路的公共节点。

进一步地，调节电阻包括串联的第一电阻、第二电阻和第三电阻，运算放大器的第二输入端连接至第一电阻和第二电阻的公共节点，比较器的第一输入端连接至第二电阻和第三电阻的公共节点；通过调节第一电阻、第二电阻和/或第三电阻的阻值，或者调节基准电压源的电压，以调整开关元件的导通区间。

进一步地，限流电路还包括分压电阻，分压电阻串联在输入电压和运算放大器的第一输入端之间；通过调节第一电阻、第二电阻、第三电阻和/或分压电阻的阻值，以调整输入电压与流经开关元件的电流的比值。

进一步地，供电电路连接至高压供电模块，通过高压供电模块对负载供电，供电电路与高压供电模块集成于同一封装内，且供电电路和高压供电模块共用封装的输入节点以获取输入电压。

进一步地，封装通过其供电节点连接外置的储能电容，以使储能电容在输入电压小于等于设定阈值时进行充电。

另一方面，本申请还提供了一种开关电源，其包括上述第一方面中的供电电路。

与现有技术相比，本发明通过稳压器、储能电容、电压采样电路、限流电路和控制电路所构成的供电电路，在输入电压低于设定阈值时控制限流电路导通，输入电压通过稳压器对后端电路供电，同时储能电容开始充电，以实现谷底取电，简化了该供电电路的电路构造，从而降低该电路的设计成本，并且该电路的布板面积更小，同时具有较高的电源效率。

附图说明

图1为本申请实施方式中供电电路的示意图。

图2为本申请实施方式中供电电路的电路拓朴图。

图3为本申请实施方式中输入电压的时序图。

图4为本申请实施方式中开关电源的示意图。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请具体实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。“第一”、“第二”、“第三”、“第四”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”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

如图1所示，本申请提供了一种供电电路100，其用于给后端的低压电路200供电。供电电路100一般应用于智能家居的强电设备中，作为该强电设备的辅助供电电路。由于该强电设备通过市电供电，市电经AC-DC整流电路整流后为脉动直流电(即后文中所记载的输入电压Vin)，输入电压Vin呈周期性变化。

该供电电路100至少包括电压采样电路11、限流电路12、控制电路13、储能电容14和稳压器15。电压采样电路11采样经整流后的输入电压Vin，限流电路12串联在电压采样电路11和储能电容14之间，并根据输入电压Vin的变化调节流向储能电容14的电流。控制电路13的输入端连接至电压采样电路11，控制电路13的输出端连接至限流电路12，控制电路13根据输入电压Vin的大小开启或关闭限流电路12。稳压器15连接至储能电容14，供电电路100通过稳压器15连接至后端的低压电路200，以降低输入至后端的低压电路的电压，并通过稳压器15以降低输入至后端的低压电压的电压纹波。

需要说明的是，稳压器15为常见的低压差线性稳压器15(LDO，Low DropoutRegulator)，通过控制管内功耗来实现电压稳定输出，本申请中不进行过多解释。

作为一种实现方式，控制电路13在输入电压Vin小于等于设定阈值时开启限流电路12，此时输入电压Vin对后端的低压电路200供电，同时储能电容14进行充电。

进一步地，控制电路13在输入电压Vin大于设定阈值时关闭限流电路12，此时接收输入电压Vin的电压输入节点与后端的低压电路200之间的电流路径截止，通过储能电容14对后端的低压电路200供电。

在本申请的实施方式中，限流电路12能够根据输入电压Vin的变化调节流向储能电容14的电流，以使输入电压Vin的相位和流向储能电容14的电流的相位保持基本一致，从而提升该供电电路100，以及应用该供电电路100的电路***的PF值。

通过上述设置，通过上述电压采样电路11、限流电路12、控制电路13、储能电容14和稳压器15所构成的电路结构较为简单，以便于电路集成，减小电路的布板面积，进而降低该供电电路100以及应用该供电电路100的电路***的生产成本。此外，上述方案还具有较高的电源效率。

示例性的，输入电压Vin呈周期变化，因此，输入电压Vin在第一时间内小于等于设定电压，以使输入电压Vin对后端的低压电路200供电，同时储能电容14进行充电。输入电压Vin在第二时间内大于设定电压，控制电路13控制限流电路12断开，通过储能电容14对后端的低压电路200供电。第一时间和第二时间之和为输入电压Vin的变化周期，因此通过上述设置以使储能电容14等间隔地循环进行充放电，以避免输入电压Vin上升至峰值时对后端的低压电路200造成损坏。

如图2所示，作为一种实现方式，限流电路12至少包括开关元件Q1和运算放大器U1，开关元件Q1串联在电压输入节点和储能电容14之间，运算放大器U1的第一输入端连接至开关元件Q1的第一端，并接收表征流经开关元件Q1的电流，运算放大器U1的第二输入端连接至电压采样电路11，运算放大器U1的输出端连接至开关元件Q1的控制端。

具体地，运算放大器U1根据输入电压Vin调节流经开关元件Q1的电流，以使输入电压Vin的相位和流经开关元件Q1的电流的相位保持一致，从而提升供电电路100以及应用该供电电路100的电路***的PF值，进而提升电源效率。

示例性的，开关元件Q1为PMOS管，PMOS管的栅极连接至运算放大器U1的输出端，PMOS管的源极接收输入电压Vin，PMOS管的漏极连接至储能电容14。通过运算放大器U1的第一输入端接收表征流经PMOS管的电流，以使PMOS管工作在放大区，从而调节流经PMOS管的电流的相位，以此提升供电电路100的PF值。

在一些示例中，限流电路12还包括分压电阻R0，分压电阻R0串联在电压输入节点和运算放大器U1的第一输入端之间。通过调节分压电阻R0的阻值，以调整输入电压Vin与流经开关元件Q1的电流的比值，从而调整该供电电路100以及应用该供电电路100的电路***的PF值，进而提升电源效率。

如图2所示，作为一种实现方式，控制电路13包括比较器U2和基准电压源U3，比较器U2的第一输入端连接至电压采样电路11，比较器U2的第二输入端连接至基准电压源U3，比较器U2的输出端连接至开关元件Q1的控制端。

具体地，基准电压源U3用于提供恒定的电压，比较器U2在输入电压Vin大于基准电压源U3的电压时输出控制信号，开关元件Q1的控制端接收该控制信号，并响应于该控制信号断开。从而避免输入电压Vin达到峰值时损坏后端的低压电路200。

上述方案中通过比较器U2、基准电压源U3和开关元件Q1组成基本功能单元，以实现在输入电压Vin达到峰值时以使供电电路100与后端的低压电路200断开，并在输入电压Vin在谷值时通过供电电路100对后端的低压电路200供电。采用谷底取电的方式，保证后端的低压电路200的使用寿命，且应用其供电电路100的电路***具有较低的电压纹波和较高的PF值。

作为一种实现方式，电压采样电路11包括至少一个调节电阻，运算放大器U1的第二输入端和比较器U2的第一输入端分别连接至相邻的两个调节电阻的公共节点。

通过改变调节电阻以调整开关元件Q1的导通区间，或者通过改变调节电阻以调整输入电压Vin与流经开关元件Q1的电流的比值。

如图2所示，在本申请实施方式中，调节电阻包括第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3串联在输入电压Vin和零电位参考点GND之间。

具体地，运算放大器U1的第一输入端连接至分压电阻R0和开关元件Q1的第一端的公共节点，运算放大器U1的第二输入端连接至第一电阻R1和第二电阻R2的公共节点。

通过调节第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和/或分压电阻R0的阻值，以调整输入电压Vin与流经开关元件Q1的电流的比值。从而提升供电电路100及应用其供电电路100的电路***的PF值和电源效率。

进一步地，比较器U2的第一输入端连接至第二电阻R2和第三电阻R3的公共节点，比较器U2的第二输入端连接至基准电压源U3，基准电压源U3串联在比较器U2的第二输入端和零电位参考点GND之间。

通过调节第一电阻R1、第二电阻R2和/或第三电阻R3的阻值，或者调节基准电压源U3的电压，以调整开关元件Q1的导通区间。

需要说明的是，根据后端的低压电路200的尺寸和功率参数不同，其具有不同的额定工作阈值，通过调整开关元件Q1的导通区间以适配不同的后端的低压电路200。

本申请还提供了如图3所示的电压-电流波形图，其中，示出了经整流后的输入电压Vin、主功率电流和谷底取电电流。主功率电流为流经负载的电流，其中，负载400可以是摄像头、灯具、中控面板、显示器等。谷底取电电流为输入电压Vin小于设定阈值时，或输入电压Vin处于第一时间时流经开关元件Q1的电流。

如图4所示，作为一种实现方式，供电电路100连接至高压供电模块300，高压供电模块300用于对负载400供电，供电电路100与高压供电模块300集成在同一封装内，且供电电路100和高压供电模块300共用该封装的输入节点，以获取输入电压Vin。

可以理解的，由于本申请所提供的供电电路100的结构较为简单，因此供电电路100和高压供电模块300之间具有共用封装的可能，以此减小供电电路100及应用其的电路***占用更小的布板面积，从而降低生产成本。

在本申请实施方式中，上述封装通过其供电节点连接外置的储能电容14，通过该供电节点在输入电压Vin小于等于设定阈值时对储能电容14进行充电。

上述设置便于对储能电容14更换，以使该供电电路100的可维修性较佳。

在本申请实施方式中，比较器U2通过第二电阻R2和第三电阻R3的公共节点接收表征输入电压Vin的电压信号，在电压信号的电压小于等于基准电压源U3的电压时控制开关元件Q1闭合，以此通过输入电压Vin对储能电容14充电，同时输入电压Vin提供驱动后端的低压电路200的电压。运算放大器U1接收表征流经开关元件Q1的电流，并调节该电流以使流经开关电源的电流的相位和输入电压Vin的相位保持基本一致。在电压信号的电压大于基准电压源U3的电压时比较器U2控制开关元件Q1断开，此时通过储能电容14提供驱动后端的低压电压的电压。

上述方案通过谷底取电的方式，以维持后端的低压电路200工作所需的电压，并且保证应用该供电电路100的电路***具有较高的PF值和电源效率。

可以理解的，上述方案中电路结构较为简单，且能够与其他电路集成，以此降低成本以及电路布板面积。

如图4所示，本申请还提供了一种开关电源10，其包括前述的供电电路100、后端的低压电路200和高压供电模块300，该开关电源10通过高压供电模块300为负载400供电。供电电路100与后端的低压电路200连接，提供驱动后端的低压电路200的电压，后端的低压电路200通过高压供电模块300控制负载400。

应当理解的是，对于本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本申请所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种供电电路，用于给后端的低压电路供电，其特征在于，包括：

电压采样电路、限流电路、控制电路、储能电容和稳压器，所述电压采样电路采样经整流后的输入电压，所述限流电路串联在所述电压采样电路和所述储能电容之间，并根据所述输入电压的变化调节流向所述储能电容的电流，所述控制电路的输入端连接至所述电压采样电路，所述控制电路的输出端连接至所述限流电路，并根据所述输入电压的大小开启或关闭所述限流电路，所述稳压器连接至所述储能电容，所述供电电路通过所述稳压器连接至后端的低压电路，以降低输入至所述后端的低压电路的电压；

所述控制电路在所述输入电压小于等于设定阈值时开启所述限流电路，所述输入电压对所述后端的低压电路供电，同时对所述储能电容充电，所述控制电路在所述输入电压大于所述设定阈值时关闭所述限流电路，所述储能电容对所述后端的低压电路供电。

2.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，

所述限流电路至少包括开关元件和运算放大器，所述开关元件串联在所述输入电压和所述储能电容之间，所述运算放大器的第一输入端接收表征流经所述开关元件的电流，所述运算放大器的第二输入端连接至所述电压采样电路，所述运算放大器的输出端连接至所述开关元件的控制端；

所述运算放大器根据所述输入电压调节流经所述开关元件的电流，以使所述输入电压的相位和流经所述开关元件的电流的相位保持一致。

3.根据权利要求2所述的供电电路，其特征在于，

所述开关元件为PMOS管。

4.根据权利要求2所述的供电电路，其特征在于，

所述控制电路包括比较器和基准电压源，所述比较器的第一输入端连接至所述电压采样电路，所述比较器的第二输入端连接至所述基准电压源，所述比较器的输出端连接至所述开关元件的控制端；

所述比较器在所述输入电压大于所述基准电压源的电压时控制所述开关元件断开。

5.根据权利要求4所述的供电电路，其特征在于，

所述电压采样电路包括至少一个调节电阻，所述运算放大器的第二输入端和所述比较器的第一输入端分别连接至相邻两个所述调节电路的公共节点。

6.根据权利要求5所述的供电电路，其特征在于，

所述调节电阻包括串联的第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述运算放大器的第二输入端连接至所述第一电阻和所述第二电阻的公共节点，所述比较器的第一输入端连接至所述第二电阻和第三电阻的公共节点；

通过调节所述第一电阻、所述第二电阻和/或所述第三电阻的阻值，或者调节所述基准电压源的电压，以调整所述开关元件的导通区间。

7.根据权利要求6所述的供电电路，其特征在于，

所述限流电路还包括分压电阻，所述分压电阻串联在所述输入电压和所述运算放大器的第一输入端之间；

通过调节所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻和/或所述分压电阻的阻值，以调整所述输入电压与流经所述开关元件的电流的比值。

8.根据权利要求1所述的供电电路，其特征在于，

所述供电电路连接至高压供电模块，通过所述高压供电模块对负载供电，所述供电电路与所述高压供电模块集成于同一封装内，且所述供电电路和所述高压供电模块共用所述封装的输入节点以获取所述输入电压。

9.根据权利要求8所述的供电电路，其特征在于，

所述封装通过其供电节点连接外置的所述储能电容，以使所述储能电容在所述输入电压小于等于所述设定阈值时进行充电。

10.一种开关电源，其特征在于，包括：

如权利要求1至9所述的任意一种供电电路。