CN118137858A - 一种低待机功耗电源*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低待机功耗电源***，涉及开关电源技术领域，包括滤波模块、整流模块、snubber电路、变压器T1、电压输出模块、电压反馈模块、芯片供电电路和PWM控制器芯片IC1，PWM控制器芯片IC1集成pwm发生电路、欠压锁定UVLO电路、驱动电路、启动控制电路、功率开关电路和逻辑门AND1；功率开关电路包括开启电压Vth为负电压的常开高压耗尽型功率开关PM1，与常开高压耗尽型功率开关PM1串联的低压增强型功率开关PM2。本***在电源启动完成后，完全断开了启动电路，启动电路在正常工作后不消耗任何功耗，这对于电源***空载或者轻载待机功耗带来极大的提升，可以轻松满足最严苛的待机功耗和能效标准要求。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，具体而言，涉及一种低功耗的开关电源***。
背景技术
现有的AC-DC（交流转直流）flyback（反激）电源***如图1所示，其为电阻启动方式，AC交流电压经过EMI滤波器EMI filer E2后，通过全波整流桥B2和电容C10将交流电压整流成为直流电压Vbuck2，通过启动电阻Rst1和Rst2(通常为200V耐压电阻)对电容C13充电，电容C13电压开始上升，当电容C13电压上升到超过PWM控制芯片IC2的欠压锁定UVLO设定的电压（例如15V），则欠压锁定解除，PWM控制芯片IC2的驱动电路开始工作，可以接收pwm信号并驱动功率MOS M10开通和关闭来调节占空比，并最终实现输出电压Vo的稳定输出。现有的反激式电源***存在以下缺陷基于电阻启动电源***，启动过程完成后，启动电阻Rst1和Rst2还是在消耗电流，带来了功率消耗，使***成本较高。
发明内容
本发明在于提供一种低待机功耗电源***，其能够解决上述问题。
为了解决上述的问题，本发明采取的技术方案如下：
一种低待机功耗电源***，包括滤波模块、整流模块、snubber电路、变压器T1、电压输出模块、电压反馈模块、芯片供电电路和PWM控制器芯片IC1，PWM控制器芯片IC1集成pwm发生电路、欠压锁定UVLO电路和驱动电路，芯片供电电路和欠压锁定UVLO电路均电性连接于PWM控制器芯片IC1的VDD引脚，其特征在于，PWM控制器芯片IC1还集成有启动控制电路、功率开关电路和逻辑门AND1；功率开关电路包括开启电压Vth为负电压的常开高压耗尽型功率开关PM1，与常开高压耗尽型功率开关PM1串联的低压增强型功率开关PM2；利用逻辑门AND1对欠压锁定UVLO电路和pwm发生电路的输出信号进行计算，得到驱动电路的驱动控制输入信号，利用常开高压耗尽型功率开关PM1、启动控制电路和驱动电路实现PWM控制器芯片IC1的启动控制。
在本发明的一较佳实施方式中，芯片供电电路包括电容C3和二极管D3，电容C3的第一端电性连接欠压锁定UVLO电路、启动控制电路和二极管D3的负极，电容C3的第二端电性连接变压器T1的一组辅助绕组的一端并接地，二极管D3的正极连接变压器T1的该组辅助绕组的另一端。
在本发明的一较佳实施方式中，常开高压耗尽型功率开关PM1电性连接snubber电路和变压器T1的主绕组的低点位端，低压增强型功率开关PM2的栅极电性连接驱动电路的输出端，源极电性连接PWM控制器芯片IC1的CS引脚并通过电阻Rs接地，漏极电性连接启动控制电路。
在本发明的一较佳实施方式中，启动控制电路包括开关mosfet M3、M4、M5，电阻R4、R5、R6以及二极管D2；二极管D2的负极电性连接二极管D3的负极；开关mosfet M5的栅极电性连接欠压锁定UVLO电路的输出侧；开关mosfet M3的源极电性连接电阻R4的一端、电阻R6的一端和低压增强型功率开关PM2的漏极；二极管D2的正极通过电阻R5电性连接开关mosfet M3的漏极；开关mosfet M3的栅极电性连接电阻R4的另一端和开关mosfet M4的漏极；开关mosfet M4、M5的源极均接地；开关mosfet M4的栅极电性连接开关mosfet M5的漏极和电阻R6的另一端。
在本发明的一较佳实施方式中，启动控制电路包括二极管D4和电阻R7；二极管D4的负极电性连接二极管D3的负极；二极管D4的正极通过电阻R7电性连接低压增强型功率开关PM2的漏极。
在本发明的一较佳实施方式中，常开高压耗尽型功率开关PM1为高压耗尽型MOSFET或者高压耗尽型氮化镓功率管。
在本发明的一较佳实施方式中，低压增强型功率开关PM2为Si MOSFET。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1）相对于现有的常规反激式电源***电阻启动方式，节省了高压启动电阻Rst1和Rst2，极大的节省了***成本。
2）在电源启动完成后，完全断开了启动电路，启动电路在正常工作后不消耗任何功耗，这对于电源***空载或者轻载待机功耗带来极大的提升，可以轻松满足最严苛的待机功耗和能效标准要求；
3）PWM控制器芯片IC1的各模块的集成式设计，能简化开关电源电路，便于焊接。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是现有的反激式电源***电路图；
图2是本发明实施例1中的反激式电源***电路图；
图3是本发明实施例2中的反激式电源***电路图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
结合图2所示，本实施例提供一种低待机功耗电源***，包括滤波模块、整流模块、snubber电路、变压器T1、电压输出模块、电压反馈模块、芯片供电电路和PWM控制器芯片IC1，PWM控制器芯片IC1集成pwm发生电路、欠压锁定UVLO电路和驱动电路，芯片供电电路和欠压锁定UVLO电路均电性连接于PWM控制器芯片IC1的VDD引脚，其特征在于，PWM控制器芯片IC1还集成有启动控制电路、功率开关电路和逻辑门AND1；功率开关电路包括开启电压Vth为负电压的常开高压耗尽型功率开关PM1，与常开高压耗尽型功率开关PM1串联的低压增强型功率开关PM2；利用逻辑门AND1对欠压锁定UVLO电路和pwm发生电路的输出信号进行计算，得到驱动电路的驱动控制输入信号，利用常开高压耗尽型功率开关PM1、启动控制电路和驱动电路实现PWM控制器芯片IC1的启动控制。
其中，常开高压耗尽型功率开关PM1为高压耗尽型MOSFET或者高压耗尽型氮化镓功率管。低压增强型功率开关PM2为Si MOSFET。
芯片供电电路包括电容C3和二极管D3，电容C3的第一端电性连接欠压锁定UVLO电路、启动控制电路和二极管D3的负极，电容C3的第二端电性连接变压器T1的一组辅助绕组的一端并接地，二极管D3的正极连接变压器T1的该组辅助绕组的另一端。
滤波模块选用的EMI滤波器EMI filer；整流模块包括全波整流桥B1和高压电容C1；电压输出模块设置于变压器T1的副绕组侧，包括二极管D1、电容Cout，见图2所示，电压反馈模块包括电阻R0、R1、R2、R3，电容C2，光耦OPTO和误差放大器TL431。
常开高压耗尽型功率开关PM1电性连接snubber电路和变压器T1的主绕组的低点位端，低压增强型功率开关PM2的栅极电性连接驱动电路的输出端，源极电性连接PWM控制器芯片IC1的CS引脚并通过电阻Rs接地，漏极电性连接启动控制电路。
启动控制电路包括开关mosfet M3、M4、M5，电阻R4、R5、R6以及二极管D2；二极管D2的负极电性连接二极管D3的负极；开关mosfet M5的栅极电性连接欠压锁定UVLO电路的输出侧；开关mosfet M3的源极电性连接电阻R4的一端、电阻R6的一端和低压增强型功率开关PM2的漏极；二极管D2的正极通过电阻R5电性连接开关mosfet M3的漏极；开关mosfet M3的栅极电性连接电阻R4的另一端和开关mosfet M4的漏极；开关mosfet M4、M5的源极均接地；开关mosfet M4的栅极电性连接开关mosfet M5的漏极和电阻R6的另一端。
交流电AC 90V~264V输入经过EMI滤波器EMI filer E1后，通过全波整流桥B1和高压电容C1将交流电压整流成为直流电压Vbuck，然后通过PWM控制器芯片IC1 的DRAIN引脚的开通和关闭，对变压器T1进行储存能量和释放能量，变压器T1副边Vsec端经过二极管D1将能量释放到输出电容Cout上并同时完成整流为直流电压Vout，同时变压器T1辅助绕组Vaux经过二极管D3释放一部分能量到电容C3实现对PWM控制芯片IC1的供电；电阻R0、R1分压采样输出电压Vout，并送入到误差放大器TL431，TL431上连接的电阻R2和电容C2是用于环路稳定性的补偿RC，R0/R1分压电压和TL431基准电压的误差放大电压信号通过光耦OPTO传到原边PWM（脉冲宽度调制器）PWM控制芯片IC1的FB引脚，电阻R3用于限制流过光耦OPTO的最大电流；PWM控制芯片IC1根据光耦OPTO传递过来的FB电压大小来调节功率开关PM2的占空比D（开通时间ton和开关周期Ts的比值），并通过PWM控制芯片IC1的DRAIN引脚对变压器T1的原边绕组Pri.端开通和关闭来实现储存能量和释放能量，从而实现Vout电压值的精准控制；电阻Rs用于检测流过变压器T1的电流，可以实现对变压器T1进行过流保护。
当AC电压刚上电时，图2中C3电容电压为0，PWM控制芯片IC1和C3电容相连的VDD引脚电压处于欠压锁定，此时PWM控制芯片IC1不消耗电流，欠压锁定UVLO电路输出信号pg为“0”，逻辑门AND1输出为“0”，驱动电路drv输出信号为“0”，低压增强型功率开关PM2处于关闭状态；
AC交流电压经过EMI滤波器和B1全波整流的直流高压电压Vbuck（例如AC 220V，则Vbuck电压为）电压通过变压器T1，到达PWM控制芯片IC1 的DRAIN引脚和功率开关PM1，而高压耗尽型PM1功率开关因为是常开型功率开关，处于导通状态，节点电压Vsd处于PM1的开启电压Vth（例如20V），Vsd节点电压通过启动控制电路中的电阻R6将开关M4开通，M4开通后将开关PMOS M3的gate电压拉低，从而 M3处于开通状态，Vsd节点电压经过M3、电阻R5、二极管D2对VDD pin连接的电容C3充电，电容C3电压开始持续上升，当电容C3上电压达到欠压锁定UVLO设定的启动开启电压（例如15V）后，欠压锁定UVLO输出pg信号置“1“，pg为“1”后开通启动控制电路中的M5，从而关闭M4，M4关闭后，电阻R4将M3的gate端电压上拉从而关闭M3，完成整个启动过程。
实施例2
结合图3所示，本实施例提供一种低待机功耗电源***，与实施例1不同的是启动控制电路的结构，本实施例的启动控制电路括二极管D4和电阻R7；二极管D4的负极电性连接二极管D3的负极；二极管D4的正极通过电阻R7电性连接低压增强型功率开关PM2的漏极。
PWM控制芯片IC1开始正常工作后，pwm发生电路根据PWM控制芯片IC1的FB引脚电压大小来调节功率开关的占空比D，当FB电压越高，则占空比D越大，经过功率开关和变压器T1输出到Vout的能量越多；反之，FB电压越低，则占空比D越小，经过功率开关和变压器T1输出到Vout的能量越少。当输出电压Vout比设定电压低，反馈到PWM控制芯片IC1的FB引脚的电压升高，pwm发生电路输出占空比D增大，经过功率开关和变压器T1输出到Vout的能量增多，从而升高输出电压Vout；反之，当输出电压Vout比设定电压高，反馈到FB引脚的电压降低，则占空比D减小，经过功率开关和变压器T1输出到Vout的能量减少，从而降低输出电压；通过整个环路调节，可以实现将输出电压稳定在设定值；电阻R2和电容C2用于环路稳定性补偿。
本发明实施例1、2所述的低待机功耗电源***，相对于图1所示反激式电源***，节省了高压启动电阻Rst1和Rst2，极大的节省了***成本，图1中启动过程完成，启动电阻Rst1和Rst2还是在消耗电流，带来了功率消耗，而图2、3所示的电源***，在启动完成后，则完全断开了启动电路，启动电路在正常工作后不消耗任何功耗，这对于电源***空载或者轻载待机功耗带来极大的提升，可以轻松满足最严苛的待机功耗和能效标准要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种低待机功耗电源***，包括滤波模块、整流模块、snubber电路、变压器T1、电压输出模块、电压反馈模块、芯片供电电路和PWM控制器芯片IC1，PWM控制器芯片IC1集成pwm发生电路、欠压锁定UVLO电路和驱动电路，芯片供电电路和欠压锁定UVLO电路均电性连接于PWM控制器芯片IC1的VDD引脚，其特征在于，PWM控制器芯片IC1还集成有启动控制电路、功率开关电路和逻辑门AND1；功率开关电路包括开启电压Vth为负电压的常开高压耗尽型功率开关PM1，与常开高压耗尽型功率开关PM1串联的低压增强型功率开关PM2；利用逻辑门AND1对欠压锁定UVLO电路和pwm发生电路的输出信号进行计算，得到驱动电路的驱动控制输入信号，利用常开高压耗尽型功率开关PM1、启动控制电路和驱动电路实现PWM控制器芯片IC1的启动控制。
2.根据权利要求1所述的低待机功耗电源***，其特征在于，芯片供电电路包括电容C3和二极管D3，电容C3的第一端电性连接欠压锁定UVLO电路、启动控制电路和二极管D3的负极，电容C3的第二端电性连接变压器T1的一组辅助绕组的一端并接地，二极管D3的正极连接变压器T1的该组辅助绕组的另一端。
3.根据权利要求2所述的低待机功耗电源***，其特征在于，常开高压耗尽型功率开关PM1电性连接snubber电路和变压器T1的主绕组的低点位端，低压增强型功率开关PM2的栅极电性连接驱动电路的输出端，源极电性连接PWM控制器芯片IC1的CS引脚并通过电阻Rs接地，漏极电性连接启动控制电路。
4.根据权利要求3所述的低待机功耗电源***，其特征在于，启动控制电路包括开关mosfet M3、M4、M5，电阻R4、R5、R6以及二极管D2；二极管D2的负极电性连接二极管D3的负极；开关mosfet M5的栅极电性连接欠压锁定UVLO电路的输出侧；开关mosfet M3的源极电性连接电阻R4的一端、电阻R6的一端和低压增强型功率开关PM2的漏极；二极管D2的正极通过电阻R5电性连接开关mosfet M3的漏极；开关mosfet M3的栅极电性连接电阻R4的另一端和开关mosfet M4的漏极；开关mosfet M4、M5的源极均接地；开关mosfet M4的栅极电性连接开关mosfet M5的漏极和电阻R6的另一端。
5.根据权利要求3所述的低待机功耗电源***，其特征在于，启动控制电路包括二极管D4和电阻R7；二极管D4的负极电性连接二极管D3的负极；二极管D4的正极通过电阻R7电性连接低压增强型功率开关PM2的漏极。
6.根据权利要求1所述的低待机功耗电源***，其特征在于，常开高压耗尽型功率开关PM1为高压耗尽型MOSFET或者高压耗尽型氮化镓功率管。
7.根据权利要求1所述的低待机功耗电源***，其特征在于，低压增强型功率开关PM2为Si MOSFET。
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