CN207625462U - 一种开关电源电路及开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开关电源电路及开关电源，该开关电源电路包括：电源芯片和微控制单元芯片；电源芯片的交流输入端输入交流电压，直流输出端输出直流电压；微控制单元芯片的采样信号输入端与电源芯片的直流输出端电连接，采样信号输入端用于接收电源芯片输出的直流电压的纹波信号，微控制单元芯片用于根据纹波信号生成脉宽调制信号，脉宽调制输出端与电源芯片的外部时钟输入端电连接，用于输出脉宽调制信号；电源芯片用于根据从外部时钟信号输入端接收到的脉宽调制信号调节输出的直流电压的大小，解决了现有的抑制电压纹波的电路结构复杂以及体积较大的问题，实现了减小开关电源输出电压的纹波以及减小开关电源的体积的效果。

Description

一种开关电源电路及开关电源

技术领域

本实用新型实施例涉及电子技术领域，尤其涉及一种开关电源电路及开关电源。

背景技术

开关电源具有体积小、重量轻和效率高的优点，在电子设备中得到了广泛的应用。然而，开关电源的输出电压纹波较大，包括低频纹波、高频纹波、共模噪声、开关器件产生的噪声和调节控制环路引起的纹波噪声等。现有技术中，抑制开关电源输出电压纹波的方法主要有加大滤波电容中电容容量、采用LC滤波电路和采用多级滤波电路，这些方法虽然在一定程度上减小了开关电源输出电压的纹波，但是存在增大开关电源电路设计的复杂程度，从而增大开关电源的体积以及不利于开关电源的小型化的问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种开关电源电路及开关电源，以实现减小开关电源输出电压的纹波以及减小开关电源的体积的效果。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种开关电源电路，包括：

电源芯片，包括交流输入端、直流输出端和外部时钟输入端，所述交流输入端输入交流电压，所述直流输出端输出直流电压；

微控制单元芯片，包括采样信号输入端和脉宽调制输出端，所述采样信号输入端与所述电源芯片的直流输出端电连接，所述采样信号输入端用于接收电源芯片输出的直流电压的纹波信号，所述微控制单元芯片用于根据所述纹波信号生成脉宽调制信号，所述脉宽调制输出端与所述电源芯片的外部时钟输入端电连接，用于输出脉宽调制信号；

所述电源芯片用于根据从外部时钟信号输入端接收到的脉宽调制信号调节输出的直流电压的大小。

可选地，所述电源芯片还包括：

频率控制端，用于接收频率控制信号。

可选地，所述电源芯片还包括：

本振频率电阻；

所述本振频率电阻的第一端与所述频率控制端电连接，所述本振频率电阻的第二端接地。

可选地，所述微控制单元芯片包括：

第一比较电路，用于根据所述纹波信号与第一预设值进行比较；

第一脉宽调制信号生成电路，与所述第一比较电路电连接，用于在所述纹波信号大于第一预设值时，生成第一脉宽调制信号。

可选地，所述微控制单元芯片还包括：

第二比较电路，用于根据所述纹波信号与第二预设值进行比较；

第二脉宽调制信号生成电路，与所述第二比较电路电连接，用于在所述纹波信号大于第二预设值时，生成第二脉宽调制信号，所述第二脉宽调制信号的占空比与所述第一脉宽调制信号的占空比不同。

可选地，所述微控制单元芯片还包括：

存储模块，与所述第一比较电路和所述第二比较电路电连接，用于存储所述第一预设值和所述第二预设值，以及向所述第一比较电路输出所述第一预设值，向所述第二比较电路输出所述第二预设值。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种开关电源，包括：本实用新型实施例任一所述的开关电源电路。

本实用新型通过设置电源芯片包括交流输入端、直流输出端和外部时钟输入端，交流输入端输入交流电压，直流输出端输出直流电压；微控制单元芯片包括采样信号输入端和脉宽调制输出端，采样信号输入端与电源芯片的直流输出端电连接，采样信号输入端用于接收电源芯片输出的直流电压的纹波信号，微控制单元芯片用于根据纹波信号生成脉宽调制信号，脉宽调制输出端与电源芯片的外部时钟输入端电连接，用于输出脉宽调制信号；电源芯片用于根据从外部时钟信号输入端接收到的脉宽调制信号调节输出的直流电压的大小，解决了现有的抑制电压纹波的电路结构复杂以及体积较大的问题，实现了减小开关电源输出电压的纹波以及减小开关电源的体积的效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的一种开关电源电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二提供的一种开关电源电路的结构示意图；

图3为本实用新型实施例二提供的一种开关电源电路运行的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的一种开关电源电路的结构示意图。参见图1，该开关电源电路的具体包括：

电源芯片10，包括交流输入端IN、直流输出端OUT和外部时钟输入端SYNC，交流输入端IN输入交流电压，直流输出端OUT输出直流电压。

微控制单元芯片20，包括采样信号输入端ADC和脉宽调制输出端PWN，采样信号输入端ADC与电源芯片10的直流输出端OUT电连接，采样信号输入端ADC用于接收电源芯片10输出的直流电压的纹波信号，微控制单元芯片20用于根据纹波信号生成脉宽调制信号，脉宽调制输出端PWN与电源芯片10的外部时钟输入端SYNC电连接，用于输出脉宽调制信号。

电源芯片10用于根据从外部时钟信号输入端接收到的脉宽调制信号调节输出的直流电压的大小。

该开关电源电路的工作过程为，电源芯片10将交流输入端IN输入的交流电压整流为直流电压，通过直流输出端OUT输出。微控制单元芯片20对直流输出端OUT输出的直流电压进行采样。可选地，为了避免因外部瞬间的干扰带来的采样误差，提高采样和控制的精度，可以对该直流电压进行多次采样。将多次采样得到的直流电压的峰峰值为直流电压的纹波信号(例如，进行10次采样得到峰峰值)。微控制单元芯片20根据该直流电压的纹波信号的大小生成对应占空比的脉宽调制信号。可选地，该脉宽调制信号的频率是固定的，通过调整占空比来对电源芯片10输出的直流电压进行控制。该脉宽调制信号经脉宽调制输出端PWN输出至电源芯片10的外部时钟输入端SYNC，电源芯片10根据该脉宽调制信号调节输出的直流电压的大小，使该直流电压的纹波减小。

与现有技术中，加大滤波电容中电容容量、采用LC滤波电路和采用多级滤波电路等抑制开关电源输出电压纹波的方法相比，本实施例提供的开关电源电路设置一电源芯片10和一微控制单元芯片20，电路的结构简单，所占用的体积较小，有利于实现开关电源的小型化。另外，微控制单元芯片20通过对输出的直流电压进行实时采样，可以实现对该电源芯片10进行实时调节，使输出直流电压保持平稳。

本实用新型通过设置电源芯片10包括交流输入端IN、直流输出端OUT和外部时钟输入端SYNC，交流输入端IN输入交流电压，直流输出端OUT输出直流电压，微控制单元芯片20包括采样信号输入端ADC和脉宽调制输出端PWN，采样信号输入端ADC与电源芯片10的直流输出端OUT电连接，采样信号输入端ADC用于接收电源芯片10输出的直流电压的纹波信号，微控制单元芯片20用于根据纹波信号生成脉宽调制信号，脉宽调制输出端PWN与电源芯片10的外部时钟输入端SYNC电连接，用于输出脉宽调制信号，电源芯片10用于根据从外部时钟信号输入端接收到的脉宽调制信号调节输出的直流电压的大小，解决了现有的抑制电压纹波的电路结构复杂以及体积较大的问题，实现了减小开关电源输出电压的纹波以及减小开关电源的体积的效果。

继续参见图1，可选地，该电源芯片10还可以包括：频率控制端RT，用于接收频率控制信号。

该电源芯片10还可以包括：本振频率电阻R1。本振频率电阻R1的第一端与频率控制端RT电连接，本振频率电阻R1的第二端接地。本振频率电阻R1和频率控制端RT电连接用于提供电源芯片10需要的本振频率，这样设置可以使电源芯片10在初始工作时更加稳定。

实施例二

图2为本实用新型实施例二提供的一种开关电源电路的结构示意图。参见图2，在上述技术方案的基础上，该微控制单元芯片20可以包括：

第一比较电路21，用于根据纹波信号与第一预设值进行比较。

第一脉宽调制信号生成电路22，与第一比较电路21电连接，用于在纹波信号大于第一预设值时，生成第一脉宽调制信号。

该微控制单元芯片20的工作过程为，若采样得到的直流电压的纹波信号大于第一预设值，表明该开关电源电路的***滤波电路可能发生了故障、本振频率电阻发生了变化或者电路发热导致电路元件发生变化，需要通过脉宽调制进行控制，那么第一脉宽调制信号生成电路22生成频率固定且占空比可调的脉宽调制信号，并向电源芯片10输出。若采样得到的直流电压的纹波信号小于或等于第一预设值，则微控制单元芯片20向电源芯片输出高电平，保持原直流电压的大小。这样设置可以在***滤波电路发生故障或者本振频率发生变化时，及时对电源芯片20进行控制，确保直流电压的平稳输出。

继续参见图2，微控制单元芯片20还可以包括：

第二比较电路23，用于根据纹波信号与第二预设值进行比较。

第二脉宽调制信号生成电路24，与第二比较电路23电连接，用于在纹波信号大于第二预设值时，生成第二脉宽调制信号，第二脉宽调制信号的占空比与第一脉宽调制信号的占空比不同。

该微控制单元芯片20的工作过程为，若采样得到的直流电压的纹波信号大于第二预设值，那么，第二脉宽调制信号生成电路24对脉宽调制信号的占空比进行调整并输出。可选地，可以增大脉宽调制信号的占空比。微控制单元芯片20向电源芯片输出频率固定且占空比增大的脉宽调制信号。若采样得到的直流电压的纹波信号小于或者等于第二预设值，保持原脉宽调制信号的占空比。这样设置可以实时对电源芯片10输出的直流电压进行控制，确保直流电压的平稳输出。

可选地，第一比较电路21可以复用为第一比较电路23，与此同时，第一脉宽调制信号生成电路22可以复用为第二脉宽调制信号生成电路24，这样设置可以节约硬件资源，减小制作芯片的成本以及有利于芯片体积的小型化。

继续参见图2，该微控制单元芯片20还可以包括：存储模块25，与第一比较电路21和第二比较电路23电连接，用于存储第一预设值和第二预设值，以及向第一比较电路21输出第一预设值，向第二比较电路23输出第二预设值。

图3为本实用新型实施例二提供的一种开关电源电路运行的流程示意图。参见图3，在上述各技术方案的基础上，该微控制单元芯片20的工作过程包括：

步骤S110、接收电源芯片输出的直流电压的纹波信号。

步骤S120、判断采样得到的直流电压的纹波信号是否大于第一预设值。

步骤S121、若采样得到的直流电压的纹波信号小于或者等于第一预设值，脉宽调制输出端输出高电平。

步骤S122、若采样得到的直流电压的纹波信号大于第一预设值，脉宽调制输出端输出第一脉宽调制信号。

在该开关电源电路输出电压直流电压的纹波信号大于第一预设值后，可选地，在后续的控制过程中，微控制单元芯片20会一直对电源芯片10进行脉宽调制，进行如下步骤：

步骤S130、接收电源芯片输出的直流电压的纹波信号。

步骤S140、判断采样得到的直流电压的纹波信号是否大于第二预设值。

步骤S141、若采样得到的直流电压的纹波信号小于或者等于第二预设值，保持脉宽调制输出端输出的脉宽调制信号。

步骤S142、若采样得到的直流电压的纹波信号大于第二预设值，脉宽调制输出端输出第二脉宽调制信号。

实施例三

本实用新型实施例还提供了一种开关电源，包括：本实用新型任意一种实施例提供的开关电源电路。

本实用新型提供的开关电源通过设置电源芯片包括交流输入端、直流输出端和外部时钟输入端，交流输入端输入交流电压，直流输出端输出直流电压；微控制单元芯片包括采样信号输入端和脉宽调制输出端，采样信号输入端与电源芯片的直流输出端电连接，采样信号输入端用于接收电源芯片输出的直流电压的纹波信号，微控制单元芯片用于根据纹波信号生成脉宽调制信号，脉宽调制输出端与电源芯片的外部时钟输入端电连接，用于输出脉宽调制信号；电源芯片用于根据从外部时钟信号输入端接收到的脉宽调制信号调节输出的直流电压的大小，解决了现有的抑制电压纹波的电路结构复杂以及体积较大的问题，实现了减小开关电源输出电压的纹波以及减小开关电源的体积的效果。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种开关电源电路，其特征在于，包括：

电源芯片，包括交流输入端、直流输出端和外部时钟输入端，所述交流输入端输入交流电压，所述直流输出端输出直流电压；

微控制单元芯片，包括采样信号输入端和脉宽调制输出端，所述采样信号输入端与所述电源芯片的直流输出端电连接，所述采样信号输入端用于接收电源芯片输出的直流电压的纹波信号，所述微控制单元芯片用于根据所述纹波信号生成脉宽调制信号，所述脉宽调制输出端与所述电源芯片的外部时钟输入端电连接，用于输出脉宽调制信号；

所述电源芯片用于根据从外部时钟信号输入端接收到的脉宽调制信号调节输出的直流电压的大小。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电源芯片还包括：

频率控制端，用于接收频率控制信号。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电源芯片还包括：

本振频率电阻；

所述本振频率电阻的第一端与所述频率控制端电连接，所述本振频率电阻的第二端接地。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述微控制单元芯片包括：

第一比较电路，用于根据所述纹波信号与第一预设值进行比较；

第一脉宽调制信号生成电路，与所述第一比较电路电连接，用于在所述纹波信号大于第一预设值时，生成第一脉宽调制信号。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述微控制单元芯片还包括：

第二比较电路，用于根据所述纹波信号与第二预设值进行比较；

第二脉宽调制信号生成电路，与所述第二比较电路电连接，用于在所述纹波信号大于第二预设值时，生成第二脉宽调制信号，所述第二脉宽调制信号的占空比与所述第一脉宽调制信号的占空比不同。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述微控制单元芯片还包括：

存储模块，与所述第一比较电路和所述第二比较电路电连接，用于存储所述第一预设值和所述第二预设值，以及向所述第一比较电路输出所述第一预设值，向所述第二比较电路输出所述第二预设值。

7.一种开关电源，其特征在于，包括：如权利要求1-6任一项所述的开关电源电路。