CN215498715U - 一种开关电源驱动电路架构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种开关电源驱动电路架构，接口控制转换单元分别连接输入母线电压检测单元、MCU逻辑控制单元及输出反馈控制单元，MCU逻辑控制单元分别连接热管理及保护单元、输出反馈控制单元、开关频率控制单元及驱动单元，所述开关单元进一步连接保护单元、开关频率控制单元及驱动单元。采用本发明的开关电源驱动电路架构，在低交流输入电压时的开关控制驱动频率为高交流输入电压时的两倍，通过其倍频将低电压时的开关变压器等功率元件、滤波元器件的尺寸和体积合理的减小，直流阻抗相应的减半，热量以I2降低，提升电子元器件的相对耐热能力和带载能力，整体提高电源的功率密度，实现高密度驱动电源。
Description
技术领域
本发明属于电子技术领域，特别是涉及一种开关电源驱动电路架构。
背景技术
当前便携式消费电子产品的功率各有不同，随之配套的充电器的规格亦五花八门，各种充电器的核心是驱动电路，驱动电源的全球市电电网电压为交流90-264V，当前的驱动电路要么固定开关频率，要么开关频率随输入电压的升高而升高，这就存在低输入电压时的电子元器件应力较大，特别是开关变压器和滤波电容、电感元器件及功率器件等，直接导致电子元器件发热严重和带载不足的问题，产品体积庞大且功率密度较低等一系列问题。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明提出一种开关电源驱动电路架构，其技术方案如下：
一种开关电源驱动电路架构，包括输入母线电压检测单元、接口控制转换单元、MCU逻辑控制单元、热管理及保护单元、输出反馈控制单元、开关频率控制单元、开关单元及驱动单元，所述接口控制转换单元分别连接输入母线电压检测单元、MCU逻辑控制单元及输出反馈控制单元，所述MCU逻辑控制单元进一步分别连接热管理及保护单元、输出反馈控制单元、开关频率控制单元及驱动单元，所述开关单元进一步连接保护单元、开关频率控制单元及驱动单元；
所述输入母线电压检测单元识别输入电压的高低，接口控制转换单元将输入母线电压检测单元的信号转化为数字信号，精确的传输给MCU逻辑控制单元，输出反馈控制单元检测输出的电压、电流及功率，将电路检测信号传输给接口控制转换单元，进一步转化为数字信号传输给MCU逻辑控制单元；所述热管理及保护单元的输出分为两路，一路至开关单元，另一路输出至MCU逻辑控制单元，开关频率控制单元依据MCU逻辑控制单元的控制指令，输出符合要求的开关频率PWM信号，开关单元输出指令集的PWM信号到驱动单元，输出合格的驱动信号，另外驱动单元输出给MCU逻辑控制单元，接受MCU逻辑控制单元的综合检测。
进一步的，所述热管理及保护单元的温度临界值为140℃。
进一步的，所述输入母线电压检测单元进一步包括包含高压启动电路、输入母线电压检测比较电路、内部***供电LDO、Bulk电容检测电路及输入电压欠压和过压保护电路。
进一步的，所述输入母线电压检测比较电路检测的输入母线电压是阀值DC140V。
进一步的，所述输入母线电压检测比较电路检测到高压端阀值DC140V时，输出开关频率F值，当检测到低压端AC140V(DC180V)时，输出开关频率2F值。
采用本发明的开关电源驱动电路架构，在低交流输入电压时的开关控制驱动频率为高交流输入电压时的两倍，通过其倍频将低电压时的开关变压器等功率元件、滤波元器件的尺寸和体积合理的减小，直流阻抗相应的减半，热量以I2降低，提升电子元器件的相对耐热能力和带载能力，整体提高电源的功率密度，实现高密度驱动电源。
附图说明
图1：本发明开关电源驱动电路架构图。
图2：输入母线电压检测单元组成示意图。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出，虽然将结合优选实施例描述本发明，但是本领域技术人员应该理解，凡在本发明的精神和范围内的替代、修改和等同物，均属于本发明的保护范围。
请参考图1本发明开关电源驱动电路架构图，本发明采取分段式倍频开关驱动电路的设计思路，在低交流输入电压时的开关控制驱动频率为高交流输入电压时的两倍，通过其倍频将低电压时的开关变压器等功率元件、滤波元器件的尺寸和体积合理的减小，直流阻抗相应的减半，热量以I2降低，提升电子元器件的相对耐热能力和带载能力，整体提高电源的功率密度，实现高密度驱动电源，所述的滤波元器件例如可以是滤波电容、差模电感、共模电感等。
本发明的开关电源驱动电路工作过程如下：
进一步参考图2输入母线电压检测单元组成示意图，电源电压首先进入输入母线电压检测单元10，所述输入母线电压检测单元10进一步包括包含高压启动电路101、输入母线电压检测比较电路102、内部***供电LDO103、Bulk电容检测电路104及输入电压欠压和过压保护电路105。
高压启动电路101包含场效应晶体管，其采用源极驱动技术连接电阻到母线电压，对供电电容充电启动，起到快速启动电路、节能、抗浪涌和可靠性的效果；输入母线电压检测比较电路102主要由电压比较器、电流比较器及积分微分电路组成，目的是准确有效的分析输入电压的高低范围，将检测信号输出给接口控制转换单元20；另一路输出到内部***供电LDO103，产生内部电路***所需的供电电压；Bulk电容检测电路104通过其对纹波幅值的检测，将检测信号输出到接口控制转换单元20，通过检测纹波，就可以检测到Bulk电容的寿命，保障电路的安全。
输入电压欠压和过压保护电路105通过检测输入电压，当输入电压低于AC80V或DC110V、或者输入电压高于AC270V或DC380V时，输入电压欠压和过压保护电路105将立即工作，关闭芯片的供电电压和驱动输出，使电路进入待机状态而免受损坏。
接口控制转换单元20将输入母线电压检测单元10的信号转化为数字信号，精确的传输给MCU逻辑控制单元30，输出反馈控制单元50检测输出的电压、电流及功率，将电路检测信号传输给接口控制转换单元20，进一步转化为数字信号传输给MCU逻辑控制单元30；同时输出反馈控制单元50包含数字接口电路，方便直接与MCU逻辑控制单元30进行数据交换和传输，确保保护实时有效。
热管理及保护单元40采用实时动态电路热保护检测电路，当电路温度临界值40℃，保护电路将启动保护，关闭输出电压和电流，当热量降低到正常值时将自动重启并恢复电路输出，特别是当电路发生故障且温度达到140℃时，热管理及保护单元40将再次启动保护机制，直至故障消除为止，热管理及保护单元40的输出分为两路，一路至开关单元70，另一路输出至MCU逻辑控制单元30，确保温度保护实时有效。
MCU逻辑控制单元30依据接口控制转换单元20、热管理及保护单元40和输出反馈控制单元50的输入信号，逻辑控制输出指令到开关频率控制单元60，所述开关频率控制单元60依据MCU逻辑控制单元30的控制指令，输出符合要求的开关频率PWM信号，即当输入母线电压检测单元10检测到电路输入母线电压是高压端DC140V时，输出开关频率F值，输出至开关单元70，反之，当输入母线电压检测单元10检测到电路输入母线电压是低压端AC140V(DC180V)以下时，将输出开关频率2F值，确保低压端是高压端的2倍开关频率，输出保障低压输入时电路的带载能力与高压时的带载能力相同。开关单元70输出指令集的PWM信号到驱动单元80，输出合格的驱动信号，另外驱动单元80输出给MCU逻辑控制单元30，接受MCU逻辑控制单元30的综合检测。
本发明的开关电源驱动电路采用高低交流输入电网电压分段式自动识别，实现了低交流输入电压的开关频率是高交流输入电压的至少2倍，高效减低了低交流输入电压的元器件电路电流应力和温升考验，提升低电网电源电压输入的效率和功率密度，缩小了EMC元器件的体积，实现了全电压输入的高密度开关电源驱动。
Claims (5)
1.一种开关电源驱动电路架构，其特征在于，包括输入母线电压检测单元、接口控制转换单元、MCU逻辑控制单元、热管理及保护单元、输出反馈控制单元、开关频率控制单元、开关单元及驱动单元，所述接口控制转换单元分别连接输入母线电压检测单元、MCU逻辑控制单元及输出反馈控制单元，所述MCU逻辑控制单元进一步分别连接热管理及保护单元、输出反馈控制单元、开关频率控制单元及驱动单元，所述开关单元进一步连接保护单元、开关频率控制单元及驱动单元；
所述输入母线电压检测单元识别输入电压的高低，接口控制转换单元将输入母线电压检测单元的信号转化为数字信号，精确的传输给MCU逻辑控制单元，输出反馈控制单元检测输出的电压、电流及功率，将电路检测信号传输给接口控制转换单元，进一步转化为数字信号传输给MCU逻辑控制单元；所述热管理及保护单元的输出分为两路，一路至开关单元，另一路输出至MCU逻辑控制单元，开关频率控制单元依据MCU逻辑控制单元的控制指令，输出符合要求的开关频率PWM信号，开关单元输出指令集的PWM信号到驱动单元，输出合格的驱动信号，另外驱动单元输出给MCU逻辑控制单元，接受MCU逻辑控制单元的综合检测。
2.如权利要求1所述的开关电源驱动电路架构，其特征在于，所述热管理及保护单元的温度临界值为140℃。
3.如权利要求1所述的开关电源驱动电路架构，其特征在于，所述输入母线电压检测单元进一步包括包含高压启动电路、输入母线电压检测比较电路、内部***供电LDO、Bulk电容检测电路及输入电压欠压和过压保护电路。
4.如权利要求3所述的开关电源驱动电路架构，其特征在于，所述输入母线电压检测比较电路检测的输入母线电压是AC140V(DC180V)。
5.如权利要求4所述的开关电源驱动电路架构，其特征在于，所述输入母线电压检测比较电路检测到高压端AC140V(DC180V)时，输出开关频率F值，当检测到低压端AC140V(DC180V)时，输出开关频率2F值。
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2021
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