CN216959673U - 一种开关电源及其控制电路 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种开关电源及其控制电路。在该开关电源的控制电路中，由于当阻抗投切单元投入到开关电源中电源控制芯片的频率设定电阻的两端时，降低了电源控制芯片的总频率设定电阻阻值，所以提高了电源控制芯片的输出频率，从而提高了开关电源的工作频率和电源控制芯片的输出占空比，进而可以实现开关电源的环路稳定。因此，当阻抗投切单元在开关电源的输入电压的取值范围较大且输入电压处于较大值的场景下投入到频率设定电阻的两端时，该开关电源的控制电路也可以实现开关电源的环路稳定，从而本申请提供的开关电源的控制电路可以在保证开关电源的环路稳定的基础上，提高开关电源输入电压的上下限比例。

Description

一种开关电源及其控制电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种开关电源及其控制电路。

背景技术

开关电源本质上是一种AC-DC或DC-DC转换单元，近年来，因其效率高、体积小、可靠性高等优点，而在工业领域内广泛应用。

通常情况下，开关电源的输入电压的上下限比例在4:1以内，在一些特殊的工业应用场合中，比如光伏或储能，开关电源的输入电压的上下限比例一般可以达到8:1，甚至15：1以上。但是，当开关电源工作在高压时，即便自身满载输出，自身中电源控制芯片的输出占空比也会在5％以内，如此开关电源的环路稳定难以实现，从而会对自身的可靠性造成影响。

因此，如何在保证开关电源的环路稳定的基础上，提高开关电源输入电压的上下限比例，是亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种开关电源及其控制电路，以在保证开关电源的环路稳定的基础上，提高开关电源输入电压的上下限比例。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

本申请一方面提供一种开关电源的控制电路，包括：检测单元和阻抗投切单元；其中：

所述阻抗投切单元与所述开关电源中电源控制芯片的频率设定电阻并联，所述阻抗投切单元的控制端与所述检测单元的输出端相连；

所述检测单元的输入端与所述开关电源的输入端相连，所述检测单元用于接收所述开关电源的输入电压，并输出投入信号至所述阻抗投切单元的控制端；

所述阻抗投切单元用于在接收到所述投入信号后投入。

可选的，所述阻抗投切单元，包括：可控开关模块和第一阻抗模块；其中：

所述可控开关模块与所述第一阻抗模块串联连接；

所述可控开关模块的控制端作为所述阻抗投切单元的控制端。

可选的，所述可控开关模块，包括：第一三极管、MOS管和第二阻抗模块；其中：

所述第一三极管的基极作为所述可控开关模块的控制端，所述第一三极管的发射极接地；

所述第一三极管的集电极通过所述第二阻抗模块与所述MOS管的源极相连，连接点作为所述可控开关模块的输入端；

所述MOS管的栅极连接于所述第一三极管的集电极，所述MOS管的漏极作为所述可控开关模块的输出端。

可选的，所述可控开关模块，还包括：第一稳压二极管；其中：

所述第一稳压二极管的负极与所述第一三极管的基极相连，所述第一稳压二极管的正极接地。

可选的，所述可控开关模块，包括：第二三极管；其中：

所述第二三极管的基极作为所述可控开关模块的控制端，所述第二三极管的发射极作为所述可控开关模块的输入端，所述第二三级管的集电极作为所述可控开关模块的输出端。

可选的，所述可控开关模块，还包括：限流电阻；其中：

所述限流电阻设置于所述第二三极管的基极与所述可控开关模块的控制端之间。

可选的，所述检测单元，包括：分压单元和比较单元；其中：

所述分压单元的输入端正极接收所述开关电源的输入电压，所述分压单元的输入端负极接地；

所述比较单元的输入端与所述分压单元的输出端相连；

所述比较单元的输出端，与所述阻抗投切单元的控制端相连。

可选的，所述比较单元，包括：第三阻抗模块和可控精密稳压源；其中：

所述可控精密稳压源的阴极与所述第三阻抗模块的一端相连，连接点作为所述比较单元的输出端；所述第三阻抗模块的另一端接收工作电压；

所述可控精密稳压源的参考极与所述分压单元的输出端相连，所述可控精密稳压源的阳极接地；所述可控精密稳压源在所述分压单元的输出电压大于所述可控精密稳压源的阈值电压时动作并输出投入信号。

可选的，所述比较单元，包括：第二稳压二极管；其中：

所述第二稳压二极管的负极与所述分压单元的输出端相连，所述第二稳压二极管的正极作为所述比较单元的输出端，所述第二稳压二极管在所述分压单元的输出电压大于所述第二稳压二极管的稳压值时击穿导通并输出投入信号。

本申请另一方面提供一种开关电源，包括：主电路、电源控制芯片和如本申请上一方面任一项所述的开关电源的控制电路；其中：

所述主电路受控于所述电源控制芯片。

由上述技术方案可知，本实用新型提供了一种开关电源的控制电路，其具体包括：检测单元和阻抗投切单元。在该开关电源的控制电路中，由于当阻抗投切单元投入到开关电源中电源控制芯片的频率设定电阻的两端时，降低了电源控制芯片的总频率设定电阻阻值，所以提高了电源控制芯片的输出频率，从而提高了开关电源的工作频率和电源控制芯片的输出占空比，进而可以实现开关电源的环路稳定。因此，当阻抗投切单元在开关电源的输入电压的取值范围较大且输入电压处于较大值的场景下投入到频率设定电阻的两端时，该开关电源的控制电路也可以实现开关电源的环路稳定，从而本申请提供的开关电源的控制电路可以在保证开关电源的环路稳定的基础上，提高开关电源输入电压的上下限比例。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1-图3分别为本申请实施例提供的开关电源的控制电路的三种实施方式的结构示意图；

图4和图5分为开关电源的控制电路的两种示例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

目前，传统的开关电源通常采用定频控制方法调节自身的输出电压，即：通过调节开关电源中电源控制芯片的输出占空比来实现电源输出电压的闭环控制。因此，当开关电源工作在高压时，即便自身满载输出，自身中电源控制芯片的输出占空比也会在5％以内，如此开关电源的控制环路稳定难以实现，从而会对自身的可靠性造成影响。

为了在保证开关电源的环路稳定的基础上，提高开关电源输入电压的上下限比例，本申请实施例提供一种开关电源的控制电路，其具体结构如图1所示，包括：检测单元100和阻抗投切单元200。

检测单元100的输入端与开关电源的输入端相连，接收开关电源的输入电压VIN；检测单元100的输出端与阻抗投切单元200的控制端相连；阻抗投切单元200与开关电源中电源控制芯片的频率设定电阻Rt并联；电源控制芯片的频率设定电阻Rt的一端接收电源控制芯片提供的基准电压VREF，比如5V，并且将该端记为电源控制芯片的频率设定电阻Rt的高电势端；电源控制芯片的频率设定电阻Rt的另一端通过电容C接地GND，并且将该端记为电源控制芯片的频率设定电阻Rt的低电势端。

工作中，在开关电源的输入电压VIN大于第一预设电压时，检测单元100输出投入信号；阻抗投切单元200在接收到投入信号时处于导通状态，即阻抗投切单元200投入到开关电源中电源控制芯片的频率设定电阻Rt的两端。

其中，第一预设电压是根据开关电源的实际情况预先确定，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

在本实施例中，由于阻抗投切单元200在接收到投入信号时，可以投入到开关电源中电源控制芯片的频率设定电阻Rt的两端，所以电源控制芯片的总频率设定电阻阻值降低，从而阻抗投切单元200可以使得电源控制芯片的输出频率提高，即使得开关电源的工作频率提高，进而使得定频芯片的输出占空比提高，因此可以保证开关电源的环路稳定。又由于在开关电源的输入电压大于第一预设电压时阻抗投切单元200接收到投入信号，所以在开关电源的输入电压大于第一预设电压后，均可保证开关电源的环路稳定，从而提高了开关电源的输入电压VIN的取值范围，即提高开关电源的输入电压VIN的上下限比例，因此，本申请提供的开关电源的控制电路可以在保证开关电源的环路稳定的基础上，提高开关电源输入电压的上下限比例。

本申请另一实施例提供阻抗投切单元200的一种具体实施方式，其具体结构如图2所示，包括：可控开关模块210和第一阻抗模块220。

可控开关模块210的输入端与频率设定电阻Rt的高电势端相连，可控开关模块210的输出端与频率设定电阻Rt的低电势端相连；可控开关模块210的控制端作为阻抗投切单元200的控制端；第一阻抗模块220设置于可控开关模块210的输入端与频率设定电阻Rt的高电势端之间，或者，可控开关模块210的输出端与频率设定电阻Rt的低电势端之间。

工作中，当可控开关模块210的控制端接收到投入信号时，可控开关模块210导通，从而第一阻抗模块220和可控开关模块210所在支路导通，即第一阻抗模块220投入到开关电源中电源控制芯片的频率设定电阻Rt的两端，进而第一阻抗模块220将电源控制芯片的总频率设定电阻阻值拉低。

第一阻抗模块220包括至少一个电阻，当包括的电阻个数大于1时，各电阻通过串联或并联与其他电阻相连，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。例如，如图4或图5所示，第一阻抗模块220包括一个电阻R1。

本申请另一实施例提供检测单元100的一种具体实施方式，其具体结构如图3所示，包括：分压单元110和比较单元120。

分压单元110的输入端正极接收开关电源的输入电压VIN，分压单元110的输入端负极接地GND；比较单元120的输入端与分压单元110的输出端相连，比较单元120的输出端与阻抗投切单元200的控制端相连。

工作时，分压单元110对开关电源的输入电压VIN进行分压，当分压单元110的输出电压Vf小于等于第二预设电压时，比较单元120未输出投入信号，当分压单元110的输出电压Vf大于第二预设电压时，比较单元120输出投入信号。

其中，第二预设电压与第一预设电压之比等于分压单元110的输出电压Vf与开关电源的输入电压VIN之比，等于分压单元110的分压比例。

本申请另一实施例提供可控开关模块210的一种具体实施方式，其具体结构如图4所示，包括：第一三极管Q1、MOS管M和第二阻抗模块211。

第一三极管Q1的基极作为可控开关模块210的控制端，第一三极管Q1的发射极接地GND；第一三极管Q1的集电极通过第二阻抗模块211与MOS管M的源极相连，连接点作为可控开关模块210的输入端；MOS管M的栅极连接于第一三极管Q1的集电极，MOS管M的漏极作为可控开关模块210的输出端。

其中，第一三极管Q1为NPN三极管，MOS管M为PMOS管。

工作时，当第一三极管Q1的基极未接收到投入信号时，第一三极管Q1和MOS管M均断开，从而第一阻抗模块220未投入到电源控制芯片的频率设定电阻Rt的两端。

当第一三极管Q1的基极接收到投入信号时，第一三极管Q1导通，进一步，MOS管M导通，从而第一阻抗模块220投入到电源控制芯片的频率设定电阻Rt的两端。此时，电源控制芯片的总频率设定电阻被拉低至Rz×Rt/(Rz+Rt)；其中，Rz为第一阻抗模块220的总阻抗值，Rt为电源控制芯片的频率设定电阻的阻抗值。

第二阻抗模块211包括至少一个电阻，当包括的电阻个数大于1时，各电阻通过串联或并联与其他电阻相连，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。例如，如图4或图5所示，第二阻抗模块211包括一个电阻R2。

需要说明的是，第一三极管Q1选择BC817-25,215型号的三极管，在实际应用中，包括但不限于此，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内；MOS管M的可选型号为SI2343CDS-T1-GE3，在实际应用中，包括但不限于此，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

在实际应用中，为避免在第一三极管Q1的基极与发射极之间发生过压，如图4所示，通常会在第一三极管Q1的基极与地GND之间设置第一稳压二极管Z1，具体而言，第一稳压二极管Z1的负极与第一三极管Q1的基极相连，第一稳压二极管Z1的正极接地GND。

需要说明的是，第一稳压二极管Z1选择SMAZ18-13-F型号的稳压二极管，在实际应用中，包括但不限于此，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

本实施例还提供可控开关模块210的另一种具体实施方式，其具体结构如图5所示，包括：第二三极管Q2。

第二三极管Q2的基极作为可控开关模块210的控制端，第二三极管Q2的发射极作为可控开关模块210的输入端，第二三级管的集电极作为可控开关模块210的输出端。其中，第二三极管Q2为PNP三极管。

工作时，当第二三极管Q2的基极未接收到投入信号时，第二三极管Q2断开，从而第一阻抗模块220未投入到电源控制芯片的频率设定电阻Rt的两端。

当第二三极管Q2的基极接收到投入信号时，第二三极管Q2导通，从而第一阻抗模块220投入到电源控制芯片的频率设定电阻Rt的两端。此时，电源控制芯片的总频率设定电阻被拉低至Rz×Rt/(Rz+Rt)。其中，Rz为第一阻抗模块220的总阻抗值，Rt为电源控制芯片的频率设定电阻的阻抗值。

在实际应用中，为避免在第二三极管Q2的基极发过流，如图5所示，通常会在第二三极管Q2的基极与可控开关模块210的控制端之间设置限流电阻RL。

需要说明的是，第二三极管Q2选择BC807-25,215型号的三极管，在实际应用中，包括但不限于此，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

上述仅为可控开关模块210的两种具体实施方式，在实际应用中，包括但不限于此，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

本申请另一实施例提供比较单元120的一种具体实施方式，其具体结构如图5所示，包括：第三阻抗模块121和可控精密稳压源U。

可控精密稳压源U的阴极与第三阻抗模块121的一端相连，连接点作为比较单元120的输出端；第三阻抗模块121的另一端接收工作电压VCC；可控精密稳压源U的参考极与分压单元110的输出端相连，可控精密稳压源U的阳极接地GND。

工作时，工作电压VCC和第三阻抗模块121一起为可控精密稳压源U提供基准电流；当开关电源的输入电压VIN小于等于第一预设电压时，即分压单元110的输出电压Vf小于等于可控精密稳压源U的阈值电压Vv时，可控精密稳压源U不动作。

当开关电源的输入电压VIN大于第一预设电压时，即分压单元110的输出电压Vf大于可控精密稳压源U的阈值电压Vv时，可控精密稳压源U动作，此时，可控精密稳压源U的阴极上拉电流，比较单元120通过输出端对外输出电流，即输出投入信号。

第三阻抗模块121包括至少一个电阻，当包括的电阻个数大于1时，各电阻通过串联或并联与其他电阻相连，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。例如，如图5所示，第三阻抗模块121包括一个电阻R3。

需要说明的是，可控精密稳压源U可选择的型号为TL431BQDBZR，在实际应用中，包括但不限于此，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

本实施例还提供比较单元120的另一种具体实施方式，其具体结构如图4所示，包括：第二稳压二极管Z2。

第二稳压二极管Z2的负极与分压单元110的输出端相连，第二稳压二极管Z2的正极作为比较单元120的输出端。

工作时，当分压单元110的输出电压Vf小于等于第二稳压二极管Z2的稳压值Vw时，第二稳压二极管Z2不动作。

当分压单元110的输出电压Vf大于第二稳压二极管Z2的稳压值Vw时，第二稳压二极管Z2击穿导通，此时，有电流流过第二稳压二极管Z2，比较单元120通过输出端对外输出电流，即输出投入信号。

需要说明的是，第二稳压二极管Z2选择SMAZ18-13-F型号的稳压二极管，在实际应用中，包括但不限于此，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

上述仅为比较单元120的两种具体实施方式，在实际应用中，包括但不限于此，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

本实施例还提供分压单元110的一种具体实施方式，其具体结构可参见图4或图5，包括：至少两个电阻。

各电阻串联连接，串联支路的两端分别作为分压单元110的输入端正极和输入端负极；任意相邻两个电阻之间的连接点作为分压单元110的输出端。

以图4或图5为例，图中分压单元110包括两个电阻，两个电阻的阻抗值分别为Rf1和Rf2，因此分压单元110的输出电压Vf＝VIN×Rf1/(Rf1+Rf2)。

需要说明的是，此处不对电阻的个数进行具体限定，可视实际情况而定，均在本申请的保护范围。

本申请另一实施例提供一种开关电源，其包括：主电路、电源控制芯片和如上述实施例提供的开关电源的控制电路，主电路受控于电源控制芯片。

可选的，主电路可以为移相全桥拓扑，也可以为半桥拓扑，还可以是反激拓扑或者正激拓扑；在实际应用中，包括但不限于此，只要是通过控制占空比实现不同输入电压、不同负载工况下输出电压稳定的电路拓扑均可，此处不做具体限定，可视具体情况而定。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种开关电源的控制电路，其特征在于，包括：检测单元和阻抗投切单元；其中：

所述阻抗投切单元与所述开关电源中电源控制芯片的频率设定电阻并联，所述阻抗投切单元的控制端与所述检测单元的输出端相连；

所述检测单元的输入端与所述开关电源的输入端相连，所述检测单元用于接收所述开关电源的输入电压，并输出投入信号至所述阻抗投切单元的控制端；

所述阻抗投切单元用于在接收到所述投入信号后投入。

2.根据权利要求1所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述阻抗投切单元，包括：可控开关模块和第一阻抗模块；其中：

所述可控开关模块与所述第一阻抗模块串联连接；

所述可控开关模块的控制端作为所述阻抗投切单元的控制端。

3.根据权利要求2所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述可控开关模块，包括：第一三极管、MOS管和第二阻抗模块；其中：

所述第一三极管的基极作为所述可控开关模块的控制端，所述第一三极管的发射极接地；

所述第一三极管的集电极通过所述第二阻抗模块与所述MOS管的源极相连，连接点作为所述可控开关模块的输入端；

所述MOS管的栅极连接于所述第一三极管的集电极，所述MOS管的漏极作为所述可控开关模块的输出端。

4.根据权利要求3所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述可控开关模块，还包括：第一稳压二极管；其中：

所述第一稳压二极管的负极与所述第一三极管的基极相连，所述第一稳压二极管的正极接地。

5.根据权利要求2所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述可控开关模块，包括：第二三极管；其中：

所述第二三极管的基极作为所述可控开关模块的控制端，所述第二三极管的发射极作为所述可控开关模块的输入端，所述第二三极管的集电极作为所述可控开关模块的输出端。

6.根据权利要求5所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述可控开关模块，还包括：限流电阻；其中：

所述限流电阻设置于所述第二三极管的基极与所述可控开关模块的控制端之间。

7.根据权利要求1至6任一项所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述检测单元，包括：分压单元和比较单元；其中：

所述分压单元的输入端正极接收所述开关电源的输入电压，所述分压单元的输入端负极接地；

所述比较单元的输入端与所述分压单元的输出端相连；

所述比较单元的输出端，与所述阻抗投切单元的控制端相连。

8.根据权利要求7所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述比较单元，包括：第三阻抗模块和可控精密稳压源；其中：

所述可控精密稳压源的阴极与所述第三阻抗模块的一端相连，连接点作为所述比较单元的输出端；所述第三阻抗模块的另一端接收工作电压；

所述可控精密稳压源的参考极与所述分压单元的输出端相连，所述可控精密稳压源的阳极接地；所述可控精密稳压源在所述分压单元的输出电压大于所述可控精密稳压源的阈值电压时动作并输出投入信号。

9.根据权利要求7所述的开关电源的控制电路，其特征在于，所述比较单元，包括：第二稳压二极管；其中：

所述第二稳压二极管的负极与所述分压单元的输出端相连，所述第二稳压二极管的正极作为所述比较单元的输出端，所述第二稳压二极管在所述分压单元的输出电压大于所述第二稳压二极管的稳压值时击穿导通并输出投入信号。

10.一种开关电源，其特征在于，包括：主电路、电源控制芯片和如权利要求1-9任一项所述的开关电源的控制电路；其中：

所述主电路受控于所述电源控制芯片。

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