一种电源及其开关电源电路制造技术

本发明专利技术属于电源技术领域，提供了一种电源及其开关电源电路。在本发明专利技术中，在开关电源电路对用电设备进行充电时，信号产生模块对功率开关管输出端的电流进行采样，并根据采样电压与接收的基准电压产生预关断控制信号与开关控制信号，电流偏置模块对功率开关管输出端的电流进行采样，并在开关控制信号的导通时间范围内，根据采样电压输出驱动电流，驱动模块在导通控制信号与关断控制信号的作用下根据不同的驱动电流驱动功率开关管，实现了以可变驱动电流驱动功率开关管，减少了能量损耗，提高了能量利用率，进而解决了现有的开关电源电路中功率开关管的驱动方法存在能量损耗高和利用率低的问题。

A Power Supply and Its Switching Power Supply Circuit

【技术实现步骤摘要】
一种电源及其开关电源电路
本专利技术属于电源
，尤其涉及一种电源及其开关电源电路。
技术介绍
在便携式电子设备风靡的今天，开关电源已成为其主要的电源方案。如图1所示，现有的开关电源电路主要通过控制芯片IC1的驱动信号控制功率开关管M0与变压器T的初级绕组相连，在特定的功率开关管开关周期内来实现从初级向次级电路传递能量，从而向用电设备供电；其中，控制芯片IC1通过检测功率开关管M0的反馈电流控制功率开关管M0的基极电流变化，进而实现功率开关管M0的导通或关断，并且在功率开关管M0的导通过程中，功率开关管M0由恒定的大电流驱动。然而，由于现有的开关电源电路中功率开关管M0采用双极结型晶体管(BipolarJunctionTransistor，BJT)开关器件实现，而BJT开关器件的导通和关断有较大的延迟性，其中关断延迟主要因为BJT的电荷储存特性导致其内部大量电荷未被释放，而消散超量存储电荷所需时间决定了关断的速度，因此，现有技术中以恒定的大电流驱动功率开关管M0的方法导致关断前功率开关管M0内部电荷积累过多，释放关断速度较慢，如此将导致功率开关管M0关断时间延长，而时间越长能量损耗越高。此外，由于功率开关管M0进入饱和导通状态后，其基极电流是随着集电极电压增加而增大，因此，采用恒定的大电流控制功率开关管M0的整个导通过程，会降低能量的利用率。综上所述，现有的开关电源电路中功率开关管的驱动方法存在能量损耗高和利用率低的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电源及其开关电源电路，旨在解决现有的开关电源电路中功率开关管的驱动方法存在能量损耗高和利用率低的问题。本专利技术是这样实现的，一种开关电源电路，用于向用电设备充电，所述开关电源电路包括整流桥、变压器以及功率开关管，所述整流桥接收交流电，并将所述交流电整流为直流电后输出至所述变压器，所述变压器在所述功率开关管的作用下向所述用电设备充电，所述开关电源电路还包括：信号产生模块，与所述功率开关管连接，用于对所述功率开关管输出端的电流进行采样，并根据采样电压与接收的基准电压产生预关断控制信号与开关控制信号；电流偏置模块，与所述功率开关管以及所述信号产生模块连接，用于对所述功率开关管输出端的电流进行采样，并在所述开关控制信号的导通时间范围内，根据所述采样电压输出驱动电流；驱动模块，与所述功率开关管、所述电流偏置模块以及所述信号产生模块连接，用于在所述开关控制信号与所述预关断控制信号均处于导通状态时，根据接收的所述驱动电流和预设电流源输出的预设驱动电流驱动所述功率开关管导通，并在所述开关控制信号处于导通状态，且所述预关断控制信号处于关闭状态时，根据所述预设驱动电流持续驱动所述功率开关管导通；其中，所述预设驱动电流小于所述驱动电流。本专利技术的另一目的还在于提供一种电源，所述电源包括上述的开关电源电路。在本专利技术中，在开关电源电路对用电设备进行充电时，信号产生模块对功率开关管输出端的电流进行采样，并根据采样电压与接收的基准电压产生预关断控制信号与开关控制信号，电流偏置模块对功率开关管输出端的电流进行采样，并在开关控制信号的导通时间范围内，根据采样电压输出驱动电流，驱动模块在导通控制信号与关断控制信号的作用下根据不同的驱动电流驱动功率开关管，实现了以可变驱动电流驱动功率开关管，减少了能量损耗，提高了能量利用率，进而解决了现有的开关电源电路中功率开关管的驱动方法存在能量损耗高和利用率低的问题。附图说明图1是现有技术所提供的开关电源电路的电路结构示意图；图2是本专利技术一实施例所提供的开关电源电路的模块结构示意图；图3是本专利技术另一实施例所提供的开关电源电路的模块结构示意图；图4是本专利技术一实施例所提供的开关电源电路中的预关断单元的电路结构示意图；图5是本专利技术一实施例所提供的开关电源电路中的屏蔽单元的电路结构示意图；图6是本专利技术一实施例所提供的开关电源电路中的电流偏置模块的电路结构示意图；图7是本专利技术一实施例所提供的开关电源电路中的驱动模块的电路结构示意图；图8是本专利技术一实施例所提供的开关电源电路的工作时序示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。以下结合具体附图对本专利技术的实现进行详细的描述：图2示出了本专利技术一实施例所提供的开关电源电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：如图2所示，本专利技术实施例所提供的开关电源电路1用于向用电设备(图中未示出)充电，其包括整流桥10、变压器20、功率开关管M0、信号产生模块30、电流偏置模块40以及驱动模块50。其中，整流桥10与变压器20连接，变压器20与功率开关管M0以及用电设备连接。具体的，整流桥10接收交流电，并将交流电整流为直流电后输出至变压器20，变压器20在功率开关管M0导通时根据直流电进行能量存储，并在功率开关管断开M0时，根据存储的能量向用电设备充电，即变压器20在功率开关管M0的作用下向用电设备充电。此外，信号产生模块30与功率开关管M0连接，用于对功率开关管M0输出端的电流进行采样，以获取采样电压VCS，并根据采样电压VCS与接收的基准电压VCS-off产生预关断控制信号PRE-off与开关控制信号PULSE。电流偏置模块40与功率开关管M0以及信号产生模块30连接，用于对功率开关管M0输出端的电流进行采样，并在开关控制信号PULSE的导通时间范围内，根据采样电压VCS输出驱动电流Idrv。驱动模块50与功率开关管M0、电流偏置模块40以及信号产生模块30连接，用于在开关控制信号PULSE与预关断控制信号PRE-off均处于导通状态时，根据接收的驱动电流Idrv和预设电流源输出的预设驱动电流Idrv1驱动功率开关管M0导通，并在开关控制信号PULSE处于导通状态、且预关断控制信号PRE-off处于关闭状态时，根据预设驱动电流Idrv1持续驱动功率开关管M0导通；其中，预设驱动电流Idrv1小于驱动电流Idrv；需要说明的是，在本专利技术实施例中，当开关控制信号PULSE处于关闭状态时，驱动模块50停止驱动功率开关管M0导通，即此时驱动模块50驱动功率开关管M0断开。具体实施时，开关控制信号PULSE和预关断控制信号PRE-off均为脉冲信号。优选的，开关控制信号PULSE与预关断控制信号PRE-off均处于导通状态指的是开关控制信号PULSE与预关断控制信号PRE-off均处于高电平；开关控制信号PULSE处于关闭状态指的是开关控制信号PULSE处于低电平，预关断控制信号PRE-off处于关闭状态同样指的是预关断控制信号PRE-off处于低电平。此外，开关控制信号PULSE是可控制功率开关管M0的通断的控制信号，即当该开关控制信号PULSE处于高电平时，驱动模块50驱动功率开关管M0导通，当该开关控制信号PULSE处于低电平时，驱动模块50驱动功率开关管M0断开。进一步的，本专利技术实施例提供的开关电源电路1还包括滤波等其他电路，而滤波等其他电路的结构、工作原理以及与开关电源电路1中的其他器件的连接关系与现有技术相同，具体可参考现有技术，此处不再赘述。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关电源电路，用于向用电设备充电，所述开关电源电路包括整流桥、变压器以及功率开关管，所述整流桥接收交流电，并将所述交流电整流为直流电后输出至所述变压器，所述变压器在所述功率开关管的作用下向所述用电设备充电，其特征在于，所述开关电源电路还包括：信号产生模块，与所述功率开关管连接，用于对所述功率开关管输出端的电流进行采样，并根据采样电压与接收的基准电压产生预关断控制信号与开关控制信号；电流偏置模块，与所述功率开关管以及所述信号产生模块连接，用于对所述功率开关管输出端的电流进行采样，并在所述开关控制信号的导通时间范围内，根据所述采样电压输出驱动电流；驱动模块，与所述功率开关管、所述电流偏置模块以及所述信号产生模块连接，用于在所述开关控制信号与所述预关断控制信号均处于导通状态时，根据接收的所述驱动电流和预设电流源输出的预设驱动电流驱动所述功率开关管导通，并在所述开关控制信号处于导通状态，且所述预关断控制信号处于关闭状态时，根据所述预设驱动电流持续驱动所述功率开关管导通；其中，所述预设驱动电流小于所述驱动电流。

【技术特征摘要】
1.一种开关电源电路，用于向用电设备充电，所述开关电源电路包括整流桥、变压器以及功率开关管，所述整流桥接收交流电，并将所述交流电整流为直流电后输出至所述变压器，所述变压器在所述功率开关管的作用下向所述用电设备充电，其特征在于，所述开关电源电路还包括：信号产生模块，与所述功率开关管连接，用于对所述功率开关管输出端的电流进行采样，并根据采样电压与接收的基准电压产生预关断控制信号与开关控制信号；电流偏置模块，与所述功率开关管以及所述信号产生模块连接，用于对所述功率开关管输出端的电流进行采样，并在所述开关控制信号的导通时间范围内，根据所述采样电压输出驱动电流；驱动模块，与所述功率开关管、所述电流偏置模块以及所述信号产生模块连接，用于在所述开关控制信号与所述预关断控制信号均处于导通状态时，根据接收的所述驱动电流和预设电流源输出的预设驱动电流驱动所述功率开关管导通，并在所述开关控制信号处于导通状态，且所述预关断控制信号处于关闭状态时，根据所述预设驱动电流持续驱动所述功率开关管导通；其中，所述预设驱动电流小于所述驱动电流。2.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述信号产生模块包括：预关断单元，与所述功率开关管连接，用于对所述功率开关管输出端的电流进行采样，以获取采样电压，并根据所述采样电压产生预关断控制电压，且将所述预关断控制电压与所述基准电压比较后输出比较信号；屏蔽单元，与所述预关断单元连接，用于根据所述比较信号产生所述预关断控制信号与所述开关控制信号。3.根据权利要求2所述的开关电源电路，其特征在于，在所述预关断控制电压的一个周期内，当所述预关断控制电压第一次大于所述基准电压时，所述预关断单元输出高电平比较信号至所述屏蔽单元，所述屏蔽单元控制所述预关断控制信号由导通状态转换为关闭状态，并且根据所述高电平比较信号对所述开关控制信号的导通状态时间进行延时；当所述预关断控制电压第二次大于所述基准电压时，所述预关断单元输出低电平比较信号至所述屏蔽单元，所述屏蔽单元根据所述低电平比较信号控制所述开关控制信号由导通状态转换为关闭状态。4.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，在所述开关控制信号转换为导通状态的第一时间内，且所述预关断控制信号处于导通状态时，所述电流偏置模块在所述采样电压的作用下生成第一驱动电流，所述驱动模块在所述开关控制信号的作用下对所述第一驱动电流进行放大处理，并根据放大处理后的所述第一驱动电流和所述预设驱动电流驱动所述功率开关管导通；在所述第一时间后的第二时间内，当所述开关控制信号和所述预关断控制信号均保持导通状态时，所述电流偏置模块在所述采样电压的作用下生成第二驱动电流，所述第二驱动电流随着所述采样电压的增大而增大；所述驱动模块在所述开关控制信号的作用下对逐渐增大的所述第二驱动电流进行放大处理，并根据放大处理后的所述第二驱动电流和所述预设驱动电流持续驱动所述功率开关管导通；在所述第二时间后，当所述开关控制信号保持导通状态，且所述预关断控制信号由导通状态转换为关闭状态时，所述驱动模块在所述开关控制信号的作用下对所述预设驱动电流进行放大处理，并根据放大处理后的预设驱动电流持续驱动所述功率开关管导通。5.根据权利要求1至4任一项所述的开关电源电路，其特征在于，当所述开关控制信号与所述预关断控制信号均处于导通状态时，所述预设驱动电流为零或者小于所述电流偏置模块输出的驱动电流。6.根据权利要求1至4任一项所述的开关电源电路，其特征在于，所述预设电流源输出的预设驱动电流可逐渐增大并且小于所述电流偏置模块输出的驱动电流。7.根据权利要求2所述的开关电源电路，其特征在于，所述预关断单元包括：固定电流源、可变电流源、比较器、第一开关元件、电流镜以及第一电阻；所述第一电阻的第一端与所述功率开关管连接，所述第一电阻的第二端与所述第一开关元件的第一端以及所述比较器的正相输入端连接，所述比较器的负相输入端接收所述基准电压，所述比较器的输出端输出所述比较信号，并且与所述电流镜的输入端连接，所述电流镜的输出端与所述可变电流源的输入端连接，所述可变电流源的输出端与所述固定电流源的输出端以及所述第一开关元件的第二端共接。8.根据权利要求2所述的开关电源电路，其特征在于，所述屏蔽单元包括：第一与非门、第二与非门、第三与非门、第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第五反相器、第六反相器、电容、复位置位触发器、逻辑处理单元以及第一固定脉宽调制电路；所述第一反相器的输入端与所述第一与非门的第一输入端以及所述第一固定脉宽调制电路的输出端共接，所述第一与非门的第二输入端接收所述比较信号，所述第一反相器的输出端与所述复位置位触发器的第一输入端连接，所述第一与非门的输出端与所述第二反相器的输入端连接，所述第二反相器的输出端与所述复位置位触发器的第二输入端以及所述第三与非门的第二输入端连接，所述复位置位触发器的输出端与所述第二与非门的第二输入端连接，所述第二与非门的第一输入端与所述逻辑处理单元的输出端以及所述第一固定脉宽调制电路的输入端连接，所述第二与非门的输出端与所述第三反相器的输入端连接，所述第三反相器的输出端输出所述预关断控制信号，并且与所述第四反相器的输入端连接，所述第四反相器的输出端与所述电容的第一端以及所述第五反相器的输入端连接，所述电容的第二端接地，所述第五反相器的输出端与所述第六反相器的输入端连接，所述第六反相器的输出端与所述第三与非门的第一输入端连接，所述第三与非门的输出端与所述逻辑处理单元的输入端连接，所述逻辑处理单元输出所述开关控制信号。9.根据权利要求4所述的开关电源电路，其特征在于，所述电流偏置模块包括：第一镜像电流单元、采样单元以及控制单元；在所述第一时间内，所述控制单元在所述开关控制信号的作用下根据所述第一镜像电流单元输出的电流输出驱动电流至所述驱动模块；所述采样单元对所述功率开关管输出端的电流进行采样以获取所述采样电压，并在所述采样电压的作用下输出驱动电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：项敬锋，侯永军，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44