一种新型开关电源制造技术

本发明专利技术创造提出一种新型开关电源，采用BUCK电路拓扑，把双路精密定时器556改造后用作开关电源的核心控制芯片，可以自动适应开关电源整流桥输出电压的波动，显著减小整流滤波电容的容量和体积，降低开关电源成本，减小开关电源输出电压纹波，提高开关电源的可靠性。在不考虑输出电压波动的极端情况，可以去掉功率电路中用于滤波的电解电容，构成无电解电容开关电源，简化开关电源结构，进一步降低开关电源成本，可以广泛用于LED照明、半导体制热、半导体制冷等用电领域。半导体制冷等用电领域。半导体制冷等用电领域。

【技术实现步骤摘要】
一种新型开关电源


[0001]本专利技术创造涉及开关电源，具体地指一种新型开关电源及其实现方法。

技术介绍

[0002]随着开关电源技术的发展，开关电源广泛用于各种电器和电子设备，为减小开关电源输出电压纹波，通常是加大用于滤波的电解电容，特别是加大开关电源输入整流桥后滤波的电解电容，减小输入整流桥输出电压波动，实现开关电源输出电压低纹波的目的，加大滤波的电解电容，无形中会增大开关电源的体积和成本，降低开关电源的可靠性。
[0003]基于冲量控制技术的单周控制技术或积分复位控制技术理论上可以用于开关电源的控制，但是由于目前市场上没有用于开关电源控制的单周控制芯片或积分复位控制芯片，单周控制技术或积分复位控制技术并没有广泛用于开关电源，仅局限于仿真和理论研究，或者用于功率因数校正。本专利技术人也曾经研究过单周控制技术或积分复位控制技术在开关电源中的应用，但是由于没有单周控制或积分复位控制的专用控制芯片，实验效果并不理想。
[0004]针对用户提出的低成本低纹波小体积的开关电源的要求，用户也花费较大代价，组织人力研发，经历较长时间，但一直不能满足技术和经济两方面的要求。本专利技术人综合考虑各种开关电源的控制方法，认为基于冲量控制技术的单周控制技术或积分复位控制技术在要求低成本低纹波小体积的开关电源应用中有明显优势，可以自动适应整流输出电压波动，显著减小滤波电容容量和体积，降低开关电源成本，但因缺少专用控制芯片，单周控制技术或积分复位控制技术鲜有应用于开关电源产品，没有相关技术可供借鉴。本专利技术人也根据单周控制或积分复位控制原理搭建实验电路，但由于电路误差和延时太大，开关电源输出电压的低频纹波还是较大，不能满足所需开关电源低纹波低成本的指标要求。
[0005]为满足用户提出的非隔离低纹波低成本小体积开关电源的要求，本专利技术人拟采用BUCK电路拓扑，并对开关电源控制技术和控制芯片进行深入研究，发现没有专用的单周控制芯片可供选用，也难以直接应用现有控制芯片直接达成目的，但发现精密定时器555有两个比较器、一个RS触发器、一个复位开关和一个反相器，而双路精密定时器556包含有两片精密定时器555，对其进行适当改造，完全可以用作本专利技术创造的开关电源核心控制芯片。

技术实现思路

[0006]本专利技术创造的目的在于克服现有技术不足而提供一种新型开关电源，该开关电源成本低，体积小，纹波低，可靠性高。
[0007]实现本专利技术创造目的采用的技术方案是，基于BUCK电路拓扑，对双路精密定时器556进行适当改造，用作开关电源的核心控制芯片，在此基础上，提出一种新型开关电源及其实现方法。本专利技术创造的基本原理如下：精密定时器555 有两个比较器、一个RS触发器、一个复位开关和一个反相器，而双路精密定时器556包含有两片精密定时器555，其中第一片555外接电阻和电容，可以产生高频脉冲，第二片555还有两个比较器、一个RS触发器、一
个复位开关和一个反相器，稍加改造，加上适当的外围电路，包括下拉电阻、充电电阻、积分电容，可以对采用BUCK电路拓扑的开关电源整流桥输出电压V
C
或续流二极管电压V
D
进行积分、比较、复位，产生PWM信号，自动适应整流桥输出电压V
C
的波动。其中，下拉电阻接于第二片555的cont管脚和信号地之间，调整下拉电阻可以调节cont管脚的电压，即基准电压V
REF
；第一片555输出的高频脉冲送到第二片555的TRIG管脚，经第一比较器与二分之一基准电压V
REF
比较，产生置位脉冲，送到RS触发器的S端，使得RS触发器的置“0”(低电平)，一方面使复位开关关断，另一方面经反相器输出“1”(高电平)，控制半导体开关导通；同时，V
C
或V
D
开始经充电电阻对积分电容充电，积分电容电压V
int
逐渐增大，在第二比较器与基准电压V
REF
比较，当积分电容电压V
int
大于基准电压 V
REF
时，第二比较器输出高电平送到RS触发器的R端，使得RS触发器的置“1”(高电平)，一方面使得复位开关导通，对积分电容放电，另一方面经反相器输出“0”(低电平)，控制半导体开关关断。理论上讲，开关电源的输出电压V0与基准电压V
REF
成正比例，调整基准电压V
REF
就可以调节开关电源的输出电压 V0，可以消除开关电源输出电压的低频纹波，剩下的高频纹波很小，但是由于驱动电路有延时和用作半导体开关的功率MOS管有管压降，造成开关电源输出电压还是有一定的低频纹波。
[0008]作为改进，再加一级PI调节器，经电阻分压器对输出电压V0取样、调理后得到反馈电压V
f
送入PI调节器，与给定电压V
gd
相减，对其误差放大后，经单向二极管送到上述第二片555的cont管脚，作为新的基准电压V
REF
。当输出电压V0减小，反馈电压V
f
减小，新的基准电压V
REF
增大，导致输出电压V0增大，实现负反馈，实现输出电压V0稳压的目的，进一步降低开关电源输出电压的低频纹波，另外，可以通过调节给定电压V
gd
来调整输出电压V0的大小；下拉电阻确定的基准电压要比PI调节器输出确定的基准电压稍大；当PI调节器输出大于下拉电阻确定的基准电压时，单向二极管截止；下拉电阻确定的基准电压V
REF
可以确定开关电源输出电压V0的最大输出，而PI调节器输出确定的基准电压V
REF
可以确定开关电源的额定输出电压。
[0009]作为改进，增加输入电压过压保护电路、输入电压欠压保护电路、输出电压过压保护电路、电流过流保护电路等，进一步提高开关电源的可靠性。
[0010]作为改进，可以与电解电容并联CBB薄膜电容改善电容高频性能。
[0011]作为改进，可以用单片机或DSP替换双路精密定时器556，便于智能控制，同时可以在程序中做一些修正，适当延时半导体开关功率MOS管的导通时间，补偿驱动电路延时造成的影响。
[0012]作为改进，可以把本专利技术创造的开关电源除功率电路和辅助电源之外的各部分电路组合集成成模块，可以简化开关电源结构，减小开关电源体积。
[0013]本专利技术创造的显著特点就是可以显著减小功率电路中用于滤波的电解电容的容量，作为改进，极端情况，去掉本专利技术创造的开关电源整流桥后滤波用的电解电容和输出滤波用的电解电容，仅保留小容量的CBB薄膜电容，构成无电解电容开关电源，可以广泛用于LED照明、半导体制冷、半导体制热等用电领域。
[0014]本专利技术创造具有显著的创新性，主要表现在：
[0015](1)与单周控制原理显著不同，结构更简单。
[0016]从众多的参考文献介绍的单周控制原理看，单周控制原理组成主要包括：脉冲发生器、带复位开关的可复位积分器、比较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型开关电源，其特征在于：包括EMI滤波器(1)、整流桥(2)、第一电容(3)、半导体开关(4)、续流二极管(5)、电感(6)、第二电容(7)和辅助电源(8)、控制电路(9)、稳压电路(10)、驱动电路(11)、保护电路(12)、充电电阻(19)、积分电容(20)、输入端子(21)、输出端子(22)、下拉电阻(23)；其中，所述EMI滤波器(1)的输入端经输入端子(21)接电网取电，输出端接整流桥(2)的交流输入端；所述整流桥(2)把交流电变换成直流电；所述第一电容(3)是电解电容，其正极接整流桥(2)的正极，负极接整流桥(2)的负极；所述半导体开关(4)是功率MOS管，功率MOS管的D极接整流桥(2)的正极，S极接电感(6)的一端；所述电感(6)的另一端接开关电源的输出端子(22)的正极；所述续流二极管(5)的K极接半导体开关(4)功率MOS管的S极；所述第二电容(7)是电解电容，其正极与输出端子(22)的正极连接；所述输出端子(22)的负极、第二电容(7)的负极、续流二极管(5)的A极、第一电容(3)的负极与整流桥(2)的负极连接在一起，成为开关电源的功率地PG；所述辅助电源(8)从整流桥(2)的正极取电，输出直流电压VCC给控制电路(9)、稳压电路(10)、驱动电路(11)、保护电路(12)供电；辅助电源(8)的输出正极与控制电路(9)、稳压电路(10)、驱动电路(11)、保护电路(12)的电源正极连接；辅助电源(8)的输出负极与控制电路(9)、稳压电路(10)、驱动电路(11)、保护电路(12)的电源负极连接，成为开关电源的信号地SG；开关电源的信号地SG与功率地PG连接；所述控制电路(9)的控制芯片是双路精密定时器556，完成功能包括脉冲发生器(13)、第一比较器(14)、第二比较器(15)、RS触发器(16)、放电开关(17)、反相器(18)；所述充电电阻(19)一端接整流桥(2)的正极，另一端与积分电容(20)的一端和第二比较器(15)的同相输入端连接；所述积分电容(20)的另一端接信号地SG；所述下拉电阻(23)的一端接第二比较器(15)的反相输入端，另一端接信号地SG；所述下拉电阻(23)设置基准电压信号V
REF
，开关电源的输出电压V0与基准电压信号V
REF
成正比；所述驱动电路(11)采用半桥驱动芯片IR2113S的高端驱动，自举供电，其输出HO经限流电阻(24)、门极电路(25)，送到半导体开关(4)功率MOS管的栅极，控制功率MOS管的导通和关断；IR2113S的VS脚与半导体开关(4)功率MOS管的S极连接；所述脉冲发生器(13)利用双路精密定时器556其中的一片555，外接电阻和电容，产生高频脉冲，送到第一比较器(14)的反相输入端，产生脉冲，送到RS触发器的S端，使得RS触发器的置“0”(低电平)，信号送到放电开关(17)的控制极，使得放电开关(17)关断，同时信号再送到反相器(18)的输入端，反相后，输出“1”(高电平)，送到驱动电路(11)IR2113S芯片的HIN脚，HO脚输出高电平，控制半导体开关(4)功率MOS管导通；同时，整流桥(2)的输出电压V
C
经充电电阻(19)给积分电容(20)充电，当积分电容(20)的电压达到基准电压信号V
REF
时，第二比较器(15)输出脉冲，送到RS触发器(16)的R端，使得RS触发器(16)的置“1”，信号送到放电开关(17)的控制极，使得放电开关(17)导通，对
积分电容(20)放电，同时信号再送到反相器(18)的输入端，反相后，输出“0”，送到驱动电路(11)IR2113S芯片的HIN脚，HO脚输出低电平，控制半导体开关(4)功率MOS管关断；当半导体开关(4)功率MOS管导通时，整流桥(2)的输出电压V
C
经半导体开关(4)功率MOS管给电感(6)充电，同时给第二电容(7)充电，并经...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国安，
申请(专利权)人：张国安，
类型：新型
国别省市：