微功耗工频脉宽调制开关电源制造技术

一种微功耗工频脉宽调制开关电源，所有功率器件都工作在工频，既不产生高频损耗，也不产生EMI干扰，该开关电源不采用复杂的PWM控制芯片，电路简单，安全可靠，寿命长，故障少，与传统高频脉宽调制开关电源相比，成本、体积、重量、功耗都减少90%。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
微功耗工频脉宽调制开关电源
本技术涉及一种微功耗工频脉宽调制开关电源。
技术介绍
图1是传统高频脉宽调调制开关电源中的控制芯片UC3825的框图，框图已经如此复杂，电路本身的复杂性可见一斑。高频脉宽调制的工作原理如图2波形所示:直流电压V=代表了输出电压值，V△是芯片本身产生的三角波电压，V=接在比较器的同相端，V△接在比较器的反相端，经过比较器的比较操作后，当V=大于V△时，比较器输出高电平，如方波电压V2，电压V2经过分频、异或操作后，得到最后的驱动方波信号VQ1、VQ2。当代表输出电压的直流电压V=变高时，比较器的输出电压V2的脉宽变窄，即最后的控制方波信号VQ1、VQ2也变窄，MOS管开通时间变短，输出电压变低，于是保持了输出电压的恒定，反之变然。传统高频脉宽调制开关电源必须采用磁芯变压器降低由MOS管产生的高频方波高电压，滤波后得到需要的直流低电压，这里的“高频”和“变压器”，以及上述电路的复杂性，是传统高频脉宽调制开关电源产生弊端的三大根源。I)高频工作的器件，会产生高频损耗和EMI干扰；2)变压器的漏感会产生大量的电磁辐射，同时产生功率损耗；3)电路的复杂性使得故障率增加，降低了系统的可靠性。
技术实现思路
本专利技术涉及一种工频脉宽调制开关电源，所有功率器件都工作在工频，既不产生高频损耗，也不产生EMI干扰，该开关电源不采用复杂的PWM控制芯片，电路简单，安全可靠，寿命长，故障少，与传统高频脉宽调制开关电源相比，成本、体积、重量、功耗都减少90%。微功耗工频脉宽调制开关电源包括光耦U1、比较器U2、U3 ;二极管D2、D3、D6、D7组成整桥B，输入市电接整流桥B的输入端，整流桥B的正输出端是Vd,其负输出端是地；电容C2的正极、电阻R5、R7、RlO、二极管Dl的阳极都接在整流桥B的正输出端Vd ;电阻R2、1?3、1?4、1?8、二极管05的阴极、电容Cl的正极、比较器U2、U3的电源正端都接在一起形成端点Vcc，此端点通过电阻Rl接二极管Dl的阴极；电阻R12-R15、电容Cl、C3的负极、二极管D5的阴极、光耦Ul的三极管部份的发射极、比较器U2、U3的电源负端、功率MOS管Ql的源极都接地；光耦Ul的二极管部份的阳极接电阻R7的另一端，其阴极接电阻RlO的另一端，同时接功率MOS管Ql的漏极和电容C2的负极；功率MOS管Ql的栅极接比较器U3的输出端，同时接电阻R8的另一端，光耦Ul的三极管部份的集电极接电阻R2的另一端，通过电阻R9接比较器U2的同相输入端，同时接电阻R13的另一端，其反相端接电阻R3和电阻R12组成的串联支路的中点，比较器U2的输出端接电阻R4的另一端，同时接二极管D4的阳极，电阻R11、二极管D4的阴极、电容C3的正极接在一起。电阻Rll的另一端接比较器U3的同相输入端和电阻R14的另一端，比较器U3的反相输入端接电阻R5和电阻R15组成的串联支路的中点。微功耗工频脉宽调制开关电源的全部控制电路实际只一个比较器，比较器的输出直接驱动功率MOS管，并不需要复杂的PWM脉宽调制芯片及其复杂的外围电路。图5是微功耗工频脉宽调制开关电源控制原理，与图2的高频脉宽调制的工作原理相仿，直流电压Vp代表了输出电压值，Vn是正弦波参考电压，Vp接在比较器的同相端，Vn接在比较器的反相端，经过比较器的比较操作后，当Vp大于Vn时，比较器输出高电平，如方波电压Vg，电压Vg就是最后的驱动方波信号，当代表输出电压值的直流电压Vp变高时，比较器的输出电压Vg的脉宽变宽，电压Vg通过反相后，MOS管开通时间变短，输出电压Vo变低，于是保持了输出电压Vo的恒定，反之变然。图3是输出电压No的仿真波开，图4是调制产生的驱动信号Vg的仿真波形。微功耗工频脉宽调制开关电源不采用磁芯变压器降低电压，因为功率MOS管输出的电压，是以正弦波以零点为中心的脉冲高度，正是为额定输出电压量身定做的，经在电容滤波后即是输出电压额定值，不必进行额外的功率变换。这里的“工频”和“不采用变压器”，以及上述简单之极的电路，是微功耗工频脉宽调制开关电源之所以具有优越性的三要素。I)工频工作的器件，不会产生高频损耗和EMI干扰；2)没有变压器就没有漏感产生的电磁辐射，同时也不会产生功率损耗；3)简单之极的电路使得故障率降至极小，系统的可靠性提高至极大。【附图说明】图1传统高频脉宽调调制开关电源中的控制芯片框图。图2传统高频脉宽调调制开关电源中的控制波形。图3微功耗工频脉宽调制开关电源控制原理(输出波形)。图4微功耗工频脉宽调制开关电源控制原理(驱动波形)。图5微功耗工频脉宽调制开关电源控制原理(调制波形)。图6开环控制电路。图7开环控制电路输出电压仿真波形。图8开环控制电路调制仿真波形。图9开环控制电路驱动方波仿真波形。图10闭环控制电路。图11闭环控制电路输出电压仿真波形。图12闭环控制电路调制仿真波形。图13闭环控制电路驱动方波仿真波形。图14恒流控制电路。图15恒流控制电路输出电压仿真波形。图16恒流控制电路输出电压仿真波形(200 Ω )。图17闭环控制电路调制仿真波形。图18闭环控制电路驱动方波仿真波形。图19闭环控制电路调调方波仿真波形。图20恒压控制电路。图21恒压控制电路电压仿真波形。【具体实施方式】1.开环控制电路图6是微功耗工频脉宽调制开关电源的开环控制电路，二极管D2、D3、D5、D6组成的整流桥从市电得到单向馒头波电压Vd，二极管D1、电阻R1、稳压管D4、电容Cl组成了辅助电源Vcc，比较器LM339的同相输入端接电阻R2、R6串联支路的中点，电阻R2的另一端接Vcc，电阻R6的另一端接地；LM339的反相输入端接电阻R3、R7串联支路的中点，电阻R3的另一端接Vd,电阻R7的另一端接地；LM339的输出端通过电阻R4接Vcc，同时直接接功率MOS管Ql的栅极，Ql的漏极接Vd，源极通过电阻R9和电容C2接地，输出电压Vo由电阻R9和电容C2取得。调节电阻R6的大小，可以调节电压Vp相对于参考电压Vn的位置，即可以调节比较器输出方波的脉宽，从而改变功率MOS管的导通时间，改变输出电压Vo的幅值。图7、8、9是开环控制电路各点电压仿真波形，电阻R6增大，电压Vp相对于参考电压Vn的位置增高，比较器输出方波Vg的脉宽变宽，从而增加功率MOS管的导通时间，使得输出电压Vo增加，反之亦然。比较器的输出方波Vg，即功率MOS管栅极驱动信号的幅值，就是辅助电压Vcc的幅值，其脉宽决定于电压Vp大于参考电压Vn的持续时间，改变电阻R6的大小，就是改变Vg的脉宽，从而改变输出电压Vo的高低。2.闭环控制电路图10是微功耗工频脉宽调制开关电源的闭环控制电路，与图6的开环控制电路相t匕，增加了光耦4N33和2个电阻，电路接法如图示。当输入电压增加，或负载电流减小时，输出电压Vo会增加，导至流经光耦4N33 二极管部份的电流增加，则三极管部份的集电极电流也增加，集电极电阻R2上的电压增加，于是4N33三极管部份集电极电压降低，使得电压Vp相对于参考电压Vn的相对位置下降，从而使得比较器LM339输出方波的脉宽变窄，功率MOS管导致通时间变短，于是输出电压Vo下降，反之亦然。图11、12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微功耗工频脉宽调制开关电源，其特征是：整机包括光耦U1、第二、三比较器（U2、U3）；第二、三、六、七二极管（D2、D3、D6、D7）组成整桥B，输入市电接整流桥B的输入端，整流桥B的正输出端是Vd，其负输出端是地；第二电容（C2）的正极、第五、七、十电阻（R5、R7、R10）、第一二极管（D1）的阳极都接在整流桥B的正输出端Vd；第二、三、四、八电阻（R2、R3、R4、R8）、第五二极管（D5）的阴极、第一电容（C1）的正极、第二、三比较器（U2、U3）的电源正端都接在一起形成端点Vcc，此端点通过第一电阻（R1）接第一二极管（D1）的阴极；第十二到第十五电阻（R12?R15）、第一、三电容（C1、C3）的负极、第五二极管（D5）的阴极、第一光耦U1三极管部份的发射极、第二、三比较器（U2、U3）的电源负端、功率MOS管Q1的源极都接地；光耦U1的二极管部份的阳极接第七电阻（R7）的另一端，其阴极接第十电阻（R10）的另一端，同时接功率MOS管Q1的漏极和第二电容（C2）的负极；功率MOS管Q1的栅极接第三比较器（U3）的输出端，同时接第八电阻（R8）的另一端，光耦U1的三极管部份的集电极接第二电阻（R2）的另一端，通过第九电阻（R9）接第二比较器（U2）的同相输入端，同时接第十三电阻（R13）的另一端，其反相端接第三电阻（R3）和第十二电阻（R12）组成的串联支路的中点，第二比较器（U2）的输出端接第四电阻（R4）的另一端，同时接第四二极管（D4）的阳极，第十一电阻（R11）、第四二极管（D4）的阴极、第三电容（C3）的正极接在一起；第十一电阻（R11）的另一端接第三比较器（U3）的同相输入端和第十四电阻（R14）的另一端，第三比较器（U3）的反相输入端接第五电阻（R5）和第十五电阻（R15）组成串联支路的中点。...

【技术特征摘要】
1.一种微功耗工频脉宽调制开关电源，其特征是:整机包括光耦U1、第二、三比较器(U2、U3);第二、三、六、七二极管(D2、D3、D6、D7)组成整桥B，输入市电接整流桥B的输入端，整流桥B的正输出端是Vd，其负输出端是地；第二电容(C2)的正极、第五、七、十电阻(R5、R7、R10)、第一二极管(Dl)的阳极都接在整流桥B的正输出端Vd;第二、三、四、八电阻(R2、R3、R4、R8)、第五二极管(D5)的阴极、第一电容(Cl)的正极、第二、三比较器(U2、U3)的电源正端都接在一起形成端点Vcc，此端点通过第一电阻(Rl)接第一二极管(Dl)的阴极；第十二到第十五电阻(R12-R15)、第一、三电容(C1、C3)的负极、第五二极管(D5)的阴极、第一光耦Ul三极管部份的发射极、第二、三比较器(U2、U3)的电源负端、功率MOS管Ql的源极都接地；光耦Ul的二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：郁百超，
申请(专利权)人：郁百超，
类型：实用新型
国别省市：