[发明专利]微功耗工频脉宽调制开关电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种微功耗工频脉宽调制开关电源。

背景技术

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V_Q1、V_Q2。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V_Q1、V_Q2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。

1)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。

发明内容

本发明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、R10、二极管D1的阳极都接在整流桥B的正输出端Vd；电阻R2、R3、R4、R8、二极管D5的阴极、电容C1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R1接二极管D1的阴极；电阻R12-R15、电容C1、C3的负极、二极管D5的阴极、光耦U1的三极管部份的发射极、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电阻R7的另一端，其阴极接电阻R10的另一端，同时接功率MOS管Q1的漏极和电容C2的负极；功率MOS管Q1的栅极接比较器U3的输出端，同时接电阻R8的另一端，光耦U1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R11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Vo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。

1)工频工作的器件，不会产生高频损耗和EMI干扰；