電源模塊的製作方法

2023-09-23 21:16:55 1

專利名稱：電源模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子技術領域，特別涉及一種電源模塊。
背景技術：
電源模塊已被廣泛應用於各種電子設備，如電視機、計算機、DVD播放機等中，其作 用在於將外部220V交流電源轉換為直流電源，以提供工作電壓給負載。通常電源模塊開啟瞬間會在其輸出端產生一個過衝電壓。此過衝電壓會對連接於 電源模塊輸出端的負載造成損壞。針對上述問題，傳統電源模塊設計時通常採用一個光耦 來構成反饋迴路。即將光耦的第一輸入端通過分壓電阻連接電源模塊的輸出端，並在光耦 的第一輸入端和第二輸入端之間串接一個取樣電阻，同時光耦的第二輸入端接地。在電源 模塊開啟瞬間，分壓電阻和取樣電阻共同對電源模塊輸出端產生的過衝電壓進行分壓。因 此，光耦根據其第一輸入端和第二輸入端之間的電壓差值，即取樣電阻兩端分得的電壓值， 在其輸出端產生反饋信號。該反饋信號被輸入到電源模塊中的控制單元，該控制單元根據 反饋信號控制電源模塊的輸出端輸出較低的電壓。
然而，上述反饋信號的幅值較小，從而使得反饋效果不理想，並不能有效地抑制電 源模塊在開啟瞬間產生的過衝電壓。

發明內容
有鑑於此，有必要提供一種防止電壓過衝的電源模塊。一種電源模塊包括電壓變換單元、輸出整流濾波單元及反饋單元及放大單元。電壓 變換單元連接交流電源，並對交流電源輸出的交流電進行變換以生成負載交流電。輸出整流 濾波單元對負載交流電進行整流和濾波以生成負載直流電。反饋單元對負載直流電進行取樣 以分別產生第一取樣電壓和第二取樣電壓，第一取樣電壓與第二取樣電壓之間的差值為反饋 電壓，並根據該反饋電壓產生反饋信號，電壓變換單元根據反饋信號調整負載交流電的大小。 放大單元包括電容及二極體，電容的第一端接收該負載直流電，第二端接地。二極體的陰極與 電容的第一端相連，陽極與該反饋電壓的低電位端相連。負載直流電對電容進行充電以產生 電壓值緩慢增大的第三取樣電壓，放大單元用於在第二取樣電壓和第三取樣電壓之間的差值 達到二級管的導通電壓時，使反饋電壓增大。反饋單元根據增大的反饋電壓產生增大的反饋 信號，電壓變換單元用於根據增大的反饋信號減小負載交流電的大小。上述電源模塊，通過設置一個放大單元，如此當電源模塊開啟瞬間其輸出的電壓 過衝時，放大單元可使反饋電壓增大，反饋單元根據增大的反饋電壓使反饋信號增大，電壓 變換單元根據增大的反饋信號減少負載交流電的大小。從而可相應地降低負載直流電的大 小，達到防止電源模塊輸出電壓過衝的目的。


圖1為一較佳實施方式的電源模塊的功能模塊圖。
圖2為圖1中電源模塊的電壓變換單元的功能模塊圖。圖3為圖1中電源模塊的具體電路圖。
具體實施例方式如圖1所示是一較佳實施方式的電源模塊100的功能模塊圖。電源模塊100用於 對交流電源200輸出的交流電進行轉換，以生成負載直流電提供給負載300作為工作電壓。 電源模塊100包括電壓變換單元10、輸出整流濾波單元20、反饋單元30及放大單元40。電壓變換單元10與交流電源200相連，以對交流電源200輸出的交流電進行變 換，從而產生負載交流電。輸出整流濾波單元20用於對負載交流電進行整流和濾波，以生成負載直流電。
反饋單元30用於對負載直流電進行取樣，以分別產生第一取樣電壓和第二取樣 電壓，該第一取樣電壓和第二取樣電壓之間的差值為反饋電壓。反饋單元30根據該反饋電 壓產生反饋信號。放大單元40用於對負載直流電進行取樣以產生第三取樣電壓，第三取樣電壓從 零開始緩慢地上升。在本實施方式中，放大單元40包括一電容值較大的電容，電容的第一 端用於接收負載直流電，電容的第二端接地，負載直流電對電容進行充電，從而導致第三取 樣電壓，即電容的第一端電壓值，從零電位緩慢地上升。放大單元40還用於在第二取樣電壓和第三取樣電壓之間的差值達到預定電壓值 時，使反饋電壓值增大。在本實施方式中，該放大單元40包括二極體，當第二取樣電壓和第 三取樣電壓之間的差值達到二極體的導通電壓時，第二取樣電壓被拉低至和第三取樣電壓 大致相近，即第二取樣電壓和第三取樣電壓相差一個二極體的導通電壓，從而使反饋電壓 值增大。反饋單元30根據增大的反饋電壓產生增大的反饋信號，該增大的反饋信號被傳 送到電壓轉換單元10，如此電壓轉換單元10根據該增大的反饋信號降低負載交流電的幅 值大小，從而使輸出整流濾波單元20輸出幅值較小的負載直流電。圖2所示是電壓變換單元10的功能模塊圖。電壓變換單元10包括輸入整流濾波 單元12、控制單元14及開關變壓單元16。輸入整流濾波單元12連接交流電源200，其用於對交流電源200輸出的交流電進 行整流和濾波，以生成初級直流電。控制單元14用於接收該初級直流電以作為啟動電壓，並產生脈衝電壓。開關變壓單元16用於接收脈衝電壓，並根據該脈衝電壓將初級直流電轉化為負 載交流電。反饋單元30所產生的增大的反饋信號被傳送給控制單元14，從而控制單元14根 據增大的反饋信號減少脈衝電壓的佔空比，即脈衝電壓的上升沿時間較短，下降沿時間較 長。在本實施方式中，開關變壓單元16包括MOS管和變壓器，該MOS管的柵極與控制單元 14相連，該MOS管的源極通過電阻接地。該變壓器的初級線圈的一端連接輸入整流濾波單 元12，另一端連接MOS管的漏極。MOS管在脈衝電壓的上升沿導通，在脈衝電壓的下降沿截 止。由於MOS管Ml導通瞬間，變壓器的初級線圈中無電流流過，而基於電感對突變的電流有 阻礙作用的特性，因此流過初級線圈的電流是緩慢地增大的。由於MOS管的導通時間較短，導致變壓器的初級線圈中流過的電流幅值較小，變壓器的次級線圈感應變化的電流產生的 負載交流電的幅值也相應地降低。輸出整流濾波電路20基於幅值降低的負載交流電減小 負載直流電的幅值大小。當電源模塊100在剛開啟瞬間產生過衝電壓時，控制單元14可通過減少脈衝電壓 的佔空比，以降低電源模塊100輸出的負載直流電的幅值大小，從而可防止負載直流電幅 值過大對負載造成損壞。圖3所示是電源模塊100的具體電路圖。輸入整流濾波單元12與交流電源200 相連。控制單元14與輸入整流濾波單元12相連。開關變壓單元16包括MOS管Ml、下拉電 阻R7及變壓器Tl。MOS管Ml的柵極連接控制單元14，MOS管Ml的源極通過下拉電阻R7 接地。變壓器Tl具有初級線圈Ll和次級線圈L2，初級線圈Ll的一端連接輸入整流濾波單 元12，另一端與MOS管Ml的漏極相連。輸出整流濾波單元20與負載300相連。反饋單元30包括第一取樣電阻R1、第二取樣電阻R2、第一分壓電阻R3、第二分壓 電阻R4、晶閘管Q1、光耦U2。第一取樣電阻Rl的一端連接輸出整流濾波單元20，另一端連 接光耦U2的第一輸入端。第二取樣電阻R2連接於光耦U2的第一輸入端和第二輸入端之 間。晶閘管Ql的陰極連接光耦U2的第二輸入端，晶閘管Ql的陽極接地。第一分壓電阻R3 的一端連接輸出整流濾波單元20，另一端連接晶閘管Ql的門極。第二分壓電阻R4連接於 晶閘管Ql的門極和地之間。
電阻R5的一 端連接輸出整流濾波單元20，另一端連接電容Cl的第一端。電容Cl的第二端接地。二極 管Dl的陰極連接於第三分壓電阻R5和電容Cl的第一端之間，二極體Dl的陽極連接光耦 U2的第二輸入端，電容Cl的電容值較大。在其他實施方式中，電容Cl可為電解電容，且電 解電容的電容值較大。電源模塊100的工作原理如下當電源模塊100剛開啟瞬間，控制單元14輸出一個佔空比較大的脈衝電壓，也即 脈衝電壓的上升沿時間較長，脈衝電壓的下升沿時間較短。MOS管Ml在脈衝電壓的上升沿 導通，故MOS管Ml的導通時間較長。因此流過初級線圈Ll的電流(即流過MOS管Ml的漏 極和源極之間的電流id)也較大，從而使變壓器T4的次級線圈L2產生的負載交流電過大， 由此輸出整流濾波單元20產生的負載直流電過大。第一分壓電阻R3和第二分壓電阻R4 對負載直流電進行分壓，晶閘管Ql具有一基準電壓值。因為負載直流電較大，第二分壓電阻R4分得的電壓值也較大，如此晶閘管Ql的門 極電壓值將大於基準電壓值，晶閘管Ql導通。當電源模塊100穩定工作時，負載直流電將 較為穩定，此時第二分壓電阻R4分得的電壓值將較小，使得晶閘管Ql的門極電壓值小於基 準電壓值，晶閘管Ql截止，因此第二取樣電阻R2上無電流流過，光耦U2的第一輸入端和第 二輸入端之間的電壓差為零，光耦U2的輸出端不產生反饋信號輸入至控制單元14。晶閘管Ql導通時，晶閘管Ql的陽極和陰極之間有電流流過。第一取樣電阻Rl和 第二取樣電阻R2對負載直流電進行分壓分別產生第一取樣電壓Vl和第二取樣電壓V2，光 耦U2的第一輸入端的電壓值即為第一取樣電壓VI，光耦U2的第二輸入端的電壓值即為第 二取樣電壓V2。負載直流電通過第三分壓電阻R5給電容Cl充電，因為電容Cl的電容值較大，故第三取樣電壓V3，即電容Cl的第一端電壓值，由零電位緩慢地上升。當第二取樣電壓V2與第三取樣電壓V3之間的電壓差值達到二極體Dl的導通電 壓Vc (矽管二極體的導通電壓為0. 7V，鍺管二極體的導通電壓為0. 2V)時，二極體Dl導通， 從而使得第二取樣電壓V2被拉低到與第三取樣電壓V3大致相近，即V2 = V3+Vc。因此，光 耦U2的第一輸入端和第二輸入端之間的電壓差值，即反饋電壓V4 = V1-V2 = V1-V3-VC。電源模塊100剛開啟瞬間其輸出的負載直流電過大(電壓過衝)時，第三取樣電 壓V3 —開始為零電位，反饋電壓V4為其最大電壓，即V4max = Vl-Vc。此後，第三取樣電壓 V3緩慢上升至與第二取樣電壓V2之間的壓差小於Vc時，二極體Dl截止，反饋電壓緩慢下 降為 V4min = V1-V2。相對於現有技術中沒有設置放大單元40的電源模塊100，其光耦U2的第一輸入端 和第二輸入端之間的電壓差值，即反饋電壓V4b = V1-V2。本發明的電源模塊100剛開啟瞬 間，其光耦U2的反饋電壓V4大於V4b。由於光耦U2的反饋電壓值增大，從而使得流過光 耦U2的第一輸入端和第二輸入端之間的電流增大，即通過光耦U2的輸出端反饋到控制單 元14的反饋信號增大。綜上所述，電源模塊100剛開啟瞬間其輸出的負載直流電過大(電壓過衝)時，控 制單元14可根據增大的反饋信號有效地將其輸出的脈衝電壓的佔空比(脈衝寬度)減少。 如此變壓器Tl的次級線圈L2感應初級線圈Ll中的變化 電流所產生的負載交流電的幅值 將降低，從而使得輸出整流濾波電路20對負載交流電進行整流和濾波所產生的負載直流 電壓值也降低。如此可有效地防止電源模塊100開啟瞬間其負載直流電過大對外部電子設 備造成損壞。本技術領域的普通技術人員應當認識到，以上的實施方式僅是用來說明本發明， 而並非用作為對本發明的限定，只要在本發明的實質精神範圍之內，對以上實施例所作的 適當改變和變化都落在本發明要求保護的範圍之內。
權利要求
一種電源模塊，用於將交流電源輸出的交流電轉換為直流電，該電源模塊包括電壓變換單元、輸出整流濾波單元及反饋單元，該電壓變換單元用於對交流電源輸出的交流電進行變換以生成負載交流電，該輸出整流濾波單元用於對該負載交流電進行整流和濾波以生成負載直流電，該反饋單元用於對負載直流電進行取樣以分別產生第一取樣電壓和第二取樣電壓，該第一取樣電壓和第二取樣電壓之間的差值為反饋電壓，並根據該反饋電壓產生反饋信號，該電壓變換單元根據反饋信號調整負載交流電的大小，其特徵在於該電源模塊還包括放大單元，該放大單元包括電容及二極體，該電容的第一端接收該負載直流電，第二端接地，該二極體的陰極與電容的第一端相連，陽極與該反饋電壓的低電位端相連，該負載直流電對電容進行充電以產生電壓值緩慢增大的第三取樣電壓，該放大單元用於在第二取樣電壓和第三取樣電壓之間的差值達到二級管的導通電壓時，使反饋電壓增大，該反饋單元根據增大的反饋電壓產生增大的反饋信號，該電壓變換單元用於根據增大的反饋信號減小負載交流電的大小。
2.如權利要求1所述的電源模塊，其特徵在於該放大單元使反饋電壓值增大是通過 將第二取樣電壓拉低和第三取樣電壓大致相近來實現的。
3.如權利要求1所述的電源模塊，其特徵在於該反饋單元包括光耦、晶閘管、第一取 樣電阻、第二取樣電阻、第一分壓電阻及第二分壓電阻，該第一取樣電阻的一端連接輸出整 流濾波單元，另一端連接光耦的第一輸入端，該第二取樣電阻連接於光耦的第一輸入端和 第二輸入端之間，該光耦的輸出端連接電壓變換單元，該晶間管的陰極連接光耦的第二輸 入端，該晶閘管的陽極接地，該晶閘管的門極通過第一分壓電阻連接輸出整流濾波單元，該 晶閘管的門極還通過第二分壓電阻接地。
4.如權利要求3所述的電源模塊，其特徵在於該第一取樣電壓為光耦的第一輸入端 的電壓值，該第二取樣電壓為光耦的第二輸入端的電壓值。
5.如權利要求3所述的電源模塊，其特徵在於該晶閘管具有一基準電壓值，當輸入該 晶閘管的門極電壓值大於基準電壓值時，該晶閘管導通，該晶閘管的陰極和陽極之間有電 流流過。
6.如權利要求3所述的電源模塊，其特徵在於該放大單元還包括第三分壓電阻，該第 三分壓電阻的一端連接輸出整流濾波單元，另一端連接電容的第一端，該二極體的陰極連 接於電容的第一端和第三分壓電阻之間，該二極體的陽極連接光耦的第二輸入端。
7.如權利要求6所述的電源模塊，其特徵在於該電容的容值較大，該電容可為電解電容。
8.如權利要求1所述的電源模塊，其特徵在於該電壓變換單元包括輸入整流濾波單 元、控制單元及開關變壓單元，該輸入整流濾波單元連接交流電源，其用於對交流電源輸出 的交流電進行整流和濾波，以生成初級直流電，該控制單元用於接收該初級直流電以作為 啟動電壓，並產生脈衝電壓，該開關變壓單元用於根據脈衝電壓將初級直流電轉化為負載 交流電。
9.如權利要求8所述的電源模塊，其特徵在於該反饋單元用於將增大的反饋信號提 供給控制單元，該控制單元根據該增大的反饋信號減少脈衝信號的佔空比。
全文摘要
一種電源模塊包括電壓變換單元、輸出整流濾波單元及反饋單元及具有電容的放大單元。電壓變換單元連接交流電源，並對交流電源輸出的交流電進行變換以生成負載交流電。輸出整流濾波單元對負載交流電進行整流和濾波以生成負載直流電。反饋單元對負載直流電進行取樣以分別產生第一取樣電壓和第二取樣電壓，第一取樣電壓與第二取樣電壓之間的差值為反饋電壓，並根據該反饋電壓產生反饋信號。負載直流電對電容進行充電以產生電壓值緩慢增大的第三取樣電壓，放大單元用於在第二取樣電壓與第三取樣電壓的差值達到二級管的導通電壓時，使反饋電壓增大。反饋單元根據增大的反饋電壓使反饋信號增大，電壓變換單元根據增大的反饋信號減小負載交流電的大小。
文檔編號H02M7/02GK101834533SQ200910300799
公開日2010年9月15日 申請日期2009年3月11日 優先權日2009年3月11日
發明者魯建輝 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司;鴻海精密工業股份有限公司