開關電源以及開關電源集成電路的製作方法
2023-06-16 13:20:31
開關電源以及開關電源集成電路的製作方法
【專利摘要】本發明提出一種具有單端檢測交流電過零功能的開關電源集成電路，開關電源集成電路包括功率開關模塊以及開關電源控制模塊，其還包括單端交流電過零檢測模塊，單端交流電過零檢測模塊包括：過零檢測單元，過零檢測單元連接交流電源，過零檢測單元檢測到交流電源的過零點後產生過零檢測信號，過零檢測單元包括檢測端和輸出端，過零檢測單元的檢測端連接交流電源；以及驅動單元，包括輸入端和輸出端，驅動單元的輸入端連接過零檢測單元的輸出端，驅動單元接收過零檢測信號，驅動單元的輸出端輸出過零驅動信號。本發明還提出一種開關電源。本發明能夠降低交流電源過零點檢測的損耗，符合節能標準，能夠準確測出具有半波整流電路的開關電源的過零點。
【專利說明】開關電源以及開關電源集成電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及開關電源，尤其涉及一種具有單端檢測交流電過零功能的開關電源集成電路以及開關電源。
【背景技術】
[0002]在家電及電器控制領域，通常會為了降低繼電器的切換應力延長繼電器的壽命，採用僅在交流電的過零點對繼電器進行開關動作，因此檢測交流電的過零點是電路必須的功能設計之一。在使用工頻變壓器作為供電的傳統應用中，可以方便地從變壓器次級取得交流電的過零點信號。
[0003]但隨著節能要求的不斷提高，開關電源開始逐步取代工頻變壓器作為電器的主要供電來源，此時電源的次級側無法直接檢測出交流電的過零點信息，因此需要提出新的檢測零點的方法。
[0004]在開關電源的應用的早期，人們普遍使用一個光耦器件通過一個電阻分壓網絡串聯從交流電線中取得過零點信號並通過光耦以隔離的方式傳遞到次級的控制電路，但受限於光耦的靈敏度，使得上述分壓電阻網絡在檢測的過程中產生極大的功率消耗，一般可達0.4W之多，系統整機待機功耗因此均在0.5W以上。目前，世界各國均已陸續實施新的0.5W待機節能標準，因此如果繼續使用該種系統和方法將無法達到待機節能標準。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題在於克服上述現有技術中的問題，而提出一種具有單端檢測交流電過零功能的開關電源集成電路以及開關電源，通過對過零點的主動檢測來控制開關電源的次級電路，能夠有效地解決能耗過高、無法符合節能標準等問題。
[0006]為解決上述技術問題，本發明提出一種具有單端檢測交流電過零功能的開關電源集成電路，開關電源集成電路包括功率開關模塊以及開關電源控制模塊，其還包括單端交流電過零檢測模塊，單端交流電過零檢測模塊包括:過零檢測單元，過零檢測單元連接交流電源，過零檢測單元檢測到交流電源的過零點後產生過零檢測信號，過零檢測單元包括檢測端和輸出端，過零檢測單元的檢測端連接交流電源；以及驅動單元，包括輸入端和輸出端，驅動單元的輸入端連接過零檢測單元的輸出端，驅動單元接收過零檢測信號，驅動單元的輸出端輸出過零驅動信號。
[0007]優選地，過零檢測單元包括過零比較器，過零比較器的一端接地或接參考電壓，過零比較器的另一端為過零檢測單元的檢測端，過零比較器的輸出端為過零檢測單元的輸出端。
[0008]優選地，驅動單元包括三極體或場效應管，三極體的基極或場效應管的柵極為驅動單元的輸入端，三極體的集電極或場效應管的漏極為驅動單元的輸出端，三極體的發射極或場效應管的源極接地。
[0009]優選地，開關電源集成電路的封裝包括交流電檢測腳以及過零信號輸出腳，過零信號的檢測端為開關電源集成電路的交流電檢測腳，驅動單元的輸出端為開關電源集成電路的過零信號輸出腳。
[0010]優選地，開關電源集成電路的封裝形式為DIP8或者S0P8。
[0011]優選地，功率開關模塊為三極體或者MOS管。
[0012]優選地，功率開關模塊的耐壓範圍為200V-1000V。
[0013]本發明還提出一種開關電源，包括光耦合器、半波整流電路、第一電阻、變壓器以及如上所述的具有單端檢測交流電過零功能的開關電源集成電路，半波整流電路包括二極體，光耦合器包括兩個輸入端，開關電源集成電路還包括電路供電腳；第一電阻連接在二極體的陽極以及開關電源集成電路的交流電檢測腳之間，開關電源集成電路的過零信號輸出腳連接光耦合器的一個輸入端，電路供電腳連接外部電源，光耦合器的另一個輸入端連接外部電源，二極體的陽極連接交流電源，二極體的陰極連接變壓器的一端，功率開關模塊連接變壓器的另一端。
[0014]與現有技術相比，本發明的有益效果包括:本發明的具有單端檢測交流電過零功能的開關電源集成電路以及開關電源，通過把過零檢測單元以及驅動單元集成在電路中，可以實時同步控制光耦合器，從而降低在過零檢測中的功率損耗，符合待機節能標準，能夠準確測出具有半波整流電路的開關電源的過零點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的開關電源的優選實施例的電路結構圖。
[0016]圖2為圖1中的開關電源集成電路的示意圖。
[0017]圖3為本發明的開關電源的另一優選實施例的電路結構圖。
[0018]圖4為圖3中的開關電源集成電路的示意圖。
[0019]其中，附圖標記說明如下:具有單端檢測交流電過零功能的開關電源集成電路I單端交流電過零檢測模塊11過零檢測單元111驅動單元112功率開關模塊12開關電源控制模塊13光耦合器ICl第一電阻Rl吸收回路RDC半波整流電路2 二極體Dl參考電源VERF變壓器T。
【具體實施方式】
[0020]為了進一步說明本發明的原理和結構，現結合附圖對本發明的優選實施例進行詳細說明。
[0021]請參閱圖1至圖4，本發明的一種具有單端檢測交流電過零功能的開關電源集成電路1，其包括:單端交流電過零檢測模塊11、功率開關模塊12以及開關電源控制模塊13。一般的開關電源集成電路都沒有電網交流電過零點檢測的功能，而本發明集成了該功能，並且不需要額外的元器件。
[0022]單端交流電過零檢測模塊11包括過零檢測單元111以及驅動單元112。過零檢測單元111連接交流電源，驅動單元112連接過零檢測單元111。過零檢測單元111檢測到交流電源的過零點後產生過零檢測信號，驅動單元112接收過零檢測信號，驅動單元112輸出過零驅動信號。
[0023]過零檢測單元111包括檢測端以及輸出端。請參閱圖2，本實施例中，過零檢測單元ill包括過零比較器，過零比較器的同相端接地，過零比較器的異相端為過零檢測單元111的檢測端，過零比較器的輸出端為過零檢測單元111的輸出端。
[0024]請參閱圖3，在其它實施例中，過零檢測單元111包括過零比較器，過零比較器的同相端接參考電源VERF，過零比較器的異相端為過零檢測單元111的檢測端，過零比較器的輸出端為過零檢測單元111的輸出端。該參考電源VERF可以根據次級控制電路的需求來設置。如果該過零比較器的異相端接參考電源VERF，則該過零檢測單元111具有了交流電的大小檢測功能。具體為，通過該參考電源VERF設置次級控制電路的工作電壓範圍，當檢測到流過第一電阻Rl的交流電的大小不在設定的工作電壓範圍內時，不輸出過零檢測信號，次級控制電路從而可以間接得到交流電的大小參數而實施諸如過壓保護、欠壓保護或者開關控制等功能。
[0025]請繼續參閱圖2和圖3，驅動單元112包括輸入端和輸出端。本實施例中，驅動單元112包括三極體，三極體的基極為該驅動單元112的輸入端，三極體的集電極為該驅動單元112的輸出端，三極體的發射極接地。因為，過零信號比較小，通過三極體能把過零信號放大至能夠驅動光耦合器ICl工作的範圍，從而使得光耦合器ICl工作。在其它實施例中，驅動單元112包括場效應管，場效應管的柵極為驅動單元的輸入端，場效應管的漏極為驅動單元的輸出端，場效應管的源極接地。
[0026]請參閱圖4，開關電源集成電路I通過集成功率開關模塊12、開關電源控制模塊13以及具有單端交流電過零檢測模塊11，這樣就不再需要額外的元器件，並具有極少的外圍數量，使得綜合成本降低。
[0027]本實施例中，該開關電源集成電路I的封裝為DIP8或者S0P8。該開關電源集成電路I的管腳2為交流電檢測腳、管腳3為開關電源集成電路I參考接地引腳，管腳4為開關電源集成電路I供電引腳，管腳5為過零信號輸出引腳，管腳7和管腳8為功率開關模塊12引腳。交流電檢測腳為過零檢測單元111的兩個檢測端，信號輸出腳為驅動單元112的輸出端。該開關電源集成電路I需要使用的引腳數量和引腳位置可以根據實際情況來設定，不限於本實施例的情況。請參閱圖4，也可以採用只有5個管腳的封裝，由於管腳7和管腳8是連在一起的，因此，只要5個管腳就可以足夠實現本實施例的功能了。
[0028]本實施例中，開關電源控制模塊13為PWM (脈寬調製電路)，PFM (脈頻調製電路)或者PSM (脈數調製電路)。功率開關模塊12的電壓承受範圍為200V-1000V。功率開關模塊12為三極體或者MOS管。
[0029]請繼續參閱圖1和圖4，本發明還提出一種開關電源，開關電源應用於供電系統，其包括光耦合器IC1、半波整流電路2、第一電阻R1、變壓器T以及如上所述的開關電源集成電路1，半波整流電路2包括二極體Dl，光耦合器ICl包括兩個輸入端。第一電阻Rl連接在二極體Dl的陽極以及開關電源集成電路I的交流電檢測腳之間，開關電源集成電路I的過零信號輸出腳連接光耦合器ICl的一個輸入端。開關電源集成電路I還包括電路供電腳，電路供電腳連接外部電源，光耦合器ICl的另一端連接外部電源。二極體Dl的陽極連接交流電源，二極體Dl的陰極連接變壓器T的一端，功率開關模塊12連接變壓器T的另一端，吸收回路RDC與變壓器T並聯。
[0030]從圖中可以看到，光耦合器ICl的供電也可以通過開關電源集成電路I的外部電源供電，無需額外的電源。受惠於我們的開關電源集成電路I的供電一般只有5-10V左右，因此有高達5mA的電流進行光耦驅動，從而降低光耦的靈敏度要求，使得光耦合器ICl能夠更快被啟動，降低了光耦合器ICl的啟動時間。而最大的損耗功率僅5mW以下，比傳統的方法降低10倍以上，節省了能源。
[0031]下面結合圖1至圖4來詳細說明本發明的工作原理。
[0032]交流電的過零點信號經過第一電阻Rl進入到控制開關電源集成電路I內部，經過零檢測單元111的處理與分析後，產生過零檢測信號。若過零檢測單元111連接參考電源VERF，則檢測流過第一電阻Rl的電流大小是否在設置範圍內，如果是則把該過零檢測信號傳送至該驅動單元112，否則不傳送；若過零檢測單元111接地，則檢測到過零點，就把過零信號傳送至驅動單元112。驅動單元112若接收到過零信號，就輸出驅動信號，並對連接在外部的光耦合器ICl進行同步控制。過零點檢測信號經過光耦合器ICl以隔離方式傳遞到次級後，即可實施相關的控制工作，能夠準確測出具有半波整流電路的開關電源的過零點。
[0033]與現有技術相比，採用本發明的具有單端檢測交流電過零功能的開關電源集成電路以及開關電源，通過把過零檢測單元以及驅動單元集成在電路中，不需要額外的元器件，降低了生產成本,並且由於能夠主動的分析交流電過零點，不需要額外的較大功率消耗即可實時輸出交流信號到次級控制電路，使得整機待機功耗可以容易地控制在0.5W以下，甚至0.3W以下，符合現在的待機節能標準，同時，因為降低了光耦合器的靈敏度要求，提高了啟動速度。
[0034]以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，並非限制本發明的保護範圍。凡運用本發明說明書及附圖內容所作出的等效結構變化，均包含在本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種具有單端檢測交流電過零功能的開關電源集成電路，所述開關電源集成電路包括功率開關模塊以及開關電源控制模塊，其特徵在於，其還包括單端交流電過零檢測模塊，所述單端交流電過零檢測模塊包括: 過零檢測單元，所述過零檢測單元連接交流電源，所述過零檢測單元檢測到所述交流電源的過零點後產生過零檢測信號，所述過零檢測單元包括檢測端和輸出端，所述過零檢測單元的檢測端連接所述交流電源；以及 驅動單元，包括輸入端和輸出端，所述驅動單元的輸入端連接所述過零檢測單元的輸出端，所述驅動單元接收所述過零檢測信號，所述驅動單元的輸出端輸出過零驅動信號。
2.如權利要求1所述的開關電源集成電路，其特徵在於，所述過零檢測單元包括過零比較器，所述過零比較器的一端接地或接參考電壓，所述過零比較器的另一端為所述過零檢測單元的檢測端，所述過零比較器的輸出端為所述過零檢測單元的輸出端。
3.如權利要求1所述的開關電源集成電路，其特徵在於，所述驅動單元包括三極體或場效應管，所述三極體的基極或場效應管的柵極為所述驅動單元的輸入端，所述三極體的集電極或場效應管的漏極為所述驅動單元的輸出端，所述三極體的發射極或場效應管的源極接地。
4.如權利要求1所述的開關電源集成電路，其特徵在於，所述開關電源集成電路的封裝包括交流電檢測腳以及過零信號輸出腳，所述過零信號的檢測端為所述開關電源集成電路的交流電檢測腳，所述驅動單元的輸出端為所述開關電源集成電路的過零信號輸出腳。
5.如權利要求4所述的開關電源集成電路，其特徵在於，所述開關電源集成電路的封裝形式為DIP8或者S0P8。
6.如權利要求1所述的開關電源集成電路，其特徵在於，所述功率開關模塊為三極體或者MOS管。
7.如權利要求6所述的開關電源集成電路，其特徵在於，所述功率開關模塊的耐壓範圍為 200V-1000V。
8.一種開關電源，其特徵在於，包括光耦合器、半波整流電路、第一電阻、變壓器以及如權利要求1至7任意一項所述的具有單端檢測交流電過零功能的開關電源集成電路，所述半波整流電路包括二極體，所述光耦合器包括兩個輸入端，所述開關電源集成電路還包括電路供電腳； 所述第一電阻連接在所述二極體的陽極以及所述開關電源集成電路的交流電檢測腳之間，所述開關電源集成電路的過零信號輸出腳連接所述光耦合器的一個輸入端，所述電路供電腳連接外部電源，所述光耦合器的另一個輸入端連接所述外部電源，所述二極體的陽極連接所述交流電源，所述二極體的陰極連接所述變壓器的一端，所述功率開關模塊連接所述變壓器的另一端。
【文檔編號】G01R19/175GK103887998SQ201210558497
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月20日 優先權日:2012年12月20日
【發明者】鄭凌波, 林新春 申請人:深圳市力生美半導體器件有限公司