一種過壓控制電路及低功耗電源電路和電視機的製作方法

2023-10-11 05:02:39 1

專利名稱：一種過壓控制電路及低功耗電源電路和電視機的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電源控制電路技術領域，具體地說，是涉及一種用於抑制電源電壓上升的過壓控制電路以及採用所述過壓控制電路設計的低功耗電源電路和基於所述低功耗電源電路設計的電視機。
背景技術：
採用反激式拓撲結構設計的開關電源由於其結構簡單、設計容易、成本低等顯著優勢已經成為目前行業內最受歡迎的電源設計之一，並已廣泛應用在大量的消費類電子產品中。目前的反激式電源的拓撲結構一般採用如圖1所示的電路設計方案，其工作原理是通過電源管理晶片IC發出脈衝信號驅動連接在變壓器初級側的MOS管通斷，進而利用 MOS管的通斷來控制變壓器工作，即當MOS管受控導通時，變壓器的初級線圈中有電流流過，進行儲能；當MOS管受控截止時，變壓器將儲存的能量通過次級線圈釋放，輸出至整流濾波電路，生成後級負載所需的工作電壓。在所述的變壓器中一般設置有多路次級線圈，通過整流濾波電路可以同時輸出多路電源，以滿足不同負載的供電需求。在這裡以兩路輸出電壓VI、V2為例進行說明，在其中一路輸出電壓Vl上設置採樣點，通過反饋電路將電壓採樣值反饋給電源管理晶片IC。電源管理晶片IC根據反饋的採樣值調節其輸出的脈衝信號的佔空比，進而可以對輸出電壓Vl實現穩定控制。採用上述拓撲結構設計的開關電源只能穩定控制一路輸出電壓，因為這種方案只有一個電源管理晶片IC和一個變壓器，在輸出電壓Vl帶大負載、而輸出電壓V2輕載或者空載時，當電源管理晶片IC針對輸出電壓Vl的負載增大而調節其輸出的脈衝信號的佔空比時，另外一路輸出電壓V2的幅值也會隨之升高。為了限制該路輸出電壓V2上升，目前業內普遍採用增加假負載的方式來將該路輸出電壓V2控制在規格範圍內。由於在假負載上會產生一定的功率消耗，因此會導致整個開關電源的效率降低，在一定程度上限制了其應用領域。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種過壓控制電路，以起到抑制電壓上升、維持被控電壓穩定的作用。為解決上述技術問題，本實用新型採用以下技術方案予以實現一種過壓控制電路，包括採樣電路、比較電路、控制電路和負載；所述採樣電路採集被控電壓的電壓值，並輸出至比較電路與基準電壓進行比較，所述比較電路輸出比較結果至控制電路，通過控制電路控制被控電壓向所述負載供電或者停止供電。進一步的，在所述控制電路中包含有一開關元件，所述開關元件的控制端接收所述比較電路輸出的比較結果，開關元件的開關通路連接在所述負載的供電迴路中，通過控制開關元件通斷實現負載的通斷電控制。[0009]又進一步的，所述開關元件的開關通路一端接地，另一端與所述的負載相串聯，並通過所述負載連接被控電壓。優選的，所述開關元件優選採用一顆PNP型三極體，所述三極體的基極連接比較電路的輸出端，集電極接地，發射極通過所述的負載連接被控電壓。再進一步的，作為所述比較電路的具體設計方式，優選採用以下兩種電路組建結構其一是，在所述比較電路中設置一顆三端穩壓器，將所述三端穩壓器的基準極連接採樣電路，接收被控電壓的採樣值，三端穩壓器的陽極接地，陰極分別通過限流電阻與所述的控制電路和被控電壓相連接。其二是，在所述比較電路中設置一個比較器，將所述比較器的其中一路輸入端連接採樣電路，接收被控電壓的採樣值，另外一路輸入端連接基準電壓，輸出端連接所述的控制電路。更進一步的，優選採用電阻作為所述的負載，進行過壓控制電路的設計。基於上述過壓控制電路結構，本實用新型又提供了一種採用所述過壓控制電路設計的低功耗電源電路，所述電源電路採用反激式拓撲結構進行設計，輸出一路穩定的直流電壓和至少一路待控的被控電壓，為了對所述被控電壓進行過壓控制，在所述被控電壓上連接過壓控制電路，包括採樣電路、比較電路、控制電路和負載；所述採樣電路採集被控電壓的電壓值，並輸出至比較電路與基準電壓進行比較，所述比較電路輸出比較結果至控制電路，通過控制電路控制被控電壓向所述負載供電或者停止供電，以抑制被控電壓過分上升。基於所述低功耗電源電路，本實用新型還提供了一種採用所述低功耗電源電路設計的電視機，包括主板、顯示屏以及為所述主板和顯示屏供電的電源電路，所述電源電路採用反激式拓撲結構進行設計，輸出一路穩定的直流電壓和至少一路待控的被控電壓，在所述被控電壓上連接有過壓控制電路，在所述過壓控制電路中包括採樣電路、比較電路、控制電路和負載；所述採樣電路採集被控電壓的電壓值，並輸出至比較電路與基準電壓進行比較，所述比較電路輸出比較結果至控制電路，通過控制電路控制被控電壓向所述負載供電或者停止供電，以此來實現對被控電壓的穩定控制。進一步的，所述主板接收電源電路輸出的穩定的直流電壓，顯示屏接收電源電路輸出的被控電壓。與現有技術相比，本實用新型的優點和積極效果是本實用新型的過壓控制電路可以根據被控電壓的變化自動控制假負載接入或者斷開，對被控電壓的過分上升起到了有效的抑制作用，實現了被控電壓的穩定控制。將其應用於反激式開關電源的電路設計中，可以顯著提高電源的效率，降低電源電路的功耗。將這種低功耗的電源電路應用在電視機等電器設備中，可以很好地滿足電器設備待機低功耗的設計要求，順應當今節能環保的社會發展趨勢。結合附圖閱讀本實用新型實施方式的詳細描述後，本實用新型的其他特點和優點將變得更加清楚。

[0020]圖1是現有採用反激式拓撲結構設計的開關電源的電路原理框圖；圖2是本實用新型所提出的低功耗電源電路的一種實施例的電路原理框圖；圖3是圖2中過壓控制電路的一種實施例的電路原理圖；圖4是反激式電源電路的一種實施例的電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細地說明。實施例一，本實施例以採用反激式拓撲結構設計的電源電路為例，對過壓控制電路的工作原理以及具體電路構成進行詳細地描述。參見圖2所示，考慮到反激式電源電路在同時輸出兩路或者兩路以上的電壓時， 只能穩定控制一路輸出電壓，且在該路輸出電壓的帶載情況發生變化時又會對其他各路輸出電壓的穩定性產生不利影響的特性，本實施例提出了一種過壓控制電路的硬體設計，將其應用在未受控的輸出電壓側(或者稱其為待控的被控電壓)，可以對電源電路的其他各路輸出電壓起到抑制電壓上升的穩定作用。假設電源電路同時輸出兩路電壓Vl、V2，其中，輸出電壓Vl的電壓採樣值通過反饋電路傳輸至電源電路中的電源管理晶片IC，通過控制變壓器的開關時序實現對輸出電壓 Vl的穩定控制；而輸出電壓V2則直接由變壓器的次級線圈通過整流、濾波電路整形後輸出。考慮到輸出電壓Vl在所帶負載增大時，會導致輸出電壓V2的幅值隨之升高，本實施例在輸出電壓V2處增設過壓控制電路，以實現對輸出電壓V2的穩定控制。如圖2所示，本實施例的過壓控制電路主要由採樣電路、比較電路、控制電路和負載組成，這裡的負載由於只是為抑制被控電壓(本實施例以輸出電壓V2為例進行說明)上升而額外增設的，因此有別於系統中的真正負載，本實施例將其稱之為假負載。利用採樣電路對輸出電壓V2進行電壓採樣，並將採集到的電壓值傳輸至比較電路與基準電壓進行比較，控制電路根據比較電路輸出的比較結果確定是否將假負載接入到電源系統中。具體來講，當輸出電壓V2上升，導致其採樣值高於基準電壓時，控制電路將假負載接入，控制輸出電壓V2為假負載供電，進而拉低輸出電壓V2的幅值，以達到抑制輸出電壓V2上升的目的。 而當輸出電壓V2在允許的範圍內波動時，由於其採樣值低於基準電壓，因此控制電路停止電壓V2向假負載的供電，即此時可以認為假負載並未接入到電源系統中，從而可以避免由於假負載的接入而導致的電源效率低、功耗大的問題。圖3示出了所述過壓控制電路的一種具體組建結構，其中，採樣電路可以採用兩個電阻R8、R9組成的分壓網絡設計實現，將分壓電阻R8、R9串聯後連接在輸出電壓V2與地之間，通過其中間節點輸出的分壓值即作為輸出電壓V2的採樣值，傳輸至所述的比較電路。在本實施例中為了滿足分壓電路的參數配置要求，可以在電阻R9的兩端進一步並聯電阻R10，通過採用電阻並聯的方式以獲得所需要的等效電阻的參數值。作為本實施例的一種優選設計方案，所述比較電路可以採用一顆三端穩壓器N3 進行電路設計，如圖3所示，將三端穩壓器N3的基準極連接採樣電路，即電阻R8、R9的中間節點，接收採樣電路輸出的採樣值，三端穩壓器N3的陽極接地，陰極通過限流電阻R12連接輸出電壓V2，並同時與控制電路的控制端相連接。在本實施例中，所述控制電路可以採用一個開關元件連接在假負載R15的供電迴路中進行具體的電路設計。以PNP型三極體M2作為所述的開關元件為例進行說明，將PNP型三極體M2的基極通過限流電阻R13連接三端穩壓器N3的陰極，PNP型三極體M2的集電極接地，發射極串聯所述的假負載R15，並通過所述的假負載R15連接輸出電壓V2。上述過壓控制電路的工作原理是當輸出電壓V2上升，使通過採樣電路輸出的採樣值高於三端穩壓器N3內部的基準電壓時，三端穩壓器N3導通，拉低PNP型三極體M2的基極電位；此時PNP型三極體M2由於其發射極電壓高於其基極電壓而導通，連通假負載R15 的供電迴路，使輸出電壓V2向假負載R15供電，即額外增加輸出電壓V2的負載，將輸出電壓V2的電位拉低。而當輸出電壓V2並未上升到所設定的極限值時，三端穩壓器N3截止， 此時PNP型三極體M2由於其發射極電壓等於其基極電壓而進入截止狀態，從而切斷了假負載R15的供電迴路，相當於假負載R15並未接入到輸出電壓V2上，避免了假負載R15所造成的功率消耗，提高了電源效率。在本實施例中，所述假負載R15優選採用電阻元件進行電路設計。對於比較電路和控制電路則可以採用除圖3所示的三端穩壓器N3和PNP型三極體M2以外的其他元器件進行組建實現。例如比較電路可以採用一個比較器進行設計，將比較器的其中一路輸入端連接採樣電路，接收採樣電路輸出的採樣值，比較器的另外一路輸入端連接基準電壓，通過將採樣值與基準電壓進行比較，判斷輸出電壓V2的幅值是否上升到所設定的極限值，若超過極限值，則通過比較器的輸出端向控制電路輸出控制信號，在輸出電壓V2上額外增加假負載R15，以拉低輸出電壓V2的幅值，抑制其上升；若未超出極限值，則保持假負載R15的未接入狀態。所述控制電路還可以採用MOS管、可控矽等開關元件進行電路設計，只需將開關元件的控制端連接比較電路，接收比較電路輸出的比較結果，將開關元件的開關通路一端接地，另一端通過假負載R15連接輸出電壓V2，通過比較電路輸出的比較結果控制所述開關元件通斷，即可實現假負載R15供電迴路的接通或者切斷。當然，對於所述比較電路和控制電路的具體電路設計，本實施例並不僅限於以上舉例，任何可實現上述工作原理的電路組建形式均應落入本實施例的保護範圍之內。對於同時產生兩路以上輸出電壓V1、V2、……Vn的電源電路來說，可以在每一路未受控的輸出電壓側V2、……Vn增設所述的過壓控制電路，由此不僅可以達到穩定輸出電壓V2、……Vn的目的，而且通過按需控制假負載的接入與切斷，從而可以最大限度地改善由於增加假負載而導致的功耗增力卩、電源效率降低的負面影響。當然，本實施例所提出的過壓控制電路也可以應用在除反激式電源電路以外的其他需要控制電壓上升的電路設計中，本實施例對此不進行具體限制。作為一種具體的電路應用，可以將上述反激式電源電路應用在電視機等電器設備中，用於為電器設備中的各用電負載供電。以液晶電視產品為例進行說明，目前的液晶電視機通常採用反激式電源電路中穩定輸出的那一路直流電壓(例如圖1中的輸出電壓VI)為信號主板供電，併兼做待機電源，未受控的輸出電壓(以輸出電壓V2為例進行說明)為液晶屏供電。在電視開機過程中，輸出電壓Vl先給液晶電視機的信號主板供電，此時輸出電壓 V2空載，且輸出電壓V2會隨著輸出電壓Vl的負載增加而升高。然後，信號主板發出控制信號給液晶屏，使輸出電壓V2也帶上負載，此時輸出電壓V2的電壓被負載拉低。為了防止在輸出電壓Vl帶載、V2空載的過程中，因輸出電壓V2的電壓過高而損壞液晶屏，故需要在輸出電壓V2上額外增加假負載來限制其電壓的上升。由於假負載要損耗一定的功耗，因此採用這種傳統的電源設計方式很難滿足電視產品待機功耗小於0. 5W的設計要求。為了降低電視產品的待機功耗，本實施例在傳統的反激式電源電路的基礎上增加過壓控制電路，形成如圖2所示的低功耗電源電路，其具體電路組建形式可以採用將圖4與圖3組合的方式實現。圖4中，Ul為電源管理晶片，輸出佔空比可調的脈衝信號驅動MOS管Ml通斷，所述MOS管Ml的源極和漏極連接在變壓器Tl初級線圈的供電迴路中，通過驅動MOS管Ml通斷來控制變壓器Tl工作。所述變壓器Tl至少包括兩路次級線圈，其中一路次級線圈輸出的交變電壓通過整流二極體VD2整流成直流電壓後，經由電感L2和電容C3、C4組成的Π 型濾波網絡進行濾波處理後，生成輸出電壓Vl向電視機的信號主板供電。為了維持輸出電壓Vl穩定，通過電阻R2、R3組成電壓採樣電路，採集輸出電壓Vl的電壓值，輸出至三端穩壓器Ν2與基準電壓進行比較，進而通過改變光耦m中發光二極體的導通程度，來改變作用到電源管理晶片Ul反饋端子FB的電流大小。電源管理晶片Ul根據其反饋端子FB的電流變化，調節其輸出的脈衝信號的佔空比，進而改變MOS管Ml的通斷時序，以達到調節變壓器 Tl次級輸出、穩定輸出電壓Vl的目的。通過變壓器Tl的第二路次級線圈輸出的交變電壓經由整流二極體VDl整流成直流電壓後，通過由電感Ll和電容C1、C2組成的Π型濾波網絡進行濾波處理後，生成輸出電壓V2向電視機的顯示屏供電。為了避免由於輸出電壓Vl的負載變化導致輸出電壓V2升高，進而損壞顯示屏的問題，本實施例在輸出電壓V2上增加如圖3所示的過壓控制電路，所述過壓控制電路的具體組建結構可以參見上述對圖3的文字描述，對於圖3的電路替代設計方案也可以參見上面的文字描述，本實施例在此不再重複說明。通過在輸出電壓V2上增設過壓控制電路，使假負載R15可以根據輸出電壓Vl的負載大小實現自動接入與斷開，從而不僅可以在輸出電壓Vl輕載時切斷假負載R15以降低功耗，進而滿足電視產品待機小於0. 5W的設計要求，而且也可以有效抑制在電視開機時由於輸出電壓Vl的負載增加而導致的輸出電壓V2升高的問題，對電視機顯示屏起到了很好的保護作用。當然，本實施例所提出的低功耗電源電路同樣也適用於除電視產品以外的其他可以採用反激式電源電路的電器設備中。應當指出的是，上述說明並非是對本實用新型的限制，本實用新型也並不僅限於上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本實用新型的實質範圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬於本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種過壓控制電路，其特徵在於包括採樣電路、比較電路、控制電路和負載；所述採樣電路採集被控電壓的電壓值，並輸出至比較電路與基準電壓進行比較，所述比較電路輸出比較結果至控制電路，通過控制電路控制被控電壓向所述負載供電或者停止供電。
2.根據權利要求1所述的過壓控制電路，其特徵在於在所述控制電路中包含有一開關元件，所述開關元件的控制端接收所述比較電路輸出的比較結果，開關元件的開關通路連接在所述負載的供電迴路中。
3.根據權利要求2所述的過壓控制電路，其特徵在於所述開關元件的開關通路一端接地，另一端與所述的負載相串聯，並通過所述負載連接被控電壓。
4.根據權利要求3所述的過壓控制電路，其特徵在於所述開關元件為一顆PNP型三極體，所述三極體的基極連接比較電路的輸出端，集電極接地，發射極通過所述的負載連接被控電壓。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的過壓控制電路，其特徵在於在所述比較電路中包含有一顆三端穩壓器，所述三端穩壓器的基準極連接採樣電路，接收被控電壓的採樣值，三端穩壓器的陽極接地，陰極分別通過限流電阻與所述的控制電路和被控電壓相連接。
6.根據權利要求1至4中任一項所述的過壓控制電路，其特徵在於在所述比較電路中包含有一比較器，所述比較器的其中一路輸入端連接採樣電路，接收被控電壓的採樣值， 另外一路輸入端連接基準電壓，輸出端連接所述的控制電路。
7.根據權利要求1至4中任一項所述的過壓控制電路，其特徵在於所述負載為電阻。
8.一種低功耗電源電路，所述電源電路採用反激式拓撲結構，輸出一路穩定的直流電壓和至少一路待控的被控電壓，其特徵在於在所述被控電壓上連接有如權利要求1至7中任一項權利要求所述的過壓控制電路。
9.一種電視機，包括主板、顯示屏以及為所述主板和顯示屏供電的電源電路，其特徵在於所述電源電路採用如權利要求8所述的低功耗電源電路。
10.根據權利要求9所述的電視機，其特徵在於所述主板接收電源電路輸出的穩定的直流電壓，顯示屏接收電源電路輸出的被控電壓。
專利摘要本實用新型公開了一種過壓控制電路及低功耗電源電路和電視機，包括採樣電路、比較電路、控制電路和負載；所述採樣電路採集被控電壓的電壓值，並輸出至比較電路與基準電壓進行比較，所述比較電路輸出比較結果至控制電路，通過控制電路控制被控電壓向所述負載供電或者停止供電。本實用新型的過壓控制電路可以根據被控電壓的變化自動控制假負載接入或者斷開，對被控電壓的過分上升起到了有效的抑制作用，實現了被控電壓的穩定控制。將其應用於反激式電源的電路設計中，可以顯著提高電源的效率，降低電源電路的功耗。將這種低功耗的電源電路應用在電視機等電器設備中，可以很好地滿足電器設備待機低功耗的設計要求。
文檔編號H02M3/06GK202190212SQ201120338748
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月9日 優先權日2011年9月9日
發明者劉海豐, 王瀟 申請人:青島海信電器股份有限公司