CN112701927A - 一种开关电源可编程多模反激自动升频的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开关电源可编程多模反激自动升频的方法，包括：设置输入整流滤波单元、输出负载反馈检测单元、输出电流检测单元、辅助电压检测单元以及；由单片机U1为主构成的MCU控制单元；单片机U1用于完成对输出电压信号、输出电流状态的反馈获取及判断，同时依据上述信息进行计算，在输出引脚0UT输出不同的PWM频率，控制电源的工作模式。本发明将传统模拟集成电路更换为可编程的单片机，结合程序设计，实现反激电路三种模式依情况智能切换使用，做到优势互补，最终使得产品实现0.65W/cm3的高功率密度和高能效，80Vac~264Vac宽的输入电压范围，因磁性器件体积减小带来总体成本下降约10%的优点。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源技术，特别是开关电源可编程多模反激自动升频的方法。
背景技术
目前反激式电源适配器一般使用传统模拟IC，其工作频率一般为固定式。
但在一些需要瞬时功率较大的应用场景，如音箱电源和打印机电源，偶尔瞬时功率达到几百瓦，会持续几十毫秒，如按常规设计，若要满足这个瞬时的大功率，理应将电源的功率设计和制造为常规功率就大于这个瞬时大功率，这样一来，电源的体积太大且成本太高，易造成设计过剩，不利于市场推广。
第二，以小功率电源应付如上所说的瞬时大功率，变压器会出现饱和现象，无法提供负载所需的大功率，造成负载端严重的工作失常。
综上可知，现有传统模拟集成电路的单一工作频率的反激式电源，不能满足有瞬态峰值功率要求的应用场景。
上述问题需要解决。
经查询，未发现有关报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术传统模拟集成电路的单一工作频率的反激式电源，不能满足有瞬态峰值功率要求的应用场景的问题，提出一种开关电源可编程多模反激自动升频的方法，提高产品功率密度，解决问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
设计实施一种开关电源可编程多模反激自动升频的方法，所述方法包括：
步骤一、在开关电源电路中设置：
由滤波电感LF1、滤波电感LF2、整流桥堆BD1、整流桥堆BD2，X电容CX1组成的输入整流滤波单元，用于将输入的交流电整流为直流电，同时将后端的锯齿波电流整形为接近正弦包络的电流波形；
由光电耦合器U3、限流电阻R17、电阻R25、电阻R33、电阻R34、电阻R36、电容C13组成的输出负载反馈检测单元，该单元用于接收次级侧的反馈信号，适时调整输出电压；
由电阻R29及磁珠B1构成输出电流检测单元；
由电阻R32、电阻R16组成的辅助电压检测单元，用于侦测输出电压信号；
由单片机U1为主构成的MCU控制单元，用于完成对输出电压信号、输出电流状态的反馈获取及判断，同时依据上述信息进行计算，在输出引脚0UT输出不同的PWM频率，控制电源的工作模式。
步骤二、在单片机U1的程序存储器中装载COMP端1.8V以下电压鉴别程序模块，COMP端1.8V～2.2V电压鉴别程序模块，COMP端2.2V以上电压鉴别程序模块，25KHzPWM发生程序模块，65KHzPWM发生程序模块，130KHzPWM发生程序模块，上述各个程序模块皆可由处理器加载并运行；
步骤三、将输出负载反馈检测单元连接单片机U1的COMP端，将输出电流检测单元连接单片机U1的CS端，将辅助电压检测单元连接单片机U1的FB端；
步骤四、当开关电源次级进入工作阶段后，COMP脚的电压低于1.8V，时，电源工作在间歇模式，从单片机U1的OUT引脚输出25KHz的PWM控制信号；
步骤五、接下来；当COMP脚的电压高于1.8V低于2.2V时，电源工作在准谐振模式，从单片机U1的OUT引脚输出65KHz的PWM控制信号；
步骤六、接下来，当COMP脚的电压高于2.2V时，电源从准谐振模式切换为连续工作模式，从单片机U1的OUT引脚输出130KHz的PWM控制信号；增加输出功率，由于工作频率提升，同时避免了变压器饱和风险。
上述方法中，步骤一所述整流桥堆BD1和整流桥堆BD2的连接方法为：整流桥BD1的两个交流输入端并接后与第一交流端连接，正极输出端连接变压器T1A的同名端，负极输出端接PGND地；
所述整流桥BD2 的两个交流输入端并接后与第二交流端连接，正极输出端连接变压器T1A的同名端，负极输出端接PGND地。
上述方法中，步骤一所述的电阻R32串接一电阻R27，电阻R27的另一端连接变压器T1B的非同名端，电阻R16一端与电阻R32连接，连接点与单片机U1的FB端连接，电阻R16另一端连接PGND。
上述方法中，步骤四所述的单片机U1的OUT引脚通过电阻R19、电阻R20与场效应管Q1的栅极连接，在场效应管Q1的栅极和漏极之间连接由电阻35和电容C17组成的滤波单元。
与现有技术反激工作模式单一，频率固定，由于产品的体积及变压器磁饱和的问题，不能满足瞬时大功率小型化电源的设计要求问题相比较，本发明将传统模拟集成电路更换为可编程的单片机，结合程序设计，实现反激电路三种模式依情况智能切换使用，做到优势互补，最终使得产品实现0.65W/cm3的高功率密度和高能效，80Vac~264Vac宽的输入电压范围，因磁性器件体积减小带来总体成本下降约10%的优点。
附图说明
图1为本发明开关电源可编程多模反激自动升频的方法的电原理图；
图2为本发明开关电源可编程多模反激自动升频的方法中单片机U1DE COMP引脚相关的原理方框图；
图3是本发明开关电源可编程多模反激自动升频的方法中单片机U1的流程图；
图4是本发明开关电源可编程多模反激自动升频的方法中单片机U1的程序设置设置图。
具体实施方式
如图1～图4所示，本发明的开关电源可编程多模反激自动升频的方法包括：
步骤一、在开关电源电路中设置：
由滤波电感LF1、滤波电感LF2、整流桥堆BD1、整流桥堆BD2，X电容CX1组成的输入整流滤波单元，用于将输入的交流电整流为直流电，同时将后端的锯齿波电流整形为接近正弦包络的电流波形；
由光电耦合器U3、限流电阻R17、电阻R25、电阻R33、电阻R34、电阻R36、电容C13组成的输出负载反馈检测单元，该单元用于接收次级侧的反馈信号，适时调整输出电压；
由电阻R29及磁珠B1构成输出电流检测单元；
由电阻R32、电阻R16组成的辅助电压检测单元，用于侦测输出电压信号；
由单片机U1为主构成的MCU控制单元，用于完成对输出电压信号、输出电流状态的反馈获取及判断，同时依据上述信息进行计算，在输出引脚0UT输出不同的PWM频率，控制电源的工作模式。
步骤二、在单片机U1的程序存储器11中装载COMP端1.8V以下电压鉴别程序模块101，COMP端1.8V～2.2V电压鉴别程序模块102，COMP端2.2V以上电压鉴别程序模块103，25KHzPWM发生程序模块104，65KHzPWM发生程序模块105，130KHzPWM发生程序模块106，上述各个程序模块皆可由处理器12加载并运行，程序运行变量暂存器13用于运行的数据暂存；
步骤三、将输出负载反馈检测单元连接单片机U1的COMP端，将输出电流检测单元连接单片机U1的CS端，将辅助电压检测单元连接单片机U1的FB端；
步骤四、当开关电源次级进入工作阶段后，COMP脚的电压低于1.8V，时，电源工作在间歇模式，从单片机U1的OUT引脚输出25KHz的PWM控制信号；
步骤五、接下来；当COMP脚的电压高于1.8V低于2.2V时，电源工作在准谐振模式，从单片机U1的OUT引脚输出65KHz的PWM控制信号；
步骤六、接下来，当COMP脚的电压高于2.2V时，电源从准谐振模式切换为连续工作模式，从单片机U1的OUT引脚输出130KHz的PWM控制信号；增加输出功率，由于工作频率提升，同时避免了变压器饱和风险。
上述方法中，步骤一所述整流桥堆BD1和整流桥堆BD2的连接方法为：整流桥BD1的两个交流输入端并接后与第一交流端连接，正极输出端连接变压器T1A的同名端，负极输出端接PGND地；
上述方法中，所述整流桥BD2 的两个交流输入端并接后与第二交流端连接，正极输出端连接变压器T1A的同名端，负极输出端接PGND地。
上述方法中，步骤一所述的电阻R32串接一电阻R27，电阻R27的另一端连接变压器T1B的非同名端，电阻R16一端与电阻R32连接，连接点与单片机U1的FB端连接，电阻R16另一端连接PGND。
上述方法中，步骤四所述的单片机U1的OUT引脚通过电阻R19、电阻R20与场效应管Q1的栅极连接，在场效应管Q1的栅极和漏极之间连接由电阻35和电容C17组成的滤波单元。
单片机U1可以采用STC15W系列内部带A/D功能的单片机。
如图1和图2所示，单片机U1的COMP引脚相关的电路原理：误差电压放大器的两个输入端FB和CS检测负载侧的功率变化，误差电压放大器的输出端连接COMP端，COMP端有一个上拉电阻R41与VDD连接，COMP端还连接光电耦合器U3B的信号接收器，U3B的信号接收器的集电极电位随着负载侧的功率变化而变化，也就是COMP端的电位随着负载侧的功率变化而变化，这个电位去处理器内核进行A/D转换，转换的结果去控制OUT引脚的PWM信号频率输出。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (4)
1.一种开关电源可编程多模反激自动升频的方法,其特征在于，所述自动升频的方法包括以下步骤：
步骤一、在开关电源电路中设置：
由滤波电感LF1、滤波电感LF2、整流桥堆BD1、整流桥堆BD2，X电容CX1组成的输入整流滤波单元，用于将输入的交流电整流为直流电，同时将后端的锯齿波电流整形为接近正弦包络的电流波形；
由光电耦合器U3、限流电阻R17、电阻R25、电阻R33、电阻R34、电阻R36、电容C13组成的输出负载反馈检测单元，该单元用于接收次级侧的反馈信号，适时调整输出电压；
由电阻R29及磁珠B1为主构成输出电流检测单元；
由电阻R32、电阻R16组成的辅助电压检测单元，用于侦测输出电压信号；
由单片机U1为主构成的MCU控制单元，用于完成对输出电压信号、输出电流状态的反馈获取及判断，同时依据上述信息进行计算，在输出引脚0UT输出不同的PWM频率，控制电源的工作模式；
步骤二、在单片机U1的程序存储器（11）中装载COMP端1.8V以下电压鉴别程序模块（101），COMP端1.8V～2.2V电压鉴别程序模块（102），COMP端2.2V以上电压鉴别程序模块（103），25KHzPWM发生程序模块（104），65KHzPWM发生程序模块（105），130KHzPWM发生程序模块（106），上述各个程序模块皆可由处理器（12）加载并运行；
步骤三、将输出负载反馈检测单元连接单片机U1的COMP端，将输出电流检测单元连接单片机U1的CS端，将辅助电压检测单元连接单片机U1的FB端；
步骤四、当开关电源次级进入工作阶段后，COMP脚的电压低于1.8V，时，电源工作在间歇模式，从单片机U1的OUT引脚输出25KHz的PWM控制信号；
步骤五、接下来；当COMP脚的电压高于1.8V低于2.2V时，电源工作在准谐振模式，从单片机U1的OUT引脚输出65KHz的PWM控制信号；
步骤六、接下来，当COMP脚的电压高于2.2V时，电源从准谐振模式切换为连续工作模式，从单片机U1的OUT引脚输出130KHz的PWM控制信号；增加输出功率，由于工作频率提升，同时避免了变压器饱和风险。
2.根据权利要求1所述的一种开关电源可编程多模反激自动升频的方法，其特征在于：步骤一所述整流桥堆BD1和整流桥堆BD2的连接方法为：整流桥BD1的两个交流输入端并接后与第一交流端连接，正极输出端连接变压器T1A的同名端，负极输出端接PGND地；
所述整流桥BD2 的两个交流输入端并接后与第二交流端连接，正极输出端连接变压器T1A的同名端，负极输出端接PGND地。
3.根据权利要求1所述的一种开关电源可编程多模反激自动升频的方法，其特征在于：步骤一所述的电阻R32串接一电阻R27，电阻R27的另一端连接变压器T1B的非同名端，电阻R16一端与电阻R32连接，连接点与单片机U1的FB端连接，电阻R16另一端连接PGND。
4.根据权利要求1所述的一种开关电源可编程多模反激自动升频的方法，其特征在于：步骤四所述的单片机U1的OUT引脚通过电阻R19、电阻R20与场效应管Q1的栅极连接，在场效应管Q1的栅极和漏极之间连接由电阻35和电容C17组成的滤波单元。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210423 |