一种频率可调的电源电路及电源装置的制作方法

1.本发明涉及电源电路技术领域，尤其涉及一种频率可调的电源电路及电源装置。


背景技术：

2.传统的电源电路由于开关频率随着负载和输入电压的变化是变频的，很容易进入敏感频段，所以对于对某些频段敏感的设备而言，传统电源电路的应用受到限制。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种频率可调的电源电路及电源装置，以减少电源电路对于某些频段敏感设备的应用限制。
4.为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
5.第一方面，本发明提供一种频率可调的电源电路，包括：
6.功率变换模块，用于接收包含状态控制指令及pwm脉冲的控制信号，并在所述状态控制指令指示所述功率变换模块进入工作模式时根据所述pwm脉冲将输入电压转换为输出电压，在所述状态控制指令指示所述功率变换模块进入睡眠模式时停止将所述输入电压转换为所述输出电压；
7.滞环比较模块，用于将所述输出电压的采样电压与可编程的参考电压进行比较，以得到相应的滞环比较信号；
8.睡眠控制模块，用于在所述功率变换模块处于睡眠模式的时长大于预设的最大睡眠时长时，输出相应的唤醒信号；以及
9.逻辑控制模块，用于根据所述滞环比较信号和所述唤醒信号生成所述控制信号中的状态控制指令，并根据所述输入电压生成所述控制信号中的pwm脉冲。
10.优选地，所述功率变换模块为反激式功率变换模块。
11.优选地，所述功率变换模块包括：
12.初级绕组，其一端接收所述输入电压；
13.开关管，其输入端接所述初级绕组的另一端，输出端接所述逻辑控制模块的第一输入端，控制端接所述逻辑控制模块的输出端；
14.次级绕组，其一端接地；
15.二极管，其正极端接所述次级绕组的另一端，负极端输出所述输出电压；
16.输出电容，其正极板接所述二极管的负极端，负极板接地；以及
17.输出负载，其与所述输出电容并联。
18.优选地，所述功率变换模块还包括：
19.放大器，其连接于所述开关管的控制端与所述逻辑控制模块的输出端之间。
20.优选地，所述滞环比较模块包括：
21.滞环比较器，其正输入端接收所述参考电压，负输入端接收所述输出电压的采样电压，输出端输出所述滞环比较信号；
22.其中，所述参考电压包括高电压阈值和低电压阈值。
23.优选地，所述电源电路还包括输出电压采样模块，所述输出电压采样模块包括：
24.第一分压电阻，其一端接收所述输出电压，另一端接所述滞环比较器的负输入端，以输出所述输出电压的采样电压；
25.第二分压电阻，其一端接所述第一分压电阻的另一端，另一端接地。
26.优选地，所述逻辑控制模块包括：
27.比较器，其正输入端作为所述逻辑控制模块的第一输入端接收所述输入电压的采样电压，负输入端接收预设的基准电压；以及
28.rs触发器，其使能端作为所述逻辑控制模块的第二输入端接收所述滞环比较信号和所述唤醒信号，复位端接所述比较器的输出端，置位端通过反相延迟处理电路接所述比较器的输出端，输出端向所述功率变换模块输出所述控制信号。
29.优选地，所述rs触发器的使能端通过或门接收所述滞环比较信号和所述唤醒信号。
30.优选地，所述电源电路还包括输入电压采样模块，所述输入电压采样模块包括：
31.采样电阻，其一端接所述比较器的正输入端以向所比较器输出所述输入电压的采样电压，另一端接地。
32.第二方面，本发明提供一种电源装置，其中，所述电源装置包括如前所述的电源电路。
33.通过采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
34.本发明根据输出电压的采样电压与滞环比较模块的可编程参考电压的比较信号，来确定功率变换模块需要处于工作模式或睡眠模式，通过周期性地切换工作模式和睡眠模式可以实现工作频率的调整；同时通过睡眠控制模块可以在所述功率变换模块进入睡眠模式的时长大于预设的最大睡眠时长时输出唤醒信号，以将功率变换模块唤醒使其切换回工作模式，从而能够实现对最小工作频率的控制，以减少电源电路对某些频段敏感设备的应用限制。
附图说明
35.图1为本发明一种频率可调的电源电路的电路图；
36.图2为本发明一种频率可调的电源电路的工作时序图。
具体实施方式
37.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
39.实施例1
40.本实施例提供一种频率可调的电源电路，如图1所示，该电源电路包括功率变换模块1、滞环比较模块2、睡眠控制模块3和逻辑控制模块4。
41.在本实施例中，功率变换模块1用于接收包含状态控制指令及pwm脉冲的控制信号，并在状态控制指令指示功率变换模块1进入工作模式(active mode)时根据pwm脉冲将输入电压vin转换为输出电压vo，在状态控制指令指示功率变换模块1进入睡眠模式(sleep mode)时停止将输入电压vin转换为输出电压vo。滞环比较模块2用于将输出电压vo的采样电压与可编程的参考电压进行比较，以得到相应的滞环比较信号。睡眠控制模块3用于在功率变换模块1进入睡眠模式的时长大于预设的最大睡眠时长时，输出相应的唤醒信号。逻辑控制模块4用于根据滞环比较信号和唤醒信号生成控制信号中的状态控制指令，并根据输入电压vin生成控制信号中的pwm脉冲。
42.本实施例根据输出电压vo的采样电压与滞环比较模块2的可编程参考电压的比较信号，来判断功率变换模块1需要处于工作模式或睡眠模式，通过周期性地切换工作模式和睡眠模式可以实现工作频率的调整；同时通过睡眠控制模块3可以在功率变换模块1进入睡眠模式的时长大于预设的最大睡眠时长时输出唤醒信号，以将功率变换模块1唤醒使其切换回工作模式，从而能够实现对最小工作频率的控制，以减少电源电路在某些频段敏感设备中的应用限制。
43.以下对本实施例的电源电路中的各个模块进行详细介绍：
44.在本实施例中，如图1所示，功率变换模块1例如可以是反激式功率变换模块，其具体包括：初级绕组，其一端(同名端)接收输入电压v
in
；开关管s1，其输入端接初级绕组的另一端(异名端)，输出端接逻辑控制模块4的第一输入端，控制端接逻辑控制模块4的输出端；次级绕组，其一端(同名端)接地；二极管d1，其正极端接次级绕组的另一端(异名端)，负极端输出输出电压vo；输出电容co，其正极板接二极管d1的负极端，负极板接地；输出负载ro，其与输出电容co并联；以及放大器drv，其连接于开关管s1的控制端与逻辑控制模块4的输出端之间。
45.在本实施例中，如图1所示，滞环比较模块2包括：滞环比较器u3，其正输入端接收参考电压，负输入端接收输出电压vo的采样电压，输出端输出滞环比较信号；其中，参考电压包括高电压阈值和低电压阈值。此外，为了获取输出电压的采样电压，本实施例的电源电路还包括输出电压采样模块，该输出电压采样模块具体包括：第一分压电阻r1，其一端接收输出电压vo，另一端接滞环比较器u3的负输入端，以输出该输出电压vo的采样电压；以及第二分压电阻r2，其一端接第一分压电阻r1的另一端，另一端接地。
46.在本实施例中，睡眠控制模块3在功率变换模块1进入睡眠模式时开始计时，当计时的时长t_sleep大于预设的最大睡眠时长t_sleep_max时，则输出唤醒信号。
47.在本实施例中，如图1所示，逻辑控制模块4包括：比较器u2，其正输入端(作为逻辑控制模块4的第一输入端)接收输入电压v
in
的采样电压，负输入端接收预设的基准电压vref_cs；以及rs触发器u1，其使能端en(作为逻辑控制模块4的第二输入端)通过或门接收滞环比较器u3输出的滞环比较信号和唤醒模块输出的唤醒信号，复位端r接比较器u2的输出端，置位端s通过延迟电路接比较器u2的输出端，输出端q向功率变换模块1输出前述控制信号。此外，为了获取输出电压的采样电压，本实施例的电源电路还包括输入电压采样模
块，该输入电压采样模块包括：采样电阻r
cs
，其一端接比较器u2的正输入端以输出输入电压v
in
的采样电压，另一端接地。
48.本实施例的电源电路在工作时，参阅图1和图2所示，rs触发器的使能端en初始为高电平(此时功率变换模块1进入工作模式)，当初级绕组的电流在采样电阻r
cs
上的压降(即输入电压的采样电压)大于比较器u2负输入端接收到的基准电压vref_cs时，比较器u2输出高电平，复位端r置位，使rs触发器u1输出为低电平，关闭开关管s1。而后在延迟电路的作用下，经过固定的延迟时间t
off
后，置位端s置位，rs触发器u1输出高电平，开启开关管s1，使功率变换模块将输入电压v
in
转换为输出电压vo，保证能量从输入传递到输出。如此循环，在rs触发器的使能端en为高电平的情况下，rs触发器的输出端q将根据输入电压的采样电压与基准电压vref_cs的比较结果输出如图2所示的pwm信号。
49.输出电压vo由分压电阻r1、r2分压后得到输出电压的采样电压，通过将该采样电压与滞环比较器u3的参考电压进行比较来保证输出电压的稳定。具体而言，参考电压包括可编程的高电压阈值和低电压阈值，当输出电压的采样电压高于高电压阈值时，滞环比较器u3输出低电平，rs触发器u1的使能信号被拉低，u1输出的控制信号为低，此时该控制信号作为状态控制指令指示功率变换模块进入睡眠模式，输出电压vo下降。当输出电压的采样电压下降至低电压阈值时，滞环比较器u3输出高电平，rs触发器u1的使能信号被拉高，u1输出的控制信号为高，此时该控制信号作为状态控制指令指示功率变换模块进入工作模式，输出电压vo重新上升，具体如图2所示。
50.当功率变换模块处于睡眠模式的时长t_sleep大于预设的最大睡眠时长t_sleep_max时，睡眠控制模块3将输出唤醒信号(即其输出信号变高)，则rs触发器u1的使能端en将被拉高，此时u1输出的控制信号作为状态控制指令指示功率变换模块进入工作模式，输出电压vo上升，当输出电压的采样电压高于滞环比较器的高电压阈值时，u1的使能信号拉低，功率变换模块又进入睡眠模式。
51.通过上述技术方案，可以在输出电压vo的输出纹波中观察到高频纹波与低频纹波，高频纹波频率是电源在工作模式下的开关频率；低频纹波频率是电源的工作模式和睡眠模式之间切换的频率。通过周期性地切换工作模式和睡眠模式可以实现工作频率的调整，通过睡眠控制模块3还可以控制最低的输出纹波频率，从而减少对某些频段敏感设备的应用限制。
52.此外，本实施例还可以通过在功率变换模块1处于睡眠模式时关闭rs触发器，进一步减小功耗，实现更高效率的电能转换。
53.实施例2
54.本实施例提供一种电源装置，该电源装置包括实施例1中的频率可调的电源电路。
55.本实施例中提供的电源装置包括上述电源电路，该电源电路的结构可参照上述实施例，在此不再赘述。应该理解，由于本实施例的电源装置采用了上述电源电路的技术方案，因此该电源装置具有上述电源电路所有的有益效果。
56.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种频率可调的电源电路，其特征在于，该电源电路包括：功率变换模块，用于接收包含状态控制指令及pwm脉冲的控制信号，并在所述状态控制指令指示所述功率变换模块进入工作模式时根据所述pwm脉冲将输入电压转换为输出电压，在所述状态控制指令指示所述功率变换模块进入睡眠模式时停止将所述输入电压转换为所述输出电压；滞环比较模块，用于将所述输出电压的采样电压与可编程的参考电压进行比较，以得到相应的滞环比较信号；睡眠控制模块，用于在所述功率变换模块处于睡眠模式的时长大于预设的最大睡眠时长时，输出相应的唤醒信号；以及逻辑控制模块，用于根据所述滞环比较信号和所述唤醒信号生成所述控制信号中的状态控制指令，并根据所述输入电压生成所述控制信号中的pwm脉冲。2.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述功率变换模块为反激式功率变换模块。3.如权利要求2所述的电源电路，其特征在于，所述功率变换模块包括：初级绕组，其一端接收所述输入电压；开关管，其输入端接所述初级绕组的另一端，输出端接所述逻辑控制模块的第一输入端，控制端接所述逻辑控制模块的输出端；次级绕组，其一端接地；二极管，其正极端接所述次级绕组的另一端，负极端输出所述输出电压；输出电容，其正极板接所述二极管的负极端，负极板接地；以及输出负载，其与所述输出电容并联。4.如权利要求3所述的电源电路，其特征在于，所述功率变换模块还包括：放大器，其连接于所述开关管的控制端与所述逻辑控制模块的输出端之间。5.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述滞环比较模块包括：滞环比较器，其正输入端接收所述参考电压，负输入端接收所述输出电压的采样电压，输出端输出所述滞环比较信号；其中，所述参考电压包括高电压阈值和低电压阈值。6.如权利要求5所述的电源电路，其特征在于，所述电源电路还包括输出电压采样模块，所述输出电压采样模块包括：第一分压电阻，其一端接收所述输出电压，另一端接所述滞环比较器的负输入端，以输出所述输出电压的采样电压；第二分压电阻，其一端接所述第一分压电阻的另一端，另一端接地。7.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述逻辑控制模块包括：比较器，其正输入端作为所述逻辑控制模块的第一输入端接收所述输入电压的采样电压，负输入端接收预设的基准电压；以及rs触发器，其使能端作为所述逻辑控制模块的第二输入端接收所述滞环比较信号和所述唤醒信号，复位端接所述比较器的输出端，置位端通过反相延迟处理电路接所述比较器的输出端，输出端向所述功率变换模块输出所述控制信号。8.如权利要求7所述的电源电路，其特征在于，所述rs触发器的使能端通过或门接收所
述滞环比较信号和所述唤醒信号。9.如权利要求7所述的电源电路，其特征在于，所述电源电路还包括输入电压采样模块，所述输入电压采样模块包括：采样电阻，其一端接所述比较器的正输入端以向所述比较器输出所述输入电压的采样电压，另一端接地。10.一种电源装置，其特征在于，所述电源装置包括根据前述权利要求1-9任一项所述的电源电路。

技术总结
本发明提供一种频率可调的电源电路和电源装置，该电源电路包括：功率变换模块，用于接收包含状态控制指令及PWM脉冲的控制信号，并在状态控制指令指示进入工作模式时根据PWM脉冲将输入电压转换为输出电压，在状态控制指令指示进入睡眠模式时停止转换；滞环比较模块，用于将输出电压的采样电压与可编程的参考电压进行比较，以得到滞环比较信号；睡眠控制模块，用于在功率变换模块处于睡眠模式的时长大于预设的最大睡眠时长时，输出相应的唤醒信号；逻辑控制模块，用于根据滞环比较信号和唤醒信号生成控制信号中的状态控制指令，并根据输入电压生成控制信号中的PWM脉冲。本发明可以实现电源电路工作频率的调整，减少对某些频段敏感设备的应用限制。段敏感设备的应用限制。段敏感设备的应用限制。


技术研发人员：段峻 陈弢文
受保护的技术使用者：上海芯享程半导体有限公司
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/9/14