一种开关电源系统及开关电源系统供电方法

技术领域

本发明涉及电路控制技术领域，具体而言，涉及一种开关电源系统及开关电源系统供电方法。

背景技术

开关电源是电子设备及电子电器的供电电源变换设备，应用日益广泛。随着能源效率和环保的日益重要和对安全的日益重视，人们对开关电源的待机功耗提出了更高的要求。高压降压型(high-side buck)AC-DC开关电源系统广泛应用于家电和电表等领域，随着科技的进步，业界对产品的性能要求越来越高，需要有更高效率，更低待机功耗，更好的EMI性能，更好的使用灵活性，以及更低的成本。

目前的开关电源待机时的功耗主要来源于启动电阻损耗和空载时的电路损耗。传统的开关电源的启动电路由启动电阻和充电储能模组组成，启动时电流流经给充电储能模组充电，当充电电压达到内部预设值后，逻辑控制模组启动，通过控制开关管的开关状态维持充电储能模组的电压。但是，由于启动电阻始终接在整流后的高压输入电压之间，即使在待机时也会带来功率的持续消耗，且为了保证能为开关电源提供较大的充电电流实现快速启动，所选取的启动电阻的阻值一般较小，则阻值越小产生的待机功耗越大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开关电源系统及开关电源系统供电方法，用以改善现有技术中功耗大的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种开关电源系统，包括：逻辑控制模组、驱动模组、储能模组以及MOS管；

逻辑控制模组分别与驱动模组的输入端以及MOS管的栅极电连接，用于生成驱动MOS管导通或截止的电压信号和/或驱动驱动模组导通或截止的电流信号；

驱动模组的输入端与开关电源系统的直流电压输入端电连接，驱动模组的输出端电连接至储能模组以及MOS管的漏极，MOS管的源极耦接至负载端；

其中，当MOS管以及驱动模组导通时，直流电压输入端对负载端进行供电；

当MOS管根据逻辑控制模组输出的截止电压信号截止时，驱动模组根据逻辑控制模组输出的截止电流信号截止或对储能模组充电。

上述实现过程中，逻辑控制模组不仅可以控制MOS管导通或截止，还可以控制驱动模组导通或截止。当MOS管以及驱动模组导通时，直流电压输入端与负载端之间的连接导通，可以对该负载端进行供电；而在MOS管根据逻辑控制模组输出的截止电压信号截止时，驱动模组根据逻辑控制模组输出的截止电流信号截止或对储能模组充电，从而避免在未向负载端进行供电时，该开关电源系统在待机时其内部的元器件也会带来功率的持续消耗。

在本发明的一些实施例中，开关电源系统还包括：

电压检测单元，其与储能模组及逻辑控制模组分别连接，以用于检测储能模组的电压，并将检测到的电压信号发送至逻辑控制模组；

逻辑控制模组，还用于根据电压检测信号控制驱动模组对储能模组充电的充电时间。

在本发明的一些实施例中，电压检测单元为跨导放大器或者第一比较器。

在本发明的一些实施例中，开关电源系统还包括电信号检测单元，电信号检测单元用于检测负载端的反馈采样电压和流过MOS管的电流，并将检测电信号发送至逻辑控制模组；

逻辑控制模组，用于根据检测电信号生成截止电压信号至MOS管。

在本发明的一些实施例中，电信号检测单元包括误差放大器和第二比较器；

误差放大器的第一输入端与负载端连接，以用于接收负载端的反馈采样电压，其第二输入端与参考电压源电连接，其输出端与第二比较器的第一输入端电连接，以输出电压信号至第二比较器；第二比较器的第二输入端与MOS管的源极电连接用于检测流过MOS管的电流以获取相应电压，其输出端电连接至逻辑控制模组，当第二比较器的第二输入端的电压大于第二比较器的第一输入端的电压时，第二比较器输出高电平至逻辑控制模组，逻辑控制模组生成截止电压信号至MOS管。

在本发明的一些实施例中，电信号检测单元还包括振荡器，电信号检测单元通过振荡器与逻辑控制模组电连接，用于调整开关电源系统的工作频率。

在本发明的一些实施例中，驱动模组以及MOS管同步工作。

在本发明的一些实施例中，驱动模组包括三极管以及开关管；

三极管的集电极与直流电压输入端电连接，三极管的基极与逻辑控制模组电连接，三极管的发射极接入MOS管的漏极，同时通过开关管电连接至储能模组；在MOS管根据逻辑控制模组输出的截止电压信号截止时，当三极管发射极的电压大于储能模组的电压时打开开关管，三极管内电流通过开关管对储能模组充电。

在本发明的一些实施例中，开关管为二极管。

第二方面，本申请实施例提供一种开关电源系统供电方法，应用于开关电源系统，开关电源系统包括逻辑控制模组、驱动模组、储能模组以及MOS管，方法包括：

逻辑控制模组生成驱动MOS管导通的电压信号以及驱动驱动模组导通的电流信号，以控制MOS管以及驱动模组导通，使开关电源系统的直流电压输入端对负载端进行供电；

逻辑控制模组生成驱动MOS管截止的电压信号控制MOS管截止，驱动模组根据逻辑控制模组输出的截止电流信号截止或对储能模组充电。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种开关电源系统的结构示意框图；

图2为本发明实施例提供的一种开关电源系统的原理示意图；

图3为本发明实施例提供的一种开关电源系统供电方法的流程框图。

图标：1-逻辑控制模组；2-驱动模组；3-储能模组。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的各个实施例及实施例中的各个特征可以相互组合。

请参看图1，图1为本发明实施例提供的一种开关电源系统的结构示意框图。该开关电源系统包括：逻辑控制模组1、驱动模组2、储能模组3以及MOS管；逻辑控制模组1分别与驱动模组2的输入端以及MOS管的栅极电连接，用于生成驱动MOS管导通或截止的电压信号和/或驱动驱动模组2导通或截止的电流信号；驱动模组2的输入端与开关电源系统的直流电压输入端电连接，驱动模组2的输出端电连接至储能模组3以及MOS管的漏极，MOS管的源极耦接至负载端；其中，当MOS管以及驱动模组2导通时，直流电压输入端对负载端进行供电；当MOS管根据逻辑控制模组1输出的截止电压信号截止时，驱动模组2根据逻辑控制模组1输出的截止电流信号截止或对储能模组3充电。

逻辑控制模组1分别与驱动模组2的输入端以及MOS管的栅极G电连接，用于生成驱动MOS管导通或截止的电压信号，和/或用于生成驱动驱动模组2导通或截止的电流信号。

MOS管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)也就是金属氧化物半导体型场效应管。MOS管的漏极D接负极，源极S接正极，且栅极G为负电压时，MOS管的电沟道建立，MOS管开始工作。由于MOS管具备低功耗、性能稳定、抗辐射能力强等优点，且通过在栅极施加电压可以达到口直漏极电流电压的控制，控制方式比较方便。此外，还具备体积小、重量轻、寿命长的优点，因此可以有效降低开关电源功耗。

驱动模组2的输入端与直流电压输入端电连接，驱动模组2的输出端电连接至储能模组3以及MOS管的漏极D。MOS管的源极S耦接至负载端；其中，MOS管的源极S可以通过电阻以及电感电连接至负载端，以保证为负载端进行稳定的供电，使其进行稳定的工作。

当逻辑控制模组1生成驱动MOS管导通的电压信号以及驱动驱动模组2导通的电流信号后，控制MOS管以及驱动模组2导通，直流电压输入端对负载端进行供电；当MOS管根据逻辑控制模组1输出的截止电压信号截止时，驱动模组2根据逻辑控制模组1输出的截止电流信号截止或对储能模组3充电一段时间后截止。其中，驱动模组2以及MOS管的关断在同一个周期内完成。

上述实现过程中，逻辑控制模组1不仅可以控制MOS管导通或截止，还可以控制驱动模组2导通或截止。当MOS管以及驱动模组2导通时，直流电压输入端与负载端之间的连接导通，可以对该负载端进行供电；而在MOS管根据逻辑控制模组1输出的截止电压信号截止时，驱动模组2根据逻辑控制模组1输出的截止电流信号截止或对储能模组3充电，从而避免在未向负载端进行供电时，该开关电源系统在待机时其内部的元器件也会带来功率的持续消耗。

在本发明的一些实施例中，开关电源系统还包括：

电压检测单元，其与储能模组3及逻辑控制模组1分别连接，以用于检测储能模组3的电压，并将检测到的电压信号发送至逻辑控制模组1；

逻辑控制模组1，还用于根据电压检测信号控制驱动模组2对储能模组3充电的充电时间。

其中，直流电压输入端处还设置有电源启动模组，充电时间可以根据储能模组3两端的电压决定，可以预先设置一个最长充电时间，如果每个周期都是最长充电时间，那么开关电源系统会控制储能模组3两端电压降低，并最终降低至电源启动模组重启，电源启动模组重新打开后对储能模组3再进行充电。

在本发明的一些实施例中，电压检测单元为跨导放大器或者第一比较器。跨导放大器是一种将输入差分电压转换为输出电流的放大器，其输入信号是电压，输出信号是电流，增益即为跨导。比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的元件。

在本发明的一些实施例中，开关电源系统还包括电信号检测单元，电信号检测单元用于检测负载端的反馈采样电压和流过MOS管的电流，并将检测电信号发送至逻辑控制模组1；逻辑控制模组1，用于根据检测电信号生成截止电压信号至MOS管。

在本发明的一些实施例中，电信号检测单元包括误差放大器和第二比较器；

误差放大器的第一输入端与负载端连接，以用于接收负载端的反馈采样电压，其第二输入端与参考电压源电连接，其输出端与第二比较器的第一输入端电连接，以输出电压信号至第二比较器；第二比较器的第二输入端与MOS管的源极电连接用于检测流过MOS管的电流以获取相应电压，其输出端电连接至逻辑控制模组1，当第二比较器的第二输入端的电压大于第二比较器的第一输入端的电压时，第二比较器输出高电平至逻辑控制模组1，逻辑控制模组1生成截止电压信号至MOS管。

在本发明的一些实施例中，驱动模组2包括三极管以及开关管；三极管的集电极与直流电压输入端电连接，三极管的基极与逻辑控制模组1电连接，三极管的发射极接入MOS管的漏极，同时通过开关管电连接至储能模组3；在MOS管根据逻辑控制模组1输出的截止电压信号截止时，当三极管发射极的电压大于储能模组3的电压时打开开关管，三极管内电流通过开关管对储能模组3充电。其中，开关管可以为二极管。

具体地，请参看图2，图2为本发明实施例提供的一种开关电源系统的原理示意图，驱动模组2包括三极管Q2以及二极管D。三极管Q2的集电极与直流电压输入端电连接，三极管Q2的基极与逻辑控制模组1电连接，三极管Q2的发射极接入MOS管Q1的漏极同时通过二极管D电连接至电容C，电容C即为储电模组。在MOS管Q2根据驱动模组2输出的截止电压信号截止时，当三极管Q2发射极的电压大于电容C的电压时打开开关管，三极管Q2内电流通过开关管对电容C充电。系统正常工作时，电容C从三极管Q2发射极处进行储电。

在本发明的一些实施例中，电信号检测单元还包括振荡器，电信号检测单元通过振荡器与逻辑控制模组1电连接，用于调整开关电源系统的工作频率。振荡器是一种能量转换装置，其可以将直流电能转换为具有一定频率的交流电能

基于同样的发明构思，本发明还提出一种开关电源系统供电方法，请参看图3，图3为本发明实施例提供的一种开关电源系统供电方法的流程框图。该种开关电源系统供电方法应用于开关电源系统，开关电源系统包括逻辑控制模组1、驱动模组2、储能模组3以及MOS管，方法包括如下步骤：

步骤S110：逻辑控制模组1生成驱动MOS管导通的电压信号以及驱动驱动模组2导通的电流信号，以控制MOS管以及驱动模组2导通，使开关电源系统的直流电压输入端对负载端进行供电；

步骤S120：逻辑控制模组1生成驱动MOS管截止的电压信号控制MOS管截止，驱动模组2根据逻辑控制模组1输出的截止电流信号截止或对储能模组3充电。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

综上，本申请实施例提供的一种开关电源系统及开关电源系统供电方法，包括：逻辑控制模组1、驱动模组2、储能模组3以及MOS管；逻辑控制模组1分别与驱动模组2的输入端以及MOS管的栅极电连接，用于生成驱动MOS管导通或截止的电压信号和/或驱动驱动模组2导通或截止的电流信号；驱动模组2的输入端与开关电源系统的直流电压输入端电连接，驱动模组2的输出端电连接至储能模组3以及MOS管的漏极，MOS管的源极耦接至负载端；其中，当MOS管以及驱动模组2导通时，直流电压输入端对负载端进行供电；当MOS管根据逻辑控制模组1输出的截止电压信号截止时，驱动模组2根据逻辑控制模组1输出的截止电流信号截止或对储能模组3充电。上述实现过程中，逻辑控制模组1不仅可以控制MOS管导通或截止，还可以控制驱动模组2导通或截止。当MOS管以及驱动模组2导通时，直流电压输入端与负载端之间的连接导通，可以对该负载端进行供电；而在MOS管根据逻辑控制模组1输出的截止电压信号截止时，驱动模组2根据逻辑控制模组1输出的截止电流信号截止或对储能模组3充电，从而避免在未向负载端进行供电时，该开关电源系统在待机时其内部的元器件也会带来功率的持续消耗。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。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，本申请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申请内。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。