一种供电电路以及电子设备.pdf

1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201310400120.6(22)申请日 2013.09.05H02M 3/07(2006.01)(71)申请人联想（北京）有限公司地址 100085 北京市海淀区上地创业路6号(72)发明人石彬 孙春辉 张嵘(74)专利代理机构北京同达信恒知识产权代理有限公司 11291代理人黄志华(54) 发明名称一种供电电路以及电子设备(57) 摘要本发明公开了一种供电电路以及电子设备，该供电电路应用于一电子设备，所述供电电路包括：控制模块；可变电容模块，与所述控制模块相连；开关电源直流输出模块，包括一输出端，所述输出端与所述可变电容模块相连；其

2、中，在所述开关电源直流输出模块处于工作状态时，所述控制模块控制所述可变电容模块的电容值在一预设范围内进行变化，从而改变所述开关电源直流输出模块的输出频率。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书7页 附图2页(10)申请公布号 CN 104426358 A(43)申请公布日 2015.03.18CN 104426358 A1/1页21.一种供电电路，应用于一电子设备，所述供电电路包括：控制模块；可变电容模块，与所述控制模块相连；开关电源直流输出模块，包括一输出端，所述输出端与所述可变电容模块相连；其中，在所述开关电源直流输出模块处于工

3、作状态时，所述控制模块控制所述可变电容模块的电容值在一预设范围内进行变化，从而改变所述开关电源直流输出模块的输出频率。2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制模块具体为所述电子设备的控制总线。3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述可变电容模块具体为一电容阵列。4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述控制总线控制所述电容阵列中的一个或多个电容处于断开状态，继而控制所述电容值在所述预设范围内进行变化。5.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述可变电容模块具体为一可变电容。6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述控制总线控制所述可变电容的动片进行移动，继而控制所述电容值在所述

4、预设范围内进行变化。7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关电源直流输出模块具体为直流/直流模块。8.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关电源直流输出模块具体为交流/直流模块。9.一种电子设备，包括：如权利要求1-8中任一权项所述的供电电路，包括一输出端；用电装置，与所述输出端相连。权 利 要 求 书CN 104426358 A1/7页3一种供电电路以及电子设备技术领域0001 本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种供电电路以及电子设备。背景技术0002 随着科学技术的不断发展，电子技术也得到了飞速的发展，电子产品的种类也越来越多，人们也享受到了科技发展带来的各种便利。0003

5、随着电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。0004 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制芯片和场效应管（MOSFET）构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高

6、效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。0005 开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。0006 开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在安防监控，节约能源、节约资源及保护环境方面都具有

7、重要的意义。0007 开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防监控，LED灯袋，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。0008 本申请发明人在实现本申请实施例技术方案的过程中，至少发现现有技术中存在如下技术问题：0009 开关稳压电源在工作过程中，开关的高速开通和关断，就会引起输出电压的波动，在输出回路中的快恢复二极管和电感也会引起输出电压的波动，这些高频低频的波动总和就形成了输出的纹波，包括电压纹波和电流纹波。若开关稳压电源输出的电

8、压纹波和电流纹波过大，则会导致与之相连的用电装置产生工作不稳定的情形，例如造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用电设备，或者干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作，或者带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作等等问题。说 明 书CN 104426358 A2/7页40010 因此，现有技术中存在因开关稳压电源的输出纹波过大，导致后续的用电装置产生工作不稳定的技术问题。发明内容0011 本发明实施例提供一种供电电路以及电子设备，解决了现有技术中存在的因开关稳压电源的输出纹波过大，导致后续的用电装置产生工作不稳定的技术问题。0012 本申请实施例提供如下技术方案：0013 一方面，本发明实施例

9、提供一种供电电路，该供电电路应用于一电子设备，所述供电电路包括：控制模块；可变电容模块，与所述控制模块相连；开关电源直流输出模块，包括一输出端，所述输出端与所述可变电容模块相连；其中，在所述开关电源直流输出模块处于工作状态时，所述控制模块控制所述可变电容模块的电容值在一预设范围内进行变化，从而改变所述开关电源直流输出模块的输出频率。0014 可选地，所述控制模块具体为所述电子设备的控制总线。0015 可选地，所述可变电容模块具体为一电容阵列。0016 可选地，所述控制总线控制所述电容阵列中的一个或多个电容处于断开状态，继而控制所述电容值在所述预设范围内进行变化。0017 可选地，所述可变电容模

10、块具体为一可变电容。0018 可选地，所述控制总线控制所述可变电容的动片进行移动，继而控制所述电容值在所述预设范围内进行变化。0019 可选地，所述开关电源直流输出模块具体为直流/直流模块。0020 可选地，所述开关电源直流输出模块具体为交流/直流模块。0021 另一方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括：如前述实施例中所述的供电电路，包括一输出端；用电装置，与所述输出端相连。0022 本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：0023 由于采用了控制模块控制可变电容模块的电容值在一预设范围内进行变化的技术方案，开关电源直流输出模块的输出端与该可变电容模块相连，所

11、以每次开关电源直流输出模块的开关在开通或者关断时，所接入的可变电容模块的电容值都不相同，对应的可变电容模块所需要的充放电时间都不相同，从而使得开关电源直流输出模块输出的电压和电流的频率发生变化，改变了开关电源直流输出模块的输出频率，增加纹波的频率带宽，继而降低了单个频率分量的功率值，使得混频条件不易满足，实现了提高了开关电源直流输出模块的输出质量的技术效果。附图说明0024 图1为本发明实施例提供的供电电路的模块图；0025 图2为本发明实施例中提供的供电电路的示意图；0026 图3为本发明实施例提供的电子设备的功能模块图。具体实施方式0027 本发明实施例提供一种供电电路以及电子设备，解决了

12、现有技术中存在的因开关说 明 书CN 104426358 A3/7页5稳压电源的输出纹波过大，导致后续的用电装置产生工作不稳定的技术问题。0028 本发明实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：0029 本发明实施例提供一种供电电路，该供电电路可以应用于一电子设备，该供电电路包括：0030 控制模块；0031 可变电容模块，与控制模块相连；0032 开关电源直流输出模块，包括一输出端，输出端与可变电容模块相连；0033 其中，在开关电源直流输出模块处于工作状态时，控制模块控制可变电容模块的电容值在一预设范围内进行变化，继而改变开关电源直流输出模块的输出频率。0034 通过上述部分可

13、以看出，由于采用了控制模块控制可变电容模块的电容值在一预设范围内进行变化的技术方案，开关电源直流输出模块的输出端与该可变电容模块相连，所以每次开关电源直流输出模块的开关在开通或者关断时，所接入的可变电容模块的电容值都不相同，对应的可变电容模块所需要的充放电时间都不相同，从而使得开关电源直流输出模块输出的电压和电流的频率发生变化，改变了开关电源直流输出模块的输出频率，增加纹波的频率带宽，继而降低了单个频率分量的功率值，使得混频条件不易满足，实现了提高了开关电源直流输出模块的输出质量的技术效果。0035 为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明

14、。0036 本发明实施例提供一种供电电路，该供电电路可以应用于一电子设备，在实际应用中，该电子设备可以是工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热等领域中的电子设备，在此就不再赘述了。0037 请参考图1，图1是本发明实施例提供的供电电路的模块图1，如图1所示，该供电电路包括：0038 控制模块101；0039 可变电容模块102，与控制模块101相连；0040 开关电源直流输出模块103，包括一输出端，输出端与可变电容模块102相连；0041 其中，在开关电源直流输出模块103处于工作状态时，控制模块101控制可变电容模块

15、102的电容值在一预设范围内进行变化，从而改变开关电源直流输出模块103的输出频率。0042 在具体实施过程中，开关电源直流输出模块103具体可以是直流/直流模块，即DCDC模块，也可以是交流/直流模块，即ACDC模块，在此不做限制。0043 无论是DCDC模块，还是ACDC模块，其功能是将电能质量较差的原生态电源（粗电），如市电电源或蓄电池电源，转换成满足后续用电装置要求的质量较高的直流电压（精电）。在接下来的部分中，将以DCDC模块来进行详细地介绍。0044 DCDC模块的核心是DC/DC转换器，因此，开关电源直流输出模块，也即直流开关电源的分类是依赖DC/DC转换器分类的。也就是说，直流

16、开关电源的分类与DC/DC转换器的分类是基本相同的，DC/DC转换器的分类基本上就是直流开关电源的分类。0045 直流DC/DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类：一类是有隔说 明 书CN 104426358 A4/7页6离的称为隔离式DC/DC转换器；另一类是没有隔离的称为非隔离式DC/DC转换器。0046 隔离式DC/DC转换器也可以按有源功率器件的个数来分类。单管的DC/DC转换器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）两种。双管DC/DC转换器有双管正激式（DoubleTransistor Forward Converter），双管反激式（Double Tra

17、nsistr Flyback Converter）、推挽式（Push-Pull Converter）和半桥式（Half-Bridge Converter）四种。四管DC/DC转换器就是全桥DC/DC转换器（Full-Bridge Converter）。0047 非隔离式DC/DC转换器，按有源功率器件的个数，可以分为单管、双管和四管三类。0048 单管DC/DC转换器共有六种，即降压式（Buck）DC/DC转换器，升压式（Boost）DC/DC转换器、升压降压式（Buck Boost）DC/DC转换器、Cuk DC/DC转换器、Zeta DC/DC转换器和SEPIC DC/DC转换器。在这六种

18、单管DC/DC转换器中，Buck和Boost式DC/DC转换器是基本的，Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC转换器是从中派生出来的。双管DC/DC转换器有双管串接的升压式（Buck-Boost）DC/DC转换器。四管DC/DC转换器常用的是全桥DC/DC转换器（Full-Bridge Converter）。0049 隔离式DC/DC转换器在实现输出与输入电气隔离时，通常采用变压器来实现，由于变压器具有变压的功能，所以有利于扩大转换器的输出应用范围，也便于实现不同电压的多路输出，或相同电压的多种输出。0050 在功率开关管的电压和电流定额相同时，转换器的输出功率通常与所

19、用开关管的数量成正比。所以开关管数越多，DC/DC转换器的输出功率越大，四管式比两管式输出功率大一倍，单管式输出功率只有四管式的1/4。0051 非隔离式转换器与隔离式转换器的组合，可以得到单个转换器所不具备的一些特性。0052 按能量的传输来分，DC/DC转换器有单向传输和双向传输两种。具有双向传输功能的DC/DC转换器，既可以从电源侧向负载侧传输功率，也可以从负载侧向电源侧传输功率。0053 DC/DC转换器也可以分为自激式和他控式。借助转换器本身的正反馈信号实现开关管自持周期性开关的转换器，叫做自激式转换器，如洛耶尔（Royer）转换器就是一种典型的推挽自激式转换器。他控式DC/DC转换

20、器中的开关器件控制信号，是由外部专门的控制电路产生的。0054 按照开关管的开关条件，DC/DC转换器又可以分为硬开关（Hard Switching）开关电源和软开关（Soft Switching）两种。硬开关DC/DC转换器的开关器件是在承受电压或流过电流的情况下，开通或关断电路的，因此在开通或关断过程中将会产生较大的交叠损耗，即所谓的开关损耗（Switching loss）。当转换器的工作状态一定时开关损耗也是一定的，而且开关频率越高，开关损耗越大，同时在开关过程中还会激起电路分布电感和寄生电容的振荡，带来附加损耗，因此，硬开关DC/DC转换器的开关频率不能太高。软开关DC/DC转换器的开

21、关管，在开通或关断过程中，或是加于其上的电压为零，即零电压开关（Zero-Voltage-Switching，ZVS），或是通过开关管的电流为零，即零电流开关（Zero-CurrentSwitching，ZCS）。这种软开关方式可以显着地减小开关损耗，以及开关过程中激起的振荡，使开关频率可以大幅度提高，为转换器的小型化和模块化创造了条件。功率场效应管（MOSFET）是应用较多的开关器件，它有较高的开关速度，但同时也有较大的说 明 书CN 104426358 A5/7页7寄生电容。它关断时，在外电压的作用下，其寄生电容充满电，如果在其开通前不将这一部分电荷放掉，则将消耗于器件内部，这就是容性开通

22、损耗。为了减小或消除这种损耗，功率场效应管宜采用零电压开通方式（ZVS）。绝缘栅双极性晶体管（Insu1ated Gate Bipo1ar tansistor，IGBT）是一种复合开关器件，关断时的电流拖尾会导致较大的关断损耗，如果在关断前使流过它的电流降到零，则可以显着地降低开关损耗，因此IGBT宜采用零电流（ZCS）关断方式。IGBT在零电压条件下关断，同样也能减小关断损耗，但是MOSFET在零电流条件下开通时，并不能减小容性开通损耗。谐振转换器（ResonantConverter，RC）、准谐振转换器（Qunsi-Tesonant Converter，QRC）、多谐振转换器（Mu1ti-

23、ResonantConverter，MRC）、零电压开关PWM转换器（ZVS PWM Converter）、零电流开关PWM转换器（ZCS PWM Converter）、零电压转换（Zero-Vo1tage-Transition，ZVT）PWM转换器和零电流转换（Zero-Vo1tage-Transition，ZVT）PWM转换器等，均属于软开关直流转换器。电力电子开关器件和零开关转换器技术的发展，促使了高频开关电源的发展。0055 在实际应用中，开关电源大致由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源四大部份组成。0056 1、主电路包括以下功能：冲击电流限幅：限制接通电源瞬间输入侧的冲击电流；输

24、入滤波器：其作用是过滤电网存在的杂波及阻碍本机产生的杂波反馈回电网；整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电；逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分；输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。0057 2、控制电路包括以下功能：一方面从输出端取样，与设定值进行比较，然后去控制逆变器，改变其脉宽或脉频，使输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对电源进行各种保护措施。0058 3、检测电路包括以下功能：提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。0059 4、辅助电源包括以下功能：实现电源的软件（远程）启动，为保

25、护电路和控制电路（PWM等芯片）工作供电。0060 本发明实施例中的开关电源直流输出模块103可以是上述中任一一种开关电源产品，在此不做限制。0061 请参考图2，图2是本发明实施例提供的供电电路的示意图，如图2所示，控制模块101具体可以是电子设备的控制总线，电子设备的控制芯片可以通过该控制芯片向位于该控制总线上的装置发出控制命令。0062 在具体实施过程中，可变电容模块102具体可以是一电容阵列(Cap Bank)，在可变电容模块102具体为电容阵列时，该电容阵列可以是有多个电容经过并联而组成的阵列，该阵列中的每个电阻能够根据控制模块101发出的命令，选择处于导通状态还是断开状态。0063

26、 电子设备通过控制模块101发出的控制命令，可以控制该电容阵列接入到电路中的电容数量，从而能够控制该电容阵列的电容值在该预设范围内进行变化。0064 在具体实施过程中，可变电容模块102除了可以是上述所介绍的电容阵列之外，还可以是一可变电容（Variable Cap）。可变电容由一组定片和一组动片组成，其电容值会说 明 书CN 104426358 A6/7页8随着动片的转动而发生改变。0065 在实际应用中，该可变电容可以根据控制模块101发出的控制命令，改变可变电容的动片的位置，从而控制可变电容的电容值在该预设范围内发生变化。0066 当然，除了上述所说的两种可变电容模块102的实现方式之外

27、，通过本实施例的介绍，本领域所属的技术人员能够根据实际情况，选择其他合适的方式来实现可变电容模块102的功能，以满足实际情况的需要，在此就不再赘述了。0067 请同时参考图1与图2，在控制模块101控制可变电容模块102的电容值在预设范围内进行变化时，可变电容模块102会因为开关电源直流输出模块103所输出的电流与电压而不停地进行充放电动作，并且由于其电容值在预设范围内进行变化，可变电容模块102每次充放电的时间均不相同，从而使得开关电源直流输出模块103所输出的电压形成锯齿波，并且每一锯齿之间的间隔时间不相同，其反映在频率上即为宽带，与现有技术中的方案相比，增加了开关电源直流输出模块103所

28、输出的电压纹波与电流纹波的频率带宽，继而降低了单个频率分量的功率值，使得混频条件不易满足，实现了提高了开关电源直流输出模块的输出质量的技术效果。0068 当然，在实际应用中，控制模块101控制可变电容模块102的电容值在预设范围内进行变化时，可变电容模块102变化的预设范围需要在一个合适的范围之内，差别太大的话不能满足开关电源直流输出模块103的工作频率以及后续用电装置的需要。0069 通过本实施例的介绍，本领域所属的技术人员能够根据实际情况，例如具体的电子设备以及其具体的使用场景，为可变电容模块102的电容值变化选择合适的范围，为例说明书的简洁，在此就不再赘述了。0070 基于同一发明构思，

29、本发明实施例还提供一种电子设备，请参考图3，图3是本发明实施例提供的电子设备的功能模块图，该电子设备包括：如前述实施例中的供电电路301，包括一输出端；0071 用电装置302，与输出端相连。0072 本实施例中的电子设备与前述实施例中的供电电路是基于同一发明构思下的两个方面，在前面已经对供电电路的实施过程作了详细的描述，所以本领域技术人员可根据前述描述清楚的了解本实施例中的电子设备的结构及实施过程，为了说明书的简洁，在此就不再赘述了。0073 本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：0074 1、由于采用了控制模块控制可变电容模块的电容值在一预设范围内进行变化的技术方案，

30、开关电源直流输出模块的输出端与该可变电容模块相连，所以每次开关电源直流输出模块的开关在开通或者关断时，所接入的可变电容模块的电容值都不相同，对应的可变电容模块所需要的充放电时间都不相同，从而使得开关电源直流输出模块输出的电压和电流的频率发生变化，改变了开关电源直流输出模块的输出频率，增加纹波的频率带宽，继而降低了单个频率分量的功率值，使得混频条件不易满足，实现了提高了开关电源直流输出模块的输出质量的技术效果。0075 本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个

31、其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括说 明 书CN 104426358 A7/7页9但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。0076 本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和或方框图中的每一流程和或方框、以及流程图和或方框图中的流程和或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和

32、或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。0077 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。0078 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。0079 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。说 明 书CN 104426358 A1/2页10图1说 明 书 附 图CN 104426358 A10