一种开关电源及充电器的制作方法

本实用新型涉及电源技术、PWM技术等领域，尤其涉及一种开关电源及充电器。

背景技术：

在电源自身工作的能量转换过程中，因诸如转换器件自身效率低下或电流流过载流元件在元件内阻上产生的功率损耗等原因，均可能导致电源损失一部分能量，而这些能量会以热量的形式损失散发掉，且鉴于元件自身散热能力有限，故当这些热量积累到一定程度，也即超过元器件自身耐温时就会造成元器件损坏，从而导致整个系统崩溃。

为了避免这种崩溃的发生，当前的开关电源都专门设置有散热片、散热窗口或风扇等，以用来带走有害热量，从而可以达到散热的目的。

但这些散热片、散热窗口和风扇造成了整个电源系统体积庞大，进而限制了整机产品的体积甚至用途。

技术实现要素：

本实用新型解决的问题是如何缩小电源的体积及提高整机产品的效率。

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种开关电源，所述开关电源包括：PCB板、第一滤波器、整流桥电路、PWM控制器、开关器件、变压器、反馈电路及第二滤波器，其中：所述变压器及第二滤波器设置于所述PCB板的一面，所述第一滤波器、整流桥电路、PWM控制器、开关器件及反馈电路设置于所述PCB板的另一面，且：

所述第一滤波器适于对输入的交流电流进行滤波；

所述整流桥电路，适于接收滤波后的交流电，将所述滤波后的交流电整流成直流电，且将所述直流电作为电源供给至所述开关器件；

所述PWM控制器，适于控制向所述开关器件提供完成调制的PWM信号以相应控制所述开关器件的通断，同时控制流过所述变压器的电流；

所述变压器，厚度不超过预设的厚度阈值，且磁路不低于预设的磁路阈值，适于在所述开关器件关断时，输出降压后的电压至所述第二滤波器；

所述第二滤波器，适于对所述降压后的电压进行整流、滤波，以输出预设大小的直流电压；

所述反馈电路，适于当所述输出的直流电压偏差所述预设大小超过预设的阈值时，采样偏差的直流电压并反馈至所述PWM控制器；

所述PWM控制器，还适于在接收到所述反馈电路反馈的偏差的直流电压后，输出对应占空比的PWM信号至所述开关器件，直至所述第二滤波器输出预设大小的直流电压。

可选地，所述开关器件为内阻低于预设内阻阈值的MOS管，且所述开关器件为贴面封装、安装于所述PCB板上。

可选地，所述PCB板覆铜厚度为超过预设的厚度阈值的覆铜导线。

可选地，所述第二滤波器中的电解电容，所述电解电容在储能充放电过程中的损耗低于预设的损耗阈值。

可选地，所述电解电容通过沉板工艺设置于所述PCB板。

可选地，所述变压器通过沉板工艺设置于所述PCB板。

本实用新型实施例提供了一种充电器，所述充电器包括以上任一种所述的开关电源。

如上，本实用新型提供的开关电源，采用厚度不超过预设的厚度阈值，且磁路不低于预设的磁路阈值的变压器，也即采用超薄大磁路的变压器，因此可以在降低开关电源厚度的同时减少热量，从而可以缩小电源的体积，提高整机产品的效率。

进一步，由于本实用新型的开关器件为内阻低于预设内阻阈值的MOS管，且直接贴装在PCB板上，因此可在靠PCB板导电的同时散热，从而在超低的热阻下使得开关管的热量控制在安全规范要求范围内并留有足够余量，因此可以提高整机产品的效率。

进一步，通过采用加厚的铜箔作为PCB板，不仅降低了载流内阻损耗，还充当了普通开关器件的散热片，因此可以提高整机产品的效率。

为让本实用新型的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例并结合附图详细说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的一种开关电源的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中的另一种开关电源的结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。虽然本实用新型的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此实用新型的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作实用新型介绍的目的是为了覆盖基于本实用新型的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本实用新型的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本实用新型也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本实用新型的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如上所述，目前，由于散热片、散热窗口和风扇等的设置，造成了整个电源系统体积庞大，进而限制了整机产品的体积甚至用途。

为解决上述问题，本实用新型实施例提供了开关电源，通过采用厚度不超过预设的厚度阈值，且磁路不低于预设的磁路阈值的变压器，也即采用超薄大磁路的变压器，因此可以在降低开关电源厚度的同时减少热量，从而可以缩小电源的体积，提高整机产品的效率。

为使得本领域技术人员更好地理解和实现本实用新型，图1示出了本实用新型实施例中的一种开关电源的结构示意图，如图1所示，所述开关电源可以包括：PCB板(未示出)、第一滤波器11、整流桥电路12、PWM控制器、开关器件13、变压器14、反馈电路16及第二滤波器15。

其中：所述变压器14及第二滤波器15设置于所述PCB板的一面，所述第一滤波器11、整流桥电路12、PWM控制器、开关器件13及反馈电路16设置于所述PCB板的另一面，换句话说，本实用新型实施例中的PCB板为双面设置，也即两面均可设置元器件。

在具体实施中，所述第一滤波器11可以适于对输入的交流电流进行滤波。

所述整流桥电路12，适于接收滤波后的交流电，将所述滤波后的交流电整流成直流电，且将所述直流电作为电源供给至所述开关器件13。

所述PWM控制器，适于控制向所述开关器件13提供完成调制的PWM信号以相应控制所述开关器件13的通断，同时控制流过所述变压器14的电流。

所述变压器14，厚度不超过预设的厚度阈值，且磁路不低于预设的磁路阈值，适于在所述开关器件13关断时，输出降压后的电压至所述第二滤波器15。换言之，本实用新型采用超薄、大磁路的高频变压器14，可以实现小薄与高效，因此可以在电源高压到低压转换过程中起到关键作用。

所述第二滤波器15，适于对所述降压后的电压进行整流、滤波，以输出预设大小的直流电压。

所述反馈电路16，适于当所述输出的直流电压偏差所述预设大小超过预设的阈值时，换言之，当所述输出的直流电压的瞬态值与预设大小的电压的偏差超过预设的阈值时，可以采样偏差的直流电压并反馈至所述PWM控制器。比如，预设大小的电压为15V，输出的直流电压的瞬态值为15.4V，预设的阈值为0.2V，则此时的直流电压与所述预设大小的电压的偏差为0.4V＝15.4V-15V，该偏差0.4V超过预设的阈值0.2V。相对应地，所述PWM控制器，还适于在接收到所述反馈电路16反馈的偏差的直流电压后，输出对应占空比的PWM信号至所述开关器件13，直至所述第二滤波器15输出预设大小的直流电压。因此整个开关电源可以形成一个闭环控制的环路，从而可以提高控制的精确性。

在本实用新型一实施例中，所述第一滤波器11可以为电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)滤波器。

对于一个开关电源而言，开关器件13是损耗的主要部件，为了提高开关部件的寿命，在具体实施中，所述开关部件可以为MOS管。

为了减小开机冲击电流对元器件的损伤，在本实用新型一实施例中，所述开关电源还内置有软启动电路或保护电路。具体而言，所述软启动电路或保护电路可以包括过压保护电路、过流保护电路、过温保护电路及短路保护电路等。并且，本实用新型实施例中的开关电源可以采用固定的65KHz的工作频率，采用频率抖动技术优化电磁兼容(ElectroMagnetic Compatibility，EMC)电路。

在本实用新型一实施例中，开关电源可以内置间歇工作模式，因此可以优化轻载效率，且减少空载功耗。

在本实用新型一实施例中，所述开关器件13为内阻低于预设内阻阈值的MOS管，故可以在开关过程中低的内阻下产生低的开关损耗和低的温度。并且，所述开关器件13为贴面封装、直接安装于所述PCB板上，因此可在靠PCB板导电的同时散热，从而在超低的热阻下使得开关管的热量控制在安规要求范围内并留有足够余量，因此可以提高整机产品的效率。

为了提高整机产品的效率，在本实用新型另一实施例中，所述PCB板覆铜厚度为超过预设的厚度阈值的覆铜导线，而因为通过采用加厚的铜箔作为PCB板，虽然比普通电源增加一倍厚度，但是效果却是普通PCB板的很多倍，因此不仅可以降低载流内阻损耗，还可以充当普通开关电源的铝散热片进行导热及散热，因为100°时铜和铝导热系数分别是380W/M.K和238W/M.K，故微小的厚度增加却带来很大的效率提升。

在本实用新型一实施例中，所述预设的厚度阈值可以为2Oz，本领域技术人员根据实际需要，也可以选用其他合适厚度作为厚度阈值。

需要说明的是，电解电容正是开关电源中寿命较短的配件，研究和试验表明，电解电容温度每降低10°，其寿命增加一倍。因此在本实用新型一实施例中，通过采用在储能充放电过程中的损耗低于预设的损耗阈值的电解电容，也即本实用新型中的电解电容在电容储能充放电过程中降低内阻上的损耗，可以减少热量发生，提升转换效率，因此可以提升开关电源的寿命。

在本实用新型一实施例中，所述电解电容通过沉板工艺设置于所述PCB板，具体而言，通过沉板工艺在PCB板上对应元器件本体底部开孔，接着把元器件本体的一部分或全部沉入PCB板上相对于第一滤波器11、整流桥电路12、PWM控制器、开关器件13及反馈电路16的另一面，从而使高变压器14的外露高度从10mm降低到外露9mm，不仅降低了厚度而且有利于变压器14散热。

为了缩小开关电源的体积，在具体实施中，还可以通过沉板工艺将变压器14也设置于PCB板上。

详细地说，可以在PCB板上对应电解电容本体底部开孔，进而把电解电容本体的一半沉入PCB板上相对于第一滤波器11、整流桥电路12、PWM控制器、开关器件13及反馈电路16的另一面，从而可以使电解电容本体的3.5mm裸露在PCB板的顶部，而另外5.5mm裸露在PCB板的底部，进而可以使开关电源的正面和地面厚度分别降低5mm。

为便于本领域技术人员更好地理解本实用新型，图2示出了本实用新型实施例中的另一种开关电源的结构示意图，下面对图2中示出的开关电源的工作原理进行详细介绍，在图2中，所述开关电源包括EMI滤波器21，整流桥电路22、MOS管23、变压器24、滤波器25、反馈电路26及PWM控制器27。工作原理为：

首先交流电源输入至EMI滤波器21，当交流电源经过EMI滤波器21被滤除干扰后，由整流桥电路22整流成直流电，以作为开关转换的电源供给。

接着，PWM控制器27控制PCB板中的集成电路(Integrated Circuit，IC)器件向MOS管23提供调制好的脉冲调宽信号，以控制MOS管23的通断，同时控制流过变压器24的初级线圈的电流，因为流过电感里的电流不会突变，因此变压器24内的次级线圈在开关关断时输出降压后的电压可以经滤波器25整流及滤波，最终输出预设大小的直流电压。在本实用新型一实施例中，所述预设大小可以为15V，本领域技术人员根据实际需要，可以设置直接电压的大小。

为了提高调节的精确性，在本实用新型一实施例中，当因负载变动导致输出的15V电压发生变动时，反馈电路26可以将采样到变动的电压信号反馈给PWM控制器27，PWM控制器27通过比较、运算后输出一个纠正占空比后的PWM信号至MOS管23，直到输出稳定的15V电压，如此可以构成一个闭环控制。

综上，本实用新型实施例采用PCB加厚铜箔导热导电配合表面贴装技术，可以降低热损耗，提高生产效率。同时，采用沉板工艺降低电源厚度，可以提高散热效果，采用低内阻、低高度的元器件，可以降低热损耗和空间高度。而低的损耗带来高的效率，小的体积降低了材料的用量，因此为当今倡导的减少环境污染和节能环保发面做出更多的贡献。

本实用新型还提供了一种充电器，具体可以包括上述的任一种开关电源。而且，由于本实用新型通过降低载流及开关元器件的内阻，采用超薄、大磁路的转换变压器24等方法，可以在降低电源厚度的同时减少热量，从而可以缩小电源的体积，进而可以缩小比如充电器的整机产品的体积，因此可以降低整机的温度，提高整机的效率。

综上所述，本实用新型提供的上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。