專利名稱：開關型電源的保護電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種開關型電源的保護電路，該電源包含一開關晶體管與一具有初級繞組和用于提供驅動開關晶體管的電源電壓的輔助繞組的變壓器。
這種開關型電源例如從EP-A-0936726是己知的，該專利本身公開了一些按照逆向模式(flybackmode)工作的振蕩開關型電源。具體地說，EP-A-0936726中的圖2中表示了利用MOSFET作為開關晶體管以及柵極(gate)驅動器電路的開關型電源，該柵極驅動器電路包含一充電電容，該充電電容經過一個二極管連接到一用于向柵極驅動器電路提供電源電壓的輔助繞組。該電路還包含一閾值電路，在開關型電源接通之后該閾值電路使柵極驅動器電路關斷，直到驅動器電路的電源電壓相對于輔助繞組超過一的特定的閾值電壓。該電路還包含一光電耦合器用于從柵極驅動器電源的次級側提供一調節(jié)電壓，用于穩(wěn)定輸出電壓。
在

圖1中表示包含保護電路上述的開關型電源。該開關型電源包含開關晶體管T20，其電流輸入端連接到變壓器的初級繞組W1(未示出)，其電流輸出端經過電阻R20接地。初級繞組W1按通常的方式連接到整流元件BR，整流元件BR根據(jù)電網電壓UM提供整流電壓。
變壓器還包含一用于提供電源電壓Vcc的輔助繞組W2。電源電壓Vcc是一經二極管D25和D26整流并經電容C25和C24濾波及經齊納二極管穩(wěn)壓的電壓，二極管D25和D26連接到輔助繞組W2的連接端3。該電源還包含一由連接到電容C25和C24、整流元件BR的電阻R5、R6、R7組成的起動電路以及柵極驅動器電路GD。
柵極驅動器電路GD控制一連接到電源電壓Vcc的晶體管T25，用于經過電阻R21、R27向開關晶體管T20的柵極提供導通電壓用于導通(switchingthrough)這一晶體管。經過柵極驅動器電路GD使電源輸出電壓穩(wěn)定，這種類型的控制電路例如在EP-A-0936726中作了解釋。
晶體管T25的基極連同柵極驅動器電路GD連接到一具有齊納二極管D23和電阻R24、R26的閾值電路，用于在電源接通之后使晶體管T25關斷，直到電源電壓Vcc已經達到一用于起動電源的足夠高的電壓值止。該電源還包含小容量的電容C23和C26，以便抑制相應二極管的電壓沖擊。
圖1中的齊納二極管D27還對電源提供過電壓保護。在故障狀態(tài)下，當輔助繞組W2的輸出電壓突然上升時，電容C24和C26上的電壓Vcc也相應地上升，但由齊納二極管D27箝位，在這一實施例中箝位到20伏。因此流經齊納二極管D27的電流會增加，當電流達到一定值時，最終損壞二極管。一旦齊納二極管D27被損壞，就會形成短路，由于電源電壓Vcc下降使開關型電源立即關斷。
圖1中的開關型電源還提供低電壓保護，以保證始終具有足夠的柵極驅動能力用于即使在故障狀態(tài)下也能導通開關晶體管T20。由于安全的原因，這一要求是必要的。解決這一問題在于，并聯(lián)配置的兩個二極管D25和26以及兩個電容C24和C26，使得即使當其中一個二極管或其中一個電容開路時始終提供電壓Vcc。
如上所述的過電壓保護僅工作在具有較高輸出功率的開關型電源(例如70瓦)中，但是，非工作在限于約30瓦的開關型電源，因為當過電壓故障狀態(tài)下流過齊納二極管D27的電流太低時以致不能擊穿齊納二極管。在這種情況下，電源的輸出電壓將繼續(xù)升高，這將損壞裝置中的有關組件，例如電容和集成電路。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種在低(功率)開關型電源中也能可靠地工作的保護電路，以及還提供一種相應的低(功率)開關型電源。
按照在權利要求1中所述的本發(fā)明的保護電路以及按照在權利要求7中所述的本發(fā)明的開關型電源可以實現(xiàn)這一目的。在各從屬權利要求中表述了本發(fā)明的一些的改進。
本發(fā)明的保護電路包含一具有開關元件的箝位電路，用于倘若發(fā)生故障特別是在過電壓的情況下，降低所述電源電壓；以及一保持電路，用于為所述箝位電路提供保持電流。倘若發(fā)生故障，利用該保持電流，使關斷時間延長，因此當電源電壓降低時，避免會立即起動電源，起動電源會導致“往復轉換”階段(hiccup stage)。
該箝位電路最好包含一閾值電路，其當電源電壓達到一電壓上限時為開關元件提供開關電壓。該開關元件連接到一向開關晶體管提供電源電壓的充電電容，以及通過降低這一電源電壓，禁止開關晶體管的開關轉換。
該保持電路具體包含一經過電阻連接到該箝位電路，特別是連接到一閾值電路的電容，用于在故障狀態(tài)下還提供一附加電流。在一特定實施例中，該保持電路中的電容經過整流元件連接到變壓器的輔助繞組，但是也可以連接到電源的另一個輸入電壓端。
可以將保護電路特別用于開關型電源，該開關型電源包含具有初級繞組和輔助繞組的變壓器；以及一開關晶體管，其連接到所述初級繞組并且按照逆向模式(flyback mode)工作。該保護電路不僅工作在低功率用途的電源而且工作在高輸出功率的電源。對于較小的開關型電源，最好利用MOSFET作為開關晶體管，以及因此倘若在過電壓的狀態(tài)下，箝位電路直接禁止MOSFET的柵極驅動。例如輸出功率為30瓦的低功率電源可以用作例如用戶電子產品設備中的第二電源。
下面參照示意電路圖利用一優(yōu)選實施例更詳細地解釋本發(fā)明，其中圖1是具有一用于提供開關型電源的過電壓保護的齊納二極管的電路；圖2是根據(jù)本發(fā)明的具有箝位電路和保持電路的保護電路。
在圖2中表示開關型電源的初級側，利用MOSFET作為開關晶體管T20，其電流輸入端連接到變壓器的初級繞組W1(未示出)，電流輸出端經過電阻20接地。相應地可以使用其它類型的開關晶體管。DC電壓按公知的方式連接到初級繞組W1的另一端，在這一實施例中該DC電壓是從電網電壓UM經過整流元件BR提供的。起動電路電阻R5、R6、R7連接到整流元件BR。
由晶體管T25控制開關晶體管T20的控制輸入端，該控制輸入端連接到電源電壓Vcc。電源電壓Vcc是由變壓器的輔助繞組W2經過整流元件D25提供的，并利用電容C25濾波。僅示意表示的柵極驅動器電路GD提供用于晶體管T25的開關脈沖，以便調節(jié)電源的輸出電壓。當晶體管T25導通時，電源電壓Vcc經過電阻21和27耦合到開關晶體管T20的柵極，以及當晶體管T25關閉(close)時，開關晶體管T20也通過柵極驅動器電路GD關閉(close)。
圖2中所示的開關型電源的基本組件與根據(jù)圖1中所介紹的電路相似，它們的工作原理詳細地介紹在EP-A-0936726中。圖2中所示電路中與圖1中相同的電路組件使用相同的標號標注。
箝位電路CL連接到充電電容C25用以提供過電壓保護。本這一實施例中該箝位電路包含一作為開關元件T21的可控硅，當其導通時電源電壓Vcc接地，禁止開關晶體管T20的柵極驅動。經過一具有齊納二極管D24和電阻R38的閾值電路控制開關元件T21的控制極，當電源電壓Vcc超過一閾值(在這一實例中為20伏)時，該閾值電路提供開關電壓Ue。當齊納二極管D24開始導通時，開關電壓Ue突然上升并觸發(fā)開關元件21。開關元件21的控制極經過并聯(lián)的電阻R39和電容C28接地，用以當齊納二極管D24停止導通時禁止控制電壓Ue。
當電源電壓Vcc下降低于閾值電路(D24和R38)的閾值電壓時，則控制電壓Ue也下降，關閉開關元件T21。然后，電源將再次起動，當仍出現(xiàn)過電壓狀態(tài)時，當超過閾值時電源將再次關斷。在這種情況下，電源電壓會處于“往復轉換”階段，這種“往復轉換”階段為電源的附加激勵(stress)并會形成使用人可能聽到的開關聲音。
為了抑制這種“往復轉換”階段，該電源包含保持電路HO。這一保持電路為箝位電路CL提供附加電流，以使開關元件T21導通持續(xù)較長的一段時間。保持電路HO包含一在正常運行過程中存儲電荷的電容C37，電容C37經過電阻37連接到箝位電路CL。在這一實施例中電容C37連接到變壓器的輔助繞組W2，不過也可以連接到電源中的另一部分例如起動電路。利用附加保持電流，使“往復轉換”階段的煩人開關聲音改進形成更平穩(wěn)的音調。
因為閾值電路(D24和R38)和開關元件T21，箝位電路CL對于電源電壓Vcc的過電壓狀態(tài)是十分敏感的。因此為高輸出功率的開關型電源以及低輸出功率的開關型電源提供過電壓保護。此外，箝位電路CL與保持電路HO一起還提供了低電壓保護，如由圖2中可以看出的。在二極管D25開路的情況下，電源具有經過D37和R37的附加電流通道以便向電容C25充電。在電容C25開路的情況下，可利用電容C37提供開關晶體管T20所需的柵極驅動電壓。因此，利用幾個附加組件形成一提供了過電壓保護以及低電壓保護的可靠電路。所解釋的過電壓保護電路并不局限于與參照圖2中所介紹的電源結合使用。還可以例如用于其它電源使用，例如DC-DC變換器。
權利要求
1．一種用于開關型電源的保護電路，該電源包含開關晶體管(T20)和具有初級繞組(W1)和用于為所述開關晶體管(T20)提供電源電壓(Vcc)的輔助繞組(W2)的變壓器，其特征在于，該保護電路包含一具有開關元件(T21)的箝位電路(CL)，用于在故障的情況下降低所述電源電壓(Vcc)，以及保持電路(HO)，用于為所述箝位電路(CL)提供保持電流。
2．根據(jù)權利要求1所述的保護電路，其特征在于，箝位電路(CL)包含一閾值電路(D24,R38)，用于在過電壓的情況下，禁止通過所述電源電壓(Vcc)使所述開關晶體管(T20)循環(huán)開關轉換。
3．根據(jù)權利要求2所述的保護電路，其特征在于，所述箝位電路(CL)連接到一充電電容(C25)，從所述輔助繞組(W2)經過整流元件(D25)提供所述電源電壓(Vcc)。
4．根據(jù)前述權利要求中之一所述的保護電路，其特征在于，所述保持電路(HO)包含一電容(C37)，其經過電阻(R37)連接到所述閾值電路(D24,R38)，用于在故障狀態(tài)下提供附加電流。
5．根據(jù)權利要求4所述的保護電路，其特征在于，所述保持電路(HO)一端連接到所述箝位電路(CL)和所述充電電容(C25)，另一端連接到所述所述輔助繞組(W2)。
6．根據(jù)權利要求2-5中之一所述的保護電路，其特征在于，所述閾值電路(D24,R38)包含一齊納二極管(D24)，其連接到所述開關元件(T21)，用于在過電壓的狀態(tài)下提供開關電壓(Uc)。
7．一種開關型電源，包含具有初級繞組(W1)和輔助繞組(W2)的變壓器和連接到所述初級繞組(W1)的開關晶體管(T20)，其特征在于，包含根據(jù)前述權利要求中之一所述的保護電路。
8．根據(jù)權利要求7所述的開關型電源，其特征在于，所述開關晶體管(T20)是一MOSFET以及所述保護電路中的箝位電路(CL)在過電壓的狀態(tài)下禁止驅動所述MOSFET的柵極。
9．根據(jù)權利要求7-8中之一所述的開關型電源，其特征在于，其作為一自振蕩開關型電源并以逆向模式工作。
全文摘要
保護電路包含:具有開關元件的箝位電路,用于發(fā)生故障特別是在過電壓的情況下,降低所述電源電壓;以及保持電路,用于為箝位電路提供保持電流。若發(fā)生故障,利用該保持電流,使關斷時間延長,因此當電源電壓降低時,避免立即起動電源并導致“往復轉換”階段。箝位電路包含一閾值電路,其當電源電壓達到一電壓上限時為開關元件提供開關電壓。保持電路包含一經過電阻連接到該箝位電路的電容用于在故障狀態(tài)下提供一輔助電流。
文檔編號H02M3/24GK1313671SQ01102880
公開日2001年9月19日 申請日期2001年2月20日 優(yōu)先權日2000年3月2日
發(fā)明者許建明, 黃勝發(fā), 徐欽榮 申請人:湯姆森多媒體公司