專利名稱：電子設備中的開關型電源保護電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子設備中的SMPS(switching mode power supply)保護電路。
背景技術：
下面參考附圖對根據(jù)常規(guī)技術的電子設備中的SMPS保護電路進行說明。
圖1是表示根據(jù)常規(guī)技術的電子設備中的SMPS保護電路的結構的方框圖。
如圖1所示，常規(guī)技術的電子設備中的SMPS保護電路包括AC產(chǎn)生部分10，用于產(chǎn)生AC電壓AC整流部分11，用于接收從AC產(chǎn)生部分產(chǎn)生的AC電壓并將AC電壓整流為DC電壓；SMPS變壓器12，用于在初級線圈接收由AC整流部分11整流的DC電壓并感應一個與初級線圈和對應的次級線圈的匝數(shù)比成比例的電壓；電源供給部分16，用于接收從AC產(chǎn)生部分10產(chǎn)生的AC電壓，并將其轉換為DC電壓以作為電源提供；脈沖產(chǎn)生部分17，由電源供給部分16提供的電壓操作，以產(chǎn)生預定頻率的脈沖；頻率振蕩部分15，用于提供一個用于設置脈沖產(chǎn)生部分17的頻率的時間常數(shù)；開關部分18，用于切換SMPS變壓器12的初級線圈上的輸入電源；輸出整流部分13，用于根據(jù)開關部分18的操作把SMPS變壓器12的次級線圈上感應的電壓整流成DC電壓；和負載14。
下面對上述結構的電子設備中的常規(guī)SMPS保護電路的操作進行詳細說明。
如圖1所示，AC整流部分11接收從AC產(chǎn)生部分10產(chǎn)生的DC電壓，并將其整流為DC電壓，以便傳送到SMPS變壓器12。電源供給部分16把從AC產(chǎn)生部分10產(chǎn)生的AC電壓轉換為DC電壓，以便提供其作為脈沖產(chǎn)生部分17的驅動電壓。隨后，脈沖產(chǎn)生部分17產(chǎn)生預定頻率的脈沖，并將其傳送到開關部分18。開關部分18根據(jù)脈沖產(chǎn)生部分17提供的脈沖切換被提供給SMPS變壓器12的初級線圈的DC電源。此后，輸出整流部分13把來自SMPS變壓器12的次級線圈的輸出整流成DC電壓。整流后的DC電壓被提供給負載14。此處，通過負載14產(chǎn)生的電流(即負載電流)依據(jù)負載14的水平而變化。
但是，常規(guī)SMPS保護電路的操作與負載電流的變化無關。因此，當負載14較輕時，不必要地消耗了電力，而當負載14過大時，SMPS保護電路被損害。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種SMPS保護電路，其可以通過根據(jù)SMPS保護電路上的負載控制提供給SMPS變壓器的電源，來防止不必要的電力消耗和SMPS保護電路的損壞。
為了實現(xiàn)上述目的，提供一種SMPS保護電路，包括電源供給部分，用于接收AC電壓并將其轉換為驅動電壓，然后輸出；脈沖產(chǎn)生部分，用于接收由電壓供給部分輸出的驅動電壓，以產(chǎn)生預定頻率的脈沖；頻率振蕩部分，用于提供一時間常數(shù)，以設置脈沖產(chǎn)生部分的脈沖頻率SMPS變壓器，具有用于向其施加輸入DC電源的初級線圈和用于向其施加AC電源的次級線圈；開關部分，用于根據(jù)從脈沖產(chǎn)生部分產(chǎn)生的脈沖，切換輸入到初級線圈的DC電壓；輸出整流部分，用于對SMPS變壓器的輸出DC電源整流，并將其提供給負載；輸出電流檢測部分，用于輸出一預定信號，該信號對應于由輸出整流部分輸出的DC電源和由負載產(chǎn)生的電壓降之間的差；輸出電流反饋部分，用于輸出一個電壓，該電壓對應于由輸出電流檢測部分輸出的預定信號；降頻部分，如果由輸出電流反饋部分輸出的電壓在代表由輸出電流反饋部分輸出的電壓是輕負載區(qū)域的第一設定電壓范圍內(nèi)，用于通過頻率振蕩部分的時間常數(shù)的變化來降低來自脈沖產(chǎn)生部分的輸出脈沖的頻率，從而減小SMPS變壓器的輸出電源；電源截接部分(power intercepting section)，連接在電源供給部分的驅動電壓的輸出端子和脈沖產(chǎn)生部分之間，用于通過停止脈沖產(chǎn)生部分的操作來停止SMPS變壓器的操作。


通過以下參照附圖的詳細說明，可以對本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點有更清楚的理解，其中圖1是表示根據(jù)常規(guī)技術的SMPS保護電路的結構的方框圖；圖2是表示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的電子設備中的SMPS保護電路的結構的方框圖；圖3A和3B是表示圖2的詳細部分的電路圖；圖4A到4E是表示圖3A和3B中的每個部分的輸出的波形圖。
優(yōu)選實施例的詳細說明下面參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細說明。在以下說明中，不詳細描述公知的功能和結構，以免它們的多余細節(jié)影響本發(fā)明的理解。
下面參照圖2對根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的電子設備中的SMPS保護電路結構進行說明。電子設備中的SMPS保護電路包括脈沖產(chǎn)生部分210，用于產(chǎn)生預定頻率的脈沖；SMPS變壓器120；輸出整流部分130；和負載140；開關部分220，用于接收從脈沖產(chǎn)生部分產(chǎn)生的脈沖并切換SMPS變壓器120；電壓供給部分，用于把電壓提供給脈沖產(chǎn)生部分210；輸出電流檢測部分150，用于把電流轉換為光信號，其中該電流對應于依據(jù)負載140的水平產(chǎn)生的電壓和由輸出整流部分130輸出的DC電壓之間的差；輸出電流反饋部分160，用于輸出一個電壓，該電壓與由輸出電流檢測部分150傳送的光信號成比例；頻率振蕩部分180，用于提供一個用于設置脈沖產(chǎn)生部分210的頻率的時間常數(shù)；降頻部分170，用于根據(jù)從輸出電流反饋部分160輸出的電壓電平改變頻率振蕩部分180的時間常數(shù)；以及電源截接部分190，用于根據(jù)從輸出電流反饋部分160輸出的電壓電平旁通提供給脈沖產(chǎn)生部分210的電源。此處，SMPS保護電路進一步包括AC產(chǎn)生部分100，和AC整流部分110，用于對從AC產(chǎn)生部分100產(chǎn)生的電壓進行整流，以將其施加到SMPS變壓器120的初級線圈。
輸出整流部分130包括第一二極管D110，其一端連接到SMPS變壓器120的次級線圈，以便把從SMPS變壓器120的次級線圈產(chǎn)生的信號整流為預定電平的DC電壓；和第一電容器C110，其一端連接到第一二極管D110的陰極，另一端接地。
輸出電流檢測部分150包括并聯(lián)的第一電阻器R110和第二電阻器R120；第三電阻器R130和第四電阻器R140，用于把輸入電壓分割為預定電平的電壓；放大器150a，用于在反相輸入端(-)接收通過第二電阻器R120的電壓，在同相輸入端(+)接收由第三電阻器R130和第四電阻器R140分割的電壓，以輸出預定電平的電壓；第五電阻器R150，其一端連接到放大器150a的輸出端子；第二二極管D120，其陰極連接到第五電阻器R150的另一端；第六電阻器R160，其一端連接到輸出整流部分130的第一二極管D110的陰極；第三二極管D130，其一端連接到第六電阻器R160的另一端，其另一端連接到第二二極管D120的陽極；和第七電阻器R170。
輸出電流反饋部分160包括第一晶體管Q110，通過在基極接收從輸出電流檢測部分150的第三二極管D130輸出的信號進行操作，以輸出預定電平的電壓。
降頻部分170包括第九電阻器R190和第十電阻器R200，串聯(lián)連接到輸出電流反饋部分160的第一晶體管Q110的發(fā)射極；第一齊納二極管ZD110，其陰極連接在串聯(lián)的第九電阻器R190和第十電阻器R200之間，具有預定電平的擊穿電壓；第十一電阻器R210，其一端連接到第一齊納二極管ZD110的陽極，另一端接地；第二晶體管Q120，通過在基極接收通過第一齊納二極管ZD110傳送的信號而導通或截止；和第二電容器C120，其一端連接到第二晶體管Q120的發(fā)射極。
電源截接部分190包括第二齊納二極管ZD120，其陰極連接到輸出電流反饋部分160的第一晶體管Q110的集電極，具有預定電平的擊穿電壓；第三晶體管Q130，通過在基極接收通過第二齊納二極管ZD120傳送的信號而導通或截止，其發(fā)射極連接到接地端；并聯(lián)的第十四電阻器240和第四電容器C140，其一端連接到第三晶體管Q130的集電極，另一端連接到脈沖產(chǎn)生部分210的Vcc端子；以及第四晶體管Q140，其基極連接到一個把第十四電阻器R240和第四電容器C140并聯(lián)連接到第三晶體管Q130的集電極的部分，其發(fā)射極連接到脈沖產(chǎn)生部分210的Vcc端子，其集電極連接在第二齊納二極管ZD120和第三晶體管Q130的基極之間。
此處，輸出電流檢測部分150的第三二極管D130和輸出電流反饋部分160的第一晶體管Q110是一對光耦合器。
下面對根據(jù)本發(fā)明的電子設備中的SMPS保護電路的操作進行詳細說明。如圖2所示，AC整流部分110接收從AC產(chǎn)生部分產(chǎn)生的AC電壓，并將其整流為DC電壓。隨后，SMPS變壓器120在初級線圈接收由AC整流部分110整流的DC電壓，并在次級線圈對該電壓進行感應。而且，電源供給部分200把從AC產(chǎn)生部分100產(chǎn)生的AC電壓轉換為DC電壓，并將其施加到驅動電源。
脈沖產(chǎn)生部分210產(chǎn)生預定頻率的脈沖，并將其傳送到開關部分220。開關部分220根據(jù)從脈沖產(chǎn)生部分210傳送的脈沖切換輸入到SMPS變壓器120的初級線圈的電源。由于該切換操作，使SMPS變壓器120的次級輸出被傳送到輸出整流部分130。輸出整流部分130把SMPS變壓器120的次級線圈的輸出整流為DC電壓，并輸出。
如圖3A所示，連接到SMPS變壓器120的次級線圈的第一二極管D110把從SMPS變壓器120傳送的脈沖整流為預定電平的DC電壓。該整流的電壓利用后續(xù)電流I110在第一電容器C110中累積。電流I110通過負載140和輸出電流檢測部分150的第一電阻器R110。根據(jù)電流I110而施加在第一電阻器R110上的電壓如圖4A所示。換句話說，如果負載140較輕，那么小電流被施加到相應的負載140上。結果，小電流被施加到第一電阻器R110，并因此在第一電阻器R110中產(chǎn)生低電壓。另一方面，如果負載140較重，那么大電流被施加到負載140。結果，大電流被施加到負載140，并因此把高電壓施加到第一電阻器R110。
施加到輸出電流檢測部分150的第一電阻器R110的電壓通過第二電阻器R120被施加到放大器150a的反相輸入端(-)，而由第三電阻器R130和第四電阻器R140分割的電壓被施加到放大器150a的同相輸入端(+)。放大器150a的輸出端子上的輸出電壓如圖4B所示。這意味著施加到放大器150a的同相輸入端(+)的電壓是恒定電壓。對于施加到同相輸入端(-)的電壓，施加到第一電阻器R110的電壓通過第二電阻器R120。具體地說，放大器150a把施加到它的反相輸入端(-)的電壓從施加到它的同相輸入端(+)的基準電壓中減去，并以預定增益放大該減法所得到的電壓。由于施加到放大器150a的反相輸入端(-)的電壓根據(jù)負載140而變化，放大器150a的輸出電壓也依據(jù)負載140的變化而變化。例如，如果負載140在輕載區(qū)域內(nèi)，那么施加到放大器150a的反相輸入端(-)的電壓降低，因此放大器150a的輸出電壓被相對提高。如果負載140在重載區(qū)域內(nèi)，施加到放大器150a的反相輸入端(-)的電壓提高，因此放大器150a的輸出被相對降低。
此處，基準電壓被確定為高于輸入到放大器150a的反相輸入端(-)的電壓，這使得放大器150a的輸出電壓總是處于正電平。
輸出電流檢測部分150的第三二極管D130通過第六電阻器R160接收預定電平的DC電壓(經(jīng)過了輸出整流部分130的第一二極管D110)。結果，第三二極管D130和放大器150a的輸出電壓之間的電流差在第三二極管D130中流動，隨后產(chǎn)生一個光信號。該光信號被輸入到輸出電流反饋部分160的第一晶體管Q110的基極。
此處，由輸出整流部分130的第一二極管D110整流的預定電平的DC電壓在穩(wěn)定的基礎上被施加到第三二極管D130的陽極，在第三二極管D130中流動的電流量根據(jù)放大器150a的輸出電流而變化。具體地說，如果放大器150a的輸出電壓高于預定電平，施加到第三二極管D130的DC電壓和放大器150a的輸出電壓之間的電壓差變小。因此，如圖4C所示，在第三二極管D130中流動小電流。如果放大器150a的輸出電壓在高負載區(qū)域低于預定電平，施加到第三二極管D130的DC電壓和放大器150a的輸出電壓之間的電壓差變大。因此，如圖4C所示，在第三二極管D130中流動大電流。
輸出電流反饋部分160的第一晶體管Q110在基極接收從輸出電流檢測部分150的第三二極管D130傳送的光信號，并輸出相應的電流。具體地說，如圖3B所示，當由輸出電流檢測部分的第三二極管D130傳送的預定信號被輸入到第一晶體管Q110的基極時，輸出電流反饋部分160的第一晶體管Q110通過第八電阻器R180在集電極接收從脈沖產(chǎn)生部分210的Vcc端子輸出的電壓，并把集電極電流I130輸出到發(fā)射極。
隨后，由如下定義的公式1計算第一晶體管Q110的發(fā)射極的電壓AQ110的發(fā)射極電壓A＝I130(R190+R200)[V](公式1)此處，如公式1所定義，第一晶體管Q110的發(fā)射極電壓A與相應的集電極中流動的電流I130成比例。
如圖4C所示，當在輕負載區(qū)域內(nèi)的電流在第一晶體管Q110的基極中流動時，來自集電極的小電流I130被輸出到第一晶體管Q110的發(fā)射極，如圖4D所示。
如圖4C所示，如果在重負載區(qū)域內(nèi)的電流被施加到第一晶體管Q110的基極，集電極的大電流I130被輸出到第一晶體管Q110的發(fā)射極，如圖4D所示。
降頻部分170接收輸出電流反饋部分160的第一晶體管Q110的發(fā)射極電壓A，該電壓已經(jīng)被串聯(lián)的第九電阻器R190和第十電阻器R200分壓。如果由第九電阻器R190和第十電阻器R200分割的電壓低于第一齊納二極管ZD110的擊穿電壓，即，由于輕負載區(qū)域內(nèi)的電流I130的輸出，如果第一晶體管Q110的發(fā)射極電壓A變得低于第一齊納二極管ZD110的擊穿電壓，那么第一齊納二極管ZD110截止，沒有信號被施加到第二晶體管Q120的基極。結果，相應的第二晶體管Q120導通。代表頻率設置部分180的時間常數(shù)隨后變化，脈沖產(chǎn)生部分210產(chǎn)生具有根據(jù)變化的時間常數(shù)的頻率的脈沖。此時的頻率可以由下面的公式2表達F1＝1.8÷[R220×(C120+C130)](公式2)此處，頻率產(chǎn)生部分210根據(jù)輸入到RT/CT端子的時間常數(shù)來產(chǎn)生頻率。換句話說，脈沖產(chǎn)生部分210產(chǎn)生具有公式2中的頻率F1的脈沖，并將脈沖傳送到開關部分220。
另一方面，如圖4E所示，在正常操作區(qū)域內(nèi)的第一晶體管Q110的發(fā)射極電壓A高于降頻部分170的第一齊納二極管ZD110的擊穿電壓，并且在低于第二齊納二極管ZD120的擊穿電壓的區(qū)域內(nèi)。
由于第一晶體管Q110的發(fā)射極電壓A高于第一齊納二極管ZD110的擊穿電壓，第一齊納二極管ZD110被導通，以便把預定信號施加到第二晶體管Q120的基極。
在此階段，第二晶體管Q120被截止，并且電容器C120不與頻率振蕩部分180的電容器C130并聯(lián)。隨后，代表頻率振蕩部分的時間常數(shù)改變，并且脈沖產(chǎn)生部分210產(chǎn)生具有根據(jù)變化的時間常數(shù)的頻率的脈沖。此時的頻率可以用下面的公式3表達F2＝1.8÷[R220×C130](公式3)脈沖產(chǎn)生部分210把具有公式3中的頻率F2的脈沖提供給開關部分220。
此處，從低負載區(qū)域提供給脈沖產(chǎn)生部分210的頻率F1比頻率F2低預定水平。因此，通過減小從脈沖產(chǎn)生部分210產(chǎn)生的頻率，減少開關部分220的操作，來減小根據(jù)開關部分220的操作產(chǎn)生的電力消耗。
如圖4C所示，如果輸出電流檢測部分150的第三二極管D130輸出高負載區(qū)域的電流，通過在基極接收由第三二極管D130傳送的信號，輸出電流反饋部分160的第一晶體管Q110被導通，并把大電流I130輸出到相應的第一晶體管Q110的發(fā)射極，如圖4D所示。由于第一晶體管Q110的發(fā)射極電壓A與公式1定義的電流I130成比例，如果電流I130增加，那么如圖4E所示第一晶體管Q110的發(fā)射極電壓A也增加。
如果第一晶體管Q110的發(fā)射極電壓A高于電源截接部分190的第二齊納二極管ZD120的擊穿電壓，第二齊納二極管ZD120被導通，以將預定信號輸出到第三晶體管Q130的基極。第三晶體管Q130隨后被導通，并將信號0V施加到第四晶體管Q140，第四晶體管Q140的基極連接到第三晶體管Q130的集電極。
第四晶體管Q140被導通，并且從電源供給部分200施加到脈沖產(chǎn)生部分210的Vcc端子的電壓被旁通到第四晶體管Q140的集電極端子。具體地說，如果輸出電流反饋部分160檢測到由輸出電流檢測部分150傳送的電流較大，即過載，那么把施加到脈沖產(chǎn)生部分210的電壓旁通，以停止相應的脈沖產(chǎn)生部分210。通過停止開關部分220的操作，連接到SMPS變壓器120的初級線圈和次級線圈的系統(tǒng)(即整個系統(tǒng))停止工作。
簡言之，在初級線圈的輸出電流反饋部分160檢測到從SMPS變壓器120的次級線圈產(chǎn)生的大電流后，通過停止整個系統(tǒng)的操作可以防止由過載造成的SMPS電路損壞。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的電子設備中的SMPS保護電路具有的效果是，通過在SMPS的初級線圈中包括單個輸出電路反饋部分(即單個光耦合器)來檢測SMPS的次級線圈中負載的變化并防止由過載造成的SMPS電路損壞，而可以增強產(chǎn)品的可靠性。
雖然已經(jīng)參考特定的優(yōu)選實施例顯示和描述了本發(fā)明，本領域技術人員應該理解，在不偏離所附權利要求定義的本發(fā)明精神和范圍的條件下，可以進行各種形式和細節(jié)上的改變。
權利要求
1.一種電子設備中的SMPS保護電路，包括電源供給部分，用于接收AC電壓并將其轉換為驅動電壓以輸出；脈沖產(chǎn)生部分，用于接收由電壓供給部分輸出的驅動電壓，并產(chǎn)生預定頻率的脈沖；頻率振蕩部分，用于提供一時間常數(shù)以設置脈沖產(chǎn)生部分的脈沖頻率；SMPS變壓器，具有用于向其施加輸入DC電源的初級線圈和用于在其內(nèi)感應AC電源的次級線圈；開關部分，用于根據(jù)從脈沖產(chǎn)生部分產(chǎn)生的脈沖，切換輸入到初級線圈的DC電壓；輸出整流部分，用于對SMPS變壓器的輸出DC電源整流，并將整流后的電源提供給負載；輸出電流檢測部分，用于輸出一預定信號，該信號對應于由輸出整流部分輸出的DC電源和由負載產(chǎn)生的電壓降之間的差；輸出電流反饋部分，用于輸出一個電壓，該電壓對應于由輸出電流檢測部分輸出的預定信號；降頻部分，如果由輸出電流反饋部分輸出的電壓在代表由輸出電流反饋部分輸出的電壓是輕負載區(qū)域的第一設定電壓范圍內(nèi)，用于通過頻率振蕩部分的時間常數(shù)的變化來降低來自脈沖產(chǎn)生部分的輸出脈沖的頻率，從而減小SMPS變壓器的輸出功率；以及電源截接部分，連接在電源供給部分的驅動電壓的輸出端子和脈沖產(chǎn)生部分之間，用于通過使脈沖產(chǎn)生部分的驅動電壓旁通來停止脈沖產(chǎn)生部分的操作，從而停止SMPS變壓器的操作。
2.根據(jù)權利要求1的SMPS保護電路，其中輸出電流檢測部分包括放大器，用于從預定電壓中減去被負載降低的電壓，并放大所減得的電壓；二極管，用于通過其陰極接收放大器的輸出電壓，通過其陽極接收輸出整流部分的輸出電壓，以在其中通過一個對應于兩者之間電壓差的電流，并輸出具有對應于電流量的光學量的光信號。
3.根據(jù)權利要求2的SMPS保護電路，其中輸出電流檢測部分進一步包括第一電阻器，連接在負載和地之間；第二電阻器，其一端與第一電阻器并聯(lián)連接到負載，另一端連接到放大器的反相輸入端，以便把被負載降低的電壓提供給放大器的反相輸入端。
4.根據(jù)權利要求2的SMPS保護電路，其中輸出電流反饋部分包括光電晶體管，用于接收從二極管輸出的光信號，并產(chǎn)生等量于所述光學量的電流。
5.根據(jù)權利要求4的SMPS保護電路，其中降頻部分包括多個電阻器，用于分割光電晶體管的發(fā)射極電壓；二極管，用于接收分割的電壓，以便在分割的電壓高于其擊穿電壓時導通，和在分割的電壓低于其擊穿電壓時截止；電容器，其一端并聯(lián)連接到頻率振蕩部分，另一端接地，以便在另一端接地時減小由頻率振蕩部分代表的時間常數(shù)；晶體管，用于把電容器的另一端接地，其在二極管導通時截止，以使電容器的另一端開路，并在二極管截止時導通。
6.根據(jù)權利要求4的SMPS保護電路，其中電源截接部分包括二極管，用于接收在發(fā)射極電壓高于擊穿電壓時被導通的光電晶體管的發(fā)射極電壓；第一晶體管，其基極連接到二極管的陽極，其在二極管導通時導通；第二晶體管，其基極連接到第一晶體管的集電極，以便在第一晶體管導通時導通，從而把從電源供給部分輸出的驅動電源放電；電阻器和電容器，并聯(lián)連接在第二晶體管的基極和發(fā)射極之間。
全文摘要
揭示了一種SMPS保護電路,其可以防止由于輕負載造成的不必要電力消耗和由于重負載造成的SMPS保護電路的損壞。根據(jù)SMPS保護電路,把由負載降低的電壓進行反饋。如果反饋的電壓對應于輕負載,那么降低SMPS變壓器的切換頻率。如果反饋的電壓對應于重負載,那么停止SMPS保護電路的操作。
文檔編號H02M1/32GK1340893SQ0113101
公開日2002年3月20日 申請日期2001年8月31日 優(yōu)先權日2000年9月1日
發(fā)明者金尚烈 申請人:Lg電子株式會社