專利名稱：一種具有輸出短路保護(hù)功能的開關(guān)電源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種具有輸出短路保護(hù)功能的開關(guān)電源電路。
背景技術(shù)：
隨著科技的飛速發(fā)展，各類電子產(chǎn)品越來(lái)越多應(yīng)用于人們的日常生活中，為配套各類電子產(chǎn)品的供電，小功率AC-DC電源用量在急速上升，在小功率AC-DC電源(適配器)中，反激式開關(guān)電源是最常見的一種。目前，反激式開關(guān)電源的典型電路結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，包括交流輸入整流濾波電路1、初級(jí)線圈和開關(guān)電路2、電源管理器100、電源電容5、輔助線圈及輸出整流電路6、光耦隔離傳輸電路10、次級(jí)輸出及整流濾波電路11、誤差取樣電路12和誤差放大電路13組成。其中電源管理器100是由充電電路3、低壓保護(hù)電路4、振蕩器7、鋸齒波發(fā)生器8、PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)控制和驅(qū)動(dòng)電路9集成為的一電源管理芯片，如384X系列芯片，SG6841芯片等。
系統(tǒng)工作過(guò)程如下市電(交流電)通過(guò)整流濾波電路1轉(zhuǎn)化為直流高壓電平VH，在啟動(dòng)過(guò)程中，VH通過(guò)充電電路3給電容C1充電。C1存儲(chǔ)電能，當(dāng)C1電壓升到一定值，低壓保護(hù)電路4進(jìn)入非保護(hù)狀態(tài)，輸出控制電路電源電壓(VDD)電平供振蕩器7、鋸齒波發(fā)生器8、PWM信號(hào)控制和驅(qū)動(dòng)器9、光耦隔離傳輸電路10等各部分工作，輸出PWM控制信號(hào)控制初級(jí)線圈和開關(guān)電路工作，當(dāng)初級(jí)線圈開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為磁能存儲(chǔ)在變壓器中，當(dāng)初級(jí)線圈開關(guān)關(guān)斷時(shí)，變壓器中的磁能通過(guò)附助線圈及輸出整流電路6給VCC供電，通過(guò)次級(jí)線圈和整流濾波電路11給負(fù)載供電。
輸出電壓由PWM、變壓器的參數(shù)，輸出負(fù)載等參數(shù)決定，而由輸出誤差取樣電路12，誤差放大器13、光耦傳輸隔離電路10和PWM信號(hào)控制和驅(qū)動(dòng)電路9組成的電壓反饋環(huán)，控制PWM信號(hào)占空比，使輸出電壓保持穩(wěn)定；穩(wěn)壓過(guò)程如下(見圖2)假如VOUT升高，那么環(huán)路的反饋過(guò)程如下VOUT↑→VA↓→IR3↑→IR4↑→VC+↓→PWM TON↓→VOUT↓，如果VOUT下降，則PWM的控制環(huán)路的反饋過(guò)程完全相反VOUT↓→VA↑→IR3↓→IR4↓→VC+↑→PWMTON↑→VOUT↑，從以上的反饋過(guò)程可以看出當(dāng)負(fù)載變化或其他原因引起輸出電壓變化，可以通過(guò)反饋過(guò)程得到調(diào)整，使輸出電壓保持穩(wěn)定。
上述電路的一個(gè)明顯缺點(diǎn)是當(dāng)輸出短路時(shí)，輸出電壓低于正常電壓，電壓反饋環(huán)為了使電壓穩(wěn)定使PWM占空比最大，最大的占空比會(huì)使變壓器傳送更多的能量給輸出。根據(jù)功率PO＝電流IOUT*電壓VOUT的公式，IOUT＝PO/VOUT，由于VOUT很小，PO增加，使IOUT急劇上升。這樣可能會(huì)使二極管D2、變壓器T1等器件燒毀，帶來(lái)安全隱患。并且在輸出短路時(shí)沒有保護(hù)作用。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有輸出短路保護(hù)功能的開關(guān)電源電路，該開關(guān)電源電路能實(shí)現(xiàn)在輸出負(fù)載短路時(shí)起到保護(hù)作用，以避免電路器件燒毀所帶來(lái)的安全隱患。
本實(shí)用新型所提供的一種具有輸出短路保護(hù)功能的開關(guān)電源電路，包括交流輸入整流濾波電路、初級(jí)線圈和開關(guān)電路、電源管理器、電源電容、輔助線圈及輸出整流電路、光耦隔離傳輸電路、次級(jí)輸出及整流濾波電路、誤差取樣電路和誤差放大電路，其中，電源管理器是由充電電路、低壓保護(hù)電路、振蕩器、鋸齒波發(fā)生器、PWM信號(hào)控制和驅(qū)動(dòng)電路集成為的一電源管理芯片，其特征在于它還包括一強(qiáng)制啟動(dòng)電路，它連接在振蕩器與PWM信號(hào)控制和驅(qū)動(dòng)電路之間，用于在低壓保護(hù)電路輸出的控制電路電源VDD電壓在由低到高的啟動(dòng)過(guò)程中，產(chǎn)生若干個(gè)設(shè)定的占空比的開關(guān)脈沖，使系統(tǒng)啟動(dòng)，在系統(tǒng)啟動(dòng)以后關(guān)閉該電路的工作，由系統(tǒng)的反饋環(huán)路控制調(diào)節(jié)開關(guān)脈沖寬度以使系統(tǒng)正常工作。
上述的具有輸出短路保護(hù)功能的開關(guān)電源電路，其中；強(qiáng)制啟動(dòng)電路是由三極管Q1、電容C2、穩(wěn)壓管D4、電阻R7、R8等元件所組成，且同時(shí)適應(yīng)性地將所述誤差放大電路中的放大器A的極性反接，形成誤差放大電路，將由光耦OP1、電阻R3和R4組成的光耦隔離傳輸電路中的電阻R4接至光耦OP1的接地線上。
采用了上述的技術(shù)解決方案，本實(shí)用新型當(dāng)開關(guān)電源輸出出現(xiàn)短路的情況時(shí)，系統(tǒng)的輸出功耗降低，節(jié)約能源，更重要是能避免電路器件，如二極管D2、變壓器T1等器件的燒毀事件的發(fā)生，消除安全隱患，起到保護(hù)的作用。


圖1是現(xiàn)有的反激式開關(guān)電源電路的框圖；圖2是現(xiàn)有的反激式開關(guān)電源電路的原理圖；圖3是本實(shí)用新型具有輸出短路保護(hù)功能的開關(guān)電源電路框圖；圖4是本實(shí)用新型具有輸出短路保護(hù)功能的開關(guān)電源電路的原理圖；圖5是本實(shí)用新型中強(qiáng)制啟動(dòng)電路實(shí)施例的原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖3所示，本實(shí)用新型開關(guān)電源輸出短路保護(hù)電路，包括交流輸入整流濾波電路1、初級(jí)線圈和開關(guān)電路2、電源管理器100、電源電容5、輔助線圈及輸出整流電路6、光耦隔離傳輸電路10a、次級(jí)輸出及整流濾波電路11、誤差取樣電路12、誤差放大電路13a和強(qiáng)制(主動(dòng))啟動(dòng)電路14所組成。其中電源管理器100是由充電電路3、低壓保護(hù)電路4、振蕩器7、鋸齒波發(fā)生器8、PWM信號(hào)控制和驅(qū)動(dòng)電路9集成為的一電源管理芯片，如384X系列芯片，SG6841芯片等。其中；強(qiáng)制啟動(dòng)電路14連接在振蕩器7與PWM信號(hào)控制和驅(qū)動(dòng)電路9之間，用于在低壓保護(hù)電路4輸出的控制電路電源電壓由低到高的啟動(dòng)過(guò)程中，產(chǎn)生若干個(gè)一定占空比的開關(guān)脈沖，使系統(tǒng)啟動(dòng)，在系統(tǒng)啟動(dòng)以后關(guān)閉該電路的工作，由系統(tǒng)的環(huán)路控制PWM以使系統(tǒng)正常工作。
市電(交流電)通過(guò)整流濾波模塊轉(zhuǎn)化為直流高壓電平VH，在啟動(dòng)過(guò)程中，VH通過(guò)充電電路3給電容C1充電。C1存儲(chǔ)電能，當(dāng)C1電壓升到一定值，低壓保護(hù)電路4進(jìn)入非保護(hù)狀態(tài)，輸出VDD電平供振蕩器7、鋸齒波發(fā)生器8、PWM信號(hào)控制和驅(qū)動(dòng)電路9、強(qiáng)制啟動(dòng)電路14、光耦隔離傳輸電路10a等各部分工作，輸出PWM控制信號(hào)控制初級(jí)線圈和開關(guān)電路工作，當(dāng)初級(jí)線圈開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為磁能存儲(chǔ)在變壓器中，當(dāng)初級(jí)線圈開VA關(guān)關(guān)斷時(shí)，變壓器中的磁能通過(guò)附助線圈及輸出整流電路5給VCC供電，通過(guò)次級(jí)線圈和整流濾波電路11給負(fù)載供電。
輸出電壓由PWM、變壓器的參數(shù)，輸出負(fù)載等參數(shù)決定，而由輸出誤差取樣電路12、誤差放大電路13a、光偶隔離傳輸電路10a和PWM信號(hào)控制和驅(qū)動(dòng)電路9組成的電壓反饋環(huán)，控制PWM信號(hào)占空比，使輸出電壓保持穩(wěn)定；穩(wěn)壓過(guò)程如下(見圖4)假如VOUT升高，那么環(huán)路的反饋過(guò)程如下VOUT↑→VA↑→IR3↓→IR4↓→VC+↓→PWM TON↓→VOUT↓，如果VOUT下降，則PWM的控制環(huán)路的反饋過(guò)程完全相反VOUT↓→VA↓→IR3↑→IR4↑→VC+↑→PWMTON↑→VOUT↑，從以上的反饋過(guò)程可以看出當(dāng)負(fù)載變化或其他原因引起輸出電壓變化，可以通過(guò)反饋過(guò)程得到調(diào)整，使輸出電壓保持穩(wěn)定?？梢钥闯觯緦?shí)用新型電路和以前的電路在反饋環(huán)路上的主要區(qū)別為本實(shí)用新型電路增加強(qiáng)制(主動(dòng))啟動(dòng)電路，和在反饋環(huán)中有二個(gè)地方極性相反，當(dāng)IR3、IR4變化時(shí)引起的PWM變化方向相反。即原來(lái)的電路當(dāng)IR3、IR4上升時(shí)，PWM和PO下降，IR3、IR4下降時(shí)PWM和PO上升；而本實(shí)用新型電路IR3、IR4上升時(shí)，PWM TON和PO也上升，IR3、IR4下降時(shí)PWM TON和PO也下降。其目的是在正常反饋情況下當(dāng)光藕中的電流減小時(shí)控制輸出開關(guān)脈沖寬度也變小，當(dāng)光藕中的電流增加時(shí)控制輸出開關(guān)脈沖寬度也變大，并使系統(tǒng)電壓反饋環(huán)路仍為負(fù)反饋，而目前的控制電路正好相反。
那么在本實(shí)用新型電路條件下，如果輸出短路，保護(hù)過(guò)程如下VOUT＝0→IR3＝0→IR4＝0→VC+＝VC+MIN→PWM＝PWMMIN→PO＝0。實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。
原來(lái)的電路如果輸出短路，不能實(shí)現(xiàn)輸出保護(hù)，反饋如下VOUT＝0→IR3＝0→IR4＝0→VC+＝VC+max→PWM＝PWMmax→PO＝POMAX。
在本實(shí)用新型電路中如果只改變電壓反饋環(huán)則系統(tǒng)不能啟動(dòng)。這是因?yàn)樵谙到y(tǒng)啟動(dòng)之前，VOUT＝0，則IR3、IR4＝0，則PWM TON＝0，使系統(tǒng)永遠(yuǎn)無(wú)法啟動(dòng)，所以在本實(shí)用新型電路和一般電路比增加了強(qiáng)制啟動(dòng)電路。見圖4，強(qiáng)制啟動(dòng)電路在VDD的由低到高的啟動(dòng)過(guò)程中，強(qiáng)制啟動(dòng)電路產(chǎn)生若干個(gè)一定占空比的開關(guān)脈沖使系統(tǒng)啟動(dòng)，在系統(tǒng)啟動(dòng)以后關(guān)閉該部分電路的工作，由系統(tǒng)的環(huán)路控制PWM來(lái)使系統(tǒng)正常工作。強(qiáng)制啟動(dòng)電路可以通過(guò)多種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖5為強(qiáng)制啟動(dòng)電路的一種電路，由Q1、C2、D4、R7、R8等元件組成。同時(shí)適應(yīng)性地將所述誤差放大電路13中的放大器A的極性反接，形成誤差放大電路13a，將由光耦OP1、電阻R3和R4組成的光耦隔離傳輸電路10中的電阻R4接至光耦OP1的接地線上。
當(dāng)VIN電壓由低到高跳變時(shí)，由于電容C2電壓不能突變而由0伏向上充電，在充電過(guò)程中，電流由Q1、B、E結(jié)、R7、R8向電容C2充電，Q1導(dǎo)通，OUT端輸出高電平，該高電平疊加在光耦隔離傳輸電路誤差信號(hào)的輸出，使它強(qiáng)制輸出較高的電平，送給PWM信號(hào)控制和驅(qū)動(dòng)電路。使PWM信號(hào)控制和驅(qū)動(dòng)電路輸出較高占空比的PWM信號(hào)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的強(qiáng)制啟動(dòng)。隨時(shí)間的推移，C2的電壓會(huì)越來(lái)越高，當(dāng)電壓達(dá)到一定值時(shí)Q1管關(guān)斷，OUT端不再影響光耦輸出。D4為瀉放二極管，當(dāng)系統(tǒng)關(guān)斷時(shí)，可使C2電能快速瀉放，為下次啟動(dòng)做準(zhǔn)備。
以上實(shí)施例僅供說(shuō)明本實(shí)用新型之用，而非對(duì)本實(shí)用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本實(shí)用新型的范疇?wèi)?yīng)由各權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求1.一種具有輸出短路保護(hù)功能的開關(guān)電源電路，包括交流輸入整流濾波電路(1)、初級(jí)線圈和開關(guān)電路(2)、電源管理器(100)、電源電容(5)、輔助線圈及輸出整流電路(6)、光耦隔離傳輸電路(10)、次級(jí)輸出及整流濾波電路(11)、誤差取樣電路(12)和誤差放大電路(13)，其中，電源管理器(100)是由充電電路(3)、低壓保護(hù)電路(4)、振蕩器(7)、鋸齒波發(fā)生器(8)、PWM信號(hào)控制和驅(qū)動(dòng)電路(9)集成為的一電源管理芯片，其特征在于它還包括一強(qiáng)制啟動(dòng)電路(14)，它連接在振蕩器(7)與PWM信號(hào)控制和驅(qū)動(dòng)電路(9)之間，用于在低壓保護(hù)電路(4)輸出的控制電路電源VDD電壓在由低到高的啟動(dòng)過(guò)程中，產(chǎn)生若干個(gè)設(shè)定的占空比的開關(guān)脈沖，使系統(tǒng)啟動(dòng)，在系統(tǒng)啟動(dòng)以后關(guān)閉該電路的工作，由系統(tǒng)的反饋環(huán)路控制調(diào)節(jié)開關(guān)脈沖寬度以使系統(tǒng)正常工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有輸出短路保護(hù)功能的開關(guān)電源電路，其特征在于所述的強(qiáng)制啟動(dòng)電路(14)是由三極管Q1、電容C2、穩(wěn)壓管D4、電阻R7、R8等元件所組成，且同時(shí)適應(yīng)性地將所述誤差放大電路(13)中的放大器A的極性反接，形成誤差放大電路(13a)，將由光耦OP1、電阻R3和R4組成的光耦隔離傳輸電路(10)中的電阻R4接至光耦OP1的接地線上。
專利摘要一種具有輸出短路保護(hù)功能的開關(guān)電源電路，包括電源管理器、光耦隔離傳輸電路、誤差放大電路等，電源管理器是由充電電路、低壓保護(hù)電路、振蕩器、鋸齒波發(fā)生器、PWM信號(hào)控制和驅(qū)動(dòng)電路集成為的一電源管理芯片，其特點(diǎn)是；還包括一強(qiáng)制啟動(dòng)電路，它連接在振蕩器與PWM信號(hào)控制和驅(qū)動(dòng)電路之間，用于在低壓保護(hù)電路輸出的控制電路電源V
文檔編號(hào)H02M7/02GK2747780SQ200420081710
公開日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2004年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月11日
發(fā)明者張真正 申請(qǐng)人:張真正