CN105790219A - 一种反激式开关电源输出续流二极管开路保护电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种反激式开关电源输出续流二极管开路保护电路及方法，该电路包括第一电压比较器、第二电压比较器、基准电压参考电路、分压电阻网络、输出逻辑控制电路、输出驱动、功率开关管、采样电阻及前沿消隐电路；第二电压比较器一输入接直流输入，另一输入接基准电压参考电路一输出；基准电压参考电路另一输出接分压电阻网络输入；第二电压比较器、逻辑控制电路、输出驱动、功率开关管的可控端依次连接；功率开关管的输出经采样电阻接前沿消隐电路的输入；前沿消隐电路输出接第一电压比较器一输入；第一电压比较器另一输入接分压电阻网络输出；第一电压比较器一输出接输出逻辑控制电路另一输入。该电路提供完善的续流二极管开路保护机制，提高输出的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种保护电路，具体涉及一种反激式开关电源输出续流二极管开路保护电路。
背景技术
传统的反激式开关电源芯片方案，基于反激式开关电源工作原理，正常工作时，开关管导通期间初级电感存储能量，开关管关闭期间，初级电感能量通过续流二极管正向放电，完成能量的转移。反激式拓朴结构开关电源，因电路简单，成本低，被广泛应用于输出功率为5～150W的开关电源中，也是目前用量最多的开关电源方案之一。
但在实例应用中，当异常的浪涌电压冲击、续流二极管的电流电压极限参数选择不合理、散热及工作温度冗余量设计不足以及生产焊接过程中二极管引脚氧化引脚的虚焊等，都有可能导致续流二极管处于开路状态。当续流二极管处于开路状态时，开关管关闭期间，初级电感能量便不能得以泄放，而下一个开关管导通期间，原存储于初级电感中的能量将继续累加，导致初级电感两端的电压升高，如此累积，当初级电感两端的电压高于开关管所能承受的最高电压时，便会出现功率开关管的击穿，甚至烧毁其它***元件、引起火灾等严重的事故。该问题虽然可以通过提高二极管反向耐压参数选型、加强物料来料检测、优化生产工艺、增加***控制电路等手段加以防护，但因反激式开关电源本身工作环境恶劣，异常浪涌冲击无处不在，影响着反激式开关电源方案的可靠性，同时也增加了人力物力成本。
发明内容
本发明主要针对当异常的浪涌电压冲击、续流二极管的电流电压极限参数选择不合理、散热及工作温度冗余量设计不足或生产焊接过程中二极管引脚氧化引脚的虚焊等情况下，导致的续流二极管开路时，而引起反激式开关电源主芯片功率开关管击穿等现象，根据实例应用测试经验提出一种输出续流二极管开路保护电路，在不增加***电路成本的情况下，有效保护功率开关管及开关电源芯片，提高反激式开关电源方案的可靠性。
本发明采用以下技术方案实现：一种反激式开关电源输出续流二极管开路保护电路，其特征在于：包括第一电压比较器、第二电压比较器、基准电压参考电路、分压电阻网络、输出逻辑控制电路、输出驱动、功率开关管、采样电阻及前沿消隐电路；所述第二电压比较器一输入接直流输入VDD，另一输入接基准电压参考电路一输出；基准电压参考电路另一输出接分压电阻网络输入；所述第二电压比较器输出接输出逻辑控制电路一输入；输出逻辑控制电路输出接输出驱动输入；所述输出驱动接功率开关管的可控端；所述功率开关管的输出经采样电阻接所述前沿消隐电路的输入；所述前沿消隐电路输出接第一电压比较器一输入；第一电压比较器另一输入接分压电阻网络输出；第一电压比较器一输出接输出逻辑控制电路另一输入。
在本发明一实施例中，所述功率开关管为电力场效应晶体管，所述电力场效应晶体管的栅极接输出驱动的输出；电力场效应晶体管漏极接芯片电源；电力场效应晶体管的源极接采样电阻。
本发明还提供一种基于上述的反激式开关电源输出续流二极管开路保护电路的方法，其特征在于：包括以下步骤：功率开关管根据控制时序导通及关闭，并配合***储能器件完成能量的转换；采样电阻采集到功率开关管输出的电流产生一个电压；第一电压比较器电路将前沿消隐电路送来的电压与基准电压参考电路通过分压电阻网络产生的基准电压进行比较；基准电压参考电路产生一个基准电压通过第二电压比较器电路与VDD电压进行比较，同时产生的基准电压通过分压电阻网络产生另外一个基准电压与通过前沿消隐电路的采样电压在第一比较器电路中进行比较；输出逻辑控制接收到第一电压比较器电路和第二电压比较器电路产生的电平信号进行判断然后向输出驱动电路传送判定信号；输出驱动作为功率开关管的可控端的驱动电路，受控于输出逻辑控制模块将频率调整模块所产生的导通关闭时序缓冲输出给功率开关管。
进一步的，功率开关管关闭具体工作流程：当续流二极管开路，则变压器原边电压和辅助线圈的电压持续升高，原边电压升高导致功率开关管的源漏电压增大，功率开关管的源级电流变大，辅助线圈的电压升高导致VDD的电压升高，源级电流与经过1.25R的采样电阻产生一个电压值经过一个延时30ms的前沿消隐电路后与基准电压参考电路通过分压电阻网络输出的0.8V一同输入第一电压比较器电路；当采样电阻上的电压高于0.8V，第一电压比较器电路输出低电平；VDD电压升高至30V后与第二比较器电路比较后也输出低电平，逻辑控制也输出低电平将使输出驱动关闭，输出驱动关闭则功率开关管关闭。
与现有技术相比，本发明具有以下优点通过检测功率开关管源极电流的大小和VDD电压变化，引入独有的反激式开关电源输出续流二极管开路检测保护电路，提供完善的续流二极管开路保护机制，提高输出的可靠性。
附图说明
图1为本发明的结构原理框图。
具体实施方式
以下结合附图的具体实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，是本发明的一种实施例的方框示意图。如图中可见，所述电路包括功率开关管、采样电阻、前沿消隐电路、第一电压比较器电路、基准电压参考电路、分压电阻网络、第二电压比较器电路、输出逻辑控制、输出驱动。所述第二电压比较器一输入接直流输入VDD，另一输入接基准电压参考电路一输出；基准电压参考电路另一输出接分压电阻网络输入；所述第二电压比较器输出接输出逻辑控制电路一输入；输出逻辑控制电路输出接输出驱动输入；所述输出驱动接功率开关管的可控端；所述功率开关管的输出经采样电阻接所述前沿消隐电路的输入；所述前沿消隐电路输出接第一电压比较器一输入；第一电压比较器另一输入接分压电阻网络输出；第一电压比较器一输出接输出逻辑控制电路另一输入。
在本发明一实施例中，所述功率开关管为电力场效应晶体管，所述电力场效应晶体管的栅极接输出驱动的输出；电力场效应晶体管漏极接芯片电源；电力场效应晶体管的源极接采样电阻。
本发明通过功率开关管根据控制时序导通及关闭，并配合***储能器件完成能量的转换。采样电阻采集到功率开关管输出的电流产生一个电压。前沿消隐电路跳开因为雷击浪涌等原因引起的电平值较大的脉冲，将电压信号送到第一电压比较器电路。第一电压比较器电路将前沿消隐电路送来的电压与基准电压参考电路通过分压电阻网络产生的基准电压进行比较。基准电压参考电路产生一个基准电压通过第二电压比较器电路与VDD电压进行比较，同时产生的基准电压通过分压电阻网络产生另外一个基准电压与通过欠压消隐电路的采样电压在第一比较器电路中进行比较。分压电阻网络将基准电压参考电路产生的基准电压进行分压后送入第一比较器。第二电压比较器电路将基准电压参考电路产生的基准电压与VDD电压进行比较。输出逻辑控制接收到第一电压比较器电路和第二电压比较器电路产生的电平信号进行判断然后向输出驱动电路传送判定信号。输出驱动作为功率开关管的驱动级电路，受控于输出逻辑控制模块将频率调整模块所产生的导通关闭时序缓冲输出给功率开关管。
所述前沿消隐电路是防止内部保护模块误触发导致芯片关断。输出逻辑控制电路可以通过异或门实现。输出驱动主要输出方波或其他驱动信号。
本发明还提供一种基于上述的反激式开关电源输出续流二极管开路保护电路的方法，包括以下步骤：功率开关管根据控制时序导通及关闭，并配合***储能器件完成能量的转换；采样电阻采集到功率开关管输出的电流产生一个电压；第一电压比较器电路将前沿消隐电路送来的电压与基准电压参考电路通过分压电阻网络产生的基准电压进行比较；基准电压参考电路产生一个基准电压通过第二电压比较器电路与VDD电压进行比较，同时产生的基准电压通过分压电阻网络产生另外一个基准电压与通过前沿消隐电路的采样电压在第一比较器电路中进行比较；输出逻辑控制接收到第一电压比较器电路和第二电压比较器电路产生的电平信号进行判断然后向输出驱动电路传送判定信号；输出驱动作为功率开关管的可控端的驱动电路，受控于输出逻辑控制模块将频率调整模块所产生的导通关闭时序缓冲输出给功率开关管。
进一步的，功率开关管关闭具体工作流程：当续流二极管开路，则变压器原边电压和辅助线圈的电压持续升高，原边电压升高导致功率开关管的源漏电压增大，功率开关管的源级电流变大，辅助线圈的电压升高导致VDD的电压升高，源级电流与经过1.25R的采样电阻（即采样电阻为1.25欧）产生一个电压值经过一个延时30ms的前沿消隐电路后与基准电压参考电路通过分压电阻网络输出的0.8V一同输入第一电压比较器电路；当采样电阻上的电压高于0.8V，第一电压比较器电路输出低电平；VDD电压升高至30V后与第二比较器电路比较后也输出低电平，逻辑控制也输出低电平将使输出驱动关闭，输出驱动关闭则功率开关管关闭。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种反激式开关电源输出续流二极管开路保护电路，其特征在于：包括第一电压比较器、第二电压比较器、基准电压参考电路、分压电阻网络、输出逻辑控制电路、输出驱动、功率开关管、采样电阻及前沿消隐电路；
所述第二电压比较器一输入接直流输入VDD，另一输入接基准电压参考电路一输出；基准电压参考电路另一输出接分压电阻网络输入；所述第二电压比较器输出接输出逻辑控制电路一输入；输出逻辑控制电路输出接输出驱动输入；所述输出驱动接功率开关管的可控端；所述功率开关管的输出经采样电阻接所述前沿消隐电路的输入；所述前沿消隐电路输出接第一电压比较器一输入；第一电压比较器另一输入接分压电阻网络输出；第一电压比较器一输出接输出逻辑控制电路另一输入。
2.根据权利要求1所述的反激式开关电源输出续流二极管开路保护电路，其特征在于：所述功率开关管为电力场效应晶体管，所述电力场效应晶体管的栅极接输出驱动的输出；电力场效应晶体管漏极接芯片电源；电力场效应晶体管的源极接采样电阻。
3.一种基于权利要求1所述的反激式开关电源输出续流二极管开路保护电路的方法，其特征在于：包括以下步骤：功率开关管根据控制时序导通及关闭，并配合***储能器件完成能量的转换；采样电阻采集到功率开关管输出的电流产生一个电压；第一电压比较器电路将前沿消隐电路送来的电压与基准电压参考电路通过分压电阻网络产生的基准电压进行比较；基准电压参考电路产生一个基准电压通过第二电压比较器电路与VDD电压进行比较，同时产生的基准电压通过分压电阻网络产生另外一个基准电压与通过前沿消隐电路的采样电压在第一比较器电路中进行比较；输出逻辑控制接收到第一电压比较器电路和第二电压比较器电路产生的电平信号进行判断然后向输出驱动电路传送判定信号；输出驱动作为功率开关管的可控端的驱动电路，受控于输出逻辑控制模块将频率调整模块所产生的导通关闭时序缓冲输出给功率开关管。
4.根据权利要求3所述的所述的反激式开关电源输出续流二极管开路保护方法，其特征在于：功率开关管关闭具体工作流程：当续流二极管开路，则变压器原边电压和辅助线圈的电压持续升高，原边电压升高导致功率开关管的源漏电压增大，功率开关管的源级电流变大，辅助线圈的电压升高导致VDD的电压升高，源级电流与经过1.25R的采样电阻产生一个电压值经过一个延时30ms的前沿消隐电路后与基准电压参考电路通过分压电阻网络输出的0.8V一同输入第一电压比较器电路；当采样电阻上的电压高于0.8V，第一电压比较器电路输出低电平；VDD电压升高至30V后与第二比较器电路比较后也输出低电平，逻辑控制也输出低电平将使输出驱动关闭，输出驱动关闭则功率开关管关闭。
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