CN113690852B - 开关电源及其过功率保护装置、方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了开关电源及其过功率保护装置、方法。该过功率保护方法应用于开关电源,所述开关电源包括开关功率变换器;该方法包括:确定所述开关电源的输入电压的电压峰值;根据所述电压峰值调节过功率保护的触发电压,以使所述触发电压与所述电压峰值呈负相关;确定所述电压峰值是否大于经过调节的触发电压;在确定所述电压峰值大于经过调节的触发电压的情况下,触发过功率保护机制实现对所述开关功率变换器的保护。从而可以减小不同电压输入条件下的触发电压误差,提高过功率保护的有效性。
Description
技术领域
本发明涉及电子产品技术领域,尤其涉及开关电源及其过功率保护装置、方法。
背景技术
开关电源是一种电源供应装置,例如可以是充电器、电源适配器,开关电源用于转换电源以提供电力给电子装置或是其他负载。目前的开关电源一般包括以下保护机制中的至少一种:过电压保护(over voltage protection,OVP)、过高温保护(over temperatureprotection,OTP)、以及过负载保护(over load protection,OLP)等。
过负载保护又称过功率保护,能够在负载供电超过其额定负载,或后级负载有短路、过流等超实际功率的故障发生时,切断主供电,以避免出现过流损坏充电器或者负载。然而,目前的过负载保护常出现保护失效问题,存在安全隐患。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中过功率保护常出现保护失效问题的缺陷,提供一种开关电源及其过功率保护装置、方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题:
第一方面,提供一种过功率保护方法,应用于开关电源,所述开关电源包括开关功率变换器;
所述过功率保护方法包括:
确定所述开关电源的输入电压的电压峰值;
根据所述电压峰值调节过功率保护的触发电压,以使所述触发电压与所述电压峰值呈负相关;
确定所述电压峰值是否大于经过调节的触发电压;
在确定所述电压峰值大于经过调节的触发电压的情况下,触发过功率保护机制实现对所述开关功率变换器的保护。
可选地,根据所述电压峰值调节过功率保护的触发电压,包括:
对恒定电压与所述电压峰值进行减法运算,得到控制电压;
根据所述控制电压确定所述触发电压。
可选地,根据所述控制电压确定所述触发电压,包括:
所述控制电压经压控电流源转换得到控制电流;
所述控制电流经电压源转换得到所述触发电压。
可选地,触发过功率保护机制,包括:
在确定所述电压峰值大于经过调节的触发电压的情况下,启动计数器进行计数;
在所述计数器的计数达到计数阈值的情况下,触发过功率保护机制实现对所述开关功率变换器的保护。
第二方面,提供一种过功率保护装置,应用于开关电源,所述开关电源包括开关功率变换器;
所述过功率保护装置包括:检测电路、调节电路、比较电路和过功率保护电路,所述检测电路的输入端用于输入开关电源的输入电压,所述检测电路的输出端与所述调节电路的输入端连接;所述调节电路的输出端通过所述比较电路与所述过功率保护电路连接;
所述检测电路,用于确定所述开关电源的输入电压的电压峰值;
所述调节电路,用于根据所述电压峰值调节过功率保护的触发电压,以使所述触发电压与所述电压峰值呈负相关;
所述比较电路,用于确定所述电压峰值是否大于经过调节的触发电压,并在确定所述电压峰值大于经过调节的触发电压的情况下,触发过功率保护机制实现对所述开关功率变换器的保护。
可选地,所述检测电路,包括:第一电阻、第二电阻和峰值检测子电路;
所述第一电阻的一端用于输入所述开关电源的输入电压,所述第一电阻的另一端分别与所述第二电阻的一端和所述峰值检测子电路的输入端连接,所述峰值检测子电路的输出端与所述调节电路的输入端连接,所述第二电阻的另一端接地。
可选地,所述调节电路包括:减法器、压控电流源和电压源;
所述减法器的第一输入端与所述检测电路的输出端连接,所述减法器的第二输入端用于输入恒定电压,所述减法器的输出端与所述压控电流源的输入连接;所述压控电流源的输出端与所述电压源的输入端连接,所述电压源的输出端与所述比较电路连接。
可选地,所述调节电路还包括:
调节电阻,所述调节电阻的一端与所述电压源的输出端连接,所述调节电阻的另一端通过直流电压源接地。
第三方面,提供一种开关电源,包括:开关功率变换器和上述任一项所述的过功率保护装置,所述过功率保护装置用于为开关功率变换器提供过功率保护。
本发明的积极进步效果在于:
本发明实施例中,通过开关电源的输入电压的电压峰值对过功率保护的触发电压进行调节,使触发电压不再是个恒定的基准电压,而与输入电压的电压峰值呈负相关,从而可以减小不同电压输入条件下的触发电压误差,提高过功率保护的有效性。
附图说明
图1a为本发明一示例性实施例提供的一种现有技术采用的过功率保护装置的电路图;
图1b为本发明一示例性实施例提供的一种开关电源的输入端输入高低电压两个输入条件下流经控制开关的电流波形;
图2a为本发明一示例性实施例提供的一种过功率保护方法的流程图;
图2b是本发明一示例性实施例提供的一种反激式电源的电路图;
图3是本发明一示例性实施例提供的一种过功率保护装置的电路图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
图1a是本发明一示例性实施例提供的一种现有技术采用的过功率保护装置的电路图
图1a是本发明一示例性实施例提供的一种现有技术采用的过功率保护装置的电路图,图中包含部分开关功率变换器,该过功率保护装置应用于开关电源,开关电源还包括开关功率变换器,用于将输入电源(由外接电源提供)转换为目标电源,并输出至负载。其中,开关功率变换器可以但不限于采用反激式变换器。
参见图1a,该过功率保护装置1包括比较器11和过功率保护电路12,比较器11的正相输入端与检测节点P连接,图中将反激式变换器的控制开关Q1的输出端作为检测节点P,因开关管Q1的输出端的电势能够反映开关电源的输入电压变化情况。比较器11的负相输入端用于输入恒定的基准电压Vref,比较器11的输出端与过功率保护电路12连接。当检测节点P的电压大于基准电压Vref的情况下,比较器11输出高电平以触发过功率保护电路12的保护机制,切断开关功率变换器与外接电源的连接,实现对开关功率变换器及负载的保护。当检测节点P的电压不大于基准电压Vref的情况下,比较器11输出低电平,过功率保护电路12不动作。
通过向开关功率变换器中的控制开关提供脉冲宽度调制(PWM)信号,以实现开关功率变换器将输入电源转换为目标电源,输入电源为交流电压,电压范围为85V-265V。研究表明,流经控制开关的峰值电流是决定开关功率变换器的输出功率的关键参数之一。图1b给出了开关电源的输入端输入不同输入电源条件下流经控制开关的电流波形,曲线La表示开关电源的输入电压为高电压的情况下流经控制开关的电流波形,曲线Lb表示输入电压为低电压的情况下流经控制开关的电流波形,高电压的最小电压值大于低电压的最大电压值。由于传输延迟的影响,控制开关Q1的理想关断时刻与实际关断时刻总有一个延迟tp,导致流经控制开关Q1的电流存在电流误差,参见图1b,当输入电源为高电压的情况下流经控制开关Q1的电流误差(IH’-IH)大于输入电源为低电压的情况下流经控制开关的电流误差(IL’-IL),也即当输入电源为高电压的情况下流经控制开关的电流的爬坡速度大于当输入电源为低电压的情况下流经控制开关的电流的爬坡速度,这就使得输入电源为交流高电压的情况下开关功率变换器的最大输出功率高于输入电源为交流低电压的情况下开关功率变换器的最大输出功率,两种电压输入条件下若采用相同的基准电压,就存在触发误差,不利于实现过功率保护。
基于上述情况,本发明实施例提供一种过功率保护方法,通过开关电源的输入电压的电压峰值对过功率保护的触发电压进行调节,使其不再是个恒定的基准电压,从而减小因传输延迟导致的高低电压输入条件下的电流误差,提高过功率保护的有效性。
图2a是本发明一示例性实施例提供的一种过功率保护方法的流程图,该方法应用于开关电源,开关电源包括开关功率变换器,开关功率变换器用于将输入电源转换为目标电源并输入至负载。
下面以开关电源为反激式电源为例,对过功率保护的过程进行详细说明。图2b是本发明一示例性实施例提供的一种反激式电源的电路图,反激式电源包括EMI过滤器、整流滤波器、功率变换器(包含反激变压器T和MOSFET控制开关)、滤波器、PWM发生器和反馈电路,EMI过滤器对输入电压Vac进行过滤以滤除输入电压Vac中的瞬间高电压脉冲干扰信号;EMI过滤器将经过过滤的交流电输入整流滤波器,以由整流滤波器将交流电转换成直流电;MOSFET导通期间,反激变压器T储能,MOSFET截止期间,反激变压器T存储的能量通过耦合释放到二次侧,反激变压器T的二次侧输出的电压经过滤波器滤波后输出。反馈电路采集整流滤波器输出的电压Vout,并反馈至PWM发生器,由PWM发生器控制MOSFET的导通占空比。
参见图2a,该方法包括以下步骤:
步骤201、确定开关电源的输入电压的电压峰值。
在一个实施例中,参见图2b,经过EMI过滤器的交流电滤除了瞬间高电压脉冲干扰信号,可以将EMI过滤器的输出端作为检测节点,获取该检测节点的电压表征开关电源的输入电压。
在一个实施例中,在EMI过滤器的输出端连接一分压电路,将分压电路上的某个节点作为检测节点,使用该检测节点的电压表征开关电源的输入电压。
步骤202、根据电压峰值调节过功率保护的触发电压,以使触发电压与电压峰值呈负相关。
在一个实施例中,对恒定电压与电压峰值进行减法运算,得到控制电压,并根据控制电压确定触发电压。恒定电压为固定值,可以理解地,恒定电压与电压峰值的差值随着电压峰值的增大而减小,恒定电压与电压峰值的差值随着电压峰值的减小而增大,也即该差值与电压峰值呈负相关,而该差值与触发电压呈正相关,进而使得触发电压与电压峰值呈负相关。其中,恒定电压可根据实际需求自行设置。
在一个实施例中,根据控制电压确定触发电压包括:控制电压经压控电流源转换得到控制电流,控制电流经电压源转换得到触发电压。由于输入压控电流源的差值电压与电压峰值呈负相关,进而使得电压源输出的电压与电压峰值呈负相关,将电压源输出的电压作为过功率保护的触发电压,使得触发电压随着电压峰值的增大而减小,随着电压峰值的减小而增大,也即使得触发电压与电压峰值呈负相关。
步骤203、确定电压峰值是否大于经过调节的触发电压。
步骤203中,若确定电压峰值大于经过调节的触发电压,说明存在风险,则执行步骤204;若确定电压峰值未大于经过调节的触发电压,则不动作。
步骤204、触发过功率保护机制,实现对开关功率变换器的保护。
在一个实施例中,若确定电压峰值大于经过调节的触发电压,直接触发过功率保护机制。
在一个实施例中,若确定电压峰值大于经过调节的触发电压,不直接触发过功率保护机制,而是启动计数器进行计数,进而确定计数器的计数是否达到计数阈值;若计数器的计数达到计数阈值,说明存在风险,则执行过压保护机制,断开开关功率变换器与外接电源的连接,以实现过功率保护机制;若计数器的计数未达到计数阈值,说明不存在风险,则不动作。
本发明实施例中,通过开关电源的输入电压的电压峰值对过功率保护的触发电压进行调节,使触发电压不再是个恒定的基准电压,而与输入电压的电压峰值呈负相关,从而减小了因传输延迟导致的不同电压输入条件下的电流误差,进而减小了触发电压误差,提高了过功率保护的有效性。
图3是本发明一示例性实施例提供的一种过功率保护装置的电路图,参见图3,该过功率保护装置包括:检测电路31、调节电路32、比较电路33和过功率保护电路34。检测电路31的输入端与开关电源的输入端或者与EMI过滤器的输出端连接,检测电路31的输出端与调节电路32的输入端连接,调节电路32的输出端通过比较电路33与过功率保护电路34连接。
检测电路31用于确定开关电源的输入电压的电压峰值U2,并将该电压峰值U2发送给调节电路32,调节电路32用于根据电压峰值U2调节过功率保护的触发电压,使得触发电压与开关电源的输入电压的电压峰值呈负相关,也即触发电压随着电压峰值的增大而减小,触发电压随着电压峰值的减小而增大;比较电路33用于确定开关电源的输入电压的电压峰值是否大于经过调节的触发电压,并在确定电压峰值大于经过调节的触发电压的情况下,触发过功率保护机制;在确定电压峰值未大于经过调节的触发电压的情况下,不触发过功率保护机制。
在一个实施例中,检测电路包括:第一电阻R1、第二电阻R2和峰值检测子电路;第一电阻R1的一端与开关电源的输入端或者与EMI过滤器的输出端连接,第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端连接,第二电阻R2的另一端接地,第一电阻R1和第二电阻R2实现了分压功能;第一电阻R1的另一端还作为检测节点P与峰值检测子电路311的输入端连接,峰值检测子电路311的输出端与调节电路32的输入端连接;开关电源的输入电压经过第一电阻R1和第二电阻R2分压,检测节点P的电压变化情况能够表征开关电源的输入电压的变化情况,峰值检测子电路311可以通过检测检测节点P的交流电压Vcs的电压峰值U2来表征开关电源的输入电压峰值,并将该电压峰值U2输出至调节电路32。
在一个实施例中,调节电路32包括:减法器321、压控电流源322和电压源323。减法器321的第一输入端与检测电路31的输出端连接,减法器321的第二输入端用于输入恒定电压U1,减法器321的输出端与压控电流源322的输入连接;压控电流源322的输出端与电压源323的输入端连接,电压源322的输出端与比较电路33连接。
减法器321将恒定电压U1与检测节点P的电压峰值U2的差值作为压控电流源的输入。恒定电压为固定值,由于恒定电压U1与检测节点P的电压峰值U2的差值随着电压峰值U2的增大而减小,随着电压峰值U2的减小而增大,使得输入压控电流源的电压与电压峰值U2呈负相关,进而使得电压源输出的电压与电压峰值U2呈负相关,将电压源输出的电压作为过功率保护的触发电压,使得触发电压随着电压峰值U2的增大而减小,随着电压峰值U2的减小而增大,通过对触发电压的调节,可以减小流经控制开关的电流误差,进而可以减小触发电压误差,提高过功率保护的有效性。
在一个实施例中,调节电路还包括调节电阻,调节电阻的一端与电压源的输出端连接,调节电阻的另一端通过直流电压源接地。调节电阻用于对触发电压进行微调,使得调节电路输出的触发电压更加精确。
本发明实施例中,通过开关电源的输入端的电压峰值对过功率保护的触发电压进行调节,使触发电压不再是个恒定的基准电压,而与开关电源的输入电压的电压峰值呈负相关,从而减小了因传输延迟导致的高低电压输入条件下的触发电压误差,提高了过功率保护的有效性。本发明实施例还具体电路实现简单的优点。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域的技术人员应当理解,这仅是举例说明,本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下,可以对这些实施方式做出多种变更或修改,但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种过功率保护方法,其特征在于,应用于开关电源,所述开关电源包括开关功率变换器,所述过功率保护方法包括:
确定开关电源的输入电压的电压峰值;
根据所述电压峰值调节过功率保护的触发电压,以使所述触发电压与所述电压峰值呈负相关;所述根据所述电压峰值调节过功率保护的触发电压,包括:对恒定电压与所述电压峰值进行减法运算,得到控制电压;所述控制电压经压控电流源转换得到控制电流;所述控制电流经电压源转换得到所述触发电压;
确定所述电压峰值是否大于经过调节的触发电压;
在确定所述电压峰值大于经过调节的触发电压的情况下,启动计数器进行计数;
在所述计数器的计数达到计数阈值的情况下,触发过功率保护机制实现对所述开关功率变换器的保护。
2.一种过功率保护装置,其特征在于,应用于开关电源,所述开关电源包括开关功率变换器;
所述过功率保护装置包括:检测电路、调节电路、比较电路和过功率保护电路,所述检测电路的输入端用于输入所述开关电源的输入电压,所述检测电路的输出端与所述调节电路的输入端连接;所述调节电路的输出端通过所述比较电路与所述过功率保护电路连接;
所述检测电路,用于确定所述开关电源的输入电压的电压峰值;
所述调节电路,用于根据所述电压峰值调节过功率保护的触发电压,以使所述触发电压与所述电压峰值呈负相关;所述根据所述电压峰值调节过功率保护的触发电压,包括:对恒定电压与所述电压峰值进行减法运算,得到控制电压;所述控制电压经压控电流源转换得到控制电流;所述控制电流经电压源转换得到所述触发电压;
所述比较电路,用于确定所述电压峰值是否大于经过调节的触发电压,并在确定所述电压峰值大于经过调节的触发电压的情况下,启动计数器进行计数;
在所述计数器的计数达到计数阈值的情况下,触发过功率保护机制实现对所述开关功率变换器的保护。
3.根据权利要求2所述的过功率保护装置,其特征在于,所述检测电路,包括:第一电阻、第二电阻和峰值检测子电路;
所述第一电阻的一端用于输入所述输入电压,所述第一电阻的另一端分别与所述第二电阻的一端和所述峰值检测子电路的输入端连接,所述峰值检测子电路的输出端与所述调节电路的输入端连接,所述第二电阻的另一端接地。
4.根据权利要求2所述的过功率保护装置,其特征在于,所述调节电路包括:减法器、压控电流源和电压源;
所述减法器的第一输入端与所述检测电路的输出端连接,所述减法器的第二输入端用于输入恒定电压,所述减法器的输出端与所述压控电流源的输入连接;所述压控电流源的输出端与所述电压源的输入端连接,所述电压源的输出端与所述比较电路连接。
5.根据权利要求4所述的过功率保护装置,其特征在于,所述调节电路还包括:
调节电阻,所述调节电阻的一端与所述电压源的输出端连接,所述调节电阻的另一端通过直流电压源接地。
6.一种开关电源,其特征在于,包括:开关功率变换器和如权利要求2-5中任一项所述的过功率保护装置,所述过功率保护装置用于为开关功率变换器提供过功率保护。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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