CN202309527U - 一种反激式开关电源输出短路保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种反激式开关电源输出短路保护电路,通过信号整形模块滤除VCC供电绕组上的漏感振荡频率中的高频成分和信号整流滤波模块进行整流滤波后输出稳定的直流信号,该直流信号仅与变压器各个绕组的匝比有关系,而与变压器各个绕组间的耦合无关。该电路不必考虑变压器各绕组之间的耦合问题。当开关电源输出短路时,VCC供电绕组上的电压会下降,进而导致所述直流信号下降,当检测到直流信号下降到低于第一设定值时,信号控制模块300控制VCC电容快速放电,IC关断,开关电源停止输出。由于VCC电容放电时间短,充电时间长,所以开关电源输出短路时,元件承受的电压应力和电流应力较小,从而实现高可靠性地输出短路保护。
Description
技术领域
本实用新型涉及开关电源技术领域,特别涉及一种反激式开关电源输出短路保护电路。
背景技术
目前反激式开关电源是一种应用最广泛的电源,许多消费类电子产品中都应用该类型的开关电源。例如LED电视机、DVD、机顶盒、手机充电器等产品。然而在产品实际应用中,由于各种外设不可预见原因,当开关电源输出异常短路时,开关电源不能实现可靠短路保护或实现保护状态,此时开关电源的元件及外接设备的电压、电流、功率应力很大,将导致元件损坏。
目前,现有技术中有两种方案实现输出短路保护,下面结合附图进行介绍。
参见图1,该图为现有技术中提供的一种反激式开关电源拓扑图。
该输出短路保护的工作原理是:当某一路(Vout1、Vout2或Vout3)输出短路时,此路输出绕组电压下降,因为变压器绕组匝比关系,从而导致开关电源控制器主芯片IC的VCC供电绕组N2的感应电压下降,导致VCC下降,当VCC低于IC欠压电平时,IC关断,电源停止提供能量给输出。此时输入AC电源整流后高压直流VDC重新给IC的VCC充电。当VCC充电电压达到启动工作电平时,则IC又开始工作。如果此时输出仍然是短路状态,则电源又重复以上动作。整个电源在输出短路时处于一种打嗝状态,即电源一会工作,一会不工作,输出电压不断重启。电源工作间隔时间完全由电源的VCC电容(C36)和启动电阻(串联的R5、R42和R4)决定,此时间越长对输出元件产生的电压、电流应力越小,输入功率也会越小,反之亦然。
由于C36是IC的储能电容,其容量一般在10uF以上,容量较大。且为保证开关电源正常工作,启动工作电平比IC欠压电平大5V-10V,所以当开关电源输出短路时,此C36电压放电到IC欠压电平的时间会比较长,一般会有30ms以上。开关电源在此时的电压、电流都会比较大,对电源本身及其连接设备或电路有可能造成损坏。
并且,在多路输出反激式开关电源中,变压器绕组较多,现有变压器基本上是手工作业且工艺很难控制,绕组间的耦合性较差,漏感较大。从而造成当某一路输出短路时,因为漏感很大,造成VCC供电绕组寄生振荡电压幅度较大,导致VCC电压维持或者继续上升,从而不能实现输出短路保护。最终导致开关电源失效或其连接设备或电路损坏。
参见图2,该图为现有技术中提供的另一种反激式开关电源拓扑图。
该输出短路保护的工作原理是:当IC的反馈脚FB电平维持高电平超过IC内部设定FB维持时间时,IC关断实现输出短路保护。
例如,当主路Vout3(输出电压作为电压反馈信号)输出短路时,Vout3输出电压下降为低电平,导致电压反馈信号为低电平,FB电平上升到高电平并保持,当FB电平维持高电平的时间T超过IC内部设定FB维持时间时,则IC关断,开关电源控制器IC无脉冲宽度调制(PWM,Pulse Width Modulation)信号输出,此时输出电压下降。
当辅助路Vout1或Vout2输出短路时,辅助路输出电压下降为低电平,导致辅助绕组电压下降。因为变压器主路和辅助路绕组间存在一定匝比关系,所以辅助绕组电压下降会引起主路绕组电压下降,从而导致主路输出电压下降。进而造成FB电平上升到高电平并维持,最后引起IC关断,主路输出电压下降。
综上所述,当输出电压下降时,VCC电压也会下降,当IC下降到IC欠压电平时,IC重启,当VCC上升到启动电压,IC工作,此时IC又重新检测FB电平,如果FB电平维持高电平的时间T超过IC内部设定FB维持时间时,则电源IC又关断。如果输出短路保持,则开关电源进入打嗝模式。
该种短路保护的缺点是,开关电源启动时,输出存在电容,启动瞬间到输出建立这个过程,FB电平都是高电平。随输出容性负载的增大,FB电平维持高电平的时间增长。目前各开关电源IC厂家设置一个FB维持时间,一般此时间大于30ms。但是IC内部设定FB维持时间越长,将会导致开关电源短路功率增大和元件电压应力、电流应力增大,影响元件的可靠性。
对于多路输出反激式开关电源来讲,由于变压器绕组多,主路与各辅助路耦合不好,将会导致辅助路输出短路时,主路电压保持正常。这样,开关电源不能实现短路保护,最终导致开关电源失效。
综上所述,目前的输出短路保护会导致元件的电压应力和电流应力较大,并且由于变压器各个绕组间的耦合,将导致开关电源失效或者其连接设备或电路损坏。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种反激式开关电源输出短路保护电路,能够实现输出短路保护,元件的电压应力和电流应力较小,并且不必考虑变压器各绕组之间的耦合问题。
本实用新型提供一种反激式开关电源输出短路保护电路,包括:信号整形模块、信号整流滤波模块和信号控制模块;
所述信号整形模块的输入端连接VCC供电绕组,以滤除VCC供电绕组上的漏感振荡频率中的高频成分;VCC为开关电源控制器主芯片的电源;
所述信号整流滤波模块的输入端连接信号整形模块的输出端,对信号整形模块的输出信号进行整流滤波,输出稳定的直流信号给所述信号控制模块;
所述信号控制模块,检测所述直流信号,当所述直流信号低于第一电流设定值时,控制VCC电容放电,使VCC下降,当VCC下降到IC欠压电平时,IC关断PWM信号输出;当所述直流信号低于第二电流设定值时,控制VCC电容停止放电;VCC通过VCC电容接地;所述第一电流设定值大于第二电流设定值。
优选地,所述信号整形模块包括第十电阻和第二十四电容;
所述VCC供电绕组的正端通过第十电阻连接第二十四电容的第一端,VCC供电绕组的负端接地,第二十四电容的第二端接地。
优选地,所述信号整流滤波模块包括:第十六二极管和第二十五电容;
所述第十六二极管的阳极连接所述第二十四电容的第一端,所述第十六二极管的阴极连接所述第二十五电容的第一端,所述第二十五电容的第二端接地。
优选地,所述信号控制模块包括:第二十一电阻、第二十五电阻、第二十七电阻、第二开关管、第三开关管、第二十八电阻、第二十六电容;
所述第二十一电阻和第二十五电阻串联后并联在所述第二十五电容的两端;
所述第二开关管的控制端连接第二十一电阻和第二十五电阻的公共端;
所述第二开关管的第一端接地,第二端通过第二十七电阻连接第一VCC端;所述第一VCC端通过第十八二极管连接VCC;第一VCC端通过第七电容接地;
所述第三开关管的控制端连接第二开关管的第二端,第三开关管的第一端接地,第二端连接VCC;
第三开关管的控制端通过第二十六电容接地,同时通过第二十八电阻接地。
优选地,所述第二开关管和第三开关管均为NMOS管;
所述第二开关管和第三开关管的第一端为源极,第二端为漏极。
优选地,所述第二十五电容的容量小于所述第七电容的容量。
与现有技术相比,本实用新型具有以下优点:
本实用新型提供的反激式开关电源输出短路保护电路,通过信号整形模块滤除VCC供电绕组上的漏感振荡频率中的高频成分和信号整流滤波模块进行整流滤波后输出稳定的直流信号,该直流信号仅与变压器各个绕组的匝比有关系,而与变压器各个绕组间的耦合无关。因此,该电路不必考虑变压器各绕组之间的耦合问题。并且,当开关电源输出短路时,VCC供电绕组上的电压会下降,进而导致所述直流信号下降,当检测到直流信号下降到低于第一设定值时,信号控制模块300控制VCC电容快速放电,IC关断,开关电源停止输出。由于VCC电容放电时间短,充电时间长,所以开关电源输出短路时,元件承受的电压应力和电流应力较小,从而实现高可靠性地输出短路保护。
附图说明
图1是现有技术中提供的一种反激式开关电源拓扑图;
图2是现有技术中提供的另一种反激式开关电源拓扑图;
图3是本实用新型提供的反激式开关电源输出短路保护电路实施例一结构图;
图4是本实用新型提供的反激式开关电源输出短路保护电路实施例二电路图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
参见图3,该图为本实用新型提供的反激式开关电源输出短路保护电路实施例一结构图。
本实用新型实施例提供的反激式开关电源输出短路保护电路,包括:信号整形模块100、信号整流滤波模块200和信号控制模块300;
所述信号整形模块100的输入端连接VCC供电绕组,以滤除VCC供电绕组上的漏感振荡频率中的高频成分;VCC为开关电源控制器主芯片的电源;
所述信号整流滤波模块200的输入端连接信号整形模块100的输出端,对信号整形模块100的输出信号进行整流滤波,输出稳定的直流信号给所述信号控制模块300;
所述信号控制模块300,检测所述直流信号,当所述直流信号低于第一电流设定值时,控制VCC电容放电,使VCC下降,当VCC下降到IC欠压电平时,IC关断PWM信号输出;当所述直流信号低于第二电流设定值时,控制VCC电容停止放电;VCC通过VCC电容接地;所述第一电流设定值大于第二电流设定值。
本实用新型提供的反激式开关电源输出短路保护电路,通过信号整形模块100滤除VCC供电绕组上的漏感振荡频率中的高频成分和信号整流滤波模块200进行整流滤波后输出稳定的直流信号,该直流信号仅与变压器各个绕组的匝比有关系,而与变压器各个绕组间的耦合无关。因此,该电路不必考虑变压器各绕组之间的耦合问题。并且,当开关电源输出短路时,VCC供电绕组上的电压会下降,进而导致所述直流信号下降,当检测到直流信号下降到低于第一设定值时,信号控制模块300控制VCC电容快速放电,IC关断,开关电源停止输出。由于VCC电容放电时间短,充电时间长,所以开关电源输出短路时,元件承受的电压应力和电流应力较小,从而实现高可靠性地输出短路保护。
参见图4,该图为本实用新型提供的反激式开关电源输出短路保护电路实施例二电路图。
下面结合图4详细介绍本实用新型提供的反激式开关电源输出短路保护电路的工作原理。
本实施例提供的短路保护电路为图4中虚线框内电路,具体包括三部分电路模块,信号整形模块、信号整流滤波模块和信号控制模块。
其中,信号整形模块包括第十电阻R10和第二十四电容C24;
所述VCC供电绕组N2的正端通过第十电阻R10连接第二十四电容C24的第一端,VCC供电绕组N2的负端接地,第二十四电容C24的第二端接地。
信号整流滤波模块包括:第十六二极管D16和第二十五电容C25;
所述第十六二极管D16的阳极连接所述第二十四电容C24的第一端,所述第十六二极管D16的阴极连接所述第二十五电容C25的第一端,所述第二十五电容C25的第二端接地。
信号控制模块包括:第二十一电阻R21、第二十五电阻R25、第二十七电阻R27、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第二十八电阻R28、第二十六电容C26;
所述第二十一电阻R21和第二十五电阻R25串联后并联在所述第二十五电容C25的两端;
所述第二开关管Q2的控制端连接第二十一电阻R21和第二十五电阻R25的公共端;
所述第二开关管Q2的第一端接地,第二端通过第二十七电阻R27连接第一VCC端VCC1;所述第一VCC端VCC1通过第十八二极管D28连接VCC;第一VCC端VCC1通过第七电容C7接地;
所述第三开关管Q3的控制端连接第二开关管Q2的第二端,第三开关管Q3的第一端接地,第二端连接VCC;
第三开关管Q3的控制端通过第二十六电容C26接地,同时通过第二十八电阻R28接地。
本实施例中,所述第二开关管Q2和第三开关管Q3均采用NMOS管;
所述第二开关管Q2和第三开关管Q3的第一端为源极,第二端为漏极。
其工作原理如下:R10、C24的信号源取自VCC供电绕组N2。
N2上的电压包含正负脉冲信号及漏感振荡信号(一般正负脉冲信号频率为几十K到一百K;而漏感振荡信号频率为几M以上),利用R10和C24构成的信号整形模块将漏感振荡频率高频成分滤除。再经过D16和C25构成的信号整流滤波模块进行整流滤波后输出稳定的直流信号,此直流信号的大小只与变压器绕组的匝比有关(忽略二极管压降差异),而与变压器绕组间的耦合无关。
当开关电源某一路输出短路时(例如Vout3),输出电压下降,N3正向脉冲电压下降,根据变压器各个绕组间的匝比关系,N2正向脉冲电压下降,导致C25电压下降。
当C25两端电压下降到足以使Q2关断时,Q2开关管关断,Q3开关管导通,此时所述第一电流设定值对应的是能够使Q2关断的电流,即Q2栅极的电流。Q3导通时,VCC电容C36快速放电,当VCC下降到低于IC欠压电平时,IC关断PWM信号输出,开关电源停止输出。此时VCC电容C36仍然继续通过Q3放电,直到VCC1电压不能够使Q3开通为止,才停止放电,即所述第二电流设定值对应的是能够使Q3导通的电流,即Q3栅极的电流。当Q3关断后,直流高压VDC又通过启动电阻(串联的R5、R42和R4)对VCC充电,当VCC电压上升到IC启动工作电平时,IC又开始工作。VCC1和C25两端的电压均开始上升。
因为C25电容容量小于VCC1电容C7,所以IC启动时,C25上的电压总是上升比C7上的电压快,使Q2开通,Q3关断。如果此时输出仍然是短路,则重复以上动作。
短路保护期间由于VCC电容C36掉电时间短,充电时间长,因此开关电源短路时元件的电压应力和电流应力较小,从而可以实现高可靠性输出短路保护。
如果输出短路去除,则C25维持为高电平,Q2导通,Q3截止,开关电源正常工作。
需要说明的是,本实施例提供的反激式开关电源输出短路保护电路不限定输出的路数,图4中是以三个输出支路为例进行介绍的,其他多个输出支路的开关电源同样适用本实用新型提供的输出短路保护电路。
以上所述,仅是本实用新型的较佳实施例而已,并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本实用新型技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本实用新型技术方案的内容,依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。
Claims (6)
1.一种反激式开关电源输出短路保护电路,其特征在于,包括:信号整形模块、信号整流滤波模块和信号控制模块;
所述信号整形模块的输入端连接VCC供电绕组,以滤除VCC供电绕组上的漏感振荡频率中的高频成分;VCC为开关电源控制器主芯片的电源;
所述信号整流滤波模块的输入端连接信号整形模块的输出端,对信号整形模块的输出信号进行整流滤波,输出稳定的直流信号给所述信号控制模块;
所述信号控制模块,检测所述直流信号,当所述直流信号低于第一电流设定值时,控制VCC电容放电,使VCC下降,当VCC下降到IC欠压电平时,IC关断PWM信号输出;当所述直流信号低于第二电流设定值时,控制VCC电容停止放电;VCC通过VCC电容接地;所述第一电流设定值大于第二电流设定值。
2.根据权利要求1所述的反激式开关电源输出短路保护电路,其特征在于,所述信号整形模块包括第十电阻和第二十四电容;
所述VCC供电绕组的正端通过第十电阻连接第二十四电容的第一端,VCC供电绕组的负端接地,第二十四电容的第二端接地。
3.根据权利要求2所述的反激式开关电源输出短路保护电路,其特征在于,所述信号整流滤波模块包括:第十六二极管和第二十五电容;
所述第十六二极管的阳极连接所述第二十四电容的第一端,所述第十六二极管的阴极连接所述第二十五电容的第一端,所述第二十五电容的第二端接地。
4.根据权利要求3所述的反激式开关电源输出短路保护电路,其特征在于,所述信号控制模块包括:第二十一电阻、第二十五电阻、第二十七电阻、第二开关管、第三开关管、第二十八电阻、第二十六电容;
所述第二十一电阻和第二十五电阻串联后并联在所述第二十五电容的两端;
所述第二开关管的控制端连接第二十一电阻和第二十五电阻的公共端;
所述第二开关管的第一端接地,第二端通过第二十七电阻连接第一VCC端;所述第一VCC端通过第十八二极管连接VCC;第一VCC端通过第七电容接地;
所述第三开关管的控制端连接第二开关管的第二端,第三开关管的第一端接地,第二端连接VCC;
第三开关管的控制端通过第二十六电容接地,同时通过第二十八电阻接地。
5.根据权利要求4所述的反激式开关电源输出短路保护电路,其特征在于,所述第二开关管和第三开关管均为NMOS管;
所述第二开关管和第三开关管的第一端为源极,第二端为漏极。
6.根据权利要求4所述的反激式开关电源输出短路保护电路,其特征在于,所述第二十五电容的容量小于所述第七电容的容量。
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