CN202679232U

CN202679232U - 低温漂启动和欠压过压保护复用电路及应用其的开关电源

Info

Publication number: CN202679232U
Application number: CN 201220292636
Authority: CN
Inventors: 高耿辉; 王利; 李铎
Original assignee: Fujian Fushun Microelectronics Co ltd; DALIAN LIANSHUN ELECTRONICS CO LTD; Unisonic Technologies Co Ltd
Current assignee: Fujian Fushun Microelectronics Co ltd; DALIAN LIANSHUN ELECTRONICS CO LTD; Unisonic Technologies Co Ltd
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2022-06-21

Abstract

本实用新型涉及一种低温漂启动和欠压过压保护复用电路，其特征在于：由一过压保护控制器、一电压检测器、一上电及欠压保护控制器依次电性连接组成；本实用新型另提供应用该启动和欠压过压保护复用电路的开关电源。本实用新型能实现对开关电源控制电路的上电启动控制及欠压、过压的保护，并且能适应宽温差环境，电路设计成本低，具有较好的使用价值。

Description

低温漂启动和欠压过压保护复用电路及应用其的开关电源

技术领域

本实用新型涉及一种低温漂启动和欠压过压保护复用电路及应用其的开关电源。

背景技术

广泛应用于消费类电子产品上的开关电源转换器通常包括两种形式：交流转直流（AC-DC）和直流到直流（DC-DC）。开关电源转换器的控制电路在打开电源之后需要对内部工作电路进行启动，同时也需要完成输入电压过低或过高之后能够自动启动欠压或者过压保护控制使其免受损害。由于开关转换器用户地域广泛，因此客观上要求开关电源转换器的这些控制必须能够在大温差范围内具备稳定一致的电学特性，一种低温漂启动和欠压过压保护复用电路成为这些控制的必然选择。

为达到上述目的，近几年出现的开关电源转换器采用了新技术提升了内部启动和欠压过压保护功能的温度抑制能力，国内企业此类产品已经能够适应-25~85摄氏度的温差变化，但仍然无法给出高温高寒气温下稳定工作的产品，而且其实现电路的面积没有做到最小化处理，成本高。这种高性能产品被极少数国际大厂垄断，他们的此类产品达到了工业级别的-40~85摄氏度的适应能力。传统开关电源转换器中使用的启动和欠压保护电路如图1所示，图1描绘了一种基于传统启动和欠压保护技术的电源转换器10。一控制电路20藕接于一回授单元15，以产生一开关信号VSW，该开关信号调节电源转换器10的输出信号VO，该回授单元15藕接于电源转换器10的输出，以产生一回授信号VFB。其中该开关信号VSW是依照回授信号VFB而变化。一变压器TR1的一开关电流IS经由捡流电阻器RS被转换成电压信号VS。该信号VS被控制电路20接受且据此产生开关信号VSW。图中，控制电路20包括一参考电压电流电路、一脉宽调制器。该脉冲宽度调制器藕接至该电压参考电路响应回授信号VFB及信号VS产生一频率开关信号VSW。如果该启动和欠压保护电路温度漂移大，那么在不同温度条件下开关电源转换器的启动过程将出现很大差异，最终导致开关电源转换器在不同纬度地区和季节启动过程和最低输入电压的带载差异巨大，工作不稳定。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种低温漂启动和欠压过压保护复用电路，可应用于开关电源等，通过最大限度降低启动和欠压过压保护复用电路对温度的漂移，实现-50~120℃宽温度范围的稳定应用，真正满足高温高寒地区的应用，具备较强的的地域、时域通用性，并通过电路复用做到实现面积最小化。

本实用新型的上述目的是这样实现的：低温漂启动和欠压过压保护复用电路，其特征在于，包括：

一过压保护控制器；

一电压检测器，其第一输出端与所述的过压保护控制器的输入端连接；以及

一上电及欠压保护控制器，其输入端与所述的电压检测器的第二输出端连接，其第一输出端与所述的电压检测器的输入端连接。

在本实用新型一实施例中，所述的电压检测器包括第一、二复合管和第一、二电阻以及第一晶体管；所述第一、二复合管具有低温漂的击穿阈值电压V_Z，当阴极电位高于阳极V_Z后，该复合管导通，否则截止；所述第一复合管的阴极连接供电线；所述第一复合管的阳极和第二复合管的阴极与所述第一晶体管的源极连接；所述第二复合管的阳极、第一电阻的第一端和第一晶体管的漏极与所述电压检测器的第二输出端连接；所述第一电阻的第二端和第二电阻的第一端与所述电压检测器的第一输出端连接；所述第一晶体管的栅极与所述的电压检测器的输入端连接。

在本实用新型一实施例中，所述的上电及欠压保护控制器包括第二、三晶体管和第三、四电阻以及反相器；所述第二晶体管的栅极与所述的上电及欠压保护控制器的输入端连接；所述第二晶体管的漏极、第三电阻的第二端和第三晶体管的栅极与所述上电及欠压保护控制器的第一输出端连接；所述第二晶体管的源极和第四电阻的第二端接地；所述第三晶体管的源极和第三电阻的第一端接供电线；所述第三晶体管的漏极、第四电阻的第一端和所述反相器的输入端连接；所述反相器输出端与所述上电及欠压保护控制器的第二输出端连接。

在本实用新型一实施例中，所述的过压保护控制器包括第四、五、六、七、八晶体管和第五、六、七电阻及一电容器；所述第四晶体管的栅极与所述过压保护控制器的输入端连接；所述第四、五晶体管的漏极与所述第五、六晶体管的栅极连接；所述第六晶体管的漏极、第五电阻的第一端和第七晶体管的栅极与所述电容器的第一端连接；所述电容器的第二端与所述第六电阻器的第一端连接；所述第六电阻器的第二端、第七晶体管的漏极和第五、六晶体管的源极连接供电线；所述第七晶体管的源极和第七电阻的第一端与所述第八晶体管的栅极连接；所述第八晶体管的漏极与所述过压保护控制器的输出端连接；所述第八晶体管的源极和第五、七电阻的第二端接地。

在本实用新型一实施例中，所述的低温漂启动和欠压过压保护复用电路是集成于一集成块中。

本实用新型另一目的是提供一种应用上述低温漂启动和欠压过压保护复用电路的开关电源，该电源能完成启动过程和提供欠压过压保护，并且这些功能都具备低温漂特性和实现面积最小化特征。

该目的采用以下方案实现：一种应用权利1所述电路的开关电源，包括变压器和一控制电路，其特征在于：所述控制电路藕接一设于变压器输出端的回授单元，以产生一开关信号调节所述变压器的脉冲宽度，所述的控制电路由所述低温漂启动和欠压过压保护复用电路与脉宽调制器藕接组成。

在本实用新型一实施例中，所述的控制电路是一由所述低温漂启动和欠压过压保护复用电路与脉宽调制器藕接组成的集成电路。

本实用新型采用数模混合电路实现低温漂启动和欠压过压保护功能。电路简单，面积小，而且可设计成集成电路，成本低，具有较好的市场价值。

附图说明

图1是基于传统启动和欠压保护技术的电源转换器。

图2是本实用新型低温漂启动和欠压过压保护复用电路的电路原理框图。

图3是本实用新型低温漂启动和欠压过压保护复用电路的电路连接示意图。

图4是图3中电压检测器的其他几种实例的电路连接示意图。

图5是图3中输出使能逻辑信号EN_UVLO对供电电压VCC的曲线图

图6是图3中嵌位电流信号I_CLAMP对供电电压VCC的曲线图

图7是图3中输出使能逻辑信号V_ovp对供电电压VCC的曲线图

图8是基于低温漂启动和欠压过压保护复用电路的电源转换器的电路原理示意框图。

主要组件符号说明：

20、300：控制电路

Q1：晶体管

TR1：变压器

D1：二极管

M1~M8：晶体管

15、104：回授单元

R_S、R₁~R₇：电阻器

C1、CT：电容器

Z₁、Z₂：复合管

1000：低温漂启动和欠压过压保护复用电路

1001：电压检测器

2000：脉冲宽度调制器

CTRL：回授端

VCC：供电电压输入端

V_CC：供电电压

SW：切换输出端

V_CTRL：回授电压

V_IN：输入电压

V_O：输出电压

V_S：检流电压

I_S：切换电流

I_CLAMP：嵌位电流

V_SW：开关信号

V_a、V_b、V_c：检测电压

EN、EN_UVLO、EN_ovp：使能逻辑信号

V_CCMIN、V_CCON、V₁、V_ovp：电压阈值

I_CLP：电流阈值。

具体实施方式

下面结合附图及实施例子对本发明做进一步描述。

本实用新型提供一种低温漂启动和欠压过压复用电路，其特征在于：由一过压保护控制器、一电压检测器、一上电及欠压保护控制器依次电性连接组成。具体的，参见图3，图3是本实施例子的低温漂启动和欠压过压保护复用电路的电路连接示意图，图中，所述电压检测器第一输出端与所述的过压保护控制器的输入端连接；所述上电及欠压保护控制器输入端与所述的电压检测器的第二输出端连接；所述上电及欠压保护控制器第一输出端与所述的电压检测器的输入端连接。

所述的电压检测器由第一、二复合管和第一、二电阻以及第一晶体管依照电性连接组成；所述第一、二复合管具有低温漂的击穿阈值电压V_Z，当阴极电位高于阳极V_Z后，该复合管导通，否则截止；所述的上电及欠压保护控制器由第二、三晶体管和第三、四电阻以及反相器依照电性连接组成；所述的过压保护控制器由第四、五、六、七、八晶体管和第五、六、七电阻及一电容器依照电性连接组成。

本实用新型所述的低温漂启动和欠压过压保护复用电路可集成于一集成块中，可大大减小电路的体积及成本。

为了让一般技术人员更好的理解本实用新型，下面我们结合电路对本实用新型的工作原理做进一步的描述：

请继续参见图3，低温漂启动和欠压过压保护复用电路1000由一过压保护控制器、一电压检测器、一上电及欠压保护控制器依照电性连接组成。电压检测器由晶体管M₁、电阻R₁~R₂和复合管Z₁~Z₂组成。上电及欠压保护控制器由晶体管M₂~M₃、电阻R₃~R₄和反相器组成。过压保护控制器由晶体管M₅~M₈、电阻R₅~R₇和电容CT组成。其中V_c和V_b分别为过压保护检测电压和上电及欠压保护检测电压，V_a为嵌位电流检测电压，I_CLAMP为嵌位电流，EN_UVLO和EN_OVP为欠压保护输出逻辑控制信号和过压保护逻辑控制信号，EN_CTL为逻辑控制信号。

该温度敏感度低的启动和欠压过压保护复用电路详细工作工作原理如下：

电压V_OVP>V₁>V_CCON>V_CCMIN，对供电电源V_CC从0到V_OVP过压保护发生再重新返回到0的一个周期工作过程分析：

① 初始时V_CC电压为0，复合管Z₁、Z₂关断V_b=0，M₂和M₃关断，EN_CTL=“1”导致M₁关断， EN_UVLO=“1”欠压保护使能； V_c=0导致M₄~ M₇关断，I_CLAMP=0进而导致M₈关断，EN_OVP=“1”过载保护不使能；

② 当V_CC电压上升超过V_CCON而小于V₁时，V₁>V_CC>V_CCON=2V_THZ+V_THN（其中，V_THN 为N型晶体管导通阈值电压，V_THZ为复合管Z₁、Z₂的单个管子导通阈值电压）导致复合管Z₁、Z₂导通，V_b=V_CC-2V_THZ>V_THN，M₂和M₃导通，EN_CTL=“0”导致M₁导通短路Z₂，那么Z₂关断， EN_UVLO=“0”欠压保护不使能，电路启动上电过程完成； V_c< V_THN导致M₄~ M₇仍然关断，I_CLAMP=0进而导致M₈关断，EN_OVP=“1”过载保护不使能。

③ 当V_CC电压继续上升超过V₁而小于V_OVP时，Z₁导通，Z₂关断，V_b>V_THN，M₂和M₃导通，EN_CTL=“0”导致M₁导通短路Z₂，那么Z₂关断， EN_UVLO=“0”欠压保护不使能； V_c>V_THN导致M₄~M₇导通，0<I_CLAMP<I_CLP，因此，V_a= R₇*I_CLAMP<V_THN进而导致M₈关断，EN_OVP=“1”过载保护不使能；当V_CC≥V_OVP时，Z₁导通，Z₂关断，V_b>V_THN，M₂和M₃导通，EN_CTL=“0”导致M₁导通短路Z₂，那么Z₂关断， EN_UVLO=“0”欠压保护不使能； V_c>V_THN导致M₄~M₇导通，I_CLAMP≥I_CLP，因此，V_a= R₇*I_CLAMP=R₇*I_CLP>V_THN进而导致M₈导通，EN_OVP=“0”过载保护使能，关闭开关电源的驱动输出，保护开关电源。

④ V_CC>V_OVP之后下降过程中，Z₁导通，Z₂关断，当V₁≤V_CC<V_OVP时，V_b>V_THN，M₂和M₃导通，EN_CTL=“0”导致M₁导通短路Z₂，那么Z₂关断， EN_UVLO=“0”欠压保护不使能； V_c>V_THN导致M₄~M₇导通，0<I_CLAMP<I_CLP，因此，V_a= R₇*I_CLAMP<V_THN进而导致M₈关断，EN_OVP=“1”过载保护不使能但对V_CC仍存在嵌位电流的保护；当V_CC<V₁时，V_b>V_THN，M₂和M₃导通，EN_CTL=“0”导致M₁导通短路Z₂，那么Z₂关断， EN_UVLO=“0”欠压保护不使能； V_c<V_THN导致M₄~M₇关断，I_CLAMP=0，因此，V_a= R₇*I_CLAMP=0V<V_THN进而导致M₈关断，EN_OVP=“1”过载保护不使能。

⑤ 在V_CC<V₁之后继续下降过程中，当V_CC<V_CCMIN时，V_b<V_THN，M₂关断，EN_CTL=“1”，M₁、M₃关断，导致Z₂被串接到Z₁与R₁之间，V_CC-V_b<2V_THZ，然后Z₁、Z₂关断，结果V_b=0V；M₃关断导致EN_UVLO=“1”，欠压保护使能； V_c=0V<V_THN导致M₄~ M₇仍然关断，I_CLAMP=0进而导致M₈关断，EN_OVP=“1”过载保护不使能。

⑥ 开关电源供电线VCC工作过程处于①至⑤范围之内动作。

此外，电压检测器1001的实现方式还有其他至少5种实现方式，如图4所示。图4包含了5种实施例（A）~（E），器配合在过压保护控制器以及上电及欠压保护控制器的工作原理与①至⑤动作一致。

图5显示了EN_UVLO与V_CC之间的关系曲线，在V_CC上电过程中，当0≤V_CC<V_CCON时，EN_UVLO=“1”内部电路不工作；当V_CC≥V_CCON时，EN_UVLO=“0”内部电路启动工作。在V_CC高于V_CCON之后的下电过程中，当V_CC≥V_CCMIN时，EN_UVLO=“0”内部电路维持工作；当0≤V_CC<V_CCMIN时，EN_UVLO=“1”欠压保护使能，内部电路不工作；图6显示了I_CLAMP与V_CC之间的关系曲线，当0≤V_CC<V₁时，I_CLAMP=0；当V₁≤V_CC<V_OVP时，0≤I_CLAMP<I_CLP；当V_CC=V_OVP时，I_CLAMP=I_CLP。图7显示了EN_OVP与V_CC之间的关系曲线，当0<V_CC<V_OVP时，EN_OVP=“0”，过压保护不使能；当V_CC>V_OVP时，EN_OVP=“1”,过压保护使能，关断开关电源驱动输出。

综上所述可见，由本实用新型中应用的复合管Z1、Z2具有低温漂特性，因此本实用新型的阈值电压V_OVP、V_CCMIN和V_CCON都具备低温漂特性，该特性应用于开关电源转换器，能够让开关电源转换器应用于高寒高温地区，可适应非常恶略的气温条件。同时电路实现简单，面积小成本低，使用本实用新型的开关电压转换器在市场竞争中更具优势。

这里要说明的是本实用新型尽管以示例方式应用于电源转换器中，但本实用新型本身具有示例以外的更广应用范围。比如复合管或者晶体管可以通过除示例以外的其它方法（例如使用双极晶体管）达到同等信号传输的功效。

请参见图8，图8是基于低温漂启动和欠压过压保护复用电路的电源转换器100，包括一控制电路300藕接于一回授单元104，以产生一开关信号V_SW，该开关信号调节电源转换器的输出信号V_O。该回授单元104藕接于电源转换器的输出V_O，以产生一回授信号V_CTRL。其中，该开关信号V_SW是依照回授信号V_CTRL而变化。一变压器TR1的一开关电流I_S经由电阻R_S被转换成电压信号V_S。该信号V_S被控制电路300接受且据此产生开关信号V_SW。该控制电路300通过内部低温漂启动和欠压过压复用电路1000产生使能逻辑信号EN_UVLO和EN_OVP。EN_UVLO、EN_OVP、V_CTRL、V_S藕接至脉宽调制器2000，经脉宽调制器2000产生频率调变的该开关信号V_SW。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，然而其并不应限定本发明，任何熟悉此领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许改动与替换。因此本发明的保护范围当视后附的专利范围所界定者为准。

Claims

1.一种低温漂启动和欠压过压保护复用电路，其特征在于，包括：

一过压保护控制器；

2.根据权利要求1所述的低温漂启动和欠压过压保护复用电路，其特征在于：所述的电压检测器包括第一、二复合管和第一、二电阻以及第一晶体管；所述第一、二复合管具有低温漂的击穿阈值电压V_Z，当阴极电位高于阳极V_Z后，该复合管导通，否则截止；所述第一复合管的阴极连接供电线；所述第一复合管的阳极和第二复合管的阴极与所述第一晶体管的源极连接；所述第二复合管的阳极、第一电阻的第一端和第一晶体管的漏极与所述电压检测器的第二输出端连接；所述第一电阻的第二端和第二电阻的第一端与所述电压检测器的第一输出端连接；所述第一晶体管的栅极与所述的电压检测器的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的低温漂启动和欠压过压保护复用电路，其特征在于：所述的上电及欠压保护控制器包括第二、三晶体管和第三、四电阻以及反相器；所述第二晶体管的栅极与所述的上电及欠压保护控制器的输入端连接；所述第二晶体管的漏极、第三电阻的第二端和第三晶体管的栅极与所述上电及欠压保护控制器的第一输出端连接；所述第二晶体管的源极和第四电阻的第二端接地；所述第三晶体管的源极和第三电阻的第一端接供电线；所述第三晶体管的漏极、第四电阻的第一端和所述反相器的输入端连接；所述反相器输出端与所述上电及欠压保护控制器的第二输出端连接。

4.根据权利要求1所述的低温漂启动和欠压过压保护复用电路，其特征在于：所述的过压保护控制器包括第四、五、六、七、八晶体管和第五、六、七电阻及一电容器；所述第四晶体管的栅极与所述过压保护控制器的输入端连接；所述第四、五晶体管的漏极与所述第五、六晶体管的栅极连接；所述第六晶体管的漏极、第五电阻的第一端和第七晶体管的栅极与所述电容器的第一端连接；所述电容器的第二端与所述第六电阻器的第一端连接；所述第六电阻器的第二端、第七晶体管的漏极和第五、六晶体管的源极连接供电线；所述第七晶体管的源极和第七电阻的第一端与所述第八晶体管的栅极连接；所述第八晶体管的漏极与所述过压保护控制器的输出端连接；所述第八晶体管的源极和第五、七电阻的第二端接地。

5.根据权利要求1至4所述的低温漂启动和欠压过压保护复用电路，其特征在于：所述的低温漂启动和欠压过压保护复用电路集成于一集成块中。

6.一种应用权利1所述电路的开关电源，包括变压器和一控制电路，其特征在于：所述控制电路藕接一设于变压器输出端的回授单元，以产生一开关信号调节所述变压器的脉冲宽度，所述的控制电路由所述低温漂启动和欠压过压保护复用电路与脉宽调制器藕接组成。

7.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于：所述的控制电路是一由所述低温漂启动和欠压过压保护复用电路与脉宽调制器藕接组成的集成电路。