TWM566429U - Input overvoltage/undervoltage protection circuit - Google Patents

Abstract

公開了一種輸入過壓/欠壓保護電路，包括交流整流電路、電磁干擾濾波電路、啟動電路、供電電路、回饋電路、電流感測電路、控制電路、變壓器、輸出整流濾波電路。電磁干擾濾波電路的第二端子接參考地，第三端子與啟動電路的第一端子和變壓器的一次繞組的第一端子連接；啟動電路的第二端子與供電電路的第一端子和控制電路的第一端子連接；供電電路的第二端子與變壓器的輔助繞組的第一端子和回饋電路的第一端子連接，第三端子接參考地；回饋電路的第二端子與控制電路的第三端子連接，第三端子接參考地；電流感測電路的第一端子與控制電路的第四端子連接，第二端子接參考地；控制電路的第二端子接參考地，第五端子與變壓器的一次繞組的第二端子連接。

Description

輸入過壓/欠壓保護電路

本創作涉及電路領域，尤其涉及一種輸入過壓/欠壓保護電路。

通常，電網電壓的異常波動很容易引起充電器和適配器中的元器件的損壞。在傳統的充電器和適配器中，一般通過在控制晶片上增加一個晶片管腳來實現輸入電壓的過壓和欠壓保護功能(即，輸入過壓/欠壓保護功能)，但是這會導致晶片管腳數量增加，尤其是在集成功率開關的產品中，將導致能散熱的晶片管腳數量減少，最大輸出功率降低。

鑒於以上所述的一個或多個問題，本創作提供了一種新穎的輸入過壓/欠壓保護電路。

根據本創作實施例的輸入過壓/欠壓保護電路，包括交流整流電路、電磁干擾濾波電路、啟動電路、供電電路、回饋電路、電流感測電路、控制電路、變壓器、以及輸出整流濾波電路，其中：交流整流電路的第一端子和第二端子用於分別與交流電源的兩端連接，第三端子和第四端子分別與電磁干擾濾波電路的第一端子和第二端子連接；電磁干擾濾波電路的第二端子接參考地，第三端子與啟動電路的第一端子和變壓器的一次繞組的第一端子連接；啟動電路的第二端子與供電電路的第一端子和控制電路的第一端子連接；供電電路的第二端子與變壓器的輔助繞組的第一端子和回饋電路的第一端子連接，第三端子接參考地；回饋電路的第二端子與控制電路的第三端子連接，第三端子接參考地；電流感測電路的第一端子與控制電路的第四端子連接，第二端子接參考地；控制電路的第二 端子接參考地，第五端子與變壓器的一次繞組的第二端子連接；變壓器的輔助繞組的第二端子接參考地，二次繞組的第一端子和第二端子分別與輸出整流濾波電路的第一端子和第二端子連接，並且二次繞組的第二端子接地。

在一些實施例中，控制電路是包括以下功能腳的控制晶片：供電腳，即控制電路的第一端子，用於為控制電路供電；接地腳，即控制電路的第二端子；回饋控制腳，即控制電路的第三端子，用於實現輸入過壓/欠壓保護功能、輸出過壓保護功能、輸出恒壓控制功能、以及輸出恒流控制功能；電流感測腳，即控制電路的第四端子，用於採集輸入過壓/欠壓保護電路的輸出電流資訊；以及功率開關汲極腳，即控制電路的第五端子，用於控制控制晶片內部的功率開關的導通與關斷。

在一些實施例中，回饋控制腳在功率開關導通期間，通過感測流過回饋電路的第一端子和第二端子之間的電路部分的電流採集輸入過壓/欠壓保護電路的輸入電壓資訊，來實現輸入過壓/欠壓保護功能；回饋控制腳在變壓器的退磁時間內，通過控制電路內部的取樣電路採集輸入過壓/欠壓保護電路的輸出電壓資訊，來實現輸出恒壓控制功能；回饋控制腳通過感測與變壓器的退磁時間相對應的退磁脈寬的上升沿和下降沿，來實現輸出恒流控制功能；和/或回饋控制腳通過控制電路內部的取樣電路採集輸入過壓/欠壓保護電路的輸出電壓資訊，來實現輸出過壓保護功能。

在一些實施例中，上述輸入過壓/欠壓保護電路還包括：吸收電路，其第一端子和第二端子分別與變壓器的一次繞組的第一端子和第二端子連接；啟動電路包括啟動電阻；供電電路包括整流二極體和濾波電容；和/或回饋電路包括回饋電阻，電流感測電路包括電流感測電阻。

根據本創作實施例的輸入過壓/欠壓保護電路，採用一次控制方案，在不增加晶片管腳數量的前提下，通過晶片管腳的複用來實現輸入電壓的過壓/欠壓保護功能，節省了系統成本，同時可以直接替代傳統的輸入過壓/欠壓保護電路，從而可以節省客戶設計和認證流程。

202‧‧‧交流整流電路

202-1‧‧‧交流整流電路的第一端子

202-2‧‧‧交流整流電路的第二端子

202-3‧‧‧交流整流電路的第三端子

202-4‧‧‧交流整流電路的第四端子

204‧‧‧電磁干擾濾波電路

204-1‧‧‧電磁干擾濾波電路的第一端子

204-2‧‧‧電磁干擾濾波電路的第二端子

204-3‧‧‧電磁干擾濾波電路的第三端子

206‧‧‧啟動電路

206-1‧‧‧啟動電路的第一端子

206-2‧‧‧啟動電路的第二端子

208‧‧‧供電電路

208-1‧‧‧供電電路的第一端子

208-2‧‧‧供電電路的第二端子

208-3‧‧‧供電電路的第三端子

R1‧‧‧ESD放電電阻

R2‧‧‧啟動電阻

R3‧‧‧補償電阻

210‧‧‧回饋電路

210-1‧‧‧回饋電路的第一端子

210-2‧‧‧回饋電路的第二端子

210-3‧‧‧回饋電路的第三端子

212‧‧‧電流感測電路

212-1‧‧‧電流感測電路的第一端子

212-2‧‧‧電流感測電路的第二端子

214‧‧‧控制電路

216‧‧‧吸收電路

216-1‧‧‧吸收電路的第一端子

216-2‧‧‧吸收電路的第二端子

218‧‧‧變壓器

220‧‧‧輸出整流濾波電路

220-1‧‧‧輸出整流濾波電路的第一端子

220-2‧‧‧輸出整流濾波電路的第二端子

N_P‧‧‧一次繞組

N_S‧‧‧二次繞組

N_AUX‧‧‧輔助繞組

DC Bulk‧‧‧直流電壓

R4‧‧‧補償電阻

Rs‧‧‧感測電阻

RL‧‧‧負載

A、B、C、D、E、F、G、H‧‧‧管腳

U1‧‧‧控制晶片

V_O‧‧‧輸出電壓

C_O‧‧‧輸出電容

從下面結合附圖對本創作的具體實施方式的描述中可以更好地理解本創作，其中：第1圖示出了傳統的輸入過壓/欠壓保護電路的電路原理圖；第2圖示出了根據本創作實施例的輸入過壓/欠壓保護電路的電路原理圖；第3A至3D圖示出了第2圖中所示的EMI濾波電路的各種接法；第4A至4D圖示出了第2圖中所示的供電電路的各種接法；第5圖示出了第2圖中所示的控制電路的回饋控制腳的複合功能框圖；第6A至6G圖示出了第2圖中所示的吸收電路的各種接法；第7A和7B圖示出了第2圖中所示的輸出整流濾波電路的各種接法。

下面將詳細描述本創作的各個方面的特徵和示例性實施例。在下面的詳細描述中，提出了許多具體細節，以便提供對本創作的全面理解。但是，對於本領域技術人員來說很明顯的是，本創作可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本創作的示例來提供對本創作的更好的理解。本創作決不限於下面所提出的任何具體配置，而是在不脫離本創作的精神的前提下覆蓋了元素和部件的任何修改、替換和改進。在附圖和下面的描述中，沒有示出公知的結構和技術，以便避免對本創作造成不必要的模糊。

第1圖示出了傳統的輸入過壓/欠壓保護電路的電路原理圖。在第1圖所示的輸入過壓/欠壓保護電路中，利用傳統的輸入電壓的過壓和欠壓感測方式來感測輸入電壓的過壓和欠壓，通過電阻分壓的方式採集輸入電壓資訊，並通過控制晶片的專門引腳來實現輸入電壓的過壓和欠壓保護。

第2圖示出了根據本創作實施例的輸入過壓/欠壓保護電路的電路原理圖。如第2圖所示，根據本創作實施例的輸入過壓/欠壓保護電路200包括交流整流電路202、電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)濾波電路204、啟動電路206、供電電路208、回饋電路210、電流感測電路212、控制電路214、吸收電路216、變壓器218、以及輸出整流濾波電路220，它們的連接關係如下：交流整流電路202具有四個端子202-1至202-4，其中：第一端子202-1和第二端子202-2用於分別與交流電源的兩端連接，第三端子202-3與電磁干擾濾波電路204的第一端子204-1連接，第四端子202-4與電磁干擾濾波電路204的第二端子204-2連接，即，第三端子202-3和第四端子202-4分別與電磁干擾濾波電路204的第一端子204-1和第二端子204-2連接；電磁干擾濾波電路204具有三個端子204-1至204-3，其中：第一端子204-1與交流整流電路202的第三端子202-3連接，第二端子204-2與交流整流電路202的第四端子202-4連接並且接參考地，第三端子204-3與啟動電路206的第一端子206-1和變壓器218的一次繞組N_P的第一端子連接；啟動電路206具有兩個端子206-1和206-2，其中：第一端子206-1與電磁干擾濾波電路204的第三端子204-3和變壓器218的一次繞組N_P的第一端子連接，第二端子206-2與供電電路208的第一端子208-1和控制電路214的第一端子(即，管腳A)連接；供電電路208具有三個端子208-1至208-3，其中：第一端子208-1與啟動電路206的第二端子206-2和控制電路214的第一端子(即，管腳A)連接，第二端子208-2與變壓器218的輔助繞組N_AUX的第一端子和回饋電路210的第一端子210-1連接，第三端子208-3接參考地；回饋電路210具有三個端子210-1至210-3，其中：第一 端子210-1與供電電路208的第二端子208-2和變壓器218的輔助繞組N_AUX的第一端子連接，第二端子210-2與控制電路214的第三端子(即，管腳C)連接，第三端子210-3接參考地；電流感測電路212具有兩個端子212-1至212-2，其中：第一端子212-1與控制電路214的第四端子(即，管腳D)連接，第二端子212-2接參考地；控制電路214具有五個端子，即管腳A至D以及相互短接的管腳E至H，其中：第一端子與啟動電路206的第二端子206-2和供電電路208的第一端子208-1連接，第二端子接參考地，第三端子與回饋電路210的第二端子210-2連接，第四端子與電流感測電路212的第一端子212-1連接，第五端子與變壓器218的一次繞組N_P的第二端子連接；吸收電路216具有兩個端子216-1和216-2，其中：第一端子216-1與一次繞組N_P的第一端子、電磁干擾濾波電路204的第三端子204-3、和啟動電路206的第一端子206-1連接，第二端子216-2與一次繞組N_P的第二端子和控制電路214的第五端子連接；變壓器218具有一次繞組N_P、輔助繞組N_AUX、以及二次繞組N_S，其中，一次繞組N_P的第一端子與電磁干擾濾波電路204的第三端子204-3和啟動電路206的第一端子206-1連接，一次繞組N_P的第二端子與控制電路214的第五端子連接，輔助繞組N_AUX的第一端子與供電電路208的第二端子208-2和回饋電路210的第一端子208-1連接，輔助繞組N_AUX的第二端子接參考地，二次繞組N_S的第一端子和第二端子分別與輸出整流濾波電路220的第一端子220-1和第二端子220-2連接；輸出整流濾波電路220具有兩個端子220-1和220-2，其中：第一端子220-1與變壓器218的二次繞組N_S的第一端子連接，第二端子220-2與二次繞組N_S的第二端子連接並且接地。

在第2圖所示的實施例中，交流整流電路202包括保險絲(FUSE)和整流二極體，主要作用是對交流電壓進行整流。這裡，整 流二極體的數量可以是最少一個、最多八個，保險絲也可以用保險絲電阻、繞線電阻、或電感代替。

在第2圖所示的實施例中，電磁干擾濾波電路204包括電感、高壓電解電容、以及靜電釋放(Electrostatic Discharge,ESD)放電電阻，主要作用是抑制電磁干擾和整流後濾波。這裡，依不同應用，可以有兩個電感，也可以用一個共模電感；高壓電解電容也可以只用一個；ESD放電電阻R1在有些場合也可以不用。第3A至3D圖示出了電磁干擾濾波電路的各種接法，R1為ESD放電電阻，可以串聯或並聯以達到所需的阻值也可以取消。

在第2圖所示的實施例中，啟動電路206包括啟動電阻，主要作用是為控制電路214提供啟動電流。這裡，交流整流電路202和電磁干擾濾波電路204對交流電壓進行整流濾波得到的直流電壓(DC Bulk)通過啟動電阻給控制電路214的供電腳供電。

在第2圖所示的實施例中，供電電路208包括整流二極體和濾波電容，主要作用是為控制電路214提供供電電壓。當控制電路214啟動時，由啟動電路206為控制電路214提供啟動電流；當控制電路214工作時，由供電電路208為控制電路214提供供電電壓。這裡，變壓器218的輔助繞組N_AUX上的感應電壓經整流二極體和電容濾波形成供電電壓，為控制電路214供電。第4A至4D圖示出了供電電路的各種接法。

在第2圖所示的實施例中，回饋電路210包括取樣電阻，主要作用是將變壓器218的輔助繞組N_AUX按比例感應變壓器218的一次繞組N_P的電壓得到的交流電壓回饋到控制電路214。從原理上看沒有光耦及次級基準穩壓器，從而大幅降低了成本。取樣電阻可以通過串聯或並聯的方式達到所需要的阻值。

在第2圖所示的實施例中，電流感測電路212包括電流感測電阻，與控制電路214相連，可以通過調整電流感測電阻的大小來調整輸出電流。

在第2圖所示的實施例中，控制電路214包括基於一次回饋的脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)控制的功率開關(例如，使用SOP7/8封裝的功率開關)及必要的週邊輔助器件，可以被實現為例如，OB25133/6B/D或類似功能的控制晶片。例如，控制電路214可以是具有以下5只功能腳的控制晶片：供電腳(即，管腳A)，用於為控制晶片供電，通過供電電路208中的A、B兩點間的整流濾波電路與變壓器218的輔助繞組相連。

接地腳(即，管腳B)。

回饋控制腳(即，管腳C)，其是一個多功能腳。

第5圖示出了回饋控制腳的複合功能框圖。如第5圖所示，該回饋控制腳可以實現以下5個功能：輸入電壓的過壓保護功能：在功率開關導通期間，該功能腳被鉗位到接近零伏；當輸入電壓不同時，在功率開關的導通時間內流過回饋電路210的第一端子和第二端子之間的電路部分(例如，實現回饋電路210的分壓電阻中的上電阻)的電流不同，通過感測該電流的大小，可以採集輸入電壓資訊，從而實現輸入電壓的過壓保護功能；輸入電壓的欠壓保護功能：當輸入電壓不同時，在功率開關導通期間內流過回饋電路210的第一端子和第二端子之間的電路部分(例如，實現回饋電路210的分壓電阻中的上電阻)的電流不同，通過感測該電流的大小，可以採集輸入電壓資訊，從而實現輸入電壓的欠壓保護功能；輸出電壓的回饋感測功能：在變壓器218的退磁時間內，通過控制晶片內部的取樣電路取樣平臺電壓，該平臺電壓和輸入過壓/欠壓保護電路200的輸出電壓成比例關係，通過控制該平臺電壓可以實現輸出電壓的恒壓(Constant Voltage,CV)控制；退磁脈寬感測功能：通過感測與變壓器218的退磁時間相對應的退磁脈寬的上升沿和下降沿，實現輸出電流的恒流(CC)控制； 輸出電壓的過壓保護功能：回饋電路210可以採集輸出電壓資訊，通過邏輯控制可以實現輸出電壓的過壓保護功能。

電流感測腳(即，管腳D)，和電流感測電路212連接。

功率開關汲極腳(即，管腳E/F/G/H)，連接變壓器218的一次繞組，通過控制電路內部控制，實現功率開關的導通和關斷。

在第2圖所示的實施例中，吸收電路216包括電阻、電容、和二極體。在實際應用電路中，根據不同的系統要求，該電路可以變化。例如，該電路依不同市場要求可以完全取消從而進一步降低成本。第6A至6G圖示出了吸收電路的各種接法。

在第2圖所示的實施例中，輸出整流濾波電路220包括輸出整流二極體和濾波電容兩個主要部分，針對不同的輸出紋波要求，輸出濾波電路可以增加π型濾波電路或者共模濾波電路。第7A和7B圖示出了輸出整流濾波電路的各種接法。

如上所述，根據本創作實施例的輸入過壓/欠壓保護電路，採用一次控制方案，在不增加晶片管腳數量的前提下，通過晶片管腳的複用來實現輸入電壓的過壓/欠壓保護功能，節省了系統成本，同時可以直接替代傳統的輸入過壓/欠壓保護電路，從而可以節省客戶設計和認證流程。

本創作可以以其他的具體形式實現，而不脫離其精神和本質特徵。因此，當前的實施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本創作的範圍由所附申請專利範圍而非上述描述定義，並且，落入申請專利範圍的含義和等同物的範圍內的全部改變從而都被包括在本創作的範圍之中。

Claims (10)

1. 一種輸入過壓/欠壓保護電路，包括交流整流電路、電磁干擾濾波電路、啟動電路、供電電路、回饋電路、電流感測電路、控制電路、變壓器、以及輸出整流濾波電路，其中：所述交流整流電路的第一端子和第二端子用於分別與交流電源的兩端連接，第三端子和第四端子分別與所述電磁干擾濾波電路的第一端子和第二端子連接；所述電磁干擾濾波電路的第二端子接參考地，第三端子與所述啟動電路的第一端子和所述變壓器的一次繞組的第一端子連接；所述啟動電路的第二端子與所述供電電路的第一端子和所述控制電路的第一端子連接；所述供電電路的第二端子與所述變壓器的輔助繞組的第一端子和所述回饋電路的第一端子連接，第三端子接參考地；所述回饋電路的第二端子與所述控制電路的第三端子連接，第三端子接參考地；所述電流感測電路的第一端子與所述控制電路的第四端子連接，第二端子接參考地；所述控制電路的第二端子接參考地，第五端子與所述變壓器的一次繞組的第二端子連接；所述變壓器的輔助繞組的第二端子接參考地，二次繞組的第一端子和第二端子分別與所述輸出整流濾波電路的第一端子和第二端子連接，並且所述二次繞組的第二端子接地。
2. 如申請專利範圍第1項所述的輸入過壓/欠壓保護電路，其中，所述控制電路是包括以下功能腳的控制晶片：供電腳，即所述控制電路的第一端子，用於為所述控制電路供電；接地腳，即所述控制電路的第二端子； 回饋控制腳，即所述控制電路的第三端子，用於實現輸入過壓/欠壓保護功能、輸出過壓保護功能、輸出恒壓控制功能、及輸出恒流控制功能；電流感測腳，即所述控制電路的第四端子，用於採集所述輸入過壓/欠壓保護電路的輸出電流資訊；以及功率開關汲極腳，即所述控制電路的第五端子，用於控制所述控制晶片內部的功率開關的導通與關斷。
3. 如申請專利範圍第2項所述的輸入過壓/欠壓保護電路，其中，所述回饋控制腳在所述功率開關導通期間，通過感測流過所述回饋電路的第一端子和第二端子之間的電路部分的電流採集所述輸入過壓/欠壓保護電路的輸入電壓資訊，來實現輸入過壓/欠壓保護功能。
4. 如申請專利範圍第2項所述的輸入過壓/欠壓保護電路，其中，所述回饋控制腳在所述變壓器的退磁時間內，通過所述控制電路內部的取樣電路採集所述輸入過壓/欠壓保護電路的輸出電壓資訊，來實現輸出恒壓控制功能。
5. 如申請專利範圍第2項所述的輸入過壓/欠壓保護電路，其中，所述回饋控制腳通過感測與所述變壓器的退磁時間相對應的退磁脈寬的上升沿和下降沿，來實現輸出恒流控制功能。
6. 如申請專利範圍第2項所述的輸入過壓/欠壓保護電路，其中，所述回饋控制腳通過所述控制電路內部的取樣電路採集所述輸入過壓/欠壓保護電路的輸出電壓資訊，來實現輸出過壓保護功能。
7. 如申請專利範圍第1項所述的輸入過壓/欠壓保護電路，還包括：吸收電路，其第一端子和第二端子分別與所述變壓器的一次繞組的第一端子和第二端子連接。
8. 如申請專利範圍第1項所述的輸入過壓/欠壓保護電路，其中，所述啟動電路包括啟動電阻。
9. 如申請專利範圍第1項所述的輸入過壓/欠壓保護電路，其中，所述供電電路包括整流二極體和濾波電容。
10. 如申請專利範圍第1項所述的輸入過壓/欠壓保護電路，其中，所述回饋電路包括回饋電阻，所述電流感測電路包括電流感測電阻。