CN100399664C - 电源电路保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在由于变压器的次级侧绕组的开路或短路而产生的异常状态时中断脉宽调制(PWM)控制器的操作的电源电路保护装置。所述装置包括：变压器；输出单元，用于接收从变压器输出的电压，整流并平滑所接收的电压，并且输出所整流并平滑的电压；PWM控制器，用于接收从输出单元输出的电压，并且输出具有调整的占空因数的PWM信号；电压感测单元，用于感测在变压器的次级侧线圈中感应的电压；阻止单元，用于阻止所感测的电压与第一参考电压之间的干扰；以及比较单元，用于将第一参考电压与第二参考电压进行比较，并且输出确定PWM控制器的开/关操作的信号。

Description

电源电路保护装置
本申请要求于2003年7月4日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请号2003-45407的优先权，在此全文引用作为参考。
技术领域
本发明涉及一种对电子设备供电的开关模式电源(SMPS)，尤其涉及一种在由于变压器的次级侧绕组的开路或短路而产生的异常状态的情况下用于中断脉宽调制(PWM)控制器的操作的电源电路保护装置。
背景技术
通常，使用脉宽调制(PWM)方法的SMPS通过使用PWM控制器来实现电源的初级侧绕组中的线路调整以及电源的次级侧绕组的负载调整，而控制电子设备的电源。
一般来讲，SMPS通过对普通使用的交流(AC)电源直接整流或滤波来获得直流(DC)电源，并且将该DC电压变换成高频方波。
而且，在SMPS将具有方波的电压传导到具有某一绕组比的绝缘变压器之后，SMPS通过对绝缘变压器的次级侧绕组的电压波形整流和滤波而将该电压变换成DC电压。这里，如此SMPS制成，从而控制用于开关的半导体器件的开/关时间，以便将恒定的DC电压提供给负载。
SMPS通过感测来自被PWM控制器控制的开关单元的输出信号的电流来执行线路调整和通过检测电源次级侧上的负载的线圈感应的电压变换来执行负载调整，并且通过将线路调整和负载调整的结果反馈回PWM控制器来补偿电源次级侧线圈的电压。
图1是传统的开关模式电源(SMPS)的方框图。
参考图1，SMPS包括AC输入单元100、整流器101、变压器102、开关单元103、PWM控制器104、电流感测单元105、输出单元106、以及起始驱动单元107。
AC输入单元100将AC电压从外部输入并将该AC电压传导到整流器101。
整流器101将从AC输入单元100传导的AC电压整流成DC电压，并且将该DC电压输出至变压器102的初级侧线圈。
由从开关单元103传导的开关控制信号控制变压器102从整流器101输入DC电压，并且感应变压器102的次级侧线圈中的预定电压。
输出单元106整流并平滑在变压器102的次级侧线圈感应的电压，并且输出预定电压Vout。输出单元106包括整流二极管D1和平滑电容器C2，用于整流和平滑在变压器102的次级侧线圈感应的电压。
开关单元103包括诸如场效应晶体管(FET)的开关元件，并且开关单元103的开/关时间由从PWM控制器104输出的PWM信号来控制。因此，开关单元103通过从PWM控制器104输出的PWM信号来控制变压器102的输出。
电流感测单元105感测开关单元103的输出电流，并且将所感测的电流传导到PWM控制器104。
PWM控制器104接收通过感测从输出单元106输出的电压Vout而产生的电压误差，接收通过电流感测单元105感测的开关单元103的输出电流，并且将具有调整的占空因数的PWM信号输出至开关单元103。
起始驱动单元107通过整流起始AC输入电压来提供用于起始驱动PWM控制器104的驱动电压。
在美国专利No.6510066中公开了SMPS的所述描述。
通常，在等离子显示板(PDP)的电源中，由于作为维持电源(sustain power)提供的高电压和高负载电流，使用两个变压器提供电源，而不是图1所示的一个变压器。然而，在这两个变压器中的一个的电压下降到预定电压以下的情况中，或者在这两个变压器的平衡不匹配的情况中，另一个变压器必须覆盖这两个变压器的容量。
发明内容
本发明的示例性实施例提供一种在由于变压器的次级侧绕组的开路或短路而产生的异常状态时通过中断脉宽调制(PWM)控制器的操作来保护电源电路和外围电路的电源电路保护装置，而不管电源电路所包含的变压器的数量如何。
根据本发明的示例性实施例，所提供的电源电路保护装置包括：由初级侧线圈和多个次级侧线圈组成的变压器，用于在其初级侧线圈接收整流的直流电压，并且在其次级侧线圈中感应不同电压；输出单元，用于接收从变压器的次级侧线圈输出的电压，整流并平滑所接收的电压，并且输出所整流并平滑的电压；PWM控制器，用于接收从输出单元输出的电压，并且输出具有调整的占空因数的PWM信号；电压感测单元，用于感测在变压器的次级侧线圈中感应的电压；阻止单元，用于阻止在电压感测单元中感测的电压与第一参考电压之间的电压干扰；以及比较单元，用于将第一参考电压与第二参考电压进行比较，并且输出用于确定PWM控制器的开/关操作的信号。
在本发明的另一个示例性实施例中，所述电压感测单元包括多于一个用于电压检测的整流二极管，所述二极管的正极端连接到变压器的次级侧线圈，所述二极管整流从变压器的次级侧线圈接收的电压，并且所述电压感测单元使用分压电路对从整流二极管的负极端输出的整流的电压进行分压，并且输出所整流并分压的电压作为感测电压。
在本发明的另一个示例性实施例中，所述阻止单元包括二极管，其正极端连接到第一参考电压端，其负极端连接到电压感测单元的相应的输出电压端。
在本发明的另一个示例性实施例中，所述阻止单元的二极管的数目与电压感测单元的输出电压的数目相同。
在本发明的另一个示例性实施例中，当第一参考电压比电压感测单元中感测的电压大预定数量时，所述比较单元输出比较结果信号用以中止PWM控制器的操作。
附图说明
从以下结合附图的本发明的详细示例性实施例的描述中，本发明的上述和其他特征和优点将变得更加明显，其中：
图1是传统开关模式电源(SMPS)的方框图；
图2是根据本发明实施例的电源电路保护装置的方框图；和
图3是根据本发明另一个实施例的电源电路保护装置的方框图。
具体实施方式
在下文，将参考附图来详细描述本发明的示意性的非限制的实施例。
图2是根据本发明实施例的电源电路保护装置的方框图。
参考图2，所述装置包括AC输入单元200、整流器201、变压器202、开关单元203、PWM控制器204、电流感测单元205、起始驱动单元206、输出单元207和208、电压感测单元209、阻止单元210、以及比较单元211。
参考图2，现在将详细描述本发明的示例性实施例。
AC输入单元200从外部输入AC电压，并且将该AC电压传导到整流器201。
整流器201将从AC输入单元200传导的AC电压整流成DC电压，并且将该DC电压输出至变压器202的初级侧线圈。
由从开关单元203传导的开关控制信号控制变压器202从整流器201输入DC电压，并且感应变压器202的次级侧线圈中的预定电压。
输出单元207和208整流并平滑在变压器202的次级侧线圈感应的电压，并且输出预定电压VA和VB。输出单元207和208包括整流二极管D5和D6以及平滑电容器C3和C4，用于整流和平滑在变压器202的次级侧线圈感应的电压。
开关单元203包括诸如FET的开关元件Q1，并且开关单元203的开/关时间由从PWM控制器204输出的PWM信号来控制。因此，开关单元203响应于从PWM控制器204输出的PWM信号来控制变压器202的输出。
电流感测单元205感测开关单元203的输出电流，并且将所感测的电流传导到PWM控制器204。
PWM控制器204接收通过感测从输出单元207和208输出的电压VA和VB而产生的电压误差，接收通过电流感测单元205感测的开关单元203的输出电流，并且将具有调整的占空因数的PWM信号输出至开关单元203。
起始驱动单元206通过整流起始AC输入电压来提供用于起始驱动PWM控制器204的驱动电压。
电压感测单元209感测变压器202的次级侧线圈中感应的电压。电压感测单元209包括用于电压检测的第一和第二整流二极管D1和D2、分压电阻R6-R9、以及电容器C5和C6。用于电压检测的第一和第二整流二极管D1和D2的正极端连接到变压器202的次级侧线圈的相对端。从用于电压检测的第一整流二极管D1的负极端输出的整流电压被电阻R6和R7分压，并且该分压的电压被输出作为第一检测电压。从用于电压检测的第二整流二极管D2的负极端输出的整流电压被电阻R8和R9分压，并且该分压的电压被输出作为第二检测电压。
阻止单元210阻止从电压感测单元209输出的第一和第二检测电压与第一参考电压Vref1之间的干扰。阻止单元210包括第三和第四阻止二极管D3和D4，阻止二极管的数目与用于电压检测的整流二极管的数目相同。第三阻止二极管D3的正极端连接到第一参考电压Vref1端，第三阻止二极管D3的负极端连接到电压感测单元209中的用于电压检测的第一整流二极管D1的输出端。第四阻止二极管D4的正极端连接到第一参考电压Vref1端，第四阻止二极管D4的负极端连接到电压感测单元209中的用于电压检测的第二整流二极管D2的输出端。设置第一参考电压Vref1，从而第三和第四阻止二极管D3和D4的正极电压大于其负极电压。
比较单元211将第一参考电压Vref1和第二参考电压Vref2进行比较，并且使用比较结果来输出系统控制信号。具体的，在本发明中，PWM控制器204的开/关操作由比较单元211的输出信号来确定。比较单元211包括用于比较通过电阻R11和电容器C7输入的第一参考电压Vref1和第二参考电压Vref2的比较器。
当连接到变压器202的次级侧线圈的用于电压检测的第一或第二整流二极管D1或D2损坏时，即，当变压器202的次级侧线圈中感应的两个电压中的至少一个下降时，不传导与用于电压检测的第一或第二整流二极管D1或D2连接的电压，或者在用于电压检测的第一或第二整流二极管D1或D2的负极感应低电压。随后，第三或第四阻止二极管D3或D4被正向偏置，并且通过该第三或第四阻止二极管D3或D4来传递第一参考电压Vref1。也就是，第一参考电压Vref1下降到预定值以下。然后，将下降到预定值以下的第一参考电压Vref1输入至比较器的第一输入端，将第二参考电压Vref2输入至比较器的第二输入端。比较器输出比较结果作为系统控制信号。在本发明中，当Vref1小于Vref2时，比较器输出该系统控制信号来中断PWM控制器204的操作。
当连接到变压器202的次级侧线圈的用于电压检测的第一和第二整流二极管D1和D2中没有产生异常状态时，即，当变压器202的次级侧线圈中感应的电压不下降时，在用于电压检测的第一和第二整流二极管D1和D2中检测的电压都大于第一参考电压Vref1。随后，第三和第四阻止二极管D3和D4不正向偏置，并且第一参考电压Vref1保持其当前值。随后，将第一参考电压Vref1输入至比较器的第一输入端，并且将第二参考电压Vref2输入至比较器的第二输入端。比较器输出比较结果作为系统控制信号。在本发明中，当Vref1等于或大于Vref2时，比较器输出该系统控制信号，从而继续PWM控制器204的操作。
图3是根据本发明另一个实施例的电源电路保护装置的方框图。
参考图3，所述装置包括AC输入单元300、整流器301、变压器302、开关单元303、PWM控制器304、电流感测单元305、起始驱动单元306、输出单元307-310、电压感测单元311、阻止单元312、以及比较单元313。
参考图3，现在将详细描述本发明的另一个示例性实施例。
AC输入单元300从外部输入AC电压，并且将该AC电压传导到整流器301。
整流器301将从AC输入单元300传导的AC电压整流成DC电压，并且将该DC电压输出至变压器302的初级侧线圈。
由从开关单元303传导的开关控制信号控制变压器302从整流器301输入DC电压，并且感应变压器302的次级侧线圈中的多于一个的预定电压。与图2的变压器202不同，图3的变压器302包括两个变压器。
输出单元307-310整流并平滑在变压器302的次级侧线圈感应的电压，并且输出预定电压VA和VB、以及VC和VD。输出单元307-310包括整流二极管D9-D12以及平滑电容器C3-C6，用于整流和平滑在变压器302的次级侧线圈感应的电压。
开关单元303包括诸如FET的开关元件Q1，并且开关单元303的开/关时间由从PWM控制器304输出的PWM信号来控制。因此，开关单元303响应于从PWM控制器304输出的PWM信号来控制变压器302的输出。
电流感测单元305感测开关单元303的输出电流，并且将所感测的电流传导至PWM控制器304。
PWM控制器304接收通过感测从输出单元307-310输出的电压VA和VB、以及VC和VD而产生的电压误差，接收通过电流感测单元305感测的开关单元303的输出电流，并且将具有调整的占空因数的PWM信号输出至开关单元303。
起始驱动单元306通过整流起始AC输入电压来提供用于PWM控制器304的初始驱动的驱动电压，用以起始驱动PWM控制器304。
电压感测单元311感测变压器302的次级侧线圈中感应的电压。电压感测单元311包括用于电压检测的第一至第四整流二极管D1-D4、分压电阻R6-R13、以及电容器C7和C10。用于电压检测的第一至第四整流二极管D1-D4的正极端连接到变压器302的次级侧线圈的相对端。从用于电压检测的第一整流二极管D1的负极端输出的整流电压被电阻R6和R7分压，并且该分压的电压被输出作为第一检测电压。从用于电压检测的第二整流二极管D2的负极端输出的整流电压被电阻R8和R9分压，并且该分压的电压被输出作为第二检测电压。从用于电压检测的第三整流二极管D3的负极端输出的整流电压被电阻R10和R11分压，并且该分压的电压被输出作为第三检测电压。从用于电压检测的第四整流二极管D4的负极端输出的整流电压被电阻R12和R13分压，并且该分压的电压被输出作为第四检测电压。
阻止单元312阻止从电压感测单元311输出的第一至第四检测电压与第一参考电压Vref1之间的干扰。阻止单元312包括第五至第八阻止二极管D5-D8，阻止二极管的数目与用于电压检测的整流二极管的数目相同。第五阻止二极管D5的正极端连接到第一参考电压Vref1端，第五阻止二极管D5的负极端连接到电压感测单元311中的用于电压检测的第一整流二极管D1的输出端。第六阻止二极管D6的正极端连接到第一参考电压Vref1端，并且第六阻止二极管D6的负极端连接到电压感测单元311中的用于电压检测的第二整流二极管D2的输出端。第七阻止二极管D7的正极端连接到第一参考电压Vref1端，并且第七阻止二极管D7的负极端连接到电压感测单元311中的用于电压检测的第三整流二极管D3的输出端。第八阻止二极管D8的正极端连接到第一参考电压Vref1端，并且第八阻止二极管D8的负极端连接到电压感测单元311中的用于电压检测的第四整流二极管D4的输出端。设置第一参考电压Vref1，从而第五至第八阻止二极管D5-D8的正极电压大于其负极电压。
比较单元313将第一参考电压Vref1与第二参考电压Vref2进行比较，并且输出比较结果作为系统控制信号。具体的，在本发明中，PWM控制器304的开/关操作由比较单元313的输出信号来确定。比较单元313包括用于比较通过电阻R15和电容器C11输入的第一参考电压Vref1和第二参考电压Vref2的比较器。
当连接到变压器302的次级侧线圈的用于电压检测的第一至第四整流二极管D1-D4中的至少一个二极管(例如D1)损坏时，即，当变压器302的次级侧线圈中感应的四个电压中的至少一个下降时，不传导与用于电压检测的第一整流二极管D1连接的电压，或者在第一整流二极管D1的负极感应低电压。随后，第五阻止二极管D5被正向偏置，并且通过该第五阻止二极管D5来传递第一参考电压Vref1。也就是，第一参考电压Vref1下降到预定值以下。然后，将下降到预定值以下的第一参考电压Vref1输入至比较器的第一输入端，将第二参考电压Vref2输入至比较器的第二输入端。比较器输出比较结果作为系统控制信号。在本发明中，比较器输出该系统控制信号来中断PWM控制器304的操作。
当连接到变压器302的次级侧线圈的用于电压检测的第一至第四整流二极管D1-D4中没有一个被损坏时，即，当变压器302的次级侧线圈中感应的电压不下降时，在用于电压检测的第一至第四整流二极管D1-D4中检测的每个电压都大于第一参考电压Vref1。随后，第五至第八阻止二极管D5-D8不正向偏置，并且第一参考电压Vref1保持当前值。随后，将第一参考电压Vref1输入至比较器的第一输入端，并且将第二参考电压Vref2输入至比较器的第二输入端。比较器输出比较结果作为系统控制信号。在本发明中，比较器输出该系统控制信号，从而继续PWM控制器304的操作。
如上所述，在由于变压器的次级侧绕组的开路或短路引起的异常状态的情况下，根据本发明的电源电路保护装置可以通过中断脉宽调制(PWM)控制器的操作来保护电源电路和外围电路，而不管电源电路所包含的变压器的数量如何。
虽然已经参考本发明的示例性实施例特别示出和描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，在不背离由所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下可以在其中做出形式和细节上的各种变化。

Claims (5)

1.一种电源电路保护装置，包括：
由初级侧线圈和多个次级侧线圈组成的变压器，所述变压器在所述初级侧线圈接收整流的直流电压，并且在次级侧线圈中感应不同的电压；
输出单元，用于接收从变压器的次级侧线圈输出的电压，整流并平滑所接收的电压，并且输出所整流并平滑的电压；
脉宽调制控制器，用于接收从输出单元输出的电压，并且输出具有调整的占空因数的脉宽调制信号；
电压感测单元，用于感测在变压器的次级侧线圈中感应的电压；
阻止单元，用于阻止在电压感测单元中感测的电压与第一参考电压之间的电压干扰；以及
比较单元，用于将第一参考电压与第二参考电压进行比较，并且输出确定脉宽调制控制器的开/关操作的信号。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述电压感测单元包括多于一个用于电压检测的整流二极管，所述二极管的正极端连接到变压器的次级侧线圈，所述二极管整流从变压器的次级侧线圈接收的电压，并且所述电压感测单元使用电阻分压电路对从整流二极管的负极端输出的整流的电压进行分压，并且输出所整流并分压的电压作为感测电压。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述阻止单元包括二极管，该二极管正极端连接到第一参考电压端，其负极端连接到电压感测单元的相应的输出电压端。
4.如权利要求3所述的装置，其中所述阻止单元的二极管的数目与电压感测单元的输出电压的数目相同。
5.如权利要求1所述的装置，其中当第一参考电压比电压感测单元中感测的任一个电压大预定数量时，所述比较单元输出比较结果信号用以中止脉宽调制控制器的操作。
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