CN101051743B - 反激式拓扑电源中变压器的过温保护电路 - Google Patents
反激式拓扑电源中变压器的过温保护电路 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了反激式拓扑电源中变压器的过温保护电路，涉及反激式拓扑电源的保护技术领域。该方法包括：电压检测电路对变压器自供电绕组两端的电压值进行检测；电压检测电路判断检测的电压值与预设电压值的大小，若检测的电压值大于预设电压值，电压检测电路向PWM控制电路输出过压信号；PWM控制电路在收到所述过压信号后，停止向变压器原边电路输出PWM控制信号，变压器原边电路对变压器原、副边进行保护。该电路包括变压器原边电路、由原、副边绕组及自供电绕组组成的变压器和PWM控制电路，还包括电压检测电路。本发明能够提高变压器的过温保护可靠性。
Description
[技术领域]
本发明涉及反激式拓扑电源的保护技术领域，特别涉及反激式拓扑电源中变压器的过温保护电路。
[背景技术]
在反激式拓扑电源中，现有的安规过温保护电路，主要是通过检测变压器或功率器件、散热器等来判断温度是否过高，如果过高则采取保护措施对电路进行保护。例如：在做UL，TUV等安规认证时，都会对变压器副边所有绕组和整流二极管进行短路测试，此时所测试变压器温度不能超过设计安规的等级，如果超过，将判为不合格。现有技术中，通常的做法是加入温度探头，测量变压器或者主开关管等的温度，当温度超过一定限制时，过温保护电路动作对电路进行保护。由于这种保护方式元器件较多、对电源的热冲击较大、成本也较高(相应器件较多)，可靠性不高，容易受到外界环境的影响，特别是温度探头的位置以及接触状态都会对温度保护产生影响。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供反激式拓扑电源中变压器的过温保护电路，提高变压器的过温保护可靠性。
本发明的技术方案是：
反激式拓扑电源中变压器的过温保护电路，包括变压器原边电路、由原、副边绕组及自供电绕组组成的变压器和PWM控制电路，还包括电压检测电路，用于检测所述变压器自供电绕组两端的电压值，并判断检测的电压值是否大于预设电压值，以确定是否向PWM控制电路输出过压信号；所述PWM控制电路在收到所述过压信号后，停止向变压器原边电路输出PWM控制信号，变压器原边电路对变压器原、副边进行保护。
进一步地，所述电压检测电路包括第一电阻和第一稳压管，所述第一电阻的一端与所述变压器自供电绕组电连接，另一端连接第一稳压管的阴极，所述第一稳压管的阳极与所述PWM控制电路电连接。
进一步地，所述电压检测电路包括运算第一放大器、第二稳压管和第二电阻，所述第二稳压管的阴极与所述变压器自供电绕组电连接，其阳极通过所述第二电阻接地，所述第二稳压管的阳极接所述运算第一放大器的第一输入端，所述运算第一放大器的第二输入端接基准电源，所述运算第一放大器的输出端与所述PWM控制电路电连接。
进一步地，所述电压检测电路还包括由串联连接的第三电阻和第一电容组成的串联支路，该串联支路跨接在所述运算第一放大器的第一输入端和输出端之间。
进一步地，所述电压检测电路还包括第四电阻，串接于所述第二稳压管的阴极和所述变压器自供电绕组之间。
进一步地，所述PWM控制电路包括PWM控制芯片、第二电容和触发电路，所述PWM控制芯片的电流信号检测端通过第二电容接模拟地，所述触发电路的第一端和第二端分别连接在PWM控制芯片的电源端和电压基准源端上，所述第一稳压管的阳极连接触发电路的触发端。
进一步地，所述触发电路包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、二极管、第一开关管、第二开关管、第三电容和第四电容，所述第一开关管的发射极作为触发电路的第一端，第五电阻和第三电容并联后连接在所述第一开关管的发射极和基极上，所述第六电阻的两端分别接在第一开关管的基极和第四开关管的集电极上，所述第七电阻的两端分别接在第一开关管的集电极和第二开关管的基极上，第二开关管的基极作为触发电路的触发端，第八电阻和第四电容并联后连接在第二开关管的基极和发射极上，第二开关管的发射极接模拟地，所述二极管的阳极作为触发电路的第二端，其阴极接第二开关管的集电极。
进一步地，所述第二电容的电容值范围是330p---1000p。
本发明的有益效果是：
本发明通过电压检测电路对变压器自供电绕组的电压进行检测，代替现有技术中的直接对变压器温度进行测量，改变现有的测温保护方式，当变压器副边绕组线圈短路时，电压检测电路则向PWM控制电路输出过压信号，由PWM控制电路停止输出PWM控制信号，从而对变压器原边绕组进行保护，这样提高了变压器过温保护的可靠性，因为变压器上的温度都是由电能转换而来，变压器上先出现过压，后出现过温，因此用过压检测代替过温检测能够快速反映电路的工作状态，及时采取保护措施；过压检测相对于温度检测来说，不会受到外界环境的影响，提高检测的准确性；另外，本发明适用于各种小功率(200W以下)反激式辅助源产品中，完全采用电路及依靠变压器自身特点来实现，保护速度快，具有实现简单、对模块没有热冲击，成本低的优点。
[附图说明]
图1是本发明过温保护方法流程图。
图2是应用本发明过温保护方法的电路框图。
图3是本发明实施例一中的PWM控制电路及电压检测电路原理图。
图4是本发明实施例二中的电压检测电路原理图。
[具体实施方式]
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步阐述：
本发明相对于现有技术来说，改变了反激式拓扑电源中的过温保护方式，而取而代之的是检测变压器自供电绕组两端是否过压的方式，如果过压，则认为电源中的变压器出现过温现象，从而对电路采取保护措施，本发明的保护方式在提供高可靠性的同时，依靠变压器自身特点来实现快速保护，避免保护不及时带来的损失。
本发明用电压检测方式实现过温保护的原理是：
在反激拓扑电路中，由于PWM芯片的源通常采用变压器自身绕组供应(简称自供电绕组)，这样，变压器自供电绕组与副边绕组存在交叉调整。当副边绕组短路或整流二极管短路时，变压器自供电绕组两端的电压由于交叉调整的原因会异常高，出现过压，进而变压器的温度会快速上升超过正常值，从而有可能给电源电路带来重大损失，正因为本发明的保护方式是检测变压器自供电绕组的两端电压值，在电能未转化为热能之前，及时检测到异常情况，从而实现快速保护。
图1是本发明过温保护方法流程图，具体流程如下：
首先，电压检测电路对变压器自供电绕组两端的电压值进行检测；
其次，电压检测电路判断检测的电压值与预设电压值的大小，若检测的电压值小于预设电压值，说明变压器自供电绕组两端的电压值正常，电源处于正常的工作状态，电压检测电路则继续检测；若检测的电压值大于预设电压值，说明变压器自供电绕组两端的电压值异常，电源处于非正常的工作状态，此时，电压检测电路向PWM控制电路输出过压信号；
再次，PWM控制电路在收到所述过压信号后，停止向变压器原边电路输出PWM控制信号；
最后，变压器原边电路没有收到PWM控制信号，变压器原边电路中的主开关管断开，实现变压器原边电路对变压器原、副边的保护。
图2是应用本发明过温保护方法的电路框图，该电路包括变压器原边电路、由原、副边绕组及自供电绕组组成的变压器、电压检测电路和PWM控制电路，其中，电能首先输入到变压器原边电路，再经过变压器原边绕组，原边绕组把能量耦合在变压器副边绕组上输出；PWM控制电路的电源来自变压器自供电绕组(当然也可以来自独立的电源)，电压检测电路检测所述变压器自供电绕组两端的电压值，并判断检测的电压值是否大于预设电压值，以确定是否向PWM控制电路输出过压信号，PWM控制电路在收到所述过压信号后，停止向变压器原边电路输出PWM控制信号，变压器原边电路对变压器原边进行保护。当变压器副边绕组或二极管短路时，自供电绕组与副边绕组存在交叉调整，变压器自供电绕组电压异常(主要表现为电压过高，远超出正常工作时的电压)；此时，电压检测电路判断自供电绕组电压异常，输出过压信号，PWM控制电路动作，原边电路进入保护状态，从而保护整个电源模块。
下面通过具体电路进一步说明本发明的原理：
实施例一：
图3是本发明实施例一中的PWM控制电路及电压检测电路原理图，其中，
电压检测电路包括电阻R59和稳压管D10，如图中框线内，所述电阻R59的一端与所述变压器自供电绕组电连接，该端作为电压检测电路的输入端，电压检测电路通过该端对变压器自供电绕组的两端电压进行检测，电阻R59另一端连接稳压管D10的阴极，所述稳压管D10的阳极与所述PWM控制电路电连接，稳压管D10的阳极作为电压检测电路的过压信号输出端，电阻R59主要用于抑制稳压管D40的漏电流。
PWM控制电路包括PWM控制芯片U1(本电路采用3843芯片)、电容C11和触发电路，所述PWM控制芯片U1的ISNS端通过电容C11接模拟地，PWM控制芯片U1的GND端接模拟地，所述触发电路的第一端和第二端分别连接在PWM控制芯片U1的电源端和VREF端上，所述稳压管D10的阳极连接触发电路的触发端，其中，ISNS端为芯片电流信号检测端，VREF端为芯片电压基准源端，当触发电路的触发端收到电压检测电路的过压信号时，触发电路在其第二端上向PWM控制芯片U1输出触发信号，使PWM控制芯片U1停止向变压器原边电路中的主开关管输出PWM控制信号。
PWM控制电路中的触发电路包括电阻R50、电阻R53、电阻R55、电阻R57、二极管D8、开关管Q3、开关管Q4、电容C18和电容C21，所述开关管Q3的发射极作为触发电路的第一端，电阻R50和电容C18都分别接在所述开关管Q3的发射极和基极上，所述电阻R53的两端分别接在开关管Q3的基极和开关管Q4的集电极上，所述电阻R55的两端分别接在开关管Q3的集电极和开关管Q4的基极上，开关管Q4的基极作为触发电路的触发端，电阻R57和电容C21都分别接在开关管Q4的基极和发射极上，开关管Q4的发射极接模拟地，所述二极管D8的阳极作为触发电路的第二端，其阴极接开关管Q4的集电极。
正常工作时以及工作中出现动态、输出过流、短路，由于这些电流均经过了整流二极管，VCC电压在12～14V间变动。当变压器副边绕组短路时，由于变压器交叉调整的影响，VCC电压升高到16V以上，最高达到40V，主要根据短路的程度以及不同绕组决定，自供电绕组的两端电压值由于交叉调整的原因会异常高，超过了稳压二极管D10的稳压值(一般VCC超过16V)时，D10导通，使触发电路中的开关管Q3、开关管Q4，二极管D8都导通，从而把PWM控制芯片的VREF端电压拉低，PWM控制芯片的输出端OUT停止输出PWM控制信号，从而保护变压器，使变压器温升满足安规设计要求。
需要指出的是，PWM控制芯片可以采用3842、3844等电流型PWM芯片，本发明仅适用小功率单路或多路反激式拓扑电源，PWM控制芯片3脚外接的滤波电容C11选取非常重要，电容值过小，线圈短路时自供电绕组电压过低，不能有效起保护作用，其电容值的范围是330p---1000p。
实施例二：
图4是本发明本实施例中的电压检测电路原理图，与实施例一相比，只是在电压检测电路上的改变，该电压检测电路主要包括运算放大器U3、稳压管D11和电阻R54，所述稳压管D11的阴极与所述变压器自供电绕组电连接，其阳极通过所述电阻R54接地，所述稳压管D11的阳极接所述运算放大器U3的第一输入端，所述运算放大器U3的第二输入端接基准电源，所述运算放大器U3的输出端与所述PWM控制电路电连接；其中，运算放大器U3的第一、二输入端分别为正、反向输入端，或者为反、正向输入端；该基准电源包括电阻R50、电容C25和基准U4，通过基准U4与电阻R50之间的连接点为运算放大器U3提供基准比较电压。
为了使电压检测的效果更好，所述电压检测电路还包括串联连接的电阻R49和电容C24，该串联支路跨接在所述运算放大器U3的第一输入端和输出端之间；所述电压检测电路还包括电阻R52和电阻R51，电阻R52串接于所述稳压管D11的阴极和所述变压器自供电绕组之间，电阻R51串接在稳压管D11的阳极和运算放大器U3的第一输入端之间。
该电压检测电路是通过运放来检测过压的，当输出绕组或整流二极管短路时，自供电绕组电压异常升高，Vcc电压升高，通过R52、D11在R53上形成检测电压，通过比较器U3后形成过压信号送出给PWM控制电路。
综上所述，本发明通过电压检测电路对变压器自供电绕组的电压进行检测，代替现有技术中的直接对变压器温度进行测量，改变现有的测温保护方式，提高了变压器过温保护的可靠性。
Claims (7)
1.反激式拓扑电源中变压器的过温保护电路，包括变压器原边电路、由原、副边绕组及自供电绕组组成的变压器和PWM控制电路，其特征在于：
还包括电压检测电路，用于检测所述变压器自供电绕组两端的电压值，并判断检测的电压值是否大于预设电压值，以确定是否向PWM控制电路输出过压信号；所述PWM控制电路在收到所述过压信号后，停止向变压器原边电路输出PWM控制信号，变压器原边电路对变压器原、副边进行保护；
所述变压器自供电绕组连接所述PWM控制电路的电源输入端；
所述电压检测电路包括第一电阻(R59)和第一稳压管(D10)，所述第一电阻(R59)的一端与所述变压器自供电绕组电连接，另一端连接第一稳压管(D10)的阴极，所述第一稳压管(D10)的阳极与所述PWM控制电路电连接。
2.根据权利要求1所述的反激式拓扑电源中变压器的过温保护电路，其特征在于：所述电压检测电路包括运算第一放大器(U3)、第二稳压管(D11)和第二电阻(R54)，所述第二稳压管(D11)的阴极与所述变压器自供电绕组电连接，其阳极通过所述第二电阻(R54)接地，所述第二稳压管(D11)的阳极接所述运算第一放大器(U3)的第一输入端，所述运算第一放大器(U3)的第二输入端接基准电源，所述运算第一放大器(U3)的输出端与所述PWM控制电路电连接。
3.根据权利要求2所述的反激式拓扑电源中变压器的过温保护电路，其特征在于：所述电压检测电路还包括由串联连接的第三电阻(R49)和第一电容(C24)组成的串联支路，该串联支路跨接在所述运算第一放大器(U3)的第一输入端和输出端之间。
4.根据权利要求3所述的反激式拓扑电源中变压器的过温保护电路，其特征在于：所述电压检测电路还包括第四电阻(R52)，串接于所述第二稳压管(D11)的阴极和所述变压器自供电绕组之间。
5.根据权利要求1所述的反激式拓扑电源中变压器的过温保护电路，其特征在于：所述PWM控制电路包括PWM控制芯片(U1)、第二电容(C11)和触发电路，所述PWM控制芯片(U1)的电流信号检测端通过第二电容(C11)接模拟地，所述触发电路的第一端和第二端分别连接在PWM控制芯片(U1)的电源端和电压基准源端上，所述第一稳压管(D10)的阳极连接触发电路的触发端。
6.根据权利要求5所述的反激式拓扑电源中变压器的过温保护电路，其特征在于：所述触发电路包括第五电阻(R50)、第六电阻(R53)、第七电阻(R55)、第八电阻(R57)、二极管(D8)、第一开关管(Q3)、第二开关管(Q4)、第三电容(C18)和第四电容(C21)，所述第一开关管(Q3)的发射极作为触发电路的第一端，第五电阻(R50)和第三电容(C18)并联后连接在所述第一开关管(Q3)的发射极和基极上，所述第六电阻(R53)的两端分别接在第一开关管(Q3)的基极和第二开关管(Q4)的集电极上，所述第七电阻(R55)的两端分别接在第一开关管(Q3)的集电极和第二开关管(Q4)的基极上，第二开关管(Q4)的基极作为触发电路的触发端，第八电阻(R57)和第四电容(C21)并联后连接在第二开关管(Q4)的基极和发射极上，第二开关管(Q4)的发射极接模拟地，所述二极管(D8)的阳极作为触发电路的第二端，其阴极接第二开关管(Q4)的集电极。
7.根据权利要求5所述的反激式拓扑电源中变压器的过温保护电路，其特征在于：所述第二电容(C11)的电容值范围是330p---1000p。
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