CN101277057B - 过载保护延迟电路及交换式电源供应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于交换式电源供应器的过载保护延迟电路以及交换式电源供应器，以使交换式电源供应器能够高度准确地检测过载问题。该过载保护延迟电路连接于该交换式电源供应器的光耦合器与脉冲宽度调制器之间，并且包含能量储存装置如电容，以及充电控制器如齐纳二极管。充电控制器用来设定限制值，当交换式电源供应器的反馈信号达到该限制值时，能量储存装置便可为脉冲宽度调制器的内部电流源充电。通过对能量储存装置进行充电，一个时间延迟可增加至反馈信号使得脉冲宽度调制器能够准确地启动内部的过载保护机构，而不会受到负载瞬变的干扰。

Description

过载保护延迟电路及交换式电源供应器
技术领域
本发明涉及一种交换式电源供应器，并且更特别的是本发明涉及一种具有过载保护功能的交换式电源供应器，其中交换式电源供应器包含过载保护延迟电路，其能够使交换式电源供应器高度准确地检测过载问题。
背景技术
图1显示现有的典型交换式电源供应器的电路示意图。如图1所示，交换式电源供应器100包含桥式整流器110、变压器111、次级侧整流器112、输出滤波器113、一反馈控制单元114、光耦合器115、脉冲宽度调制器(PWM)116，以及开关装置119。桥式整流器110设定为将输入交流电压Vin整流成全波整流的直流电压，该全波整流的直流电压接着提供至变压器111的初级侧绕组。开关装置119通常以MOSFET装置来实现并且与变压器111的初级侧绕组串联。当开关装置119导通时，变压器111的初级侧绕组自桥式整流器110的输出端接收输入电流，由此储存能量于其中。当开关装置119截止时，储存于变压器111的初级侧绕组中的能量传送至变压器111的次级侧绕组，由此在变压器111的次级侧绕组两端感应出交流电压。在变压器111的次级侧绕组两端感应出的交流电压通过次级侧整流器112整流成一个所需的直流电压，其中次级侧整流器112一般而言由二极管整流器组成。由次级侧整流器112所输出的直流电压通过输出滤波器113来滤波成输出直流电压Vo，以驱动负载121。其中输出滤波器113由滤波电容所组成。反馈控制单元114连接至输出电压Vo的正电极端并且包含分压器，其中分压器由至少两个电阻元件所组成。反馈控制单元114用来产生代表输出电压Vo的反馈信号VFB。反馈信号VFB经由具有光敏晶体管122的光耦合器115传送至脉冲宽度调制器116的反馈信号输入端FB，并且由此允许脉冲宽度调制器116将输出电压Vo维持在预定电位上。特别是，脉冲宽度调制器116根据指定的占空比(duty ratio)以产生驱动信号来驱动开关装置119导通或截止。
在正常运作时，负载121会从交换式电源供应器100的输出端汲取电流来维持其运作。在大部分的例子中，交换式电源供应器100的输出电压Vo是永远固定不变的，并且交换式电源供应器100的输出功率由流向负载121的电流来决定。当负载121所需求的输出功率超过交换式电源供应器100所能够提供的最大输出功率时，交换式电源供应器100会进入过载状态(overload state)，此时，输出电压Vo会下降，并且会在交换式电源供应器100内部以较大的电流流动。这将会造成过热效应，因而损害交换式电源供应器100的电路元件，例如开关装置119、次级侧整流器112与负载121。
为了克服过载或负载短路的问题，现有的脉冲宽度调制器会加入一个过载保护机构来保护交换式电源供应器，使其避免遭受过载问题所导致的损害。内置于现有的脉冲宽度调制器的过载保护机构一般而言用来监视经由反馈信号输入脚位所输入的反馈信号，并且将反馈信号与特定的阈值进行比较。若反馈信号超过该阈值，便假设发生了过载情况。在这种情况下，开关停止信号便会传送出去以停止脉冲宽度调制器的运作，由此关闭交换式电源供应器。
然而，这种过载保护机构的问题在于其可在负载瞬变(load transients)的情形下被触动。当负载瞬变发生时，交换式电源供应器的输出电压会经历波动且反馈信号会瞬间上升。因此，即使负载所需求的功率并未超过交换式电源供应器所能够提供的最大输出功率，反馈信号可能会突然超过该特定阈值且错误地启动脉冲宽度调制器的内部过载保护机构。因此若欲解决这些问题，则需在反馈信号上升与过载保护机构启动之间增加一个时间延迟，使得反馈信号由于负载瞬变而导致的短暂上升可被脉冲宽度调制器所忽略。
因此如何开发一个过载保护延迟电路以增加一个时间延迟给交换式电源供应器的反馈信号，以使交换式电源供应器的内部脉冲宽度调制器能够准确地检测过载问题的发生，实为所属领域技术人员目前所迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种过载保护延迟电路，用以使交换式电源供应器的内部脉冲宽度调制器准确保护交换式电源供应器，避免由于过载问题而导致的损害。
根据本发明，其提供一种过载保护延迟电路以便在交换式电源供应器的反馈信号到达一个小于阈值的限制值时，增加一个时间延迟给交换式电源供应器的反馈信号，该阈值设定为用来启动交换式电源供应器的过载保护机构，其中该交换式电源供应器包含开关控制器以及光耦合器，该光耦合器用以将反馈信号耦合至该开关控制器。在本发明的主要方案上，该过载保护延迟电路由连接至开关控制器与光耦合器的能量储存装置所组成，并且该过载保护延迟电路还包含充电控制器，连接于该能量储存装置与接地端之间，且用来设定限制值以允许能量储存装置充电，以使该能量储存装置能够产生时间延迟。
为实现上述目的，本发明提供一种过载保护延迟电路，应用于交换式电源供应器，该交换式电源供应器包含开关控制器以及用来将反馈信号耦合至该开关控制器的耦合装置，该过载保护延迟电路包含：能量储存装置，连接至该开关控制器以及该耦合装置；以及充电控制器，连接于该能量储存装置与接地端之间，用以设定允许对该能量储存装置充电的限制值，以使该能量储存装置能够在该交换式电源供应器的反馈信号到该限制值时，增加一个时间延迟给该反馈信号，其中该交换式电源供应器的该反馈信号的该限制值小于设定为用来启动该交换式电源供应器的过载保护机构的阈值。
如上所述的过载保护延迟电路，其中该能量储存装置为电容。
如上所述的过载保护延迟电路，其中该充电控制器为齐纳二极管。
如上所述的过载保护延迟电路，其中该耦合装置为光耦合器，其具有光敏晶体管。
如上所述的过载保护延迟电路，其中该耦合装置连接至该开关控制器的反馈信号输入端。
如上所述的过载保护延迟电路，其中该开关控制器为脉冲宽度调制器。
本发明还提供一种交换式电源供应器，其包含：变压器；开关装置，连接至该变压器的初级侧绕组；开关控制器，连接至该开关装置，用以控制该开关装置的切换运作；反馈控制单元，连接至该交换式电源供应器的输出端，用以求得代表该交换式电源供应器的输出电压的反馈信号；耦合装置，连接于该反馈控制单元与该开关控制器之间，用以将该反馈信号耦合至该开关控制器；以及过载保护延迟电路，连接于该耦合装置与该开关控制器之间，用以在该反馈信号达到限制值时，增加一个时间延迟给该反馈信号，其中该限制值小于设定用来启动该交换式电源供应器的过载保护机构的阈值，且该过载保护延迟电路包括一能量储存装置及一充电控制器，该能量储存装置连接至该开关控制器与该耦合装置；该充电控制器连接于该能量储存装置以及接地端之间，并且作为用来设定允许该能量储存装置充电的该限制值，以使该能量储存装置能够产生该时间延迟。
如上所述的交换式电源供应器，其中该耦合装置为具有光敏晶体管的光耦合器。
如上所述的交换式电源供应器，其中该过载保护延迟电路包含：能量储存装置，连接至该开关控制器与该耦合装置；以及充电控制器，连接于该能量储存装置以及接地端之间，并且作为用来设定允许该能量储存装置充电的该限制值，以使该能量储存装置能够产生该时间延迟。
如上所述的交换式电源供应器，其中该能量储存装置为电容。
如上所述的交换式电源供应器，其中该充电控制器为齐纳二极管。
如上所述的交换式电源供应器，其中该耦合装置连接至该开关控制器的反馈信号输入端。
如上所述的交换式电源供应器，其中该开关控制器为脉冲宽度调制器。
本发明的过载保护延迟电路可增加一个适当的时间延迟给交换式电源供应器的反馈信号，从而使交换式电源供应器能够准确的执行过载保护功能，而不会受到负载瞬变的干扰。本发明的优点与特征，可以通过下面实施例配合下列附图详细说明得到更深入的了解。
附图说明
图1显示现有的典型交换式电源供应器的电路示意图；以及
图2显示本发明的交换式电源供应器的电路示意图。
其中，附图标记说明如下：
100，200交换式电源供应器
Vin输入交流电压
110桥式整流器
111变压器
112次级侧整流器
113输出滤波器
114反馈控制单元
115光耦合器
116脉冲宽度调制器
119开关装置
121负载
122光敏晶体管
210过载保护延迟电路
ZD3齐纳二极管
C10电容
具体实施方式
体现本发明的特征与优点的优选实施例将在后面的说明中详细叙述。须注意的是相同的元件标号指向相同的元件。应理解的是本发明能够在不同的方案上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。
图2显示根据本发明的交换式电源供应器的电路示意图。在图2中，交换式电源供应器200包含桥式整流器110、变压器111、次级侧整流器112、输出滤波器113、反馈控制单元114、光耦合器115、开关装置119以及脉冲宽度调制器116。须特别注意的是在本发明中，相同的电路元件以相同的元件编号来表示。因此，桥式整流器110、变压器111、次级侧整流器112、输出滤波器113、反馈控制单元114、光耦合器115、开关装置119以及脉冲宽度调制器116皆与图1的相对应元件具有相同的电路配置与操作原理。因此，在此不再赘述关于这些电路元件的细节。
在图2中，交换式电源供应器200还包含过载保护延迟电路210。该过载保护延迟电路210连接于光耦合器115与脉冲宽度调制器116之间，且包含充电控制器，例如齐纳二极管(zener diode)ZD3，以及能量储存装置，例如，电容C10。电容C10连接于脉冲宽度调制器116的反馈信号输入端FB与齐纳二极管ZD3的阳极之间，并且齐纳二极管ZD3连接于电容C10的一端与接地端之间。齐纳二极管ZD3用来设定一个允许电容C10被充电的限制值。接下来，本发明的过载保护延迟电路210的操作将会在下面详细说明。
在正常负载或尖峰负载的情形下，交换式电源供应器200的输出电压Vo固定于一个预定的电位上，并且齐纳二极管ZD3的阈值设定于一个预定的电位上，例如3V。在过载的情形下，负载121所要求的功率已经超过了交换式电源供应器200的最大输出功率。在这种情形下，输出电压Vo会下降且负载电流会上升至交换式电源供应器200的最大允许电流。此时，光耦合器115内部的光敏晶体管122的电流会下降至零，并且光敏晶体管122的集电极-发射极电压会上升。因此，反馈信号VFB会上升。当反馈信号VFB上升至相等于齐纳二极管的限制值的电位时，例如，齐纳二极管ZD3的阈值3V，齐纳二极管ZD3会传导电流并且此电容C10会由脉冲宽度调制器116内部的内部电流源(未显示)来充电。因为光耦合器115内部的光敏晶体管122的电流为零，反馈信号VFB会继续上升。在反馈信号VFB达到由脉冲宽度调制器116所设定的用来启动过载保护机构的阈值之前，脉冲宽度调制器116不会关闭直到反馈信号达到由脉冲宽度调制器116所设定的用来启动过载保护机构的阈值。因此，电容C10提供了一个时间延迟，其时间延迟量可容易地由将反馈信号VFB自齐纳二极管ZD3所设定的限制值增加到由脉冲宽度调制器116所设定的阈值所需要的时间来决定。然而，应该注意的是，增加至反馈信号VFB的时间延迟量取决于电容C10的电容值。增加电容C10的电容值可以得到较长的延迟时间给反馈信号。因此，对增加电容C10的电容值的选择乃是决定交换式电源供应器200的响应时间(response time)的重要因素。
总结来说，本发明提出一种连接于交换式电源供应器的光耦合器与脉冲宽度调制器之间的过载保护延迟电路。该过载保护延迟电路包含充电控制器以及能量储存装置，其中充电控制器用来设定限制值以允许能量储存装置被充电，从而使能量储存装置产生一个时间延迟，该时间延迟在反馈信号达到充电控制器的限制值时增加至反馈信号。因此，当反馈信号达到充电控制器的限制值的时间点以及反馈信号达到设定用来启动过载保护机构的阈值的时间点之间时，本发明的过载保护延迟电路可增加一个适当的时间延迟给交换式电源供应器的反馈信号。因此，交换式电源供应器便能够准确的执行过载保护功能，而不会受到负载瞬变的干扰。
本发明可以由本领域人员进行各种修饰，但都不脱离所附权利要求书所要保护的范围。

Claims (12)

1.一种过载保护延迟电路，应用于交换式电源供应器，该交换式电源供应器包含开关控制器以及用来将反馈信号耦合至该开关控制器的耦合装置，该过载保护延迟电路包含：
能量储存装置，连接至该开关控制器以及该耦合装置；以及
充电控制器，连接于该能量储存装置与接地端之间，用以设定允许对该能量储存装置充电的限制值，以使该能量储存装置能够在该交换式电源供应器的反馈信号到该限制值时，增加一个时间延迟给该反馈信号，其中该交换式电源供应器的该反馈信号的该限制值小于设定为用来启动该交换式电源供应器的过载保护机构的阈值。
2.如权利要求1所述的过载保护延迟电路，其中该能量储存装置为电容。
3.如权利要求1所述的过载保护延迟电路，其中该充电控制器为齐纳二极管。
4.如权利要求1所述的过载保护延迟电路，其中该耦合装置为光耦合器，其具有光敏晶体管。
5.如权利要求1所述的过载保护延迟电路，其中该耦合装置连接至该开关控制器的反馈信号输入端。
6.如权利要求1所述的过载保护延迟电路，其中该开关控制器为脉冲宽度调制器。
7.一种交换式电源供应器，其包含：
变压器；
开关装置，连接至该变压器的初级侧绕组；
开关控制器，连接至该开关装置，用以控制该开关装置的切换运作；
反馈控制单元，连接至该交换式电源供应器的输出端，用以求得代表该交换式电源供应器的输出电压的反馈信号；
耦合装置，连接于该反馈控制单元与该开关控制器之间，用以将该反馈信号耦合至该开关控制器；以及
过载保护延迟电路，连接于该耦合装置与该开关控制器之间，用以在该反馈信号达到限制值时，增加一个时间延迟给该反馈信号，其中该限制值小于设定用来启动该交换式电源供应器的过载保护机构的阈值，且该过载保护延迟电路包括一能量储存装置及一充电控制器，该能量储存装置连接至该开关控制器与该耦合装置；该充电控制器连接于该能量储存装置以及接地端之间，并且作为用来设定允许该能量储存装置充电的该限制值，以使该能量储存装置能够产生该时间延迟。
8.如权利要求7所述的交换式电源供应器，其中该耦合装置为具有光敏晶体管的光耦合器。
9.如权利要求7所述的交换式电源供应器，其中该能量储存装置为电容。
10.如权利要求7所述的交换式电源供应器，其中该充电控制器为齐纳二极管。
11.如权利要求7所述的交换式电源供应器，其中该耦合装置连接至该开关控制器的反馈信号输入端。
12.如权利要求7所述的交换式电源供应器，其中该开关控制器为脉冲宽度调制器。
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