CN101340157B - 电源电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电源电路。该电源电路包括一电压调整电路、一控制器、一反馈支路和一延迟电路，该反馈支路根据该电压调整电路的输出信号产生一反馈信号并反馈到该延迟电路，该延迟电路对该反馈信号进行延迟操作，其经一延迟时间后将该反馈信号输出到该控制器，该控制器根据该反馈信号，控制该电压调整电路将直流电压信号转换为交流电压信号并输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种电源电路。
背景技术
目前，对于液晶显示装置等消费类电子产品，其需要通过一电源电路将市电交流电压转换为一稳定的直流电压进而对负载进行供电。通常该电源电路具有过载和短路保护功能，当负载出现过载或短路时，该电源电路自动进入保护状态。
请参阅图1，是一种现有技术电源电路的电路图。该电源电路100包括一变压器110、一控制器120、一整流二极管130、一晶体管140、一偏置电阻150、一采样电阻160、一滤波电容170和一光电耦合器180。其中，该晶体管140为一金属半导体氧化物场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，MOS-FET)。
该变压器110包括一第一初级线圈111、一第二初级线圈112和一次级线圈113。其中，该第一初级线圈111用于产生交流电压，其一端接收一直流高压VDC，另一端连接到该晶体管140。该第二初级线圈112用于为该控制器120提供一直流电源电压，其一端通过该整流二极管130连接到该控制器120，另一端接地。该次级线圈113连接到一负载(图未示)，用于对负载进行供电。
该控制器120包括一高压输入端HV、一电源端VCC、一控制端NC、一反馈端FB和一电流感应端CS。其中该高压输入端HV用于接收该直流高压VDC。该电源端VCC用于接收该第二初级线圈112提供的直流电源电压，其通过该滤波电容170接地，同时连接到该整流二极管130的负极，并通过该整流二极管130的正极连接到该第二初级线圈112。该控制端NC连接到该晶体管140的栅极，且该晶体管140的漏极连接到该第一初级线圈111，其源极通过该偏置电阻150接地。该电流感应端CS用于感应负载的电流，其通过该采样电阻160连接到该晶体管140的源极。该反馈端FB连接到该光电耦合器180，用于接收该光电耦合器180对负载进行耦合而得到的耦合信号。
该光电耦合器180包括一发光二极管181和一光敏三极管182，该发光二极管181两端连接到负载，用于将该次级线圈113提供到负载的输出信号耦合成一光信号。该光敏三极管182的感应端与该发光二极管181相对，用于接收该光信号，且该光敏三极管182的集电极连接到该控制器120的反馈端FB，其发射极接地。
该电源电路100正常工作时，该控制器120在该直流高压VDC触发下开始由该控制端NC输出脉冲信号，控制该晶体管140的导通与截止。该晶体管140导通期间，该电源电路100产生一电流流过该第一初级线圈111，而该晶体管140截止期间，该电流消失，从而使得该第一初级线圈111产生一感应磁场。
该第二初级线圈112在该磁场作用下产生一第一感应电压，该第一感应电压经该整流二极管130和该滤波电容170分别进行整流与滤波后，形成一直流电源电压输出到该控制器120的电源端VCC，为该控制器120供电。
该次级线圈113在该磁场作用下产生一第二感应电压，并将该第二感应电压提供到该负载，控制该负载进行工作。该光电耦合器180通过该光电二极管181将该负载两端的电压转换成光信号，该光敏三极管182接收该光信号后处于导通状态，从而向该控制器120的反馈端FB输出一低电位。
由于该变压器110中，流经该第一初级线圈111的电流，即初级电流，与流经该次级线圈113的电流，即负载电流，二者之间满足比例关系，因此，通过检测该初级电流便可相应得到该负载电流。
该偏置电阻150将该初级电流转换成一偏置电压，该控制器120的电流感应端CS进而通过该采样电阻160对该偏置电压进行采样，其所采样的结果即可代表负载电流的情况。此时，该控制器120便根据该电流感应端CS的采样结果对该控制端NC进行控制，从而调整该次级线圈113的输出。
当该电源电路100的负载出现短路时，该发光二极管181由于没有电流通过而停止发光，该光敏三极管182没有接收到光信号从而进入截止状态，此时该控制器120的反馈端FB便被内部电源上拉到高电位。该控制器120检测到该反馈端FB处在高电位时，便控制该电源电路100进入保护状态。
而当该电源电路100发生过载时，负载电流迅速增大，该初级电流相应变大，进而导致该偏置电压增大。该控制器120的电流感应端CS通过该采样电阻160对该偏置电压进行采样所得到的采样结果，即该电流感应端CS的电位，将大于该电流感应端CS所允许承受的最大值，该控制器120便控制该电源电路100进入保护状态。
但是，由于该电源电路100进行工作时容易发生瞬时过载现象，如应用该电源电路100的电子产品开机时发生瞬时带载、关机时发生瞬时去载、或突然执行某一新程序使产品由稳态工作向瞬态工作转换等。特别是当该电源电路100应用在液晶显示装置时，随着液晶显示装置尺寸的逐渐增大，为保证亮度，驱动背光灯管所需的电流也相应增大，从而导致开机过程中该电源电路100非常容易发生瞬时过载现象。当发生瞬时过载现象时，由于产品的工作负担突然被加大，因此该电源电路100的负载电流会在一个很短的时间内出现一个上冲，从而超出正常值。具体而言，当发生瞬时过载现象时，该电源电路100的第一初级线圈111会瞬时感应出一电流尖峰，该偏置电阻160将该电流尖峰转换为一电压尖峰后，该控制器120的电流感应端CS通过该采样电阻160进行采样的结果为该电压尖峰，此时该控制器120会误认为该电源电路100发生故障性过载，因此迅速控制该电源电路100进入保护状态。
由于该电源电路100容易误认为其本身出现故障性过载而进入保护状态，应用该电源电路100的电子产品非常容易发生误动作，如液晶显示装置进行开机动作时发生黑屏、画面错乱甚到无法开机等。因此，该电源电路100的可靠性较低。
发明内容
为解决现有技术电源电路可靠性低的问题，有必要提供一种可靠性高的电源电路。
一种电源电路，其包括一电压调整电路、一控制器、一反馈支路、一耦合电路和一延迟电路，该反馈支路根据该电压调整电路的输出信号产生一反馈信号并反馈到该延迟电路，该延迟电路包括一第一控制电路、一延迟单元和一第二控制电路，该耦合电路根据该电压调整电路的输出信号产生一耦合信号并输出到该延迟电路，该第一控制电路根据该耦合电路输出的耦合信号，控制该延迟单元进行延迟操作，该延迟单元经一段延迟时间之后，控制该第二控制电路将该反馈信号反馈到该控制器，该控制器根据该反馈信号，控制该电压调整电路将直流电压信号转换为交流电压信号并输出。
一种电源电路，其包括一电压调整电路、一控制器、一反馈支路和一延迟电路，该延迟电路包括一第一控制电路、一延迟单元和一第二控制电路，该延迟单元一端连接到该第一控制电路，另一端通过该第二控制电路连接到该控制器，该电压调整电路连接到该控制器，并通过该反馈支路连接到该第二控制电路，该第一控制电路控制该延迟单元进行延迟操作，该延迟单元经一段延迟时间后，控制该第二控制电路通过该反馈支路将该电压调整电路的输出信号反馈到该控制器，该控制器进而控制该电压调整电路将直流电压信号转换为交流电压信号并输出。
相较于现有技术，本发明的电源电路在其内部增加一延迟电路，该延迟电路将该反馈支路输出的反馈信号延迟一段时间后再输出到该控制器。当该电源电路中该电压调整电路的输出出现瞬时波动，如瞬时过载时，由于波动时间很短，其在延迟时间内并不会反馈到该控制器而影响该电压调整电路的输出。因此，本发明的电源电路增加该延迟电路之后，有效避免该电源电路受输出瞬时波动的影响而产生误动作，提高该电源电路的可靠性。
相较于现有技术，本发明的电源电路在其内部增加一延迟电路，该延迟电路通过一设置在其内部的延迟单元使得由该反馈支路输出的反馈信号需要经过一段延迟时间后才输出到该控制器。当该电源电路中该电压调整电路的输出情况出现瞬时波动，如瞬时过载时，由于波动时间很短，其在该延迟时间内并不会反馈到该控制器而影响该电压调整电路的输出。因此，本发明的电源电路增加该延迟电路之后，有效避免该电源电路受输出瞬时波动的影响而产生误动作，提高该电源电路的可靠性。
附图说明
图1是一种现有技术电源电路的电路图。
图2是本发明电源电路第一实施方式的电路图。
图3是本发明电源电路第二实施方式的电路图。
具体实施方式
请参阅图2，是本发明电源电路第一实施方式的电路图。该电源电路200包括一电压调整电路(未标示)、一控制器220、一采样支路(未标示)、一耦合电路280和一延迟电路290。其中，该电压调整电路包括一变压器210和一电子开关240，该采样支路包括一采样电阻260。
该电子开关240为一开关管，其可以为一金属半导体场效应晶体管，且该金属半导体场效应晶体管的栅极作为该电子开关240的控制极，其源极通过一偏置电阻250接地，其漏极连接到该变压器210。
该变压器210包括一原边(未标示)和一副边(未标示)，其中该原边包括一第一初级线圈211和一第二初级线圈212，该副边包括一次级线圈213。
该第一初级线圈211用于产生交流电压，其一端接收一直流高压VDC，另一端连接到该电子开关240的漏极。该直流高压VDC可通过一直流稳压电路对市电交流电压依序进行整流、滤波和稳压后得到。该第二初级线圈212用于为该控制器220提供一直流电源电压，其一端接地，另一端通过一整流二极管230连接到该控制器220，且该整流二极管230的正极连接到该第二初级线圈212，其负极连接到该控制器220。该次级线圈113连接到一负载(图未示)，用于对负载进行供电。该负载可以为一输出功能元件，如灯管或电动机等，也可以为一次级电路，如用于液晶显示装置的背光灯管驱动电路等。
该控制器220包括一高压输入端HV、一电源端VCC、一控制端NC、一反馈端FB和一电流感应端CS。其中该高压输入端HV接收该直流高压VDC，当该电源电路200开始工作时，该直流高压VDC用于对该控制器220进行触发。该电源端VCC用于接收该第二初级线圈212提供的直流电源电压，其连接到该整流二极管230的负极，并通过一滤波电容270接地。该控制端NC连接到该电子开关240的栅极，用于向该电子开关240输出一脉冲信号，控制该电子开关240的开启与关闭。该电流感应端CS用于感应负载电流，其通过该采样电阻260形成的反馈支路连接到该电子开关240的源极，并对该电子开关240的源极电压进行采样，从而实现对负载电流的感应。该反馈端FB连接到该耦合电路280，用于接收该耦合电路280对负载进行耦合而得到的耦合信号。
该耦合电路280可以为一光电耦合器，其包括一发光元件281和一光敏元件282。该发光元件281可以为一发光二极管，该光敏元件可以为一光敏三极管。且该发光元件281两端连接到该负载，用于将该次级线圈213提供到负载的输出信号耦合成一光信号。该光敏元件282的光感应端与该发光元件281相对，用于接收该发光元件281发出的光信号，且该光敏元件282的集电极连接到该控制器220的反馈端FB，其发射极接地。该耦合电路280使用光信号作为媒介进行信号的耦合与传递，实现负载与该反馈端FB的电气隔离，从而有效抑制电干扰，提高该耦合信号的准确性。
该延迟电路290包括依次连接的一第一控制电路(未标示)、一延迟单元(未标示)和一第二控制电路(未标示)。该第一控制电路包括一第一晶体管291、一稳压管294和一下拉电阻297。该延迟单元为一积分电路，其包括一积分电阻298和一积分电容299。该第二控制电路包括一第二晶体管292、一第三晶体管293、一上拉电阻295和一分压电阻296。其中，该第一控制电路根据该耦合电路280输出的耦合信号，控制该延迟单元进行延迟操作。该延迟单元控制该第二控制电路经一段延迟时间之后，通过该反馈支路将负载电流的情况反馈到该控制器220。
该第一晶体管291、该第二晶体管292和该第三晶体管293均为NPN型双极型晶体管。在该第一控制电路中，该第一晶体管291的基极连接到该控制器220的反馈端FB，其集电极连接到该控制器220的电源端VCC，其发射极连接到该稳压管294的负极。该稳压管294的正极通过该下拉电阻297接地。在该延迟单元中，该积分电阻298一端连接到该稳压管294的正极，另一端连接到该第二晶体管292的基极，并通过该积分电容299接地。在该第二控制电路中，该第二晶体管292的集电极通过该上拉电阻295连接到该控制器220的电源端VCC，其发射极接地。该第三晶体管293的基极连接到该第二晶体管292的集电极，其集电极通过该分压电阻296连接到该控制器220的电流感应端CS，其发射极接地。
该电源电路200正常工作时，该控制器220在直流高压VDC触发下开始通过该控制端NC输出脉冲信号，并将该脉冲信号施加到该电子开关240的栅极。该电子开关240根据该脉冲信号进行导通与截止，即当该脉冲信号为高电位时，该电子开关240导通；而当该脉冲信号为低电位时，该电子开关240截止。在电子开关240导通期间，该电源电路200产生一电流流过该第一初级线圈211，而该电子开关240截止期间，该电流消失。也就是说，该电源电路200产生一流经该低一初级线圈211的时变电流。在该时变电流作用下，该第一初级线圈211感应出一时变磁场。通过合理调节该脉冲信号的脉冲宽度来控制该时变电流，便可实现对该时变磁场的强度进行调整。
该第二初级线圈212在该时变磁场作用下发生电磁感应现象而产生一第一感应电压，该第一感应电压经该整流二极管230进行半波整流，再经该滤波电容270进行低通滤波之后，转换成一直流电源电压并输出到该控制器220的电源端VCC，为该控制器220提供正常工作所需要的电源电压。
该次级线圈213在该时变磁场作用下，也发生电磁感应现象从而产生一第二感应电压，并将该第二感应电压提供到负载，控制该负载进行工作。
另一方面，该偏置电阻250将流经该第一初级线圈211的电流，即初级电流I1转换成一偏置电压VB，该控制器220的电流感应端CS进而通过由该采样电阻260形成的反馈支路对该偏置电压VB进行采样。由于在该变压器210中，该初级电流I1与流经该次级线圈213的电流，即负载电流I2两者之间满足比例关系，即I1/I2＝N2/N1，其中N2为该次级线圈213的匝数，N1为该第一初级线圈211的匝数。因此，该控制器220的电流感应端CS通过该反馈支路进行采样后所得到的采样结果，即电流感应端CS的电位VS，便可直接反映出该负载电流I2的大小。该控制器220进而根据该电流感应端CS的电位VS，对控制端NC输出脉冲信号进行脉冲宽度调整(Pulse Width Modulation，PWM)，从而实现通过控制该初级电流I1来调整该时变磁场的强度，进而实现对该负载电流I2进行调整。
同时，该耦合电路280通过该发光元件281将该负载两端的电压转换为一光信号，并将该光信号施加到该光敏元件282的光感应端。在该光信号的作用下，该光敏元件282处在导通状态，该控制器120的反馈端FB被下拉到一低电位。
此时，该延迟电路290中，该第一晶体管291由于反向偏置而处在截止状态，该第二晶体管292的基极在该下拉电阻297和该积分电阻298作用下被下拉到低电位，因此该第二晶体管292也处在截止状态。该第三晶体管293的基极通过该上拉电阻295接收该直流电源电压，因此该第三晶体管293处在导通状态，相当于该分压电阻296连接在该控制器220的直流感应端CS与接地端之间，因此该分压电阻296形成一分压支路，对该偏置电压VB进行分压。具体而言，在该分压电阻296的分压作用下，该电流感应端CS的电位VS满足如下方程：VS＝VBR1/(R1+R2)，即VB＝VS(R1+R2)/R1，其中R1代表该分压电阻296的电阻值，R2代表该采样电阻260的电阻值。
通常该控制器220的电流感应端CS的电位VS所能承受的最大值为一固定值VMAX，若没有该分压电阻296的分压作用，该偏置电压VB的最大值即为VMAX。该电源电路200中，由于该分压电阻296的分压作用，该电源电路200便将其所能承受该偏置电压VB由VMAX提高到VMAX(R1+R2)/R1。因此，该电源电路200可以承受更大的负载电流I2，由此该电源电路200抗输出过载的能力被有效扩展。
当该电源电路200的负载出现故障性短路时，该发光元件281由于无电流通过而停止发光，该光敏元件282由于没有接收到光信号进入截止状态，此时该控制器220的反馈端FB便被内部电源上拉到高电位。且该高电位高于该控制器220进入保护状态时的阈值电压VT，因此在该高电位的触发下，该控制器220便控制该电源电路200迅速进入保护状态。
而当该电源电路200发生过载时，与正常工作状态下相比，该负载电流I2突然发生增大，导致该负载两端电压减小。此时，该耦合电路280中，由于该发光元件281两端电压变小，其发光强度相应降低，即其发出的光信号减弱，从而导致该光敏元件282集电极与发射极之间导通程度降低，因此该反馈端FB的电压变大。
若此时该反馈端FB的电压大于该阈值电压VT，即代表该电源电路200发生非常严重的过载，该控制器220被该反馈端FB的电压触发，迅速控制该电源电路200进入保护状态。
若此时该反馈端FB的电压小于该阈值电压VT，即代表该电源电路200发生一般过载。如果该反馈端FB的电压小于该第一晶体管291的开启电压，则代表过载程度很轻，并不会对该电源电路200以及使用该电源电路200的电子产品带来破坏，此时该电源电路200便继续保持正常工作状态。而如果该反馈端FB的电压大于该第一晶体管291的开启电压，则代表过载程度已相对严重，此时该第一晶体管291导通，从而导致该稳压管294反向偏置而被击穿。该直流电源电压便通过该稳压管294施加到该延迟单元，即开始通过该积分电阻298对该积分电容299进行充电。充电过程中，该第二晶体管292的基极电位按照指数规律逐渐增大，且其充电的时间常数τ满足τ＝RC，其中R为该积分电阻298的电阻值，C为该积分电容299的电容值。随着充电时间的增加，该积分电容299两端的电压逐渐增大。经一段充电时间之后，该积分电容299两端的电压增大到该第二晶体管292的开启电压，此时该第二晶体管292导通，该第三晶体管293的电位被下拉到低电位，该第三晶体管293转变成为截止状态。相当于该分压电阻296形成的分压支路被切断，该电源电路200便取消其抗输出过载的扩展功能，从而实现该电源电路200按照正常状态进行过载保护。
也就是说，当该电源电路200发生相对严重的过载时，该电源电路200通过该延迟电路290中该积分电容299的充电功能，使其在进入保护状态之前插入一段延迟时间，该延迟时间即为该积分电容299两端的电压由零增加到该第二晶体管292的开启电压所需要的时间。通过选择合理大小的积分电阻298和积分电容299，便可得到理想的延迟时间。因此，当该电源电路200出现瞬时过载时，由于过载时间很短，该过载时间小于该延迟时间，即该电源电路200进入保护状态的前该瞬时过载已经消失。在这种情况下，该瞬时过载并不会导致该电源电路200误认为发生故障性过载而迅速进入保护状态。因此，该延迟电路290有效提高该电源电路200抗瞬时过载的能力。而当该电源电路200出现故障性过载时，由于过载时间较长，经过该延迟时间之后该电源电路200自动进入保护状态。
相较于现有技术，本发明的电源电路200在该耦合电路280和该控制器220之间增加了一延迟电路290，该延迟电路290一方面通过该分压电阻296形成的分压支路的分压作用，有效扩展该电源电路200抗输出过载的能力。另一方面，该延迟电路290通过其内部延迟单元中该积分电容299的充电，使该电源电路200需经过一延迟时间才自动进入保护状态，因此有效防止瞬时过载现象导致该电源电路200发生误动作的情况，从而提高该电源电路200的可靠性。而当该电源电路200应用在液晶显示装置时，该电源电路200有效避免该液晶显示装置进行开机动作时产生的黑屏、画面错乱甚到无法开机等情况，提高该液晶显示装置的可靠性。
另外本发明电源电路200并不局限在以上实施方式所描述。例如，该耦合电路280所采用的光电耦合电路还可以采用其它耦合电路，如直接耦合电路、阻容耦合电路或变压器耦合电路等代替。该控制器220的电源端VCC还可以直接连接到一直流电压源，以实现采用该直流电压源对该控制器220进行供电等。
请参阅图3，是本发明电源电路第二实施方式的电路图。该电源电路300与该电源电路200的区别在于：该电源电路300中，该延迟电路390的第一晶体管391、第二晶体管392、第三晶体管393均为N沟道金属半导体场效应晶体管。其中，该第一晶体管391、该第二晶体管392、该第三晶体管393的栅极、源极和漏极分别对应该第一晶体管291、该第二晶体管292、该第三晶体管293的基极、发射极和集电极。而且该第一晶体管391、该第二晶体管392、该第三晶体管393的阈值电压分别与该电源电路200中该第一晶体管291、该第二晶体管292、该第三晶体管293的开启电压一致。
该电源电路300的延迟电路(未标示)内部的电阻可采用半导体进行掺杂形成，其内部的电容可采用金属氧化物半导体(MOS)电容，即其制造工艺均与该第一晶体管391、该第二晶体管392、该第三晶体管393的半导体制造工艺一致。因此，该延迟电路可非常简单地集成在该控制器(未标示)内部，从而简化该电源电路300的结构。
Claims (8)
1.一种电源电路，其包括一电压调整电路、一控制器和一反馈支路，该反馈支路根据该电压调整电路的输出信号产生一反馈信号，其特征在于：该电源电路还包括一延迟电路和一耦合电路，该延迟电路包括一第一控制电路、一延迟单元和一第二控制电路，该延迟电路接收该反馈信号，该耦合电路根据该电压调整电路的输出信号产生一耦合信号并输出到该延迟电路，该第一控制电路根据该耦合电路输出的耦合信号，控制该延迟单元进行延迟操作，该延迟单元经一段延迟时间之后，控制该第二控制电路将该反馈信号反馈到该控制器，该控制器根据该反馈信号，控制该电压调整电路将直流电压信号转换为交流电压信号并输出。
2.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于：该延迟单元是一积分电路，其包括一积分电阻和一积分电容，该积分电阻一端连接到该第一控制电路，另一端连接到该第二控制电路，并通过该积分电容接地。
3.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于：该第一控制电路包括一第一晶体管、一稳压管和一下拉电阻，该第一晶体管的基极连接到该耦合电路，其集电极连接到一直流电源，其发射极连接到该稳压管的负极，该稳压管的正极连接到该延迟单元，并通过该下拉电阻接地。
4.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于：该第二控制电路包括一第二晶体管、一第三晶体管、一上拉电阻和一分压电阻，该第二晶体管的基极连接到该延迟单元，其发射极接地，其集电极通过该上拉电阻连接到一直流电源，并连接到该第三晶体管的基极，该第三晶体管的发射极接地，其集电极通过该分压电阻连接到该控制器。
5.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于：该耦合电路包括一光电耦合器，该光电耦合器包括一发光元件和一光敏元件，该发光元件连接到该电压调整电路，该光敏元件连接到该延迟电路。
6.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于：该反馈支路包括一反馈电阻，该反馈电阻连接在该控制器和该电压调整电路之间。
7.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于：该电压调整电路包括一变压器和一电子开关，该变压器包括一第一初级线圈和一次级线圈，该第一初级线圈一端接收一高电压，另一端接由该电子开关连接到该控制器，该次级线圈连接到负载。
8.一种电源电路，其包括一电压调整电路、一控制器和一反馈支路，该反馈支路根据该电压调整电路的输出信号产生一反馈信号，其特征在于：该电源电路还包括一延迟电路，该延迟电路包括一第一控制电路、一延迟单元和一第二控制电路，该延迟单元一端连接到该第一控制电路，另一端通过该第二控制电路连接到该控制器，该电压调整电路连接到该控制器，并通过该反馈支路连接到该第二控制电路，该第一控制电路控制该延迟单元进行延迟操作，该延迟单元经一段延迟时间后，控制该第二控制电路通过该反馈支路将该反馈信号输出到该控制器，该控制器进而控制该电压调整电路将直流电压信号转换为交流电压信号并输出。
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