CN101615902B

CN101615902B - 一种软关机电路和方法

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Publication number: CN101615902B
Application number: CN2009101087660A
Authority: CN
Inventors: 周小义; 秦梅; 张学
Original assignee: Emerson Network Power Co Ltd
Current assignee: Astec Power Supply Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2029-07-16
Also published as: CN101615902A

Abstract

本发明涉及软关机电路和方法。该电路的输入和输出端分别连接外部控制信号和频率/占空比调节单元的输入端，且包括第一、第二三极管和延时电路；第一三极管的基极连接到软关机电路的输入端、发射极接地、集电极经第一电阻连接到频率/占空比调制单元的输入端；延时电路的信号输入端连接到第一三极管的基极、信号输出端连接到第二三极管的基极；第二三极管的发射极接地、集电极连接到频率/占空比调制单元的输入端。该方法包括接收到第一外部控制信号后将占空比或频率降低到第一值；当特定时间间隔以后，接收到第一外部控制信号的延时信号时控制无占空比或频率输出以实现软关机。本发明可解决现有技术的输出反弹、输出能量回灌，实现关机预偏置。

Description

一种软关机电路和方法

技术领域

本发明涉及同步整流技术，更具体地说，涉及一种软关机电路和方法。

背景技术

在图1所示的副边采用同步整流技术的正激有源嵌位电路中，其关机分为硬关机和软关机。硬关机即检测到关机信号就直接关闭开关管Q1的驱动信号使得电源关机。由于辅助开关管Q2是P型开关管，具有负压驱动，故开关管Q2在关机后很长一段时间都是导通状态，从而通过励磁电感L1和嵌位电容C2谐振使得副边的开关管Q3也开通，这种关机方式在欠压关机前，PWM控制芯片(未示出)输出的占空比迅速增大，使得主开关管Q1的应力大，容易损坏(如图2)。软关机是检测到关机信号逐渐减小占空比后才关机。这种关机方式在过压关机时由于关机时间长使得动态过压点很高，主开关管Q1也会出现应力大，容易损坏。因此，目前很多通信电源需要具有关机预偏置功能，即要求电源在关机前关闭副边的同步整流开关管，使得输出电压关机前不可迅速为0。然而关闭同步整流开关管，使其在同步整流状态切换到肖特基工作状态时，输出电压也会上升，因此采用软关机方式也会使得输出电压过冲(如图3所示)。

因此，需要一种能避免现有技术的软关机导致的开关管应力增大，容易损坏的缺陷的软关机电路。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中软关机导致的开关管应力过大的缺陷，提供一种能避免现有技术的软关机导致的开关管应力增大，容易损坏的缺陷的软关机电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种软关机电路，其输入端连接外部控制信号、其输出端连接到频率/占空比调节单元的输入端，包括：第一三极管、第二三极管和延时电路；其中

所述第一三极管的基极连接到所述软关机电路的输入端、发射极接地、集电极经第一电阻连接到频率/占空比调制单元的输入端；

所述延时电路的信号输入端连接到所述第一三极管的基极、信号输出端连接到所述第二三极管的基极；

所述第二三极管的发射极接地、集电极连接到频率/占空比调制单元的输入端；其中所述延时电路包括第二电阻和第一电容，其中所述第二电阻连接到所述第一三极管的基极和第二三极管的基极之间，所述第一电容的一端连接到所述第二三极管的基极、另一端接地。

在本发明所述的软关机电路中，所述软关机电路进一步包括：

第三电阻，连接到所述软关机电路的输入端和所述第一三极管的基极之间；

第四电阻，连接到所述第一三极管的基极和地之间；

第二电容，连接到所述第一三极管的基极和地之间。

在本发明所述的软关机电路中，所述第一三极管和所述第二三极管是MOS(Metal-Oxide Semiconductor，金属-氧化物半导体)管。

在本发明所述的软关机电路中，所述频率/占空比调节单元包括第五电阻和用于控制占空比的PWM(Pulse-Width Modulation，脉宽调制)控制芯片或包括第五电阻和用于控制频率的PFM(Pulse Frequency Modulation，脉冲频率调制)控制芯片，其中所述第五电阻一端连接第一电源、一端经所述PWM控制芯片或所述PFM控制芯片的控制信号输入脚连接到所述第二三极管的集电极。

在本发明所述的软关机电路中，所述外部控制信号包括故障信号和/或关机信号。

在本发明所述的软关机电路中，所述软关机电路进一步包括LC谐振抑制电路；其中所述LC谐振抑制电路包括：

第三电容，一端连接到所述第一三极管的基极、另一端接地；

光耦，其发射端阳极连接到所述第一三极管的基极、其发射端阴极经第六电阻接地、其接收端发射极经第四电容接地、其接收端集电极经第七电阻连接到第二电源；

第三三极管，其基极连接到所述光耦的接收端发射极、其发射极接地、其集电极连接到第三电源。

本发明解决其技术问题采用的另一技术方案是，构造一种采用上述软关机电路的软关机的方法，包括

S1.接收到第一外部控制信号后将占空比或频率降低到第一值；

S2.当特定时间间隔以后，接收到所述第一外部控制信号的延时信号时控制无占空比或频率输出以实现软关机。

在本发明所述的软关机的方法中，所述步骤S2包括：

S21、接收所述第一外部控制信号的延时信号；

S22、判定所述特定时间间隔是否大于设定值，如果是执行步骤S23，否则执行步骤S24；

S23、控制无占空比或频率输出以实现关机；

S24、恢复到正常运行状态下的占空比或频率。

在本发明所述的软关机的方法中，所述第一值大于芯片的最小占空比或最小工作频率。

实施本发明的软关机电路和方法，可以解决关机限占空比引起输出反弹问题，同时也解决了输出能量回灌，即实现了关机预偏置又不会引起输出电压过冲。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中副边采用同步整流技术的正激有源嵌位电路；

图2是现有技术的关机引起的副边开关管的关机应力波形图；

图3是现有技术的关机引起的关机过冲波形图；

图4是本发明的软关机电路的第一实施例的电路原理图；

图5是本发明的软关机电路的第二实施例的电路原理图；

图6是本发明的软关机电路的第三实施例的电路原理图；

图7是本发明的软关机电路的副边开关管的关机应力波形图；

图8是本发明的软关机电路的空载硬关机时的输出电压波形图；

图9是本发明的软关机方法的流程图。

具体实施方式

本发明的基本思想是，先限制占空比或频率，并在较小占空比或频率的基础上保持一段时间再关机，从而避免现有技术的软关机导致的开关管应力增大，容易损坏的缺陷

图4是本发明的软关机电路的第一实施例的电路原理图。如图4所示，本发明的软关机电路的输入端连接外部控制信号、输出端连接到频率/占空比调节单元的输入端(图4中的虚线框部分)。该软关机电路包括：三极管Q1，其基极连接到所述软关机电路的输入端，其发射极接地，其集电极经电阻R2连接到频率/占空比调制单元的输入端；三极管Q2，其基极经延时电路连接到所述三极管Q1的基极，其发射极接地，其集电极连接到频率/占空比调制单元的输入端。在该实施例中，延时电路由电阻R3和电容C2构成，电阻R3连接到所述三极管Q1的基极和三极管Q2的基极之间，所述电容C2的一端连接到所述三极管Q2的基极、另一端接地。延时信号从延时电路中电阻R3的一端输入，并从电阻R3的另一端输出到三极管Q2的基极。

在本发明的优选实施例中，电阻R3和电容C2组成的延时电路，其延时时间不可太短，这样可保证暂态故障电路正常工作，即可保证浪涌测试通过。但延时时间也不可无限制长，否则电路长期异常工作也可使得输出电压振荡等情况发生。延时时间和产品规格有关，本领域技术人员可根据需要自行调节，一般在ms级，如100ms。此外，三极管Q1、Q2建议采用MOS管，避免低温可能出现的控制信号输出脚拉不掉的现象发生。

在本发明的其他实施例中，也可采用其他类型的延时电路和延时器件，只要能实现。

该频率/占空比调制单元包括电阻R4和用于控制占空比的PWM控制芯片(在采用PFM控制的系统中，也可以是PFM控制芯片)。其中电阻R4一端连接电源Vcc，一端经所述PWM控制芯片的控制信号输出脚，优选的，如comp脚，连接到所述三极管Q2的集电极。该PWM控制芯片可以采用LM5025、UC3844等型号的芯片。

在该实施例中，以PWM控制芯片为例进行说明，其他(PFM控制芯片)的控制原理类似。当检测到外部控制信号时后，三极管Q1开启，使得PWM控制芯片的控制信号输出脚电压被拉到一个低压值，从而限制了占空比，为关机作准备。另一路外部控制信号通过电阻R3、电容C2构成的延时电路延时开通三极管Q2，再次拉低PWM控制芯片的控制信号输出脚电压，使得占空比输出为零，从而实现关机。此延时时间是可以通过调节电阻R3和/或电容C2的值来设置。通过设置延时时间，故此电路可以保证暂态故障情况下，电源不关机，比如当输入发生浪涌时，输出不能关机。其中，外部控制信号可包括故障信号和/或关机信号。当模块过压或过流等异常发生时，通过检测电路检测到的信号为故障信号。关机信号可看作是故障信号的一种，也可单独设置。

在三极管Q1开通时，PWM控制芯片的控制信号输出脚电压：V_comp＝VCC*R2/(R4+R2)。PWM控制芯片的控制信号输出脚电压与占空比成一一对应关系，故占空比可控制。值得注意的是，关机时此芯片工作时的占空比要大于芯片正常工作时的最小占空比，且不可太接近该芯片正常工作时的最小占空比，否则主三极管Q1占空比太小，起续流作用的三极管Q2占空比大，长时间非正常工作输出电感L和输出电容C会产生谐振，导致输出振荡或产生负压。一般占空比控制在10％左右。

图5是本发明的软关机电路的第二实施例的电路原理图。在第一实施例的基础上，本发明实施例的软关机电路进一步包括电阻R1、R5和电容C1，其中电阻R1连接到三极管Q1的基极和外部控制信号之间，用来限流。电阻R5和电容C1并联在三极管Q1的基极和地之间，形成滤波电路，用来滤除干扰信号。使用图5所示的软关机电路，可以有效的控制副边开关管(副边电路可参见图1)的关机应力波形(如图7所示)，并且在空载硬关机时，输出的电压无过冲(如图8所示)。

图6是本发明的软关机电路的第三实施例的电路原理图。在该实施例中，采用本发明的软关机电路来控制副边开关管(副边电路可参见图1)，可有效地防止输出LC谐振。在上述第二实施例的基础上，本发明实施例的软关机电路进一步包括连接在三极管Q1和地之间的电容C5，光耦OPT1，三极管Q3。该光耦OPT1发射端阳极连接到所述三极管Q1的基极、发射端阴极经电阻R8接地、接收端发射极经电容C6接地、接收端集电极经电阻R9连接到第二电源VCC1；三极管Q3的基极连接到所述光耦OPT1的接收端发射极、发射极接地、集电极连接到第三电源Vp。

在该实施例中，当检测到外部控制信号时，一路信号通过三极管Q1拉低PWM控制芯片的控制信号输出脚电压调低占空比，另一路信号经光耦开路三极管Q3从而关断副边开关管。副边开关管关断从而阻断了输出电感L和输出电容C谐振。使用该实施例，解决了关机限占空比引起输出反弹问题，同时也解决了输出能量回灌，即实现了关机预偏置。

本领域技术人员知悉，并不一定要拉低控制信号输出脚电压实现关机。如在检测到外部控制信号后改变反馈基准或反馈电压也可实现限制占空比或频率，可根据不同的芯片采取不同的电路搭建方法实现。但其基本思想即是先限制占空比后保持一段时间再关机。而且本发明的软关机保护电路还可实用与各种拓扑，如全桥、半桥等电路拓扑。

图9是本发明的软关机方法的流程图。在步骤S1，接收到第一外部控制信号后将占空比或频率降低到第一值。应注意，该第一值不应该为0，而且关机时，在PWM系统中，该第一值为占空比，且该占空比要大于PWM控制芯片正常工作时的最小占空比，且最好不要太接近该芯片正常工作时的最小占空比，以避免芯片工作在临界状态。在PFM系统中，该第一值为频率，且该频率要大于PFM控制芯片正常工作时的最小频率，且最好不要太接近该芯片正常工作时的最小频率，以避免芯片工作在临界状态。在步骤S2，特定时间间隔后，接收所述第一外部控制信号的延时信号。该延时信号可以由延时电路或者延时器件生成。在步骤S3中，判定所述特定时间间隔是否大于设定值，如果是执行步骤S4，否则执行步骤S5。在步骤S4，控制无占空比或频率输出以实现关机。在步骤S5、恢复到正常运行状态下的占空比或频率。

本发明的软关机方法可使用本发明中公开的软关机电路来实现，也可是通过检测到外部控制信号后改变反馈基准或反馈电压也可实现限制占空比或频率，还可根据不同的芯片采取不同的电路搭建方法实现。只要是先限制占空比后保持一段时间再关机的设计方案都落入本发明的保护范围。

本发明的另一个实施例提供了一种机器可读存储器，其上存储有计算机程序。该程序至少包含一段代码，所述至少一段代码由机器执行使得该机器能够执行本申请中所述的方法步骤。因此，本发明可以通过硬件、软件，或者软、硬件结合来实现。

虽然本发明是以具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代，因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims

1.一种软关机电路，其输入端连接外部控制信号、其输出端连接到频率/占空比调节单元的输入端，其特征在于，包括：第一三极管、第二三极管和延时电路；其中

所述第一三极管的基极连接到所述软关机电路的输入端、发射极接地、集电极经第一电阻连接到所述频率/占空比调制单元的输入端；

所述第二三极管的发射极接地、集电极连接到频率/占空比调制单元的输入端；其中

所述延时电路包括第二电阻和第一电容，其中所述第二电阻连接到所述第一三极管的基极和第二三极管的基极之间，所述第一电容的一端连接到所述第二三极管的基极、另一端接地。

2.根据权利要求1所述的软关机电路，其特征在于，所述软关机电路进一步包括：

第四电阻，连接到所述第一三极管的基极和地之间；

第二电容，连接到所述第一三极管的基极和地之间。

3.根据权利要求1所述的软关机电路，其特征在于，所述第一三极管和所述第二三极管是MOS管。

4.根据权利要求1所述的软关机电路，其特征在于，所述频率/占空比调节单元包括第五电阻和用于控制占空比的PWM控制芯片，或包括第五电阻和用于控制频率的PFM控制芯片，其中所述第五电阻一端连接第一电源、另一端经所述PWM控制芯片或所述PFM控制芯片的控制信号输入脚连接到所述第二三极管的集电极。

5.根据权利要求4所述的软关机电路，其特征在于，所述外部控制信号包括故障信号和/或关机信号。

6.根据权利要求1-5中任一所述的软关机电路，其特征在于，所述软关机电路进一步包括LC谐振抑制电路；其中所述LC谐振抑制电路包括：

7.一种采用权利要求1-6中任一所述的软关机电路的软关机的方法，其特征在于，包括

8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S21、接收所述第一外部控制信号的延时信号；

S23、控制无占空比或频率输出以实现关机；

S24、恢复到正常运行状态下的占空比或频率。

9.根据权利要求7或8所述方法，其特征在于，所述第一值大于芯片正常工作时的最小占空比或最小工作频率。