CN101997423A

CN101997423A - 一种带输出短路保护功能的自振荡反激变换器

Info

Publication number: CN101997423A
Application number: CN 201010534022
Authority: CN
Inventors: 郭国文
Original assignee: Mornsun Guangzhou Science and Technology Ltd
Current assignee: Mornsun Guangzhou Science and Technology Ltd
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2030-10-29
Also published as: CN101997423B

Abstract

本发明公开一种带输出短路保护功能的自振荡反激变换器，依次包括输入滤波电路、主功率电路及输出滤波电路，所述主功率电路包括变压器原边绕组、输出绕组以及开关管，以实现能量的转换、传递以及输入与输出的隔离，还包括输出短路保护电路，所述输出短路保护电路设置于所述主功率电路的负反馈回路之中。本发明可简化自振荡反激变换器输出短路保护电路的电路结构，有利于降低电路损耗。

Description

一种带输出短路保护功能的自振荡反激变换器

技术领域

本发明涉及小功率DC-DC变换电源，特别涉及一种用于这种变换电源的带输出短路保护功能的自振荡反激变换器。

背景技术

由于自振荡反激变换器要求体积越来越小，频率越来越高，功率密度也越来越大。因此对输出短路保护的要求越来越高，尤其是在输出短路的情况下要求变换器的内部损耗更小。这就需要增加外围电路来实现自振荡反激变换器的输出短路保护。目前，实现这种功能电路的某些技术方案已经比较成熟，但其共同缺点是外围元件比较多，同时增加了开发成本和技术难度。

现有自振荡反激变换器(RCC)较为理想的电路原理框图如图1所示，主要包括输入滤波部分、软启动部分、MOS管、变压器、脉冲频率调制部分(PFM)、基准放大部分、隔离光耦、稳压输出回路部分等电路，其中：输入电量经变压器连接输出回路部分；软启动部分连接MOS管的栅极，该MOS管的栅极还接脉冲频率调制部分；在脉冲频率调制部分和稳压输出回路部分之间还接有基准放大部分、隔离光耦，由此形成电压负反馈回路。

上述自振荡反激变换器的实现输出短路保护功能时多采用在主回路中设计“打嗝式”短路保护电路，其工作原理为：当短路发生时，主回路的电流一定会增大；当电流增大到一定程度时，认定短路发生并触发保护；触发保护后，通过不断地启动电路来“试验”短路情况是否消除。如果短路情况消除，则重新启动电路成功，以实现短路保护自动恢复；如果短路情况仍然存在，则电路的电流则还会增大到认定短路发生的强度，这时再次触发短路保护。该保护电路的主要缺点在于：1、电路结构复杂；2、因位于主回路中，持续短路时功率损耗较大；3、由于需要不断“试验”短路情况是否消除，因而对负载不断冲击，甚至会使故障扩大。

目前业界常用的一种小功率DC-DC变换电源的自振荡反激变换器如图2所示，其电路基本组成是：脉冲频率调制部分主要由NPN型三极管TR1、电容C6和C5、电阻R11和R9、续流二极管D3及反馈绕组P3等组成；输入电压从初级绕组P1的同名端接入，而初级绕组P1的异名端接MOS管TR2的漏极，该MOS管TR2的源极分别通过电阻R5接地和通过偏置电阻R9接三极管TR2的基极，且该偏置电阻R9的两端并联电容C5；三极管TR1集电极接MOS管TR2的栅极，同时三极管TR1的发射极接地；反馈绕组P3同名端经电容C6、电阻R11接MOS管TR2的栅极；此外，输入电压的另外一路经软启动部分接MOS管TR2的栅极；而基准放大部分由稳压器ADJ组成，其作用为以输出回路部分的采样电压为负反馈信号，经光耦OC1输入到脉冲频率调制部分的晶体三极管TR1的基极，形成电压负反馈回路；稳压输出回路部分主要由变压器T1的次级绕组P2、整流二极管D1和滤波电容C3连接而成。

上述电路在输出短路时，由于初级绕组P1和反馈绕组P3漏感的存在，MOS管TR2关断瞬间使得原边绕组P1漏感、反馈绕组P3漏感分别与电容C14、C11谐振，该谐振使得MOS管处于反复关断状态，这使得MOS管消耗能量和原边绕组传递能量瞬速增加，从而最终导致短路功耗增大，甚至使得产品被损坏。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种带输出短路保护功能的自振荡反激变换器，可简化输出短路保护电路的结构，降低电路损耗；尤其可以在输出短路时还可以实现开关管的快速关断，减小开关损耗，提高电路的转换效率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种带输出短路保护功能的自振荡反激变换器，依次包括输入滤波电路、主功率电路及输出滤波电路，所述主功率电路包括变压器原边绕组、输出绕组以及开关管，以实现能量的转换、传递以及输入与输出的隔离，还包括输出短路保护电路，所述输出短路保护电路设置于所述主功率电路的负反馈回路之中。

较优地，所述输出短路保护电路包括：一负反馈绕阻；一续流支路，连接所述负反馈绕组的同名端；一用于吸收负反馈绕组漏感的电路，连接所述负反馈绕组的异名端。

较优地，所述续流支路由一续流二级管阳极接地组成。

较优地，所述用于吸收负反馈绕组漏感的电路由负反馈电阻的一条支路组成，该支路由电阻和电容各一顺次串联后接地，并在所述电容的两端并联一电阻组成。

较优地，所述用于吸收负反馈绕组漏感的电路由与异名端串接的一电阻、异名端串接一电阻后的支路组成；所述异名端串接一电阻后的支路由一电容和电阻并联后接地组成。

较优地，所述用于吸收负反馈绕组漏感的电路由负反馈电阻的一条支路组成，该支路则由电容和电阻各一顺次串联后接地，并在所述电容输入端和所述电阻输出端并联一电阻组成。

较优地，所述用于吸收负反馈绕组漏感的电路由负反馈电阻的一条支路组成，该支路则由电容和电阻各一顺次串联后接地组成。

较优地，所述用于吸收负反馈绕组漏感的电路由负反馈电阻的一条支路组成，该支路则由电阻和电容各一顺次串联后接地组成。

较优地，所述用于吸收负反馈绕组漏感的电路由与异名端串接的一电阻、异名端串接一电阻后的支路组成；所述异名端串接一电阻后的支路由一电容接地组成。

较优地，所述输入滤波电路与所述主功率电路之间依次设置软启动电路和双管驱动控制电路，构成所述主功率电路的控制支路。

与现有技术相比，本发明带输出短路保护功能的自振荡反激变换器中，输出短路保护电路位于主功率回路的反馈回路之中，其有益技术效果是：由于该反馈回路的电流相对主回路电流可以忽略，因此输出短路保护电路自身消耗的能量非常少，从而可以进一步降低短路损耗，提高电源效率；而且可使该输出短路保护电路结构更为简单、体积更小，并易于实施，降低制造成本；特别地，由于输出短路保护电路中设有用于吸收负反馈绕组漏感的电路，从而可以吸收该负反馈绕组漏感能量，由此减小开关管的反复开关次数，使开关快速进入关断，进一步减小短路时原边绕组能量传输和开关管的开关损耗，更好地实现输出短路保护目的。

附图说明

图1为现有技术中自振荡反激变换器的一种较为理想的电路原理框图；

图2为目前业界常用的一种小功率DC-DC变换电源的自振荡反激变换器的电路图；

图3为本发明带输出短路保护功能的自振荡反激变换器的功能框图；

图4为图3所示带短路保护功能的自振荡反激变换器第一实施例的电路图；

图5为图3所示带短路保护功能的自振荡反激变换器第二实施例的输出短路保护部分电路图；

图6为图3所示带短路保护功能的自振荡反激变换器第三实施例的输出短路保护部分电路图；

图7为图3所示带短路保护功能的自振荡反激变换器第四实施例的输出短路保护部分电路图；

图8为图3所示带短路保护功能的自振荡反激变换器第五实施例的输出短路保护部分电路图；

图9为图3所示带短路保护功能的自振荡反激变换器第六实施例的输出短路保护部分电路图；

图10为无输出短路保护的电源MOS管驱动波形与反馈绕组电流波形图；

图11为采用本发明输出短路保护功能的电源MOS管驱动波形与反馈绕组电流波形图。

具体实施方式

本发明的核心为输出短路保护电路位于主功率回路的反馈回路之中，并进一步在该输出短路保护电路中设置一用于吸收负反馈绕组漏感的电路。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

参见图3，为本发明带输出短路保护功能的自振荡反激变换器(以下或简称电源)的功能框图，其中：DC输入经输入滤波电路、主功率电路、输出滤波电路后输出，得到DC输出；在电源的输出端有一取样电流流经取样电路、误差放大电路、双管驱动控制电路后对主功率电路中的主开关管(优选为MOS管)进行负反馈控制；同时，在输入滤波电路的输出端连接有一软启动电路，该软启动电路另一端与双管驱动控制电路连接以实现电源的软启动功能；尤为重要的是，在主功率电路中的负反馈回路中的负反馈绕组输出回路中有一短路保护电路，该短路保护电路的另一端连接至双管驱动电路。图3中标识了Is-s1、SD-dc、IS-s、GD-dc等四路信号以反映双管驱动控制电路的工作过程，下面结合具体实现电路进一步说明。

参见图4，为本发明带输出短路保护功能的自振荡反激变换器第一实施例。该实现电路主要包括以下几个组成部分：输入滤波电路11、软启动电路12、主功率电路13、双管驱动控制电路14、输出短路保护电路15、输出滤波电路16、稳压电路17，其中：

输入滤波电路11，包括滤波电容C0、C1和滤波电感L0，其结构为公知的π型滤波电路原理结构，在此不详细说明。

软启动电路12，包括分压电阻R10、R13、R14，启动电容C9和二极管D4。其工作原理为当接入输入电压时，电流经R10对C9充电，经过时间t＝R10*C9后电容电压达到MOS门限电压，实现开机软启动功能。

主功率电路13，包括变压器原边绕组P1、输出绕组P2，MOS管TR1、限流电阻R5，输出整流二极管D1，实现电源能量的转换、传递以及输入与输出隔离。另外，在MOS管TR1的栅极反向接有稳压管Z4，可使MOS管TR1的栅极启动电压箝制在预定电平上。

双管驱动控制电路14，包括电阻R6、R9、R111，电容C5、C12，NPN型二极管TR2、PNP型二极管TR3等元件，其工作原理为：当输出电压偏高时光耦OC1导通，使得三极管TR2、TR3分别导通，加速MOS管TR1关断。

输出短路保护电路15，包括反馈绕组P3，电阻R1A、R1B，电容C11，二极管D3；该短路保护电路负反馈绕组P3异名端与R1A、R1相连，R1A另一端与R1B、C11相连，R1B、C11另一端接地，负反馈绕组P3同名端与C6、二极管D3的阴极相连，二极管D3的阳极接地，C6另一端与R11相连，R11另一端接MOS管TR1的栅极(G极)。该电路的工作原理为：当电源输出短路时，R1A快速吸收反馈绕组P3漏感所存储的能量，加速漏感与电容C11的阻尼振荡；此外，R1B对C11进行分流，降低电容两端电压，从而降低MOS管的驱动电压。图10与图11的波形对比可清楚显示输出短路保护电路对于整个电路的性能改善，其中：图10显示未加短路保护时反馈绕组漏感与C11谐振，反馈绕组漏感对C11充放电，由于MOS管的驱动电压V_gs∝V_c11±V_Lk且C11电容容值比较大，在谐振周期内其电压几乎不变，由于谐振导致反馈绕组漏感两端电压在+V_Lk和-V_Lk变化，即MOS管处于反复关断状态，极大地增加了MOS管损耗和原边能量传输，导致产品过热损坏；图11显示增加短路保护电路时反馈绕组漏感与C11、R1A阻尼振荡，MOS管瞬速被关断，既减少了MOS管自身的能量损耗又减少了变压器T1原边向副边传递的能量，从而达到短路保护目的。

输出滤波电路16，包括电容C3，也可采用其它现有滤波电路，具体可按有关技术手册选定。

稳压电路17，主要包括稳压器ADJ，其通过光耦OC1连接到主功率电路及输出短路保护电路15及双管驱动控制电路14，在此不再赘述。

以下分别对另外五种电路简要进行说明，其中仅示出输出短路保护电路部分，它们的接法与图4相同。为方便起见，将有关元件后统一附加数字表示为第几种实施例中的相应元件，如：C6-2为第表示第二实施例中的C6，R1-2为第表示第二实施例中的R1。

参见图5，图6，其中分别给出了第二、第三输出带短路保护的自振荡反激变换器电路。它们与图4所示电路的工作原理类似，其区别仅在于短路保护电路25中的R1A-2、短路保护电路35中的R1A-3的位置较短路保护电路15中的R1A的位置发生变化。

图7给出了第四种输出带短路保护的自振荡反激变换器电路，其与图4的区别在于输出短路保护电路45中去掉了短路保护电路15中所述R1B。其工作原理与图4的区别在于，输出短路时C11-4两端电压没有分流支路，即C11-4电压几乎不变；R1A-4短路保护原理同短路保护电路15中的R1A类似，不再赘述。

图8、图9分别给出了第五、第六种带短路保护的自振荡反激变换器电路。它们与图7的工作原理类似，其区别仅在于短路保护电路55中R1A-5、短路保护电路65中R1A-6的位置较短路保护电路15中R1A的位置发生变化。

除上述说明的几种实施电路外，本行业技术人员通过以上描述与附图举例能自然联想到的其它等同应用方案。需说明的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，对本发明进行若干的改进和修饰落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种带输出短路保护功能的自振荡反激变换器，依次包括输入滤波电路、主功率电路及输出滤波电路，所述主功率电路包括变压器原边绕组、输出绕组以及开关管，以实现能量的转换、传递以及输入与输出的隔离，其特征在于，还包括输出短路保护电路，所述输出短路保护电路设置于所述主功率电路的负反馈回路之中。

2.根据权利要求1所述的带输出短路保护功能的自振荡反激变换器，其特征在于，所述输出短路保护电路包括：一负反馈绕阻；一续流支路，连接所述负反馈绕组的同名端；一用于吸收负反馈绕组漏感的电路，连接所述负反馈绕组的异名端。

3.根据权利要求2所述的带输出短路保护功能的自振荡反激变换器，其特征在于，所述续流支路由一续流二级管阳极接地组成。

4.根据权利要求2所述的带输出短路保护功能的自振荡反激变换器，其特征在于，所述用于吸收负反馈绕组漏感的电路由负反馈电阻的一条支路组成，该支路由电阻和电容各一顺次串联后接地，并在所述电容的两端并联一电阻组成。

5.根据权利要求2所述的带输出短路保护功能的自振荡反激变换器，其特征在于，所述用于吸收负反馈绕组漏感的电路由与异名端串接的一电阻、异名端串接一电阻后的支路组成；所述异名端串接一电阻后的支路由一电容和电阻并联后接地组成。

6.根据权利要求2所述的带输出短路保护功能的自振荡反激变换器，其特征在于，所述用于吸收负反馈绕组漏感的电路由负反馈电阻的一条支路组成，该支路则由电容和电阻各一顺次串联后接地，并在所述电容输入端和所述电阻输出端并联一电阻组成。

7.根据权利要求2所述的带输出短路保护功能的自振荡反激变换器，其特征在于，所述用于吸收负反馈绕组漏感的电路由负反馈电阻的一条支路组成，该支路则由电容和电阻各一顺次串联后接地组成。

8.根据权利要求2所述的带输出短路保护功能的自振荡反激变换器，其特征在于，所述用于吸收负反馈绕组漏感的电路由负反馈电阻的一条支路组成，该支路则由电阻和电容各一顺次串联后接地组成。

9.根据权利要求2所述的带输出短路保护功能的自振荡反激变换器，其特征在于，所述用于吸收负反馈绕组漏感的电路由与异名端串接的一电阻、异名端串接一电阻后的支路组成；所述异名端串接一电阻后的支路由一电容接地组成。

10.根据权利要求1-9任一项所述的带输出短路保护功能的自振荡反激变换器，其特征在于，所述输入滤波电路与所述主功率电路之间依次设置软启动电路和双管驱动控制电路，构成所述主功率电路的控制支路。