CN102255507B - 用于隔离型开关电源的恒流控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于隔离型开关电源的恒流控制电路，隔离型开关电源包括通过变压器耦合的初级部分和次级部分，初级部分提供输入电压，次级部分提供输出电压，初级部分包括：输入电压检测电路、关断时间控制电路和功率开关管，其中，输入电压检测电路用于检测输入电压；关断时间控制电路用于根据输入电压相对于第一基准电压的变化对功率开关管的关断时间进行调整。本发明克服了现有技术中电路结构较复杂，所采用的元件数量较多，占用的PCB面积较大，导致在某些特定的应用中受到限制，而且成本较高的问题。

Description

用于隔离型开关电源的恒流控制电路

技术领域

本发明涉及开关电源领域，具体而言，涉及一种用于隔离型开关电源的恒流控制电路。

背景技术

随从使用的角度分类，开关电源分为恒压、恒流、恒功率等类型。从电气特性角度，可以分为隔离型和非隔离型两种。对某些具有电流敏感特性的产品来讲，隔离、恒流功能的开关电源是较好的选择。

现有技术中，被广泛采用的恒流控制方式是次级取样、反馈、初级控制，图1示出了相关技术中用于隔离型开关电源的恒流控制电路结构图，如图1所示，次级的“电流取样电路”实现对输出电流的检测，由“基准源”电路产生一个参考电压信号，由“误差比较器”对取样电路的信号和参考电压信号进行比较，并将比较结果通过光电耦合器U1A反馈给电源的初级，最终由初级对输出电流进行控制。这种电路结构较复杂，所采用的元件数量较多，占用的PCB面积较大，导致在某些特定的应用中受到限制，而且成本较高。

发明内容

本发明提供了一种能解决以上问题的用于隔离型开关电源的恒流控制电路。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于隔离型开关电源的恒流控制电路，隔离型开关电源包括通过变压器耦合的初级部分和次级部分，初级部分提供输入电压，次级部分提供输出电压，初级部分包括：输入电压检测电路、关断时间控制电路和功率开关管，其中，输入电压检测电路用于检测输入电压；关断时间控制电路用于根据输入电压相对于第一基准电压的变化对功率开关管的关断时间进行调整。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于隔离型开关电源的恒流控制电路，隔离型开关电源包括通过变压器耦合的初级部分和次级部分，初级部分提供输入电压，次级部分提供输出电压，初级部分包括：输出电压反馈电路、关断时间控制电路和功率开关管，其中，输出电压反馈电路用于提供输出电压的反馈电压；关断时间控制电路用于根据反馈电压相对于第二基准电压的变化对功率开关管的关断时间进行调整。

本发明的上述实施例中，通过对输入电压或输出电压进行检测，当输入电压或输出电压发生变化时，根据输入电压或输出电压的变化通过关断时间控制电路对功率开关管的关断时间进行调整，从而使开关电源的周期不变或变化很小，达到维持开关电源的输出电流恒定的目的，使得电路的结构较简单，所采用的元件数量较少，减小了PCB面积，降低了成本，提高了开关电源的使用范围，克服了现有技术中电路结构较复杂，所采用的元件数量较多，占用的PCB面积较大，导致在某些特定的应用中受到限制，而且成本较高的问题。

附图说明

下面将参照附图对本发明的具体实施方案进行更详细的说明，在附图中：

图1示出了相关技术中用于隔离型开关电源的恒流控制电路结构图；

图2示出了根据相关技术的隔离型开关电源原理图；

图3示出了根据本发明一个实施例的用于隔离型开关电源的恒流控制电路结构图；

图4示出了根据本发明一个实施例的用于隔离型开关电源的恒流控制电路结构图；

图5示出了根据本发明一个优选实施例的用于隔离型开关电源的恒流控制电路结构图；

图6示出了根据本发明另一个优选实施例的用于隔离型开关电源的恒流控制电路结构图。

具体实施方式

在本发明的实施例中，首先讨论当交流输入电压变化时恒流控制的原理。图2示出了根据相关技术的隔离型开关电源原理图，在隔离型开关电源中，根据能量守恒，有

$\mathrm{Vo}*\mathrm{Io}*T=\frac{1}{2}*\mathrm{Lp}*\mathrm{Idsp}{p}^2*{\mathrm{eff}}_T......\left(1\right)$

其中，Vo是输出LED的电压，一旦LED的串并联关系确定，Vo为一个确定的值；Io是输出LED的平均电流，是一个常数；T是开关电源的周期；Lp是变压器的初级电感量，也是一个常数；Idspp为初级电流的峰值，对于恒定关断时间模式的芯片来说也是一个常数；eff_T为变压器的传输效率，为常数，大约0.9～0.95。

因此，只要保持周期T不变就可以实现LED的电流Io不变，达到电流控制的目的。

周期T＝Ton+Toff，Ton为功率开关管M1的导通时间，Toff为其关断时间。对于恒定关断时间模式(Constant off time)的芯片，Toff为固定值，由芯片外部的一个电阻或者电容来决定，而Ton随输入电压在变化。

由

输入电压升高，Vdc升高，Ton减小，Ton与Vdc成反向变化关系。

所以，只要Toff是一个与Vdc成正向变化关系的电路，就可以用Toff的变化去补偿Ton的变化，可以使周期T维持不变或者变化很小。

原理框图如下：

当Vdc升高，Ton减小，而Toff增大；当Vdc降低，Ton增大，而Toff减小；合理调整电路参数，可以实现周期T维持不变或者变化很小的目的。

另外，在某些产品的大批量生产中，由于负载(LED灯)的电压一致性问题，每批生产的产品其输出电压Vo可能会不同。根据(1)中的公式，Vo的变化会造成电流Io发生变化。

因此，我们还将讨论当输出LED电压变化时恒流控制的原理，通过调整Toff来补偿Vo的变化。

或者

当Vo变高，Ton不变，而Toff减小，T减小；当Vo变低，Ton不变，而Toff增加，T增大；合理调整电路参数，可以显现Vo*T维持不变或者变化很小的目的，从而保证电流Io不变。

在本发明的实施例中，提供了一种用于隔离型开关电源的恒流控制电路，隔离型开关电源包括通过变压器耦合的初级部分和次级部分，初级部分提供输入电压，次级部分提供输出电压，初级部分包括：输入电压检测电路、关断时间控制电路和功率开关管，其中，输入电压检测电路用于检测输入电压；关断时间控制电路用于根据输入电压相对于第一基准电压的变化对功率开关管的关断时间进行调整。

在上述实施例中，通过对输入电压进行检测，当输入电压相对于基准电压发生变化时，根据输入电压的变化通过关断时间控制电路对功率开关管的关断时间进行调整，从而使开关电源的周期不变或变化很小，达到维持开关电源的输出电流恒定的目的，使得电路的结构较简单，所采用的元件数量较少，减小了PCB面积，降低了成本，提高了开关电源的使用范围，克服了现有技术中电路结构较复杂，所采用的元件数量较多，占用的PCB面积较大，导致在某些特定的应用中受到限制，而且成本较高的问题。

优选地，在上述恒流控制电路中，可以采用输出电压的反馈电路，用于提供输出电压的反馈电压作为第一基准电压。

优选地，在上述恒流控制电路中，关断时间控制电路包括晶体管、电容和固定关断时间模式芯片，输入电压作用在晶体管的基极上，第一基准电压作用在晶体管的发射极和集电极中的一个上，并且提供电流，电流的至少一部分作用在电容上，电流的至少另一部分流经晶体管的发射极和集电极，固定关断时间模式芯片基于电容的电压关断功率开关管。

图3示出了根据本发明一个实施例的用于隔离型开关电源的恒流控制电路结构图，如图3所示，电阻R4、电阻R5和稳压二极管D3组成输入电压检测电路；关断时间控制电路包括依次串联在一起的电阻R3、晶体管Q1和电容Coff，以及固定关断时间模式芯片(图中未标识)，其中，晶体管Q1的基极连接在电阻R4和电阻R5之间，电阻R3连接晶体管Q1的发射极与固定关断时间模式芯片的Vdd pin管脚之间，晶体管Q1的集电极分别与固定关断时间模式芯片的Toff pin管脚和电容Coff相连接，其中晶体管Q1为PNP型晶体管。

在图3的实施例中，也可以将电容Coff连接在晶体管Q1的集电极和发射极之间，晶体管Q1的集电极与固定关断时间模式芯片的Toff pin管脚相连接，其中晶体管Q1为NPN型晶体管。

在图3的实施例中，稳压二极管也可以采用低压差线性稳压管代替；而晶体管Q1可以为双极型晶体管或场效应晶体管。

在本发明的实施例中，还提供了一种用于隔离型开关电源的恒流控制电路，隔离型开关电源包括通过变压器耦合的初级部分和次级部分，初级部分提供输入电压，次级部分提供输出电压，初级部分包括：输出电压反馈电路、关断时间控制电路和功率开关管，其中，输出电压反馈电路用于提供输出电压的反馈电压；关断时间控制电路用于根据反馈电压相对于第二基准电压的变化对功率开关管的关断时间进行调整。

本发明的上述实施例中，通过对反馈的输出电压进行检测，当检测到输出电压相对于基准电压发生变化时，根据输出电压的变化控制功率开关管的关断时间，从而使开关电源的周期不变或变化很小，达到维持开关电源的输出电流恒定的目的，使得电路的结构较简单，所采用的元件数量较少，减小了PCB面积，降低了成本，提高了开关电源的使用范围，克服了现有技术中电路结构较复杂，所采用的元件数量较多，占用的PCB面积较大，导致在某些特定的应用中受到限制，而且成本较高的问题。

优选地，在上述恒流控制电路中，关断时间控制电路包括晶体管、电容和固定关断时间模式芯片，其中，反馈电压作用在晶体管的发射极和集电极之一上，并且提供电流，电流的至少一部分作用在电容上，电流的至少另一部分流经晶体管的发射极和集电极，固定关断时间模式芯片基于电容的电压关断功率开关管。

图4示出了根据本发明一个实施例的用于隔离型开关电源的恒流控制电路结构图，如图4所示，变压器T1和二极管D2组成的输出电压反馈电路，关断时间控制电路包括依次串联在一起的电阻R3、晶体管Q1和电容Coff，以及电阻R1、电阻R2和固定关断时间模式芯片(图中未标识)，其中，晶体管Q1的基极连接在第二基准电压Vref上，晶体管Q1的发射极与电阻R3相连接，晶体管Q1的集电极分别与固定关断时间模式芯片的Toffpin管脚和电容Coff相连接，其中晶体管Q1为PNP型晶体管；电阻R1和电阻R2串联，电阻R2的输出端与固定关断时间模式芯片的管脚Vdd pin相连接，输出电压反馈电路的输出端连接在电阻R1和电阻R2之间。

在图4的实施例中，也可以将电容Coff连接在晶体管Q1的集电极和发射极之间，晶体管Q1的集电极与固定关断时间模式芯片的Toff pin管脚相连接，其中晶体管Q1为NPN型晶体管。

图5示出了根据本发明一个优选实施例的用于隔离型开关电源的恒流控制电路结构图，如图5所示，电阻R4、电阻R5和稳压二极管D3组成输入电压检测电路；变压器T1和二极管D2组成的输出电压反馈电路，二极管D2输出端的电压Vdd1与输出电压Vo按匝数比成正比；关断时间控制电路包括依次串联在一起的电阻R3、晶体管Q1和电容Coff，以及电阻R1、电阻R2和固定关断时间模式芯片(图中未标识)，其中，晶体管Q1的基极连接在电阻R4和电阻R5之间，晶体管Q1的发射极与电阻R3相连接，晶体管Q1的集电极分别与固定关断时间模式芯片的Toff pin管脚和电容Coff相连接，其中晶体管Q1为PNP型晶体管；电阻R1和电阻R2串联，电阻R2的输出端与固定关断时间模式芯片的管脚Vdd pin相连接，输出电压反馈电路的输出端连接在电阻R1和电阻R2之间。

图6示出了根据本发明另一个优选实施例的用于隔离型开关电源的恒流控制电路结构图，如图6所示，电阻R4、电阻R5和稳压二极管D3组成输入电压检测电路；变压器T1和二极管D2组成的输出电压反馈电路，关断时间控制电路包括依次串联在一起的电阻R3、晶体管Q1和电容Coff，以及电阻R1、电阻R2和固定关断时间模式芯片(图中未标识)，其中，晶体管Q1的基极连接在电阻R4和电阻R5之间，晶体管Q1的集电极分别与电阻R3、固定关断时间模式芯片的Toff pin管脚相连接；电容Coff连接在晶体管Q1的发射极和集电极之间，其中晶体管Q1为NPN型晶体管，电阻R1和电阻R2串联，电阻R2的输出端与固定关断时间模式芯片的管脚Vdd pin相连接，输出电压反馈电路的输出端连接在电阻R1和电阻R2之间。

以下根据图5对影响功率开关管的变量进行分析，计算过程如下：

$\mathrm{Toff}=\frac{\mathrm{Coff}*2V}{\mathrm{Ioff}}......\left(5\right)$

其中2伏为电容Coff上充电电压的上限阈值。

$\mathrm{Ioff}=\frac{\mathrm{Vdd}1-\mathrm{Ve}}{R3};$

$\mathrm{Vdd}1=\frac{\mathrm{Na}}{\mathrm{Ns}}*(\mathrm{Vo}+0.7V)-0.7V;$

Ve＝Vb+0.7V；

$\mathrm{Vb}=\mathrm{Vd}3+\frac{\mathrm{Vdc}-\mathrm{Vd}3}{R4+R5}*R5;$

分别代入公式(5)得，

$\mathrm{Toff}=\frac{\mathrm{Coff}*2*R3}{\frac{\mathrm{Na}}{\mathrm{Ns}}*\mathrm{Vo}-\frac{R5}{R4+R5}*\mathrm{Vdc}+(\frac{\mathrm{Na}}{\mathrm{Ns}}*0.7-1.4-\mathrm{Vd}3+\frac{R5}{R4+R5}*\mathrm{Vd}3)}...\left(6\right)$

将公式(6)和公式(4)对比，Coff*2*R3＝k9，

$(\frac{\mathrm{Na}}{\mathrm{Ns}}*0.7-1.4-\mathrm{Vd}3+\frac{R5}{R4+R5}*\mathrm{Vd}3)=k12.$

因此，Toff与输入电压Vdc成正向变化的关系，与输出电压Vo成反向变化的关系，输入电压Vdc变化时可以实现对电流Io的补偿，输出电压Vo稍微变化时也可以实现对电流Io的补偿功能。

显而易见，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下，在此描述的本发明可以有许多变化。因此，所有对于本领域技术人员来说显而易见的改变，都应包括在本权利要求书所涵盖的范围之内。本发明所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限定。

Claims (12)

1.一种用于隔离型开关电源的恒流控制电路，所述隔离型开关电源包括通过变压器耦合的初级部分和次级部分，所述初级部分提供输入电压，所述次级部分提供输出电压，其特征在于，所述初级部分包括：输入电压检测电路、关断时间控制电路和功率开关管，其中

所述输入电压检测电路用于检测输入电压；

所述关断时间控制电路用于根据所述输入电压相对于第一基准电压的变化对所述功率开关管的关断时间进行调整；

所述关断时间控制电路包括晶体管Q1、电容Coff和固定关断时间模式芯片，所述输入电压作用在所述晶体管Q1的基极上，所述第一基准电压作用在晶体管Q1的发射极和集电极中的一个上，并且提供电流，所述电流的至少一部分作用在所述电容Coff上，所述电流的至少另一部分流经晶体管Q1的发射极和集电极，所述固定关断时间模式芯片基于所述电容Coff的电压关断所述功率开关管。

2.根据权利要求1所述的恒流控制电路，其特征在于，所述输入电压检测电路包括依次串联在一起的电阻R4、电阻R5和稳压器件。

3.根据权利要求1所述的恒流控制电路，其特征在于，还包括：输出电压的反馈电路，用于提供输出电压的反馈电压作为所述第一基准电压。

4.根据权利要求1所述的恒流控制电路，其特征在于，所述关断时间控制电路包括依次串联在一起的电阻R3、晶体管Q1和电容Coff，以及固定关断时间模式芯片，其中，所述晶体管Q1的基极与所述输入电压检测电路相连接，所述电阻R3连接在所述晶体管Q1的发射极与所述固定关断时间模式芯片的Vdd pin管脚之间，所述晶体管Q1的集电极分别与所述固定关断时间模式芯片的Toffpin管脚和所述电容Coff相连接。

5.根据权利要求1所述的恒流控制电路，其特征在于，所述关断时间控制电路包括电阻R3、晶体管Q1和电容Coff，以及固定关断时间模式芯片，其中，所述晶体管Q1的基极与所述输入电压检测电路相连接，所述电阻R3连接在所述晶体管Q1的集电极与所述固定关断时间模式芯片的Vdd pin管脚之间，所述电容Coff连接在所述晶体管Q1的集电极和发射级之间，所述晶体管Q1的集电极与所述固定关断时间模式芯片的Toffpin管脚相连接。

6.根据权利要求2所述的恒流控制电路，其特征在于，所述稳压器件为稳压管或低压差线性稳压管。

7.根据权利要求1所述的恒流控制电路，其特征在于，所述晶体管为以下任一种：

双极型晶体管和场效应晶体管。

8.一种用于隔离型开关电源的恒流控制电路，所述隔离型开关电源包括通过变压器耦合的初级部分和次级部分，所述初级部分提供输入电压，所述次级部分提供输出电压，其特征在于，所述初级部分包括：输出电压反馈电路、关断时间控制电路和功率开关管，其中

所述输出电压反馈电路用于提供输出电压的反馈电压；

所述关断时间控制电路用于根据所述反馈电压相对于第二基准电压的变化对所述功率开关管的关断时间进行调整；

所述关断时间控制电路包括晶体管Q1、电容Coff和固定关断时间模式芯片，其中

所述反馈电压作用在所述晶体管Q1的发射极和集电极之一上，并且提供电流，所述电流的至少一部分作用在电容上，所述电流的至少另一部分流经所述晶体管Q1的发射极和集电极，所述固定关断时间模式芯片基于所述电容Coff的电压关断所述功率开关管。

9.根据权利要求8所述的恒流控制电路，其特征在于，所述输出电压反馈电路包括串联的变压器T1和二极管D2。

10.根据权利要求8所述的恒流控制电路，其特征在于，所述关断时间控制电路包括依次串联在一起的电阻R3、晶体管Q1和电容Coff，以及固定关断时间模式芯片，其中，所述晶体管Q1的基极与所述输入电压检测电路相连接，所述电阻R3连接在所述晶体管Q1的发射极与所述固定关断时间模式芯片的Vdd pin管脚之间，所述晶体管Q1的集电极分别与所述固定关断时间模式芯片的Toff pin管脚和所述电容Coff相连接。

11.根据权利要求8所述的恒流控制电路，其特征在于，所述关断时间控制电路包括电阻R3、晶体管Q1和电容Coff，以及固定关断时间模式芯片，其中，所述晶体管Q1的基极与所述输入电压检测电路相连接，所述电阻R3连接在所述晶体管Q1的集电极与所述固定关断时间模式芯片的Vdd pin管脚之间，所述电容Coff连接在所述晶体管Q1的集电极和发射级之间，所述晶体管Q1的集电极与所述固定关断时间模式芯片的Toff pin管脚相连接。

12.根据权利要求8所述的恒流控制电路，其特征在于，还包括：输入电压检测电路，用于提供所述第二基准电压。

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