CN102368663B - 一种带可控电流尖峰抑制保护的电源变换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带可控电流尖峰抑制保护的电源变换器，直流输入信号依次经过输入滤波电路、主功率电路和输出滤波电路后输出，稳压电路采样直流输出信号后输出的采样信号通过驱动控制电路对主功率电路中主开关管进行负反馈控制，在输入滤波电路输出端与驱动控制电路之间连接有软启动电路，在主功率电路中变压器的负反馈绕组和驱动控制电路之间连接有输出短路保护电路，还设有电流尖峰抑制保护电路，电流尖峰抑制保护电路的输出端连接到所述稳压电路与驱动控制电路的连接处；电源变换器启动时电流尖峰抑制保护电路输出一个幅度和时间可控的单脉冲信号用于替代稳压电路工作，电源变换器正常工作后电流尖峰抑制保护电路相当于断路。

Description

一种带可控电流尖峰抑制保护的电源变换器

技术领域

本发明涉及一种DC-DC小功率电源变换器，特别涉及一种带可控电流尖峰抑制保护的DC-DC电源变换器。

背景技术

在开关电源领域，市场对电源产品是否满足安规标准越来越重视，而供电系统输出的限流保护及其灵敏度则是安规标准中的一项相当重要的指标，相应地，对其要求也就越来越高，这就要求供电系统的后端负载在开机时，电流尖峰要小、持续时间要短。

传统的供电系统输出负载采用开关控制型DC-DC电源变换器，常用的开关控制型DC-DC电源变换器(如图1所示)启动时，输出电压从0V上升到额定输出电压时段，误差放大电路ADJ暂不工作，此时开关控制型DC-DC电源变换器完全由内部电流环控制，其输入电流峰值必然高于稳态时输入电流峰值才能关断开关管，这就导致开机启动瞬间输入电流峰值超出范围(见图21)，所以常用的开关控制型DC-DC电源变换器的启动电流峰峰值较稳态工作时输入电流大。

为解决上述问题，一个思路是供电系统在负载启动时提前保护，但这样会导致系统不能正常运行，因此减小开关控制型DC-DC电源变换器的启动电流峰值就显得尤为重要。目前实现这种功能的技术主要是使用芯片(IC3843)控制的DC-DC电源变换器，利用芯片的最大占空比限制功能，实现开关管导通时间控制，从而限制启动电流峰值。但其缺点是：对启动电流峰值抑制的程度较小，对于要求启动电流峰值较小的电源来说，明显不能满足要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带可控电流尖峰抑制保护的电源变换器，能够有效的抑制启动电流峰值。

为达到上述目的，本发明通过以下的技术措施来实现：一种带可控电流尖峰抑制保护的电源变换器，直流输入信号依次经过输入滤波电路、主功率电路和输出滤波电路后输出，稳压电路采样直流输出信号后输出的采样信号通过驱动控制电路对主功率电路中的主开关管进行负反馈控制，在输入滤波电路的输出端与驱动控制电路之间连接有可实现电源变换器软启动的软启动电路，在主功率电路中变压器的负反馈绕组和驱动控制电路之间连接有输出短路保护电路，还设有电流尖峰抑制保护电路，电流尖峰抑制保护电路的输出端连接到所述稳压电路与所述驱动控制电路的连接处；电源变换器启动时电流尖峰抑制保护电路输出一个幅度和时间可控的单脉冲信号用于替代稳压电路工作，电源变换器正常工作后电流尖峰抑制保护电路相当于断路。

其中电流尖峰抑制保护电路主要包括：第一限流电阻R1P、第一电阻R2P、第一延时电容C1P、PNP型三极管T1P和第一二极管D1P；电源变换器的输入端通过第一限流电阻R1P连接到PNP型三极管T1P的发射极，电源变换器的输入端依次通过第一限流电阻R1P和第一电阻R2P连接到PNP型三极管T1P的基极，第一二极管D1P的阴极连接电源变换器的输入端，第一二极管D1P的阳极连接PNP型三极管T1P的基极，PNP型三极管T1P的基极通过第一延时电容C1P接地，PNP型三极管T1P的集电极为电流尖峰抑制保护电路的输出端。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、由于电流尖峰抑制保护电路的加入，在不影响电源变换器其它性能(带负载和容性负载能力、过流保护等性能)的前提下，极大程度的降低了开关控制型DC-DC电源变换器启动时的输入电流峰值，其输入电流尖峰几乎为零(见图22)，较现有的电源变换器的启动电流峰值下降约1.7A(见图21)，所以，大大降低了开关控制型DC-DC电源变换器对供电系统的需求。

2、由于常用的开关控制型DC-DC电源变换器常采用电阻检测的方式实现电流取样，而电源变换器启动时过高的电流尖峰容易造成取样电阻失效，因本发明所述电源变换器加入了电流尖峰抑制保护电路，从而大大减小了其启动电流峰值，所以，降低了取样电阻失效的风险，从而提高了电源变换器的可靠性。

3、由于电流尖峰抑制保护电路功能实现的原理是在启动时替代稳压电路工作，只需连接到稳压电路与双管驱动控制电路的连接点即可，无需改动电源变换器原有结构，所以，适用所有开关控制型DC-DC电源变换器，包过正激、反激电路，驱动模式包括芯片控制型(PWM)和自激振荡型RCC电路，具有适用性强的特点。

附图说明

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。

图1为现有的电源变换器的原理框图；

图2为本发明所述电源变换器的原理框图；

图3为本发明实施例一的电路原理图；

图4为本发明实施例二中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图；

图5为本发明实施例三中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图；

图6为本发明实施例四中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图；

图7为本发明实施例五中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图；

图8为本发明实施例六中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图；

图9为本发明实施例七中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图；

图10为本发明实施例八中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图；

图11为本发明实施例九中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图；

图12为本发明实施例十中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图；

图13为本发明实施例十一中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图；

图14为本发明实施例十二中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图；

图15为本发明实施例十三中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图；

图16为本发明实施例十四中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图；

图17为本发明实施例十五中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图；

图18为本发明实施例十六中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图；

图19为本发明实施例十七中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图；

图20为本发明实施例十八中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图；

图21为现有的电源变换器的输入电流波形图；

图22为本发明所述电源变换器的输入电流波形图。

具体实施方式

各种开关电源变换器的共同的工作原理可以简略的描述为：直流输入信号通过输入滤波电路输入主功率电路，经过主功率电路进行功率变换后经输出滤波电路输出直流输出信号，此直流输出信号的稳压通过稳压电路对其采样后，输出采样信号并以此通过驱动控制电路对主功率电路中的主开关管进行负反馈控制，电源变换器可通过加入软启动电路实现其软启动的功能，电源变换器还可通过加入输出短路保护电路实现其在输出短路时的保护功能。

以上输入滤波电路、主功率电路、输出滤波电路、稳压电路、驱动控制电路、软启动电路和输出短路保护电路可根据它们不同的设计原理由多种现有技术中的电路结构构成，从而组成多种不同功能结构的DC-DC电源变换器，如正激电源变换器、反激电源变换器、芯片控制性PWM电源变换器和自激震荡型RCC电源变换器等等，而本发明实现电流尖峰可控抑制保护的技术措施是针对上述各种电源变换器的共性而实施的，即：将电流尖峰抑制保护电路的输出端连接在稳压电路与驱动控制电路的连接处，所以本发明所述电流尖峰抑制保护电路适用于所有的开关控制型DC-DC电源变换器，本发明的保护范围包括所有采用本发明所述电流尖峰抑制保护电路的开关控制型DC-DC电源变换器，以下将以开关控制型DC-DC电源变换器的一种具体构成方式为例讲述本发明的工作原理。

如图3所示，为本发明实施例一的电路原理图。实施例一所述电源变换器包括：输入滤波电路11、软启动电路12、主功率电路13、输出滤波电路16、双管驱动控制电路14、输出短路保护电路15、误差放大电路17和光耦OC1组成的稳压电路、电流尖峰抑制保护电路18。

输入滤波电路11，包括滤波电容C0、滤波电容C1和滤波电感L0，滤波电容C0、滤波电容C1和滤波电感L0相互连接成闭合环路，滤波电容C0和滤波电容C1的连接点接地，滤波电容C0和滤波电感L0的连接点为电源变换器的输入端，滤波电容C1和滤波电感L0的连接点为输入滤波电路的输出端；直流输入信号经采用了π型滤波电路原理结构的输入滤波电路11滤波后输出。

软启动电路12，包括电阻R10、二极管D4、电阻R13、电阻R14和电容C9，输入滤波电路的输出端依次通过电阻R10、二极管D4、电阻R13和电阻R14接地，其中二极管D4的阳极与电阻R10相接，二极管D4的阳极通过电容C9接地，电阻R13和电阻R14的连接处为软启动电路12的输出端；输入滤波电路11输出的滤波电流经电阻R10对电容C9充电，电阻R13和电阻R14分压电容C9上的电压，软启动电路12的输出端输出的直流电压信号GD-dc的值随着电容C9充电而缓慢上升，经过时间t＝R10*C9后达到或超过MOS管门限电压，实现开机软启动功能。

主功率电路13，包括变压器T1、输出整流二极管D1、MOS管TR1、限流电阻R5、稳压管Z4和电容C14，变压器T1的原边绕组P1的同名端和异名端分别与输入滤波电路的输出端和MOS管TR1的漏极相连接，MOS管TR1的源极通过限流电阻R5接地，MOS管TR1的漏极通过电容C14连接到MOS管TR1的源极，MOS管TR1的栅极与软启动电路12的输出端相连接，MOS管TR1的栅极连接稳压管Z4的阴极，稳压管Z4的阳极接地，变压器T1的输出绕组P2的异名端与输出整流二极管D1的阳极相连接；软启动电路12输出的直流电压信号GD-dc经稳压管Z4稳压后输入到MOS管TR1，使MOS管TR1导通，主功率电路13开始工作，将由输入滤波电路11输入的直流信号经变压器T1进行能量转换后通过整流二极管D1整流输出，在此过程中，电容C14吸收变压器T1的漏感能量从而降低MOS管TR1的尖峰电压，另外，限流电阻R5限制流经MOS管TR1漏源极的电流取样信号IS-s的值，并在限流电阻R5上产生压降。

输出滤波电路16，包括滤波电容C3，滤波电容C3连接在输出整流二极管D1的阴极与变压器T1的输出绕组P2的同名端之间，滤波电容C3的两端为电源变换器的输出端；主功率电路13输出的直流信号经电容C3滤波后输出直流输出信号。

输出短路保护电路15，包括变压器T1的反馈绕组P3、二极管D3、电阻R1A、电阻R1B、电容C11、电容C6和电阻R11，变压器T1反馈绕组P3的同名端依次通过电容C6和电阻R11连接到MOS管TR1的栅极，变压器T1反馈绕组P3的同名端连接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极接地，变压器T1反馈绕组P3的异名端依次通过电阻R1A、相并联的电阻R1B和电容C11接地；在电源变换器正常工作时，反馈绕组P3从变压器T1获得能量，通过电阻R1A给电容C11充电，电容C11上的能量可以为后级电路提供工作电压；当电源变换器输出短路时，后级电路断开，电容上电压升高，同时，电阻R1A吸收反馈绕组P3的漏感能量，电阻R1B释放电容C11上的能量，二者共同作用迅速降低电容C11上的电压，从而降低MOS管TR1的栅极电位，使MOS管TR1快速关断，进而减少了电源变换器的短路损耗，起到短路保护的作用。

稳压电路包括误差放大电路17和光耦OC1，误差放大电路17的输入端连接电源变换器的输出端，误差放大电路17的输出端与光耦OC1的输入引脚相连接，光耦OC1的集电极输出引脚通过电阻R1连接到变压器T1反馈绕组P3的异名端，光耦OC1的发射极输出引脚连接NPN型三极管TR2的基极，NPN型三极管TR2的基极为稳压电路与驱动控制电路的连接处；误差放大电路17采样直流输出信号，光耦OC1的集电极输出引脚通过电阻R1和电阻R1A从电容C11获得工作电压，当直流输出信号的值过大时，光耦OC1导通并在发射极输出端输出采样信号IS-1。

双管驱动控制电路14，包括电阻R111、电容C12、PNP型三极管TR3、电阻R6、NPN型三极管TR2、电容C5和电阻R9，NPN型三极管TR2的基极通过相并联的电容C5和电阻R9分别连接到PNP型三极管TR3的集电极和MOS管TR1的源极，NPN型三极管TR2的发射极接地，NPN型三极管TR2的集电极通过电阻R6连接到PNP型三极管TR3的基极，PNP型三极管TR3的基极通过相并联的电阻R111和电容C12与PNP型三极管TR3的发射极相连接，PNP型三极管TR3的发射极连接MOS管TR1的栅极；采样信号IS-1和电流取样信号IS-s叠加后通过转换成电压信号控制NPN型三极管TR2和PNP型三极管TR3分别导通，从而拉低MOS管TR1的栅极电位，加速MOS管TR1关断，从而达到负反馈的目的。

电流尖峰抑制保护电路18包括：电阻R1P、电阻R2P、电容C1P、PNP型三极管T1P和二极管D1P；电源变换器的输入端通过电阻R1P连接到PNP型三极管T1P的发射极，电源变换器的输入端依次通过电阻R1P和电阻R2P连接到PNP型三极管T1P的基极，二极管D1P的阴极和阳极分别连接电源变换器的输入端和PNP型三极管T1P的基极，PNP型三极管T1P的基极通过电容C1P接地，PNP型三极管T1P的集电极为电流尖峰抑制保护电路的输出端并且连接到稳压电路与驱动控制电路的连接处，即PNP型三极管T1P的集电极与NPN型三极管TR2的基极相连接。

电流尖峰抑制保护电路为电源变换器提供可控的电流尖峰抑制保护的工作原理可以分为以下三个阶段：

第一阶段：电源变换器启机后，直流输出信号的电压经过时间t2从0V上升到额定值，在输出电压上升这段时间内误差放大电路17暂不工作，即光耦OC1断开；与此同时，在电流尖峰抑制保护电路18中，直流输入信号通过电阻R1P和电阻R2P给电容C1P充电，此时PNP型三极管T1P发射极电位高于基极电位，PNP型三极管T1P导通，PNP型三极管T1P集电极输出单脉冲信号IS-2，该信号与流过电阻R5的电流取样信号IS-s叠加转换成电压信号后共同控制NPN型三极管TR2和PNP型三极管TR3导通，进而拉低MOS管TR1的栅极电位，相当于替代了稳压电路的工作，实现了负反馈补偿的功能，有效降低了电源变压器开机瞬间对电流信号的要求，减少了开机瞬间MOS管TR1的导通时间，从而降低了输入电流尖峰。

经过上升时间t2后，稳压电路开始工作，电源变换器进入正常工作状态。

第二阶段：经过时间t1＝(R1P+R2P)*C1P后，电容C1P被充满，此时流经电阻R2P的电流为零，PNP型三极管T1P截止，其集电极输出低电平，电流尖峰抑制保护电路对NPN型三极管TR2的基极相当于断路。

通过调试合适的电阻R1P、电阻R2P和电容C1P使得时间t1满足条件：t1＞t2，单脉冲信号IS-2就能有效顶替采样信号IS-1，确保电源变换器在开机瞬间输入电流峰值较小时依然能快速关断MOS管TR1，最终实现电源变换器输入电流平滑上升(见图22)。

第三阶段：当电源变换器关机时，电容C1P上储存的能量通过二极管D1释放，确保电源变换器重新启动时电容C1P为低电位，即电流尖峰抑制保护电路18在电源变换器关机时自动复位。

本发明的核心思想在于：在电源变换器启动时，利用电流尖峰抑制保护电路产生一个幅度和时间可控的单脉冲信号，以此单脉冲信号替代采样信号IS-1，通过驱动控制电路快速关断MOS管TR1，达到降低输入电流尖峰的目的，同时在电源变换器正常工作时自动断开电流尖峰抑制保护电路，并且在电源变换器关机时电流尖峰抑制保护电路能自动复位。

以下实施例与实施例一电源变换器获得可控的电流尖峰抑制保护的工作原理相同，其不同点只在于电流尖峰抑制保护电路的电路构成，所以，以下实施例只说明电源变换器中电流尖峰抑制保护电路的电路构成与原理，所述电流尖峰抑制保护电路输出端的连接方式与实施例一所述电流尖峰抑制保护电路11输出端的连接方式相同，以下将根据电流尖峰抑制保护电路构成原理的不同分成三种思路来说明，每种思路有若干具有不同优点的具体连接方式：

第一种思路，利用三极管的电流放大作用实现单脉冲信号的产生并通过电容控制单脉冲信号的周期：

如图4所示，为本发明实施例二中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图。本实施例中，电流尖峰抑制保护电路A1与实施例一中电流尖峰抑制保护电路18的组成方式基本相同，其不同点在于：增加了电阻R3-2，PNP型三极管T1P的集电极连接电阻R3-2的一端，电阻R3-2的另一端为电流尖峰抑制保护电路的输出端。实施例二与实施例一中电流尖峰抑制保护电路的工作原理相同，其区别仅在于电阻R3-2能调节电流尖峰抑制保护电路输出端输出的单脉冲信号IS-2的信号强度。

如图5所示，为本发明实施例三中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图。本实施例中，电流尖峰抑制保护电路A2与实施例一中电流尖峰抑制保护电路18的组成方式基本相同，其不同点在于：增加了电阻R3-2，电源变换器的输入端依次通过电阻R1P和电阻R3-2连接到PNP型三极管T1P的发射极。实施例三与实施例一中电流尖峰抑制保护电路的工作原理相同，其区别仅在于电阻R3-2能调节电流尖峰抑制保护电路输出端输出的单脉冲信号IS-2的信号强度。

如图6所示，为本发明实施例四中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图。本实施例中，电流尖峰抑制保护电路A3与实施例一中电流尖峰抑制保护电路18的组成方式基本相同，其不同点在于：增加了电阻R3-2，电源变换器的输入端依次通过电阻R1P和电阻R3-2连接到PNP型三极管T1P的发射极；二极管D1P的阴极通过电阻R1P连接到电源变换器的输入端。实施例四与实施例一中电流尖峰抑制保护电路的工作原理相同，其区别仅在于电阻R3-2能调节电流尖峰抑制保护电路输出端输出的单脉冲信号IS-2的信号强度，电容C1P上储存的电荷通过二极管D1P和电阻R1P释放。

如图7所示，为本发明实施例五中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图。本实施例中，电流尖峰抑制保护电路A4与实施例一中电流尖峰抑制保护电路18的组成方式基本相同，其不同点在于：二极管D1P的阴极通过电阻R1P连接到电源变换器的输入端。实施例五与实施例一中电流尖峰抑制保护电路的工作原理相同，其区别仅在于电容C1P上储存的电荷通过二极管D1P和电阻R1P释放。

如图8所示，为本发明实施例六中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图。本实施例中，电流尖峰抑制保护电路A5与实施例一中电流尖峰抑制保护电路18的组成方式基本相同，其不同点在于：增加了电阻R3-2，PNP型三极管T1P的集电极连接电阻R3-2的一端，电阻R3-2的另一端为电流尖峰抑制保护电路的输出端；二极管D1P的阴极通过电阻R1P连接到电源变换器的输入端。实施例六与实施例一中电流尖峰抑制保护电路的工作原理相同，其区别仅在于电阻R3-2能调节电流尖峰抑制保护电路输出端输出的单脉冲信号IS-2的信号强度，电容C1P上储存的电荷通过二极管D1P和电阻R1P释放。

如图9所示，为本发明实施例七中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图。本实施例中，电流尖峰抑制保护电路A6与实施例一中电流尖峰抑制保护电路18的组成方式基本相同，其不同点在于：增加了电阻R3P，二极管D1P的阳极通过电阻R3P连接到PNP型三极管T1P的基极，PNP型三极管T1P的基极依次通过电阻R3P和电容C1P接地。实施例七与实施例一中电流尖峰抑制保护电路的工作原理相同，其区别仅在于增加的电阻R3P能调节电流尖峰抑制保护电路输出端输出的单脉冲信号IS-2的幅度。

如图10所示，为本发明实施例八中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图。本实施例中，电流尖峰抑制保护电路A7与实施例一中电流尖峰抑制保护电路18的组成方式基本相同，其不同点在于：增加了电阻R3P和电阻R3-2，二极管D1P的阳极通过电阻R3P连接到PNP型三极管T1P的基极，PNP型三极管T1P的基极依次通过电阻R3P和电容C1P接地；电源变换器的输入端依次通过电阻R1P和电阻R3-2连接到PNP型三极管T1P的发射极。实施例八与实施例一中电流尖峰抑制保护电路的工作原理相同，其区别仅在于增加的电阻R3P能调节电流尖峰抑制保护电路输出端输出的单脉冲信号IS-2的幅度，增加的电阻R3-2能调节电流尖峰抑制保护电路输出端输出的单脉冲信号IS-2的信号强度。

如图11所示，为本发明实施例九中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图。本实施例中，电流尖峰抑制保护电路A8与实施例一中电流尖峰抑制保护电路18的组成方式基本相同，其不同点在于：增加了电阻R3P和电阻R3-2，二极管D1P的阳极通过电阻R3P连接到PNP型三极管T1P的基极，PNP型三极管T1P的基极依次通过电阻R3P和电容C1P接地；PNP型三极管T1P的集电极连接电阻R3-2的一端，电阻R3-2的另一端为电流尖峰抑制保护电路的输出端。实施例九与实施例一中电流尖峰抑制保护电路的工作原理相同，其区别仅在于增加的电阻R3P能调节电流尖峰抑制保护电路输出端输出的单脉冲信号IS-2的幅度，增加的电阻R3-2能调节电流尖峰抑制保护电路输出端输出的单脉冲信号IS-2的信号强度。

如图12所示，为本发明实施例十中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图；本实施例中，电流尖峰抑制保护电路A9与实施例一中电流尖峰抑制保护电路18的组成方式基本相同，其不同点在于：增加了电阻R3P和电阻R3-2，二极管D1P的阳极通过电阻R3P连接到PNP型三极管T1P的基极，PNP型三极管T1P的基极依次通过电阻R3P和电容C1P接地；PNP型三极管T1P的集电极连接电阻R3-2的一端，电阻R3-2的另一端为电流尖峰抑制保护电路的输出端；二极管D1P的阴极通过电阻R1P连接到电源变换器的输入端。实施例十与实施例一中电流尖峰抑制保护电路的工作原理相同，其区别仅在于增加的电阻R3P能调节电流尖峰抑制保护电路输出端输出的单脉冲信号IS-2的幅度，增加的电阻R3-2能调节电流尖峰抑制保护电路输出端输出的单脉冲信号IS-2的信号强度，电容C1P上储存的电荷通过二极管D1P和电阻R1P释放。

如图13所示，为本发明实施例十一中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图。本实施例中，电流尖峰抑制保护电路A10与实施例一中电流尖峰抑制保护电路18的组成方式基本相同，其不同点在于：增加了电阻R3P和电阻R3-2，二极管D1P的阳极通过电阻R3P连接到PNP型三极管T1P的基极，PNP型三极管T1P的基极依次通过电阻R3P和电容C1P接地；电源变换器的输入端依次通过电阻R1P和电阻R3-2连接到PNP型三极管T1P的发射极；二极管D1P的阴极通过电阻R1P连接到电源变换器的输入端。实施例十一与实施例一中电流尖峰抑制保护电路的工作原理相同，其区别仅在于增加的电阻R3P能调节电流尖峰抑制保护电路输出端输出的单脉冲信号IS-2的幅度，增加的电阻R3-2能调节电流尖峰抑制保护电路输出端输出的单脉冲信号IS-2的信号强度，电容C1P上储存的电荷通过二极管D1P和电阻R1P释放。

如图14所示，为本发明实施例十二中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图。本实施例中，电流尖峰抑制保护电路A10与实施例一中电流尖峰抑制保护电路18的组成方式基本相同，其不同点在于：增加了电阻R3P，二极管D1P的阳极通过电阻R3P连接到PNP型三极管T1P的基极，PNP型三极管T1P的基极依次通过电阻R3P和电容C1P接地；二极管D1P的阴极通过电阻R1P连接到电源变换器的输入端。实施例十二与实施例一中电流尖峰抑制保护电路的工作原理相同，其区别仅在于增加的电阻R3P能调节电流尖峰抑制保护电路输出端输出的单脉冲信号IS-2的幅度，电容C1P上储存的电荷通过二极管D1P和电阻R1P释放。

第二种思路，利用运算放大器的电流放大作用实现单脉冲信号的产生并通过电容控制单脉冲信号的周期：

如图15所示，为本发明实施例十三中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图。电流尖峰抑制保护电路A12包括电阻R1-13、稳压管Z1-13、电阻R2-13、电阻R3-13、电容C1-13、电阻R4-13、电阻R5-13、运算放大器LM-13和电阻R6-13；电源变压器的输入端通过电阻R1-13连接到稳压管Z1-13的阴极，稳压管Z1-13的阳极接地，稳压管Z1-13的阴极依次通过电阻R2-13和电阻R3-13接地，电阻R2-13和电阻R3-13的连接点与运算放大器LM-13的同相输入端相连接，稳压管Z1-13的阴极依次通过电阻R4-13和电容C1-13接地，电阻R4-13和电容C1-13的连接点与运算放大器LM-13的反相输入端相连接，电阻R5-13与电容C1-13相并联，运算放大器LM-13的电源正极与稳压管Z1-13的阴极相连接，运算放大器LM-13的电源负极接地，运算放大器LM-13的输出端连接电阻R6-13的一端，电阻R6-13的另一端为电流尖峰抑制保护电路的输出端。

其工作原理可以分为以下三个阶段：

第一阶段：电源变换器启机后，输出电压上升时间t2内，直流输入信号通过稳压管Z1-13稳压后输出一个稳定电压，该稳定电压通过电阻R2-13和R3-13的分压作用使运算放大器LM-13的同相输入端快速获得高电位，该稳定电压通过电阻R4-13给电容C1-13缓慢充电使得运算放大器LM-13反相输入端的电位随之缓慢上升，运算放大器LM-13的工作电压由该稳定电压提供，此时，运算放大器LM-13输出高电平，在上升时间t2期间电流尖峰抑制保护电路的输出端输出一个单脉冲信号IS-2。

第二阶段：经过电容C1-13充电时间t1后，电容C1-13被充满，运算放大器LM-13的反相输入端的电位上升至高电平，运算放大器LM-13输出低电平，在充电时间t1后电流尖峰抑制保护电路的输出端输出低电平，电流尖峰抑制保护电路对NPN型三极管TR2的基极相当于断路。

通过调试合适的电阻R1-13、电阻R2-13、电阻R3-13、电阻R4-13和电容C1-13可以使得时间t1满足条件：t1＞t2，就可得到所需周期的单脉冲信号；通过合理调节电阻R1-13和电阻R6-13即可得到所需输出电平幅度的单脉冲信号。

第三阶段：当电源变换器关机时，电容C1-13上储存的能量通过电阻R5-13释放，确保电源变换器重新启动时电容C1-13为低电位，即电流尖峰抑制保护电路A12在电源变换器关机时自动复位。

如图16所示，为本发明实施例十四中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图。本实施例中，电流尖峰抑制保护电路A13与实施例十三中电流尖峰抑制保护电路A12的组成方式基本相同，其不同点在于：无电阻与电容C1-13相并联。实施例十四和实施例十三中电流尖峰抑制保护电路的工作原理相同，其区别仅在于去掉了电阻R5-13，其相对于实施例十三的优点是能起到减小电流尖峰的作用；其相对于实施例十三的缺点是当电源快速反复重启时，输出脉冲周期被改变，单脉冲信号控制性变差。

如图17所示，为本发明实施例十五中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图。本实施例中，电流尖峰抑制保护电路A14与实施例十四中电流尖峰抑制保护电路A13的组成方式基本相同，其不同点在于：还包括二极管D1-13；电阻R4-13和电容C1-13的连接点与二极管D1-13的阳极相连接，二极管D1-13的阴极连接到电源变换器的输入端。实施例十五和实施例十四中电流尖峰抑制保护电路的工作原理相同，其区别仅在于增加了二极管D1-13，电容C1-13上存储的电荷通过二极管D1-13释放。

第三种思路，利用串联的同类型三极管的电流放大作用实现单脉冲信号的产生并通过电容控制单脉冲信号的周期：

如图18所示，为本发明实施例十六中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图。电流尖峰抑制保护电路A15包括电阻R0-16、二极管D2-16、电阻R4-16、电容C1-16、电阻R2-16、电阻R3-16、电阻R1-16、NPN型三极管T1-16、NPN型三极管T2-16和二极管D1-16；电源变换器的输入端依次通过电阻R0-16、电阻R2-16和电阻R3-16接地，电阻R2-16和电阻R3-16的连接点与NPN型三极管T1-16的基极相连接，电源变换器的输入端依次通过电阻R0-16、电阻R4-16和电容C1-16接地，电阻R4-16和电容C1-16的连接点分别与NPN型三极管T2-16的基极和二极管D2-16的阳极相连接，二极管D2-16的阴极连接电源变换器的输入端，NPN型三极管T1-16的集电极依次通过电阻R1-16和电阻R0-16连接到电源变换器的输入端，NPN型三极管T2-16的发射极接地，NPN型三极管T1-16的发射极和NPN型三极管T2-16的集电极相连接后其连接点与二极管D1-16的阳极相连接，二极管D1-16的阴极为电流尖峰抑制保护电路的输出端。

其工作原理可以分为以下三个阶段：

第一阶段：电源变换器启机后，输出电压上升时间t2内，直流输入信号通过电阻R0-16、电阻R2-16和电阻R3-16的分压作用使NPN型三极管T1-16的基极迅速获得高电位，NPN型三极管T1-16导通，与此同时，直流输入信号通过电阻R0-16和电阻R4-16给电容C1-16充电，使得NPN型三极管T2-16的基极电位随之缓慢上升，此时NPN型三极管T2-16截止，二极管D1-16输出高电平，在上升时间t2期间电流尖峰抑制保护电路的输出端输出一个单脉冲信号IS-2。

第二阶段：经过电容C1-16充电时间t1后，电容C1-16被充满，NPN型三极管T2-16的基极电位上升至高电平，NPN型三极管T2-16导通，二极管D1-16输出低电平，电流尖峰抑制保护电路对NPN型三极管TR2的基极相当于断路。

通过调试合适的电阻R4-16、电容C1-16、电阻R3-16和电阻R2-16可以使得时间t1满足条件：t1＞t2，就可得到所需周期的单脉冲信号；通过合理调节电阻R1-16和电阻R0-16即可得到所需输出电平幅度的单脉冲信号。

第三阶段：当电源变换器关机时，电容C1-16上储存的能量通过二极管D2-16释放，确保电源变换器重新启动时电容C1-16为低电位，即电流尖峰抑制保护电路A15在电源变换器关机时自动复位。

如图19所示，为本发明实施例十七中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图。电流尖峰抑制保护电路A16包括电阻R0-16、二极管D2-16、电阻R4-16、电容C1-16、电阻R2-16、电阻R3-16、电阻R1-16、NPN型三极管T1-16、NPN型三极管T2-16和二极管D1-16；电源变换器的输入端依次通过电阻R0-16、电阻R2-16和电阻R3-16接地，电阻R2-16和电阻R3-16的连接点与NPN型三极管T1-16的基极相连接，电源变换器的输入端依次通过电阻R0-16、电阻R4-16和电容C1-16接地，电阻R4-16和电容C1-16的连接点分别与NPN型三极管T2-16的基极和二极管D2-16的阳极相连接，二极管D2-16的阴极连接电源变换器的输入端，NPN型三极管T1-16的集电极通过电阻R0-16连接到电源变换器的输入端，NPN型三极管T2-16的发射极接地，NPN型三极管T1-16的发射极和NPN型三极管T2-16的集电极相连接后其连接点通过电阻R1-16与二极管D1-16的阳极相连接，二极管D1-16的阴极为电流尖峰抑制保护电路的输出端。实施例十七与实施例十六中电流尖峰抑制保护电路的工作原理相同，其区别仅在于电阻R1-16的位置变化。

如图20所示，为本发明实施例十八中电流尖峰抑制保护电路的电路原理图。电流尖峰抑制保护电路A17包括电阻R0-16、电阻R5-18、电阻R4-16、电容C1-16、电阻R2-16、电阻R3-16、电阻R1-16、NPN型三极管T1-16、NPN型三极管T2-16和二极管D1-16；电源变换器的输入端依次通过电阻R0-16、电阻R2-16和电阻R3-16接地，电阻R2-16和电阻R3-16的连接点与NPN型三极管T1-16的基极相连接，电源变换器的输入端依次通过电阻R0-16、电阻R4-16和电容C1-16接地，电阻R4-16和电容C1-16的连接点与NPN型三极管T2-16的基极相连接，电阻R5-18与电容C1-16相并联，二极管D2-16的阴极连接电源变换器的输入端，NPN型三极管T1-16的集电极通过电阻R0-16连接到电源变换器的输入端，NPN型三极管T2-16的发射极接地，NPN型三极管T1-16的发射极和NPN型三极管T2-16的集电极相连接后其连接点通过电阻R1-16与二极管D1-16的阳极相连接，二极管D1-16的阴极为电流尖峰抑制保护电路的输出端。实施例十八和实施例十七中电流尖峰抑制保护电路的工作原理相同，其区别仅在于去掉了二极管D2-16，而电容C1-16上存储的电荷通过电阻R5-18释放。

如图21所示，为在温度：25度，输入电压：4.5V以及输出负载：1.2A的条件下，测试现有的型号为WRB0505ZP-6W开关电源变换器开机启动的输入电流波形图(相当于测试本发明所述主功率电路中的电阻R5上的启动电流)；由其输入电流波形可知，电源变换器在开机启动时启动电流存在较高的峰值。

如图22所示，为在温度：25度，输入电压：4.5V以及输出负载：1.2A，并接入本发明实施例一所述电流尖峰抑制保护电路18的条件下，测试型号为WRB0505ZP-6W开关电源变换器开机启动的输入电流波形图(相当于测试本发明所述主功率电路中的电阻R5上的启动电流)，其中，在电流尖峰抑制保护电路18中，二极管D1P采用bas16二极管，电阻R1P取值1.2K欧，电阻R2P取值200K欧，电容C1P取值1uf，PNP型三极管T1P采用PNP三级管3906；由其输入电流波形可知，相对于图21的情况，由于电流尖峰抑制保护电路18的加入，峰值电压降低0.195V，峰值电流降低1.7A，大大降低了启动电流峰值，输入电流能平缓上升，降低了电阻失效的风险，从而提高电源变换器的可靠性。

在上述条件下，采用本发明实施例二到实施例十八所述电流尖峰抑制保护电路也能得出与图22相近似的实验结果，不一一示出。

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。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，对本发明采用其他单脉冲电路进行补偿或者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。

以上仅介绍了单脉冲补偿原理在自振荡反激变换器中的运用，该原理还适用所有开关控制型DC-DC变换电源，包过正激、反激电路；驱动模式包过芯片控制型(PWM)和自激振荡型RCC电路。因此对于所有开关控制型DC-DC变换电源，引入本发明进行电流尖峰抑制保护均落入本发明权利要求保护范围内。

Claims (14)

1.一种带可控电流尖峰抑制保护的电源变换器，包括以下电路连接：直流输入信号依次经过输入滤波电路、主功率电路和输出滤波电路后输出直流信号，所述输入滤波电路的输入端即为电源变换器的输入端，稳压电路采样直流输出信号后输出的采样信号通过驱动控制电路对主功率电路中的主开关管进行负反馈控制，在输入滤波电路的输出端与驱动控制电路之间连接有可实现电源变换器软启动的软启动电路，在主功率电路中变压器的负反馈绕组和驱动控制电路之间连接有输出短路保护电路，其特征在于：还设有电流尖峰抑制保护电路，电流尖峰抑制保护电路的输入端连接到所述输入滤波电路的输入端、输出端连接到所述稳压电路与所述驱动控制电路的连接处；电源变换器启动时电流尖峰抑制保护电路输出一个幅度和时间可控的单脉冲信号用于替代稳压电路工作，电源变换器正常工作后电流尖峰抑制保护电路相当于断路。

2.根据权利要求1所述的带可控电流尖峰抑制保护的电源变换器，其特征在于：所述电流尖峰抑制保护电路包括：第一限流电阻(R1P)、第一电阻(R2P)、第一延时电容(C1P)、PNP型三极管(T1P)和第一二极管(D1P)；电源变换器的输入端通过第一限流电阻(R1P)连接到PNP型三极管(T1P)的发射极，电源变换器的输入端依次通过第一限流电阻(R1P)和第一电阻(R2P)连接到PNP型三极管(T1P)的基极，第一二极管(D1P)的阴极连接电源变换器的输入端，第一二极管(D1P)的阳极连接PNP型三极管(T1P)的基极，PNP型三极管(T1P)的基极通过第一延时电容(C1P)接地，PNP型三极管(T1P)的集电极为电流尖峰抑制保护电路的输出端。

3.根据权利要求1所述的带可控电流尖峰抑制保护的电源变换器，其特征在于：所述电流尖峰抑制保护电路包括：第一限流电阻(R1P)、第一电阻(R2P)、第一延时电容(C1P)、PNP型三极管(T1P)和第一二极管(D1P)；电源变换器的输入端通过第一限流电阻(R1P)连接到PNP型三极管(T1P)的发射极，电源变换器的输入端依次通过第一限流电阻(R1P)和第一电阻(R2P)连接到PNP型三极管(T1P)的基极，第一二极管(D1P)的阴极通过第一限流电阻(R1P)连接到电源变换器的输入端，第一二极管(D1P)的阳极连接PNP型三极管(T1P)的基极，PNP型三极管(T1P)的基极通过第一延时电容(C1P)接地，PNP型三极管(T1P)的集电极为电流尖峰抑制保护电路的输出端。

4.根据权利要求2或3所述的带可控电流尖峰抑制保护的电源变换器，其特征在于：还包括第一调节电阻(R3-2)；所述PNP型三极管(T1P)的集电极连接第一调节电阻(R3-2)的一端，第一调节电阻(R3-2)的另一端为电流尖峰抑制保护电路的输出端。

5.根据权利要求2或3所述的带可控电流尖峰抑制保护的电源变换器，其特征在于：还包括第一调节电阻(R3-2)；电源变换器的输入端依次通过所述第一限流电阻(R1P)和第一调节电阻(R3-2)连接到所述PNP型三极管(T1P)的发射极。

6.根据权利要求2或3所述的带可控电流尖峰抑制保护的电源变换器，其特征在于：还包括第二调节电阻(R3P)；所述第一二极管(D1P)的阳极通过第二调节电阻(R3P)连接到所述PNP型三极管(T1P)的基极，所述PNP型三极管(T1P)的基极依次通过第二调节电阻(R3P)和所述第一延时电容(C1P)接地。

7.根据权利要求4所述的带可控电流尖峰抑制保护的电源变换器，其特征在于：还包括第二调节电阻(R3P)；所述第一二极管(D1P)的阳极通过第二调节电阻(R3P)连接到所述PNP型三极管(T1P)的基极，所述PNP型三极管(T1P)的基极依次通过第二调节电阻(R3P)和所述第一延时电容(C1P)接地。

8.根据权利要求5所述的带可控电流尖峰抑制保护的电源变换器，其特征在于：还包括第二调节电阻(R3P)；所述第一二极管(D1P)的阳极通过第二调节电阻(R3P)连接到所述PNP型三极管(T1P)的基极，所述PNP型三极管(T1P)的基极依次通过第二调节电阻(R3P)和所述第一延时电容(C1P)接地。

9.根据权利要求1所述的带可控电流尖峰抑制保护的电源变换器，其特征在于：所述电流尖峰抑制保护电路包括第二限流电阻(R1-13)、稳压管(Z1-13)、第一分压电阻(R2-13)、第二分压电阻(R3-13)、第二延时电容(C1-13)、第二电阻(R4-13)、运算放大器(LM-13)和第三限流电阻(R6-13)；电源变压器的输入端通过第二限流电阻(R1-13)连接到稳压管(Z1-13)的阴极，稳压管(Z1-13)的阳极接地，稳压管(Z1-13)的阴极依次通过第一分压电阻(R2-13)和第二分压电阻(R3-13)接地，第一分压电阻(R2-13)和第二分压电阻(R3-13)的连接点与运算放大器(LM-13)的同相输入端相连接，稳压管(Z1-13)的阴极依次通过第二电阻(R4-13)和第二延时电容(C1-13)接地，第二电阻(R4-13)和第二延时电容(C1-13)的连接点与运算放大器(LM-13)的反相输入端相连接，运算放大器(LM-13)的电源正极与稳压管(Z1-13)的阴极相连接，运算放大器(LM-13)的电源负极接地，运算放大器(LM-13)的输出端连接第三限流电阻(R6-13)的一端，第三限流电阻(R6-13)的另一端为电流尖峰抑制保护电路的输出端。

10.根据权利要求9所述的带可控电流尖峰抑制保护的电源变换器，其特征在于：还包括与所述第二延时电容(C1-13)相并联的第三电阻(R5-13)。

11.根据权利要求9所述的带可控电流尖峰抑制保护的电源变换器，其特征在于：还包括第二二极管(D1-13)；所述第二电阻(R4-13)和第二延时电容(C1-13)的连接点与第二二极管(D1-13)的阳极相连接，第二二极管(D1-13)的阴极连接到电源变换器的输入端。

12.根据权利要求1所述的带可控电流尖峰抑制保护的电源变换器，其特征在于：所述电流尖峰抑制保护电路包括第四限流电阻(R0-16)、第三二极管(D2-16)、第四电阻(R4-16)、第三延时电容(C1-16)、第三分压电阻(R2-16)、第四分压电阻(R3-16)、第五限流电阻(R1-16)、第一NPN型三极管(T1-16)、第二NPN型三极管(T2-16)和第四二极管(D1-16)；电源变换器的输入端依次通过第四限流电阻(R0-16)、第三分压电阻(R2-16)和第四分压电阻(R3-16)接地，第三分压电阻(R2-16)和第四分压电阻(R3-16)的连接点与第一NPN型三极管(T1-16)的基极相连接，电源变换器的输入端依次通过第四限流电阻(R0-16)、第四电阻(R4-16)和第三延时电容(C1-16)接地，第四电阻(R4-16)和第三延时电容(C1-16)的连接点分别与第二NPN型三极管(T2-16)的基极和第三二极管(D2-16)的阳极相连接，第三二极管(D2-16)的阴极连接电源变换器的输入端，第一NPN型三极管(T1-16)的集电极依次通过第五限流电阻(R1-16)和第四限流电阻(R0-16)连接到电源变换器的输入端，第二NPN型三极管(T2-16)的发射极接地，第一NPN型三极管(T1-16)的发射极和第二NPN型三极管(T2-16)的集电极相连接后其连接点与第四二极管(D1-16)的阳极相连接，第四二极管(D1-16)的阴极为电流尖峰抑制保护电路的输出端。

13.根据权利要求1所述的带可控电流尖峰抑制保护的电源变换器，其特征在于：所述电流尖峰抑制保护电路包括第四限流电阻(R0-16)、第三二极管(D2-16)、第四电阻(R4-16)、第三延时电容(C1-16)、第三分压电阻(R2-16)、第四分压电阻(R3-16)、第五限流电阻(R1-16)、第一NPN型三极管(T1-16)、第二NPN型三极管(T2-16)和第四二极管(D1-16)；电源变换器的输入端依次通过第四限流电阻(R0-16)、第三分压电阻(R2-16)和第四分压电阻(R3-16)接地，第三分压电阻(R2-16)和第四分压电阻(R3-16)的连接点与第一NPN型三极管(T1-16)的基极相连接，电源变换器的输入端依次通过第四限流电阻(R0-16)、第四电阻(R4-16)和第三延时电容(C1-16)接地，第四电阻(R4-16)和第三延时电容(C1-16)的连接点分别与第二NPN型三极管(T2-16)的基极和第三二极管(D2-16)的阳极相连接，第三二极管(D2-16)的阴极连接电源变换器的输入端，第一NPN型三极管(T1-16)的集电极通过第四限流电阻(R0-16)连接到电源变换器的输入端，第二NPN型三极管(T2-16)的发射极接地，第一NPN型三极管(T1-16)的发射极和第二NPN型三极管(T2-16)的集电极相连接后其连接点通过第五限流电阻(R1-16)与第四二极管(D1-16)的阳极相连接，第四二极管(D1-16)的阴极为电流尖峰抑制保护电路的输出端。

14.根据权利要求1所述的带可控电流尖峰抑制保护的电源变换器，其特征在于：所述电流尖峰抑制保护电路包括第四限流电阻(R0-16)、第五电阻(R5-18)、第四电阻(R4-16)、第三延时电容(C1-16)、第三分压电阻(R2-16)、第四分压电阻(R3-16)、第五限流电阻(R1-16)、第一NPN型三极管(T1-16)、第二NPN型三极管(T2-16)和第四二极管(D1-16)；电源变换器的输入端依次通过第四限流电阻(R0-16)、第三分压电阻(R2-16)和第四分压电阻(R3-16)接地，第三分压电阻(R2-16)和第四分压电阻(R3-16)的连接点与第一NPN型三极管(T1-16)的基极相连接，电源变换器的输入端依次通过第四限流电阻(R0-16)、第四电阻(R4-16)和第三延时电容(C1-16)接地，第四电阻(R4-16)和第三延时电容(C1-16)的连接点与第二NPN型三极管(T2-16)的基极相连接，第五电阻(R5-18)与第三延时电容(C1-16)相并联，第三二极管(D2-16)的阴极连接电源变换器的输入端，第一NPN型三极管(T1-16)的集电极通过第四限流电阻(R0-16)连接到电源变换器的输入端，第二NPN型三极管(T2-16)的发射极接地，第一NPN型三极管(T1-16)的发射极和第二NPN型三极管(T2-16)的集电极相连接后其连接点通过第五限流电阻(R1-16)与第四二极管(D1-16)的阳极相连接，第四二极管(D1-16)的阴极为电流尖峰抑制保护电路的输出端。

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