CN102684507A - 反激式开关电源 - Google Patents

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洪宗良
王禹斌
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Abstract

本发明提供一种反激式开关电源，其包括一个变压器、一个采样电路、一个开关电路及一个脉冲宽度调制电路。当该开关电路打开后，该变压器的初级线圈、该开关电路及该采样电路与一个输入电源组成一个回路。该采样电路输出一个与该回路的电流对应的采样电压。该脉冲宽度调制电路获取一个表征该变压器的次级线圈的输出电压与一个预定的理想电压之间差值的误差电压，并在该采样电压增大至该误差电压时关闭该开关电路。该脉冲宽度调制电路还在该开关电路打开瞬间忽略该误差电压而改为比较该采样电压与一个预定电压，并在该采样电压高于该预定电压时关闭该开关电路，以忽略该采样电压可能出现的噪声峰而防止瞬间高压向该次级线圈传递而损害负载。

Description

反激式开关电源
技术领域
本发明涉及电源技术，特别涉及一种反激式开关电源。
背景技术
现有的一种反激式开关电源包括一个变压器、一个场效应管、一个采样电阻及一个脉冲宽度调制电路。变压器的初级线圈、场效应管、采样电阻及输入电源组成一个回路(场效应管的源极及漏极分别与初级线圈及采样电阻相连)。脉冲宽度调制电路控制场效应管的打开与关闭，从而控制变压器的次级线圈的输出电压的大小。具体地，脉冲宽度调制电路包括一个误差放大器、一个比较器、一个锁存器及一个时钟脉冲产生器。误差放大器用于放大次级线圈的输出电压与一个预定的理想电压之间的电压误差，并作为比较器的反相输入。采样电阻上的电压(对应流经场效应管的电流，以下称采样电压)作为比较器的正相输入。比较器的输出作为锁存器的复位输入。时钟脉冲产生器的输出作为锁存器的置位输入。锁存器的输出作为场效应管的栅极输入。如此，时钟脉冲产生器的一个时钟脉冲到来时，锁存器置位，场效应管打开，反激式开关电源打开，采样电压逐渐增大，直至触及电压误差。而采样电压一旦触及电压误差，则比较器输出高电平，锁存器复位，场效应管关闭，反激式开关电源也关闭，直至下一个时钟脉冲到来。然而，受到寄生电感的影响，场效应管每次打开时，采样电压往往会出现一个噪声峰，若噪声峰高于电压误差，比较器将在场效应器打开时就对锁存器复位，直接关闭场效应管，导致反激式开关电源启动失效。为此，可在比较器与采样电阻之间增加一个前缘消隐(leading edge blanking, LEB)装置，使比较器忽略场效应管每次打开瞬间的采样电压。如此，场效应管每次打开时，即使采样电压出现高于误差电压的噪声峰，比较器也不对锁存器复位，防止反激式开关电源受到噪声峰的干扰。然而，在某些时刻，例如，反激式开关电源刚启动时，输入电源偶尔会出现一个瞬间高压，对应地，采样电压会出现一个比噪声峰更高的尖峰，这个尖峰也可能被前缘消隐装置遮没，导致输入电源的瞬间高压传递到次级线圈的输出电压，损害负载。反激式开关电源的瞬间过流保护能力差。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种瞬间过流保护能力强的反激式开关电源。
一种反激式开关电源，其包括一个变压器、一个开关电路、一个采样电路及一个脉冲宽度调制电路。该变压器包括一个初级线圈及一个次级线圈。该开关电路包括两个连接端及一个控制端。该控制端用于控制该两个连接端的连接与断开。该两个连接端连接时，该初级线圈、该开关电路、该采样电路与一个输入电源组成一个回路。该采样电路包括一个采样输出端，用于采样该回路的电流并通过该采样输出端输出一个与该回路的电流对应的采样电压。该脉冲宽度调制电路包括一个误差放大器、一个第一比较器、一个锁存器、一个时钟脉冲产生器、一个前沿消隐装置及一个过流保护装置。该误差放大器用于计算该次级线圈的输出电压与一个预定的理想电压之间的差值，并放大该差值以得到一个电压误差。该第一比较器包括一个第一输出端，用于比较该电压误差与该采样电压，该采样电压高于或等于该电压误差时，该第一输出端输出高电平，而该采样电压小于该电压误差时，该第一输出端输出低电平。该锁存器包括一个置位端、一个复位端及一个锁存输出端，该置位端输入高电平时，该锁存输出端输出高电平。该复位端输入高电平时，该锁存输出端输出低电平。该时钟脉冲产生器用于产生一个时钟脉冲序列。该时钟脉冲序列接入该置位端。该第一输出端连接至该复位端。该锁存输出端连接至该控制端。该前沿消隐装置设置在该采样输出端与该第一比较器之间，用于在该两个连接端连接瞬间遮没该采样电压。该过流保护装置用于比较该采样电压与一个预定电压，并在该采样电压高于该预定电压时控制该脉冲宽度调制电路向该控制端施加低电平。
如此，该反激式开关电源通常可以忽略该两个连接端连接瞬间该采样电压可能出现的噪声峰，而若该输入电源出现瞬间高压导致该采样电压高于该预定电压时，该脉冲宽度调制电路将关闭该开关电路，防止该输入电源的瞬间高压向该次级线圈传递而损害负载，瞬间过流保护能力强。
附图说明
图1为本发明较佳实施方式的反激式开关电源的电路示意图。
图2为图1的反激式开关电源的工作时序图。
主要元件符号说明
反激式开关电源 10
变压器 100
初级线圈 102
次级线圈 104
开关电路 200
两个连接端 202, 204
控制端 206
场效应管 208
采样电路 300
采样输出端 302
采样电阻 304
脉冲宽度调制电路 400
误差放大器 402
第一比较器 404
锁存器 406
时钟脉冲产生器 408
前沿消隐装置 410
过流保护装置 412
第一输出端 414
置位端 416
复位端 418
锁存输出端 420
输入端 422
输出端 424
第一正相输入端 426
第一反相输入端 428
第二比较器 430
第二输出端 432
第二正相输入端 434
第二反相输入端 436
低通滤波器 500
电阻 502
电容 504
输入电源 20
相输入端 22
噪声峰 30
尖峰 40
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1及图2，本发明较佳实施方式的反激式开关电源10，其包括一个变压器100、一个开关电路200、一个采样电路300及一个脉冲宽度调制电路400。该变压器100包括一个初级线圈102及一个次级线圈104。该开关电路200包括两个连接端202, 204及一个控制端206。该控制端206用于控制该两个连接端202, 204的连接与断开。该两个连接端202, 204连接时，该初级线圈102、该开关电路200、该采样电路300与一个输入电源20组成一个回路(图未标)。该采样电路300包括一个采样输出端302，用于采样该回路的电流并通过该采样输出端302输出一个与该回路的电流对应的采样电压                                               
Figure 2011100640080100002DEST_PATH_IMAGE001
。该脉冲宽度调制电路400包括包括一个误差放大器402、一个第一比较器404、一个锁存器406、一个时钟脉冲产生器408、一个前沿消隐装置410及一个过流保护装置412。该误差放大器402用于计算该次级线圈104的输出电压与一个预定的理想电压
Figure 2011100640080100002DEST_PATH_IMAGE003
之间的差值，并放大该差值以得到一个电压误差
Figure DEST_PATH_IMAGE004
。该第一比较器404包括一个第一输出端414，用于比较该电压误差
Figure 607734DEST_PATH_IMAGE004
与该采样电压，该采样电压
Figure 634913DEST_PATH_IMAGE001
高于或等于该电压误差
Figure 833813DEST_PATH_IMAGE004
时，该第一输出端414输出高电平，而该采样电压
Figure 502692DEST_PATH_IMAGE001
小于该电压误差
Figure 496056DEST_PATH_IMAGE004
时，该第一输出端414输出低电平。该锁存器406包括一个置位端416、一个复位端418及一个锁存输出端420，该置位端416输入高电平时，该锁存输出端420输出高电平。该复位端418输入高电平时，该锁存输出端420输出低电平。该时钟脉冲产生器408用于产生一个时钟脉冲序列。该时钟脉冲序列接入该置位端416。该第一输出端414连接至该复位端418。该锁存输出端420连接至该控制端206。该前沿消隐装置410设置在该采样输出端302与该比较器404之间，用于在该两个连接端202, 204连接瞬间遮没该采样电压
Figure 188068DEST_PATH_IMAGE001
。该过流保护装置412用于比较该采样电压
Figure 925080DEST_PATH_IMAGE001
与一个预定电压
Figure 2011100640080100002DEST_PATH_IMAGE005
，并在该采样电压高于或等于该预定电压时控制该脉冲宽度调制电路400向该控制端206施加低电平。
如此，该反激式开关电源10通常可以忽略该两个连接端连202, 204接瞬间该采样电压
Figure 54689DEST_PATH_IMAGE001
可能出现的噪声峰30(请参图2)，而若该输入电源20出现瞬间高压导致该采样电压
Figure 329812DEST_PATH_IMAGE001
高于该预定电压
Figure 910966DEST_PATH_IMAGE005
，该脉冲宽度调制电路400将关闭该开关电路200，防止该输入电源20的瞬间高压向该次级线圈104传递而损害负载，瞬间过流保护能力强。
具体的，该变压器100可以采用隔离功率变压器。
该开关电路200可以采用一个场效应管208。该场效应管的源极S及漏极D充当该两个连接端202, 204。该场效应管的栅极G充当该控制端206。
该采样电路300可以包括一个采样电阻304。该两个连接端202, 204连接时，该初级线圈102、该开关电路200与该采样电阻304连接在该输入电源20的相输入端22及地之间，构成回路。
该误差放大器402为一个功率放大器，包括两个输入端422及一个输出端424。该两个输入端422分别接入该次级线圈104的输出电压输出电压
Figure 246132DEST_PATH_IMAGE002
与该预定的理想电压
Figure 975054DEST_PATH_IMAGE003
，该输出端424用于输出该误差电压
Figure 53869DEST_PATH_IMAGE004
。
除该第一输出端414外，该第一比较器404包括一个第一正相输入端426及一个第一反相输入端428。该误差电压
Figure 489529DEST_PATH_IMAGE004
接入该第一反相输入端428。该采样电压
Figure 261176DEST_PATH_IMAGE001
通过该前沿消隐装置410接入该第一正相输入端426。
该锁存器406采用基本RS触发器，该基本RS触发器的R端、S端及Q端分别充当该复位端418、该置位端416及该锁存输出端420。
该时钟脉冲产生器408可以采用谐振器，如石英谐振器。
优选地，该反激式开关电源10还包括一个低通滤波器500，用于过滤该采样电压
Figure 211814DEST_PATH_IMAGE001
，以防止过高的该噪声峰30进入该第一比较器404。该低通滤波器500包括一个连接在该采样电阻304与该前沿消隐装置410之间的电阻502及一个连接在该前沿消隐装置410与地之间的电容504。
在本实施方式中，该过流保护装置412包括一个第二比较器430。该第二比较器430包括一个第二输出端432，用于比较该预定电压
Figure 94320DEST_PATH_IMAGE005
与该采样电压，该采样电压
Figure 327035DEST_PATH_IMAGE001
高于或等于该预定电压
Figure 764970DEST_PATH_IMAGE005
时，该第二输出端432输出高电平，而该采样电压
Figure 185587DEST_PATH_IMAGE001
小于该预定电压
Figure 595839DEST_PATH_IMAGE005
时，该第二输出端432输出低电平。该第二输出端432接入该复位端418。具体地，该第二比较器430还包括一个第二正相输入端434及一个第二反相输入端436。该第二正相输入端434接入该预定电压
Figure 709289DEST_PATH_IMAGE005
。该第二反相输入端436接入该采样电压
Figure 634520DEST_PATH_IMAGE001
。
如此，当该输入电源20在启动时出现一个瞬间高压使得该采样电压
Figure 858828DEST_PATH_IMAGE001
对应出现一个高于该预定电压的尖峰40。该第二输出端432输出高电平，立即对该锁存器406复位，该开关电路200关闭，从而避免该瞬间高压传递到该次级线圈104。
而当该输入电源20正常工作时，在一个时钟脉冲到来后，该锁存器406置位，该开关电路200打开，流经该采样电路300的电流逐渐增加，对应地，该采样电压也逐渐增加。具体地，流经该采样电路300的电流及该采样电压
Figure 554885DEST_PATH_IMAGE001
以
Figure DEST_PATH_IMAGE006
的斜率线性增加，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为该输入电源20的输入电压，而L为该初级线圈102的电感。当然，受到寄生电感的影响，该开关电路200刚接通瞬间，该采样电压
Figure 520567DEST_PATH_IMAGE001
往往会出现该噪声峰30。除该噪声峰30将被该前沿消隐装置410遮没外，其他时候该采样电压
Figure 702150DEST_PATH_IMAGE001
接入该第一正相输入端426。直至该采样电压
Figure 829506DEST_PATH_IMAGE001
触及该电压误差
Figure 729329DEST_PATH_IMAGE004
。
总之，本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种反激式开关电源，其包括一个变压器、一个开关电路、一个采样电路及一个脉冲宽度调制电路；该变压器包括一个初级线圈及一个次级线圈；该开关电路包括两个连接端及一个控制端；该控制端用于控制该两个连接端的连接与断开；该两个连接端连接时，该初级线圈、该开关电路、该采样电路与一个输入电源组成一个回路；该采样电路包括一个采样输出端，用于采样该回路的电流并通过该采样输出端输出一个与该回路的电流对应的采样电压；该脉冲宽度调制电路包括一个误差放大器、一个第一比较器、一个锁存器、一个时钟脉冲产生器、一个前沿消隐装置及一个过流保护装置；该误差放大器用于计算该次级线圈的输出电压与一个预定的理想电压之间的差值，并放大该差值以得到一个电压误差；该第一比较器包括一个第一输出端，用于比较该电压误差与该采样电压，该采样电压高于或等于该电压误差时，该第一输出端输出高电平，而该采样电压小于该电压误差时，该第一输出端输出低电平；该锁存器包括一个置位端、一个复位端及一个锁存输出端，该置位端输入高电平时，该锁存输出端输出高电平；该复位端输入高电平时，该锁存输出端输出低电平；该时钟脉冲产生器用于产生一个时钟脉冲序列；该时钟脉冲序列接入该置位端；该第一输出端连接至该复位端；该锁存输出端连接至该控制端；该前沿消隐装置设置在该采样输出端与该第一比较器之间，用于在该两个连接端连接瞬间遮没该采样电压；该过流保护装置用于比较该采样电压与一个预定电压，并在该采样电压高于该预定电压时控制该脉冲宽度调制电路向该控制端施加低电平。
2.如权利要求1所述的反激式开关电源，其特征在于，该变压器采用隔离功率变压器。
3.如权利要求1所述的反激式开关电源，其特征在于，该开关电路采用一个场效应管；该两个连接端分别为该场效应管的源极及漏极充；而该控制端则为该场效应管的栅极。
4.如权利要求1所述的反激式开关电源，其特征在于，该采样电路包括一个采样电阻；该两个连接端连接时，该初级线圈、该开关电路与该采样电阻连接在该输入电源的相输入端及地之间，构成回路。
5.如权利要求1所述的反激式开关电源，其特征在于，该误差放大器为一个功率放大器，包括两个输入端及一个输出端；该两个输入端分别接入该次级线圈的输出电压与该预定的理想电压，该输出端用于输出该误差电压。
6.如权利要求1所述的反激式开关电源，其特征在于，该第一比较器还包括一个第一正相输入端及一个第一反相输入端；该误差电压接入该第一反相输入端；该采样电压通过该前沿消隐装置接入该第一正相输入端。
7.如权利要求1所述的反激式开关电源，其特征在于，该锁存器采用一个基本RS触发器，该基本RS触发器的R端、S端及Q端分别充当该复位端、该置位端及该锁存输出端。
8.如权利要求1所述的反激式开关电源，其特征在于，该反激式开关电源还包括一个低通滤波器，该低通滤波器包括一个连接在该采样电路与该前沿消隐装置之间的电阻及一个连接在该前沿消隐装置与地之间的电容。
9.如权利要求1所述的反激式开关电源，其特征在于，该过流保护装置包括一个第二比较器；该第二比较器包括一个第二输出端，用于比较该预定电压与该采样电压，该采样电压高于或等于该预定电压时，该第二输出端输出高电平，而该采样电压小于该预定电压时，该第二输出端输出低电平；该第二输出端接入该复位端。
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