CN102801296B - 开关电源输出消尖峰电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关电源输出消尖峰电路，其包括第一二极管；第一二极管的阴极端与运算放大器的正极电源端、第一电容的一端、第一电阻的一端及第二二极管的阴极端相连；第二二极管的阳极端与运算放大器的同相端及第五电阻相连；第一电阻的另一端通过第四二极管接地，第四二极管的两端并联有第四电容；第四二极管的阴极端与MOS管的栅极端相连；第一电容的另一端与MOS管的源极端及第三二极管的阳极端相连，第三二极管的阴极端与运算放大器的同相端相连；运算放大器的反相端通过第四电阻接地，并通过第三电容与运算放大器的输出端相连；运算放大器的输出端通过光耦与高功率因数开关电源前级相连。本发明避免了尖峰电流对负载的冲击。

Description

开关电源输出消尖峰电路

技术领域

本发明涉及一种消尖峰电路，尤其是一种开关电源输出消尖峰电路，具体地说是利用电容电压不可突变的充放电特性使得开关电源开机缓启动，消除输出电压或电流的尖峰，保护负载不受冲击而损毁的电路，属于开关电源的技术领域。

背景技术

一般开关电源的反馈电路都是积分补偿形式，可以提高电路的稳定性，使得驱动芯片更够输出稳定的占空比信号驱动MOS场效应管（金属-氧化物-半导体型场效应管）来实现电流或电压的反馈，但是积分补偿电路会带来的一个不可避免的问题，那就是开机的瞬间反馈迟缓，导致输出会有尖峰电压；也就是超调现象，如果负载不能承受这个尖峰电压，将会导致负载的损坏，比如交通信号灯的LED恒流驱动器，由于LED的电压电流是非线性的，而且LED的压降会随温度的升高而降低，如果采用一般的恒压电路驱动的话会随温度的升高电流会随着管压降的降低而增大，所以LED的驱动器要做成恒流形式，确保高温下不致损坏。如果有尖峰电流冲击，冲击次数过多的话会使LED的使用寿命缩短，甚至直接损坏，而恰恰交通信号灯是需要经常开和关切换的，甚至还要连续闪烁。所以要延长整个交通信号灯的使用寿命，就需要解决掉开机尖峰电流。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种开关电源输出消尖峰电路，其结构简单，避免了对负载的冲击，适应范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述开关电源输出消尖峰电路，包括与开关电源中的高功率因数开关电源前级相连的第一二极管；所述第一二极管的阴极端与运算放大器的正极电源端、第一电容的一端、第一电阻的一端及第二二极管的阴极端相连，运算放大器的负极电源端接地；所述第二二极管的阳极端与运算放大器的同相端及第五电阻的一端相连，所述第五电阻的另一端通过第六电阻接地；第一电阻的另一端与第四二极管的阴极端相连，第四二极管的阳极端接地，第四二极管的两端并联有第四电容；第四二极管的阴极端与MOS管的栅极端相连，MOS管的漏极端接地；第一电容的另一端与MOS管的源极端及第三二极管的阳极端相连，第三二极管的阴极端与运算放大器的同相端相连；运算放大器的反相端通过第四电阻接地，运算放大器的反相端并通过第三电容与运算放大器的输出端相连，第三电容的两端并联有第二电阻；运算放大器的输出端与光耦一次回路的第一端相连，光耦一次回路的第二端通过第三电阻接地，光耦的二次回路与高功率因数开关电源前级相连。

所述第二二极管的阴极端与负载电路的一端相连，所述负载电路的另一端通过第六电阻接地。

所述负载电路包括LED负载。

所述第二二极管的阴极端通过第二电容接地。

本发明的优点：在开机启动瞬间对第一电容充电，通过第三三极管、第五电阻及第六电阻将充电电流的电压作用于运算放大器的同相端，经过运算放大器放大及光耦反馈后降低输出电压的上升速度，避免了尖峰电流的产生；通过第一电阻、第四电容构成的延时电路，以延时关闭上述充电电路，避免电压纹波对负载的影响，结构简单，避免了对负载的冲击，适应范围广，安全可靠。

附图说明

图1为现有开关电源中输出反馈电路的原理图。

图2为本发明的原理图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：为现有开关电源中输出反馈电路的原理图，其包括开关电源中的高功率因数开关电源前级，所述高功率因数开关电源前级输出的电压通过第一二极管D1整流后驱动负载，具体为，第一二极管D1的阳极端与高功率因数开关电源前级相连，第一二极管D1的阴极端与第二二极管D2的阴极端及LED负载相连，LED负载包括若干串接的LED，LED负载与第六电阻R6的一端相连，第六电阻R6的另一端接地，第五电阻R5的另一端与第二二极管D2的阳极端及运算放大器U1B的同相端相连，通过运算放大器U1B及光耦 U2实现对负载的工作状态采样，并反馈到高功率因数开关电源前级中；具体为：运算放大器U1B的正极电源端与第一二极管D1的阴极端相连，运算放大器U1B的负极电源端接地。运算放大器U1B的反相端通过第四电阻R4接地，并通过第三电容C3与运算放大器U1B的输出端相连，第三电容C3的两端并联有第二电阻R2。运算放大器U1B的输出端与光耦 U2一次回路的第一端相连，光耦 U2一次回路的第二端通过第三电阻R2接地，光耦 U2的二次回路与高功率因数开关电源前级对应连接。

上述电路的工作原理是：由于LED负载的电压电流是非线性的，要形成电流，则需要达到一定的电压。在开机的瞬间，由于输出电压或电流都没有达到预设值，反馈电路还没有起作用，高功率因数开关电源前级中的开关管以最大占空比输出。当电流刚达到预设值时，由运算放大器U1B及光耦 U2形成的反馈电路由于积分补充电路的作用反应迟缓，使得运算放大器U1B的输出端输出的电压上升速度慢于运算放大器U1B的同相端电压上升速度，没有立即起到抑制作用；当运算放大器U1B的输出端电压达到稳定的放大值后电流就趋于稳定，就产生了尖峰电流，所述尖峰电流可能会损坏LED负载。

如图2所示：为了消除尖峰电流，降低对LED负载或其他负载的影响，本发明包括与开关电源中的高功率因数开关电源前级相连的第一二极管D1；所述第一二极管D1的阴极端与运算放大器U1B的正极电源端、第一电容C1的一端、第一电阻R1的一端及第二二极管D2的阴极端相连，运算放大器U1B的负极电源端接地；所述第二二极管D2的阳极端与运算放大器U1B的同相端及第五电阻R5的一端相连，所述第五电阻R5的另一端通过第六电阻R6接地；第一电阻R1的另一端与第四二极管D4的阴极端相连，第四二极管D4的阳极端接地，第四二极管D4的两端并联有第四电容C4；第四二极管D4的阴极端与MOS管Q1的栅极端相连，MOS管Q1的漏极端接地；第一电容C1的另一端与MOS管Q1的源极端及第三二极管D3的阳极端相连，第三二极管D3的阴极端与运算放大器U1B的同相端相连；运算放大器U1B的反相端通过第四电阻R4接地，运算放大器U1B的反相端并通过第三电容C3与运算放大器U1B的输出端相连，第三电容C3的两端并联有第二电阻R2；运算放大器U1B的输出端与光耦 U2一次回路的第一端相连，光耦 U2一次回路的第二端通过第三电阻R3接地，光耦 U2的二次回路与高功率因数开关电源前级相连。本发明附图中，第五二极管D5为MOS管Q1的寄生二极管。

所述第二二极管D2的阴极端与负载电路的一端相连，所述负载电路的另一端通过第六电阻R6接地。所述负载电路包括LED负载。所述负载电路通过第六电阻R6相连，第六电阻R6作为采样电阻。所述第二二极管D2的阴极端通过第二电容C2接地。本发明实施例中光耦U2一次回路对应为发光二极管的输入侧，光耦U2的二次回路对应位光控三极管的输出侧；一次回路的第一端对应发光二极管的阳极端，一次回路的第二端对应发光二极管的阴极端。二次回路的第一端对应光控三极管的集电极端，二次回路的第二端对应光控三极管的发射极端。

本发明的工作原理为：在开机的瞬间由于电压的上升速度较快，在高功率因数开关电源前级通过第一二极管D1输出电压驱动负载的同时也会给第一电容C1充电，在对第一电容C1充电时势必会产生电流。对第一电容C1充电产生的电流经过第三二极管D3，第五电阻R5，第六电阻R6后流向地，输出电压上升越快，充电电流越大，因此在运算放大器U1B的同相端上产生的电压就越大，从而经过运算放大器U1B的放大后输出的电压也就越大，加快了运算放大器U1B输出端电压的上升速度，也就加快了反馈响应，经过光耦U2的传递使得高功率因数开关电源前级内的开关管的占空比立刻减小，使得输出电压上升速度减缓，越是上升缓慢越是不会产生尖峰，在整个启动过程中处于一个稳定的抑制回路，当输出电压达到预设值时，对第一电容C1的充电结束。

如果输出电压纹波比较大（比如带功率因数校正的单级恒流电源）的情况下，交流成分会经过第一电容C1、第三二极管D3进入运算放大器U1B的同相端，经过运算放大器U1B的放大后就会影响电路正常工作，而电路要正常工作是不能受此信号影响的，所以需要在开机几百毫秒后关闭这套电路。本发明通过第四电容C4，第一电阻R1组成一个RC延时电路，使MOS管Q1延时导通，MOS管Q1导通后的源极端、漏极端之间接近短路，使得MOS管Q1源极端、漏极端之间电压接近为0V，加上第三三极管D3上至少0.6V的管压降，第一电容C1上的电流在MOS管Q1的源极端、漏极端上产生的电压不可能加载到运算放大器U1B的同相端上，第四二极管D4起到限制MOS管Q1的栅极电压，起到保护MOS管Q1防止高压击穿的作用。

本发明在开机启动瞬间对第一电容C1充电，通过第三三极管D3、第五电阻R5及第六电阻R6将充电电流的电压作用于运算放大器U1B的同相端，经过运算放大器U1B放大及光耦U2反馈后降低输出电压的上升速度，避免了尖峰电流的产生；通过第一电阻R1、第四电容C4构成的延时电路，以延时关闭上述充电电路，避免电压纹波对负载的影响，结构简单，避免了对负载的冲击，适应范围广，安全可靠。

Claims (4)

1.一种开关电源输出消尖峰电路，包括与开关电源中的高功率因数开关电源前级相连的第一二极管（D1）；其特征是：所述第一二极管（D1）的阴极端与运算放大器（U1B）的正极电源端、第一电容（C1）的一端、第一电阻（R1）的一端及第二二极管（D2）的阴极端相连，运算放大器（U1B）的负极电源端接地；所述第二二极管（D2）的阳极端与运算放大器（U1B）的同相端及第五电阻（R5）的一端相连，所述第五电阻（R5）的另一端通过第六电阻（R6）接地；第一电阻（R1）的另一端与第四二极管（D4）的阴极端相连，第四二极管（D4）的阳极端接地，第四二极管（D4）的两端并联有第四电容（C4）；第四二极管（D4）的阴极端与MOS管（Q1）的栅极端相连，MOS管（Q1）的漏极端接地；第一电容（C1）的另一端与MOS管（Q1）的源极端及第三二极管（D3）的阳极端相连，第三二极管（D3）的阴极端与运算放大器（U1B）的同相端相连；运算放大器（U1B）的反相端通过第四电阻（R4）接地，运算放大器（U1B）的反相端并通过第三电容（C3）与运算放大器（U1B）的输出端相连，第三电容（C3）的两端并联有第二电阻（R2）；运算放大器（U1B）的输出端与光耦（U2）一次回路的第一端相连，光耦（U2）一次回路的第二端通过第三电阻（R3）接地，光耦（U2）的二次回路与高功率因数开关电源前级相连；

所述第二二极管（D2）与第四二极管（D4）为稳压二极管。

2.根据权利要求1所述的开关电源输出消尖峰电路，其特征是：所述第二二极管（D2）的阴极端与负载电路的一端相连，所述负载电路的另一端通过第六电阻（R6）接地。

3.根据权利要求2所述的开关电源输出消尖峰电路，其特征是：所述负载电路包括LED负载。

4.根据权利要求1或2或3所述的开关电源输出消尖峰电路，其特征是：所述第二二极管（D2）的阴极端通过第二电容（C2）接地。