CN103427400A - 开关电源装置的控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关电源装置的控制电路，该控制电流具有用于进行反馈控制的反馈端子，还具有限制流向开关单元的电流的过电流保护电路；当控制电路的电源电压为第1规定电压以上时，控制电路起动；当电源电压为第2规定电压以下时，控制电路停止；在电源电压为第2规定电压以上的情况下，检测出过电流，在由控制电路使开关单元的开关动作停止后，在控制电路的反馈端子的电压变为第3规定电压以下时，控制电路再次开始动作。通过本发明的控制电路，在过负荷时或者负载短路时，延长了起动电路的关闭时间，从而抑制了开关电源装置的部件的发热。

Description

开关电源装置的控制电路

技术领域

本发明涉及开关电源装置，尤其是涉及一种与开关电源装置的二次侧的短路保护或者过载保护相关的开关电源装置的控制电路。

背景技术

如图4-6所示，其中，图4是现有技术的开关电源装置的结构示意图，图5是现有技术的开关电源装置的控制电路的起动电路的结构示意图，图6是现有技术的开关电源装置的控制电路的相关端子的信号波形示意图。现有技术（如现有技术专利文献1（日本特开平7-28532））的开关电源装置的控制电路包括一起动电路。该起动电路只有当开关电源装置起动时，将AC（交流-直流）整流电路的高压电压（DC（直流）80-400V）与控制电路的端子VCC导通，当开关电源装置起动后，就切断AC整流电路的高压电压。由此，能够使起动时间变短，且在通常动作时，能够使起动电路部分的电力消耗最小，因此，该起动电路对于应对待机模式（例如，针对LCD-TV（液晶电视）的遥控待机状态等）的开关电源装置用的控制电路（控制IC）是必需的电路。

现有技术存在的问题是：使用该起动电路的开关电源装置中，当二次侧短路时或者超负荷时，控制电路的端子VCC的电压下降到规定电压（控制电路的动作停止电压）时，开关电源装置的动作停止，之后起动电路马上动作，所以导致开关电源装置在起动和停止之间反复。尤其是，由于使用了起动电路，再起动的速度很快，所以，存在使部件温度下降的时间变少，二次侧的二极管或线圈等部件发热的问题。

作为对策，存在检测过负荷状态或者检测二次侧短路，然后停止开关动作的保护电路。这样的保护电路为了防止误动作，通常会设置有直到动作停止的犹豫时间（延迟时间）。该保护电路的问题在于：在二次侧短路或者过负荷时，由于二次侧的输出电压下降，一次侧的辅助线圈的电压也成比例地下降，端子VCC的电压也下降。因此，在上述的犹豫时间（延迟时间）内，当端子VCC的电压下降到规定电压（控制电路的动作停止电压）时，在上述的保护电路动作前，开关动作停止，之后，起动电路动作，端子VCC的再充电开始。此后，当端子VCC的电压达到控制电路动作开始电压时，再次开始开关动作。

由于这些动作反复进行，尤其是二次侧的二极管、线圈以及一次侧的开关单元Q1的发热变大，使得散热器也变大，这样就需要改变部件的空间，从而提高了成本或者导致了电路基板变大。

另外，如果在上述端子VCC的电压下降到动作停止电压前，达到了犹豫时间（延迟时间）的情况下，保护电路动作，振荡停止。如果振荡停止，来自辅助线圈的能量供给没有了，所以，端子VCC的电压由于控制电路的电路消耗而下降，当下降到控制电路动作停止电压时，进行再起动。这种情况下，与上述的情况相比，振荡停止的期间长，所以各部件的发热变低。然而，是否必然会成为这样的状态，是由辅助线圈与二次侧线圈的结合状态以及二次侧的负荷状态决定的，因此，很难预见这种偏差，电路设计很难。另外，即使在这样的保护电路动作的情况下，还希望进一步地抑制各部件的发热。

另外，如上所述，作为降低二次侧的二极管和线圈的发热的对策，虽然可以延长在电源再起动时起动的时间，但是不想轻易地延长起动时间。例如，如果减少流向起动电路的电流，增大连接在端子VCC上的电容的容量，能够延长起动时间。然而，却会存在如果起动时间变长，则不能满足规格式样等要求的情况。

发明的内容

本发明的目的在于提供一种开关电源装置的控制电路，能够在过负荷时或者负载短路时，延长起动电路的关闭时间，从而抑制开关电源装置的部件的发热。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种开关电源装置的控制电路，所述控制电路设置在所述开关电源装置上，包括用于在所述开关电源装置起动时，起动所述控制电路的起动电路，所述开关电源装置通过控制直流电压的所述控制电路使开关单元进行开关动作，在变压器的一次线圈和二次线圈上产生高频电压，对二次线圈的高频电压进行整流平滑处理，得到直流输出电压，其中，

所述控制电路具有用于将所述直流输出电压和基准电压进行比较，并通过反馈比较后的误差电压将所述直流输出电压控制为一定的电压的反馈端子；

所述控制电路还具有限制流向所述开关单元的电流的过电流保护电路，当该过电流保护电路检测出过电流时，所述控制电路将所述开关单元从闭合状态变为断开状态，并且在该过电流保护电路进行了一定时间的动作的情况下，向所述控制电路施加动作停止信号；

当所述控制电路的电源电压为第1规定电压以上时，所述控制电路起动；

当所述控制电路的电源电压为第2规定电压以下时，所述控制电路停止；

在所述控制电路的电源电压为第2规定电压以上的情况下，检测出过电流，在由所述控制电路使所述开关单元的开关动作停止后，在所述控制电路的反馈端子的电压变为第3规定电压以下时，所述控制电路再次开始动作。

通过本发明的开关电源装置的控制电路，在过负荷时或者负载短路时，延长了起动电路的关闭时间，从而抑制了开关电源装置的部件的发热。

附图说明

图1是本发明实施例的开关电源装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的开关电源装置的控制电路的结构示意图；

图3是本发明实施例的开关电源装置的控制电路的相关端子的信号波形示意图；

图4是现有技术的开关电源装置的结构示意图；

图5是现有技术的开关电源装置的控制电路的起动电路的结构示意图；

图6是现有技术的开关电源装置的控制电路的相关端子的信号波形示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1、2和3所示，其中，图1是本发明实施例的开关电源装置的结构示意图，图2是本发明实施例的开关电源装置的控制电路的结构示意图，图3为本发明实施例的开关电源装置的控制电路的相关端子的信号波形示意图。

为了说明本实施例的结构，以下将结合图1和图2所示的结构进行说明，但是本实施例并不限于图1和图2所示的结构。

本实施例的控制电路2设置在开关电源装置1上，包括用于在所述开关电源装置1起动时，起动所述控制电路2的起动电路3；所述开关电源装置1通过控制直流电压的所述控制电路使开关单元（对应于开关单元Q1）进行开关动作，在变压器的一次线圈和二次线圈上产生高频电压，对二次线圈的高频电压进行整流平滑处理，得到直流输出电压。

所述控制电路2具有用于将所述直流输出电压和基准电压(该基准电压为处于二次侧的基准电压，具体可以是二次侧的误差放大器的内部基准电压)进行比较，并通过反馈比较后的误差电压将所述直流输出电压控制为一定的电压的反馈端子（对应于图2中的端子FB）；

所述控制电路2还具有限制流向所述开关单元Q1的电流的过电流保护电路（overcurrent protector，OCP，在本实施例中，主要由比较器COMP3以及后续的逻辑电路构成），当该过电流保护电路检测出过电流（在本实施例中，当通过比较器COMP3检测出端子OCP的电压高于图2所示的过比较器COMP3的基准电压时，认为出现过电流）时，所述控制电路2将所述开关单元Q1从闭合状态变为断开状态，并且在该过电流保护电路进行了一定时间的动作的情况下，向所述控制电路2施加动作停止信号的功能；

当所述控制电路2的电源电压（对应于端子VCC的电压）为第1规定电压（对应于图3的控制电路动作开始电压，具体地，在本实施例中，可以对应于图2中的动作开始电压15V）以上时，所述控制电路2起动；

当所述控制电路2的电源电压为第2规定电压（对应于图3的控制电路动作停止电压，具体地，在本实施例中，可以对应于图2中的动作停止电压10V）以下时，所述控制电路2停止；

在所述控制电路2的电源电压为第2规定电压以上的情况下，检测出过电流，在由所述控制电路2使所述开关单元Q1的开关动作停止后，在所述控制电路2的反馈端子FB的电压变为第3规定电压（对应于图3的起动电路动作停止电压，具体地，在本实施例中，可以为开关单元Q4的阈值电压）以下时，所述控制电路2再次开始动作。

实施例二

下面结合图1、图2以及图3来详细说明本发明实施例。在本实施例中，本发明的控制电路具体化为图2所示的结构，并且，图2中的部分端子的信号的变化，将体现在图3所示的信号波形示意图上。

图2的控制电路2用于控制开关电源装置1的输出电压，其主要包括三个大部分：起动电路3、定电压电路4以及下部的由多个逻辑控制电路构成的逻辑控制部分10。

起动电路3通过端子START与图1中上部的桥二极管连接，将整流后的电压向端子VCC充电。其中，高压开关Q2的开关状态决定了是否将桥二极管整流后的电压提供给端子VCC，而高压开关Q2的开关状态受到开关单元Q3和开关单元Q4的控制。即，开关单元Q3和开关单元Q4中的任何一个闭合时，都会使高压开关Q2处于断开状态，从而不向端子VCC充电，当然也不起动起动控制电路2以及开关电源装置1。其中，开关单元Q3和现有技术一样，主要受控于比较器COMP1的输出，即和端子VCC的电压有关。而在本发明的实施例中，增加了开关单元Q4，其受控于端子FB的电压。

定电压电路4负责向控制电路的各个部分（延迟时间犹豫电路6、过负荷检测电路7、振荡电路5等）供给电力，并通过电阻R10与反馈端子（FB端子）连接。定电压电路4的电压输入主要来自端子VCC，当开关电源装置起动时，定电压电路4的电压输入来自起动电路3输入到端子VCC电压，当起动电路3关闭后，即开关电源装置起动后，定电压电路4的电压输入来自从控制电路2外部通过端子VCC输入的电压。

逻辑控制部分10主要负责过电流检测控制以及反馈控制等，根据端子FB和端子COP的电压状况，来通过端子DRIVE输出控制信号，控制开关单元Q1的开关状态，同时也控制着开关单元Q4的开关状态。

其中，端子FB与光电耦合器的受光侧连接，而光电耦合器的发光侧与二次侧的误差放大器（图未示出）连接。这样，能够将二次侧的误差反馈到一次侧，从而进行反馈控制使得二次侧的输出电压成为一定的电压。

端子OCP与开关单元Q1连接，能够将开关单元Q1下端的电压输入到控制电路的相关电路单元中，从而进行过电流或者过负荷的检测及相应的逻辑控制。

结合图3可知，在本实施例的控制机制中，存在3个阈值电压（或者称为规定电压）：

第1规定电压：控制电路动作开始电压，如图2所示，在本实施例中可以为15V；

第2规定电压：控制电路动作停止电压，如图2所示，在本实施例中为可以10V；

第3规定电压：起动电路动作停止电压，即开关单元Q4的阈值电压。

第1规定电压和第2规定电压用于与端子VCC的电压进行比较，当端子VCC的电压在第1规定电压和第2规定电压之间时，开关电源装置处于正常工作状态，当低于第2规定电压时，开关电源装置将停止振荡。

图2中的比较器COMP3上的基准电压，是用来检测是否存在过电流或者过负载状态的。

结合图3可知，对于本发明实施例来说，与现有技术不同之处在于，起动电路处于关闭时间延长了图3所示的“OFF期间延长”的时间段。实现该“OFF期间延长”的方式，主要是通过增加的开关单元Q4来实现的。在现有技术的控制电路中，如图5所示，开关单元Q3只受到端子VCC的影响，即当端子VCC的电压下降到第2规定电压以下时，就会导致开关单元Q3断开，从而使得起动电路动作，重新起动控制电路以及开关电源装置。而在本发明的实施例中，在开关单元Q3之外还存在一个开关单元Q4，即使端子VCC的电压下降到了第2规定电压以下，开关单元Q3处于断开状态，但是由于此时，端子FB的电压还没有下降到第3规定电压以下，即开关单元Q4仍处于闭合状态，所以，高压开关Q2仍处于断开状态，起动电路不动作，直到端子FB的电压下降到第3规定电压以下，才使起动电路动作。

下面，从AC插座连接时开始，对开关电源装置的动作进行说明。

1、AC插座连接时

当AC插座连接时，由桥二极管整流后的电压被施加到端子START，通过起动电路3向端子VCC充电。

2、开关电源装置起动时

当端子VCC的电压达到控制电路2的动作开始电压（例如15V）时，比较器COMP1输出ON信号（本实施例中为输出高电平），使得定电压电路4向控制电路2的各部分进行电力供给，使开关电源装置1开始振荡。其中，振荡电路5与RS触发器的端子S连接，如图3所示，输入单触发脉冲（one shotpulse），由此，从RS触发器的端子Q输出高电平。RS触发器的端子Q与与门8的输入端连接，与门8的输出经由缓存器BF，通过端子DRIVE将高电平信号输出到开关单元Q1的控制栅，从而使开关单元Q1处于闭合状态。当开关单元Q1闭合时，变压器T的一次线圈上被施加电压，并有电流流过。而RS触发器的R端子与或门9的输出端连接，而或门9的输入端与比较器COMP2和比较器COMP3的输出端连接，如图3的波形图所示，从而可以根据端子FB的电压和端子OCP的电压，对RS触发器的输出端子Q的波形进行控制，进而控制端子DRIVE的波形，从而来控制开关单元Q1的开关状态。

同时，比较器COMP1输出的ON信号也使得开关单元Q4闭合接地（GND），从而关闭了高压开关Q2，使得起动电路3停止向端子VCC充电，即，起动电路3关闭。此时，由于二次侧电压低，光电耦合器处于关闭状态，所以，FB端子的电压只能达到定电压电路4的输出电压。由此，通过过电流保护电路，可以将流向开关单元Q1的电流限制为一定。

即，流向开关单元Q1的电流在电阻R2上产生压降，改变了电阻R2上端的电压，该电压通过端子OCP输入到比较器COMP3的正相输入端。另一方面，比较器COMP3的反相输入端连接一基准电压，从而将输入到正相输入端的电压与该基准电压进行比较，当正相输入端的电压高于该基准电压时，比较器COMP3的输出为高电平，而比较器COMP3的输出与或门9的一个输入端连接，而或门9的输出与RS触发器的端子R连接，从而向该端子R输入高电平，从而使RS触发器的端子Q的输出从高电平变为低电平，并且该端子Q与与门8的输入端子之一连接，从而使得与门8的输出也变为低电平，并通过缓存器BF的输出，使得端子DRIVE的信号从高电平变为地电平，使得开关单元Q1从闭合状态转变为断开状态。

因此，当端子OCP的电压（与流向Q1的电流相对应）高于比较器COMP3的基准电压(与图3的电流限制值相对应)时，端子DRIVE的信号从高电平变为低电平，由此，抑制了流向开关单元Q1的过电流。即通过端子OCP的电压限制了端子DRIVE的信号的高电平的脉冲宽度，从而限制了流向开关单元Q1的电流。

3、稳定时

当二次侧输出上升，误差放大器动作时，在光电耦合器上有电流流过，导致端子FB的电压下降。由此，比较器COMP2动作，控制流向开关单元Q1的电流，使二次侧输出电压保持为一定。

具体地，比较器COMP2的正相输入端与端子OCP连接，反相输入端与端子FB连接。因此，比较器COMP2将端子OCP的电压（对应于流向Q1的电流）与端子FB的电压进行比较，当端子OCP的电压高于端子FB的电压时，比较器COMP2输出高电平，从而使与比较器COMP2的输出连接的或门9向RS触发器的端子R输出高电平，从而使RS触发器的端子Q的输出从高电平变为低电平，之后，通过与门8以及缓存器BF使端子DRIVE的信号从高电平变为低电平，由此，来控制开关单元Q1的开幅（占空比）。

4、过负荷时或者负载短路时（电源振荡中）

当二次侧输出下降时，误差放大器关闭，光电耦合器也关闭。因此，FB端子的电压上升至定电压电路4的输出电压，与开关电源装置1起动时一样，流向开关单元Q1的电流受到电流保护电路的限制。进而，由于二次侧输出下降，与此成比例地一次侧的辅助线圈的电压也下降。同时，当过负荷检测电路7检测到端子FB的电压上升时，向延迟时间犹豫电路6输出使延迟时间犹豫电路6进行动作的信号，使其开始计测犹豫时间（延迟时间）。

5、过负荷时或者负载短路时（电源振荡停止中）

在达到犹豫时间（延迟时间）之前，当端子VCC的电压达到动作停止电压（例如10V）时，则停止振荡。此时，端子FB的电压上升到定电压电路4的输出电压，由于仍处于开关单元Q4的阈值以上，所以起动电路3仍为关闭状态。由此，振荡停止期间被延长，所以，能够使过热的各种部件的温度下降。此后，由于与端子FB连接的电阻R10上有电流的流过，FB端子的电压下降，当FB端子的电压下降到开关单元Q4的阈值以下时，开关单元Q4关闭，使得起动电路开始动作，此时，由于起动电路3动作，端子VCC的电压上升，当达到动作开始电压时，进行开关电源装置的再起动。

如以上所述，在该FB端子的电压在下降到第3规定的电压（开关单元Q4的阈值）为止的期间，延迟执行使起动电路动作的操作，从而延长了起动电路的关闭时间。另外，在通常的开关电源装置起动时，FB端子的电压为0V，所以，此时开关电源装置的起动和现有技术是相同的。

另一方面，如果过负荷状态持续，当到达了预定的犹豫时间时，则延迟时间犹豫电路6将输出低电平，通过与门8以及缓存器BF，从DRIVE端子输出低电平信号，从而使开关单元Q1断开，也会使振荡停止。此后，也会导致FB端子的电压下降，当FB端子的电压下降到开关单元Q4的阈值以下时，会使得起动电路开始动作，从而重新起动开关电源装置，而此时，延迟时间犹豫电路6的犹豫时间（延迟时间）的计测将重置为初始状态。

由此可见，如果不设置延迟时间犹豫电路6，则当检测到过电流后将立即停止控制电路，使振荡停止，从而引起的起动不良。而当设置有延迟时间犹豫电路6时，通过一定的犹豫时间可以避免这些动作不良。例如，有时会出现在没有达到过负荷的状态的峰值负荷的情况下，也会检测出过电流的情况，如果不设置延迟时间犹豫电路6，则会立即停止控制电路而引起的起动不良，如果设置了延迟时间犹豫电路6，则可以避免这些在正常的负荷峰值的波动而造成的动作不良。

另外，在不对控制系统造成影响的程度下，可以在FB端子与接地点间连接电容（如图2所示），从而可以进一步地在延伸起动电路的OFF期间的方向上进行调整，另外，也可以通过在电容上串联插入电阻（即在反馈端子与接地点之间连接电容和电阻的串联电路），来调整阻抗以使得不对控制系统造成影响。

本实施例的技术效果

如以上所述，在使用了在内部装有起动电路的控制电路的开关电源装置上，能够以控制电路的很小的成本提升，来大幅降低负载短路或者过负荷时的部件发热。由此，能够提供能够抑制发热并且安全的开关电源装置，进而，能够通过降低部件规格等来降低成本。

另外，在具有过负荷保护功能的控制电路上增加本发明的功能的情况下，与现有技术的在过负荷时过负荷保护功能动作的情况相比，能够进一步地延长起动电路的关闭时间。即可以在端子FB的电压上升到定电压电路的输出电压之后，同样地延长起动电路的关闭期间。由此，能够降低各部件的温度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种开关电源装置的控制电路，所述控制电路设置在所述开关电源装置上，包括用于在所述开关电源装置起动时，起动所述控制电路的起动电路，所述开关电源装置通过控制直流电压的所述控制电路使开关单元进行开关动作，在变压器的一次线圈和二次线圈上产生高频电压，对二次线圈的高频电压进行整流平滑处理，得到直流输出电压，其特征在于：

所述控制电路具有用于将所述直流输出电压和基准电压进行比较，并通过反馈比较后的误差电压将所述直流输出电压控制为一定的电压的反馈端子；

所述控制电路还具有限制流向所述开关单元的电流的过电流保护电路，当该过电流保护电路检测出过电流时，所述控制电路将所述开关单元从闭合状态变为断开状态，并且在该过电流保护电路进行了一定时间的动作的情况下，向所述控制电路施加动作停止信号的功能；

当所述控制电路的电源电压为第1规定电压以上时，所述控制电路起动；

当所述控制电路的电源电压为第2规定电压以下时，所述控制电路停止；

在所述控制电路的电源电压为第2规定电压以上的情况下，检测出过电流，在由所述控制电路使所述开关单元的开关动作停止后，在所述控制电路的反馈端子的电压变为第3规定电压以下时，所述控制电路再次开始动作。

2.根据权利要求1所述的开关电源装置的控制电路，其特征在于，所述控制电路的反馈端子与接地点之间连接有电容。

3.根据权利要求1所述的开关电源装置的控制电路，其特征在于，所述控制电路的反馈端子与接地点之间连接有电容和电阻的串联电路。

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