CN104184349A - 一种反激式开关电源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种反激式开关电源，包括电压输入单元、第一启动电阻、第二启动电阻、第三启动电阻、第一电容、峰值电流控制芯片、原边电流检测电路、辅助供电绕组、嵌位电路、反激式变压器、主电压输出电路、待机电压输出电路、第一功率开关管和限功率单元；其中，所述限功率单元的一端经过两个串接的所述第一启动电阻和所述第二启动电阻连接到所述电压输入单元，所述限功率单元的另一端连接到所述峰值电流控制芯片的CS引脚。在高压输入时，本发明提高了过载或短路保护能力，防止器件过流损坏，并降低了限功率单元的功耗。

Description

一种反激式开关电源
技术领域
本发明涉及电路领域，更具体地说，涉及一种提高过载保护能力的反激式开关电源。
背景技术
反激式开关电源以其成本低、体积小等优点，广泛用于电子产品的供电电源。在较大功率反激式开关电源系统中，通常选用单管反激式开关电源，设计其工作于连续导电模式。
图1为现有技术中连续电流模式的反激式开关电源的电路图，该电路过载或者短路保护的原理为：当过载或短路时，峰值电流控制芯片(如UC2844)的电流检测引脚检测到原边电流达到1V上限值，关闭开关管的驱动信号，限制原边电流的上升，达到限流目的，实现过载或短路保护，使得功率器件不会损坏。
如图1所示，原边电流检测电路由采样电阻Rs，R3和C2构成的低通滤波电路构成。当该反激式开关电源工作于连续电流模式时，其输出功率大小与原边电流大小的关系为：
P o = 1 2 L m ( I p 2 - I v 2 ) f s - - - ( 1 )
其中，Lm、Ip、Iv、fs分别为为原边激磁电感、电感电流峰值、电感电流谷值、开关频率。从公式(1)可以看出，输出功率的大小与电感电流的峰值和谷值均有关，且输入电压不同，电感电流峰值不同，输入电压较低时，电感电流峰值高，输入电压较高时，电感电流峰值低。
当该反激式开关电源发生过载或短路时，对于高压输入的情况，由于其额定负载的电感电流峰值较低，因而其过载保护的功率点较高，容易造成功率器件长期承受较高的电流应力而损坏。另外，由于低通滤波对电流采样幅值的衰减，使得实际的限流点高于峰值电流控制芯片的限流点，在图1中，输入端通过电阻Rlimit连接至峰值电流控制芯片的电流检测引脚，可以补偿由于低通滤波电路对采样电流幅值的衰减，提高限流的准确性，但是电阻Rlimit承载电压较高，功耗较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述连续电流模式的反激式开关电源在过载或短路时限流点不准确而造成的器件损坏问题以及加入限功率电阻时功耗较大的问题，提供一种加入限功率单元的反激式开关电源，使得开关能够提高高压输入过载或短路时的限功率点的准确性，防止器件过流损坏，并减少限功率单元的功耗。
本发明解决上述技术问题提供的技术方案是提供一种反激式开关电源，所述反激式开关电源包括电压输入单元、第一启动电阻、第二启动电阻、第三启动电阻、第一电容、峰值电流控制芯片、原边电流检测电路；所述原边电流检测电路的两端分别连接到峰值电流控制芯片的CS引脚、所述第一功率开关管的源极；所述峰值电流控制芯片的VCC引脚经过所述第一启动电容连接参考地，并经过三个串接的所述第一启动电阻、第二启动电阻和第三启动电阻连接到所述电压输入单元。
所述反激式开关电源还包括限功率单元，且该限功率单元的一端经过串接的第一启动电阻和第二启动电阻连接到所述电压输入单元、另一端连接到所述峰值电流控制芯片的CS引脚，通过第一启动电阻和第二启动电阻的分压降低所述限功率单元的承载电压，并通过所述限功率单元和第三启动电阻的分压以控制输出到所述峰值电流控制芯片的CS引脚的电压。
在本发明的一种反激式开关电源中，所述限功率单元由一电阻器构成。
在本发明的一种反激式开关电源中，所述第一功率开关管为NMOS管，且所述第一功率开关管的栅极连接到所述峰值电流控制芯片的VG引脚；漏极经过所述嵌位电路连接到电压输入单元，并连接到所述反激式变压器中绕组的同名端；源极经过所述原边电流检测电路连接到所述峰值电流控制芯片的CS引脚。
在本发明的一种反激式开关电源中，所述原边电流检测电路由第一采样电阻、第一电阻和第二电容构成；所述第一采样电阻的一端经过由第一电阻和第二电容构成的低通滤波电路连接到峰值电流控制芯片的CS引脚，并连接到所述第一功率开关管的源极，所述第一采样电阻的另一端连接参考地。
在本发明中，通过增加所述限功率单元，并且其一端经过串接的所述第一启动电阻和所述第二启动电阻连接到所述电压输入单元，另一端连接到所述峰值电流控制芯片的CS引脚，来控制所述峰值电流控制芯片的CS引脚的电压，提高在高压输入时过载或短路时的限流点的准确性而防止器件损坏，并降低所述限功率单元的功耗。
附图说明
图1是现有技术中连续电流模式的一种反激式开关电源。
图2是本发明的一种反激式开关电源的电路结构图。
图3是本发明实施例的一种反激式开关电源的具体电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图2，图2为本发明的一种反激式开关电源的电路结构图，该反激式开关电源包括电压输入单元200、第一启动电阻201、第二启动电阻202、第三启动电阻203、第一电容204、峰值电流控制芯片205、原边电流检测电路206、辅助供电绕组207、嵌位电路208，反激式变压器209、主电压输出电路210、待机电压输出电路211，第一功率开关管212和限功率单元213；原边电流检测电路206的两端分别连接到峰值电流控制芯片205的CS引脚、第一功率开关管212的源极；辅助供电绕组207的两端分别连接到峰值电流控制芯片205的Vcc引脚和参考地。
在本发明的一种反激式开关电源中，峰值电流控制芯片205的VCC引脚经过所述第一电容204连接参考地，并经过三个串接的第一启动电阻201、第二启动电阻202和第三启动电阻203连接到电压输入单元200，通过第一启动电阻201、第二启动电阻202和第三启动电阻203给第一电容204充电，第一电容204给峰值电流控制芯片205的VCC引脚充电，使得所述峰值电流控制芯片开始工作。
在本发明的一种反激式开关电源中，限功率单元213的一端经过两个串接的第一启动电阻201和第二启动电阻202连接到所述电压输入单元200，限功率单元213的另一端连接到峰值电流控制芯片205的CS引脚，通过第一启动电阻201和第二启动电阻202的分压降低所述限功率单元213的承载电压，并通过所述限功率单元213和第三启动电阻204的分压以控制输出到所述峰值电流控制芯片205的CS引脚的电压。
在本发明的一种反激式开关电源中，所述限功率单元213由一电阻器构成。
在本发明的一种反激式开关电源中，所述第一功率开关管212为NMOS管，且所述第一功率开关管212的栅极连接到所述峰值电流控制芯片205的VG引脚；漏极经过所述嵌位电路208连接到电压输入单元200，并连接到所述反激式变压器209中第一级绕组的同名端；源极经过所述原边电流检测电路206连接到所述峰值电流控制芯片205的CS引脚。
在本发明的一种反激式开关电源中，所述原边电流检测电路206由第一采样电阻、第一电阻和第二电容构成；所述第一采样电阻的一端经过由第一电阻和第二电容构成的低通滤波电路连接到峰值电流控制芯片的CS引脚，并连接到所述第一功率开关管的源极，所述第一采样电阻的另一端连接参考地。
电压输入单元200经过第一启动电阻201、第二启动电阻202、限功率单元213和第三启动电阻203的分压，到达峰值电流控制芯片205的VCC引脚；同时，峰值电流控制芯片205的VCC引脚的电压还由原边电流检测电路206控制；当电压输入单元200的输入电压越高时，限功率单元213的分压越大，且随着输入电压的提高，限功率单元213对原边电流检测电路206中低通滤波引起的衰减的补偿值越大，使得电感电流峰值增加，距离过载保护点的间距电压减小，可有效防止短路或过载时器件过流损坏问题。
参考图3，图3为本发明实施例的一种反激式开关电源的具体电路图。该反激式开关电源包括电压输入单元300、第一启动电阻Rst1、第二启动电阻Rst2、第三启动电阻Rst3、第一电容C1、峰值电流控制芯片305、原边电流检测电路306、辅助供电绕组307、嵌位电路308，反激式变压器309、主电压输出电路310、待机电压输出电路311，第一功率开关管Q1和限功率单元313。
上述反激式开关电源的原边电流检测电路306由第一采样电阻Rs、第一电阻R1和第二电容C2构成；第一电阻R1的两端分别连接第二电容C2的一端和第一采样电阻Rs的一端，第二电容C2的另一端和第一采样电阻Rs的另一端连接参考地；用于控制峰值电流控制芯片305的VCC引脚电压。
上述反激式开关电源的嵌位电路308由第三电容C3、第三电阻R3和第一二极管D1构成；第一二极管D1的阴极经过并接的第三电容C3和第三电阻R3连接到电压输入单元300，第一二极管D1的阳极连接到第一功率开关管Q1的漏极；用于吸收峰值电压，保护第一功率开关管Q1。
上述反激式开关电源的辅助供电绕组307由第四级绕组S4、第二二极管D2、第二电阻R2构成；第二二极管D2的阴极经过第二电阻R2连接到峰值电流控制芯片305的Vcc引脚，第二二极管D2的阳极连接第四级绕组S4的同名端，第四级绕组S4的异名端连接参考地；用于峰值电流控制芯片工作时提供供电电压。
上述反激式开关电源的反激式变压器309包括第一级绕组S1、第二级绕组S2和第三级绕组S3；用于对电压输入单元的供电电压进行反激式变压。
上述反激式开关电源的主电压输出电路310由第三二极管D3和第四电容C4构成；第三二极管D3的阳极和阴极分别连接第二级绕组S2的同名端和第四电容C4的一端，第四电容C4的另一端连接第二级绕组S2的异名端；用于输出主电压。
上述反激式开关电源的待机电压输出电路311由第四二极管D4和第五电容C5构成；第四二极管D4的阳极和阴极分别连接第三级绕组S3的同名端和第五电容C5的一端，并经过反馈连接到峰值电流控制芯片305的VFB引脚，第五电容C5的另一端连接第三级绕组S3的异名端，并连接参考地；用于待机时输出电压。
上述反激式开关电源的第一功率开关管Q1为NMOS管，其栅极连接到峰值电流控制芯片305的VG引脚；漏极经过嵌位电路308连接到电压输入单元300，并连接到反激式变压器309中第一级绕组的同名端；源极经过原边电流检测电路306连接到峰值电流控制芯片305的CS引脚。
上述反激式开关电源的限功率单元313由电阻器Rlimit构成，其一端经过两个串接的第一启动电阻Rst1和第二启动电阻Rst2连接到电压输入单元300，其另一端连接峰值电流控制芯片305的CS引脚，通过第一启动电阻Rst1和第二启动电阻Rst2的分压降低所述限功率单元313的承载电压，并通过限功率单元313和第三启动电阻Rst3分压以控制输出到所述峰值电流控制芯片305的CS引脚的电压。
上述反激式开关电源的峰值电流控制芯片305的VCC引脚经过所述第一电容C1连接参考地，并经过三个串接的第一启动电阻Rst1、第二启动电阻Rst2和第三启动电阻Rst3连接到电压输入单元300，通过所述第一启动电阻Rst1、第二启动电阻Rst2和第三启动电阻Rst3给第一启动电容C1充电，第一启动电容C1给峰值电流控制芯片305的VCC引脚充电，使得峰值电流控制芯片305开始工作。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种反激式开关电源，包括电压输入单元、第一启动电阻、第二启动电阻、第三启动电阻、第一电容、峰值电流控制芯片、原边电流检测电路；所述原边电流检测电路的两端分别连接到峰值电流控制芯片的CS引脚、所述第一功率开关管的源极；所述峰值电流控制芯片的VCC引脚经过所述第一启动电容连接参考地，并经过三个串接的所述第一启动电阻、第二启动电阻和第三启动电阻连接到所述电压输入单元，其特征在于：所述反激式开关电源还包括限功率单元，且该限功率单元的一端经过串接的第一启动电阻和第二启动电阻连接到所述电压输入单元、另一端连接到所述峰值电流控制芯片的CS引脚，通过第一启动电阻和第二启动电阻的分压降低所述限功率单元的承载电压，并通过所述限功率单元和第三启动电阻的分压以控制输出到所述峰值电流控制芯片的CS引脚的电压。
2.根据权利要求1所述的一种反激式开关电源，其特征在于：所述限功率单元由一电阻器构成。
3.根据权利要求1所述的一种反激式开关电源，其特征在于：所述第一功率开关管为NMOS管，且所述第一功率开关管的栅极连接到所述峰值电流控制芯片的VG引脚；漏极经过所述嵌位电路连接到电压输入单元，并连接到所述反激式变压器中绕组的同名端；源极经过所述原边电流检测电路连接到所述峰值电流控制芯片的CS引脚。
4.根据权利要求1所述的一种反激式开关电源，其特征在于：所述原边电流检测电路由第一采样电阻、第一电阻和第二电容构成；所述第一采样电阻的一端经过由第一电阻和第二电容构成的低通滤波电路连接到峰值电流控制芯片的CS引脚，并连接到所述第一功率开关管的源极，所述第一采样电阻的另一端连接参考地。
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