CN107681901A - 一种抑制开关电源输出电压过冲的电路及方法 - Google Patents

一种抑制开关电源输出电压过冲的电路及方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种抑制开关电源输出电压过冲的电路及方法，电路结构简单，解决了开关电源输出电压过冲的问题。所述电路包括比较器U1；比较器U1的电源端、反相端和同相端分别经第一、二和三电阻支路连接开关电源输入滤波电路的输出端，作为输入电压VIN；比较器U1的输出端连接开关电源前级驱动电路的使能和禁止端口；当同相端电压高于反相端电压时，比较器U1的输出端输出使能信号；否则输出禁止信号。所述方法通过对开关电源的输入滤波电路输出端电压进行采集、比较，低于一定电压时，禁止开关电源的前级驱动电路工作，电源无输出；达一定电压时，开关电源的前级驱动电路工作，主电路的前级驱动电路对输出电压进行调节，消除过冲。

Description

一种抑制开关电源输出电压过冲的电路及方法
技术领域
本发明涉及开关电源，具体为一种抑制开关电源输出电压过冲的电路及方法。
背景技术
输出电压过冲是指电源在输入源上电的过程中输出电压建立时出现瞬态的高出稳态电压的现象。如果过冲的幅度较大、时间较长，超过了用电设备的承受极限，就会损坏用电设备。
开关电源输出电压建立的过程中，如果输入源上电缓慢会影响输出反馈电路的正常工作，致使输出反馈电路不能提供正确的反馈信号，使得前级驱动电路不能正常调节输出电压，而导致输出电压异常；如图1中的某开关电源电路，在输入源上电速率为1V/ms时，输出电压存在过冲现象，输出电压的波形如图2所示。现有技术中存在着大量如上所述的，开关电源因输入源上电缓慢引起输出电压过冲的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种抑制开关电源输出电压过冲的电路及方法，技术实用，电路结构简单，解决了实际设计过程中开关电源输出电压过冲的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种抑制开关电源输出电压过冲的电路，包括比较器U1；所述比较器U1的电源端、反相端和同相端分别经第一、二和三电阻支路连接开关电源输入滤波电路的输出端，作为输入电压VIN；比较器U1的输出端连接开关电源前级驱动电路的使能和禁止端口；
所述的第一电阻支路包括电阻R3和稳压管D2；电阻R3一端连接输入电压VIN，另一端连接比较器U1的电源端；稳压管D2阳极接地，阴极连接比较器U1的电源端；
所述的第二电阻支路包括电阻R2和稳压管D1；电阻R2一端连接输入电压VIN，另一端连接比较器U1的反相端；稳压管D1阳极接地，阴极连接比较器U1的反相端；
所述的第三电阻支路包括电阻R1和电阻R4；电阻R1一端连接输入电压VIN，另一端连接比较器U1的同相端；电阻R4一端接地，另一端连接比较器U1的同相端；
当同相端电压高于反相端电压时，比较器U1的输出端输出使能信号；否则输出禁止信号。
优选的，比较器U1的同相端连接另一端接地的电容C1。
优选的，比较器U1的输出端分别连接另一端接地的电容C2和二极管D3的阳极；二极管D3的阴极连接在电阻R1和电阻R3之间，阴极还连接比较器U1的电源端和稳压管D2的阴极。
优选的，比较器U1采用J193比较器。
一种抑制开关电源输出电压过冲的方法，包括如下步骤，
步骤1，采集开关电源输入滤波电路输出端电压作为该电路的输入电压；
步骤2，将输入电压经电阻R2和稳压管D1稳压后作为比较器反相端输入电压，建立比较器参考电压，提供比较基准电压；
步骤3，将输入电压经电阻R1和电阻R4分压后作为比较器同相端输入电压，建立比较器比较电压，提供比较输入电压；
步骤4，通过比较器对比较基准电压和比较输入电压进行比较，在开关电源的输入源上电过程中比较基准电压先建立，比较输入电压随输入源电压的增大而增大，当比较输入电压高于比较基准电压时，比较器的输出端输出使能信号；否则输出禁止信号；
步骤5，使能或禁止信号连接到开关电源前级驱动电路的使能和禁止端口对前级驱动电路进行控制，使得开关电源的滤波电路输出端电压达到设定电压时，比较器的输出端输出使能信号，前级驱动电路工作，输出电压平稳建立，消除了过冲。
优选的，将输入电压VIN经电阻R1分压限流之后并由稳压管D2稳压为比较器U1提供供电电压VCC2。
优选的，设定电压通过调整电阻R1、电阻R4和电阻R2的阻值关系进行设定。
优选的，所述的前级驱动电路为PWM驱动电路。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明所述电路由开关电源的输入源供电，不需要独立的供电电源；并且通过对输入源进行稳压和分压作为比较的两个输入电压信号，不会对开关电源的后级电路和输出反馈电路产生影响；所述电路也不受其它部分电路变化的影响，有稳定的比较输出信号；能够进行广泛推广。同时该保护电路可应用于其它共输入、独立输出的拓扑；通过输出接口与开关电源的前级驱动电路的使能和禁止端口(INH端)直接电连接，其输出电压高低稳定，使能良好，输出控制前级驱动电路是否工作，确保电源输出的稳定性；本发明电路所用元器件数量少，结构简单，易于调试和测试；，与主电路接口的连接实现简单，起到良好的抑制输出电压过冲的作用，有良好的应用前景。
本发明所述的方法，通过对开关电源的输入滤波电路输出端电压进行采集，通过分压后由比较器进行比较判断，在开关电源输入源上电低于一定电压时，所述电路禁止开关电源的前级驱动电路工作，电源无输出；开关电源上电到达一定电压时，所述电路使能开关电源的前级驱动电路工作，电源建立输出，此时输出反馈电路正常反馈，主电路的前级驱动电路对输出电压进行正常调节，输出电压平稳建立，从而消除了过冲。
附图说明
图1为现有技术中的开关电源电路图。
图2为图1所述开关电源电路图输出电压过冲时的输出电压波形图。
图3为本发明所述电路的电路图。
图4为本发明所述电路对图1的开关电源进行输出电压过冲抑制时的连接图。
图中，直流输入端1、输入滤波电路2、DC/DC功率变换电路3、PWM驱动电路4、输出整流滤波电路5、输出反馈电路6、本发明所述电路7。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明所述一种抑制开关电源输出电压过冲的电路，供电电压可由开关电源的主电路的输入源提供，所述电路的其它工作电压可经主电路输入源变换得到，不需要增加额外的辅助供电电路；所述电路的供电电压与主电路输入源整流滤波后的VIN点电连接，所述电路的输出AOUT脚与主电路的驱动电路使能和禁止端口INH点电连接；
本发明所述电路包括输入供电电压的产生、比较器反相端参考电压的建立、比较器同相端比较电压的建立、比较过程、比较结果的输出、禁止或使能主电路的驱动电路输出和主电路上电建立7个工作过程；
本发明所述电路以主电路的输入源作为自身的供电电源，可与主电路前级驱动电路使能和禁止接口直接接入，输出稳定可靠的高低电平信号控制主电路前级驱动电路是否工作，可根据要求调节输入源上电至某一点电压值时输出电压开始建立；也可用于共输入、多路输出的电路中，对其中一路或几路拓扑使用该电路，达到抑制输出电压过冲的目的。
下面对以上技术方案对照图4做进一步阐述：
以上所述主电路由直流输入端1、输入滤波电路2、DC/DC功率变换电路3、输出整流滤波电路5依次电连接；
所述主电路的前级驱动电路由主电路的输入源提供电压源VCC1，它控制主电路的开关MOS管Q的开通和关断，实现DC/DC变换器的功率转换；
所述主电路的输出反馈电路6在输出端口进行输出电压采样，将输出采样信号送入误差放大器Am，Am将误差分析结果反馈到PWM驱动电路4的PWM控制端口，调节PWM输出方波的占空比，实现主电路输出电压的稳定。
本发明所述电路的供电电源VCC2也由主电路的直流输入电压VIN提供，比较器U1的反相端A-脚的比较基准电压由输入电压VIN通过电阻R2经稳压管D1进行稳压得到；比较器的同相端A+脚的电压由输入电压VIN经电阻R1和R4分压得到；在输入源上电过程中，比较器U1反相端的基准电压先建立，其同相端的电压随输入源电压的增大而增大，当同相端电压高于反相端电压时，比较器输出高电平，使能主电路PWM驱动信号输出，电源输出电压建立；即输入源上电达到一定电压值时，电源输出开始建立。
如图4，本发明包括：所述电路与主电路直流输入的接口部分；所述电路输出端口与主电路前级驱动部分使能和禁止端口的接口部分；以及所述电路抑制输出过冲的实现；具体如下所述。
如图3所示，所述电路与主电路输入接口部分为主电路输入滤波之后，图4中的VIN点；VIN点电压经过电阻R3分压限流之后并由稳压管D2稳压为比较器U1(J193)提供供电电压VCC2；VIN点电压经过R2和稳压管D1为比较器反相端A-脚提供比较基准电压；VIN点电压经过R1、R4分压后得到比较器同相端A+脚的比较电压；本发明电路接口简单，还能够用比较器的另一组比较端口对其它共输入、独立输出的拓扑电路采用同样的方式抑制其输出上电过冲；
所述抑制输出电压过冲电路的功能实现：
如图2所示，图1中主电路输出电压过冲的原因：主电路正常工作电压范围18V～32V，主电路输入源上电缓慢，从0上升到5V～11V时，电路的前级驱动电路已经开始工作，电源后级反馈电路供电电压范围为2.2V～8.4V，此时输出反馈电路的后级误差放大器处于异常工作状态，输出反馈电路不能正常工作，输出电压出现过冲，过冲波形见图2；当输入电压继续上升到大于11V时，所述主电路输出反馈供电电压达到8.5V，反馈电路正常工作，数个周期后输出电压达到稳定；
所述抑制输出电压过冲电路的原理：主电路输入源上电低于一定电压时，所述电路禁止主电路的前级驱动电路工作，电源无输出；输入源上电到达一定电压时，所述电路使能主电路的前级驱动电路工作，主电路功率转换部分工作，电源建立输出，此时输出反馈电路正常工作，主电路的前级驱动电路对输出电压进行调节，输出电压平稳建立，消除了过冲；
如图3、图4所示，抑制输出电压过冲电路时：
当主电路输入源上电电压达到16V之前，VIN点电压经过电阻R3限流之后由稳压管D2稳压为比较器U1提供供电电压VCC2，稳压管D2选用稳压值为12V的，比较器U1的正常工作电压范围为2～30V，可确保比较器先于主电路前级驱动电路正常工作；VIN点电压经过R2和稳压管D1为比较器反相端A-脚提供比较基准电压，稳压管D1选用稳压值为5.6V；VIN点电压小于5.6V时，A-脚的电压为VIN点电压，比较器同相端A+脚电压为R1和R4分压后的电压VA+，VA+＜VA-，比较器AOUT脚输出低电平；VIN点电压在5.6V～16V时，稳压管D1正常工作，A-脚电压VA-为5.6V，此时A+脚的电压VA+为VA+＜VA-；比较器AOUT脚输出低电平；
当主电路输入源上电电压超过16V时，由以上所述可知比较器输出端AOUT脚输出高电平，主电路前级的PWM驱动电路工作，主电路功率转换部分工作，电源输出建立；
所述电路输出端口AOUT脚与主电路前级的PWM驱动电路部分的PWM芯片的使能和禁止端INH脚电连接；
主电路前级驱动电路使能或禁止PWM芯片输出驱动信号的工作机理：主电路前级驱动电路中的PWM芯片的使能和禁止端INH脚使能或禁止PWM芯片驱动信号输出；PWM芯片的供电电压VCC1正常时，INH脚为低电平信号时，芯片无驱动信号输出，INH脚为高电平信号时，芯片正常输出驱动信号；
所述抑制输出电压过冲电路与主电路前级控制驱动电路、主电路共地，所述电路中比较器输出的高低电平信号(AOUT脚输出)可被主电路前级驱动电路中的PWM芯片的使能和禁止端(INH脚)识别；
主电路输入源上电电压达到一定幅值时，所述电路的输出端AOUT脚输出高电平信号，主电路前级驱动电路中的PWM芯片的使能和禁止端INH脚接收到高电平信号后，PWM芯片输出驱动信号，电源建立输出电压，此时主电路后级反馈电路的供电电压较高，能够正常工作，及时建立反馈坏路，电源输出电压平稳上升至稳定值，消除过冲现象；
下面对本发明的实现机理做详细描述：
图4中主电路输入源上电过程中，所述发明电路先于主电路前级驱动电路正常工作；当输入电压低于16V时，所述电路输出低电平，禁止主电路前级驱动电路的PWM芯片工作，电源无输出；当输入电压高于16V后，所述电路输出高电平，主电路前级驱动电路的PWM芯片开始正常输出驱动信号；此时电源的后级误差放大器已经开始正常工作，建立正常反馈，使输出电压平缓上升至稳定电压，抑制了输出电压过冲的现象；
应用本发明的结论，现已针对输出上电过冲的某开关电源拓扑样机进行了改进，在主电路中接入了所述电路，保证电路正常工作不受影响外，解决了输入源上电缓慢时电源输出电压过冲的问题，消除了过冲电压对使用设备造成损伤、损坏的隐患；
上述说明中使用了一些科学技术的术语，目的是方便说明，对本发明不应造成任何限制。

Claims (8)

1.一种抑制开关电源输出电压过冲的电路，其特征在于，包括比较器U1；所述比较器U1的电源端、反相端和同相端分别经第一、二和三电阻支路连接开关电源输入滤波电路的输出端，作为输入电压VIN；比较器U1的输出端连接开关电源前级驱动电路的使能和禁止端口；
所述的第一电阻支路包括电阻R3和稳压管D2；电阻R3一端连接输入电压VIN，另一端连接比较器U1的电源端；稳压管D2阳极接地，阴极连接比较器U1的电源端；
所述的第二电阻支路包括电阻R2和稳压管D1；电阻R2一端连接输入电压VIN，另一端连接比较器U1的反相端；稳压管D1阳极接地，阴极连接比较器U1的反相端；
所述的第三电阻支路包括电阻R1和电阻R4；电阻R1一端连接输入电压VIN，另一端连接比较器U1的同相端；电阻R4一端接地，另一端连接比较器U1的同相端；
当同相端电压高于反相端电压时，比较器U1的输出端输出使能信号；否则输出禁止信号。
2.根据权利要求1所述的一种抑制开关电源输出电压过冲的电路，其特征在于，比较器U1的同相端连接另一端接地的电容C1。
3.根据权利要求1所述的一种抑制开关电源输出电压过冲的电路，其特征在于，比较器U1的输出端分别连接另一端接地的电容C2和二极管D3的阳极；二极管D3的阴极连接在电阻R1和电阻R3之间，阴极还连接比较器U1的电源端和稳压管D2的阴极。
4.根据权利要求1所述的一种抑制开关电源输出电压过冲的电路，其特征在于，比较器U1采用J193比较器。
5.一种抑制开关电源输出电压过冲的方法，其特征在于，包括如下步骤，
步骤1，采集开关电源输入滤波电路输出端电压作为该电路的输入电压；
步骤2，将输入电压经电阻R2和稳压管D1稳压后作为比较器反相端输入电压，建立比较器参考电压，提供比较基准电压；
步骤3，将输入电压经电阻R1和电阻R4分压后作为比较器同相端输入电压，建立比较器比较电压，提供比较输入电压；
步骤4，通过比较器对比较基准电压和比较输入电压进行比较，在开关电源的输入源上电过程中比较基准电压先建立，比较输入电压随输入源电压的增大而增大，当比较输入电压高于比较基准电压时，比较器的输出端输出使能信号；否则输出禁止信号；
步骤5，使能或禁止信号连接到开关电源前级驱动电路的使能和禁止端口对前级驱动电路进行控制，使得开关电源的滤波电路输出端电压达到设定电压时，比较器的输出端输出使能信号，前级驱动电路工作，输出电压平稳建立，消除了过冲。
6.根据权利要求5所述的一种抑制开关电源输出电压过冲的方法，其特征在于，将输入电压VIN经电阻R1分压限流之后并由稳压管D2稳压为比较器U1提供供电电压VCC2。
7.根据权利要求5所述的一种抑制开关电源输出电压过冲的方法，其特征在于，设定电压通过调整电阻R1、电阻R4和电阻R2的阻值关系进行设定。
8.根据权利要求5所述的一种抑制开关电源输出电压过冲的方法，其特征在于，所述的前级驱动电路为PWM驱动电路。
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