CN108347036B - 一种带输入过欠压保护的开关电源电路和led驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带输入过欠压保护的开关电源电路和LED驱动电路。所述开关电源电路包括：变压器、功率开关、采样电阻、启动电阻、控制电路、以及供电电容，变压器的辅助绕组一端连接一对分压电阻，一对所述分压电阻的中点电压信号在功率开关关闭前被采样，当该采样信号低于第一参考电压时，触发过压保护，当该采样信号高于第二参考电压，并且持续预设时间时，触发欠压保护。本发明提供的带输入过欠压保护的开关电源电路，在现有反激式开关电源上，不增加任何外围电路，节约系统成本的前提下，提供安全可靠的输入交流电压的过欠压保护功能。此外，该开关电源电路在功率开关关闭前采集输入电压信息，有效避免辅助绕组电压震荡带来的误差和干扰。

Description

一种带输入过欠压保护的开关电源电路和LED驱动电路
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，特别涉及一种带输入过欠压保护的开关电源电路和LED驱动电路。
背景技术
传统的过欠压保护电路均需采样输入电压，需要用电阻分压将市电输入转化为低压信号用以比较，因此，传统的过欠压保护电路存在的不足是：
第一，电阻分压采样电路存在损耗，影响待机功耗；第二，电阻分压使用的电阻占用PCB板空间，占用成本，增加失效概率；第三，占用芯片管脚，不利于系统集成和增加系统成本。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种带输入过欠压保护的开关电源电路和LED驱动电路。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种带输入过欠压保护的开关电源电路，包括：与输入交流电压相连接的整流桥、连接整流桥输出端的输入电容、变压器、功率开关、采样电阻、启动电阻、控制电路、以及供电电容，所述变压器包含：原边绕组、副边绕组、以及辅助绕组，
所述变压器的辅助绕组一端连接供电二极管的阳极，所述供电二极管的阴极连接所述供电电容，所述变压器的辅助绕组另一端连接一对分压电阻，一对所述分压电阻的中点连接控制电路，
所述控制电路包括：控制逻辑单元、过压比较器、欠压比较器、以及计时器，一对所述分压电阻的中点电压信号在功率开关关闭前被采样，并作为过压比较器和欠压比较器的输入信号，当该采样信号低于第一参考电压时，触发过压保护，当该采样信号高于第二参考电压，并且持续预设时间时，触发欠压保护。
在本发明实施例上述的开关电源电路中，当开关电源电路启动时，触发欠压保护不需要所述采样信号持续预设时间内高于第二参考电压。
在本发明实施例上述的开关电源电路中，所述功率开关为双极型晶体管或场效应晶体管。
在本发明实施例上述的开关电源电路中，所述变压器的原边绕组一端连接所述输入电容的正端，且其另一端连接所述功率开关。
在本发明实施例上述的开关电源电路中，所述变压器的副边绕组一端连接输出二极管的一端，所述输出二极管的另一端连接输出电容的一端，所述变压器的副边绕组的另一端连接所述输出电容的另一端。
在本发明实施例上述的开关电源电路中，一对所述分压电阻的中点电压信号也在所述功率开关关闭后若干时间被采样，从而检测开关电源电路的输出电压。
在本发明实施例上述的开关电源电路中，所述启动电阻连接于所述输入电容和所述供电电容之间，在电路启动时为所述供电电容充电，所述供电电容与稳压管连接，所述供电电容还与内部电源连接。
在本发明实施例上述的开关电源电路中，还包括：驱动电路，所述驱动电路根据所述控制逻辑单元的输入信号控制功率开关的导通与关闭。
另一方面，本发明实施例提供了一种带输入过欠压保护的LED驱动电路，包括：如上所述的开关电源电路，并由所述开关电源电路驱动。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明实施例提供的带输入过欠压保护的开关电源电路，在现有反激式开关电源上，不增加任何外围电路(即无需外围输入电压采样电路)，节约系统成本的前提下，提供安全可靠的输入交流电压的过欠压保护功能。此外，该开关电源电路在功率开关关闭前采集输入电压信息，可以有效避免辅助绕组电压震荡带来的误差和干扰。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种带输入过欠压保护的开关电源电路的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的一种带输入过欠压保护的开关电源电路的结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的一种开关电源电路在单个开关周期内各信号点的电压或电流示意图；
图4是本发明实施例一提供的一种开关电源电路在一个工频周期内的电压或电流示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种带输入过欠压保护的开关电源电路，参见图1和图2，该开关电源电路可以包括：
输入整流电路1，包括一整流桥11，用以将交流电源输入整流为直流，一输入电容Cbus，用以滤除功率开关S1产生的高频纹波。通常，在输入整流电路1中，还包含若干满足电磁干扰指标所需的滤波器件。
驱动电路2，包括一变压器T1，变压器T1包含：原边绕组，副边绕组和辅助绕组，驱动电路2还包含功率开关S1，功率开关S1的集电极连接输入变压器T1的原边绕组的一端，变压器T1的原边绕组的另一端连接输入电容Cbus，功率开关S1的发射级连接一采样电阻Rcs，用于采样功率开关S1中的电流。一启动电阻Rst连接于输入电容Cbus正端和一供电电容Cvcc之间，供电电容Cvcc用于为驱动电路2供电，在电路启动前，启动电阻Rst中的电流将供电电容Cvcc充电至启动阈值。
驱动电路2还包括一供电二极管Dvcc，供电二极管Dvcc的阴极连接变压器T1的辅助绕组的一端，辅助绕组的另一端连接电路参考地(即接地)，供电二极管Dvcc的阳极连接供电电容Cvcc，辅助绕组的两端连接一对分压电阻，其中，上分压电阻记为Rfbh，下分压电阻记为Rfbl。变压器T1的辅助绕组主要功能为：1，为驱动芯片21供电，2，检测开关电源电路的输出电压。
输出滤波电路3包括一整流二极管Dout，一输出电容Cout和电路负载，整流二极管Dout连接于变压器T1的副边绕组和输出电容Cout之间，输出电容Cout和电路负载并联。
驱动电路2中还包含一控制芯片21，控制芯片21内部及其外围电路如图1中展开图所示。
每个开关周期中，当功率开关S1关闭后，变压器T1的原边绕组电流截止，副边绕组电流导通，因此，变压器T1的副边绕组上的电压为输出电容Cout上的电压加上输出二极管Dout的压降，此时，辅助绕组T1-aux上的电压为正值，且正比于输出电压。(变压器T1的原边绕组，副边绕组和辅助绕组的匝数比为：Np:Ns:Na)，因此，辅助绕组T1-aux此时可以为供电电容Cvcc充电，同时，一对分压电阻的中点电压信号(即上分压电阻记为Rfbh与下分压电阻记为Rfbl之间的电压信号)也反映了输出电压：
Figure GDA0002037245380000041
式中，Vfb为一对分压电阻的中点电压信号，Vout为电路输出电压，Vdout为输出二极管Dout的正向压降。控制芯片21可以在合适的时刻采样Vfb，从而获得输出电压信息并且使其得到控制。
驱动电路2中的控制芯片21内部包含：一内部电源201，所述内部电源201为驱动电路2内部控制电路以及功率开关S1的驱动器203提供电流。控制芯片21还包括一控制逻辑单元202，控制逻辑单元202获取Vfb电压(即FB管脚)信息并调节功率开关S1的导通与关闭从而控制输出电压。控制芯片21还包含一驱动器203，驱动器203接收控制逻辑单元202的输出信号，并加以放大，从而驱动功率开关S1的导通与关闭。
驱动电路2中的控制芯片21内部还包含：采样开关207，过压比较器204，欠压比较器205，采样开关207连接Vfb电压(FB管脚)，并且连接到过压比较器204的反相输入端和欠压比较器205的同相输入端，过压比较器204的同相输入端连接参考电压Ref1，欠压比较器205的反相输入端连接参考电压Ref2，过压比较器204的输出信号连接控制逻辑单元202，欠压比较器205的输出信号连接一计时器206，计时器206的输出信号连接控制逻辑单元202。
下面结合图3和图4具体描述根据本实施方式的新型带输入过欠压保护的开关电源电路的工作过程：
传统的反激式开关电源只在功率开关S1关闭之后采样输出电压信息，而本发明增加了在功率开关S1关闭之前采样输入电压信息的功能，具体工作模式为：
当功率开关S1导通时，变压器T1的原边绕组两端电压约等于Vbus，如图3所示，变压器T1的原边绕组电流上升，当功率开关S1关闭后，变压器T1的副边绕组两端电压为Vout+Vdout，变压器T1的副边绕组电流下降。传统的反激式开关电源在功率开关S1关闭之后若干时间，采样辅助绕组电压，获得输出电压信息，如图3中“输出电压采样点”所示。
在功率开关S1导通时，因为变压器T1的原边绕组两端电压为Vbus，而原边绕组与辅助绕组的匝数比为固定值：Np：Na，所以辅助绕组两端电压为：
Figure GDA0002037245380000051
则控制芯片FB管脚上的电压为：
Figure GDA0002037245380000052
(注意此时FB管脚上的电压为负值)，FB管脚上的电压包含了此时输入电容Cbus上的电压信息。
在功率开关S1由关闭变为导通的瞬间，由于变压器T1的漏感影响，在辅助绕组上通常会有较短时间的震荡，本实施例中，“输入电压采样点”设计为在功率开关S1由导通变为关闭之前，避免辅助绕组电压震荡带来的误差和干扰。
当输入交流电压较高时，经整流后的输入电容Cbus上的电压Vbus也较高，因此在“输入电压采样点”时的FB管脚电压绝对值也较大(FB管脚电压更负)，采样开关207在“输入电压采样点”时刻导通并且采样FB管脚电压，过压比较器204将此信号与参考电压Ref1比较，当其低于参考电压Ref1时，过压比较器204输出信号给控制逻辑单元202，控制逻辑单元202停止电路工作，实现输入过压保护功能。
当输入交流电压较低时，经整流后的输入电容Cbus上的电压Vbus也较低，因此在“输入电压采样点”时的FB管脚电压绝对值也较小(FB管脚电压为负值，但绝对值较低)，采样开关207在“输入电压采样点”时刻导通并且采样FB管脚电压，欠压比较器205将此信号与参考电压Ref2比较，当其高于参考电压Ref2时，欠压比较器205输出信号给计时器206。
欠压保护和过压保护不同之处为：当开关电源带有较重负载时，输入电容Cbus上的电压Vbus不是很平滑的直流，而是带有一定纹波，如图4所示，输入交流电压瞬时值较低时，输入电容Cbus为电路提供能量，因此Vbus有一定的纹波出现。如果在每个开关周期都采样Vbus并且直接做判断的话，在轻载和重载时的保护点不一样。
虽然Vbus电压有纹波，但是Vbus峰值电压反映了输入交流电压的峰值，因此，计时器206持续监测欠压比较器的输出信号，当采样信号持续若干时间(大于10ms)高于参考电压Ref2时，输出信号给控制逻辑202触发欠压保护，保证了在不同负载下，欠压保护点的准确性。
当然，在开关电源电路启动阶段，触发欠压保护不需要所述采样信号持续预设时间内高于第二参考电压，而只需要采样信号高于参考电压Ref2即可。
本发明实施例提供的带输入过欠压保护的开关电源电路，在现有反激式开关电源上，不增加任何外围电路(即无需外围输入电压采样电路)，节约系统成本的前提下，提供安全可靠的输入交流电压的过欠压保护功能。此外，该开关电源电路在功率开关关闭前采集输入电压信息，可以有效避免辅助绕组电压震荡带来的误差和干扰。
实施例二
本发明实施例提供了一种带输入过欠压保护的LED驱动电路，包括：实施例一所述的开关电源电路，并由该开关电源电路驱动。
本发明实施例提供的带输入过欠压保护的开关电源电路，在现有反激式开关电源上，不增加任何外围电路(即无需外围输入电压采样电路)，节约系统成本的前提下，提供安全可靠的输入交流电压的过欠压保护功能。此外，该开关电源电路在功率开关关闭前采集输入电压信息，可以有效避免辅助绕组电压震荡带来的误差和干扰。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带输入过欠压保护的开关电源电路，其特征在于，包括：与输入交流电压相连接的整流桥、连接整流桥输出端的输入电容、变压器、功率开关、采样电阻、启动电阻、控制电路、以及供电电容，所述变压器包含：原边绕组、副边绕组、以及辅助绕组，所述启动电阻连接于所述输入电容和所述供电电容之间，在电路启动时为所述供电电容充电，所述供电电容与供电二极管连接，所述供电电容还与内部电源连接；
所述变压器的辅助绕组一端连接供电二极管的阳极，所述供电二极管的阴极连接所述供电电容，所述变压器的辅助绕组另一端连接一对分压电阻，一对所述分压电阻的中点连接控制电路，
所述控制电路集成在一控制芯片中，其包括：控制逻辑单元、过压比较器、欠压比较器、以及计时器，一对所述分压电阻中点的负电压信号在功率开关关闭前被采样，并作为过压比较器和欠压比较器的输入信号，当该输入信号的电压值低于第一参考电压时，触发过压保护，当该输入信号的电压值高于第二参考电压，并且持续预设时间时，触发欠压保护；
控制逻辑单元与一对所述分压电阻的中点连接，获取一对所述分压电阻的中点电压信号并调节功率开关的导通与关闭从而控制输出电压，
所述控制电路还包括：采样开关，采样开关连接一对所述分压电阻的中点，并且连接到过压比较器的反相输入端和欠压比较器的同相输入端，过压比较器的同相输入端接收所述第一参考电压，欠压比较器的反相输入端接收所述第二参考电压，过压比较器的输出信号连接控制逻辑单元，欠压比较器的输出信号连接一计时器，计时器的输出信号连接控制逻辑单元；采样开关在“输入电压采样点”时刻导通并且采样所述中点电压信号；“输入电压采样点”为在功率开关由导通变为关闭之前，避免辅助绕组电压震荡带来的误差和干扰。
2.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，当开关电源电路启动时，触发欠压保护不需要采样信号持续预设时间内高于第二参考电压。
3.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述功率开关为双极型晶体管或场效应晶体管。
4.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述变压器的原边绕组一端连接所述输入电容的正端，且其另一端连接所述功率开关。
5.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述变压器的副边绕组一端连接输出二极管的一端，所述输出二极管的另一端连接输出电容的一端，所述变压器的副边绕组的另一端连接所述输出电容的另一端。
6.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，一对所述分压电阻的中点电压信号也在所述功率开关关闭后若干时间被采样，从而检测开关电源电路的输出电压。
7.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，还包括：驱动电路，所述驱动电路根据所述控制逻辑单元的输入信号控制功率开关的导通与关闭。
8.一种带输入过欠压保护的LED驱动电路，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的开关电源电路，并由所述开关电源电路驱动。
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