CN109039042A - 过流保护的补偿电路 - Google Patents

Abstract

一种过流保护的补偿电路，包括电压信号采样分压电路、采样信号放大电路和信号调节电路，其中，电压信号采样分压电路为三端口网络，其一端作为补偿电路的输入端，用以接收电压采样信号，一端接地，另一端作为电压信号采样分压电路的输出端，与采样信号放大电路连接；采样信号放大电路为三端口网络，其一端为采样信号放大电路的供电端，一端与电压信号采样分压电路连接，另一端作为采样信号放大电路的输出端，与信号调节电路连接；信号调节电路为两端口网络，其一端与采样信号放大电路连接，另一端作为补偿电路的输出端。本发明相比于现有技术的补偿电路，摆脱目前现有方案中通过电阻调节补偿电流的局限性，可以用较大的电阻进行分压。

Description

过流保护的补偿电路

技术领域

本发明涉及开关电源，特别涉及一种开关电源变换器用的过流保护的补偿电路。

背景技术

反激开关电源作为开关电源中用量最大的拓扑类型，其电路结构简单，成本低，设计难度小，可靠性高，广泛应用于消费电子、白色家电、LED照明、仪器仪表、工业控制、智能家居、移动通讯等各种电子行业的供电系统中。

在不同的应用地区，反激开关电源的输入电压会存在差异，如日本的市电是110V,中国的市电220V。考虑电网电压的波动因素，全球输入电压范围为90V～264V。为了保证电源工作的稳定性，并保证电源输出端用电产品的安全性，电源都需要一致性较高的过流保护功能，从而保证在用电器出现异常工作状态时，电源输出功率不至于过大，从而导致火灾以及用电产品失效的风险。但是反激电源在90V～264V全电压输入范围电压时，受输入电压的变化影响，其过流保护一致性相对会比较差。

如附图1所示，反激电源的过流保护采样来自采样电阻Rcs上的电压，通过采样该电压的值与电源控制芯片IC1内部的限制值Vth_OC_Max进行比较，当该采样电压大于限制值时，则电源控制芯片IC1内部过流保护电路翻转启动，关断电源输出，从而实现了电源过流保护的功能。尽而保证了在过负载条件下电源的可靠性。

如附图2所示，其为在不同输入电压下采样电阻Rcs上的电压波形图，VH是指在高输入电压下实际产生在采样电阻Rcs上的最大峰值电压，VL是指在低输入电压下实际产生在采样电阻Rcs上的最大峰值电压。Vth_OC_Max是电源控制芯片IC1内部设定的采样电阻Rcs的最大峰值阈值电压，Td是电源控制芯片IC1的电流采样脚Is的电压达到Vth_OC_Max时开始直到电源中主功率MOS管被关断为止所产生的延时时间，对于同一个固定的电源系统来说,Td基本是常数。正是因为这个延时的存在，以及采样电阻Rcs上的电压斜率不一样(该斜率k＝Vin/L，Vin是电源输入电压，L是变压器原边电感量)，导致在相同的延迟时间Td内在采样电阻Rcs上产生的电压所达到的电压最大峰值不一样。过流时采样电阻Rcs上的实际电压为：

从上式可以看出，在输入电压越高时，采样电阻Rcs上采样到的最大峰值电压值就越高，从而导致在输入电压较高时，实际输出电流的过流保护点会增大，从而导致高低压输入不同时，电源的过流保护点不一致问题的出现。

因此，对于反激开关电源，为了保证其过流保护点在不同输入电压时的一致，需要加过流保护的补偿电路，目前比较常见的做法是从整流桥后的母线Vbus直接通过电阻引入到电源控制芯片的过流保护监测脚，如附图1所示，从母线上接电阻R1至电源控制芯片IC1的电流采样脚Is，将输入电压信号补偿到电源控制芯片IC1的Is脚，这样Is脚的最终采样信号为电阻Rcs的电压信号与电阻R1补偿信号的叠加，但是由于不管在高输入电压还是低输入电压的条件下，始终都会有电流流过电阻R1补偿到电流采样脚Is。也就是说，在高压和低压输入时，始终都有电流补偿信号补偿到电流采样脚Is，只不过补偿的电流大小存在差异，这种补偿方式相比于原有的电流采样方式，效果有一定的改善，但是效果仍然比较差。

如上所述，目前行业内的反激开关电源，要么不加过流保护补偿电路，直接采样电阻Rcs的电压进行过流保护，要么通过电阻采样母线电压进行过流保护补偿，补偿效果不太明显。从而造成目前行业内的反激电源在高电压输入时，过流保护点相对较差，在低电压输入时，过流保护点相对较小，过流保护点一致性相对比较差，电源可靠性不高的问题。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的技术缺陷，本发明提出一种结构简单的过流保护的补偿电路，可以解决现有过流保护电路随着输入电压变化导致过流保护点不一致的问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用一种共集电极放大电路的补偿方式，从而获得高低压条件下一致性较高的过流保护点。具体通过以下技术方案实施：

一种过流保护的补偿电路，包括电压信号采样分压电路、采样信号放大电路和信号调节电路，电压信号采样分压电路为三端口网络，其一端作为补偿电路的输入端，用以接收电压采样信号，一端接地，另一端作为电压信号采样分压电路的输出端，与采样信号放大电路连接；采样信号放大电路为三端口网络，其一端为采样信号放大电路的供电端，一端与电压信号采样分压电路连接，另一端作为采样信号放大电路的输出端，与信号调节电路连接；信号调节电路为两端口网络，其一端与采样信号放大电路连接，另一端作为补偿电路的输出端；其中，

电压信号采样分压电路，用于将输入的电压采样信号进行分压，转换成与输入电压成正比的低电压信号，供采样信号放大电路使用；

采样信号放大电路，用于将电压信号采样分压电路产生的电压信号转化为电流信号并将该信号进行放大；

信号调节电路，用于调节经采样信号放大电路放大后的电流信号，并通过补偿电路的输出端输出补偿电流信号，用以对电源的采样电阻Rcs上的电流信号进行补偿。

作为补偿电路的第一具体实施方式，电压输入信号采样来自于电源整流后的母线输入电压，电压信号输入端口依次与电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电源地端口、Q1相连。采样信号放大电路依次与信号调节电路R4、电容C1、电阻R2、电阻R3、放大电路供电端口相连。调节电路由电阻R4组成，并将最终的补偿信号送出。

优选的，所述补偿电路采样输入信号来自于电源母线电压Vbus。

优选的，所述三端口网络是NPN型三级管组成的放大电路。

优选的，所述三端口网络为电阻组成的分压电路。

优选的，所述二端口网络是电阻组成的电压调节电路。

优选的，所述放大电路供电端口来自于给电源控制芯片供电的辅助绕组整流后的直流电压VCC。

优选的，所述补偿电路可以集成到集成电路内部。

作为补偿电路的第二具体实施方式，电压输入信号采样来自于电源辅助绕组供电端口的电压VCC，电压信号输入端口依次与电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电源地端口、Q1相连。采样信号放大电路依次与信号调节电路R4、电容C1、电阻R2、电阻R3、放大电路供电端口相连。调节电路由电阻R4组成，并将最终的补偿信号送出。

优选的，所述放大电路供电端口来自于电源辅助供电绕组的电压Vcc。

作为补偿电路的第三具体实施方式，放大电路供电端口来自于电源控制芯片的基准电压Vref。

优选的，所述采样信号来自于电源整流后的母线电压Vbus。

作为补偿电路的第四具体实施方式，放大电路供电端口来自于电源控制芯片的基准电压Vref。

优选的，所述采样信号来自于电源辅助绕组VCC。

本发明还提供一种过流保护的补偿电路，包括电压信号采样分压电路、采样信号放大电路和信号调节电路，电压信号采样分压电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和电容C1，采样信号放大电路包括三极管Q1，信号调节电路包括电阻R4，其具体连接关系是电阻R1的一端引出为补偿电路的输入端，用以接收采样信号，电阻R1的另一端依次串联电阻R2和电阻R3后接地，电阻R2与电阻R3的串联连接点形成分压点；电容C1并联在电阻R3的两端；三极管Q1的基极与分压点连接，三极管Q1的集电极引出为供电端，三极管Q1的发射极与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端引出为补偿电路的输出端，用于与电源采样电阻Rcs送至电源芯片IC1的电流采样脚Is。

优选的，所述补偿电路的输入端，连接电源母线电压Vbus，或是接电源辅助绕组整流后的直流电压VCC。

优选的，所述采样信号放大电路的供电端，接电源辅助绕组整流后的直流电压VCC，或是接电源控制芯片的基准电压Vref。

与现有技术相比，本发明过流保护的补偿电路具有如下的有益效果：

本发明补偿电路，可以实现单电压点补偿，使得110V不补偿，仅在220V进行补偿，从而改善了目前方案中110V和220V都进行补偿的缺陷，实现了反激电源一致性较高的过流保护点。

本发明补偿电路，所用器件简单，电路成本低。

本发明补偿电路，摆脱目前现有方案中通过电阻调节补偿电流的局限性，可以用较大的电阻进行分压，从而使得补偿电路的功耗更低，电源效率更高。

本发明补偿电路，补偿比例调节比较灵活，可以通过调整补偿调节电路的电阻，从而达到调整补偿的目的。

本发明补偿电路，所述功能部件在集成电路内部很容易实现，可以集成在集成电路内部，减少开关电源器件数量。

附图说明

图1为现有带过流保护补偿功能的反激电源的电路原理图；

图2为现有反激电源的过流保护点高低压不一致原因分析图；

图3为本发明实施的过流保护的补偿电路的电路原理框图；

图4为本发明第一实施例的过流保护的补偿电路的原理图；

图5为本发明第二实施例的过流保护的补偿电路的原理图；

图6为本发明第三实施例的过流保护的补偿电路的原理图；

图7为本发明第四实施例的过流保护的补偿电路的原理图。

具体实施方式

为了使本发明更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。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。

第一实施例

图4为本发明第一实施实例的过流保护的补偿电路，包括电压信号采样分压电路、采样信号放大电路和信号调节电路。

电压信号采样分压电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1四个器件组成。电阻R1、电阻R2、电阻R3三个器件为串联，电阻R1一个端口接到输入电压信号的采样输入端，该输入电压信号采样输入端的电压信号来自于电源整流后的母线电容电压Vbus，电阻R1另一端接到电阻R2上；电阻R2一端接到电阻R1上，另一端接到电阻R3及电容C1上；电阻R3一端接电阻R2以及电容C1上，另一端接电路地线；电容C1一端接到电路地线上，同时另一端接电阻R2及电阻R3上。电压信号分压采样电路用于将输入的电压信号进行分压，转换成与输入电压成正比的低电压信号，供采样信号放大电路使用。电阻R1、R2、R3的作用为对采样到的输入电压信号进行等比例的分压，电阻R2与电阻R3的串联连接点形成分压点，从而将正比于输入电压信号的分压信号通过电阻R2、R3的分压点送至采样信号放大电路。本发明过流保护的补偿电路，电压信号采样分压电路可采用两个1M的电阻进行串联使用，补偿电路功耗为P_LOSS＝(V_BUS-Vcc)²/(R₁+R₂)由于V_BUS-V_CC的电压为固定值，而本发明中将电阻取值为现有传统补偿电路的10倍，使补偿损耗降低为传统补偿电路的十分之一，电源效率更高。电容C1的作用为对采样后的输入电压信号进行尖峰滤除，避免瞬间的高压输入造成尖峰电压，导致电路误动作。

采样信号放大电路包括放大电路供电端口VCC和用于信号放大的三极管Q1。三极管Q1的基极与电压信号采样分压电路的电阻R2、R3、电容C1组成的公共节点相连；三极管Q1的集电极与放大电路供电端口VCC相连；三极管Q1的发射级与信号调节电路相连。采样信号放大电路用于将母线电压分压电路产生的电压信号转化为电流信号并将该信号进行放大。通过电压信号采样分压电路输出的反应输入电压高低的电压信号，根据电压的高低的不同，该电压信号流入三级管Q1的基极，转化成反应输入电压高低的电流信号Ib，输入电压越高，则该电流信号越大，输入电压信号越低，则该电流信号越小。该电流信号经过三级管Q1进行放大为Ie，Ie＝(1+β)Ib。最终送至信号调节电路。三极管Q1的集电极接至放大电路供电端口VCC，为放大电路提供稳定的供电。

信号调节电路包括电阻R4。调节电阻R4一端与采样信号放大电路的三极管Q1的发射极相连，另一端为补偿电路的输出端。信号调节电路用于调节经采样信号放大电路放大后的电流信号，并将该电流信号作为补偿电流信号，通过补偿电路的输出端输出，最终对开关电源的采样电阻Rcs上的反映电流大小的电压信号进行补偿。信号调节电路的主要作用为调节采样信号放大电路所输出电流的大小。通过调整信号调节电路的电阻，可达到调整补偿的目的，补偿比例调节比较灵活。

与现有技术相比,本发明过流保护的补偿电路，可以实现单电压点补偿，使得110V不补偿，仅在220V进行补偿，从而改善了目前方案中110V和220V都进行补偿的缺陷，实现了在90V～264V全输入电压范围内反激电源一致性较高的过流保护点。且本发明过流保护的补偿电路，由于有三极管放大电路的存在，通过三极管的放大作用将补偿电流进行放大，从而达到所需的补偿效果，因此电压信号采样分压电路的电阻取值不受补偿电流的限制，可以选取阻值较大的电阻，从而进一步降低补偿电路中电阻产生的损耗，提高电源效率。而现有的补偿电路为了保证补偿效果，需要保证给电阻Rcs有个大约1.5mA的补偿电流值，因此现有方案的补偿电阻取值为母线电压Vbus/I，最终计算出为200K左右，受电阻耐压及功耗影响，现有方案通常会采用两个100K的电阻串联。如果现有补偿电路的补偿电阻取值过大，则补偿电流过小，达不到补偿的效果。

如下通过本发明第一实施例的补偿电路与图1所示传统补偿电路以及无补偿电路时的各样品测试数据，来对比说明其技术效果，如下表1所示：

表1

如上表1中内容，在同一电源系统中，分别对采用不补偿电路、传统补偿电路、本发明第一实施例的补偿电路的实际过流保护点进行对比测试。测试结果显示，在交流110V和220V输入电压的条件下，无补偿电路的过保护点在110V和220V时过流保护点相差0.98A；传统补偿电路在110V和220V时过流保护点相差0.63A；本发明第一实施例在110V和220V时过流保护点仅相差0.14A。因此本发明第一实施例的有益效果比较明显。

第一实施实例的特点是输入电压信号采样来自于整流桥整流后的母线高压直流电压。

第二实施例

图5为本发明第二实施例的过流保护的补偿电路，主电路与第一实施例相同，与第一实施例的不同之处，是输入电压信号采样来自于电源辅助绕组输出的低压信号整流后的直流电VCC。一种过流保护的补偿电路，包括电压信号采样分压电路、采样信号放大电路和信号调节电路。

电压信号采样分压电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1四个器件组成。电阻R1、电阻R2、电阻R3三个器件为串联，电阻R1一个端口接到输入电压信号的采样输入端，该输入电压信号采样的电压信号来自于电源辅助绕组整流后的电压信号VCC，另一端接到电阻R2上；电阻R2一端接到电阻R1上，另一端接到电阻R3及电容C1上；电阻R3一端接电阻R2以及电容C1上，另一端接电路地线；电容C1一端接到电路地线上，同时另一端接电阻R2及电阻R3上。电阻R1、R2、R3的作用为对采样到的输入电压信号进行等比例的分压，电阻R2与电阻R3的串联连接点形成分压点，从而将正比于输入电压大小的电压信号通过R2、R3的分压点送至采样信号放大电路。电容C1的作用为对采样后的输入电压信号进行尖峰滤除，避免瞬间的高压输入造成尖峰电压，导致电路误动作。

采样信号放大电路包括放大电路供电端口VCC和用于信号放大的三极管Q1。三极管Q1的基极分别与电压信号采样分压电路的电阻R2、R3、电容C1的一端相连；三极管Q1的集电极与放大电路供电端口VCC相连；三极管Q1的发射级与信号调节电路相连。通过电压信号采样分压电路输出的反应输入电压高低的电压信号，根据电压的高低的不同，该电压信号流入三级管Q1的基极，转化成反应输入电压高低的电流信号Ib，输入电压越高，则该电流信号越大，输入电压信号越低，则该电流信号越小。该电流信号经过三级管Q1进行放大为Ie，Ie＝(1+β)Ib。最终送至信号调节电路。三极管Q1的集电极接至放大电路供电端口VCC，为放大电路提供稳定的供电。

信号调节电路包括电阻R4。调节电阻R4一端与采样信号放大电路的三极管Q1的发射极相连，另一端为补偿电路的输出端，信号调节电路的主要作用为调节输出电流的大小。

第二实施实例的特点是输入电压信号采样来自于电源辅助绕组输出的低压信号整流后的直流电VCC。其好处在于采样信号来自于电源辅助绕组输出的低压信号整流后的直流电VCC，该信号采样点VCC电压值较低，通常为5-30V之间，它可以反映出输出电流的大小，起到较好的信号采集反馈效果，同时其电压值较第一实施实例的电压低，采样电路所消耗的功率更低，有助于提高电源的效率。

第三实施例

图6为本发明第三实施例的过流保护的补偿电路，主电路与第一实施例相同，与第一实施例的不同点在于第三实施实例的采样信号放大电路的供电来自于电源控制芯片的的基准电压输出端口Vref。本实施例较第一实施例的好处在于采样信号放大电路的供电来自于电源控制芯片的的基准电压输出端口Vref，该端口的电压相对比VCC更加稳定，放大电路工作不受外界导致VCC的波动影响，因此该放大电路的工作也更加稳定。

第四实施例

图7为本发明第四实施例，主电路与第二实施例相同，与第二实施实例的不同点在于第四实施实例的采样信号放大电路的供电来自于电源控制芯片的的基准电压输出端口Vref。本实施例较第二实施例的好处在于采样信号放大电路的供电来自于电源控制芯片的的基准电压输出端口Vref，该端口的电压相对比VCC更加稳定，放大电路工作不受外界导致VCC的波动影响，因此该放大电路的工作也更加稳定。

Claims (7)

1.一种过流保护的补偿电路，其特征在于：包括电压信号采样分压电路、采样信号放大电路和信号调节电路，

电压信号采样分压电路为三端口网络，其一端作为补偿电路的输入端，用以接收电压采样信号，一端接地，另一端作为电压信号采样分压电路的输出端，与采样信号放大电路连接；采样信号放大电路为三端口网络，其一端为采样信号放大电路的供电端，一端与电压信号采样分压电路连接，另一端作为采样信号放大电路的输出端，与信号调节电路连接；信号调节电路为两端口网络，其一端与采样信号放大电路连接，另一端作为补偿电路的输出端；其中，

电压信号采样分压电路，用于将输入的电压采样信号进行分压，转换成与输入电压成正比的低电压信号，供采样信号放大电路使用；

采样信号放大电路，用于将电压信号采样分压电路产生的电压信号转化为电流信号并将该信号进行放大；

信号调节电路，用于调节经采样信号放大电路放大后的电流信号，并通过补偿电路的输出端输出补偿电流信号，用以对电源的采样电阻Rcs上的电流信号进行补偿。

2.根据权利要求1所述的过流保护的补偿电路，其特征在于：所述电压信号采样分压电路主要是由电阻组成的分压电路，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和电容C1；采样信号放大电路是NPN型三级管组成的放大电路，包括三极管Q1；信号调节电路是由电阻组成的电压调节电路，包括电阻R4；其具体连接关系是，电阻R1的一端引出为补偿电路的输入端，用以接收采样信号，电阻R1的另一端依次串联电阻R2和电阻R3后接地，电阻R2与电阻R3的串联连接点形成分压点；电容C1并联在电阻R3的两端；三极管Q1的基极与分压点连接，三极管Q1的集电极引出为供电端，三极管Q1的发射极与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端引出为补偿电路的输出端。

3.根据权利要求1或2所述的过流保护的补偿电路，其特征在于：所述补偿电路的输入端接收的电压采样信号，是来自于电源母线电压Vbus，或是来自于电源辅助绕组整流后的直流电压VCC。

4.根据权利要求1或2所述的过流保护的补偿电路，其特征在于：所述采样信号放大电路的供电端的供电，是来自于电源辅助绕组整流后的直流电压VCC，或是来自于电源控制芯片的基准电压Vref。

5.一种过流保护的补偿电路，其特征在于：包括电压信号采样分压电路、采样信号放大电路和信号调节电路，

电压信号采样分压电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和电容C1，采样信号放大电路包括三极管Q1，信号调节电路包括电阻R4，其具体连接关系是电阻R1的一端引出为补偿电路的输入端，用以接收采样信号，电阻R1的另一端依次串联电阻R2和电阻R3后接地，电阻R2与电阻R3的串联连接点形成分压点；电容C1并联在电阻R3的两端；三极管Q1的基极与分压点连接，三极管Q1的集电极引出为供电端，三极管Q1的发射极与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端引出为补偿电路的输出端。

6.根据权利要求5所述的过流保护的补偿电路，其特征在于：所述补偿电路的输入端，连接电源母线电压Vbus，或是接电源辅助绕组整流后的直流电压VCC。

7.根据权利要求5所述的过流保护的补偿电路，其特征在于：所述采样信号放大电路的供电端，接电源辅助绕组整流后的直流电压VCC，或是接电源控制芯片的基准电压Vref。