CN109088399A - 一种输出过压保护电路及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种输出过压保护电路，整流电路、反激电路、辅助绕组电压检测电路，反激电路包括变压器、副边输出整流电路和辅助绕组供电电路，辅助绕组电压检测电路包括前锋消隐电路和电压比较控制电路；采用前峰消隐电路，配合电压比较控制电路，可以有效消除反激辅助绕组方波的前沿寄生尖峰和振荡，从而实现对辅助绕组平台电压的精确检测，从而间接实现对输出电压的侦测，发现过压后，立即关断转换器PWM输出。本发明电路的拓扑简单，显而易见，容易实现与实用化；能够使用专业集成芯片也能应用原边检测输出电压，实现输出过压保护功能，大大提高了芯片的应用性。

Description

一种输出过压保护电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及AC-DC变换器，特别涉及反激变换器的输出过压保护电路。
背景技术
AC-DC开关电源中，对于输出过压保护，目前行业常用的方式有三种，第一种是控制单元采用副边输出电压检测比较，然后通过光耦等隔离器件将控制信号传输到原边控制器，实现对PWM控制信号的关断，达到关断输出电压的目的；第二种是通过检测原边辅助供电电压，使用供电电压过压保护机制，基于原边辅助供电电压与输出电压成正比这一特性，间接实现对输出过压的保护；第三种是在第二种基础上的改进，直接利用单独的原边控制器集成功能，通过检测原边辅助绕组信号，基于原边绕组信号与输出电压成正比的特性，达到间接侦测输出电压的目的，从而实现输出过压保护。对于采用第一种副边检测输出电压的控制方式，无可避免的需要隔离器件传输控制信号到原边，增加了设计成本。同时，输出过压控制信号通过隔离器件传输到原边处理，这一系列过程，耗费了非常可观的时间，导致输出过压保护不能实时实现。对于采用第二种控制方式，鉴于输出供电是经过整流后的电压，其与输出电压的实时关系并不紧密，且一般控制器的供电保护电压都非常高，故对输出电压的保护并不能满足常规需求。而对于第三种使用原边控制器集成功能这种方式，则大大限制了设计选择上的灵活性，因为很多控制器并不包含这样的集成功能，在这样的情况下，大多只能选择第一种控制方案。
发明内容
有鉴如此，本发明要解决上述输出过压保护控制方式的缺点，提供在不需要原边控制器集成功能的条件下实现原边检测达成输出过压控制的一种电路方案。
本发明的目的是这样实现的：
一种输出过压保护电路，应用于具有多绕组的反激式电路，包括：整流电路、反激电路、辅助绕组电压检测电路；整流电路用于将交流电整流成直流电；反激电路包括变压器、副边输出整流电路和辅助绕组供电电路，变压器包括第一原边绕组、第二原边绕组、第一副边绕组，副边输出整流电路用于副边输出端电压的整流滤波，辅助绕组供电电路用于提供辅助供电电压，
辅助绕组电压检测电路包括前锋消隐电路和电压比较控制电路；其连接关系为：第二原边绕组同名端连接前锋消隐电路输入端，第二原边绕组异名端连接电路参考地，第二原边绕组用于输出原边绕组电压，前锋消隐电路输出端连接电压比较控制电路输入端，前锋消隐电路用于将该原边绕组电压进行消振处理后输出平稳电压，电压比较控制电路用于根据该输出平稳电压响应输出控制信号，并将该控制信号反馈到反激式电路的控制器中，用于控制电路PWM控制信号的关断。
优选地，提供一种副边绕组供电电路的实施方案，所述副边绕组供电电路包括第二电容，第二电容阳极连接在前锋消隐电路输出与电压比较控制电路输入之间，第二电容阴极连接电路参考地。
优选地，提供另一种副边绕组供电电路的实施方案，所述副边绕组供电电路包括第二二极管和第二电容，第二二极管阳极连接第二原边绕组同名端，第二二极管阴极连接第二电容阳极，第二电容阳极连接电压比较控制电路输入端，第二电容阴极连接电路参考地。
优选地，所述前锋消隐电路包括第一二极管、第一电容、第一电阻、第二电阻、第一三极管；第一二极管阳极连接第二原边绕组同名端，为前锋消隐电路输入端，第一二极管阴极连接第一电容一端，第一电容一端通过第二电阻连接第一三极管集电极，此节点为前锋消隐电路输出端，第一电容另一端通过第一电阻连接三极管发射极，三极管发射极连接电路参考地，第一电容与第一电阻连接点连接第一三极管基极。
优选地，作为电压比较控制电路的实施方案之一，所述电压比较控制电路包括第三电阻、第四电阻、第二三极管；第三电阻一端为电压比较控制电路输入端，第三电阻另一端通过第四电阻连接电路参考地，第三电阻和第四电阻连接点连接第二三极管基极，第二三级管发射极连接电路参考地，第二三极管集电极为电压比较控制电路输出端。
优选地，作为电压比较控制电路的实施方案之二，所述电压比较控制电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、可控稳压源；第三电阻一端与第五电阻一端连接，此连接点为电压比较控制电路输入端，第三电阻另一端通过第四电阻连接电路参考地，第三电阻与第四电阻连接点连接可控稳压源参考端，可控稳压源阳极连接电路参考地，可控稳压源阴极连接第五电阻另一端，此连接点为电压比较控制电路输出端。
优选地，作为电压比较控制电路的实施方案之三，所述电压比较控制电路包括第三电阻、第四电阻、运放和基准电压Vref；第三电阻一端为电压比较控制电路输入端，并连接运放供电端，第三电阻另一端通过第四电阻连接电路参考地，第三电阻和第四电阻连接点连接运放第一输入端，运放第二输入端连接基准电压Vref，运放参考地端连接电路参考地，运放输出端为电压比较控制电路输出端。
优选地，本发明还提供一种上述输出保护电路的控制方法，电路正常工作时，反激电路正常工作，副边整流电路正常输出，辅助绕组供电电路正常供电，第二原边绕组同名端输出与输出电压呈比例的周期脉冲方波电压；在一个脉动方波周期内，方波电压经第一二极管输入到第一电容及第一电阻构成的串联电路，利用第一电容和第一电阻充电，在该脉动方波上升边沿触发第一三极管导通，并对该脉动方波上升边沿电压进行消振处理，电压比较控制电路输入端接收到该被消除前边沿的方波电压，经过第三电阻和第四电阻分压后检测方波电压幅值，在电压比较控制电路输出端形成最终控制输出信号，当控制输出信号为过压保护信号，则控制电路中的控制器实现PWM控制信号的关断，停止输出。
本发明的工作原理简述如下：
当多绕组的反激式电路正常工作后，原边绕组正常供电，原边绕组同名端输出与副边输出成正比例方波电压。由于寄生参数影响，此方波电压前端将产生较大尖峰及短时间的振荡。该方波电压经过第二原边绕组输入到前锋消隐电路，通过第一电容、第一电阻充电，导通第一三极管；经过第一电容和第一电阻设置的充电时间后，第一三极管关断，方波后续的平台电压继续输入到电压比较控制电路，经电路处理，输出控制信号，并给到后续控制电路处理是否关断转换器PWM输出。
从上述工作原理可以看出，由于采用了前峰消隐电路，配合电压比较控制电路，可以有效消除反激辅助绕组方波的前沿寄生尖峰和振荡，从而实现对辅助绕组平台电压的精确检测，从而间接实现对输出电压的侦测，发现过压后，立即关断转换器PWM输出。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、可通过调整第一电阻阻值及第一电容容值，调整RC充电时间，从而调整第一三极管导通时间，消除第一三极管导通时间段之内的方波电压的前锋锋值和振荡，为后级电压比较控制电路提供干净稳定的方波电平；
2、由于前峰消隐电路为电压比较控制电路输入干净稳定的电平，则电压比较控制电路可灵活设计，采用多种比较控制方法，无需考虑检测电平不稳定因数；
3、由于前峰消隐电路为电压比较控制电路输入为周期的干净稳定的电平，则保护控制信号可在每个周期内进行处理与输出，保护及时；
4、电路简单，实现原边电压检测：前锋消隐电路控制第一三极管导通时间，从而灵活设置边沿消除时间，提高电路适应性；且由于信号处理是在每个周期内进行，从而可实现实时的电压侦测，提供最高速的过压保护响应时间；
5、由于电路的拓扑简单，显而易见，容易实现与实用化；带来的最大有益效果是，让不用专业集成芯片也能应用原边检测输出电压，实现输出过压保护功能，大大提高了芯片的应用性。
附图说明
图1为本发明输出保护电路原理框图；
图2为本发明电压比较控制器实施方式之一应用于输出过压保护电路的电路原理图；
图3为本发明电压比较控制器实施方式之二应用于输出过压保护电路的电路原理图；
图4为本发明电压比较控制器实施方式之三应用于输出过压保护电路的电路原理图；
图5为本发明输出保护电路中辅助供电电路另一种实施方式的电路原理图。
具体实施方式
图1为本发明电路原理框图，本发明的输出过压保护电路，应用于具有多绕组的反激式电路，包括，整流电路、反激电路、辅助绕组电压检测电路；整流电路用于将交流电整流成直流电；反激电路包括变压器、副边输出整流电路和辅助绕组供电电路，变压器包括第一原边绕组、第二原边绕组、第一副边绕组，副边输出整流电路用于对副边输出端电压进行整流滤波，辅助绕组供电电路用于提供辅助供电电压，辅助绕组电压检测电路包括前锋消隐电路和电压比较控制电路；其连接关系为：第二原边绕组同名端连接前锋消隐电路输入端，第二原边绕组异名端连接电路参考地，第二原边绕组用于为前锋消隐电路输入原边绕组电压，前锋消隐电路输出端连接电压比较控制电路输入端，前锋消隐电路用于将处理消除该原边绕组电压的振荡输出平稳电压，电压比较控制电路输出端用于输出过压保护控制信号，过压保护控制信号入到反激式电路的控制器中，用于电路PWM控制信号的关断。
以下结合附图及实施例，对本发明进行说明。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2为本实施例电压比较控制器实施方式之一应用于输出过压保护电路的电路原理图，遵循上述初始的技术方案，变压器T1包括原边绕组Np1、原边绕组Np2、副边绕组Ns1，前锋消隐电路包括二极管D1、电阻R2、电容C1、电阻R1和三极管Q1，电压比较控制电路包括电阻R3、电阻R4和三极管Q2，辅助供电电路包括储能电容C2，副边整流输出电路包括整流二极管D3和电容C3，电路连接关系为：
二极管D1阳极连接变压器T1原边绕组Np2同名端，组成前峰消隐电路输入，二极管D1阴极连接电容C1一端、并同时与电阻R2串联后连接至三极管Q1集电极，电容C1另一端和电阻R1串联后连接三极管Q1发射极，同时连接电路参考地，电容C1和电阻R1串联端连接三极管Q1基极，第一三极管Q1集电极作为前峰消隐电路的输出端输入到电压比较控制电路，形成电压比较控制电路进行比较处理的信号源，三极管Q1集电极连接电阻R3一端，储能电容C2一端串入三极管Q1集电极与电阻R3之间，储能电容C2另一端连接电路参考地，电阻R3另一端串联电阻R4后连接三极管Q2发射极，并同时连接电路参考地，三极管Q2集电极作为电压比较控制电路输出端。
本实施例中的辅助绕组供电电路由储能电容C2构成，储能电容C2并联在三极管Q3集电极与发射极之间，使得前锋消隐电路输出电压形成辅助供电电压，通过适当选取储能电容C2容值大小，使得在每个反激开关周期内，储能电容C2的充放电使得C2上电压为稳定的电压，不足以造成过大的纹波，可以实现前锋消隐电路输出电压同步电路输出电压信息，但又同时可满足为后级电压比较控制电路稳定供电。
本实施例的工作原理为：电源正常上电后，交流输入电压经整流线路，供应到反激电路，反激电路正常工作，输出整流电路正常输出，在一个开关周期之内，在电路中控制器MOS管TR1关断区间，变压器T1副边绕组Ns1同名端输出输出电压Vo，Ns1同名端实时电压为输出电压Vo加上整流二极管D3导通压降Vf电压，其值记为值为Vs1，同理，变压器T1原边绕组Np2同名端输出与副边绕组Ns1同名端成正比的电压Vp2。由此可知，电压Vp2与输出电压Vs1成正比例。考虑Vf极小，同理可知，Vp2与输出电压Vo成正比例。上述电压Vp2电压经过防反二极管D1，经过电容C1与电阻R1进行充电，充电时间遵循公式：T＝RC，其中，T为充电时间，R为电阻R1阻值，C为电容C1容值，在充电时间内导通三极管Q1。同时，在三极管Q1和储能电容C2作用下，为后级电压比较控制电路供电。三极管Q1集电极输出电压Vp3为前端原边绕组Np2输出电压Vp2去除充电时间段T的电压，将电压Vp3输入到电压比较控制电路，经电路处理后，输出控制信号，如电路出现过压，则电压比较控制电路输出为过压保护控制信号，电路实现实时过压保护，关断电路中PWM信号，停止输出。综合反激电路特点可知，原边绕组Np2同名端输出电压Vp2在前段一定时间内，有很高的尖峰电压和振荡，如果不加入消隐电路，后级的比较电路将会在尖峰及振荡的触发下误动作。
第二实施例
图3为本实施例电压比较控制器实施方式之二应用于输出保护电路的电路原理图，与第一实施例不同的是，本实施例的电压比较控制电路由电阻R3、电阻R4、电阻R5和可控稳压源TL431构成，连接关系为：电阻R3一端和电阻R5一端连接，连接点作为电压比较控制电路输入，接受三极管Q1集电极输出电压Vp3，电阻R3另一端连接电阻R4一端，该连接点连接可控稳压源TL431参考端，电阻R4另一端连接可控稳压源TL431阳极，并同时连接电路参考地，可控稳压源TL431阴极连接电阻R5另一端，此连接点作为电压比较电路的输出端，用于输出过压保护控制信号。
本实施例采用精细元器件可控稳压元TL431，能够实现电压比较控制电路更精确地采样前端消隐电路的输出电压从而进行输出控制，实现更可靠的过压保护。本实施例其他电路功能原理与第一实施例相同，不再累述。
第三实施例
图4为本实施例电压比较控制器实施方式之三应用于输出保护电路的电路原理图，与第一实施例不同的是，本实施例的电压比较控制电路由电阻R3、电阻R4、运放U1、参考电压Vref构成，其连接关系为：电阻R3一端作为电压比较控制电路输入端连接电阻R4一端和运放U1供电端，运放U1接收三极管Q1集电极输出电压Vp3工作，电阻R4另一端连接运放参考地端，并同时连接电路参考地，电阻R3和电阻R4串联端连接运放一输入端，运放U1另一输入端连接参考电压Vref，运放U1输出端作为电压比较控制电路的输出端。
本实施例采用精细元器件运放U1实现电压比较控制电路对前段消隐控制电路输出电压的采集，将检测到的电压信号与运放设置基准电压Vref比较后输出控制信号执行控制，达到更精确的电压采样功能，实现更精确的过压保护。本实施例其他电路功能原理与第一实施例一致，不再累述。
第四实施例
图5为本实施例辅助供电电路实施方式之二应用于输出保护电路的电路原理图，与上述实施例不同的是，辅助供电电路由二极管D2和电容C2构成，其连接关系：二极管D2阳极连接原边绕组Np2同名端，二极管D2阳极连接电容C2阳极，此连接点连接电压比较器输入端，电容C2阴极连接电路参考地；本实施例的辅助供电方式：电源上电电路正常工作后，变压器原边辅助绕组Np2输出电压经过二极管D2与电容C2整流，形成辅助供电源，为后级电压比较控制电路供电。需要说明的是，以上实施例中电压比较控制电路的实施方式同样适用于本实施例的过压输出保护电路，电路其他功能原理与第一实施例一致，在不累述。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，对于本技术领域的普通技术人员来说，在本发明电路的基本拓扑中加入不同采样、控制策略，可以进一步优化本发明在前峰消隐，电压比较控制方面的性能。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，这里不再用实施例赘述，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种输出过压保护电路，应用于具有多绕组的反激式电路，包括：整流电路、反激电路、辅助绕组电压检测电路；整流电路用于将交流电整流成直流电；反激电路包括变压器、副边输出整流电路和辅助绕组供电电路，变压器包括第一原边绕组、第二原边绕组、第一副边绕组，副边输出整流电路用于副边输出端电压的整流滤波，辅助绕组供电电路用于提供辅助供电电压，其特征在于：
辅助绕组电压检测电路包括前锋消隐电路和电压比较控制电路；其连接关系为：第二原边绕组同名端连接前锋消隐电路输入端，第二原边绕组异名端连接电路参考地，第二原边绕组用于输出原边绕组电压，前锋消隐电路输出端连接电压比较控制电路输入端，前锋消隐电路用于将该原边绕组电压进行消振处理后输出平稳电压，电压比较控制电路用于根据该输出平稳电压响应输出控制信号，并将该控制信号反馈到反激式电路的控制器中，用于控制电路PWM控制信号的关断。
2.根据权利要求1所述的输出过压保护电路，其特征在于：所述辅助绕组供电电路包括第二电容，第二电容阳极连接在前锋消隐电路输出端与电压比较控制电路输入端之间，第二电容阴极连接电路参考地。
3.根据权利要求1所述的输出过压保护电路，其特征在于：所述辅助绕组供电电路包括第二二极管和第二电容，第二二极管阳极连接第二原边绕组同名端，第二二极管阴极连接第二电容阳极，第二电容阳极连接电压比较控制电路输入端，第二电容阴极连接电路参考地。
4.根据权利要求1所述的输出过压保护电路，其特征在于：所述前锋消隐电路包括第一二极管、第一电容、第一电阻、第二电阻、第一三极管；第一二极管阳极连接第二原边绕组同名端，为前锋消隐电路输入端，第一二极管阴极连接第一电容一端，第一电容一端通过第二电阻连接第一三极管集电极，此节点为前锋消隐电路输出端，第一电容另一端通过第一电阻连接三极管发射极，三极管发射极连接电路参考地，第一电容与第一电阻连接点连接第一三极管基极。
5.根据权利要求1所述的输出过压保护电路，其特征在于：所述电压比较控制电路包括第三电阻、第四电阻、第二三极管；第三电阻一端为电压比较控制电路输入端，第三电阻另一端通过第四电阻连接电路参考地，第三电阻和第四电阻连接点连接第二三极管基极，第二三级管发射极连接电路参考地，第二三极管集电极为电压比较控制电路输出端。
6.根据权利要求1所述的输出过压保护电路，其特征在于：所述电压比较控制电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、可控稳压源；第三电阻一端与第五电阻一端连接，此连接点为电压比较控制电路输入端，第三电阻另一端通过第四电阻连接电路参考地，第三电阻与第四电阻连接点连接可控稳压源参考端，可控稳压源阳极连接电路参考地，可控稳压源阴极连接第五电阻另一端，此连接点为电压比较控制电路输出端。
7.根据权利要1所述的输出过压保护电路，其特征在于：所述电压比较控制电路包括第三电阻、第四电阻、运放和基准电压Vref；第三电阻一端为电压比较控制电路输入端，并连接运放供电端，第三电阻另一端通过第四电阻连接电路参考地，第三电阻和第四电阻连接点连接运放第一输入端，运放第二输入端连接基准电压Vref，运放参考地端连接电路参考地，运放输出端为电压比较控制电路输出端。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的输出过压保护电路的控制方法，其特征在于：电路正常工作时，反激电路正常工作，副边整流电路正常输出，辅助绕组供电电路正常供电，第二原边绕组同名端输出与副边输出电压呈比例的周期脉冲方波电压；在一个脉动方波周期内，方波电压经第一二极管输入到第一电容及第一电阻构成的串联电路，利用第一电容和第一电阻充电，在该脉动方波电压上升边沿触发第一三极管导通，并对该脉动方波上升边沿电压进行消振处理，电压比较控制电路输入端接收到该被消除前边沿的方波电压，经过第三电阻和第四电阻分压后检测方波电压幅值，在电压比较控制电路输出端形成最终控制输出信号，当控制输出信号为过压保护信号，则控制电路中的控制器实现PWM控制信号的关断，停止副边输出。
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