CN111211674A - 一种短路外特性实现电路及外特性实现方法 - Google Patents

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龚春英
李金玉
邰伟宇
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Abstract

本发明公开了一种短路外特性实现电路及外特性实现方法，应用于开关电源主功率电路中，电流采样电路采集开关电源主功率电路的电流，将电流转换为0‑5v的电压信号V1，并将V1传送至限流外特性信号生成电路，限流外特性信号生成电路对V1与基准电压之间的误差进行差分放大，得到外特性控制信号，并输出外特性控制信号至二极管的负极；二极管的正极与电容的一端、电源控制模块的输入端连接；电容的另外一端接地；电源控制模块根据V1和电容上的电压，产生驱动信号，并将作用于开关电源主功率电路，使得开关电源主功率电路的输出电压与电流之间的关系满足外特性。本发明结构简单、响应速度快，在稳压与过载状态平滑切换，不会出现控制紊乱的状况。

Description

一种短路外特性实现电路及外特性实现方法
技术领域
本发明属于开关电源领域，尤其涉及一种短路外特性实现电路及外特性实现方法。
背景技术
在一些场合中，要求电源在过载情况下仍然够输出功率，但同时需要限定系统的输出功率，避免因为局部过热而损坏。因此，需要实现外特性曲线。这就需要附加一定的保护电路，使得在过载区域内功率的得到限制。同时，该需要具有动态响应快的特点，在突然短路等瞬态情况下也能发挥作用，避免瞬间电流冲击。
现有技术中采用的电路，主要通过峰值电流控制的方式实现限流，该方式仅能对开关管的峰值电流起到限制作用，但是对系统整体限流外特性难以进行具体的控制，限流情况下，输出电压难以实现随着输出电流的增大而线性的减小。
发明内容
发明目的：为解决现有技术对系统整体限流外特性难以进行具体控制的问题，本发明提供一种短路外特性实现电路及外特性实现方法。
技术方案：本发明提供一种短路外特性实现电路及外特性实现方法，用于限定开关电源主功率电路在电源过载的情况下的输出功率，该电路包括：电流采样电路、限流外特性信号生成电路、电源控制模块、二极管、电容；
所述电流采样电路采集开关电源主功率电路的电流，将采集到的电流转换为0-5v的电压信号，并将电压信号传送至限流外特性信号生成电路，所述限流外特性信号生成电路对收到的电压信号与基准电压之间的误差进行差分放大，得到外特性控制信号，限流外特性信号生成电路的输出端输出外特性控制信号至二极管的负极；所述二极管的正极与电容的一端、电源控制模块的输入端连接；电容的另外一端接地；所述电源控制模块根据外特性控制信号和电容上的电压，产生驱动信号，并将该驱动信号作用于开关电源主功率电路，使得开关电源主功率电路的输出电压与电流之间的关系满足外特性。
进一步的，所述限流外特性信号生成电路包括：阻值相等的第一、二电阻、阻值相等的第三、四电阻、运算放大器；所述第一电阻的一端与电流采样电路连接，另外一端连接算放大器的反相输入端；所述第二电阻的一端连接基准电压，另外一端连接第四电阻的一端、运算放大器的同相输入端；第四电阻的另外一端连接地；所述运算放大器的输出端与第三电阻的一端、二极管的负极连接；所述第三电阻的另外一端连接运算放大器的反相输入端。
进一步的，所述电源控制模块采用UC3875芯片，UC3875芯片的SS引脚与二极管的正极的连接。
一种短路外特性实现电路的外特性实现方法，V1大于VSS时，二极管处于关断状态，VSS不受V1的影响，VSS电压作为电源控制模块的输入电压，电源控制模块根据输入电压，控制电源控制模块中电流环的给定不超过VSS；当开关电源主功率电路进入过载限流状态时，V1小于VSS，二极管处于导通状态，VSS被拉低到V1，V1作为电源控制模块的输入电压，从而降低了电源控制模块中电流环的给定，使得开关电源主功率电路的输出电压与电流之间的关系满足外特性。
有益效果：本发明容易实现，附加器件少，参数易于设计，简单的调整阻值与基准值即可实现对限流外特性的调整。同时响应速度快，能够实现可靠的功率限定，在稳压与过载状态平滑切换，不会出现控制紊乱的状况。
附图说明
图1是本发明所实现的外特性曲线；
图2是本发明的电路示意图；
图3是本发明过载外特性的应用实例的示意图。
具体实施方式
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
如图2、3所示，本实施例提供一种短路外特性实现电路及外特性实现方法，用于限定开关电源主功率电路在电源过载的情况下的输出功率，该电路包括：电流采样电路、限流外特性信号生成电路、电源控制模块、二极管D1、电容CSS；
限流外特性信号生成电路，利用运算放大电路，将电流采样信号VIO与基准值电压VIO_REF进行比较并放大，得到外特性控制信号V1；
所述电流采样电路采集开关电源主功率电路的电流，将采集到的电流转换为0-5v的电压信号VIO，并将电压信号VIO传送至限流外特性信号生成电路，所述限流外特性信号生成电路对收到的电压信号VIO与基准电压VIO_REF(0-5v)之间的误差进行差分放大，得到外特性控制信号V1，限流外特性信号生成电路的输出端输出外特性控制信号至二极管的负极；所述二极管的正极与电容的一端、电源控制模块的输入端连接；电容的另外一端接地；所述电源控制模块根据外特性控制信号和电容上的电压，产生驱动信号，并将该驱动信号作用于开关电源主功率电路，从而在过载情况下限定开关电源主功率电路的输出功率。
限流外特性信号生成电路包括运放放大器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4；其中基准值VIO_REF通过第二电R2与运算放大器U1的同相端相连；第四电阻R4一端与运算放大器同相端相连，另一端接地；其中电流采样信号VIO通过第一电阻R1与运算放大器U1的反相端相连；第三电阻R3的两端分别与运算放大器的反相端和输出端相连。为实现VIO_REF和VIO误差信号的差分放大，需要使得电阻R1等于电阻R2,电阻R3等于电阻R4。
计算得到
Figure BDA0002375522310000031
通过调整第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4的阻值与电流基准VIO_REF的值，可以对过载外特性开始作用的时刻以及外特性曲线的下降斜率进行设置。
本实施例中采用UC3875作为电源控制模块，实际情况中，对任意包含软起动功能的电源控制模块，本过载外特性实现电路均适用。
UC3875的SS引脚的工作原理为，在系统启动时，内部电流源I1对电容CSS进行充电，当电容CSS上的电压VSS达到芯片内部供电电压VCC的时候，保持为该电压值不在变化。同时，VSS电压通过三极管来控制电压环运算放大器EA的供电电压，使得运算放大器EA的输出电流环给定不超过VSS。
因此，当V1大于VSS时，二极管处于关断状态，VSS不受V1的影响；当进入过载限流状态时，V1小于VSS时，二极管处于导通状态，VSS被拉低到V1，从而降低电流环的给定，实现如图1所示的过载外特性的要求。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (4)

1.一种短路外特性实现电路，用于限定开关电源主功率电路在电源过载的情况下的输出功率，其特征在于，包括：电流采样电路、限流外特性信号生成电路、电源控制模块、二极管、电容；
所述电流采样电路采集开关电源主功率电路的电流，将采集到的电流转换为0-5v的电压信号V1，并将电压信号传送至限流外特性信号生成电路，所述限流外特性信号生成电路对收到的电压信号与0-5v的基准电压之间的误差进行差分放大，得到外特性控制信号，限流外特性信号生成电路的输出端输出外特性控制信号至二极管的负极；所述二极管的正极与电容的一端、电源控制模块的输入端连接；电容的另外一端接地；所述电源控制模块根据外特性控制信号V1和电容上的电压VSS，产生驱动信号，并将该驱动信号作用于开关电源主功率电路，使得开关电源主功率电路的输出电压与电流之间的关系满足外特性。
2.根据权利要求1所述的一种短路外特性实现电路，其特征在于，所述限流外特性信号生成电路包括：阻值相等的第一、二电阻、阻值相等的第三、四电阻、运算放大器；所述第一电阻的一端与电流采样电路连接，另外一端连接算放大器的反相输入端；所述第二电阻的一端连接基准电压，另外一端连接第四电阻的一端、运算放大器的同相输入端；第四电阻的另外一端连接地；所述运算放大器的输出端与第三电阻的一端、二极管的负极连接；所述第三电阻的另外一端连接运算放大器的反相输入端。
3.根据权利要求1所述的一种短路外特性实现电路，其特征在于，所述电源控制模块采用UC3875芯片，UC3875芯片的SS引脚与二极管的正极的连接。
4.基于权利要求1所述的一种短路外特性实现电路的外特性实现方法，其特征在于，V1大于VSS时，二极管处于关断状态，VSS不受V1的影响，VSS电压作为电源控制模块的输入电压，电源控制模块根据输入电压，控制电源控制模块中电流环的给定不超过VSS；当开关电源主功率电路进入过载限流状态时，V1小于VSS，二极管处于导通状态，VSS被拉低到V1，V1作为电源控制模块的输入电压，从而降低了电源控制模块中电流环的给定，使得开关电源主功率电路的输出电压与电流之间的关系满足外特性。
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