CN111490682A - 反激式电源系统 - Google Patents

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CN111490682A CN202010264488.4A CN202010264488A CN111490682A CN 111490682 A CN111490682 A CN 111490682A CN 202010264488 A CN202010264488 A CN 202010264488A CN 111490682 A CN111490682 A CN 111490682A
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吕华伟
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Abstract

提供了一种反激式电源系统，包括：变压器；控制芯片，包括第一检测电路和第二检测电路，其中变压器的辅助绕组的一端直接接地，另一端经由分压电路接地，第一检测电路和第二检测电路连接到控制芯片的同一个引脚，并且经由该引脚和热敏电阻连接到分压电路中的分压电阻之间的接线端，在变压器的退磁时间内，第一检测电路和第二检测电路交替进行过压保护检测和过温保护检测。

Description

反激式电源系统
分案说明
本申请是申请日为2016年04月08日、申请号为201610218548.2、题为“反激式电源系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及电路领域，更具体地涉及反激式电源系统。
背景技术
一般，反激式电源系统通过变压器来隔离原边输入和副边输出，通过光耦把输出电压的信息反馈到位于原边侧的控制芯片，并且通过控制芯片中分别与控制芯片的不同引脚连接的过压/欠压保护(OVP/UVP)检测电路和过温保护(OTP)检测电路来触发过压/欠压保护和过温保护。
图1是传统的反激式电源系统的电路原理图。在图1中，T1是变压器，M1是诸如金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、或双极性晶体管之类的功率开关，Rs是电流采样电阻；OVP/UVP检测电路与脉冲宽度调制(PWM)控制器(即，控制芯片)的dem引脚连接，OTP检测电路与PWM控制器的otp引脚连接；误差放大与误差隔离电路基于输出电压Vo生成反馈到PWM控制器的FB引脚处的反馈电压VFB；反馈电压VFB控制PWM控制器的CS引脚处的电流采样电压VCS的峰值，从而控制输出电压Vo。
如图1所示，OTP检测电路经由热敏电阻RL(例如，负温度系数热敏NTC电阻)接地；PWM控制器的otp引脚流出固定电流IOTP；当温度正常时，热敏电阻RL的阻值较高，PWM控制器的otp引脚上的电压值高于PWM控制器内部设定的第一阈值电压OTP_ref，OTP检测电路不触发过温保护；当温度升高时，热敏电阻RL的阻值下降，PWM控制器的otp引脚上的电压值低于第一阈值电压OTP_ref，OTP检测电路触发过温保护。
如图1所示，OVP/UVP检测电路通过变压器T1的辅助绕组检测输出电压的信息；当功率开关M1开通时，能量被储存在变压器T1中；当功率开关M1关断时，变压器T1中储存的能量被释放到输出端；在变压器T1的退磁时间Toff内(即，变压器T1中储存的能量被释放到输出端的过程中)，辅助绕组电压Vaux与输出电压Vo的关系如等式(1)所示，PWM控制器的dem引脚处的电压VDEM与辅助绕组电压Vaux和输出电压Vo的关系如等式(2)所示；当PWM控制器的dem引脚处的电压VDEM大于PWM控制器内部设定的第二阈值电压OVP_ref时，OVP/UVP检测电路触发过压保护；当PWM控制器的dem引脚处的电压VDEM小于PWM控制器内部设定的第三阈值电压UVP_ref时，OVP/UVP检测电路触发欠压保护：
Vaux＝n·(Vo+VF) (1)
Figure BDA0002440734750000021
其中，n是变压器T1的辅助绕组的匝数Naux和副边绕组的匝数Nsec之比Naux/Nsec，即n＝Naux/Nsec；VF是输出二极管D1的压降；k＝R2/(R1+R2)为反馈系数。
图2示出了应用于图1所示的反激式电源系统中的OVP检测电路和OTP检测电路的电路原理图。图3示出了应用于图1所示的反激式电源系统中的OVP检测电路、UVP检测电路、和OTP检测电路的电路原理图。在图2和图3所示的电路中，OVP/UVP检测电路和OTP检测电路完全分离，需要分别与PWM控制器的两个引脚链接，外围电路复杂。
发明内容
本发明提供了一种新颖的反激式电源系统。
根据本发明一个实施例的反激式电源系统，包括：变压器；控制芯片，包括第一检测电路和第二检测电路，其中变压器的辅助绕组的一端直接接地，另一端经由分压电路接地，第一检测电路和第二检测电路连接到控制芯片的同一个引脚，并且经由该引脚和热敏电阻连接到分压电路中的分压电阻之间的接线端，在变压器的退磁时间内，第一检测电路和第二检测电路交替进行过压保护检测和过温保护检测。
根据本发明另一实施例的反激式电源系统，包括：变压器；控制芯片，包括第一检测电路和第二检测电路，其中变压器的辅助绕组的一端直接接地，另一端经由分压电路接地，第一检测电路和第二检测电路连接到控制芯片的同一个引脚，并且经由该引脚和热敏电阻连接到分压电路中的分压电阻之间的接线端，在变压器的退磁时间内，第一检测电路和第二检测电路交替进行欠压保护检测和过温保护检测。
在根据本发明的反激式电源系统中，可以通过控制芯片的与第一检测电路和第二检测电路相连接的同一引脚，同时实现过压/欠压保护检测和过温保护检测，因而节省了控制芯片的引脚资源。
附图说明
通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1是传统的反激式电源系统的电路原理图。
图2示出了应用于图1所示的反激式电源系统中的OVP检测电路和OTP检测电路的电路原理图。
图3示出了应用于图1所示的反激式电源系统中的OVP检测电路、UVP检测电路、和OTP检测电路的电路原理图。
图4示出了应用于图1所示的反激式电源系统的根据本发明实施例的第一检测电路、以及第二检测电路的电路原理图。
图5示出了控制图4中所示的开关T1、T2、T3的关断与闭合的控制信号、以及功率开关M1的栅极电压Vgs的波形图。
图6示出了图4中所示的第二检测电路的具体电路图。
图7示出了应用图4中所示的第一检测电路、以及第二检测电路的反激式电源系统中的变压器T1的辅助绕组电压Vaux和功率开关M1的栅极电压Vgs的波形图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
鉴于以上所述的一个或多个问题，本发明提供了一种新颖的反激式电源系统，该反激式电源系统除了下面提到的部分与图1中所示的反激式电源系统有所不同以外，其他部分与图1中所示的反激式电源系统相同。为了简明和便于理解，下面仅就根据本发明实施例的反激式电源系统不同于图1中所示的反激式电源系统的部分进行说明。
图4示出了应用于图1所示的反激式电源系统的根据本发明实施例的第一检测电路(即，OVP/UVP检测电路)、以及第二检测电路(即，OTP检测电路)的电路原理图。结合图1和图4可以看出，在根据本发明实施例的反激式电源系统中，变压器T1的辅助绕组的一端直接接地，另一端经由分压电阻R1和分压电阻R2组成的分压电路接地；控制芯片(即，PWM控制器)包括第一检测电路和第二检测电路；第一检测电路和第二检测电路连接到控制芯片的同一个引脚(即，PRT引脚)，并且经由该引脚和热敏电阻RL连接到分压电阻R1和分压电阻R2之间的接线端；通过控制开关T1至T3的关断与闭合，第一检测电路和第二检测电路在变压器的退磁时间内，交替进行过压/欠压保护检测和过温保护检测。
本领域技术人员应该明白的是，第一检测电路可以单独进行过压保护检测、单独进行欠压保护检测、或者同时进行过压保护检测和欠压保护检测，而不会影响第二检测电路进行过温保护检测。
图5示出了控制图4中所示的开关T1、T2、T3的关断与闭合的控制信号、以及功率开关M1的栅极电压Vgs的波形图。在根据本发明实施例的反激式开关系统中，开关T1的关断与闭合由控制信号Sovp/uvp控制，开关T2的关断与闭合由控制信号Sotp控制，开关T3的关断与闭合由控制信号OTP_switch控制。具体地，当控制信号Sovp/uvp处于高电平时开关T1闭合，当控制信号Sovp/uvp处于低电平时开关T1关断；当控制信号Sotp处于高电平时开关T2闭合，当控制信号Sotp处于低电平时开关T2关断；当控制信号OTP_switch处于高电平时开关T3闭合，当控制信号OTP_switch处于低电平时开关T3关断。
如图5所示，在功率开关M1的第n个退磁时间内(变压器在功率开关M1的栅极电压Vgs处于低电平的时间内退磁)，控制信号Sovp/uvp从高电平变为低电平，控制信号Sotp和OTP_switch一直处于低电平，开关T1从闭合状态变为关断状态，开关T2和T3一直处于关断状态，第一检测电路在开关T1从闭合状态变为关断状态时对控制芯片的PRT引脚处的电压进行采样得到采样电压Vsample_1。也就是说，在功率开关M1的第n个退磁时间内，第一检测电路通过对控制芯片的PRT引脚处的电压进行采样来进行过压和/或欠压保护检测，第二检测电路不进行过温保护检测。
如图5所示，在功率开关M1的第(n-1)个退磁时间内，控制信号Sotp从高电平变为低电平，控制信号Sovp/uvp和OTP_switch一直处于低电平，开关T2从闭合状态变为关断状态，开关T1和T3一直处于关断状态，第二检测电路在开关T2从闭合状态变为关断状态时对控制芯片的PRT引脚处的电压进行采样得到采样电压Vsample_1。也就是说，在功率开关M1的第(n-1)个退磁时间内，第二检测电路通过对控制芯片的PRT引脚处的电压进行采样来进行第一次过温保护检测，第一检测电路不进行过压和/或欠压保护检测。
如图5所示，在功率开关M1的第(n+1)个退磁时间内，控制信号Sotp从高电平变为低电平，控制信号OPT_switch晚于控制信号Sotp从高电平变为低电平，控制信号Sovp/uvp一直处于低电平，开关T1一直处于关断状态，开关T2从闭合状态变为关断状态，开关T3晚于开关T2从闭合状态变为关断状态，第二检测电路在开关T2从闭合状态变为关断状态并且开关T3仍处在闭合状态时对控制芯片的PRT引脚处的电压进行采样得到采样电压Vsample_2。也就是说，在功率开关M1的第(n+1)个退磁时间内，第二检测电路通过对控制芯片的PRT引脚处的电压进行采样来进行第二次过温保护检测，第一检测电路不进行过压和/或欠压保护检测。
在第一检测电路进行过压和/或欠压保护检测时或者在第二检测电路进行第一次过温保护检测时，开关T3均处于关断状态，IOTP不从控制芯片的PRT引脚流出。所以，在这两种情况中由第一检测电路采样得到的采样电压和由第二检测电路采样得到的采样电压相等，即均为采样电压Vsample_1，并且该采样电压等于分压电阻R1和分压电阻R2之间的接线端的电压V1。
如上所述，变压器T1的辅助绕组电压Vaux可以由等式(1)得出：
Vaux＝n·(VO+VF) (1)
其中，n是变压器T1的辅助绕组的匝数Naux和副边绕组的匝数Nsec之比Naux/Nsec，即n＝Naux/Nsec；VF是输出二极管D1的压降。
采样电压Vsample_1可以由以下等式(3)得出：
Figure BDA0002440734750000061
如果Vsample_1<UVP_ref，则第一检测电路输出高电平的UVP_signal报警欠压，从而触发欠压保护。如果Vsample_1>OVP_ref，则第一检测电路输出高电平的OVP_signal报警过压，从而触发过压保护。
在第二检测电路进行第二次过温保护检测时，开关T3处于闭合状态，IOTP从控制芯片的PRT引脚流出。在这种情况中由第二检测电路采样得到的采样电压Vsample_2可以由以下等式(4)和(5)得出：
Figure BDA0002440734750000062
Figure BDA0002440734750000063
其中，V1是开关T3处于闭合状态时分压电阻R1和分压电阻R2之间的接线端的电压。
在根据本发明实施例的反激式电源系统中，第二检测电路可以利用以下等式(6)得到两个采样电压Vsample_1和Vsample_2之间的电压差值△Vsample，并且在电压差值△Vsample小于控制芯片内部设定的OTP_ref时触发过温保护。
Figure BDA0002440734750000071
具体地，在温度正常时，热敏电阻RL的阻值较高，Vsample_2为较高电压；当△Vsample>OTP_ref时，第二检测电路输出低电平的OTP_signal，不触发过温保护；当温度升高时，热敏电阻RL的阻值下降，Vsample_2下降，当△Vsample<OTP_ref时，第二检测电路输出高电平的OTP_signal，触发过温保护。
在一些实施例中，第二检测电路可以被实现为图6所示的电路，采样电压Vsample_1和Vsample_2之间的电压差值△Vsample可以通过控制开关T4和开关T5的开通与关断得到。
如图6所示，在功率开关M1的第(n-1)个退磁时间内，开关T2和开关T5闭合，开关T4关断，没有电流(即，零电流)从控制芯片的PRT引脚流出，电容C1对控制芯片的PRT引脚上的电压进行采样得到采样电压Vsample_1，将电容C1上的采样电压提高固定阈值电压VOTP后输入到OTP检测比较器的同向输入端，即将电压Vsample_1+VOTP输入到OTP检测比较器的同相输入端。在功率开关M1的第(n+1)个退磁时间内，开关T2和开关T4闭合，开关T5关断，电流IOTP从控制芯片的PRT引脚流出，电容C2对控制芯片的PRT引脚上的电压进行采样得到采样电压Vsample_2，将电容C2上的采样电压输入到OTP检测比较器的反向输入端。
常温时，Vsample_2大于Vsample_1+VOTP，即第二检测电路输出低电平的OTP_signal，不触发过温保护。高温时，Vsample_2小于Vsample_1+VOPT，即第二检测电路输出高电平的OTP_signal，触发过温保护。也就是说，常温时，△Vsample＝Vsample_2-Vsample_1＞VOTP，第二检测电路不触发过温保护；高温时，△Vsample＝Vsample_2-Vsample_1＜VOTP，第二检测电路触发过温保护。这里，VOTP即为控制芯片内部设定的OTP_ref。
图7示出了应用图4中所示的第一检测电路、以及第二检测电路的反激式电源系统中的变压器T1的辅助绕组电压Vaux和功率开关M1的栅极电压Vgs的波形图。如图7所示，在根据本发明实施例的反激式电源系统中，OVP/UVP检测和OTP检测在功率开关M1关断期间交替进行；在功率开关M1关断后，变压器T1的辅助绕组电压Vaux会有一段短暂时间的振荡；通过控制采样延迟时间t，可以避开这段振荡时间，并等待辅助绕组电压Vaux趋于稳定时再进行用于OVP/UVP检测和OTP检测的电压采样；这样可以使OVP保护不会受功率开关M1的关断振铃的影响而误触发，即可以使OVP保护更加准确。
在一些实施例中，由于常温时热敏电阻RL的阻值很大，会影响功率开关M1的退磁波形从而影响输出电压Vo的精度，所以辅助绕组电压Vaux在由分压电阻R1和分压电阻R2分压后，可以经由热敏电阻RL和电阻R3组成的并联电路输入到控制芯片的PRT引脚。将热敏电阻RL与电阻R3并联，可以大大降低常温下热敏电阻RL的阻值偏大对于过压保护和/或欠压保护的保护精度的影响，同时也不会影响过温保护功能。
本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。

Claims (15)

1.一种反激式电源系统，包括：
变压器；
控制芯片，包括第一检测电路和第二检测电路，其中，所述第一检测电路用于过压保护检测，所述第二检测电路用于过温保护检测，并且其中
所述变压器的辅助绕组的一端直接接地，另一端仅经由分压电路接地，其中，所述分压电路包括分压电阻，
所述第一检测电路和所述第二检测电路连接到所述控制芯片的同一个引脚，并且经由所述引脚和热敏电阻连接到所述分压电路中的所述分压电阻之间的接线端，所述接线端与所述分压电阻直接相连，
在所述变压器的退磁时间内，所述第一检测电路和所述第二检测电路交替进行过压保护检测和过温保护检测。
2.如权利要求1所述的反激式电源系统，还包括：
与所述热敏电阻并行连接在所述引脚和所述接线端之间的电阻。
3.如权利要求1所述的反激式电源系统，其中，所述第一检测电路在所述变压器的第n个退磁时间内进行过压保护检测，所述第二检测电路在所述变压器的第(n+1)和(n-1)个退磁时间内进行过温保护检测，n是大于0的整数。
4.如权利要求3所述的反激式电源系统，其中，所述第二检测电路在所述变压器的第(n+1)和(n-1)个退磁时间内，基于所述引脚流出的不同电流，即在一个退磁时间内从所述引脚流出的零电流、和在另一个退磁时间内从所述引脚流出的电流IOTP，来进行过温保护检测。
5.如权利要求3所述的反激式电源系统，其中，所述第二检测电路获取在所述第(n+1)个退磁时间内检测出的所述引脚处的电压与在所述第(n-1)个退磁时间内检测出的所述引脚处的电压之间的差值，并在所述差值小于所述控制芯片内部设定的第一阈值电压的情况下触发过温保护。
6.如权利要求5所述的反激式电源系统，其中，所述第二检测电路包括电压比较器、第一电容器、以及第二电容器，所述电压比较器的同相输入端与所述第一电容器的一端连接，所述电压比较器的反相输入端与所述第二电容器的一端连接，所述第一电容器的另一端和所述第二电容器的另一端接地，所述第一电容器用于对在所述第(n-1)个退磁时间内检测出的所述引脚处的电压进行采样，并且所述第二电容器用于对在所述第(n+1)个退磁时间内检测出的所述引脚处的电压进行采样。
7.如权利要求3所述的反激式电源系统，其中，所述第一检测电路在检测出所述引脚处的电压高于所述控制芯片内部设定的第二阈值电压时触发过压保护。
8.如权利要求3或7所述的反激式电源系统，其中，所述第一检测电路在检测出所述引脚处的电压低于所述控制芯片内部设定的第三阈值电压时触发欠压保护。
9.一种反激式电源系统，包括：
变压器；
控制芯片，包括第一检测电路和第二检测电路，其中，所述第一检测电路用于欠压保护检测，所述第二检测电路用于过温保护检测，并且其中
所述变压器的辅助绕组的一端直接接地，另一端仅经由分压电路接地，其中，所述分压电路包括分压电阻，
所述第一检测电路和所述第二检测电路连接到所述控制芯片的同一个引脚，并且经由所述引脚和热敏电阻连接到所述分压电路中的所述分压电阻之间的接线端，所述接线端与所述分压电阻直接相连，
在所述变压器的退磁时间内，所述第一检测电路和所述第二检测电路交替进行欠压保护检测和过温保护检测。
10.如权利要求9所述的反激式电源系统，还包括：
与所述热敏电阻并行连接在所述引脚和所述接线端之间的电阻。
11.如权利要求9所述的反激式电源系统，其中，所述第一检测电路在所述变压器的第n个退磁时间内进行欠压保护检测，所述第二检测电路在所述变压器的第(n+1)和(n-1)个退磁时间内进行过温保护检测，n是大于0的整数。
12.如权利要求11所述的反激式电源系统，其中，所述第二检测电路在所述变压器的第(n+1)和(n-1)个退磁时间内，基于所述引脚流出的不同电流，即在一个退磁时间内从所述引脚流出的零电流、和在另一个退磁时间内从所述引脚流出的电流IOTP，来进行过温保护检测。
13.如权利要求11所述的反激式电源系统，其中，所述第二检测电路获取在所述第(n+1)个退磁时间内检测出的所述引脚处的电压与在所述第(n-1)个退磁时间内检测出的所述引脚处的电压之间的差值，并在所述差值小于所述控制芯片内部设定的第一阈值电压的情况下触发过温保护。
14.如权利要求13所述的反激式电源系统，其中，所述第二检测电路包括电压比较器、第一电容器、以及第二电容器，所述电压比较器的同相输入端与所述第一电容器的一端连接，所述电压比较器的反相输入端与所述第二电容器的一端连接，所述第一电容器的另一端和所述第二电容器的另一端接地，所述第一电容器用于对在所述第(n-1)个退磁时间内检测出的所述引脚处的电压进行采样，并且所述第二电容器用于对在所述第(n+1)个退磁时间内检测出的所述引脚处的电压进行采样。
15.如权利要求11所述的反激式电源系统，其中，所述第一检测电路在检测出所述引脚处的电压低于所述控制芯片内部设定的第三阈值电压时触发欠压保护。
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