CN1178373C - 开关型电源的保护电路 - Google Patents

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Abstract

一种开关型电源及其保护电路。该电源包含开关晶体管和具有初级绕组和经过充电电容和整流元件用于为所述开关晶体管提供电源电压的辅助绕组的变压器,该保护电路包含:一具有开关元件的箝位电路,用于在故障的情况下降低所述电源电压,所述箝位电路连接到一充电电容,以及保持电路,连接到所述辅助绕组并且包含连接到所述箝位电路的电容,用于在故障状态下为所述箝位电路提供附加保持电流。

Description

开关型电源的保护电路
技术领域
本发明涉及一种开关型电源的保护电路,该电源包含一开关晶体管与一具有初级绕组和用于提供驱动开关晶体管的电源电压的辅助绕组的变压器。
背景技术
这种开关型电源例如从EP-A-0 936 726是已知的,该专利本身公开了一些按照逆向模式(flyback mode)工作的振荡开关型电源。具体地说,EP-A-0 936726中的图2中表示了利用MOSFET作为开关晶体管以及栅极(gate)驱动器电路的开关型电源,该栅极驱动器电路包含一充电电容,该充电电容经过一个二极管连接到一用于向栅极驱动器电路提供电源电压的辅助绕组。该电路还包含一阈值电路,在开关型电源接通之后该阈值电路使栅极驱动器电路关断,直到驱动器电路的电源电压相对于辅助绕组超过一的特定的阈值电压。该电路还包含一光电耦合器用于从栅极驱动器电源的次级侧提供一调节电压,用于稳定输出电压。
在图1中表示包含保护电路上述的开关型电源。该开关型电源包含开关晶体管T20,其电流输入端连接到变压器的初级绕组W1(未示出),其电流输出端经过电阻R20接地。初级绕组W1按通常的方式连接到整流元件BR,整流元件BR根据电网电压UM提供整流电压。
变压器还包含一用于提供电源电压Vcc的辅助绕组W2。电源电压Vcc是一经二极管D25和D26整流并经电容C25和C24滤波及经齐纳二极管稳压的电压,二极管D25和D26连接到辅助绕组W2的连接端3。该电源还包含一由连接到电容C25和C24、整流元件BR的电阻R5、R6、R7组成的起动电路以及栅极驱动器电路GD。
栅极驱动器电路GD控制一连接到电源电压Vcc的晶体管T25,用于经过电阻R21、R27向开关晶体管T20的栅极提供导通电压用于导通(switchingthrough)这一晶体管。经过栅极驱动器电路GD使电源输出电压稳定,这种类型的控制电路例如在EP-A-0936726中作了解释。
晶体管T25的基极连同栅极驱动器电路GD连接到一具有齐纳二极管D23和电阻R24、R26的阈值电路,用于在电源接通之后使晶体管T25关断,直到电源电压Vcc已经达到一用于起动电源的足够高的电压值止。该电源还包含小容量的电容C23和C26,以便抑制相应二极管的电压冲击。
图1中的齐纳二极管D27还对电源提供过电压保护。在故障状态下,当辅助绕组W2的输出电压突然上升时,电容C24和C26上的电压Vcc也相应地上升,但由齐纳二极管D27箝位,在这一实施例中箝位到20伏。因此流经齐纳二极管D27的电流会增加,当电流达到一定值时,最终损坏二极管。一旦齐纳二极管D27被损坏,就会形成短路,由于电源电压Vcc下降使开关型电源立即关断。
图1中的开关型电源还提供低电压保护,以保证始终具有足够的栅极驱动能力用于即使在故障状态下也能导通开关晶体管T20。由于安全的原因,这一要求是必要的。解决这一问题在于,并联配置的两个二极管D25和26以及两个电容C24和C26,使得即使当其中一个二极管或其中一个电容开路时始终提供电压Vcc。
如上所述的过电压保护仅工作在具有较高输出功率的开关型电源(例如70瓦)中,但是,非工作在限于约30瓦的开关型电源,因为当过电压故障状态下流过齐纳二极管D27的电流太低时以致不能击穿齐纳二极管。在这种情况下,电源的输出电压将继续升高,这将损坏装置中的有关组件,例如电容和集成电路。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种在低(功率)开关型电源中也能可靠地工作的保护电路,以及还提供一种相应的低(功率)开关型电源。
根据本发明的一个方面,提供一种用于开关型电源的保护电路,该电源包含开关晶体管和具有初级绕组和经过充电电容和整流元件用于为所述开关晶体管提供电源电压的辅助绕组的变压器,该保护电路包含:一具有开关元件的箝位电路,用于在故障的情况下降低所述电源电压,所述箝位电路连接到一充电电容,以及保持电路,连接到所述辅助绕组并且包含连接到所述箝位电路的电容,用于在故障状态下为所述箝位电路提供附加保持电流。
根据本发明的另一个方面,提供一种开关型电源,包含具有初级绕组和辅助绕组的变压器和连接到所述初级绕组的开关晶体管,包含上述开关型电源的保护电路。
本发明的保护电路包含:一具有开关元件的箝位电路,用于倘若发生故障特别是在过电压的情况下,降低所述电源电压;以及一保持电路,用于为所述箝位电路提供保持电流。倘若发生故障,利用该保持电流,使关断时间延长,因此当电源电压降低时,避免会立即起动电源,起动电源会导致“往复转换”阶段(hiccup stage)。
该箝位电路最好包含一阈值电路,其当电源电压达到一电压上限时为开关元件提供开关电压。该开关元件连接到一向开关晶体管提供电源电压的充电电容,以及通过降低这一电源电压,禁止开关晶体管的开关转换。
该保持电路具体包含一经过电阻连接到该箝位电路,特别是连接到一阈值电路的电容,用于在故障状态下还提供一附加电流。在一特定实施例中,该保持电路中的电容经过整流元件连接到变压器的辅助绕组,但是也可以连接到电源的另一个输入电压端。
可以将保护电路特别用于开关型电源,该开关型电源包含:具有初级绕组和辅助绕组的变压器;以及一开关晶体管,其连接到所述初级绕组并且按照逆向模式(flyback mode)工作。该保护电路不仅工作在低功率用途的电源而且工作在高输出功率的电源。对于较小的开关型电源,最好利用MOSFET作为开关晶体管,以及因此倘若在过电压的状态下,箝位电路直接禁止MOSFET的栅极驱动。例如输出功率为30瓦的低功率电源可以用作例如用户电子产品设备中的第二电源。
附图说明
下面参照示意电路图利用一优选实施例更详细地解释本发明,其中
图1是具有一用于提供开关型电源的过电压保护的齐纳二极管的电路;
图2是根据本发明的具有箝位电路和保持电路的保护电路。
具体实施方式
在图2中表示开关型电源的初级侧,利用MOSFET作为开关晶体管T20,其电流输入端连接到变压器的初级绕组W1(未示出),电流输出端经过电阻20接地。相应地可以使用其它类型的开关晶体管。DC电压按公知的方式连接到初级绕组W1的另一端,在这一实施例中该DC电压是从电网电压UM经过整流元件BR提供的。起动电路电阻R5、R6、R7连接到整流元件BR。
由晶体管T25控制开关晶体管T20的控制输入端,该控制输入端连接到电源电压Vcc。电源电压Vcc是由变压器的辅助绕组W2经过整流元件D25提供的,并利用电容C25滤波。仅示意表示的栅极驱动器电路GD提供用于晶体管T25的开关脉冲,以便调节电源的输出电压。当晶体管T25导通时,电源电压Vcc经过电阻21和27耦合到开关晶体管T20的栅极,以及当晶体管T25关闭(close)时,开关晶体管T20也通过栅极驱动器电路GD关闭(close)。
图2中所示的开关型电源的基本组件与根据图1中所介绍的电路相似,它们的工作原理详细地介绍在EP-A-0 936 726中。图2中所示电路中与图1中相同的电路组件使用相同的标号标注。
箝位电路CL连接到充电电容C25用以提供过电压保护。本这一实施例中该箝位电路包含一作为开关元件T21的可控硅,当其导通时电源电压Vcc接地,禁止开关晶体管T20的栅极驱动。经过一具有齐纳二极管D24和电阻R38的阈值电路控制开关元件T21的控制极,当电源电压Vcc超过一阈值(在这一实例中为20伏)时,该阈值电路提供开关电压Ue。当齐纳二极管D24开始导通时,开关电压Ue突然上升并触发开关元件21。开关元件21的控制极经过并联的电阻R39和电容C28接地,用以当齐纳二极管D24停止导通时禁止控制电压Ue。
当电源电压Vcc下降低于阈值电路(D24和R38)的阈值电压时,则控制电压Ue也下降,关闭开关元件T21。然后,电源将再次起动,当仍出现过电压状态时,当超过阈值时电源将再次关断。在这种情况下,电源电压会处于“往复转换”阶段,这种“往复转换”阶段为电源的附加激励(stress)并会形成使用人可能听到的开关声音。
为了抑制这种“往复转换”阶段,该电源包含保持电路HO。这一保持电路为箝位电路CL提供附加电流,以使开关元件T21导通持续较长的一段时间。保持电路HO包含一在正常运行过程中存储电荷的电容C37,电容C37经过电阻37连接到箝位电路CL。在这一实施例中电容C37连接到变压器的辅助绕组W2,不过也可以连接到电源中的另一部分例如起动电路。利用附加保持电流,使“往复转换”阶段的烦人开关声音改进形成更平稳的音调。
因为阈值电路(D24和R38)和开关元件T21,箝位电路CL对于电源电压Vcc的过电压状态是十分敏感的。因此为高输出功率的开关型电源以及低输出功率的开关型电源提供过电压保护。此外,箝位电路CL与保持电路HO一起还提供了低电压保护,如由图2中可以看出的。在二极管D25开路的情况下,电源具有经过D37和R37的附加电流通道以便向电容C25充电。在电容C25开路的情况下,可利用电容C37提供开关晶体管T20所需的栅极驱动电压。因此,利用几个附加组件形成一提供了过电压保护以及低电压保护的可靠电路。所解释的过电压保护电路并不局限于与参照图2中所介绍的电源结合使用。还可以例如用于其它电源使用,例如DC-DC变换器。

Claims (8)

1.一种用于开关型电源的保护电路,该电源包含开关晶体管(T20)和具有初级绕组(W1)和经过充电电容(C25)和整流元件(D25)用于为所述开关晶体管(T20)提供电源电压(Vcc)的辅助绕组(W2)的变压器,其特征在于,
该保护电路包含:一具有开关元件(T21)的箝位电路(CL),用于在故障的情况下降低所述电源电压(Vcc),所述箝位电路(CL)连接到一充电电容(C25),以及
保持电路(HO),连接到所述辅助绕组(W2)并且包含连接到所述箝位电路(CL)的电容(C37),用于在故障状态下为所述箝位电路(CL)提供附加保持电流。
2.根据权利要求1所述的保护电路,其特征在于,箝位电路(CL)包含一阈值电路(D24,R38),用于在过电压的情况下,禁止通过所述电源电压(Vcc)使所述开关晶体管(T20)循环开关转换。
3.根据权利要求1所述的保护电路,其特征在于,所述保持电路(HO)一端连接到所述箝位电路(CL)和所述充电电容(C25),另一端连接到所述辅助绕组(W2)。
4.根据权利要求3所述的保护电路,其特征在于,所述保持电路(HO)经过电阻(R37)连接到所述箝位电路(CL)。
5.根据权利要求2所述的保护电路,其特征在于,所述阈值电路(D24,R38)包含一齐纳二极管(D24),其连接到所述开关元件(T21),用于在过电压的状态下提供开关电压(Uc)。
6.一种开关型电源,包含具有初级绕组(W1)和辅助绕组(W2)的变压器和连接到所述初级绕组(W1)的开关晶体管(T20),其特征在于,包含根据前述权利要求1所述的保护电路。
7.根据权利要求6所述的开关型电源,其特征在于,所述开关晶体管(T20)是一MOSFET以及所述保护电路中的箝位电路(CL)在过电压的状态下禁止驱动所述MOSFET的栅极。
8.根据权利要求7所述的开关型电源,其特征在于,所述的开关型电源作为一自振荡开关型电源并以逆向模式工作。
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