CN1467894A - 防止误启动的开关电源欠压保护电路及欠压保护方法 - Google Patents

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Abstract

一种防止误启动的开关电源欠压保护电路，包括比较器、分压电阻网络、参考电压电路及PWM主控制器，比较器输出接主控制器的工作状态控制输入端，主控制器的输出信号用于开关电源各开关器件的控制；所述参考电压电路是独立于主控制器的，参考电压电路由电阻和稳压器件串联组成，它的最低工作电压低于主控制器的工作电压。其构思新颖，参考电压电路优先于PWM工作，在整个上下电过程中，比较器同相端电压始终高于反相端电压，输出高电平，使PWM处于“关断”状态，避免了上下电过程中出现误启动，具有任何输入电压上升或下降过程的动态欠压保护功能和静态欠压保护功能。

Description

防止误启动的开关电源欠压保护电路及欠压保护方法
技术领域
本发明涉及开关电源欠压保护技术，特别是一种能够防止误启动的开关电源欠压保护电路及基于该电路的开关电源欠压保护方法。
背景技术
在开关电源中，欠压保护的目的是：(1)防止在输入电压低于设计最小输入电压时，主控制器PWM占空比大，磁芯复位时间必然远远不够，导致磁饱和，损坏功率器件；(2)防止在输入电压低于设计最小输入电压时，PWM启动，输出电压出现预启动脉冲，影响负载电路的时序。因此要求欠压保护电路在任何输入电压波形下，输入电压低于设计最小输入电压时，PWM必须无输出。
开关电源的传统欠压保护电路仅具有静态的欠压保护功能，在输入电压上升或下降速率太快或太慢时，存在欠压保护失效问题。
目前业界常用的一种欠压保护电路如图1所示，其主要信号波形如图2、3所示。工作过程如下：输入电压由R3、R4分压后送到比较器的反相输入端，参考电压由R2送到比较器的同相输入端。当输入电压低于设计的最小输入电压(图2中的LVP set point点)时，比较器的同相端电压高于反相端电压，比较器1脚输出高电平，控制PWM的1脚，关闭输出脉冲(图2中的PWM OUT)，开关电源无输出(V OUT为0)。
在图1中，为了简化电路，通常欠压保护电路的参考电压VREF由PWM控制IC提供，在静态输入电压时，可以保证输入欠压保护功能。但在上下电过程中没有动态欠压保护功能，由于控制IC启动时，VREF和PWM输出脉冲是同步发生的，在没有VREF时，欠压保护电路的参考电压是“0V”，因此在VIN上升到VREF产生的时间段内T1，欠压保护没有实施对PWM的关断，即欠压保护失效。而在PWM的VREF建立(同时输出PWM脉冲)到比较器检测到欠压后，实施对PWM输出控制一“关闭”的过渡过程时间段T2，PWM一直有输出，欠压保护仍然失效。只有T3段才实现了欠压保护功能。如图3所示，在输入电压下降过程中，与输入电压上升过程相似，该电路会在欠压保护的VREF消失后，欠压保护失效，电源出现二次启动。
发明内容
本发明的目的在于克服传统开关电源欠压保护技术存在上述不足，提供一种结构简单、效率高、成本低的开关电源欠压保护电路及欠压保护方法，以有效避免上、下电时电源的误启动，提高开关电源的可靠性。
本发明提出的防止误启动的开关电源欠压保护电路，包括比较器、对输入电压进行采样的分压电阻网络、参考电压电路以及PWM主控制器，分压电阻网络和参考电压电路分别接于比较器的两个输入端，比较器输出接PWM主控制器的工作状态控制输入端，PWM主控制器的输出信号用于开关电源各开关器件的控制，其特征在于：所述参考电压电路是独立于PWM主控制器的，参考电压电路由电阻和稳压器件串联组成，它的最低工作电压低于主控制器的工作电压。
基于上述电路的开关电源欠压保护方法，包括如下步骤：由比较器对输入的采样电压与独立于主控制器之参考电压电路提供的参考电压进行比较，得到控制PWM主控制器的信号，从而控制开关电源，其中所述参考电压的开通时刻早于或等于所述PWM主控制器的开通，所述参考电压的关闭时刻晚于或等于所述PWM主控制器的关闭。
本发明技术构思新颖，其参考电压电路是独立于PWM主控制器的，参考电压电路和比较器的最低工作电压低于主控制器的工作电压，参考电压电路输出的参考电压不晚于所述PWM主控制器开通，参考电压不早于所述PWM主控制器关闭。在任何输入电压波形条件下，比较器优先于PWM工作，在整个上下电过程中，比较器同相输入端电压始终高于反相输入端电压，比较器输出高电平，使PWM处于“关断”状态，彻底避免了传统欠压保护电路在上下电过程中常常出现的误启动问题。
本发明电路结构简单，设计逻辑清晰，效率高，成本低。具有静态输入电压时欠压保护功能，和任何输入电压上升或下降过程的动态欠压保护功能。
本发明的欠压保护方法及电路已为实验所证实，所述电路被用在36～75V直流输入，3.3V/30A直流输出的DC/DC电源中，在任何输入电压波形下，在各种环境条件下，可实现准确的欠压保护功能，电源启动和关断时的输出电压波形单调，即无预启动或重启动。
附图说明
图1为传统的一种欠压保护电路；
图2为上电时图1对应各点的电压波形图；
图3为下电时图1对应各点的电压波形图；
图4为本发明欠压保护电路一实施例；
图5为上电时图4电路的时序逻辑图；
图6为下电时图4电路的时序逻辑图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明。
本开关电源欠压保护电路如图4所示，它包括：比较器、分压电阻网络、参考电压电路以及PWM主控制器。参考电压电路是独立于PWM主控制器的，参考电压电路由电阻和稳压器件串联组成，它的最低工作电压低于主控制器的工作电压。
图4实例中，比较器采用运放A，R5为其反馈电阻，其同相输入端的参考电压由上述参考电压电路提供。该参考电压电路由电阻R1和稳压器件串联组成，两者的公共端通过一个电阻R2接比较器的同相输入端。参考电压电路的稳压器件可以采用稳压二极管、稳压源等。欠压采样分压电阻网络由电阻R3、R4组成，输入电压Vin经R3、R4分压后送到比较器的反相输入端，比较器同相输入端接上述参考电压，Vcc是比较器A和参考电压电路的电源，PWM电路的7脚也可接Vcc，PWM电路的1脚接比较器的输出，经比较后，对PWM进行控制。
基于上述电路的开关电源欠压保护方法是：由比较器对输入的采样电压与独立于主控制器之参考电压电路提供的进行比较，当输入采样电压低于参考电压时，比较器输出高电平，使PWM处于“关断”状态，开关电源无输出；其中所述参考电压的开通时刻早于或等于所述PWM主控制器的开通，所述参考电压的关闭时刻晚于或等于所述PWM主控制器的关闭。
本发明关键点是采用了独立于PWM主控制器的参考电压电路，具体设计中参考电压电路和比较器的最低工作电压要比PWM主控制器的工作电压低至少0.5V，以确保参考电压电路输出的参考电压不晚于所述PWM主控制器开通，参考电压不早于所述PWM主控制器关闭，进而避免欠压保护电路在上下电过程中出现误启动。
典型实施例中PWM的工作电压为8V，参考电压电路和比较器的最低工作电压为3V。其上电时对应的时序见图5，比较器在输入电压达到LVP SET POINT(输入欠压保护设定点)前，一直处于同相端电压高于反相端电压，输出高电平，实施对PWM的控制一“关断”状态。从图5可见，该电路方案已消除了图2中传统欠压保护过渡状态T2，在T1+T2+T3的整个上下电过程变得仅仅与输入电压有关，而与PWM工作状态无关。图4电路下电时的时序逻辑见图6，其与图5上电过程相似，不再赘述。
本欠压保护电路能使在任何输入电压波形条件下，运放A优先于PWM工作，保证欠压保护电路对PWM的控制，使PWM的驱动脉冲不会误输出(见图5、图6所示)。具有静态输入电压时欠压保护功能和任何输入电压上升或下降过程的动态欠压保护功能。
本发明的欠压保护方法及电路已为实验所证实，所述电路被用在36～75V直流输入，3.3V/30A直流输出的DC/DC电源中，在任何输入电压波形下，在各种环境条件下，可实施准确的欠压保护功能，电源启动和关断时的输出电压波形单调，即无预启动或重启动。

Claims (5)

1、一种防止误启动的开关电源欠压保护电路，包括比较器、对输入电压进行采样的分压电阻网络、参考电压电路以及PWM主控制器，分压电阻网络和参考电压电路分别接于比较器的两个输入端，比较器输出接PWM主控制器的工作状态控制输入端，PWM主控制器的输出信号用于开关电源各开关器件的控制，其特征在于：所述参考电压电路是独立于PWM主控制器的，参考电压电路由电阻和稳压器件串联组成，它的最低工作电压低于主控制器的工作电压。
2、根据权利要求1所述开关电源欠压保护电路，其特征在于：所述参考电压电路输出的参考电压不晚于所述PWM主控制器开通，参考电压不早于所述PWM主控制器关闭。
3、根据权利要求1所述开关电源欠压保护电路，其特征在于：所述参考电压电路的稳压器件是稳压管或稳压源。
4、根据权利要求1所述开关电源欠压保护电路，其特征在于：参考电压电路的最低工作电压比PWM主控制器的工作电压低至少0.5V。
5、一种开关电源欠压保护方法，包括如下步骤：
由比较器对输入的采样电压与独立于主控制器之参考电压电路提供的参考电压进行比较，得到控制PWM主控制器的信号，从而控制开关电源，其中所述参考电压的开通时刻早于或等于所述PWM主控制器的开通，所述参考电压的关闭时刻晚于或等于所述PWM主控制器的关闭。
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