CN201022180Y - 一次侧反馈控制交换式电源供应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种一次侧反馈控制交换式电源供应器，其利用取样与保留控制电路获取一次侧辅助绕组在非连续模式工作时的谐波电压的转角电压值作为反馈控制，具有稳压及限流的双重功能，在额定的输入电压与输出负载范围内具有稳定的电压输出，在输出达到电流限制时，输出电压下降但输出电流仍可控制维持不变，从而具有输出过电流保护的作用。

Description

一次侧反馈控制交换式电源供应器

技术领域

本实用新型涉及一种一次侧反馈控制交换式电源供应器，特别是涉及在输出达到电流限制时，输出电压下降但输出电流仍可控制维持不变，从而达到输出过电流保护功能的一次侧反馈控制交换式电源供应器。

背景技术

交换式电源供应器在市面上普遍被使用，并已取代线性稳压电源供应器，而交换式电源供应器必须依靠脉宽调制控制器控制功率晶体管的导通时间与截止时间。脉宽调制控制器根据输出功率、输出电压或输出电流产生的反馈信号来调变脉宽调制控制器输出的脉宽大小，以产生适当的导通时间与截止时间。现有的交换式电源供应器利用一次侧反馈方式无法达到良好的各种输出电压调变率要求，所以大部分交换式电源供应器的反馈信号仍必须直接由二次侧获取，需经由光耦合器将二次侧反馈信号传递至一次侧端，以控制脉宽调制控制器的输出脉波信号。因此，光耦合器、反馈稳压器、限流电阻与运算放大器等反馈、限流组件的使用是必要的。

图1为现有的一次侧反馈控制的交换式电源供应器的电路方块图，请参照图1，首先启动电路，由直流输入电源VIN供应的电流流经启动电阻R2对电容C3充电，当电源电压VCC达到脉宽调制控制器U1的启动电压时，脉宽调制控制器U1开始输出脉波以控制功率晶体管Q1。当功率晶体管Q1导通时，由直流输入电源VIN供应的电流流经变压器T1的一次侧主线圈、晶体管Q1再回到输入电源VIN的负端，二次侧因为二极管D3与输出绕组极性相反所以无法从一次侧传递能量到输出端，此时能量暂时储存于变压器T1中，当一次侧电流检测电阻R6的电压达到参考电压值时，功率晶体管Q1变成截止，此时二次侧因为二极管D3与输出绕组极性变为正向，所以将变压器T1的储存能量传递到输出端VO，输出电容C4经过多次周期的充电到达输出稳压点。另一方面，一次侧辅助绕组产生的电压经由电阻R1和二极管D1将电流供应给电源电压VCC，提供脉宽调制控制器U1的电源，辅助绕组的另一路径则经电阻R1和二极管D2与电容C6整流后变成直流电压，再经电阻R3、R4分压连接至脉宽调制控制器U1的电压反馈输入接脚VFB，电容C6的电压将会反映输出端VO的变化。由于输出整流二极管D3的压降随负载高低变化，并且电容C6的电压也受导通周期大小不同的影响，导致从一次侧电容C6的电压检测方式无法反映出二次侧输出电压VO的变化，所以输出电压调整率较高，无法提供较稳定的电压输出。而且输出端通常需连接假负载电阻R8，使轻载时输出电压不会漂移过高准位，因为需连接假负载电阻R8，所以无法达到GREEN MODE的空载要求下的输入功率须低于0.3W的规定，同时此方式并没有提供输出限流电路，所以输出电流会随输出电压下降而上升。而电路保护需依靠一次侧电流检测电阻R6的反馈信号来限制输出功率，待脉宽调制控制器U1的电源电压VCC低于最低工作电压而关闭脉宽调制控制器时，需等到电压再次由电阻R2充电到重新启动电压准位时才能再次输出，整体输出电流及输入功率在此时才能有效地降低。

图2为现有的二次侧反馈控制的交换式电源供应器电路方块图，请参照图2，输出端VO经电阻R8、R9分压后输入到反馈稳压器U3的输入端，反馈稳压器U3的输出端控制光耦合器U2二次侧的发光二极管电流，再转换为一次侧电流信号，以控制脉宽调制控制器U1的电压反馈输入接脚VFB的电压。在稳定的输出负载下，脉宽调制控制器U1的电压反馈输入接脚VFB的电压将固定不变，当输出负载变动时，电压反馈输入接脚VFB的电压将随之调整以维持稳定的电压输出。一次侧辅助绕组也因为电压超过电源电压VCC开始向电容C2充电，并供应脉宽调制控制器U1电源所需的电压。此外，图2中二次侧利用电阻R5、R6、R7、电容C4与晶体管Q12组成输出限流电路，当电阻R6的电压超过晶体管Q12的基极-射极的接面电压时，限流开始动作。晶体管Q12的集极控制光耦合器二次侧的发光二极管电流，使得一次侧脉宽调制控制器U1的脉波波宽受到限制，此输出限流电路因基极-射极的接面电压易随温度变化，所以具有限流动作的精确度不高的缺点，较适用于低价的充电器电路。

图3为现有的二次侧反馈控制的交换式电源供应器的另一电路方块图，请参照图3，其精确度很高，适用于较大功率及较大输出电流的交换电源供应器，其利用运算放大器U4A、U4B与反馈稳压器U3、光耦合器U2作为电压反馈及输出限流电路。其中，反馈稳压器U3在此为参考电压产生装置，其提供稳定的2.5V参考电压给电压反馈控制运算放大器U4A与输出限流控制运算放大器U4B，电压反馈控制运算放大器U4A与输出限流控制运算放大器U4B的输出端各连接二极管D3、D4，然后连接光耦合器U2二次侧的发光二极管端，以控制一次脉宽调制控制器U1的输出脉宽达到稳压及限流的功能，该线路的精确度高，常被采用，但是具有零件多、成本高的缺点。

因此，需要提供一种一次侧反馈控制交换式电源供应器，其可在输出达到电流限制时，输出电压下降但输出电流仍可控制维持不变，从而达到输出过电流保护的目的。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种一次侧反馈控制交换式电源供应器，其凭借取样与保留控制电路取得一次侧辅助绕组在非连续模式工作时的谐波电压的转角电压值作为反馈控制，在输出达到电流限制时，输出电压下降但输出电流仍可控制维持不变，从而达到输出过电流保护的目的。

本实用新型的目的在于提供一次侧反馈控制交换式电源供应器，包括：返驰式变压器，其具有初极绕组、辅助绕组及次极绕组，该初极绕组连接电源；功率晶体管，其连接该初级绕组；一次侧反馈控制脉宽调制控制器，其具有取样及保留控制电路，其连接该辅助绕组；误差放大器，其连接该取样及保留控制电路；分压器，其连接该取样及保留控制电路；乘法器，其连接该分压器；第一比较器，其连接该误差放大器及该功率晶体管；第二比较器，其连接该第一比较器及该乘法器；功率限制补偿电路，其连接该乘法器；控制开关，其连接该电源及该功率限制补偿电路；输出驱动器，其连接该功率晶体管；正反器，其连接该输出驱动器；振荡产生器，其连接该正反器；前缘消除电路，其连接该正反器；OR门，其连接该第一比较器、该第二比较器及该前缘消除电路。其中，当该电源的电压达到该一次侧反馈控制脉宽调制控制器的启动电压时，低压锁止电路UVLO控制该控制开关导通，该功率限制补偿电路产生功率限制补偿电压，该功率限制补偿电压传至该乘法器输入端；该振荡产生器产生导通信号传至该正反器的S输入端，使该正反器的Q输出端由低准位电压转为高准位电压，该输出驱动器导通该功率晶体管。该辅助绕组的电压反馈在该取样与保留控制电路产生电压值，该电压值与第一参考电压经该误差放大器输出误差放大值电压，该误差放大值电压经多个电阻分压产生控制电压，该控制电压传至该第一比较器的反向输入端。该电压值另一路径经该分压器降压后，利用乘法器与功率限制补偿电压产生相乘的值，再加上第二参考电压产生限流参考电压，该限流参考电压传至该第一比较器的另一反向输入端。该功率晶体管的源极电压传至该第一比较器的非反向输入端及该第二比较器的非反向输入端。当该源极电压大于该限流参考电压或该控制电压时，产生截止信号，该截止信号经该OR门传至该前缘消除电路后产生重置信号，重置信号传至该正反器的R输入端，该重置信号使该正反器的Q输出端由高准位电压转为低准位电压，该输出驱动器使该功率晶体管不导通。

由此，本实用新型提供一种一次侧反馈控制交换式电源供应器，利用取样与保留控制电路取得一次侧辅助绕组在非连续模式工作时的谐波电压的转角电压值作为反馈控制，产生具有稳压及限流的双重功能，在额定的输入电压与输出负载的范围内具有稳定的电压输出，在输出达到电流限制时，输出电压下降但输出电流仍可控制维持不变，从而达到输出过电流保护的目的。

附图说明

图1为现有的一次侧反馈控制的交换式电源供应器的电路方块图；

图2为现有的二次侧反馈控制的交换式电源供应器的电路方块图；

图3为现有的二次侧反馈控制的交换式电源供应器的另一电路方块图；

图4为本实用新型的优选实施例的一次侧反馈控制交换式电源供应器的电路系统方块图；

图5为表示图4中的脉宽调制控制器的内部电路方块图；

图6为本实用新型的优选实施例的控制信号图；

图7为本实用新型的理想输出限流的曲线图；以及

图8为本实用新型的优选实施例的一次侧反馈控制交换式电源供应器内的取样与保留控制电路的内部电路方块图。

具体实施方式

为充分说明本实用新型的目的、特征及功效，下面通过下述实施例并结合附图，对本实用新型进行详细描述。

图4为本实用新型的优选实施例的一次侧反馈控制交换式电源供应器的电路系统方块图，图5为表示图4中的脉宽调制控制器的内部电路方块图，图6为本实用新型的优选实施例的控制信号图，请同时参照图4、图5、图6，本实用新型的优选实施例的一次侧反馈控制交换式电源供应器包括：返驰式变压器T1，其具有初极绕组、辅助绕组及次极绕组，初极绕组连接电源；功率晶体管Q1，其连接该初级绕组；一次侧反馈控制脉宽调制控制器U1，其具有取样及保留控制电路2，其连接辅助绕组；误差放大器AMP1，其连接取样及保留控制电路2；分压器DIVIDER，其连接取样及保留控制电路2；乘法器MULT，其连接该分压器DIVIDER；第一比较器COM1，其连接误差放大器AMP1及功率晶体管Q1；第二比较器COM2，其连接第一比较器COM1及乘法器MULT；功率限制补偿电路1，其连接乘法器MULT；控制开关SW，其连接电源及功率限制补偿电路1；输出驱动器DRIVER，其连接功率晶体管Q1；正反器FF1，其连接输出驱动器DRIVER；振荡产生器OSC，其连接正反器FF1；前缘消除电路LEB，其连接正反器FF1；OR门，其连接第一比较器COM1、第二比较器COM2及前缘消除电路LEB。当电源电压VCC由电阻R2、二极管D4充电到达脉宽调制控制器U1的启动电压时，脉宽调制控制器U1开始动作，低压锁止电路UVLO输出UVO信号，使内部稳压电路BAND GAP输出参考电压，并且使补偿控制开关SW导通，电阻R2切换至与乘法器MULT连接的功率限制补偿电路1，其与内部分压电阻分压，随输入电压VIN的变动而产生不同的功率限制补偿电压VPL，使得高低压输入时的功率限制点趋于一致。脉宽调制控制器U1的振荡产生器OSC输出导通信号到正反器FF1的S输入端，使正反器FF1输出端Q由低准位电压转为高准位电压，第一输出驱动器DRIVER因此输出高准位电压，使功率晶体管Q1转为导通状态。在电源开启阶段，输出电压由0V渐渐升起，限流参考电压VCL初期处于低准位电压，使得脉宽调制控制器U1的导通周期被限流参考电压VCL限制，由最低导通周期随输出电压与辅助绕组电压变高渐渐展开，从而提供SOFT START的启动效果。另一方面辅助绕组因为变压器开始工作而开始产生电压，经二极管D2、电阻R1供应电源电压VCC，辅助绕组电压在非连续工作模式时的谐波电压的转角电压值经电阻R3、R4分压，电压反馈输入接脚VFB经过脉宽调制控制器U1的取样与保留控制电路2获取分压电压值，以作为内部稳压控制与限流控制的电压值V1，该电压值V1与第一参考电压VREF1经误差放大器AMP1输出两者误差的放大值，此误差放大器AMP1的输出电压端COMP连接补偿组件(例如：电容C5或利用电容及至少一个电阻构成)防止误差放大器AMP1发生振荡。此误差放大值电压经过电阻R7、R8分压产生控制电压VCTL，控制电压VCTL连接至第一比较器COM1的一个反向输入端，此第一比较器COM1的非反向输入端则连接到电流检测电阻R6以检测一次侧电流检测电压VCS，将非反向输入端的一次侧电流检测电压VCS与反向输入端的控制电压VCTL进行比较，当一次侧电流检测电压VCS大于控制电压VCTL时，产生截止信号，该截止信号经OR门传到前缘消除电路LEB(LEADING EDGE BLANKING)消除一次侧电流检测电压VCS的前缘噪声电压后，输出重置信号到正反器FF1的R输入端，使正反器FF1输出端Q由高准位电压转为低准位电压，第一输出驱动器DRIVER因此输出低准位电压，使得功率晶体管Q1转为不导通状态。脉宽调制控制器U1的振荡产生器OSC再次输出导通脉冲信号到正反器FF1的S输入端，使得正反器FF1再次将输出端Q由低准位电压转为高准位电压，第一输出驱动器DRIVER再次输出高准位电压，使得功率晶体管Q1再次转为导通状态。再次比较控制电压VCTL与一次侧电流检测电压VCS，产生截止信号，截止信号经OR门传到前缘消除电路LEB(LEADING EDGEBLANKING)消除一次侧电流检测电压VCS的前缘噪声电压后，输出重置信号到正反器FF1的R输入端，使得正反器FF1输出端Q由高准位电压转为低准位电压，第一输出驱动器DRIVER控制功率晶体管Q1转为不导通状态。重复上述动作，产生稳定的输出控制。本实用新型的一次侧反馈控制的脉宽调制控制器U1的功率限制补偿电压VPL是由电源的电压经电阻分压后传至减法器3的反向输入端后再与第三参考电压VERF3进行比较后产生的，而限流参考电压VCL是由取样与保留控制电路2的输出电压值V1经分压器DIVIDER以1/N的比率降压后再与功率限制补偿电压VPL输入乘法器MULT相乘后再加上第二参考电压VREF2产生的，通常参考电压VREF2设定为微小的电压值，使得导通周期在电源开启阶段由小变大，以防止输出电流超过限制值。限流参考电压VCL随输出端VO电压的高低而变化，因此可以将输出电流控制在限制范围内。

如上所述，其中电压反馈输入接脚VFB连接二极管D3，以负责将电压反馈输入接脚VFB的负压钳位在负VD(约0.7V)电压的准位，电压反馈输入接脚VFB经过取样与保留控制电路2获取谐波转角电压值并储存于电容C2。转角电压值一方面经第一误差放大器AMP1及电阻R7、R8产生控制电压VCTL，另一方面经一缓冲器BUFFER、分压器DIVIDER、乘法器MULT再加第二参考电压VREF2产生限流参考电压VCL，限流参考电压VCL等于分压器DIVIDER的输出电压与功率限制补偿电压VPL乘积再加第二参考电压VREF2的值。输入电压VIN经一补偿控制开关SW再与电阻R5产生分压，并将该分压输入至减法器3的反向输入端，其与第三参考电压VREF3比较后输出功率，以限制补偿电压VPL。一次侧电流检测电压VCS将分别与限流参考电压VCL及控制电压VCTL进行比较，当一次侧电流检测电压VCS大于其中一组电压时，将输出截止信号，截止信号经OR门再经前缘消除电路LEB(LEADING EDGE BLANKING)消除一次侧电流检测电压VCS的前缘噪声电压后，输出重置信号到正反器FF1的R输入端，使正反器FF1输出端Q由高准位电压转为低准位电压，第一输出驱动器DRIVER因此输出低准位电压，使得功率晶体管Q1转为不导通状态。移相电路PHASE SHIFT产生空白信号BLANK，将该空白信号输入至取样与保留控制电路2，使电路取样时序在空白信号BLANK之后，以避开取样在电压反馈输入接脚VFB电压振铃(RINGING)区域。

图7为本实用新型的理想输出限流的曲线图，输出最大电流被限制在限制电流值，当输出电压下降至设定值时，输出电流折回。

图8为本实用新型的优选实施例的一次侧反馈控制交换式电源供应器内的取样与保留控制电路的内部电路方块图，是利用电压反馈输入接脚VFB的电压在空白信号BLANK之后较平坦的电压准位进行储存并追随电压变化，当电压反馈输入接脚VFB的电压到达谐波开始处时，转折进入另一陡峭的斜率变化时，从取样及保留控制电路取得的电压V1立刻停止追随电压反馈输入接脚VFB的电压变化，并记忆储存转角处电压值，以作为内部稳压控制与限流控制的控制电压，如图8所示，空白信号BLANK将控制晶体管Q4导通，将电压V1放电归零，待空白信号BLANK结束后停止放电，运算放大器AMP2与晶体管Q2在较平坦的斜率电压时，构成电压随耦器，使电压反馈输入接脚VFB的电压传送储存于电容C2上，电容C2的电压即为控制电压V1，偏压BIAS控制晶体管Q5导通，形成放电电流Idschg，此放电电流Idschg设定为远小于电压随耦器控制的充电电流Ichg，目的是产生与电压反馈输入接脚VFB的电压相对应的电压变化，电压反馈输入接脚VFB的电压与空白信号BLANK的反相信号经与门AND输入正反器FF3，控制晶体管Q5导通与关闭，用以获取电压V1，正反器FF2用于防止在第一谐波之后有误触发的动作发生，由此，取样与保留控制电路即可取得非连续模式工作时的谐波电压的转角电压值作为反馈控制。

如上所述，本实用新型凭借取样与保留控制电路获取一次侧辅助绕组在非连续模式工作时的谐波电压的转角电压值作为反馈控制，在输出达到电流限制时，输出电压下降但输出电流仍可控制维持不变，从而达到输出过电流保护的目的。就实用性而言，利用本实用新型所制造的产品，当可充分满足目前市场的需求。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型。在上述实施例中，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

符号说明

U1      脉宽调制控制器                U2        光耦合器

U3      反馈稳压器                    U4A、U4B  运算放大器

UVLO    低压锁止电路                  UVO       信号

BAND GAP内部稳压电路                  SW        补偿控制开关

Rn      电阻                          Cn        电容

1       功率限制补偿电路              2         取样与保留控制电路

3       减法器                        MULT      乘法器

VIN     输入电压                      VCC       电源电压

VO      输出端                        VCL       限流参考电压

VPL     功率补偿电压                  VCTL      控制电压

OSC     振荡产生器                    FF1、FF2、FF3  正反器

DRIVER  第一输出驱动器                Q1        功率晶体管

Q2、Q3、Q4、Q5、Q12  晶体管

Dn      二极管                        VFB       电压反馈输入接脚

T1      变压器                        AMP1      误差放大器

AMP2    运算放大器                    COMP      输出电压端

COM1    第一比较器          COM2     第二比较器

LEB     前缘消除电路        DIVIDER  分压器

BUFFER  缓冲器              VERF1    第一参考电压

VERF2   第二参考电压        VERF3    第三参考电压

VCS     一次侧电流检测电压  ldschg   放电电流

lchg    充电电流            BALNK    空白信号

BIAS    偏压                V1       电压

Claims (7)

1.一种一次侧反馈控制交换式电源供应器，包括：

返驰式变压器，其具有初极绕组、辅助绕组及次极绕组，所述初极绕组连接电源；

功率晶体管，其连接所述初级绕组；

一次侧反馈控制脉宽调制控制器，其特征在于，所述一次侧反馈控制脉宽调制控制器具有：

取样及保留控制电路，其连接所述辅助绕组；

误差放大器，其连接所述取样及保留控制电路；

分压器，其连接所述取样及保留控制电路；

乘法器，其连接所述分压器；

第一比较器，其连接所述误差放大器及所述功率晶体管；

第二比较器，其连接所述第一比较器及所述乘法器；

功率限制补偿电路，其连接所述乘法器；

控制开关，其连接所述电源及所述功率限制补偿电路；

输出驱动器，其连接所述功率晶体管；

正反器，其连接所述输出驱动器；

振荡产生器，其连接所述正反器；

前缘消除电路，其连接所述正反器；

OR门，其连接所述第一比较器、所述第二比较器及所述前缘消除电路；

其中，当所述电源的电压达到所述一次侧反馈控制脉宽调制控制器的启动电压时，低压锁止电路控制所述控制开关导通，所述功率限制补偿电路产生功率限制补偿电压，所述功率限制补偿电压传至所述乘法器输入端；所述振荡产生器产生导通信号，所述导通信号传至所述正反器的S输入端，使所述正反器的Q输出端由低准位电压转为高准位电压，所述输出驱动器导通所述功率晶体管；所述辅助绕组的电压反馈给所述取样与保留控制电路而产生电压值，所述电压值与第一参考电压经所述误差放大器输出误差放大值电压，所述误差放大值电压经多个电阻分压产生控制电压，所述控制电压传至所述第一比较器的反向输入端；所述电压值经所述分压器降压后与所述功率限制补偿电压输入所述乘法器，所述乘法器的输出电压再加上第二参考电压产生限流参考电压，所述限流参考电压传至所述第二比较器的反向输入端；所述功率晶体管的源极电压传至所述第一比较器的非反向输入端及所述第二比较器的非反向输入端；当所述源极电压大于所述控制电压或所述限流参考电压时产生截止信号，所述截止信号经所述OR门传至所述前缘消除电路后产生重置信号，所述重置信号输入至所述正反器的R输入端，所述重置信号使所述正反器的Q输出端由高准位电压转为低准位电压，所述输出驱动器使所述功率晶体管不导通。

2.根据权利要求1所述的一次侧反馈控制交换式电源供应器，其特征在于，所述误差放大器与补偿组件连接以防止所述误差放大器振荡。

3.根据权利要求2所述的一次侧反馈控制交换式电源供应器，其特征在于，所述补偿组件是至少一个电容或至少一个电容连接至少一个电阻。

4.根据权利要求1所述的一次侧反馈控制交换式电源供应器，其特征在于，所述第一比较器及所述第二比较器的非反向输入端均与电流检测电阻连接。

5.根据权利要求1所述的一次侧反馈控制交换式电源供应器，其特征在于，所述电源的电压经电阻分压后传至减法器的反向输入端与第三参考电压比较后产生所述功率限制补偿电压。

6.根据权利要求1所述的具有输出限流的一次侧反馈控制交换式电源供应器，其特征在于，所述取样及保留控制电路及所述分压器之间设有缓冲器。

7.根据权利要求1所述的具有输出限流的一次侧反馈控制交换式电源供应器，其特征在于，所述取样及保留控制电路利用电压反馈输入接脚的电压在空白信号之后较平坦的电压准位进行储存并追随较平坦的电压变化，当电压反馈输入接脚的电压到达谐波开始处时，转折进入另一陡峭的斜率变化时，从所述取样及保留控制电路取得的电压值立刻停止追随电压反馈输入接脚的电压变化，并记忆储存转角处电压值作为内部稳压控制与限流控制的控制电压。

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