CN212676888U - 应用检流与过温保护复用电路的开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种应用检流与过温保护复用电路的开关电源，所述电路的电路接口包括接入PVDD的第一端、接入TON的第二端、接入VS的第三端和接入OTP的第四端，电路内设有参考电压模块、延时器，反相器INV1和INV2、传输门TG、采样电容器CSH、比较器以及屏蔽时间计时器；应用检流与过温保护复用电路的开关电源，所述开关电源包括包括变压器和一开关电源控制器及一功率开关管M1；所述开关电源控制器包括由欠压锁定及内部供电电路、驱动电路、脉宽调制器与以上所述的检流与过温保护复用电路耦接组成的电路结构；本实用新型能有效地让系统在过温情况下能立即关闭开关电源系统进入重新启动时序，保障开关电源系统的安全性，具有较好的使用价值。

Description

应用检流与过温保护复用电路的开关电源

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤其是应用检流与过温保护复用电路的开关电源。

背景技术

电源作为所有电子产品的供电设备，不仅需要满足正常使用而且朝着小型便利化、多功能方向发展，而且随着用电器的多种多样化，对开关电源的使用环境温度也提出了更高要求。本实用新型提出了一种检流与过温保护复用电路，能够更多保护开关电源系统使用的安全性。

传统开关电源转换器的缺点是，当发生过温时，由于开关电源系统没有过温保护检测机制，因此无法把过温信号及时反馈给控制IC并且立即关断IC，结果极易导致开关电源系统损毁。

所以有必要采取特殊技术检测过温度信号并及时关断开关电源系统，保障开关电源系统的安全性。

发明内容

本实用新型提出应用检流与过温保护复用电路的开关电源，能有效地让系统在过温情况下能立即关闭开关电源系统进入重新启动时序，保障开关电源系统的安全性，具有较好的使用价值。

本实用新型采用以下技术方案。

一种检流与过温保护复用电路，所述电路的电路接口包括接入PVDD的第一端、接入TON的第二端、接入VS的第三端和接入OTP的第四端，电路内设有参考电压模块、延时器，反相器INV1和INV2、传输门TG、采样电容器CSH、比较器以及屏蔽时间计时器；

所述参考电压模块的第一端连接电路接口的第一端口，其第二端接比较器的第一端；

所述延时器的第一端接电路接口的第二端口TON，其第二端接反相器INV1的第一端；

所述反相器INV1的第二端接反相器INV2的第一端和传输门TG的第三端；

所述反相器INV2的第二端接传输门TG的第四端；

所述传输门TG的第一端接电路接口的第三端口Vs，其第二端接比较器的第二端以及采样电容器CSH的第一端；

所述采样电容器CSH的第二端接地；

所述比较器的第三端接屏蔽时间计时器的第一端；

所述屏蔽时间计时器的第二端接电路接口的第四端口OTP。

应用检流与过温保护复用电路的开关电源，所述开关电源包括变压器和一开关电源控制器及一功率开关管M1；

所述开关电源控制器包括由欠压锁定及内部供电电路、驱动电路、脉宽调制器与以上所述的检流与过温保护复用电路耦接组成的电路结构；

所述开关电源控制器的FB端耦接一设于变压器输出端的回授单元，以产生一开关信号调节所述变压器的脉冲宽度；

所述变压器的次边绕组与辅助绕组反激电压比值等于匝数比值；

所述开关电源控制器的CS端耦接一设于变压器辐射绕组输出端的回授网络，所述回授网络通过温敏电阻器NTC检测变压器辐射绕组输出端温度是否过温及是否进行过温保护；

所述功率开关管为功率晶体管，其漏极接变压器输入端，栅极接开关电源控制器的GATE端，源极接检流电阻Rs及电阻器R2。

所述回授网络设于变压器辐射绕组输出端，且由二极管D3和温敏电阻器NTC、电阻器R2、电阻器Rs组成。

所述开关电源的VCC端接所述的欠压锁定及内部供电电路第一端以及驱动电路的第二端；

所述欠压锁定及内部供电电路的第二端接入PVDD，该端连接所述检流与过温保护复用电路的第一端以及脉宽调制器接入PVDD的第三端；

所述功率开关管M1的漏极接变压器的原边线圈，其源极接所述采样电阻Rs的第一端以及电阻器R2的第二端，其栅极接所述驱动电路的第三端GATE；

所述检流与过温保护复用电路的第二端接驱动电路的第三端GATE，其第三端接脉宽调制器的第一端CS、电阻器R2的第一端以及电阻器NTC的第二端，其第四端接驱动电路的第四端；

脉宽调制器的第二端FB接所述回授单元的回授端，其第四端PWM接所述驱动电路的第一端；

所述采样电阻Rs的第二端接地。

所述电阻器NTC的第一端接所述二极管D3的第二端；

所述电阻器NTC是一温敏电阻，随温度升高其阻值降低，其作用是监测其环境温度；

所述二极管D3的第一端接所述变压器辅助绕组和二极管D2的第一端；

所述二极管D2的第二端接所述电阻器R3的第一端；

所述电阻器R3的第二端接所述供电电容器Cvcc一端和启动电阻器Ron的一端；

所述启动电阻Ron的另一端接输入电源Vin；

所述供电电容器Cvcc的另一端接地。

所述开关电源能够应用于变压器初级测反馈隔离型与次级侧反馈隔离型的开关电源系统中。

所述欠压锁定及内部供电电路、检流与过温保护复用电路、脉宽调制器、驱动电路内嵌于一集成电路中。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型能够通过电路中NTC电阻对开关电源系统温度的检测，并将温度转换为CS端电压在经过采样和判断后，如果温度过高立即发出关闭信号，关闭开关电源控制器，且持续关闭直至下次上电启动后，开关电源控制器才能再次恢复工作。此技术保障了开关电源系统的安全性，保障了用户用电设备的安全性，具有较好的使用价值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步详细的说明：

附图1是本实用新型所述检流与过温保护复用电路的示意图；

附图2是本实用新型所述开关电源的示意图；

附图3是本实用新型过压保护与检流复用电路的DCOVP与T_ON、T_{OFF_SH}、T_{OFF_SH_N}、V_S、V_OUT时序示意图；

附图4是温敏电阻器NTC检测变压器辐射绕组输出端温度时，阻抗值的变化示意图；

图中：

15：回授网络；

100A：采用检流与过温保护复用电路的开关电源控制器；

2000：欠压锁定及内部供电电路；

3000：脉宽调制器；

4000：驱动电路；

5000：检流与过温保护复用电路；

5000A：本实用新型检流与过温保护复用电路的OTP与T_ON、T_{OFF_SH}、T_{OFF_SH_N}、V_S、V_OTP时序图；

5000B：一种检流与过温保护复用电路的开关电源系统中NTC电阻器阻值R_{NTC_Ɵ}与温度Ɵ的关系曲线。

具体实施方式

如图1-4所示，一种检流与过温保护复用电路5000，所述电路的电路接口包括接入PVDD的第一端、接入TON的第二端、接入VS的第三端和接入OTP的第四端，电路内设有参考电压模块、延时器，反相器INV1和INV2、传输门TG、采样电容器CSH、比较器以及屏蔽时间计时器；

所述参考电压模块的第一端连接电路接口的第一端口，其第二端接比较器的第一端；

所述延时器的第一端接电路接口的第二端口TON，其第二端接反相器INV1的第一端；

所述反相器INV1的第二端接反相器INV2的第一端和传输门TG的第三端；

所述反相器INV2的第二端接传输门TG的第四端；

所述传输门TG的第一端接电路接口的第三端口Vs，其第二端接比较器的第二端以及采样电容器CSH的第一端；

所述采样电容器CSH的第二端接地；

所述比较器的第三端接屏蔽时间计时器的第一端；

所述屏蔽时间计时器的第二端接电路接口的第四端口OTP。

应用检流与过温保护复用电路的开关电源，所述开关电源包括变压器和一开关电源控制器及一功率开关管M1；

所述开关电源控制器100A包括由欠压锁定及内部供电电路2000、驱动电路4000、脉宽调制器3000与以上所述的检流与过温保护复用电路耦接组成的电路结构；

所述开关电源控制器的FB端耦接一设于变压器输出端的回授单元，以产生一开关信号调节所述变压器的脉冲宽度；

所述变压器的次边绕组与辅助绕组反激电压比值等于匝数比值；

所述开关电源控制器的CS端耦接一设于变压器辐射绕组输出端的回授网络15，所述回授网络通过温敏电阻器NTC检测变压器辐射绕组输出端温度是否过温及是否进行过温保护；

所述功率开关管为功率晶体管，其漏极接变压器输入端，栅极接开关电源控制器的GATE端，源极接检流电阻Rs及电阻器R2。

所述回授网络设于变压器辐射绕组输出端，且由二极管D3和温敏电阻器NTC、电阻器R2、电阻器Rs组成。

所述开关电源的VCC端接所述的欠压锁定及内部供电电路第一端以及驱动电路的第二端；

所述欠压锁定及内部供电电路的第二端接入PVDD，该端连接所述检流与过温保护复用电路的第一端以及脉宽调制器接入PVDD的第三端；

所述功率开关管M1的漏极接变压器的原边线圈，其源极接所述采样电阻Rs的第一端以及电阻器R2的第二端，其栅极接所述驱动电路的第三端GATE；

所述检流与过温保护复用电路的第二端接驱动电路的第三端GATE，其第三端接脉宽调制器的第一端CS、电阻器R2的第一端以及电阻器NTC的第二端，其第四端接驱动电路的第四端；

脉宽调制器的第二端FB接所述回授单元的回授端，其第四端PWM接所述驱动电路的第一端；

所述采样电阻Rs的第二端接地。

所述电阻器NTC的第一端接所述二极管D3的第二端；

所述电阻器NTC是一温敏电阻，随温度升高其阻值降低，其作用是监测其环境温度；

所述二极管D3的第一端接所述变压器辅助绕组和二极管D2的第一端；

所述二极管D2的第二端接所述电阻器R3的第一端；

所述电阻器R3的第二端接所述供电电容器Cvcc一端和启动电阻器Ron的一端；

所述启动电阻Ron的另一端接输入电源Vin；

所述供电电容器Cvcc的另一端接地。

所述开关电源能够应用于变压器初级测反馈隔离型与次级侧反馈隔离型的开关电源系统中。

所述欠压锁定及内部供电电路、检流与过温保护复用电路、脉宽调制器、驱动电路内嵌于一集成电路中。

实施例：

检流与过温保护复用电路5000的工作原理如下：

当PVDD信号上电后，参考电压模块产生参考电压Vref。Vref是比较器反向输入端的输入信号，给比较器提供比较电压的参考电位。延时器对脉宽控制信号T_ON的逻辑高电平无延时，延时器对脉宽控制信号T_ON的逻辑低电平延时1.5~3uS，可有效避开在功率开关管关闭期间变压器辅助绕组反激电压的振铃电压波形的误采样，从而有效避免了误采样导致的过温保护误触发。

假设t为T_ON=0期间的时间变量且0< t < t_OFFMAX，t_OFFMAX为T_ON=0的最长时间常数。在这里我们用1表示逻辑高电平，0表示逻辑低电平，

如果T_ON=1那么，

T_OFF=1（0< t < t_OFFMAX） （1）

如果T_ON=0，那么

T_OFF=1（0< t < t1或者t1+1uS< t < t_OFFMAX） （2）

T_OFF=0（t1≤ t ≤ t1+1uS） （3）

经过反相器INV1和INV2得到采样控制时钟信号T_{OFF_SH_N}和T_{OFF_SH}，

T_{OFF_SH_N}=T_OFF=1（0< t < t1或者t1+1uS< t < t_OFFMAX） （4）

T_{OFF_SH_N}=T_OFF=0（t1≤ t ≤ t1+1uS） （5）

T_{OFF_SH}=0（0< t < t1或者t1+1uS< t < t_OFFMAX） （6）

T_{OFF_SH}=1（t1≤ t ≤ t1+1uS） （7）

V_AUX =（Vo+Vbe）/ β （8）

Vs（t）=[（Vo+Vbe）/ β - Vbe ] * （R2+Rs）/ （R_NTC+R2+Rs） （9）

其中，Vs（t）是变压器反激期间t时刻CS端电压Vs，Vo是二次侧输出电压，Vbe是二极管D1、D3正向导通电压，温敏电阻NTC的电阻值为R_NTC。温度上升R_NTC降低，Vs（t）升高。

R_{NTC_θ}= R_NTC__θ0* EXP（Bn *（1/θ-1/θ₀）） （10）

式中R_{NTC_θ}是NTC电阻器在θ温度时的电阻值，R_NTC__θ0是NTC电阻器在θ₀常温25℃下的标称电阻值，Bn为材料常数，EXP是e（e ≈ 2.71828 ）的n次方。θ、θ₀这里指的是K度即开尔文温度，K度=273.15（绝对温度）+摄氏度。

如图4所示为本实用新型温敏电阻器NTC的阻值R_{NTC_θ}与温度θ的曲线关系图。

信号Vs（t）经过传输门TG采样后得到信号V_OTP：

V_OTP=Vs（t），其中t1≤ t ≤ t1+1uS， （11）

信号V_OTP经过比较器与参考电压Vref比较后得到逻辑控制信号EN：

如果V_OTP > Vref，那么EN=1， （12）

如果V_OTP < Vref，那么EN=0， （13）

EN经过屏蔽时间计时器计数α个时钟周期后得到过温保护逻辑控制信号OTP：

如果连续α个时钟周期中，每个时钟周期内EN=1，第α个时钟周期后：

OTP=1 （14）

如果连续α个时钟周期中，存在某一个时钟周期内EN=0，第α个时钟周期后：

OTP=0 （15）

OTP=1为有效的过温保护控制逻辑，能够通过控制驱动电路一直关闭功率管开关管，直到下次上电后保护解除。

温度上升R_NTC降低，Vs（t）升高，V_OTP升高，那么V_OTP > Vref时，EN=1，如果EN=1持续发生α个时钟周期，OTP=1 关闭开关控制器和功率管，直到下次上电后保护解除。此技术起到了过温保护作用，从而有效保护开关电源系统和用电器的安全性。

如图4所示为本实用新型检流与过温保护复用电路的OTP与T_ON、T_{OFF_SH}、T_{OFF_SH_N}、V_S、V_OTP时序图。

如图2所示，Vs与V_FB通过脉宽调制器定义了开关信号的导通时间，因此有：

T_ON=1：V_CSPK=Vs=V_FB，V_CSPK是变压器原边电流峰值 （16）。

本例中的主要组件符号含义如下：

100A：采用本检流与过温保护复用电路的开关电源控制器

2000：欠压锁定及内部供电电路

3000：脉宽调制器

4000：驱动电路

5000：检流与过温保护复用电路

5000A：本实用新型检流与过温保护复用电路的OTP与T_ON、T_{OFF_SH}、T_{OFF_SH_N}、V_S、V_OTP时序图

5000B：一种检流与过温保护复用电路的开关电源系统中NTC电阻器阻值R_{NTC_Ɵ}与温度Ɵ的关系曲线

M1：外部功率开关管

TR1：变压器

D1、D2、D3：二极管

R2、Ron、Rs：电阻器

NTC：温敏电阻器

Cvcc、C1、C_SH：电容器

V_IN：输入线电压

Ton：开关信号

V_FB：反馈电压

Vs：初级线圈电感峰值电流的反馈电压或者辅助绕组至CS端反馈网络的电压

PWM：脉宽调制器输出信号

Is：初级线圈电感峰值电流

VCC：电源电压

PVDD：内部低压供电

Vref：内部参考电压

T_OFF：T_ON信号经过延时器延时1.5~3uS的逻辑控制信号

T_{OFF_SH}：T_OFF信号经过反向后的采样逻辑控制信号

T_{OFF_SH_N}：T_{OFF_SH}信号经过反向后的采样逻辑控制信号

V_OTP：V_S经过传输门TG采样后的过温检测信号

EN：V_OTP、Vref经过比较器比较后输出的逻辑控制信号

OTP：EN经过屏蔽时间计时器连续α个时钟周期计数后输出的逻辑控制信号

α：一个自然数常数

V_AUX：变压器辅助绕组电压。

虽然本实用新型以较佳实施例揭露如上，然而其并不应限定本实用新型，任何熟悉此领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许改动与替换，比如本实用新型即可应用于次级侧反馈式开关电源系统，也适用于初级侧反馈式开关电源系统，应用本实用新型的开关电源系统过温保护明显优于其他传统开关电源系统，能够给用户带来更加安全的电源系统。因此本实用新型的保护范围当视后附的专利范围所界定者为准。

Claims (4)

1.应用检流与过温保护复用电路的开关电源，其特征在于：检流与过温保护复用电路的电路接口包括接入PVDD的第一端、接入TON的第二端、接入VS的第三端和接入OTP的第四端，电路内设有参考电压模块、延时器，反相器INV1和INV2、传输门TG、采样电容器CSH、比较器以及屏蔽时间计时器；

所述参考电压模块的第一端连接电路接口的第一端口，其第二端接比较器的第一端；

所述延时器的第一端接电路接口的第二端口TON，其第二端接反相器INV1的第一端；

所述反相器INV1的第二端接反相器INV2的第一端和传输门TG的第三端；

所述反相器INV2的第二端接传输门TG的第四端；

所述传输门TG的第一端接电路接口的第三端口Vs，其第二端接比较器的第二端以及采样电容器CSH的第一端；

所述采样电容器CSH的第二端接地；

所述比较器的第三端接屏蔽时间计时器的第一端；

所述屏蔽时间计时器的第二端接电路接口的第四端口OTP；

所述开关电源包括变压器和一开关电源控制器及一功率开关管M1；

所述开关电源控制器包括由欠压锁定及内部供电电路、驱动电路、脉宽调制器与检流与过温保护复用电路耦接组成的电路结构；

所述开关电源控制器的FB端耦接一设于变压器输出端的回授单元，以产生一开关信号调节所述变压器的脉冲宽度；

所述变压器的次边绕组与辅助绕组反激电压比值等于匝数比值；

所述开关电源控制器的CS端耦接一设于变压器辐射绕组输出端的回授网络，所述回授网络通过温敏电阻器NTC检测变压器辐射绕组输出端温度是否过温及是否进行过温保护；

所述功率开关管为功率晶体管，其漏极接变压器输入端，栅极接开关电源控制器的GATE端，源极接检流电阻Rs及电阻器R2；

所述开关电源的VCC端接所述的欠压锁定及内部供电电路第一端以及驱动电路的第二端；

所述欠压锁定及内部供电电路的第二端接入PVDD，该端连接所述检流与过温保护复用电路的第一端以及脉宽调制器接入PVDD的第三端；

所述功率开关管M1的漏极接变压器的原边线圈，其源极接采样电阻Rs的第一端以及电阻器R2的第二端，其栅极接所述驱动电路的第三端GATE；

所述检流与过温保护复用电路的第二端接驱动电路的第三端GATE，其第三端接脉宽调制器的第一端CS、电阻器R2的第一端以及电阻器NTC的第二端，其第四端接驱动电路的第四端；

脉宽调制器的第二端FB接所述回授单元的回授端，其第四端PWM接所述驱动电路的第一端；

采样电阻Rs的第二端接地；

所述电阻器NTC的第一端接二极管D3的第二端；

所述电阻器NTC是一温敏电阻，随温度升高其阻值降低，其作用是监测其环境温度；

二极管D3的第一端接所述变压器辅助绕组和二极管D2的第一端；

二极管D2的第二端接所述电阻器R3的第一端；

电阻器R3的第二端接供电电容器Cvcc一端和启动电阻器Ron的一端；

启动电阻Ron的另一端接输入电源Vin；

供电电容器Cvcc的另一端接地；

当PVDD信号上电后，延时器对脉宽控制信号T_ON的逻辑高电平无延时，延时器对脉宽控制信号T_ON的逻辑低电平延时1.5~3uS，所述延时用于避开在功率开关管关闭期间变压器辅助绕组反激电压的振铃电压波形的误采样，以避免了误采样导致的过温保护误触发。

2.根据权利要求1所述的应用检流与过温保护复用电路的开关电源，其特征在于：所述回授网络设于变压器辐射绕组输出端，且由二极管D3和温敏电阻器NTC、电阻器R2、电阻器Rs组成。

3.根据权利要求1或2所述的应用检流与过温保护复用电路的开关电源，其特征在于：所述开关电源能够应用于变压器初级测反馈隔离型与次级侧反馈隔离型的开关电源系统中。

4.根据权利要求1所述的应用检流与过温保护复用电路的开关电源，其特征在于：所述欠压锁定及内部供电电路、检流与过温保护复用电路、脉宽调制器、驱动电路内嵌于一集成电路中。

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