CN216794848U - 电源转换器的二次侧保护侦测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型关于一种电源转换器的二次侧保护侦测电路，包含一侦测元件、一加法器放大电路、一电子开关与一充放电路，该侦测元件连接该电源转换器的一输出连接端，该加法器放大电路包含一运算放大器、一第一电阻器与一第二电阻器，该运算放大器的输入端连接该侦测元件，其输出端连接一次侧控制元件，该第一、第二电阻器串联在该运算放大器的输入端与电源端之间，该第一、第二电阻器之间具有一连接节点，该电子开关连接在一接地端以及该连接节点之间并包含一控制端，该充放电路连接该电子开关的控制端和该运算放大器的电源端。

Description

电源转换器的二次侧保护侦测电路

技术领域

本实用新型有关一种二次侧保护侦测电路，特别是指电源转换器的二次侧保护侦测电路。

背景技术

习知电源转换器的基本架构如图4所示，其电路架构基本上可包含一变压器T，该变压器T的一次侧绕组51串联一驱动开关Q，该驱动开关Q的闸极可连接一PWM控制器53(即：脉冲宽度调制控制器)的一信号输出脚位Y，该PWM控制器53具有一保护模式触发脚位X。该变压器T的一次侧绕组51还连接该电源转换器50的电源输入端以接收一直流输入电源VDC，且该变压器T的二次侧绕组52的两端可通过二次侧电路54而连接该电源转换器50的一正电源输出端(+Vo)与一负电源输出端(-Vo)，该正电源输出端(+Vo)与该负电源输出端(-Vo)供连接一负载60。其中，该负电源输出端(-Vo)串联一侦测电阻55，该侦测电路55连接一放大电路56，该放大电路56可为由运算放大器(OPA)构成的反相放大电路或非反相放大电路，该放大电路56通过一反馈隔离电路57连接该PWM控制器53的保护模式触发脚位X，该反馈隔离电路57可为由光耦合器构成的电路。

该电源转换器50的工作原理在于，该PWM控制器53输出驱动信号至该驱动开关Q，该驱动开关Q根据该驱动信号而作动，而使该直流输入电源VDC通过该变压器T与该二次侧电路54的转换后，于该正电源输出端(+Vo)与该负电源输出端(-Vo)产生一直流输出电源，因此通过该侦测电阻55的电流而在该侦测电阻55产生的电压(后称侦测电压)可反映该电源转换器50供应给该负载60的电流，该放大电路56将该侦测电压进行放大后，通过该反馈隔离电路57提供给该PWM控制器53的保护模式触发脚位X。当该保护模式触发脚位X接收到的电压大于或等于一保护模式门槛值，通常代表该负载60发生异常状况，该PWM控制器13即进入一保护模式，在该保护模式下，该PWM控制器53停止输出驱动信号至该驱动开关Q，让该电源转换器50停止作动，从而停止输出该直流输入电源给该负载60，借此达到保护的作用。

当该电源转换器50所连接的负载是电容性负载，也就是说该负载60的输入端设有一输入电容器Cin，在该电源转换器50的启动瞬间，将产生对该负载60的输入电容器Cin进行充电的一涌浪电流，该涌浪电流反映在该放大电路56的输出电压波形可参考图5，该涌浪电流发生在t0至t1，该电源转换器50于t1后进入稳态。

然而，在t0至t1期间，该放大电路56的输出电压将达到一电压值Vth，该电压值Vth通过该反馈隔离电路57回馈到该PWM控制器53的保护模式触发脚位X后，会导致该PWM控制器53进入该保护模式。也就是说，该电源转换器50一启动就直接进入保护模式，从而无法提供该直流输出电源给该负载60。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的是提供一种电源转换器的二次侧保护侦测电路，以期克服习知电源转换器一启动就直接进入保护模式，从而无法提供电源给负载的缺点。

本实用新型电源转换器的二次侧保护侦测电路包含：

一侦测元件，连接该电源转换器的一输出连接端；

一加法器放大电路，包含一运算放大器、一第一电阻器与一第二电阻器，该运算放大器包含：

一输入端，连接该侦测元件；

一输出端，连接该电源转换器的一次侧控制元件；及

一电源端；

该第一电阻器与该第二电阻器串联在该运算放大器的输入端与电源端之间，该第一电阻器与该第二电阻器之间具有一连接节点；

一电子开关，连接在一接地端以及该连接节点之间并包含一控制端；以及

一充放电路，连接该电子开关的控制端和该运算放大器的电源端。

较佳的，如前所述的二次侧保护侦测电路，该加法器放大电路为反相加法器电路结构。

较佳的，如前所述的二次侧保护侦测电路，该加法器放大电路为非反相加法器电路结构。

较佳的，如前所述的二次侧保护侦测电路，该运算放大器连接该侦测元件的该输入端为一反相输入端，该第一电阻器与该第二电阻器串联在该运算放大器的该反相输入端与该电源端之间。

较佳的，如前所述的二次侧保护侦测电路，该电子开关为N型金氧半场效晶体管，其汲极连接该第一电阻器与该第二电阻器之间的该连接节点，其源极连接该接地端，其闸极为该控制端。

较佳的，如前所述的二次侧保护侦测电路，该充放电路包含一电阻器与一电容器，该充放电路的电阻器连接该电子开关的控制端与该运算放大器的电源端之间，该电容器连接该电子开关的控制端与该接地端之间。

较佳的，如前所述的二次侧保护侦测电路，该第一电阻器与该第二电阻器之间的该连接节点定义为一第一连接节点，该充放电路的电阻器与电容器之间具有一第二连接节点；所述二次侧保护侦测电路包含一辅助放电电路，该辅助放电电路包含：一二极管，其阳极连接该第二连接节点，其阴极连接该运算放大器的电源端；以及一电阻器；连接该电子开关的控制端与该接地端之间。

根据本实用新型的二次侧保护侦测电路的电路架构，在该电源转换器启动瞬间虽有涌浪电流，本实用新型通过该加法器放大电路的电路结构，该运算放大器从该侦测元件得到的电压极性与其电源端的电压极性彼此相反，能整体降低该运算放大器于其输出端的输出电压，以至于该一次侧控制元件的保护模式触发脚位的电压小于保护模式门槛值，故涌浪电流不会导致该一次侧控制元件进入保护模式，借此克服先前技术所述问题。另一方面，稳态时，该充放电路的储能足以导通该电子开关，可将使该第一电阻器与该第二电阻器之间的连接节点处于低电位或接地，使该加法器放大电路成为一般的放大电路，即能对通过该侦测元件的稳态电流进行常规保护监控。

另一方面，本实用新型仅利用运算放大器、电阻器、电容器、电子开关等简单元件即可完成，不需使用包含微控制器的数字控制电路，使成本大幅降低。

附图说明

图1：本实用新型二次侧保护侦测电路的实施例连接电源转换器的电路示意图。

图2：本实用新型二次侧保护侦测电路的实施例的电路示意图。

图3：本实用新型二次侧保护侦测电路的实施例回馈至一次侧控制元件的电压波形示意图。

图4：习知电压范围电源转换器与放大电路的连接电路示意图。

图5：习知放大电路回馈至一次侧控制元件的电压波形示意图。

附图标号简单说明：

10,50:电源转换器 11,51:一次侧绕组

12,52:二次侧绕组 13,53:PWM控制器

14,54:二次侧电路 20,60:负载

55:侦测电阻 30:二次侧保护侦测电路

31:侦测元件 32:加法器放大电路

320:运算放大器 321:电源端

322:输出端 33:充放电路

34:辅助放电电路 350:控制端

40,57:反馈隔离电路 56:放大电路

Q1:电子开关 Y:信号输出脚位

X:保护模式触发脚位 T:变压器

Q:驱动开关 VDC:直流输入电源

(+Vo):正电源输出端 (-Vo):负电源输出端

R4:第一电阻器 R5:第二电阻器

N1,N2:连接节点 R1,R2,R3,R6,R7:电阻器

C1:电容器 VCC1:工作电压

D2:二极管 Cin:输入电容器

V_sense:侦测电压

具体实施方式

以下配合图式及本实用新型的较佳实施例，进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段。

本实用新型二次侧保护侦测电路用于电源转换器，需说明的是，该电源转换器的电路架构与工作原理并非本实用新型的重点，仅简述如下。

请参考图1，该电源转换器10可为宽输入电压范围的切换式电源转换器，或可为步阶升压电源转换器，故本实用新型能应用层面广泛。举例而言，该电源转换器10电路架构基本上可包含一变压器T、一驱动开关Q、一PWM控制器13(即：脉冲宽度调制控制器)与一二次侧电路14，该PWM控制器13包含一信号输出脚位Y与一保护模式触发脚位X。该变压器T的一次侧绕组11串联一驱动开关Q，该驱动开关Q例如可为金氧半场效晶体管(MOSFET)，其闸极可连接该PWM控制器13的信号输出脚位Y。该变压器T的一次侧绕组11还连接该电源转换器10的电源输入端以接收一直流输入电源VDC，且该变压器T的二次侧绕组12的两端可通过该二次侧电路14而连接该电源转换器10的多个输出连接端，该多个输出连接端可包含一正电源输出端(+Vo)与一负电源输出端(-Vo)，该正电源输出端(+Vo)与该负电源输出端(-Vo)供连接一负载20。该电源转换器10的工作原理可参考先前技术，在此容不重复赘述，简言之，当该PWM控制器13的保护模式触发脚位X接收到的电压大于或等于一保护模式门槛值，该PWM控制器13即进入一保护模式，在该保护模式下，该PWM控制器13停止输出驱动信号至该驱动开关Q，让该电源转换器10停止作动，从而停止输出该直流输入电源给该负载20，借此达到保护的作用。

请参考图1与图2，本实用新型二次侧保护侦测电路30包含一侦测元件31、一加法器放大电路32、一电子开关Q1与一充放电路33，或更包含一辅助放电电路34。该二次侧保护侦测电路30可通过一反馈隔离电路(feedback isolation)40连接该PWM控制器13的保护模式触发脚位X，以在适当时机触发该PWM控制器13进入保护模式，详述如后。

该侦测元件31连接该电源转换器10的其中之一输出连接端，本实用新型的实施例中，该侦测元件31串联于该负电源输出端(-Vo)与该变压器T的二次侧绕组12之间，该侦测元件31可为电阻器，其电阻值越小越好，以将其耗电量最小化。

该加法器放大电路32包含一运算放大器(operational amplifier,OPA)320与电连接该运算放大器320的多个电阻器，该运算放大器320包含一输入端、一电源端321与一输出端322，该运算放大器320的输入端供连接该侦测元件31，该运算放大器320的输出端322连接该电源转换器10的一次侧控制元件，本实用新型的实施例中，所述一次侧控制元件即为该PWM控制器13，该运算放大器320的输出端322通过该反馈隔离电路(feedbackisolation)连接该PWM控制器13的保护模式触发脚位X，该反馈隔离电路40例如可包含光耦合器。

一般而言，该运算放大器320与该多个电阻器通过不同的连接结构，可实现反相加法器电路结构或非反相加法器电路结构，本实用新型的加法器放大电路32以反相加法器电路结构为例，该运算放大器320包含一反相输入端(-)与一非反相输入端(+)，前述中，该运算放大器320连接该侦测元件31的该输入端为该反相输入端(-)，使该运算放大器320能接收该侦测元件31的侦测电压(即：压升)V_sense，该侦测元件31的侦测电压V_sense即反映该电源转换器10的输出电流。

如图2所示，该加法器放大电路32所包含的该多个电阻器包含一第一电阻器R4与一第二电阻器R5，该第一电阻器R4与该第二电阻器R5串联在该运算放大器320的反相输入端(-)与电源端321之间，也就是说，该第一电阻器R4的一端连接该运算放大器320的电源端321，该第一电阻器R4的另一端连接该第二电阻器R5的一端，该第二电阻器R5的另一端连接该运算放大器320的反相输入端(-)，该第一电阻器R4与该第二电阻器R5之间具有一连接节点N1。如图2所示反相加法器电路结构的实施例，该运算放大器320的非反相输入端(+)通过一电阻器R3而接地，该运算放大器320的输出端322与反相输入端(-)之间连接一电阻器R1，该运算放大器320的反相输入端(-)通过一电阻器R2连接该侦测元件31，该运算放大器320的电源端321接收一工作电压VCC1，举例来说，该运算放大器320的电源端321可连接一二次侧辅助绕组(图中未示)，以从该二次侧辅助绕组获得该工作电压VCC1。

该电子开关Q1连接一接地端以及通过该加法器放大电路32的该多个电阻器当中的一电阻器连接该运算放大器320的电源端321，例如该电子开关Q1可通过该第一电阻器R4而连接该运算放大器320的电源端321，当该电子开关Q1操作在导通状态时，可将该连接节点N1处于低电位或接地；相对的，当该电子开关Q1操作在截止状态时，该第一电阻器R4与该第二电阻器R5为串联状态，该运算放大器320的电源端321处于高电位。该电子开关Q1包含一控制端350，该电子开关Q1可根据该控制端350的电压大小而操作在导通状态或截止状态。其中，该电子开关Q1可为一晶体管，例如为N型金氧半场效晶体管(N-type MOSFET)，其汲极连接该第一电阻器R4与该第二电阻器R5之间的连接节点N1，其源极连接该接地端，其闸极为该控制端350。

该充放电路33连接该电子开关Q1的控制端350和该运算放大器320的电源端321，顾名思义，该充放电路33具有一储能元件，该充放电路33的功能在于当该运算放大器320的电源端321接收该工作电压VCC1，该工作电压VCC1同时对该充放电路33的储能元件进行充电，使该储能元件提供给该电子开关Q1的控制端350的电压逐渐提高，并可提高到足以让该电子开关Q1操作在导通状态。本实用新型的实施例中，该充放电路33包含一电阻器R6与一电容器C1，该充放电路33的电阻器R6连接该电子开关Q1的控制端350与该运算放大器320的电源端321之间，该电容器C1即为如前所述的该储能元件，该电容器C1连接该电子开关Q1的控制端350与该接地端之间，是以，该电阻器R6与该电容器C1能构成一充放电路径，该工作电压VCC1能通过该电阻器R6对该电容器C1充电，其中，该电阻器R6与电容器C1之间具有一连接节点N2。

本实用新型二次侧保护侦测电路30应用在电源转换器10的整体电路架构已如上所述，以下配合电流波形说明本实用新型实施的二次侧保护侦测的电路动作。

请参考图1，当该电源转换器10所连接的负载20是电容性负载，也就是说该负载20的输入端设有一输入电容器Cin，在该电源转换器10的启动瞬间，将产生对该负载20的输入电容器Cin进行充电的一涌浪电流，此时该电子开关Q1尚未导通，该加法器放大电路32发挥其加法功能，虽然该涌浪电流通过该侦测元件31时产生一较大的侦测电压V_sense，但该侦测电压V_sense与该工作电压VCC1的电压极性相反，故本实用新型通过该第一电容器R4与该第二电容器R5的设置，能降低该运算放大器320于其输出端321的输出电压V_op，表示如下：

上式中，该侦测电压V_sense为负电压，该工作电压VCC1为正电压，也就是说，纵使该涌浪电流通过该侦测元件31时产生较大的该侦测电压V_sense，但其通过该运算放大器320的处理后，降低的幅度可表示如下式：

借此，该运算放大器320输出的电压仍让该保护模式触发脚位X接收到的电压低于该保护模式门槛值，让该电源转换器10的启动瞬间不会触发该PWM控制器13进入保护模式。

当该电源转换器10在稳态时，通过该侦测元件31的稳态电流小于该涌浪电流，此时，该充放电路33的电容器C1被该工作电压VCC1充电到足以让该电子开关Q1操作在导通状态。当该电子开关Q1操作在导通状态，该加法器放大电路32的第一电阻器R4和第二电阻器R5之间的连接节点N1接地，该加法器放大电路32未发挥其加法功能(即：相当于一般的反向放大器)，该运算放大器320仅得放大该稳态电流通过该侦测元件31时产生的该侦测电压V_sense。如此一来，纵使该负载20发生短路故障，将有一短路电流通过该侦测元件31，该短路电流通过该侦测元件31时产生的该侦测电压V_sense被该运算放大器320直接放大，并未降低如前所述的电压幅度，该运算放大器320输出的电压致使该保护模式触发脚位X接收到的电压大于或等于该保护模式门槛值，进而触发该PWM控制器13进入保护模式，以提供短路保护功能。

归纳以上所述，该运算放大器320的输出端322的电压波形可参考图3，该电源转换器10在t0启动，虽然其启动瞬间(t0至t1期间)产生该涌浪电流，但借由该加法器放大电路32发挥其加法功能，和图5相比，图3显示该运算放大器320于其输出端321的电压整体降低。随着时间进行，该充放电路33的电容器C1在t2被充电到足以让该电子开关Q1操作在导通状态，故在t2之后，通过该侦测元件31的电流已是稳态电流，其中，通过该充放电路33的电容器C1的电容值与电阻器R6的电阻值的搭配，可决定导通该电子开关Q1时机，亦即可决定t0至t2的时间长度。再者，图3的波形显示t3开始发生一短路电流，在t4让该运算放大器320的输出端322达到一电压值Vth，该电压值Vth通过该反馈隔离电路40回馈到该PWM控制器13的保护模式触发脚位X时，能触发该PWM控制器13进入保护模式，以提供短路保护功能。

另考量运作中的该电源转换器10可能被断电后并立刻启动(例如该直流输入电源VDC发生瞬间不稳定的状态)，本实用新型设置该辅助放电电路34，该辅助放电电路34包含一二极管D2与一电阻器R7，该二极管D2的阳极连接该充放电路33的电阻器R6与电容器C1的连接节点N2，该二极管D2的阴极连接该运算放大器320的电源端321，也就是说，该二极管D2可跨接于该充放电路33的电阻器R6，该辅助放电电路34的电阻器R7连接该电子开关Q1的控制端350与该接地端之间。

当该电源转换器10被断电后，该充放电路33的电容器C1和该电子开关Q1的寄生电容可经由该二极管D2提供的放电路径与该电阻器R7提供的另一放电路径进行放电，利用多放电路径达成加速放电的效果，进而加速让该电子开关Q1截止，并最小化该电容器C1的储能。借此，当该电源转换器10被断电后并立刻启动时，可确保该电子开关Q1是截止状态，使该加法器放大电路32能顺利重置为发挥加法功能的初始状态；另一方面，因为该电容器C1的储能已最小化，对应地最大化该电容器C1充电到能导通该电子开关Q1的时间，也就是说，有更充裕的时间能抑制该涌浪电流所造成的影响。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种电源转换器的二次侧保护侦测电路，其特征在于，包含：

一侦测元件，其连接该电源转换器的一输出连接端；

一加法器放大电路，其包含一运算放大器、一第一电阻器与一第二电阻器，该运算放大器包含：

一输入端，其连接该侦测元件；

一输出端，其连接该电源转换器的一次侧控制元件；及

一电源端；

该第一电阻器与该第二电阻器串联在该运算放大器的输入端与电源端之间，该第一电阻器与该第二电阻器之间具有一连接节点；

一电子开关，连接在一接地端以及该连接节点之间并包含一控制端；以及

一充放电路，连接该电子开关的控制端和该运算放大器的电源端。

2.根据权利要求1所述的电源转换器的二次侧保护侦测电路，其特征在于，该加法器放大电路为反相加法器电路结构。

3.根据权利要求1所述的电源转换器的二次侧保护侦测电路，其特征在于，该加法器放大电路为非反相加法器电路结构。

4.根据权利要求2所述的电源转换器的二次侧保护侦测电路，其特征在于，该运算放大器连接该侦测元件的该输入端为一反相输入端，该第一电阻器与该第二电阻器串联在该运算放大器的该反相输入端与该电源端之间。

5.根据权利要求4所述的电源转换器的二次侧保护侦测电路，其特征在于，该电子开关为N型金氧半场效晶体管，其汲极连接该第一电阻器与该第二电阻器之间的该连接节点，其源极连接该接地端，其闸极为该控制端。

6.根据权利要求2、4或5中任一项所述的电源转换器的二次侧保护侦测电路，其特征在于，该充放电路包含一电阻器与一电容器，该充放电路的电阻器连接该电子开关的控制端与该运算放大器的电源端之间，该电容器连接该电子开关的控制端与该接地端之间。

7.根据权利要求6所述的电源转换器的二次侧保护侦测电路，其特征在于，该第一电阻器与该第二电阻器之间的该连接节点定义为一第一连接节点，该充放电路的电阻器与电容器之间具有一第二连接节点；

所述二次侧保护侦测电路包含一辅助放电电路，该辅助放电电路包含：

一二极管，其阳极连接该第二连接节点，其阴极连接该运算放大器的电源端；以及

一电阻器；连接该电子开关的控制端与该接地端之间。

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