CN217282696U - 一种微功率开关电源的启动保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种微功率开关电源的启动保护电路，包括取样电阻和辅助开关管，微功率开关电源包括原边电路、副边电路和变压器，副边电路包括与变压器副边绕组连接的输出整流滤波电路，原边电路包括主开关管，主开关管的第一端接直流电源的正极，第二端接变压器原边绕组的第一端；变压器原边绕组的第二端和直流电源的负极接地，主开关管的控制端接PWM控制信号输入引脚；主开关管的第二端通过取样电阻接变压器原边绕组的第一端，辅助开关管的第一端接主开关管的控制端，辅助开关管的第二端接变压器原边绕组的第一端。本实用新型的启动保护电路当主开关管的冲击电流过大时把主开关管断开，有效减小启动电流对主开关管的冲击,提高电源可靠性。
Description
[技术领域]
本实用新型涉及微功率开关电源，尤其涉及一种微功率开关电源的启动保护电路。
[背景技术]
微功率开关电源主要用于主要应用在大功率产品的辅源电路，由于大功率电源要求辅源路数多，空间要求紧凑，需要优化简化多路辅源输出电路以改善辅源带载能力。微功率开关电源由于隔离变压器的次级绕组等效为与输出电容并联，在不加限制的情况下，微功率开关电源启动时将产生很大的冲击电流，这个冲击电流远大于微功率开关电源的半导体开关的额定电流，造成半导体开关的性能下降、甚至损坏。为了限制开关电源的启动冲击电流，广泛使用的方法是，在电源的输入部分，使用电阻并联继电器的电路，通过电阻对后级的电容充电，再在电容充电达到一定电压后闭合继电器，以减小启动电流对半导体开关的冲击。但是，微功率开关电源本身的功率和体积已经很小，因而无法使用传统的电阻加继电器的方法来减小启动电流对半导体开关的冲击。
[发明内容]
本实用新型要解决的技术问题是提供一种可以有效地减小启动冲击电流,提高电源可靠性的微功率开关电源的启动保护电路。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种微功率开关电源的启动保护电路，包括取样电阻和辅助开关管，微功率开关电源包括原边电路、副边电路和变压器，副边电路包括与变压器副边绕组连接的输出整流滤波电路，原边电路包括主开关管，主开关管的第一端接直流电源的正极，第二端接变压器原边绕组的第一端；变压器原边绕组的第二端和直流电源的负极接地，主开关管的控制端接PWM控制信号输入引脚；主开关管的第二端通过取样电阻接变压器原边绕组的第一端，辅助开关管的第一端接主开关管的控制端，辅助开关管的第二端接变压器原边绕组的第一端。
以上所述的启动保护电路，原边电路包括限流电阻，所述的主开关管为第一NPN三极管，所述的辅助开关管为第二NPN三极管，第一NPN三极管的基极通过限流电阻接PWM控制信号输入引脚；第一NPN三极管的集电极接直流电源正极，发射极接取样电阻的第一端，取样电阻的第二端接变压器原边绕组的第一端；第二NPN三极管的基极接取样电阻的第一端，第二NPN三极管的集电极接第一NPN三极管的基极，第二NPN三极管的发射极接变压器原边绕组的第一端。
以上所述的启动保护电路，原边电路包括PNP三极管，PNP三极管的基极接第一NPN三极管的基极，PNP三极管的发射极接变压器原边绕组的第一端，PNP三极管的集电极接地。
以上所述的启动保护电路，原边电路包括第一隔直电容，变压器原边绕组的第二端通过第一隔直电容接地。
以上所述的启动保护电路，输出整流滤波电路包括第二隔直电容、第一二极管、第二二极管和滤波电容，第一二极管的阳极接变压器副边绕组的第一端和输出整流滤波电路直流输出端的负极，第一二极管的阴极通过第二隔直电容接变压器副边绕组的第二端；第二二极管的阳极接第一二极管的阴极，第二二极管的阴极接输出整流滤波电路直流输出端的正极，滤波电容接在输出整流滤波电路直流输出端的正负极之间。
以上所述的启动保护电路，取样电阻阻值R2的取值范围如下：
其中，
P0为微功率开关电源额定的输出功率，单位瓦；η为变压器的效率，Iv为额定的输出功率下主开关管的集电极电流，单位安；Ic为选定主开关的最大集电极电流，单位安；V1是直流电源的电压，单位伏；取样电阻阻值的单位为欧。
本实用新型的微功率开关管电源的启动保护电路当主开关管导通时的冲击电流会在取样电阻上产生很大的电压，这个电压控制辅助开关管工作，把主开关管断开，可以有效减小启动电流对主开关管的冲击,提高电源可靠性。
[附图说明]
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型实施例微功率开关电源的电路图。
[具体实施方式]
本实用新型实施例微功率开关电源的结构如图1所示，包括主电路和启动保护电路。主电路包括原边电路、副边电路和变压器T1。启动保护电路包括取样电阻R2和作为辅助开关管的NPN三极管Q1。
原边电路包括限流电阻R1，作为主开关管的NPN三极管Q2、PNP三极管Q3和隔直电容C1。NPN三极管Q2的基极通过限流电阻R1接PWM控制信号输入引脚PWM。NPN三极管Q2的集电极接直流电源V1的正极，NPN三极管Q2的发射极接取样电阻R2的第一端，取样电阻R2的第二端接变压器T1原边绕组的第一端。NPN三极管Q1的基极接取样电阻R2的第一端，取样电阻R2的第二端接变压器T1原边绕组的第一端。NPN三极管Q1的集电极接NPN三极管Q2的基极，NPN三极管Q1的发射极接变压器T1原边绕组的第一端。
PNP三极管Q3的基极接NPN三极管Q2的基极，PNP三极管Q3的发射极接变压器T1原边绕组的第一端，PNP三极管Q3的集电极接地。
变压器T1原边绕组的第二端通过隔直电容C1接地。直流电源V1的负极接地
输出整流滤波电路包括隔直电容C2、二极管D1、二极管D2和滤波电容C3。二极管D1的阳极接变压器T1副边绕组的第一端和输出整流滤波电路直流输出端的负极，二极管D1的阴极通过隔直电容C2接变压器T1副边绕组的第二端。二极管D2的阳极接二极管D1的阴极，二极管D2的阴极接输出整流滤波电路直流输出端的正极，滤波电容C3和负载R3接在输出整流滤波电路直流输出端的正负极之间。
取样电阻R2阻值的取值范围如下：
其中，
P0为微功率开关电源额定的输出功率，单位瓦。η为变压器T1的效率，Iv为额定的输出功率下主开关管的集电极电流，单位安。Ic为选定主开关的最大集电极电流，单位安。V1是直流电源V1的电压，单位伏。取样电阻R2阻值的单位为欧。
本实用新型实施例微功率开关管电源启动时，占空比为50％的PWM信号经限流电阻R1输入。占空比的高电平经过三极管Q2的基极-发射极、取样电阻R2、变压器T1的原边绕组和隔直电容C1产生基极电流，基极电流经过三极管Q2放大，放大后的集电极电流由直流电源V1提供、从三极管Q2的发射极输出；首次启动时，所有的电容的初始电荷量为零，电容等效为短路，在没有取样电阻R2的情况下，三极管Q2发射极输出的电流由直流电源V1的等效串联内阻、三极管Q2的发射极-集电极饱和电压、以及线路导线电阻决定，因此三极管Q2的发射极或者集电极的电流会非常大、远大于稳态的工作电流。冲击电流、大于100倍的稳态电流，会造成主开关管三极管Q2的可靠性大幅下降、并且会引起变压器T1饱和。在加入取样电阻R2和三极管Q1后，冲击电流在R2上产生压降，当压降大于三极管Q1的开启电压时，三极管Q2的发射结电压将被立即减小到NPN晶体管的饱和电压(小于0.3V)，主开关管三极管Q2断开，此时三极管Q2的集电极的电流主要由PWM的高电平和限流电阻R1(限流电阻R1的参数由PWM控制芯片的输出参数确定)决定，从而限制了三极管Q2的集电极或者发射极电流。三极管Q3和三极管Q2推挽互补工作，三极管Q3的发射极电压工作在V1和地的电压之间。
稳态时，由于取样电阻R2的阻值很小，直流电源V1提供的电流在流经变压器T1的原边绕组时产生的压降很小，因此三极管Q1不会导通，只具有限制启动冲击电流的作用。
稳态时保证在取样电阻R2上产生的电压降可以忽略，即R2的上限为：
瞬态时，启动时要限制冲击电流对主开关管的影响，选定主开关管的最大集电极电流为Ic，R2取值的下限为R2＝0.5/Ic。
本实用新型以上实施例微功率开关管电源的启动保护电路当主开关管导通时的冲击电流会在取样电阻上产生很大的电压，这个电压控制辅助开关管工作，把主开关管断开，可以有效减小启动电流对主开关管的冲击,提高电源可靠性。
本实用新型以上实施例的启动保护电路元器件少，结构简单，占用体积小。
Claims (6)
1.一种微功率开关电源的启动保护电路，微功率开关电源包括原边电路、副边电路和变压器，副边电路包括与变压器副边绕组连接的输出整流滤波电路，原边电路包括主开关管，主开关管的第一端接直流电源的正极，第二端接变压器原边绕组的第一端；变压器原边绕组的第二端和直流电源的负极接地，主开关管的控制端接PWM控制信号输入引脚；其特征在于，包括取样电阻和辅助开关管，主开关管的第二端通过取样电阻接变压器原边绕组的第一端，辅助开关管的第一端接主开关管的控制端，辅助开关管的第二端接变压器原边绕组的第一端。
2.根据权利要求1所述的启动保护电路，其特征在于，原边电路包括限流电阻，所述的主开关管为第一NPN三极管，所述的辅助开关管为第二NPN三极管，第一NPN三极管的基极通过限流电阻接PWM控制信号输入引脚；第一NPN三极管的集电极接直流电源正极，发射极接取样电阻的第一端，取样电阻的第二端接变压器原边绕组的第一端；第二NPN三极管的基极接取样电阻的第一端，第二NPN三极管的集电极接第一NPN三极管的基极，第二NPN三极管的发射极接变压器原边绕组的第一端。
3.根据权利要求1所述的启动保护电路，其特征在于，原边电路包括PNP三极管，PNP三极管的基极接第一NPN三极管的基极，PNP三极管的发射极接变压器原边绕组的第一端，PNP三极管的集电极接地。
4.根据权利要求1所述的启动保护电路，其特征在于，原边电路包括第一隔直电容，变压器原边绕组的第二端通过第一隔直电容接地。
5.根据权利要求1所述的启动保护电路，其特征在于，输出整流滤波电路包括第二隔直电容、第一二极管、第二二极管和滤波电容，第一二极管的阳极接变压器副边绕组的第一端和输出整流滤波电路直流输出端的负极，第一二极管的阴极通过第二隔直电容接变压器副边绕组的第二端；第二二极管的阳极接第一二极管的阴极，第二二极管的阴极接输出整流滤波电路直流输出端的正极，滤波电容接在输出整流滤波电路直流输出端的正负极之间。
6.根据权利要求1所述的启动保护电路，其特征在于，取样电阻阻值R2的取值范围如下：
其中，
P0为微功率开关电源额定的输出功率，单位瓦；η为变压器的效率，Iv为额定的输出功率下主开关管的集电极电流，单位安；Ic为选定主开关的最大集电极电流，单位安；V1是直流电源的电压，单位伏；取样电阻阻值的单位为欧。
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