TWM488805U - 一種低成本、集多重保護功能於一體的反激開關電源電路 - Google Patents
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Description
本創作技術涉及一種開關電源電路，特別涉及一種新型的反激結構的開關電源電路。
當今時代，人類社會面臨能源消耗過大，環境破壞嚴重的壓力，節能減排迫在眉睫，電器設備及電子產品為降低能源消耗，必須對其電源轉換器進行優化，實現更高的轉換效率和更低的靜態待機功耗。在中小功率領域，反激結構因為成本低廉，設計簡單被普遍採用，目前市面上在使用的反激式開關電源，其轉換效率，待機功耗等技術指標還存在進一步改進的空間。隨著各種新的能源標準，安全規範的頒布，將對現有的電源轉換器提出更高的技術要求。
本創作的目的在於提供一種至少克服上述技術瓶頸之一的反激式開關電源轉換電路。
根據本創作的反激開關電源電路，包括：整流、電磁干擾(EMI)濾波電路1，其被輸入交流電進行整流並進行電磁干擾濾波；反激開關電路2，其與所述整流、電磁干擾(EMI)濾波電路1的輸出端連接；輸出濾波電路3，其與所述反激開關電路2的輸出端連接；回饋採樣電路4，其對所述輸出濾波電路3的輸出進行採樣；供電電路6，其被連接在控制電路5與所述反激開關電路2之間，對所述控制電路5供電；驅動電路8，其連接在所述控制電路5與所述反激開關電路2之間，對所述反激開關電路2的通斷進行控制；輸入電壓掉電偵測和X電容檢測及放電電路9，其兩個輸入端與所述整流、電磁干擾(EMI)濾波電路1的X電容並聯，輸出端與控制晶片U1的高壓啟動腳HV連接；控制電路5，所述控制電路5包含
控制晶片U1、第一電阻Rovp、過溫保護電路OTP、以及第二電阻Rocp，所述控制晶片U1包括：驅動腳GATE，所述驅動腳GATE與所述驅動電路8連接；輸出回體腳FB，所述輸出回饋腳FB與所述回饋採樣電路4的輸出端連接；系統保護腳PRT，所述系統保護腳PRT經由所述第一電阻Rovp連接到所述反激開關電路2與所述供電電路6的連接點來進行過壓保護，並且所述系統保護腳PRT經由過溫保護電路OTP連接到地來進行過溫保護；供電輸入腳VDD，所述供電輸入腳VDD與所述供電電路6連接，用於向所述控制晶片U1供電；電流採樣腳CS，所述電流採樣腳CS經由所述第二電阻Rocp與所述反激開關電路2連接；高壓啟動腳HV，所述高壓啟動腳HV與所述輸入電壓掉電偵測和X電容檢測及放電電路9的輸出端連接；以及晶片接地腳GND，所述晶片接地腳GND接地。
根據上述的反激開關電源電路，其中，所述反激開關電路2為反激變壓器、開關管、原邊電流採樣電阻的串聯連接，所述供電電路6與所述反激變壓器的輔組繞組連接，所述驅動電路8與所述開關管的柵極連接，所述第二電阻Rocp與所述原邊電流採樣電阻的未接地的一端連接。
根據上述的反激開關電源電路，其中，當所述開關管接通時，所述回饋採樣電路4的輸出被輸入到所述輸出回饋腳FB，所述反激開關電路2的電流採樣信號經由所述第二電阻Rocp流入到所述電流採樣腳CS，所述控制晶片U1基於上述兩個採樣信號通過所述驅動腳GATE輸出驅動脈衝信號。
根據上述的反激開關電源電路，其中，當所述反激開關電路2所具有的開關管截止時，所述控制晶片U1從所述電流採樣腳CS流出電流，該流出電流在所述第二電阻Rocp上產生電壓，以用於過流保護補償，所述第二電阻Rocp的電阻值可調。
根據上述的反激開關電源電路，其中，當所述開關管截止時，所述控制晶片U1經由所述驅動電路8從所述反激開關電路2檢測到震盪電壓，以在內部基於該震盪電壓計算退磁時間。
根據上述的反激開關電源電路，其中，所述過溫保護電路OTP是二極體與負溫度係數電阻(NTC)的串聯組合，二極體的陽極與所
述系統保護腳PRT連接，所述系統保護腳PRT經由所述過溫保護電路OTP而接地。
根據上述的反激開關電源電路，其中，所述過溫保護電路OTP還具有第三電阻，所述第三電阻在所述二極體的陰極側與所述二極體、所述負溫度係數電阻(NTC)串聯連接。
根據上述的反激開關電源電路，其中，還具有過沖吸收電路7，所述過沖吸收電路7連接在所述反激變壓器的原邊繞組的兩端。
根據上述的反激開關電源電路，其中，所述第一電阻Rovp的一端連接到所述系統保護腳PRT，另一端連接到所述輔助繞組和所述供電電路6的連接點，所述系統保護腳PRT通過所述第一電阻Rovp檢測由流入控制晶片U1的電流獲得的輸出電壓信號，以在輸出發生過壓時進行過壓保護，關閉系統。
根據上述的反激開關電源電路，其中，在所述開關管關斷時，所述系統保護腳PRT連接到所述第一電阻Rovp與所述過溫保護電路OTP的連接點，所述第一電阻Rovp、所述二極體、所述負溫度係數電阻(NTC)被依次連接，通過所述系統保護腳PRT的信號來檢測輔組繞組的電壓資訊、退磁資訊、以及變壓器原邊繞組的諧振資訊，來進行退磁偵測。
根據本創作的反激式開關電源電路，實現了過壓保護、過溫保護、過流保護補償、退磁檢測、掉電保護等功能，具備待機功耗低，效率高，啟動時間短，EMI輻射低等特點，並能符合各種安規標準。
1‧‧‧整流、電磁干擾(EMI)濾波電路
2‧‧‧反激開關電路
3‧‧‧輸出濾波電路
4‧‧‧回饋採樣電路
5‧‧‧控制電路
6‧‧‧供電電路
7‧‧‧過沖吸收電路(吸收電路)
8‧‧‧驅動電路
9‧‧‧放電電路
U1‧‧‧控制晶片
Rovp‧‧‧第一電阻
Rocp‧‧‧第二電阻
OTP‧‧‧過溫保護電路
HV‧‧‧高壓啟動腳
GATE‧‧‧驅動腳(柵極驅動腳)
FB‧‧‧輸出回饋腳
PRT‧‧‧系統保護腳
VDD‧‧‧供電輸入腳
CS‧‧‧電流採樣腳
GND‧‧‧晶片接地腳
FUSE‧‧‧保險絲
CX1‧‧‧X電容
MOV‧‧‧壓敏電阻
T‧‧‧反激變壓器
R‧‧‧電阻
第1圖是本創作涉及的反激開關電源電路的示意圖。
第2圖是用於示出OVP和OTP保護分時檢測的電路。
第3圖是示出OTP電路的具體接法的圖。
第4圖是示出吸收電路AB兩點連接方法的圖。
第5圖是示出驅動電路CD兩點間連接方法的圖。
第6圖是示出了過流保護調整電路以及驅動電路作為退磁檢測電路的
示意圖。
第7圖是示出供電電路GH兩點間連接方法的圖。
第8圖是退磁檢測以及OCP補償時相應位置處的電壓的波形圖。
第9圖是輸入電壓掉電偵測電路、X電容檢測及放電電路的示意圖。
下面將詳細描述本創作各個方面的特徵和示例性實施例。下面的描述涵蓋了許多具體細節，以便提供對本創作的全面理解。但是，對於本領域技術人員來說顯而易見的是，本創作可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本創作的示例來提供對本創作更清楚的理解。本創作絕不限於下面所提出的任何具體配置，而是在不脫離本創作的精神的前提下覆蓋了相關元素或部件的任何修改、替換和改進。
本創作電路基於反激式開關電源電路而開發，第1圖是本創作涉及的反激開關電源電路的示意圖。參考附圖，對本創作進行說明。反激開關電源電路包括AC輸入整流、電磁干擾(
ElectroMagnetic Interference,EMI)濾波電路1、反激開關電路2、輸出濾波電路3、回饋採樣電路4、控制電路5、供電電路6、過沖吸收電路(也稱為吸收電路)7，驅動電路8、和輸入電壓掉電(Brownout)偵測和X電容檢測及放電電路9。
下面，詳細說明根據本創作實施例的反激式開關電源電路中所包括的各個電路元件。其中：整流、EMI濾波電路1包括保險絲FUSE、兩級共模濾波電感、X電容CX1、壓敏電阻MOV、整流橋、輸出濾波電容部分構成，被輸入交流電進行整流並進行電磁干擾濾波。
反激開關電路2與所述整流、電磁干擾(EMI)濾波電路1的輸出端連接，並包括反激變壓器T、開關MOSFET管(場效電晶體)、原邊電流取樣電阻。
輸出濾波電路3與所述反激開關電路2的輸出端連接，包括輸出整流二極體、濾波電容兩個主要部分。整流二極體上並聯有阻容吸收
電路(以下稱為RC吸收電路)，RC吸收電路可以根據需要進行調整或者不使用。另外，針對不同的輸出紋波要求，輸出濾波電路3可以增加Π型濾波電路或者共模濾波電路。
回饋採樣電路4對所述輸出濾波電路3的輸出進行採樣，包括穩壓電路(例如TL431)、光電耦合器(以下簡稱光耦)、以及回饋電阻電容構成，對輸出電壓進行採樣，通過TL431環路調節，回饋到原邊控制晶片中，調節開關MOSFET管占空比。
控制電路5作為控制模組其主要元件是一顆PWM控制晶片及必要的週邊輔助元件。該PWM控制晶片例如是OB2282或類似功能的控制晶片，該PWM控制晶片總共包含8只腳，分別是：
①柵極驅動腳GATE，用於控制開關管(MOSFET)的開關，與驅動電路8相連接。在驅動關閉時，這個腳也複用於退磁檢測功能。
②輸出回饋腳FB，與所述回饋採樣電路4的輸出端連接，即與光耦相連，通過光耦將回饋信號輸入晶片。
③系統保護腳PRT，用於系統過溫保護、外部輸出過壓(OVP)保護以及退磁與谷底開通偵測。系統保護腳PRT是輸出過壓保護和過溫(OTP)保護複用腳，通過第二電阻Rocp(檢測輸出過壓保護電阻)連接反激開關電路2，即，連接到輔組繞組與供電電路6的交匯點，用於通過採樣供電繞組上的退磁平臺流入晶片電流而獲得輸出電壓資訊，當發生輸出過壓時進行保護。
系統保護腳PRT可以連接一個過溫保護電路OTP保護電路到地，在實現輸出過壓保護的同時實現過溫保護，OTP保護與OVP保護互不干擾，可以分別或者同時實現該功能。
除了以上功能這個腳也可以用來偵測退磁時間和進行谷底開通偵測。
④供電輸入腳VDD，與供電電路6連接，用於晶片供電。
⑤電流採樣腳CS，用於採樣變壓器原邊電流在取樣電阻上的電壓信號，這個腳同時在MOSFET管關斷後流出一個電流，用於補償輸出過流保護(OCP)閾值。
⑥高壓啟動腳HV，與輸入電壓掉電偵測和X電容檢測及放電電路9的輸出端連接，用於高壓啟動、掉電(Brownout)檢測、輸入插頭拔電檢測和X電容放電檢測，與輸入電壓掉電偵測和X電容檢測及放電電路9的輸出端連接。
⑦晶片接地腳GND，晶片的參考接地。
這裡，電流採樣腳CS在電流採樣信號通過RC濾波後流入該腳。輸出回饋腳FB和電流採樣腳CS通過晶片內部運算產生PWM(脈衝寬度調整)輸出。
系統保護腳PRT是輸出電壓檢測和溫度檢測複用腳，通過第一電阻Rovp檢測輸出電壓信號，如果輸出發生過壓保護(OVP)，則系統關閉。檢測輸出過壓保護(OVP)第一電阻Rovp一端連接到系統保護腳PRT與過溫保護電路OTP交匯點，另一端連接到供電電路6與輔組繞組的連接點。
第2圖是用於示出OVP和OTP保護分時檢測的電路。
在第2圖所示的電路中，第一電阻Rovp一端連接到輔助繞組，另一端接到過溫保護電路OTP，在開關MOSFET管關斷時，系統保護腳PRT上可以偵測到輔組繞組的電壓資訊、退磁資訊和變壓器原邊繞組的諧振資訊，使用第2圖所示的電路除了可以實現退磁時間偵測外，也可以用來檢測原邊諧振谷底，實現準諧振(QR)谷底開通。
這個電路與普通的QR諧振晶片有所不同，主要區別是普通的QR晶片退磁偵測是通過電阻分壓實現，而PWM控制晶片OB2282分壓電阻中間除了增加串聯一個二極體外，還會使用一個負溫度係數電阻(NTC)實現分壓。
第3圖是過溫保護電路(OTP)的具體接法的圖，負溫度係數電阻(溫敏電阻NTC)、電阻R和二極體串聯連接至地，通過流出的基準電流在負溫度係數電阻(溫敏電阻NTC)、電阻R和二極體串聯的支路上產生的電壓隨溫度的變化，來偵測系統溫度，在系統溫度過高時，晶片會發生輸入過溫保護，停止驅動輸出。其中，電阻R和負溫度係數電阻(NTC)與二極體可以交換位置，電阻R也可以省掉，如第3圖所示的連
接，但並不僅限於第3圖的三種連接方法。
第4圖是示出吸收電路AB兩點連接方法的圖，第5圖是示出驅動電路CD兩點間連接方法的圖，第7圖是示出供電電路GH兩點間連接方法的圖。
吸收電路7在電路中連接到A、B兩點，可以如第4圖所示的各種方法進行連接。驅動電路8被連接在控制電路5與所述反激開關電路2之間，對控制電路5供電，在電路中連接在C(柵極驅動腳GATE)、D兩點，可以如第5圖所示的各種方法進行連接。供電電路6在電路中連接在G(供電輸入腳VDD)、H兩點，可以如第7圖所示的各種方法進行連接，上述吸收電路7、驅動電路8、供電電路6的連接並不限於圖式所示，可以根據不同的系統要求進行變化。
第6圖是示出了過流保護調整電路以及驅動電路作為退磁檢測電路的示意圖。第8圖是退磁檢測以及0CP補償時的相應位置處的電壓的波形圖。
第6圖的虛線箭頭示出驅動電路作為退磁檢測電路時的示意圖。驅動電路8在開關MOSFET管關斷後可以作為退磁檢測電路，因為柵極驅動腳GATE關閉且退磁結束後，變壓器原邊電感與MOSFET結電容形成諧振，當諧振發生時，如第6圖中虛線所示電容和箭頭、以及第8圖所示，震盪電壓通過開關MOSFET管漏極與柵極的結電容耦合到柵極驅動腳GATE上，晶片內部偵測這個震盪電壓，該震盪電壓如第8圖的驅動腳GATE的電壓示意圖所示，晶片內部通過該震盪電壓可以計算出退磁時間。這個退磁時間配合內部演算法電路可以實現精准的過流保護(OCP)功能。
除了內置精准的OCP保護環路外，PWM控制晶片OB2282也可以實現OCP保護的外部調節。如第6圖中實線所示的箭頭所示，該外部調節如下進行：當柵極驅動腳GATE關閉後，晶片內部從電流採樣腳CS流出一個電流，通過該電流在第二電阻Rocp上產生一個電壓，這個電壓被晶片內部偵測到，該電壓如第8圖的電流採樣腳CS所示，用於補償輸出OCP閾值，所以可以通過調節第二電阻Rocp的電阻值來調節OCP閾值。
第9圖是輸入電壓掉電偵測電路、X電容檢測及放電電路9
的示意圖。
PWM控制晶片OB2282高壓啟動腳HV通過電阻與兩個二極體的陰極相連，插電後，電流通過二極體和電阻流入晶片，對供電輸入腳VDD處電容充電，當供電輸入腳VDD處電容電壓達到額定電壓後，晶片啟動工作。正常工作時，高壓啟動腳HV通過第9圖所示的電路檢測X電容兩端的交流輸入電壓，當電壓低於晶片資料表(Datasheet)設定值時，發生掉電(Brownout)保護，停止柵極驅動腳GATE輸出。拔電後，交流波形消失。晶片通過第9圖所示的電路和內部電路配合可以偵測到上述現象，並在偵測到後通過X電容放電電路動作，快速放掉X電容儲存電荷，滿足安規需求。
以上已經參考本創作的具體實施例來描述了本創作，但是本領域技術人員均瞭解，可以對這些具體實施例進行各種修改、組合和變更，而不會脫離由所附申請專利範圍或其等同物限定的本創作的精神和範圍。此外，附圖中的任何信號箭頭應當被認為僅是示例性的，而不是限制性的，除非另有具體指示。當術語被預見為使分離或組合的能力不清楚時，元件或者步驟的組合也將被認為是已經記載了。
1‧‧‧整流、電磁干擾(EMI)濾波電路
2‧‧‧反激開關電路
3‧‧‧輸出濾波電路
4‧‧‧回饋採樣電路
5‧‧‧控制電路
6‧‧‧供電電路
7‧‧‧過沖吸收電路(吸收電路)
8‧‧‧驅動電路
9‧‧‧放電電路
Claims (10)
- 一種反激開關電源電路，包括：整流、電磁干擾濾波電路，其被輸入交流電進行整流並進行電磁干擾濾波；反激開關電路，其與所述整流、電磁干擾濾波電路的輸出端連接；輸出濾波電路，其與所述反激開關電路的輸出端連接；回饋採樣電路，其對所述輸出濾波電路的輸出進行採樣；供電電路，其被連接在控制電路與所述反激開關電路之間，對所述控制電路供電；驅動電路，其連接在所述控制電路與所述反激開關電路之間，對所述反激開關電路的通斷進行控制；輸入電壓掉電偵測和X電容檢測及放電電路，其兩個輸入端與所述整流、電磁干擾濾波電路的X電容並聯，輸出端與控制晶片的高壓啟動腳連接；控制電路，所述控制電路包含控制晶片、第一電阻、過溫保護電路、以及第二電阻，所述控制晶片包括：驅動腳，所述驅動腳與所述驅動電路連接；輸出回饋腳，所述輸出回饋腳與所述回饋採樣電路的輸出端連接；系統保護腳，所述系統保護腳經由所述第一電阻連接到所述反激開關電路與所述供電電路的連接點來進行過壓保護，並且所述系統保護腳經由過溫保護電路連接到地來進行過溫保護；供電輸入腳，所述供電輸入腳與所述供電電路連接，用於向所述控制晶片供電；電流採樣腳，所述電流採樣腳經由所述第二電阻與所述反激開關電路連接；高壓啟動腳，所述高壓啟動腳與所述輸入電壓掉電偵測和X電容檢測及放電電路的輸出端連接；以及晶片接地腳，所述晶片接地腳接地。
- 如申請專利範圍第1項所述之反激開關電源電路，其中，所述反激開關電路為反激變壓器、開關管、原邊電流採樣電阻的串聯 連接，所述供電電路與所述反激變壓器的輔組繞組連接，所述驅動電路與所述開關管的柵極連接，所述第二電阻與所述原邊電流採樣電阻的未接地的一端連接。
- 如申請專利範圍第2項所述之反激開關電源電路，其中，當所述開關管接通時，所述回饋採樣電路的輸出被輸入到所述輸出回饋腳，所述反激開關電路的電流採樣信號經由所述第二電阻流入到所述電流採樣腳，所述控制晶片基於上述兩個採樣信號通過所述驅動腳輸出驅動脈衝信號。
- 如申請專利範圍第2項所述之反激開關電源電路，其中，當所述反激開關電路所具有的開關管截止時，所述控制晶片從所述電流採樣腳流出電流，該流出電流在所述第二電阻上產生電壓，以用於過流保護補償，所述第二電阻的電阻值可調。
- 如申請專利範圍第2項所述之反激開關電源電路，其中，當所述開關管截止時，所述控制晶片經由所述驅動電路從所述反激開關電路檢測到震盪電壓，以在內部基於該震盪電壓計算退磁時間。
- 如申請專利範圍第2項所述之反激開關電源電路，其中，所述過溫保護電路是二極體與負溫度係數電阻的串聯組合，二極體的陽極與所述系統保護腳連接，所述系統保護腳經由所述過溫保護電路而接地。
- 如申請專利範圍第6項所述之反激開關電源電路，其中，所述過溫保護電路還具有第三電阻，所述第三電阻在所述二極體的陰極側與所述二極體、所述負溫度係數電阻串聯連接。
- 如申請專利範圍第2項所述之反激開關電源電路，其中，還具有過沖吸收電路，所述過沖吸收電路連接在所述反激變壓器的原邊繞組的兩端。
- 如申請專利範圍第2項所述之反激開關電源電路，其中，所述第一電阻的一端連接到所述系統保護腳，另一端連接到所述輔助繞組和所述供電電路的連接點，所述系統保護腳通過所述第一電阻檢測由流入控制晶片的電流獲得的輸出電壓信號，以在輸出發生過壓時進行過壓保護，關閉系統。
- 如申請專利範圍第6項所述之反激開關電源電路，其中，在所述開關管關斷時，所述系統保護腳連接到所述第一電阻與所述過溫保護電路的連接點，所述第一電阻、所述二極體、所述負溫度係數電阻被依次連接，通過所述系統保護腳的信號來檢測輔組繞組的電壓資訊、退磁資訊、以及變壓器原邊繞組的諧振資訊，來進行退磁偵測。
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