專利名稱:一種帶輸出短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及小功率DC-DC變換電源,特別涉及一種用于這種變換電源的帶輸出短 路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器。
背景技術(shù):
由于自振蕩反激變換器要求體積越來(lái)越小,頻率越來(lái)越高,功率密度也越來(lái)越大。 因此對(duì)輸出短路保護(hù)的要求越來(lái)越高,尤其是在輸出短路的情況下要求變換器的內(nèi)部損耗 更小。這就需要增加外圍電路來(lái)實(shí)現(xiàn)自振蕩反激變換器的輸出短路保護(hù)。目前,實(shí)現(xiàn)這種 功能電路的某些技術(shù)方案已經(jīng)比較成熟,但其共同缺點(diǎn)是外圍元件比較多,同時(shí)增加了開(kāi) 發(fā)成本和技術(shù)難度。現(xiàn)有自振蕩反激變換器(RCC)較為理想的電路原理框圖如圖1所示,主要包括輸 入濾波部分、軟啟動(dòng)部分、MOS管、變壓器、脈沖頻率調(diào)制部分(PFM)、基準(zhǔn)放大部分、隔離光 耦、穩(wěn)壓輸出回路部分等電路,其中輸入電量經(jīng)變壓器連接輸出回路部分;軟啟動(dòng)部分連 接MOS管的柵極,該MOS管的柵極還接脈沖頻率調(diào)制部分;在脈沖頻率調(diào)制部分和穩(wěn)壓輸出 回路部分之間還接有基準(zhǔn)放大部分、隔離光耦,由此形成電壓負(fù)反饋回路。上述自振蕩反激變換器的實(shí)現(xiàn)輸出短路保護(hù)功能時(shí)多采用在主回路中設(shè)計(jì)“打嗝 式”短路保護(hù)電路,其工作原理為當(dāng)短路發(fā)生時(shí),主回路的電流一定會(huì)增大;當(dāng)電流增大到 一定程度時(shí),認(rèn)定短路發(fā)生并觸發(fā)保護(hù);觸發(fā)保護(hù)后,通過(guò)不斷地啟動(dòng)電路來(lái)“試驗(yàn)”短路情 況是否消除。如果短路情況消除,則重新啟動(dòng)電路成功,以實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)自動(dòng)恢復(fù);如果短 路情況仍然存在,則電路的電流則還會(huì)增大到認(rèn)定短路發(fā)生的強(qiáng)度,這時(shí)再次觸發(fā)短路保 護(hù)。該保護(hù)電路的主要缺點(diǎn)在于1、電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜;2、因位于主回路中,持續(xù)短路時(shí)功率損 耗較大;3、由于需要不斷“試驗(yàn)”短路情況是否消除,因而對(duì)負(fù)載不斷沖擊,甚至?xí)构收蠑U(kuò) 大。目前業(yè)界常用的一種小功率DC-DC變換電源的自振蕩反激變換器如圖2所示,其 電路基本組成是脈沖頻率調(diào)制部分主要由NPN型三極管TRl、電容C6和C5、電阻Rll和 R9、續(xù)流二極管D3及反饋繞組P3等組成;輸入電壓從初級(jí)繞組Pl的同名端接入,而初級(jí)繞 組Pl的異名端接MOS管TR2的漏極,該MOS管TR2的源極分別通過(guò)電阻R5接地和通過(guò)偏 置電阻R9接三極管TR2的基極,且該偏置電阻R9的兩端并聯(lián)電容C5 ;三極管TRl集電極接 MOS管TR2的柵極,同時(shí)三極管TRl的發(fā)射極接地;反饋繞組P3同名端經(jīng)電容C6、電阻Rll 接MOS管TR2的柵極;此外,輸入電壓的另外一路經(jīng)軟啟動(dòng)部分接MOS管TR2的柵極;而基 準(zhǔn)放大部分由穩(wěn)壓器ADJ組成,其作用為以輸出回路部分的采樣電壓為負(fù)反饋信號(hào),經(jīng)光 耦OCl輸入到脈沖頻率調(diào)制部分的晶體三極管TRl的基極,形成電壓負(fù)反饋回路;穩(wěn)壓輸出 回路部分主要由變壓器Tl的次級(jí)繞組P2、整流二極管Dl和濾波電容C3連接而成。上述電路在輸出短路時(shí),由于初級(jí)繞組Pl和反饋繞組P3漏感的存在,MOS管TR2 關(guān)斷瞬間使得原邊繞組Pl漏感、反饋繞組P3漏感分別與電容C14、Cll諧振,該諧振使得 MOS管處于反復(fù)關(guān)斷狀態(tài),這使得MOS管消耗能量和原邊繞組傳遞能量瞬速增加,從而最終導(dǎo)致短路功耗增大,甚至使得產(chǎn)品被損壞。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此,本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種帶輸出短路保護(hù)功能的自振蕩反 激變換器,可簡(jiǎn)化輸出短路保護(hù)電路的結(jié)構(gòu),降低電路損耗;尤其可以在輸出短路時(shí)還可以 實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的快速關(guān)斷,減小開(kāi)關(guān)損耗,提高電路的轉(zhuǎn)換效率。為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明提供一種帶輸出短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換 器,依次包括輸入濾波電路、主功率電路及輸出濾波電路,所述主功率電路包括變壓器原邊 繞組、輸出繞組以及開(kāi)關(guān)管,以實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換、傳遞以及輸入與輸出的隔離,還包括輸出 短路保護(hù)電路,所述輸出短路保護(hù)電路設(shè)置于所述主功率電路的負(fù)反饋回路之中。較優(yōu)地,所述輸出短路保護(hù)電路包括一負(fù)反饋繞阻;一續(xù)流支路,連接所述負(fù)反 饋繞組的同名端;一用于吸收負(fù)反饋繞組漏感的電路,連接所述負(fù)反饋繞組的異名端。較優(yōu)地,所述續(xù)流支路由一續(xù)流二級(jí)管陽(yáng)極接地組成。較優(yōu)地,所述用于吸收負(fù)反饋繞組漏感的電路由負(fù)反饋電阻的一條支路組成,該 支路由電阻和電容各一順次串聯(lián)后接地,并在所述電容的兩端并聯(lián)一電阻組成。較優(yōu)地,所述用于吸收負(fù)反饋繞組漏感的電路由與異名端串接的一電阻、異名端串 接一電阻后的支路組成;所述異名端串接一電阻后的支路由一電容和電阻并聯(lián)后接地組成。較優(yōu)地,所述用于吸收負(fù)反饋繞組漏感的電路由負(fù)反饋電阻的一條支路組成,該 支路則由電容和電阻各一順次串聯(lián)后接地,并在所述電容輸入端和所述電阻輸出端并聯(lián)一 電阻組成。較優(yōu)地,所述用于吸收負(fù)反饋繞組漏感的電路由負(fù)反饋電阻的一條支路組成,該 支路則由電容和電阻各一順次串聯(lián)后接地組成。較優(yōu)地,所述用于吸收負(fù)反饋繞組漏感的電路由負(fù)反饋電阻的一條支路組成,該 支路則由電阻和電容各一順次串聯(lián)后接地組成。較優(yōu)地,所述用于吸收負(fù)反饋繞組漏感的電路由與異名端串接的一電阻、異名端 串接一電阻后的支路組成;所述異名端串接一電阻后的支路由一電容接地組成。較優(yōu)地,所述輸入濾波電路與所述主功率電路之間依次設(shè)置軟啟動(dòng)電路和雙管驅(qū) 動(dòng)控制電路,構(gòu)成所述主功率電路的控制支路。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明帶輸出短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器中,輸出短路 保護(hù)電路位于主功率回路的反饋回路之中,其有益技術(shù)效果是由于該反饋回路的電流相 對(duì)主回路電流可以忽略,因此輸出短路保護(hù)電路自身消耗的能量非常少,從而可以進(jìn)一步 降低短路損耗,提高電源效率;而且可使該輸出短路保護(hù)電路結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、體積更小,并 易于實(shí)施,降低制造成本;特別地,由于輸出短路保護(hù)電路中設(shè)有用于吸收負(fù)反饋繞組漏感 的電路,從而可以吸收該負(fù)反饋繞組漏感能量,由此減小開(kāi)關(guān)管的反復(fù)開(kāi)關(guān)次數(shù),使開(kāi)關(guān)快 速進(jìn)入關(guān)斷,進(jìn)一步減小短路時(shí)原邊繞組能量傳輸和開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗,更好地實(shí)現(xiàn)輸出 短路保護(hù)目的。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中自振蕩反激變換器的一種較為理想的電路原理框圖2為目前業(yè)界常用的一種小功率DC-DC變換電源的自振蕩反激變換器的電路 圖;圖3為本發(fā)明帶輸出短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器的功能框圖;圖4為圖3所示帶短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器第一實(shí)施例的電路圖;圖5為圖3所示帶短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器第二實(shí)施例的輸出短路保護(hù) 部分電路圖;圖6為圖3所示帶短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器第三實(shí)施例的輸出短路保護(hù) 部分電路圖;圖7為圖3所示帶短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器第四實(shí)施例的輸出短路保護(hù) 部分電路圖;圖8為圖3所示帶短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器第五實(shí)施例的輸出短路保護(hù) 部分電路圖;圖9為圖3所示帶短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器第六實(shí)施例的輸出短路保護(hù) 部分電路圖;圖10為無(wú)輸出短路保護(hù)的電源MOS管驅(qū)動(dòng)波形與反饋繞組電流波形圖;圖11為采用本發(fā)明輸出短路保護(hù)功能的電源MOS管驅(qū)動(dòng)波形與反饋繞組電流波 形圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的核心為輸出短路保護(hù)電路位于主功率回路的反饋回路之中,并進(jìn)一步在 該輸出短路保護(hù)電路中設(shè)置一用于吸收負(fù)反饋繞組漏感的電路。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案,下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。參見(jiàn)圖3,為本發(fā)明帶輸出短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器(以下或簡(jiǎn)稱電源) 的功能框圖,其中DC輸入經(jīng)輸入濾波電路、主功率電路、輸出濾波電路后輸出,得到DC輸 出;在電源的輸出端有一取樣電流流經(jīng)取樣電路、誤差放大電路、雙管驅(qū)動(dòng)控制電路后對(duì)主 功率電路中的主開(kāi)關(guān)管(優(yōu)選為MOS管)進(jìn)行負(fù)反饋控制;同時(shí),在輸入濾波電路的輸出 端連接有一軟啟動(dòng)電路,該軟啟動(dòng)電路另一端與雙管驅(qū)動(dòng)控制電路連接以實(shí)現(xiàn)電源的軟啟 動(dòng)功能;尤為重要的是,在主功率電路中的負(fù)反饋回路中的負(fù)反饋繞組輸出回路中有一短 路保護(hù)電路,該短路保護(hù)電路的另一端連接至雙管驅(qū)動(dòng)電路。圖3中標(biāo)識(shí)了 Is-sl、SD-dC、 IS-s、GD-dc等四路信號(hào)以反映雙管驅(qū)動(dòng)控制電路的工作過(guò)程,下面結(jié)合具體實(shí)現(xiàn)電路進(jìn)一 步說(shuō)明。參見(jiàn)圖4,為本發(fā)明帶輸出短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器第一實(shí)施例。該實(shí)現(xiàn) 電路主要包括以下幾個(gè)組成部分輸入濾波電路11、軟啟動(dòng)電路12、主功率電路13、雙管驅(qū) 動(dòng)控制電路14、輸出短路保護(hù)電路15、輸出濾波電路16、穩(wěn)壓電路17,其中輸入濾波電路11,包括濾波電容C0、C1和濾波電感L0,其結(jié)構(gòu)為公知的π型濾波 電路原理結(jié)構(gòu),在此不詳細(xì)說(shuō)明。軟啟動(dòng)電路12,包括分壓電阻R10、R13、R14,啟動(dòng)電容C9和二極管D4。其工作原 理為當(dāng)接入輸入電壓時(shí),電流經(jīng)RlO對(duì)C9充電,經(jīng)過(guò)時(shí)間t = R10*C9后電容電壓達(dá)到MOS門限電壓,實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)軟啟動(dòng)功能。主功率電路13,包括變壓器原邊繞組Pl、輸出繞組P2,M0S管TRl、限流電阻R5,輸 出整流二極管D1,實(shí)現(xiàn)電源能量的轉(zhuǎn)換、傳遞以及輸入與輸出隔離。另外,在MOS管TRl的 柵極反向接有穩(wěn)壓管Z4,可使MOS管TRl的柵極啟動(dòng)電壓箝制在預(yù)定電平上。雙管驅(qū)動(dòng)控制電路14,包括電阻R6、R9、R111,電容C5、C12,NPN型二極管TR2、PNP 型二極管TR3等元件,其工作原理為當(dāng)輸出電壓偏高時(shí)光耦OCl導(dǎo)通,使得三極管TR2、 TR3分別導(dǎo)通,加速M(fèi)OS管TRl關(guān)斷。輸出短路保護(hù)電路15,包括反饋繞組P3,電阻R1A、R1B,電容C11,二極管D3 ;該短 路保護(hù)電路負(fù)反饋繞組P3異名端與R1A、R1相連,RlA另一端與R1B、C11相連,RIB、Cll另 一端接地,負(fù)反饋繞組P3同名端與C6、二極管D3的陰極相連,二極管D3的陽(yáng)極接地,C6另 一端與Rll相連,Rll另一端接MOS管TRl的柵極(G極)。該電路的工作原理為當(dāng)電源 輸出短路時(shí),RlA快速吸收反饋繞組P3漏感所存儲(chǔ)的能量,加速漏感與電容Cll的阻尼振 蕩;此外,RlB對(duì)Cll進(jìn)行分流,降低電容兩端電壓,從而降低MOS管的驅(qū)動(dòng)電壓。圖10與 圖11的波形對(duì)比可清楚顯示輸出短路保護(hù)電路對(duì)于整個(gè)電路的性能改善,其中圖10顯示 未加短路保護(hù)時(shí)反饋繞組漏感與Cll諧振,反饋繞組漏感對(duì)Cll充放電,由于MOS管的驅(qū)動(dòng) 電壓Vgs - Vc^iVut且Cll電容容值比較大,在諧振周期內(nèi)其電壓幾乎不變,由于諧振導(dǎo)致 反饋繞組漏感兩端電壓在+Vut和-Vut變化,即MOS管處于反復(fù)關(guān)斷狀態(tài),極大地增加了 MOS 管損耗和原邊能量傳輸,導(dǎo)致產(chǎn)品過(guò)熱損壞;圖11顯示增加短路保護(hù)電路時(shí)反饋繞組漏感 與Cl 1、RlA阻尼振蕩,MOS管瞬速被關(guān)斷,既減少了 MOS管自身的能量損耗又減少了變壓器 Tl原邊向副邊傳遞的能量,從而達(dá)到短路保護(hù)目的。輸出濾波電路16,包括電容C3,也可采用其它現(xiàn)有濾波電路,具體可按有關(guān)技術(shù) 手冊(cè)選定。穩(wěn)壓電路17,主要包括穩(wěn)壓器ADJ,其通過(guò)光耦OCl連接到主功率電路及輸出短路 保護(hù)電路15及雙管驅(qū)動(dòng)控制電路14,在此不再贅述。以下分別對(duì)另外五種電路簡(jiǎn)要進(jìn)行說(shuō)明,其中僅示出輸出短路保護(hù)電路部分,它 們的接法與圖4相同。為方便起見(jiàn),將有關(guān)元件后統(tǒng)一附加數(shù)字表示為第幾種實(shí)施例中的 相應(yīng)元件,如C6-2為第表示第二實(shí)施例中的C6,R1-2為第表示第二實(shí)施例中的Rl。參見(jiàn)圖5,圖6,其中分別給出了第二、第三輸出帶短路保護(hù)的自振蕩反激變換器 電路。它們與圖4所示電路的工作原理類似,其區(qū)別僅在于短路保護(hù)電路25中的RlAUS 路保護(hù)電路35中的R1A-3的位置較短路保護(hù)電路15中的RlA的位置發(fā)生變化。圖7給出了第四種輸出帶短路保護(hù)的自振蕩反激變換器電路,其與圖4的區(qū)別在 于輸出短路保護(hù)電路45中去掉了短路保護(hù)電路15中所述R1B。其工作原理與圖4的區(qū)別 在于,輸出短路時(shí)C11-4兩端電壓沒(méi)有分流支路,即C11-4電壓幾乎不變;R1A-4短路保護(hù) 原理同短路保護(hù)電路15中的RlA類似,不再贅述。圖8、圖9分別給出了第五、第六種帶短路保護(hù)的自振蕩反激變換器電路。它們與 圖7的工作原理類似,其區(qū)別僅在于短路保護(hù)電路55中R1A-5、短路保護(hù)電路65中R1A-6 的位置較短路保護(hù)電路15中RlA的位置發(fā)生變化。除上述說(shuō)明的幾種實(shí)施電路外,本行業(yè)技術(shù)人員通過(guò)以上描述與附圖舉例能自然 聯(lián)想到的其它等同應(yīng)用方案。需說(shuō)明的是,以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō),在不脫離本發(fā)明原理的前提下, 對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干的改進(jìn)和修飾落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種帶輸出短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器,依次包括輸入濾波電路、主功率電路及輸出濾波電路,所述主功率電路包括變壓器原邊繞組、輸出繞組以及開(kāi)關(guān)管,以實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換、傳遞以及輸入與輸出的隔離,其特征在于,還包括輸出短路保護(hù)電路,所述輸出短路保護(hù)電路設(shè)置于所述主功率電路的負(fù)反饋回路之中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶輸出短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器,其特征在于,所 述輸出短路保護(hù)電路包括一負(fù)反饋繞阻;一續(xù)流支路,連接所述負(fù)反饋繞組的同名端;一 用于吸收負(fù)反饋繞組漏感的電路,連接所述負(fù)反饋繞組的異名端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶輸出短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器,其特征在于,所 述續(xù)流支路由一續(xù)流二級(jí)管陽(yáng)極接地組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶輸出短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器,其特征在于,所 述用于吸收負(fù)反饋繞組漏感的電路由負(fù)反饋電阻的一條支路組成,該支路由電阻和電容各 一順次串聯(lián)后接地,并在所述電容的兩端并聯(lián)一電阻組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶輸出短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器,其特征在于,所 述用于吸收負(fù)反饋繞組漏感的電路由與異名端串接的一電阻、異名端串接一電阻后的支路 組成;所述異名端串接一電阻后的支路由一電容和電阻并聯(lián)后接地組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶輸出短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器,其特征在于,所 述用于吸收負(fù)反饋繞組漏感的電路由負(fù)反饋電阻的一條支路組成,該支路則由電容和電阻 各一順次串聯(lián)后接地,并在所述電容輸入端和所述電阻輸出端并聯(lián)一電阻組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶輸出短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器,其特征在于,所 述用于吸收負(fù)反饋繞組漏感的電路由負(fù)反饋電阻的一條支路組成,該支路則由電容和電阻 各一順次串聯(lián)后接地組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶輸出短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器,其特征在于,所 述用于吸收負(fù)反饋繞組漏感的電路由負(fù)反饋電阻的一條支路組成,該支路則由電阻和電容 各一順次串聯(lián)后接地組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶輸出短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器,其特征在于,所 述用于吸收負(fù)反饋繞組漏感的電路由與異名端串接的一電阻、異名端串接一電阻后的支路 組成;所述異名端串接一電阻后的支路由一電容接地組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的帶輸出短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器,其特 征在于,所述輸入濾波電路與所述主功率電路之間依次設(shè)置軟啟動(dòng)電路和雙管驅(qū)動(dòng)控制電 路,構(gòu)成所述主功率電路的控制支路。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種帶輸出短路保護(hù)功能的自振蕩反激變換器,依次包括輸入濾波電路、主功率電路及輸出濾波電路,所述主功率電路包括變壓器原邊繞組、輸出繞組以及開(kāi)關(guān)管,以實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換、傳遞以及輸入與輸出的隔離,還包括輸出短路保護(hù)電路,所述輸出短路保護(hù)電路設(shè)置于所述主功率電路的負(fù)反饋回路之中。本發(fā)明可簡(jiǎn)化自振蕩反激變換器輸出短路保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu),有利于降低電路損耗。
文檔編號(hào)H02H7/10GK101997423SQ20101053402
公開(kāi)日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者郭國(guó)文 申請(qǐng)人:廣州金升陽(yáng)科技有限公司