一種開關(guān)電源保護電路及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明所述的一種開關(guān)電源保護電路及其控制方法，包括輸入濾波電路、功率轉(zhuǎn)換電路、高頻變壓器、輸出整流電路、輸出濾波電路、驅(qū)動控制電路、輸出反饋控制電路，過流保護電路，所述輸出濾波電路包括輸出濾波電感，所述過流保護電路包括電流調(diào)理電路和輸出電流取樣電路。本發(fā)明所述的開關(guān)電源保護電路，在電路中增加了輸出電流取樣電路和電流調(diào)理電路，該取樣電路幾乎可以做到無功率損耗，這為電源效率提高創(chuàng)造了一定的條件，不僅提高了開關(guān)電源輸出效率，降低了電路的線路損耗，而且抗干擾能力強。
【專利說明】一種開關(guān)電源保護電路及其控制方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及開關(guān)電源電路領(lǐng)域，具體涉及一種開關(guān)電源保護電路及其控制方法。
[0003]【背景技術(shù)】
[0004]開關(guān)電源保護電路，是開關(guān)電源系統(tǒng)中的重要組成部分。其作用是當(dāng)開關(guān)電源在系統(tǒng)調(diào)試或使用過程中，能夠保護開關(guān)電源中的功率元件以及系統(tǒng)其它電路工作在安全區(qū)域。開關(guān)電源過流保護電路是開關(guān)電源保護電路的核心單元之一。當(dāng)電源的輸出端所帶負載超過額定負載時，會對電源造成損壞，過流保護電路可以有效保障開關(guān)電源系統(tǒng)的功率元件以及系統(tǒng)供電電路工作在安全區(qū)域。
[0005]過流保護的形式有很多種，主要可以分為兩大類:一類是截止型過流保護，一類是自動恢復(fù)型過流保護。在部分應(yīng)用以及設(shè)計中，采用截止型過流保護方式，這樣電源的可靠性提高了，但每次發(fā)生過流之后需要人工進行復(fù)位，這對于用戶使用會不太方便。所以，一般采用自動恢復(fù)型較多。目前，自動恢復(fù)型過流保護主要采用額定電流下垂型過流保護電路，該過流保護電路主要是在輸出電流回路中接入取樣電阻，然后再將該電流取樣信號用過流信號處理，這種電流保護電路的缺點主要是取樣電阻的存在，降低了電源的效率，尤其是在大電流輸出的情況下，電阻上的功耗會明顯增加。因此，考慮到功耗，應(yīng)盡量避免取樣電阻的接入。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種開關(guān)電源保護電路及其控制方法，改變了原有過流保護電路的結(jié)構(gòu)，該電路不僅提高了開關(guān)電源輸出效率，降低了電路的線路損耗，而且抗干擾能力強。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種開關(guān)電源保護電路，包括輸入濾波電路、功率轉(zhuǎn)換電路、高頻變壓器、輸出整流電路、輸出濾波電路、驅(qū)動控制電路、輸出反饋控制電路，過流保護電路，所述輸出濾波電路包括輸出濾波電感，所述過流保護電路包括電流調(diào)理電路和輸出電流取樣電路；所述輸入濾波電路經(jīng)由所述功率轉(zhuǎn)換電路分別與所述驅(qū)動控制電路的輸出端、所述高頻變壓器的輸入端連接；所述驅(qū)動控制電路的輸入端與所述輸入濾波電路的輸出端、所述輸出反饋控制電路的輸出端相連；所述高頻變壓器的輸出端經(jīng)由所述輸出整流電路、輸出濾波電路與電源負載相連；所述輸出濾波電路的輸出端與輸出電流取樣電路的輸入端相連，所述輸出反饋控制電路的輸入端與電流調(diào)理電路的輸出端、輸出濾波電路的輸出端相連，所述電流調(diào)理電路的輸入端與所述 輸出電流取樣電路的輸出端相連。[0009]所述輸出電流取樣電路由取樣線圈和電阻組成，所述取樣線圈和輸出濾波電感和繞制在同一個磁芯上，取樣線圈的同名端與輸出濾波電感的同名端相連，取樣線圈的異名端通過電阻與輸出濾波電感異名端相連。
[0010]所述電流調(diào)理電路包括由放大器構(gòu)成的放大電路、由比較器構(gòu)成的比較電路；所述放大器的同相輸入端與取樣線圈的異名端相連，所述比較器的輸出端與輸出反饋控制電路相連。
[0011]一種開關(guān)電源保護電路控制方法，其特征在于，包括如下步驟， a:將電流取樣信號經(jīng)運算放大器Ul實現(xiàn)信號放大；
b:經(jīng)運算放大器Ul放大之后的電流取樣信號輸入到比較器U2的正向端，將其與比較器U2反向端的電壓值進行比較，當(dāng)電源正常工作時，比較器U2不發(fā)生翻轉(zhuǎn)；當(dāng)負載電流達到過流保護點，比較器U2發(fā)生翻轉(zhuǎn)，此時，U2輸出為高電平；
c:將比較器U2輸出信號送入到輸出反饋控制電路中的反饋比較器U3，當(dāng)U2輸出高電平時，U3參考電壓被拉低,輸出電壓取樣信號大于基準(zhǔn)參考電壓,反饋比較器U3輸出低電平，三極管Ql的導(dǎo)通電流增加；當(dāng)三極管Ql的導(dǎo)通電流達到ImA時，電源初級的脈寬控制器停止輸出半橋兩路驅(qū)動信號，將輸出電壓拉低。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:1、在電路中增加了輸出電流取樣電路和電流調(diào)理電路，該取樣電路幾乎可以做到無功率損耗，這為電源效率提高創(chuàng)造了一定的條件，不僅提高了開關(guān)電源輸出效率，降低了電路的線路損耗，而且抗干擾能力強。2、取樣線圈繞在輸出濾波電感上，兩者繞制在同一個磁芯上，取樣電路器件較少，實施較方便。3、在_55°C?+125°C溫度范圍內(nèi)工作，可以達到當(dāng)電源負載超過額定負載的1.4倍時，有效進行過流保護；產(chǎn)品集成度高，可靠性好。
[0013]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的電路框圖；
圖2為本發(fā)明的輸出電流取樣電路；
圖3為本發(fā)明的電流調(diào)理電路。
[0015]
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
[0017]如圖1所示，一種開關(guān)電源保護電路及其控制方法由輸入濾波電路1、功率轉(zhuǎn)換電路2、高頻變壓器3、輸出整流電路4、輸出濾波電路5、輸出反饋控制電路8、驅(qū)動控制電路
7、過流保護電路組成。過流保護電路包括電流調(diào)理電路9和輸出電流取樣電路10 ;輸入濾波電路I經(jīng)由功率轉(zhuǎn)換電路2分別與驅(qū)動控制電路7的輸出端、高頻變壓器3的輸入端連接；驅(qū)動控制電路7的輸入端與輸入濾波電路I的輸出端、輸出反饋控制電路8的輸出端相連；高頻變壓器的輸出端經(jīng)由輸出整流電路4、輸出濾波電路5與電源負載6相連；輸出濾波電路5的輸出端與輸出電流取樣電路10的輸入端相連，輸出反饋控制電路8的輸入端與電流調(diào)理電路9的輸出端、輸出濾波電路5的輸出端相連，電流調(diào)理電路9的輸入端與輸出電流取樣電路10的輸出端相連。
[0018]輸入的直流電壓經(jīng)輸入濾波電路1，由輔助電源提供驅(qū)動控制電路7的工作電壓，驅(qū)動控制電路7產(chǎn)生功率轉(zhuǎn)換電路2中功率開關(guān)管的驅(qū)動信號，經(jīng)高頻變壓器3隔離、耦合，輸出經(jīng)輸出整流電路4和輸出濾波電路5得到所需要的直流電壓。為了實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定，輸出反饋控制電路8采用輸出電壓直接取樣，經(jīng)與基準(zhǔn)電壓的比較、放大及隔離反饋后去控制驅(qū)動控制電路7中脈寬調(diào)制器的占空比，從而實現(xiàn)輸出電壓的閉環(huán)控制。電源的輸出電流經(jīng)過輸出電流取樣電路10并經(jīng)電流調(diào)理電路9輸出電壓信號到輸出反饋控制電路8，最終控制電源負載6兩端的電壓。
[0019]如圖2所示，輸出電流取樣電路由取樣線圈L2和電阻R組成；取樣線圈L2和輸出濾波電感LI和繞制在同一個磁芯上，取樣線圈L2的同名端與輸出濾波電感LI的同名端相連，取樣線圈L2的異名端通過電阻R與輸出濾波電感LI的異名端相連。虛線框內(nèi)為輸出電流取樣電路10，L1為輸出濾波電路5中的輸出濾波電感。A點電壓為輸出電壓的參考地，B點電壓為輸出濾波電感LI的等效電阻與流過輸出濾波電感的電流之乘積。B點電壓信號就是輸出電流取樣電路10的輸出信號，電流調(diào)理電路9接收輸出電流取樣電路10的輸出電流取樣信號。
[0020]如圖3所示，電流調(diào)理電路包括由放大器Ul構(gòu)成的放大電路11、由比較器U2構(gòu)成的比較電路12 ;放大器Ul的同相輸入端與取樣線圈L2的異名端相連，比較器U2的輸出端與輸出反饋控制電路相連。輸出電流取樣電路10的輸出電壓信號需要經(jīng)過電流調(diào)理電路9中的放大電路11進行信號放大，放大電路11的輸出信號送入比較電路12的比較器正向端并與比較電路12的比較器反向端的參考信號進行比較。當(dāng)放大電路11的輸出信號電壓大于比較電路12的比較器反向端的參考信號電壓時，比較電路12輸出高電平，即電流調(diào)理電路9輸出高電平；反之，電流調(diào)理電路9輸出低電平。這里，輸出濾波電感LI的導(dǎo)體材料為軟銅，銅的溫度系數(shù)較大，因此，當(dāng)電源負載6不變的情況下，放大電路11的輸出信號電壓信號隨溫度的變化而變化，總體呈正溫度特性。所以，比較電路12的比較器反向端的信號電壓也隨溫度的變化而變化，變化特性與放大電路11的輸出信號電壓信號隨溫度的變化特性相一致。
[0021]電流調(diào)理電路9接收輸出電流取樣電路10的輸出信號，將該信號經(jīng)過調(diào)理之后送入輸出反饋控制電路8，進而控制驅(qū)動控制電路7的驅(qū)動信號輸出。當(dāng)電源負載6未出現(xiàn)過載時，電流調(diào)理電路9輸出低電平。電流調(diào)理電路9的輸出信號對輸出反饋控制電路8不起作用，驅(qū)動控制電路7正常工作，電源負載6兩端的輸出電壓穩(wěn)定。當(dāng)電源負載6出現(xiàn)較大過載時，即達到開關(guān)電源設(shè)置的過流點，電流調(diào)理電路9輸出高電平，通過輸出反饋控制電路8使驅(qū)動控制電路7的驅(qū)動信號停止輸出，最終使電源負載6兩端的電壓下降。
[0022]過流保護電路的工作原理:由于電流取樣信號的大小一般只有幾十個毫伏，故首先經(jīng)過運放Ul實現(xiàn)信號的放大。經(jīng)運放Ul放大之后的電流取樣信號輸入到比較器U2的正向端，將其與比較器U2反向端的電壓值進行比較，電源正常工作時，比較器不發(fā)生翻轉(zhuǎn)；當(dāng)負載電流達到過流保護點(假設(shè)為最大負載電流的120%)，比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，此時，U2輸出為高電平。U3為反饋比較器。當(dāng)U2輸出高電平時，U3的參考電壓將被拉低，使輸出電壓取樣信號大于基準(zhǔn)參考電壓，反饋比較器U3輸出低電平，使三極管Ql的導(dǎo)通電流增加；當(dāng)三極管Ql的導(dǎo)通電流達到ImA時，電源初級的脈寬控制器就會停止輸出半橋的兩路驅(qū)動信號，進而將輸出電壓拉低。圖3中信號放大與信號比較兩個框內(nèi)的電路就是電流調(diào)理電路9內(nèi)部實際的電路，圖中U2的輸出之后的電路為輸出反饋控制電路(該控制電路為開關(guān)電源常用的III型反饋補償電路)。
[0023]本發(fā)明主要是利用輸出濾波電路5中的輸出濾波電感LI的等效電阻與輸出電流之間的特定規(guī)律來進行信號取樣，其優(yōu)點是取樣電路幾乎可以做到無功率損耗，這為電源效率提高創(chuàng)造了一定的條件，提高了開關(guān)電源輸出效率，降低了電路的線路損耗，抗干擾能力強。取樣線圈L2繞在輸出濾波電感LI上，兩者繞制在同一個磁芯上，取樣電路器件較少，實施方便。此外，電流調(diào)理電路9只需要解決比較電路12的比較器反向端的參考信號電壓的溫度特性及其匹配性問題，就可以得到很好的過流保護效果。在_55°C?+125°C溫度范圍內(nèi)工作，可以達到當(dāng)電源負載6超過額定負載的1.4倍時，有效進行過流保護，且產(chǎn)品集成度高，可靠性好。
【權(quán)利要求】
1.一種開關(guān)電源保護電路，包括輸入濾波電路、功率轉(zhuǎn)換電路、高頻變壓器、輸出整流電路、輸出濾波電路、驅(qū)動控制電路、輸出反饋控制電路，過流保護電路，所述輸出濾波電路包括輸出濾波電感(LI)，其特征在于:所述過流保護電路包括電流調(diào)理電路和輸出電流取樣電路；所述輸入濾波電路經(jīng)由所述功率轉(zhuǎn)換電路分別與所述驅(qū)動控制電路的輸出端、所述高頻變壓器的輸入端連接；所述驅(qū)動控制電路的輸入端與所述輸入濾波電路的輸出端、所述輸出反饋控制電路的輸出端相連；所述高頻變壓器的輸出端經(jīng)由所述輸出整流電路、輸出濾波電路與電源負載相連；所述輸出濾波電路的輸出端與輸出電流取樣電路的輸入端相連，所述輸出反饋控制電路的輸入端與電流調(diào)理電路的輸出端、輸出濾波電路的輸出端相連，所述電流調(diào)理電路的輸入端與所述輸出電流取樣電路的輸出端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)電源保護電路，其特征在于:所述輸出電流取樣電路由取樣線圈(L2)和電阻(R)組成；所述取樣線圈(L2)和輸出濾波電感(LI)和繞制在同一個磁芯上，取樣線圈(L2)的同名端與輸出濾波電感(LI)的同名端相連，取樣線圈(L2)的異名端通過電阻(R)與輸出濾波電感(LI)的異名端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開關(guān)電源保護電路，其特征在于:所述電流調(diào)理電路包括由放大器(Ul)構(gòu)成的放大電路(11)、由比較器(U2)構(gòu)成的比較電路(12);所述放大器(Ul)的同相輸入端與取樣線圈(L2)的異名端相連，所述比較器(U2)的輸出端與輸出反饋控制電路相連。
4.一種開關(guān)電源保護電路控制方法，其特征在于，包括如下步驟， a:將電流取樣信號經(jīng)運算放大器(Ul)實現(xiàn)信號放大； b:經(jīng)運算放大器Ul放大之后的電流取樣信號輸入到比較器(U2)的正向端，將其與比較器(U2)反向端的電壓值進行比較，當(dāng)電源正常工作時，比較器(U2)不發(fā)生翻轉(zhuǎn)；當(dāng)負載電流達到過流保護點，比較器(U2)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，此時，(U2)輸出為高電平； c:將比較器(U2)輸出信號送入到輸出反饋控制電路中的反饋比較器(U3)，當(dāng)(U2)輸出高電平時，(U3)參考電壓被拉低，輸出電壓取樣信號大于基準(zhǔn)參考電壓，反饋比較器(U3)輸出低電平，三極管(Ql)的導(dǎo)通電流增加；當(dāng)三極管(Ql)的導(dǎo)通電流達到ImA時，電源初級的脈寬控制器停止輸出半橋兩路驅(qū)動信號，將輸出電壓拉低。
【文檔編號】H02H7/10GK103944147SQ201410182577
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月4日
【發(fā)明者】宋敏燕, 袁柱六, 鄭東, 梁寰宇, 童魁 申請人:中國電子科技集團公司第四十三研究所