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越小，頻率越來越高，功率密度也越來越大。 因此對輸出短路保護(hù)的要求越來越高，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實現(xiàn)自振蕩反激變換器的輸出短路保護(hù)。目前，實現(xiàn)這種 功能電路的某些技術(shù)方案已經(jīng)比較成熟，但其共同缺點是外圍元件比較多，同時增加了開 發(fā)成本和技術(shù)難度?，F(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現(xiàn)輸出短路保護(hù)功能時多采用在主回路中設(shè)計“打嗝 式”短路保護(hù)電路，其工作原理為當(dāng)短路發(fā)生時，主回路的電流一定會增大；當(dāng)電流增大到 一定程度時，認(rèn)定短路發(fā)生并觸發(fā)保護(hù)；觸發(fā)保護(hù)后，通過不斷地啟動電路來“試驗”短路情 況是否消除。如果短路情況消除，則重新啟動電路成功，以實現(xiàn)短路保護(hù)自動恢復(fù)；如果短 路情況仍然存在，則電路的電流則還會增大到認(rèn)定短路發(fā)生的強度，這時再次觸發(fā)短路保 護(hù)。該保護(hù)電路的主要缺點在于1、電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜；2、因位于主回路中，持續(xù)短路時功率損 耗較大；3、由于需要不斷“試驗”短路情況是否消除，因而對負(fù)載不斷沖擊，甚至?xí)构收蠑U 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；輸入電壓從初級繞組Pl的同名端接入，而初級繞 組Pl的異名端接MOS管TR2的漏極，該MOS管TR2的源極分別通過電阻R5接地和通過偏 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，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，由于初級繞組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還可以 實現(xiàn)開關(guān)管的快速關(guān)斷，減小開關(guān)損耗，提高電路的轉(zhuǎn)換效率。為解決上述技術(shù)問題，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、輸出繞組以及開關(guān)管，以實現(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)流二級管陽極接地組成。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)置軟啟動電路和雙管驅(qū) 動控制電路，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)更為簡單、體積更小，并 易于實施，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，由此減小開關(guān)管的反復(fù)開關(guān)次數(shù)，使開關(guān)快 速進(jìn)入關(guān)斷，進(jìn)一步減小短路時原邊繞組能量傳輸和開關(guān)管的開關(guān)損耗，更好地實現(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施例的輸出短路保護(hù) 部分電路圖；圖10為無輸出短路保護(hù)的電源MOS管驅(qū)動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)動波形與反饋繞組電流波 形圖。
具體實施例方式本發(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 施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。參見圖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)動控制電路后對主 功率電路中的主開關(guān)管(優(yōu)選為MOS管)進(jìn)行負(fù)反饋控制；同時，在輸入濾波電路的輸出 端連接有一軟啟動電路，該軟啟動電路另一端與雙管驅(qū)動控制電路連接以實現(xiàn)電源的軟啟 動功能；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)動電路。圖3中標(biāo)識了 Is-sl、SD-dC、 IS-s、GD-dc等四路信號以反映雙管驅(qū)動控制電路的工作過程，下面結(jié)合具體實現(xiàn)電路進(jìn)一 步說明。參見圖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施例。該實現(xiàn) 電路主要包括以下幾個組成部分輸入濾波電路11、軟啟動電路12、主功率電路13、雙管驅(qū) 動控制電路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)說明。軟啟動電路12，包括分壓電阻R10、R13、R14，啟動電容C9和二極管D4。其工作原 理為當(dāng)接入輸入電壓時，電流經(jīng)RlO對C9充電，經(jīng)過時間t = R10*C9后電容電壓達(dá)到MOS門限電壓，實現(xiàn)開機軟啟動功能。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的柵極啟動電壓箝制在預(yù)定電平上。雙管驅(qū)動控制電路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)輸出電壓偏高時光耦OCl導(dǎo)通，使得三極管TR2、 TR3分別導(dǎo)通，加速MOS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，RlA快速吸收反饋繞組P3漏感所存儲的能量，加速漏感與電容Cll的阻尼振 蕩；此外，RlB對Cll進(jìn)行分流，降低電容兩端電壓，從而降低MOS管的驅(qū)動電壓。圖10與 圖11的波形對比可清楚顯示輸出短路保護(hù)電路對于整個電路的性能改善，其中圖10顯示 未加短路保護(hù)時反饋繞組漏感與Cll諧振，反饋繞組漏感對Cll充放電，由于MOS管的驅(qū)動 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)品過熱損壞；圖11顯示增加短路保護(hù)電路時反饋繞組漏感 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) 手冊選定。穩(wěn)壓電路17，主要包括穩(wěn)壓器ADJ，其通過光耦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)動控制電路14，在此不再贅述。以下分別對另外五種電路簡要進(jìn)行說明，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，將有關(guān)元件后統(tǒng)一附加數(shù)字表示為第幾種實施例中的 相應(yīng)元件，如C6-2為第表示第二實施例中的C6，R1-2為第表示第二實施例中的Rl。參見圖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C11-4兩端電壓沒有分流支路，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。除上述說明的幾種實施電路外，本行業(yè)技術(shù)人員通過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。需說明的是，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下， 對本發(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、輸出繞組以及開關(guān)管，以實現(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)流二級管陽極接地組成。
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)置軟啟動電路和雙管驅(qū)動控制電 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、輸出繞組以及開關(guān)管，以實現(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H02H7/10GK101997423SQ20101053402
公開日2011年3月30日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者郭國文 申請人:廣州金升陽科技有限公司