專利名稱：一種軟關機電路和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及同步整流技術，更具體地說，涉及一種軟關機電路和方法。
背景技術：
在圖1所示的副邊采用同步整流技術的正激有源嵌位電路中，其關機分
為硬關機和軟關機。硬關機即檢測到關機信號就直接關閉開關管Ql的驅(qū)動信 號使得電源關機。由于輔助開關管Q2是P型開關管，具有負壓驅(qū)動，故開關 管Q2在關機后很長一段時間都是導通狀態(tài)，從而通過勵磁電感Ll和嵌位電 容C2諧振使得副邊的開關管Q3也開通，這種關機方式在欠壓關機前，PWM 控制芯片(未示出)輸出的占空比迅速增大，使得主開關管Q1的應力大，容 易損壞(如圖2)。軟關機是檢測到關機信號逐漸減小占空比后才關機。這種 關機方式在過壓關機時由于關機時間長使得動態(tài)過壓點很高，主開關管Q1也 會出現(xiàn)應力大，容易損壞。因此，目前很多通信電源需要具有關機預偏置功能， 即要求電源在關機前關閉副邊的同步整流開關管，使得輸出電壓關機前不可迅 速為0。然而關閉同步整流開關管，使其在同步整流狀態(tài)切換到肖特基工作狀 態(tài)時，輸出電壓也會上升，因此采用軟關機方式也會使得輸出電壓過沖(如圖 3所示)。
因此，需要一種能避免現(xiàn)有技術的軟關機導致的開關管應力增大，容易 損壞的缺陷的軟關機電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術中軟關機導致的開關管應力 過大的缺陷，提供一種能避免現(xiàn)有技術的軟關機導致的開關管應力增大，容易 損壞的缺陷的軟關機電路。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是構造一種軟關機電路，其輸 入端連接外部控制信號、其輸出端連接到頻率/占空比調(diào)節(jié)單元的輸入端，包 括第一三極管、第二三極管和延時電路；其中
所述第一三極管的基極連接到所述軟關機電路的輸入端、發(fā)射極接地、集 電極經(jīng)第一電阻連接到頻率/占空比調(diào)制單元的輸入端；
所述延時電路的信號輸入端連接到所述第一三極管的基極、信號輸出端連 接到所述第二三極管的基極；
所述第二三極管的發(fā)射極接地、集電極連接到頻率/占空比調(diào)制單元的輸
入端o
在本發(fā)明所述的軟關機電路中，所述延時電路包括第二電阻和第一電容， 其中所述第二電阻連接到所述第一三極管的基極和第二三極管的基極之間，所 述第一電容的一端連接到所述第二三極管的基極、另一端接地。
在本發(fā)明所述的軟關機電路中，所述軟關機電路進一步包括 第三電阻，連接到所述軟關機電路的輸入端和所述第一三極管的基極之 間； '
第四電阻，連接到所述第一三極管的基極和地之間； 第二電容，連接到所述第一三極管的基極和地之間。
在本發(fā)明所述的軟關機電路中，所述第一三極管和所述第二三極管是 MOS (Metal-Oxide Semiconductor,金屬-氧化物半導體)管。
在本發(fā)明所述的軟關機電路中，所述頻率/占空比調(diào)節(jié)單元包括第五電阻 和用于控制占空比的PWM (Pulse-Width Modulation,脈寬調(diào)制)控制芯片 或包括第五電阻和用于控制頻率的PFM (Pulse Frequency Modulation,脈沖
頻率調(diào)制)控制芯片，其中所述第五電阻一端連接第一電源、 一端經(jīng)所述 PWM控制芯片或所述PFM控制芯片的控制信號輸入腳連接到所述第二三極 管的集電極。
在本發(fā)明所述的軟關機電路中，所述外部控制信號包括故障信號和/或關 機信號。
在本發(fā)明所述的軟關機電路中，所述軟關機電路進一步包括LC諧振抑制電路；其中所述LC諧振抑制電路包括
第三電容， 一端連接到所述第一三極管的基極、另一端接地；
光耦，其發(fā)射端陽極連接到所述第一三極管的基極、其發(fā)射端陰極經(jīng)第六
電阻接地、其接收端發(fā)射極經(jīng)第四電容接地、其接收端集電極經(jīng)第七電阻連接
到第二電源；
第三三極管，其基極連接到所述光耦的接收端發(fā)射極、其發(fā)射極接地、其 集電極連接到第三電源。
本發(fā)明解決其技術問題采用的另一技術方案是，構造一種軟關機的方法，
包括
51. 接收到第一外部控制信號后將占空比或頻率降低到第一值；
52. 當特定時間間隔以后，接收到所述第一外部控制信號的延時信號時控 制無占空比或頻率輸出以實現(xiàn)軟關機。
在本發(fā)明所述的軟關機的方法中，所述步驟S2包括
521、 接收所述第一外部控制信號的延時信號；
522、 判定所述特定時間間隔是否大于設定值，如果是執(zhí)行步驟S23，否 則執(zhí)行步驟S24;
523、 控制無占空比或頻率輸出以實現(xiàn)關機；
524、 恢復到正常運行狀態(tài)下的占空比或頻率。
在本發(fā)明所述的軟關機的方法中，所述第一值大于芯片的最小占空比或最 小工作頻率。
實施本發(fā)明的軟關機電路和方法，可以解決關機限占空比引起輸出反彈問 題，同時也解決了輸出能量回灌，即實現(xiàn)了關機預偏置又不會引起輸出電壓過 沖。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中
圖1是現(xiàn)有技術中副邊采用同步整流技術的正激有源嵌位電路；
圖2是現(xiàn)有技術的關機引起的副邊開關管的關機應力波形圖；圖3是現(xiàn)有技術的關機引起的關機過沖波形圖；
圖4是本發(fā)明的軟關機電路的第一實施例的電路原理圖5是本發(fā)明的軟關機電路的第二實施例的電路原理圖6是本發(fā)明的軟關機電路的第三實施例的電路原理圖7是本發(fā)明的軟關機電路的副邊開關管的關機應力波形圖8是本發(fā)明的軟關機電路的空載硬關機時的輸出電壓波形圖;
圖9是本發(fā)明的軟關機方法的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的基本思想是，先限制占空比或頻率，并在較小占空比或頻率的基 礎上保持一段時間再關機，從而避免現(xiàn)有技術的軟關機導致的開關管應力增 大，容易損壞的缺陷
圖4是本發(fā)明的軟關機電路的第一實施例的電路原理圖。如圖4所示，本 發(fā)明的軟關機電路的輸入端連接外部控制信號、輸出端連接到頻率/占空比調(diào) 節(jié)單元的輸入端(圖4中的虛線框部分)。該軟關機電路包括三極管Q1，其 基極連接到所述軟關機電路的輸入端，其發(fā)射極接地，其集電極經(jīng)電阻R2連 接到頻率/占空比調(diào)制單元的輸入端；三極管Q2，其基極經(jīng)延時電路連接到所 述三極管Q1的基極，其發(fā)射極接地，其集電極連接到頻率/占空比調(diào)制單元的 輸入端。在該實施例中，延時電路由電阻R3和電容C2構成，電阻R3連接到 所述三極管Ql的基極和三極管Q2的基極之間，所述電容C2的一端連接到 所述三極管Q2的基極、另一端接地。延時信號從延時電路中電阻R3的一端 輸入，并從電阻R3的另一端輸出到三極管Q2的基極。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，電阻R3和電容C2組成的延時電路，其延時 時間不可太短，這樣可保證暫態(tài)故障電路正常工作，即可保證浪涌測試通過。 但延時時間也不可無限制長，否則電路長期異常工作也可使得輸出電壓振蕩等 情況發(fā)生。延時時間和產(chǎn)品規(guī)格有關，本領域技術人員可根據(jù)需要自行調(diào)節(jié)， 一般在ms級，如100ms。此外，三極管Ql、 Q2建議采用MOS管，避免低 溫可能出現(xiàn)的控制信號輸出腳拉不掉的現(xiàn)象發(fā)生。在本發(fā)明的其他實施例中，也可采用其他類型的延時電路和延時器件，只 要能實現(xiàn)。
該頻率/占空比調(diào)制單元包括電阻R4和用于控制占空比的PWM控制芯片 (在采用PFM控制的系統(tǒng)中，也可以是PFM控制芯片)。其中電阻R4—端連 接電源Vcc， 一端經(jīng)所述PWM控制芯片的控制信號輸出腳，優(yōu)選的，如comp 腳，連接到所述三極管Q2的集電極。該PWM控制芯片可以采用LM5025、 UC3844等型號的芯片。
在該實施例中，以PWM控制芯片為例進行說明，其他(PFM控制芯片) 的控制原理類似。當檢測到外部控制信號時后，三極管Q1開啟，使得PWM 控制芯片的控制信號輸出腳電壓被拉到一個低壓值，從而限制了占空比，為關 機作準備。另一路外部控制信號通過電阻R3、電容C2構成的延時電路延時開 通三極管Q2，再次拉低PWM控制芯片的控制信號輸出腳電壓，使得占空比 輸出為零，從而實現(xiàn)關機。此延時時間是可以通過調(diào)節(jié)電阻R3和/或電容C2 的值來設置。通過設置延時時間，故此電路可以保證暫態(tài)故障情況下，電源不 關機，比如當輸入發(fā)生浪涌時，輸出不能關機。其中，外部控制信號可包括故 障信號和/或關機信號。當模塊過壓或過流等異常發(fā)生時，通過檢測電路檢測 到的信號為故障信號。關機信號可看作是故障信號的一種，也可單獨設置。
在三極管Ql開通時，PWM控制芯片的控制信號輸出腳電壓:Ve。，-VCC^ R2/(R4+R2)。PWM控制芯片的控制信號輸出腳電壓與占空比成一一對應關系， 故占空比可控制。值得注意的是，關機時此芯片工作時的占空比要大于芯片正 常工作時的最小占空比，且不可太接近該芯片正常工作時的最小占空比，否則 主三極管Q1占空比太小，起續(xù)流作用的三極管Q2占空比大，長時間非正常 工作輸出電感L和輸出電容C會產(chǎn)生諧振，導致輸出振蕩或產(chǎn)生負壓。 一般 占空比控制在10%左右。
圖5是本發(fā)明的軟關機電路的第二實施例的電路原理圖。在第一實施例的 基礎上，本發(fā)明實施例的軟關機電路進一步包括電阻R1、 R5和電容C1，其 中電阻R1連接到三極管Q1的基極和外部控制信號之間，用來限流。電阻R5 和電容C1并聯(lián)在三極管Q1的基極和地之間，形成濾波電路，用來濾除干擾信號,。使用圖5所示的軟關機電路，可以有效的控制副邊開關管(副邊電路可 參見圖1)的關機應力波形(如圖7所示)，并且在空載硬關機時，輸出的電 壓無過沖(如圖8所示)。
圖6是本發(fā)明的軟關機電路的第三實施例的電路原理圖。在該實施例中， 采用本發(fā)明的軟關機電路來控制副邊開關管(副邊電路可參見圖1)，可有效 地防止輸出LC諧振。在上述第二實施例的基礎上，本發(fā)明實施例的軟關機電 路進一步包括連接在三極管Q1和地之間的電容C5，光耦OPTl，三極管Q3。 該光耦OPTl發(fā)射端陽極連接到所述三極管Ql的基極、發(fā)射端陰極經(jīng)電阻R8 接地、接收端發(fā)射極經(jīng)電容C6接地、接收端集電極經(jīng)電阻R9連接到第二電 源VCC1;三極管Q3的基極連接到所述光耦OPT1的接收端發(fā)射極、發(fā)射極 接地、集電極連接到第三電源Vp。
在該實施例中，當檢測到外部控制信號時， 一路信號通過三極管Ql拉低 PWM控制芯片的控制信號輸出腳電壓調(diào)低占空比，另一路信號經(jīng)光耦開路三 極管Q3從而關斷副邊開關管。副邊開關管關斷從而阻斷了輸出電感L和輸出 電容C諧振。使用該實施例，解決了關機限占空比引起輸出反彈問題，同時 也解決了輸出能量回灌，即實現(xiàn)了關機預偏置。
本領域技術人員知悉，并不一定要拉低控制信號輸出腳電壓實現(xiàn)關機。如 在檢測到外部控制信號后改變反饋基準或反饋電壓也可實現(xiàn)限制占空比或頻 率，可根據(jù)不同的芯片采取不同的電路搭建方法實現(xiàn)。但其基本思想即是先限 制占空比后保持一段時間再關機。而且本發(fā)明的軟關機保護電路還可實用與各 種拓撲，如全橋、半橋等電路拓撲。
圖9是本發(fā)明的軟關機方法的流程圖。在步驟S1，接收到第一外部控制 信號后將占空比或頻率降低到第一值。應注意，該第一值不應該為0，而且關 機時，在PWM系統(tǒng)中，該第一值為占空比，且該占空比要大于PWM控制芯 片正常工作時的最小占空比，且最好不要太接近該芯片正常工作時的最小占空 比，以避免芯片工作在臨界狀態(tài)。在PFM系統(tǒng)中，該第一值為頻率，且該頻 率要大于PFM控制芯片正常工作時的最小頻率，且最好不要太接近該芯片正 常工作時的最小頻率，以避免芯片工作在臨界狀態(tài)。在步驟S2，特定時間間隔后，接收所述第一外部控制信號的延時信號。該延時信號可以由延時電路或h
者延時器件生成。在步驟S3中，判定所述特定時間間隔是否大于設定值，如 果是執(zhí)行步驟S4，否則執(zhí)行步驟S5。在步驟S4，控制無占空比或頻率輸出以 實現(xiàn)關機。在步驟S5、恢復到正常運行狀態(tài)下的占空比或頻率。
本發(fā)明的軟關機方法可使用本發(fā)明中公開的軟關機電路來實現(xiàn)，也可是通 過檢測到外部控制信號后改變反饋基準或反饋電壓也可實現(xiàn)限制占空比或頻 率，還可根據(jù)不同的芯片采取不同的電路搭建方法實現(xiàn)。只要是先限制占空比 后保持一段時間再關機的設計方案都落入本發(fā)明的保護范圍。
本發(fā)明的另一個實施例提供了 一種機器可讀存儲器，其上存儲有計算機程 序。該程序至少包含一段代碼，所述至少一段代碼由機器執(zhí)行使得該機器能夠 執(zhí)行本申請中所述的方法步驟。因此，本發(fā)明可以通過硬件、軟件，或者軟、 硬件結(jié)合來實現(xiàn)。
雖然本發(fā)明是以具體實施例進行說明的，本領域技術人員應當明白，在不 脫離本發(fā)明范圍的情況下，還可以對本發(fā)明進行各種變換及等同替代，因此， 本發(fā)明不局限于所公開的具體實施例，而應當包括落入本發(fā)明權利要求范圍內(nèi) 的全部實施方式。
權利要求
1、一種軟關機電路，其輸入端連接外部控制信號、其輸出端連接到頻率/占空比調(diào)節(jié)單元的輸入端，其特征在于，包括第一三極管、第二三極管和延時電路；其中所述第一三極管的基極連接到所述軟關機電路的輸入端、發(fā)射極接地、集電極經(jīng)第一電阻連接到所述頻率/占空比調(diào)制單元的輸入端；所述延時電路的信號輸入端連接到所述第一三極管的基極、信號輸出端連接到所述第二三極管的基極；所述第二三極管的發(fā)射極接地、集電極連接到頻率/占空比調(diào)制單元的輸入端。
2、 根據(jù)權利要求1所述的軟關機電路，其特征在于，所述延時電路包括 第二電阻和第一電容，其中所述第二電阻連接到所述第一三極管的基極和第二 三極管的基極之間，所述第一電容的一端連接到所述第二三極管的基極、另一 端接地。
3、 根據(jù)權利要求2所述的軟關機電路，其特征在于，所述軟關機電路進 一步包括第三電阻，連接到所述軟關機電路的輸入端和所述第一三極管的基極之間；第四電阻，連接到所述第一三極管的基極和地之間； 第二電容，連接到所述第一三極管的基極和地之間。
4、 根據(jù)權利要求1所述的軟關機電路，其特征在于，所述第一三極管和 所述第二三極管是MOS管。
5、根據(jù)權利要求1所述的軟關機電路，其特征在于，所述頻率/占空比 調(diào)節(jié)單元包括第五電阻和用于控制占空比的PWM控制芯片，或包括第五電 阻和用于控制頻率的PFM控制芯片，其中所述第五電阻一端連接第一電源、 另一端經(jīng)所述PWM控制芯片或所述PFM控制芯片的控制信號輸入腳連接 到所述第二三極管的集電極。
6、 根據(jù)權利要求5所述的軟關機電路，其特征在于，所述外部控制信號 包括故障信號和/或關機信號。
7、 根據(jù)權利要求1-6中任一所述的軟關機電路，其特征在于，所述軟關 機電路進一步包括LC諧振抑制電路；其中所述LC諧振抑制電路包括第三電容， 一端連接到所述第一三極管的基極、另一端接地；光耦，其發(fā)射端陽極連接到所述第一三極管的基極、其發(fā)射端陰極經(jīng)第六電阻接地、其接收端發(fā)射極經(jīng)第四電容接地、其接收端集電極經(jīng)第七電阻連接到第二電源；第三三極管，其基極連接到所述光耦的接收端發(fā)射極、其發(fā)射極接地、其 集電極連接到第三電源。
8、 一種軟關機的方法，其特征在于，包括S1. 接收到第一外部控制信號后將占空比或頻率降低到第一值；S2. 當特定時間間隔以后，接收到所述第一外部控制信號的延時信號時控 制無占空比或頻率輸出以實現(xiàn)軟關機。
9、 根據(jù)權利要求8所述方法，其特征在于，所述步驟S2包括S21、 接收所述第一外部控制信號的延時信號；S22、 判定所述特定時間間隔是否大于設定值，如果是執(zhí)行步驟S23，否 則執(zhí)行步驟S24;S23、 控制無占空比或頻率輸出以實現(xiàn)關機；S24、 恢復到正常運行狀態(tài)下的占空比或頻率。
10、 根據(jù)權利要求8或9所述方法，其特征在于，所述第一值大于芯片正 常工作時的最小占空比或最小工作頻率。
全文摘要
本發(fā)明涉及軟關機電路和方法。該電路的輸入和輸出端分別連接外部控制信號和頻率/占空比調(diào)節(jié)單元的輸入端，且包括第一、第二三極管和延時電路；第一三極管的基極連接到軟關機電路的輸入端、發(fā)射極接地、集電極經(jīng)第一電阻連接到頻率/占空比調(diào)制單元的輸入端；延時電路的信號輸入端連接到第一三極管的基極、信號輸出端連接到第二三極管的基極；第二三極管的發(fā)射極接地、集電極連接到頻率/占空比調(diào)制單元的輸入端。該方法包括接收到第一外部控制信號后將占空比或頻率降低到第一值；當特定時間間隔以后，接收到第一外部控制信號的延時信號時控制無占空比或頻率輸出以實現(xiàn)軟關機。本發(fā)明可解決現(xiàn)有技術的輸出反彈、輸出能量回灌，實現(xiàn)關機預偏置。
文檔編號H03K17/60GK101615902SQ20091010876
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月16日 優(yōu)先權日2009年7月16日
發(fā)明者周小義, 學 張, 梅 秦 申請人:艾默生網(wǎng)絡能源有限公司