专利名称：防止电流反抽的保持时间电路和功率变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及开关电源，特别是涉及一种用于开关电源中的防止电流反抽的保持时 间电路和功率变换器。
背景技术：
目前大多数通信设备要求大功率的通信定制电源自身存储足够的能量，以便在全 输入电压范围内(一般为36V 75V，)掉电/短路条件下继续运行一段时间，一般为10ms 甚至是16mS。为了满足此很大的保持时间的要求，当前有保持时间要求的电源一般采取如 图1所示方案。图1展示了具有保持时间的两级功率变换器，此类具有保持时间的大功率 电源一般由两级变换器组成，前级BOOST变换器实现升压，一般升压至最高输入电压75V， 尽可能减小大容量电解电容数量、布板面积并尽可能降低成本；同时利用BOOST变换器固 有的二极管阻隔作用，使得电源在输入短路时和输入掉电(断路)一样具有相同的保持时 间；后级一般采用适合的功率变换器，如单端变换器、桥式变换器等。正常条件下当输入电压在36 75V之间变化时 ，BOOST变换器输出电压保持在 75V,电源输出工作在额定输出工况下；在输入短路和掉电条件下，通过储能电容供电，输出 电压仍能在一定时间内保持在额定输出。由于正常条件下前级BOOST变换器一直在工作， 且输入电压与母线电压差别越大，BOOST变换器效率越低，这使得电源整体效率较低。随着业界对大功率客户定制通信电源的效率要求越来越高，采用此类方案并不能 满足客户高效率指标的要求。
发明内容
本发明的主要目的就是针对现有技术的不足，提供一种防止电流反抽的保持时间 电路，能够在全输入电压范围内短路和断路条件下均能快速隔离输入，防止电流反抽，且使 功率变换器的功耗大为降低。本发明的另一目的是提供一种具有上述保持时间电路的功率变换器。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案一种防止电流反抽的保持时间电路，其特征在于，包括防止电流反抽电路、升压保 持电路和切换电路，所述防止电流反抽电路具有控制前级至后级变换器的能量传输的防反 抽M0S管(Metal Oxide SemiconductorTransistor，金属氧化物半导体晶体管)，所述防止 电流反抽电路在输入电压处于规定的正常电压范围内时开通所述防反抽M0S管实现所述 能量传输，在输入故障时隔离前级的输入，所述升压保持电路具有在上电时存储能量的保 持电容，所述升压保持电路在所述保持电容的电压达到设定电压后处于空载待机状态，所 述切换电路在输入电压低于最低正常电压后开通，将所述保持电容上存储的能量供给所述 后级变换器。优选地，所述防止电流反抽电路包括偏置电源、第一三极管、第二三极管和防反抽 M0S管，所述偏置电源的负极连接所述保持时间电路的输入正端或负端，所述偏置电源的正极分别通过电阻连接所述第一三极管的集电极和所述第二三极管的集电极，所述第一三极 管和所述第二三极管的发射极分别连接所述防反抽M0S管的源极和漏极，所述第一三极管 和所述第二三极管的基极互连，并连接到与所述防反抽M0S管的漏极相连的三极管的集电 极，所述防反抽M0S管的栅极连接到与所述防反抽M0S管的源极相连的三极管的集电极，所 述防反抽M0S管的源极和漏极分别连接所述保持时间电路的输入正端和输出正端或分别 连接所述保持时间电路的输出负端和输入负端。优选地，所述升压保持电路为升压拓扑电路。优选地，所述升压保持电路包括第二 M0S管、变压器、副边整流二极管和储能电 容，所述第二 M0S管与所述变压器的原边绕组串接于输入正端和负端之间或输出正端和负 端之间，所述副边整流二极管的阳极与所述变压器的副边绕组相连，所述副边整流二极管 的阴极与所述储能电容的阳极相连，所述储能电容的阴极与输出负端相连，所述储能电容 耦合到所述切换电路的输入端。优选地，所述切换电路包括切换M0S管、隔离二极管和缓冲电容，所述切换M0S管 的源极与所述储能电容的阳极相连，所述切换M0S管的漏极与所述隔离二极管的阳极相 连，所述隔离二极管的阴极与所述缓冲电容的阳极同接输出正端，所述缓冲电容的阴极与 输出负端相连。优选地，所述升压保持电路包括第二 M0S管、第一电感、整流二极管和储能电容， 所述第二 M0S管与所述第一电感串接于输入正端和负端之间或输出正端和负端之间，所 述整流二极管的阳极与所述储能电容的阴极相连，所述整流二极管的阴极连接在所述第二 M0S管和所述第一电感之间，所述储能电容的阳极与输入正端相连，所述储能电容耦合到所 述切换电路的输入端。优选地，所述切换电路包括切换M0S管、隔离二极管和缓冲电容，所述切换M0S管 的源极与所述储能电容的阴极相连，所述切换M0S管的漏极与所述缓冲电容的阴极相连， 所述储能电容的阳极与所述隔离二极管的阳极相连，所述隔离二极管的阴极与所述缓冲电 容的阳极同接输出正端，所述缓冲电容的阴极与输出负端相连。一种具有保持时间的功率变换器，包括前述的防止电流反抽的保持时间电路。本发明有益的技术效果是本发明的保持时间电路包括防止电流反抽电路、升压保持电路和切换电路，其中， 防止电流反抽电路在输入电压处于规定的正常范围时开通M0S管，实现前级至后级变换器 的能量传输，并在输入故障时隔离前级输入，在上电时，升压保持电路中的保持电容存储能 量，保持电容的电压达到设定电压后，升压保持电路处于空载待机状态，切换电路在输入电 压低于最低正常电压后才开通，将保持电容上存储的能量供给后级变换器；按照这样的配 置，在全输入电压范围内短路和断路条件下，本发明的保持时间电路都能快速隔离输入以 防止电流反抽，且输入短路和断路条件下一样满足相同的保持时间要求并保护输入端器件 免受大电流的冲击以致损坏；同时，由于升压保持电路在正常工作条件下处于空载待机状 态，与传统方案相比去除了前级BOOST变换器，即省去了前级变换器功耗，这使得保持时间 电路自身功耗极低；又由于是通过M0S管将前级输入传输至后级变换器，故与肖特基二极 管相比其导通损耗很低。综合上述优点，采用本发明保持时间电路的功率变换器，可以在有 效防止电流反抽的基础上很好地满足全输入电压范围内高效率和保持时间的要求。
图1为现有的具有保持时间的两级功率变换器原理图；图2为本发明的具有保持时间的功率变换器一种实施例的原理图；图3为本发明的保持时间电路实施例一的原理图；图4为本发明的保持时间电路实施例二的原理图；图5为本发明的保持时间电路实施例三的原理图；图6为本发明的保持时间电路实施例四的原理图。本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
具体实施例方式请参考图2，一种具有保持时间的功率变换器包括主功率变换器和耦合在前级和 主功率变换器之间的保持时间电路。主功率变换器可以是移相全桥变换器，也可以根据电 源输出功率规格合理的选择各种隔离和非隔离变换器如正激变换器、反激变换器、半桥变 换器以及BUCK、BOOST等拓扑电路。保持时间电路由三部分功能电路组成，包括防止电流 反抽电路、升压保持电路和切换电路。其中，防止电流反抽电路具有控制前级至后级变换器 的能量传输的防反抽M0S管，在输入电压处于规定的正常范围时通过开通防反抽M0S管来 实现前级至后级变换器的能量传输，并在输入故障时隔离前级输入，升压保持电路具有在 上电时存储能量的保持电容，在保持电容的电压达到设定电压时，升压保持电路处于空载 待机状态，切换电路在输入电压低于最低正常电压后开通，将所述保持电容上存储的能量 供给后级变换器。规定的正常范围可例如为通信领域一般要求的36V 75V宽范围输入电 压，但是不限于该范围。以下通过多个实施例进一步说明防止电流反抽的保持时间电路。实施例一请参考图3，一种保持时间电路包括防止电流反抽电路、升压保持电路和切换电 路。防止电流反抽电路包括偏置电源Vp、第一三极管Q1A、第二三极管Q1B和防反抽 M0S管Q1，所述偏置电源Vp的负极连接输入正端+Vin，所述偏置电源Vp的正极通过电阻 R1、R2分别连接所述第一三极管Q1A和所述第二三极管Q1B的集电极，所述第一三极管Q1A 的发射极连接所述防反抽M0S管Q1的源极，所述第二三极管Q1B的发射极连接所述防反抽 M0S管Q1的漏极，所述第一三极管Q1A和所述第二三极管Q1B的基极互连，并连接到第二三 极管Q1B的集电极，所述防反抽M0S管Q1的栅极连接到第一三极管Q1A的集电极，所述防 反抽M0S管Q1的源极和漏极分别连接保持时间电路的输入正端+Vin和输出正端+Vout。升压保持电路为反激电路，包括第二 M0S管Q2、变压器T1、副边整流二极管D1和 储能电容C1，所述第二 M0S管Q2与所述变压器T1的原边绕组串接于保持时间电路的输入 正端+Vin和输入负端-Vin之间，变压器T1的原边绕组一端与第二 M0S管Q2的漏极相连， 所述副边整流二极管D1的阳极与所述变压器T1的副边绕组一端相连，所述副边整流二极 管D1的阴极与所述储能电容C1的阳极相连，所述储能电容C1的阴极、所述第二 M0S管Q2 的源极同与保持时间电路的输出负端-Vout相连。所述切换电路包括切换M0S管Q3、隔离二极管D2和缓冲电容C2，所述切换M0S管Q3的源极与所述储能电容C1的阳极相连，所述 切换M0S管Q3的漏极与所述隔离二极管D2的阳极相连，所述隔离二极管D2的阴极与所述 缓冲电容C2的阳极及防反抽M0S管Q1漏极同接输出正端+Vout，所述缓冲电容的阴极与输 出负端-Vout相连。 该保持时间电路的工作原理如下偏置电源Vp、电阻R1、R2，第一三极管Q1A、第二三极管Q1B和防反抽M0S管Q1组 成防止电流反抽电路，正常条件下前级输入供电通过防反抽M0S管Q1向后级供电，可以选 择导通电阻较小的M0SFET管，这样防止电流反抽功能电路比常用的肖特基管比较功耗可 以大幅降低，在输入电源故障条件下如输入短路和断路时，防止电流反抽电路能快速隔离 输入，防止保持时间电路储存的能量通过输入段泄放而使电源保持时间不足，并保护输入 端器件免受大电流的冲击以至损坏。变压器T1、第二 M0S管Q2、副边整流二极管D1和储能电容C1组成反激式升压保 持电路，电源上电后此反激电路可以快速充电以根据保持时间的要求将电容电压充至合适 的设定电压值，例如75V，这样可以尽可能减小大容量电解电容数量、布板面积和尽可能降 低成本。切换M0S管Q3、隔离二极管D2和缓冲电容C2组成切换电路，当检测到输入电压跌 出最低正常输入电压，例如35V，控制切换M0S管Q3开通，将储能电容C1中的能量切换到缓 冲电容C2以向主功率变换器供电，从而保证主功率变换器输入掉电后继续工作一段时间， 满足电源保持时间的要求。实施例二请参考图4，本实施例与实施例一的不同之处如下所述偏置电源Vp的负极连接输入正端_Vin，所述第一三极管Q1A的发射极连接 所述防反抽M0S管Q1的漏极，所述第二三极管Q1B的发射极连接所述防反抽M0S管Q1的 源极，所述第一三极管Q1A和所述第二三极管Q1B的基极互连，并连接到第一三极管Q1A的 集电极，所述防反抽M0S管Q1的栅极连接到第二三极管Q1B的集电极，所述防反抽M0S管 Q1的源极和漏极分别连接输入负端_Vin和输出负端-Vout ；所述第二 M0S管Q2与所述变 压器T1的原边绕组串接于输出正端+Vout和负端-Vout之间。实施例三请参考图5，本实施例与实施例一的不同之处如下升压保持电路采用升压拓扑电路，具有第一电感L1。所述第二 M0S管Q2与所述第 一电感L1串接于输入正端+Vin和负端-Vin之间，所述整流二极管D1的阳极与所述储能 电容C1的阴极相连，所述整流二极管D1的阴极连接在所述第二 M0S管Q2和所述第一电感 L1之间，所述储能电容C1的阳极与输入正端+Vin相连，所述储能电容C1的阴极与所述切 换M0S管Q3的源极相连，所述切换M0S管Q3的漏极与所述缓冲电容C2的阴极相连，所述 储能电容C1的阳极与所述隔离二极管D2的阳极相连，所述隔离二极管D1的阴极与所述缓 冲电容C2的阳极同接输出正端+Vout，所述缓冲电容C2的阴极与输出负端-Vout相连。实施例四请参考图6，本实施例与实施例三的不同之处如下所述偏置电源Vp的负极连接输入正端_Vin，所述第一三极管Q1A的发射极连接
6所述防反抽M0S管Q1的漏极，所述第二三极管Q1B的发射极连接所述防反抽M0S管Q1的 源极，所述第一三极管Q1A和所述第二三极管Q1B的基极互连，并连接到第一三极管Q1A的 集电极，所述防反抽M0S管Q1的栅极连接到第二三极管Q1B的集电极，所述防反抽M0S管 Q1的源极和漏极分别连接输入负端_Vin和输出负端-Vout ；所述第二 M0S管Q2与所述第 一电感L1串接于输出正端+Vout和负端-Vout之间。实施例二 _四的电路工作原理与实施例一是相类似的，此处不再赘述。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的 保护范围。
权利要求
一种防止电流反抽的保持时间电路，其特征在于，包括防止电流反抽电路、升压保持电路和切换电路，所述防止电流反抽电路具有控制前级至后级变换器的能量传输的防反抽MOS管，所述防止电流反抽电路在输入电压处于规定的正常电压范围内时开通所述防反抽MOS管实现所述能量传输，在输入故障时隔离前级的输入，所述升压保持电路具有在上电时存储能量的保持电容，所述升压保持电路在所述保持电容的电压达到设定电压后处于空载待机状态，所述切换电路在输入电压低于最低正常电压后开通，将所述保持电容上存储的能量供给所述后级变换器。
2.如权利要求1所述的防止电流反抽的保持时间电路，其特征在于，所述防止电流反 抽电路包括偏置电源、第一三极管、第二三极管和所述防反抽MOS管，所述偏置电源的负极 连接所述保持时间电路的输入正端或负端，所述偏置电源的正极分别通过电阻连接所述第 一三极管的集电极和所述第二三极管的集电极，所述第一三极管和所述第二三极管的发射 极分别连接所述防反抽MOS管的源极和漏极，所述第一三极管和所述第二三极管的基极互 连，并连接到与所述防反抽MOS管的漏极相连的三极管的集电极，所述防反抽MOS管的栅极 连接到与所述防反抽MOS管的源极相连的三极管的集电极，所述防反抽MOS管的源极和漏 极分别连接所述保持时间电路的输入正端和输出正端或分别连接所述保持时间电路的输 出负端和输入负端。
3.如权利要求1或2所述的防止电流反抽的保持时间电路，其特征在于，所述升压保持 电路为升压拓扑电路。
4.如权利要求1或2所述的防止电流反抽的保持时间电路，其特征在于，所述升压保 持电路包括第二 MOS管、变压器、副边整流二极管和储能电容，所述第二 MOS管与所述变压 器的原边绕组串接于输入正端和负端之间或输出正端和负端之间，所述副边整流二极管的 阳极与所述变压器的副边绕组相连，所述副边整流二极管的阴极与所述储能电容的阳极相 连，所述储能电容的阴极与输出负端相连，所述储能电容耦合到所述切换电路的输入端。
5.如权利要求4所述的防止电流反抽的保持时间电路，其特征在于，所述切换电路包 括切换MOS管、隔离二极管和缓冲电容，所述切换MOS管的源极与所述储能电容的阳极相 连，所述切换MOS管的漏极与所述隔离二极管的阳极相连，所述隔离二极管的阴极与所述 缓冲电容的阳极同接输出正端，所述缓冲电容的阴极与输出负端相连。
6.如权利要求1或2所述的防止电流反抽的保持时间电路，其特征在于，所述升压保持 电路包括第二 MOS管、第一电感、整流二极管和储能电容，所述第二 MOS管与所述第一电感 串接于输入正端和负端之间或输出正端和负端之间，所述整流二极管的阳极与所述储能电 容的阴极相连，所述整流二极管的阴极连接在所述第二 MOS管和所述第一电感之间，所述 储能电容的阳极与输入正端相连，所述储能电容耦合到所述切换电路的输入端。
7.如权利要求6所述的防止电流反抽的保持时间电路，其特征在于，所述切换电路包 括切换MOS管、隔离二极管和缓冲电容，所述切换MOS管的源极与所述储能电容的阴极相 连，所述切换MOS管的漏极与所述缓冲电容的阴极相连，所述储能电容的阳极与所述隔离 二极管的阳极相连，所述隔离二极管的阴极与所述缓冲电容的阳极同接输出正端，所述缓 冲电容的阴极与输出负端相连。
8.一种具有保持时间的功率变换器，其特征在于，包括如权利要求1所述的防止电流 反抽的保持时间电路。
全文摘要
本发明公开了一种防止电流反抽的保持时间电路，包括防止电流反抽电路、升压保持电路和切换电路，所述防止电流反抽电路具有控制前级至后级变换器的能量传输的防反抽MOS管，所述防止电流反抽电路在输入电压处于规定的正常电压范围内时开通所述防反抽MOS管实现所述能量传输，在输入故障时隔离前级的输入，所述升压保持电路具有在上电时存储能量的保持电容，所述升压保持电路在所述保持电容的电压达到设定电压后处于空载待机状态，所述切换电路在输入电压低于最低正常电压后开通，将所述保持电容上存储的能量供给所述后级变换器。本发明的保持时间电路可以在有效防止电流反抽的基础上很好地满足全输入电压范围内高效率和保持时间的要求。
文档编号H02M3/315GK101854115SQ201010107350
公开日2010年10月6日 申请日期2010年2月1日 优先权日2010年2月1日
发明者何建军, 林全喜 申请人:艾默生网络能源有限公司