专利名称：反激式开关电源及其过流保护方法
技术领域：
本发明涉及一种反激式开关电源及其过流保护方法，尤其涉及一种过流时实现恒 流输出的反激式开关电源及其恒流式过流保护方法。
背景技术：
反激式开关电源已广泛用于各个领域，图1示出了常规反激式开关电源的过流保 护原理图，其具有电流闭环控制电路和电压闭环控制电路。其中，由运算放大器1和在运算 放大器1输出端上串接的二极管构成了电流闭环控制电路；由运算放大器2和运算放大器 2输出端上串接的二极管构成了电压闭环控制电路。在输出回路的输出电流小于额定电流 时，通过电压闭环控制电路实现恒压工作。当输出电压大于额定电压时，电压闭环控制电路 输出第二误差电压，光耦器件将第二误差电压转变成第二误差电流，耦合到控制芯片的误 差输入端，控制芯片调节输出占空比，实现开关电源的恒压输出；在输出回路的输出电流大 于额定电流时，电流闭环控制电路工作，当输出电流大于额定电流时，电流闭环控制电路输 出第一误差电压，光耦器件将第一误差电压转变成第一误差电流，耦合到控制芯片的误差 输入端，控制芯片调节输出占空比，实现开关电源的恒流输出。在图1所示的常规反激式开关电源中，运算放大器1、光耦器件和基准电压源U2的 供电电压都由输出回路的输出电压提供。在这种情况下，当输出电流大于额定电流时，输出 回路的输出电压将下降，当输出电压下降到运算放大器1、光耦器件和基准电压源U2不能 正常工作的电压时，运算放大器1、光耦器件和基准电压源U2不能正常工作，则输出反馈环 路将不能正常工作。因此，在输出电流大于额定电流(S卩，过流)时，只能通过输入端来控制过流，即只 有采用限制最大输出电流的保护方式来使输出反馈环路正常工作。一般情况下，过流的设 定值在额定电流的110% -130%。图2示出了常规反激式开关电源的输出电压和输出电流之间的关系。在图2中， Ue表示额定输出电压，Ig表示过流保护电流，其一般为额定电流的110%-130%。如图2 所示，在输出电流未过流时，开关电源以额定电压的恒压输出，在输出电流增大超过额定电 流时，随着输出电流的增大，输出电压减小，输出电压值减小到0，在实际情况下由于输出回 路电阻存在，输出电压值不会为0。因此，可以看出，常规反激式开关电源不能够实现过载或者短路时恒流过流保护。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种反激式开关电源及其过流保护方法，在输出 电流未过流时开关电源以恒压方式输出，在输出电流过流时开关电源以恒流方式输出，因 此，这种开关电源既可以工作在恒压模式又可以工作在恒流模式，从而可以实现过载或者 短路时开关电源恒流过流保护。为解决上述技术问题，本发明的反激式开关电源过流保护方法包括在输出电流大于额定电流时，启动电流闭环控制电路来输出第一误差电压；在输出电压大于额定电压 时，启动电压闭环控制电路来输出第二误差电压；通过光耦器件将第一误差电压转变成第 一误差电流或者将第二误差电压转变成第二误差电流；以及通过控制芯片，基于第一误差 电流来控制输出电流或者基于第二误差电流来控制输出电压；其特征在于，通过一个稳压 芯片来给电流闭环控制电路、电压闭环控制电路以及光耦器件供电，以使得所述开关电源 在输出电流大于额定电流时输出恒定输出电流。优选地，通过反激式开关电源的输出回路给所述稳压芯片供电。优选地，通过改变输出回路上的采样电阻的大小来改变输出电流大于额定电流时 所述开关电源输出的恒定输出电流的大小。本发明还提供了一种反激式开关电源，其包括输出回路，提供输出电压和输出电 流；电流闭环控制电路，其在输出电流大于额定电流时输出第一误差电压；电压闭环控制 电路，其在输出电压大于额定电压时输出第二误差电压；光耦器件，其将第一误差电压转变 成第一误差电流或者将第二误差电压转变成第二误差电流；以及控制芯片，其基于第一误 差电流来控制输出电流或者基于第二误差电流来控制输出电压；其特征在于，还包括稳压 芯片，用于给电流闭环控制电路、电压闭环控制电路以及光耦器件供电，以使得所述开关电 源在输出电流大于额定电流时输出恒定输出电流。优选地，所述输出回路包括用于对输出电流进行采样的采样电阻。优选地，所述采样电阻的阻值为毫欧级。优选地，所述电流闭环控制电路包括第一运算放大器，具有第一输入端和第二输 入端，第一输入端被提供表示输出电流的电压，第二输入端被提供第一基准电压，其第一输 出端电压为第一误差电压；和第一二极管，其与第一运算放大器协同工作，当输出电流大于 额定电流时，使得光耦器件对第一误差电压进行转化。优选地，所述稳压芯片给第一运算放大器供电，以及第一基准电压由所述稳压芯 片提供。优选地，所述电压闭环控制电路，包括第二运算放大器，具有第三输入端和第四输 入端，第三输入端被提供第二基准电压，第四输入端被提供输出电压，其第二输出端电压为 第二误差电压；和第二二极管，其与第二运算放大器协同工作，当输出电压大于额定电压 时，使得光耦器件对第二误差电压进行转化。优选地，第二基准电压由所述稳压芯片提供。在本发明中，提供稳压芯片，用以给开关电源中的各组件供电，从而在输出回路的 输出电流大于额定电流而导致输出电压下降时，开关电源中的各组件的供电电压不会随着 输出电压的下降而下降，而是保持在由稳压芯片所提供的稳定电压。这样的话，开关电源的 各组件能够正常工作，从而电压闭环控制电路和电流闭环控制电路能够正常工作。因此，根 据本发明，在输出电压大于额定电压时实现恒压输出，在输出电流大于额定电流时实现恒 流输出，能够在开关电源过流和短路时实现恒流过流保护。这种电压和电流双闭环控制方式使系统具有瞬态响应快，系统稳定性强等优点， 同时提高了开关电源的性能。
下面将参照附图对本发明的示例性实施例进行更详细地描述，其中图1是常规反激式开关电源的电路原理图；图2示出了常规反激式开关电源的输出电流和输出电压之间的关系；图3是根据本发明的一个实施例的反激式开关电源的电路原理图；以及图4示出了根据本发明的反激式开关电源的输出电流和输出电压之间的关系。
具体实施例方式下文中，将参照附图给出本发明示例性实施例的描述。图3是示出根据本发明的一个优选实施例的反激式开关电源的电路原理图，其 中，该反激式开关电源采用双闭环控制方式来实现恒流式过流保护。图3所示的反激式开关电源包括变压器，其次级绕组侧输出回路上输出电压为Vo 和输出电流为Io，输出回路上串接了一个对输出电流Io进行采样的采样电阻R1，其中采样 电阻Rl的一端CGND接地，另一端GNDO与运算放大器1的反相输入端2连接。如图3所示的反激式开关电源中，使用了两个运算放大器来实现双闭环控制，一 个为电压闭环控制电路，另一个为电流闭环控制电路。电压闭环控制电路包括第二运算放 大器2和第二二极管D2，其中第二运算放大器2为电压反馈误差放大器；而电流闭环控制 电路包括第一运算放大器1和第一二极管D1，其中第一运算放大器1为电流反馈误差放大 器。U2为一个基准电压源给运算放大器1和2提供基准电压。该反激式开关电源还包括 一个5V稳压芯片Ul，其输入端子IN通过二极管D5与变压器次级绕组侧输出回路的端子8 连接，其输出端子OUT提供5V的恒定电压，用来给第一运算放大器1、光耦器件L和基准电 压U2供电。如图3所示的开关电源，当开关电源未过流(即，变压器的输出电流Io小于额定 电流)时电压闭环控制输出，输出电压Vo通过电阻R5、R6组成的分压采样电路输入到第二 运算放大器2的反相输入端6，并且与第二运算放大器2的同相输入端5上稳压二极管U2 所提供的第二基准电压进行比较从而在第二运算放大器2的输出端7产生相应的第二误差 电压。以本领域已知的方式，对第二基准电压进行设置(即，对U2进行选择)，使得在输出 电压大于额定电压时，第二运算放大器2的反相输入端6上的输入电压大于同相输入端5 上的输入电压，则第二运算放大器2输出误差电压，此时，通过光耦将误差电压转化为误差 电流。此时，由于变压器输出电流较小，所以Rl两端的电压较小，电流反馈误差放大器 (即，第一运算放大器1)的反相输入端2上的输入电压较小，此时对于第一运算放大器1来 说，以本领域已知的方式，对同相输入端3上的输入电压进行设置，使得同相输入端3上的 输入电压大于反相输入端2上的输入电压，第一运算放大器1的输出端1的输出电压为高 电位，此时二极管Dl截止。此时，第二误差电压通过光耦器件L的光耦转变成误差电流，耦合到控制芯片的 误差输入端，作为其输入，控制芯片通过该误差输入调节输出占空比，实现开关电源的恒压 输出。当开关电源过流(即，输出电 大于额定电流)时电流闭环控制输出，输出电流通过采样电阻Rl来进行采样，当电流通过R1，在Rl上产生电压降作为第一运算放大器1的反 相输入端2上的输入电压。U2产生的基准电压通过R2、R3分压作为第一运算放大器1的第 二基准电压，作为第一运算放大器1的同相输入端3上的输入电压。第一运算放大器1的反 相输入端2上的输入电压和同相输入端3上的输入电压相互比较产生相应的第一误差电压， 作为第一运算放大器1的输出端1的输出电压，随着输出电流的增大，反相输入端2上的输入 电压上升，并且对第二基准电压进行设置(即，对电阻R2、R3以及U2进行选择)，使得在输出 电流大于额定电流时，第一运算放大器1的同相输入端3上的输入电压小于反相输入端2上 的输入电压，此时第一运算放大器1的输出端1的输出误差电压，通过光耦转化为误差电流。此时，由于变压器输出电流过大，所以输出电压Vo变小，此时对于第二运算放大 器2来说，同相输入端5上的输入电压大于反相输入端6上的输入电压，第二运算放大器2 的输出端7的输出为高电位，此时二极管D2截止。与图1所示的现有技术的反激式开关电源过流保护方式相比，在如图3所示的根 据本发明的反激式开关电源中，当开关电源过流和短路而造成输出电压Vo下降时，由于第 一运算放大器1、光耦器件L和基准电源U2都由稳压芯片Ul来供电，所以反激式开关电源 中的各组件都能正常工作，即输出反馈回路能够正常工作。此时，第一误差电压通过光耦器件L的光耦转变成第一误差电流，耦合到输入端， 作为控制芯片的误差输入，控制芯片通过该误差输入，调节输出占空比，实现恒流输出。也就是说，在输出电流大于额定电流时，电流反馈回路和电压反馈回路都能正常 工作，从而实现恒流输出。因此，开关电源更加稳定。其中，通过改变采样电阻Rl的大小可以改变开关电源恒流输出电流的大小，一般 采用采用电阻Rl的阻值为毫欧级。图4示出了根据本发明的输出电压与输出电流关系。在图4中，横坐标表示输出 电流Io，纵坐标表示输出电压Uo，Ue表示额定输出电压，Ie表示额定的输出电流。当输出 开路时电源输出额定电压Ue，输出电流为O。在输出端接负载时，且当减小负载的阻值时， 输出电流增大，当输出电流小于额定电流时，输出电压恒定，开关电源以恒压模式工作。当 输出电流增加到额定电流时，继续减小负载的阻值时输出电流恒定为Ie，输出电压值减小 到0，在实际情况下由于输出回路电阻存在，输出电压值不会为O。额定输出电流的大小可 以通过采样电组Rl的阻值改变。表1和表2示出了根据本发明的在额定输出电流分别为IA和2A时的两个实例。表1 额定电流为IA时输出电压与输出电流的关系
输出电压(V)5. 0025. 0015. 0014. 5033. 6500. 956输出电流(A)00. 51. 01. 01. 01. 0
表2 额定电流为2A时输出电压与输出电流的关系
输出电压(V)5. 0025. 0005. 0004. 3803. 3601. 12权利要求
一种反激式开关电源过流保护方法，包括在输出电流大于额定电流时，启动电流闭环控制电路来输出第一误差电压；在输出电压大于额定电压时，启动电压闭环控制电路来输出第二误差电压；通过光耦器件将第一误差电压转变成第一误差电流或者将第二误差电压转变成第二误差电流；以及通过控制芯片，基于第一误差电流来控制输出电流或者基于第二误差电流来控制输出电压；其特征在于，通过一个稳压芯片来给电流闭环控制电路、电压闭环控制电路以及光耦器件供电，以使得所述开关电源在输出电流大于额定电流时输出恒定输出电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过反激式开关电源的输出回路给所述稳压芯 片供电。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过改变输出回路上的采样电阻的大小来改变 输出电流大于额定电流时所述开关电源输出的恒定输出电流的大小。
4.一种反激式开关电源，包括输出回路，提供输出电压和输出电流；电流闭环控制电路，其在输出电流大于额定电流时输出第一误差电压；电压闭环控制电路，其在输出电压大于额定电压时输出第二误差电压；光耦器件，其将第一误差电压转变成第一误差电流或者将第二误差电压转变成第二误 差电流；以及控制芯片，其基于第一误差电流来控制输出电流或者基于第二误差电流来控制输出电压；其特征在于，还包括稳压芯片，用于给电流闭环控制电路、电压闭环控制电路以及光耦 器件供电，以使得所述开关电源在输出电流大于额定电流时输出恒定输出电流。
5.根据权利要求4所述的反激式开关电源，所述输出回路包括采样电阻，其用于对输 出电流进行采样。
6.根据权利要求5所述的反激式开关电源，所述采样电阻的阻值为毫欧级。
7.根据权利要求4所述的反激式开关电源，所述电流闭环控制电路包括第一运算放大 器，具有第一输入端、第二输入端和第一输出端，第一输入端被提供表示输出电流的电压， 第二输入端被提供第一基准电压，以及第一输出端上的电压为第一误差电压；和第一二极 管，其与第一运算放大器协同工作，当输出电流大于额定电流时，使得光耦器件对第一误差 电压进行转化。
8.根据权利要求7所述的反激式开关电源，所述稳压芯片给第一运算放大器供电，以 及第一基准电压由所述稳压芯片提供。
9.根据权利要求4所述的反激式开关电源，所述电压闭环控制电路，包括第二运算放 大器，具有第三输入端、第四输入端和第二输出端，第三输入端被提供第二基准电压，第四 输入端被提供输出电压，第二输出端上的电压为第二误差电压；和第二二极管，其与第二运 算放大器协同工作，当输出电压大于额定电压时，使得光耦器件对第二误差电压进行转化。
10.根据权利要求9所述的反激式开关电源，其中第二基准电压由所述稳压芯片提供。
全文摘要
本发明提供了一种反激式开关电源及其过流保护方法，该反激式开关电源过流保护方法包括在输出电流大于额定电流时，启动电流闭环控制电路来输出第一误差电压；在输出电压大于额定电压时，启动电压闭环控制电路来输出第二误差电压；通过光耦器件将第一误差电压转变成第一误差电流或者将第二误差电压转变成第二误差电流；以及通过控制芯片，基于第一误差电流来控制输出电流或者基于第二误差电流来控制输出电压；其特征在于，通过一个稳压芯片来给电流闭环控制电路、电压闭环控制电路以及光耦器件供电，以使得所述开关电源在输出电流大于额定电流时输出恒定输出电流。
文档编号H02M1/32GK101951135SQ20101026879
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月26日 优先权日2010年8月26日
发明者汪建建 申请人:奇瑞汽车股份有限公司