基于开关电源的限流电路的制作方法
【专利摘要】一种基于开关电源的限流电路，包括输出直流电源的开关电源模块，还包括与开关电源模块连接并根据开关电源的输出电流发送反馈控制信号的反馈控制模块；所述反馈控制模块包括光耦控制模块和用于控制所述输出电流大小的电流控制模块，所述光耦控制模块的受光部分接入所述开关电源模块，所述光耦控制模块的发光部分接入所述电流控制模块且发光部分的电流受所述电流控制模块的控制。上述基于开关电源的限流电路中仅由晶体管、电阻、光耦控制模块和开关电源模块构成，因此，在实现限流的同时，电路的结构简单，易于实现。
【专利说明】基于开关电源的限流电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及限流电路，特别是涉及一种基于开关电源的限流电路。
【背景技术】
[0002]目前市场上的灯具大多为LED驱动的，因LED驱动的灯具高效节能、寿命长而被广泛应用。由于LED驱动电路要求电路中的电流恒流，即输出的电流在额定电流的±10%内波动能够正常工作。因此，在LED驱动电路中限流电路是必须的，但是目前大多限流电路采用恒流控制芯片等实现恒流输出，需要太多电器元件，电路结构复杂。
【发明内容】
[0003]基于此，有必要针对限流电路采用过多电器元件、电路结构复杂的问题，提供一种电路结构简单的基于开关电源的限流电路。
[0004]一种基于开关电源的限流电路，包括输出直流电源的开关电源模块，还包括与开关电源模块连接并根据开关电源的输出电流发送反馈控制信号的反馈控制模块；
[0005]所述反馈控制模块包括光耦控制模块和用于控制所述输出电流大小的电流控制模块，所述光耦控制模块的受光部分接入所述开关电源模块，所述光耦控制模块的发光部分接入所述电流控制模块且发光部分的电流受所述电流控制模块的控制；
[0006]所述电流控制模块包括稳压二极管、输出晶体管、电流检测电阻和电流检测晶体管；所述光耦控制模块的发光部分的输出端与所述输出晶体管的集电极连接，所述输出晶体管的基极与所述电流检测晶体管的集电极连接；
[0007]所述电流检测晶体管的集电极与所述直流电源正极连接，所述电流检测晶体管的基极与集电极连接；
[0008]所述电流检测电阻的两端分别连接所述输出晶体管的发射极和所述电流检测晶体管的发射极；
[0009]所述稳压二极管的负极与所述输出晶体管的集电极连接，正极与所述电流检测晶体管的发射极连接。
[0010]在其中一个实施例中，所述开关电源模块包括变电模块、变压器Tl和受所述反馈控制模块控制的方波输出模块，
[0011]所述变电模块输入交流电源、输出端正极与所述变压器Tl初级线圈一端连接，所述方波输出模块的方波输出端与所述变压器Tl初级线圈的另一端连接；
[0012]所述方波输出模块包括脉宽调制开关Ul和电解电容C4，所述脉宽调制开关Ul的漏极输出端作为方波输出端与变压器Tl的初级线圈连接，所述脉宽调制开关Ul的源极输入端接地，所述脉宽调制开关Ul的控制端输入由所述受光部分控制的电压，且通过所述电解电容C4接地；
[0013]所述方波输出模块还包括与所述变压器Tl初级线圈耦合的第二次级线圈、二极管D2和滤波电容C3 ；[0014]所述二极管D2和滤波电容C3串联后并联在所述第二次级线圈的两端，且与第二次级线圈的一端连接的是二极管D2的阳极，第二次级线圈的另一端接地；
[0015]所述光耦控制模块为光耦合器，所述光耦合器包括发光二极管和三极管，所述光耦控制模块的受光部分为所述三极管，所述光耦控制模块的发光部分为所述发光二极管；
[0016]所述发光二极管的正极与直流电源正极连接，负极与输出晶体管的集电极连接，所述三极管的集电极与所述二极管D2的阴极连接，发射极与所述脉宽调制开关Ul的控制端连接。
[0017]在其中一个实施例中，所述基于开关电源的限流电路还包括分压电阻R2，所述分压电阻R2 —端与所述发光二极管的负极连接，另一端与所述输出晶体管的集电极连接。
[0018]在其中一个实施例中，所述变电模块包括整流模块、电解电容Cl、稳压二极管ZDl及二极管Dl，
[0019]所述电解电容Cl正极与所述整流模块的输出端连接，负极接地；
[0020]所述稳压二极管ZDl的正极与与所述整流模块的输出端连接，负极与所述二极管Dl的负极连接，所述二极管Dl的正极与所述脉宽调制开关Ul的漏极连接。
[0021]在其中一个实施例中，所述基于开关电源的限流电路还包括电感LI，所述电感LI的一端与所述光耦控制模块的发光部分的输入端连接，另一端与所述电流检测晶体管的集电极连接。
[0022]在其中一个实施例中，所述电流检测晶体管的集电极和基极之间连接电阻R4，所述电阻R4用于使所述电流检测晶体管的饱和压降变化。
[0023]在其中一个实施例中，所述基于开关电源的限流电路还包括分压电阻R3，所述分压电阻R3 —端与直流电源正极连接，另一端与所述电流检测晶体管的基极连接。
[0024]在其中一个实施例中，所述基于开关电源的限流电路还包括电解电容C5和C6，所述电解电容C5和C6均并联于直流电源两端。
[0025]上述基于开关电源的限流电路通过电流控制模块控制输出电流，并通过光耦控制模块的发光部分将检测的输出电流转换成光信号发送给接入开关电源模块中的光耦控制模块的受光部分，光耦控制模块的受光部分再将光信号转换成电信号，发送给开关电源模块，从而开关电源模块根据光信号转换的电信号控制直流电源的压降，进而达到控制电流控制模块中的电流大小。因此，在设定额定电流后，通过光耦控制模块，开关电源模块能够控制直流电源的压降，从而控制电流控制模块中的电流保持在额定电流附近波动。上述基于开关电源的限流电路中仅由晶体管、电阻、光耦控制模块和开关电源模块构成，因此，在实现限流的同时，电路的结构简单，易于实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为基于开关电源的限流电路的结构不意图；
[0027]图2为基于开关电源的限流电路的电路原理图。
【具体实施方式】
[0028]如图1所示，为开关电源限流电路的结构示意图。一种基于开关电源的限流电路，包括输出直流电源的开关电源模块10，还包括与开关电源模块10连接并根据开关电源模块10的输出电流发送反馈控制信号的反馈控制模块20。
[0029]反馈控制模块20包括光耦控制模块22和用于控制输出电流大小的电流控制模块
24。光耦控制模块22的受光部分接入开关电源模块10，光耦控制模块22的发光部分接入电流控制模块24且发光部分的电流受电流控制模块24的控制。
[0030]电流控制模块24包括稳压二极管ZD2、输出晶体管Ql、电流检测电阻R5和电流检测晶体管Q2 ;光耦控制模块22的发光部分的输出端与输出晶体管Ql的集电极连接，输出晶体管Ql的基极与电流检测晶体管Q2的集电极连接。
[0031]电流检测晶体管Q2的集电极与直流电源正极连接，电流检测晶体管Q2的基极与集电极连接。
[0032]电流检测电阻R5的两端分别连接输出晶体管Ql的发射极和电流检测晶体管Q2的发射极。
[0033]稳压二极管ZD2的负极与输出晶体管Ql的集电极连接，正极与电流检测晶体管Q2的发射极连接。
[0034]在本实施例中，光耦控制模块22的发光部分将电流控制模块24中的输出电流转换成光信号，光耦控制模块22的受光部分再将光信号转换成电信号，并将电信号发送给开关电源模块10。开关电源模块10接收的电信号后，即开关电源模块10检测到电流控制模块中的电流。因此，开关电源模块10根据检测到的电流和预定的额定电流控制直流电源的压降。
[0035]由于电流控制模块24中的电流大小与直流电源的压降大小成正比。因此，在电流控制模块24中的电流高于额定电流时，开关电源模块10控制输出的直流电源的压降降低。在电流控制模块24中的电流低于额定电流时，开关电源模块10控制输出的直流电源的压降升闻。
[0036]具体地，电流检测电阻R5检测电流的过程为:在电流控制模块24中的电流不高于额定电流时，电流检测晶体管Q2导通，而输出晶体管Ql由于发射结压降不足以使输出晶体管Ql导通。因而输出晶体管Ql截止。而稳压二极管ZD2此时被反向击穿处于稳压状态。因此，通过电流检测电阻R5的电流恒定不高于额定电流，光耦控制模块22的控制信号不会使开关电源模块10控制直流电源的压降改变。
[0037]在电流控制模块24中的电流高于额定电流时，电流检测晶体管Q2导通，稳压二极管ZD2由于电路中电流的增加，使得稳压二极管ZD2被截止，而通过电流检测电阻R5的电流增加，因此，输出晶体管Ql发射结的压降增大到使输出晶体管Ql导通的压降，从而输出晶体管Ql导通。因而通过光耦控制模块22、输出晶体管Ql和电流检测电阻R5的电流高于额定电流，光耦控制模块22的发光部分将电流控制模块24中的电流转换成光信号，光耦控制模块22的受光部分将光信号转换成电信号，并将电信号发送给开关电源模块10，开关电源模块10则控制输出的直流电源的压降减小，从而减小电流控制模块24中的电流，使其接近额定电流大小。
[0038]请结合图2。开关电源模块10包括变电模块12、变压器Tl和受反馈控制模块20控制的方波输出模块14。
[0039]变电模块12输入交流电源、输出端正极与变压器Tl初级线圈一端连接，方波输出模块14的方波输出端与变压器Tl初级线圈的另一端连接。[0040]方波输出模块14包括脉宽调制开关Ul和电解电容C4，脉宽调制开关Ul的漏极输出端作为方波输出端与变压器Tl的初级线圈连接，脉宽调制开关Ul的源极输入端接地，脉宽调制开关Ul的控制端输入由受光部分控制的电压，且通过电解电容C4接地。
[0041]方波输出模块14还包括与变压器Tl初级线圈耦合的第二次级线圈、二极管D2和滤波电容C3。二极管D2和滤波电容C3串联后并联在第二次级线圈的两端，且与第二次级线圈的一端连接的是二极管D2的阳极，第二次级线圈的另一端接地。
[0042]在本实施例中，脉宽调制开关Ul具体为T0P203Y。T0P203Y同TOP Switch系列的其他产品一样，内部结构基本相同。T0P203Y封装有3个引脚，分别为源极输入端、漏极输出端和控制端。
[0043]控制端为误差放大电路和反馈电流的输入端。在正常工作时，由内部并联调整器提供内部偏置电压。控制端主要有四个功能:1)利用控制IC电流的大小来调节占空比；2)为芯片提供正常工作的偏流；3)决定自动重启动的频率；4)对控制回路进行补偿。在本实施例中，控制极主要用来脉宽调制开关Ul电流的来调节占空比，从而达到控制开关电源模块10输出电源的压降大小。
[0044]光耦反馈模块20为光耦合器OPl，光耦合器OPl包括发光二极管OPlA和三极管0P1B。光耦控制模块22的受光部分为三极管0P1B，光耦控制模块22的发光部分为发光二极管0P1A。发光二极管OPlA的正极与直流电源正极连接，负极与输出晶体管Ql的集电极连接，三极管OPlB的集电极与二极管D2的阴极连接，发射极与脉宽调制开关Ul的控制端连接。
[0045]光稱合器(optical coupler,英文缩写为OC)亦称光电隔离器或光电稱合器,简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器(红外线发光二极管LED)与受光器(光敏半导体管)封装在同一管壳内。在输入端加电信号后，发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电一光一电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器，且输出和输入之间绝缘，单向传输信号。在本实施例中，光耦合器OPl主要用来监测电流控制模块24的电流大小，并通过“电-光-电”转换方式将电流控制模块24中的电流大小反馈给开关电源模块10，开关电源模块10根据反馈的电流大小控制输出的电源压降大小。
[0046]基于开关电源的限流电路还包括分压电阻R2，分压电阻R2—端与所述发光二极管OPlA的负极连接，另一端与输出晶体管Ql的集电极连接。
[0047]变电模块12还包括整流模块BR1、电解电容Cl、稳压二极管ZDl及二极管D1。
[0048]电解电容Cl正极与整流模块BRl的输出端连接，负极接地。
[0049]稳压二极管ZDl的正极与与整流模块BRl的输出端连接，负极与二极管Dl的负极连接，二极管Dl的正极与脉宽调制开关Ul的漏极连接。
[0050]二极管D3的正极与变压器次级线圈的一端连接，二极管D3的负极与直流电源的正极连接。
[0051]基于开关电源的限流电路还包括电感LI，电感LI的一端与光耦控制模块22的发光部分的输入端连接，另一端与电流检测晶体管Q2的集电极连接。
[0052]电流检测晶体管Q2的集电极和基极之间连接电阻R4，电阻R4用于使电流检测晶体管Q2的饱和压降变化。电阻R4的电阻值非常小，可以近似认为电流检测晶体管Q2的集电极和基极短接。
[0053]基于开关电源的限流电路还包括分压电阻R3，分压电阻R3—端与直流电源正极连接，另一端与电流检测晶体管Q2的基极连接。
[0054]具体地，输出晶体管Ql为三极管。电流检测晶体管Q2为三极管。
[0055]基于开关电源的限流电路还包括电解电容C5和C6，电解电容C5和C6均并联于直流电源两端。
[0056]基于上述所有实施例，如图2所示的基于开关电源的限流电路的工作原理如下:
[0057]令输出极限电流为Iui，输出电流为Itj，则，当Itj < Iui时，开关电源模块10输出的直流电源Vcc处于恒压区，即Vcc基本不变。此时电流检测晶体管Q2工作在饱和区，输出晶体管Ql呈限止状态，基于开关电源的限流电路的限流功能不起作用。具体地，电流检测晶体管Q2的集电极与基极之间连接变压降电阻R4，由于变压降电阻R4的电阻值非常小，可视为电流检测晶体管Q2的集电极与基极短接，因此，电流检测晶体管Q2始终工作在饱和区，只是饱和深度和饱和压降VQ2s会因为变压降电阻R4的分压在一定范围内变化。此时输出电流I。较小，电流检测电阻R5上的压降VR5较低，使得输出晶体管Ql的发射结压降Vbel=VR5+VQ2s < 0.65V，因此，输出晶体管Ql呈限止状态，相当于集电极开路，对光耦控制模块22无分流作用，因此，脉宽调制开关Ul控制输出电压不变。
[0058]当I。> Iui时，由于输出电流IO与开关电源模块10输出的直流电源VCC的压降成正比关系，因此，开关电源模块10输出的直流电源Vcc会根据脉宽调制开关Ul接收的电信号而减小。具体地，此时电流检测电阻R5上的压降为0.3V，电流检测晶体管Q2的饱和压降VQ2s - 0.57V，由于输出晶体管Ql的发射极压降Vbel=VR5+VQ2s > 0.7V，因此，输出晶体管Ql导通。而稳压二极管ZD2因Vcc的降低而退出稳压区变成截止状态。从而光耦控制模块22中通过LED的电流就流经输出晶体管Ql到达电流感测电阻R5，由于输出晶体管Ql的导通电阻很小，分得的压降也小，从而使得光耦控制模块22中LED上的压降增大，通过LED的电流增大，LED发光亮度加强，因此，与光耦控制模块22中的受光部分连接的脉宽调制开关Ul控制开关电源模块10进入限流区，即控制开关电源模块10输出的直流电源Vcc的压降减小，从而控制IO减小。
[0059]开关电源模块10中的脉宽调制开关Ul的型号为T0P203Y，T0P203Y的控制脚与光耦控制模块22的三极管的发射极连接，因此，在流经LED的电流增大时，Τ0Ρ203Υ的控制脚的电压增大，从而使得Τ0Ρ203Υ的占空比减小，并通过Τ0Ρ203Υ的漏极输出控制开关电源模块10输出的直流电源Vcc减小。[0060]进一步分析可知，分压电阻R3上的电流也是与VCC成正比的，随之Vcc的继续降低，通过分压电阻R3的电流减小，电流检测晶体管Q2的饱和压降VQ2s升高，输出晶体管Ql的发射结压降Vbel增大，流经LED的电流增大，Τ0Ρ203Υ的控制脚的电压增大，从而使得Τ0Ρ203Υ的占空比减小，即控制开关电源模块10输出的直流电源Ncc的压降减小，进而控制IO减小。
[0061]当输出电流Itj减小到小于输出极限电流Iui时，电流检测电阻R5上的压降降低，使得输出晶体管Ql的发射结压降Vbel小于0.65V，因此，输出晶体管Ql截止，相当于集电极开路，对光耦控制模块22不起分流作用，因此，Τ0Ρ203Υ控制输出电压不变。
[0062]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种基于开关电源的限流电路，包括输出直流电源的开关电源模块，其特征在于，还包括与开关电源模块连接并根据开关电源的输出电流发送反馈控制信号的反馈控制模块； 所述反馈控制模块包括光耦控制模块和用于控制所述输出电流大小的电流控制模块，所述光耦控制模块的受光部分接入所述开关电源模块，所述光耦控制模块的发光部分接入所述电流控制模块且发光部分的电流受所述电流控制模块的控制； 所述电流控制模块包括稳压二极管、输出晶体管、电流检测电阻和电流检测晶体管；所述光耦控制模块的发光部分的输出端与所述输出晶体管的集电极连接，所述输出晶体管的基极与所述电流检测晶体管的集电极连接； 所述电流检测晶体管的集电极与所述直流电源正极连接，所述电流检测晶体管的基极与集电极连接； 所述电流检测电阻的两端分别连接所述输出晶体管的发射极和所述电流检测晶体管的发射极； 所述稳压二极管的负极与所述输出晶体管的集电极连接，正极与所述电流检测晶体管的发射极连接。
2.根据权利要求1所述的基于开关电源的限流电路，其特征在于，所述开关电源模块包括变电模块、变压器Tl和受所述反馈控制模块控制的方波输出模块， 所述变电模块输入交流电源、输出端正极与所述变压器Tl初级线圈一端连接，所述方波输出模块的方波输出端与所述变压器Tl初级线圈的另一端连接； 所述方波输出模块包括脉宽调制开关Ul和电解电容C4，所述脉宽调制开关Ul的漏极输出端作为方波输出端与变压器Tl的初级线圈连接，所述脉宽调制开关Ul的源极输入端接地，所述脉宽调制开关Ul的控制端输入由所述受光部分控制的电压，且通过所述电解电容C4接地； 所述方波输出模块还包括与所述变压器Tl初级线圈耦合的第二次级线圈、二极管D2和滤波电容C3 ； 所述二极管D2和滤波电容C3串联后并联在所述第二次级线圈的两端，且与第二次级线圈的一端连接的是二极管D2的阳极，第二次级线圈的另一端接地； 所述光耦控制模块为光耦合器，所述光耦合器包括发光二极管和三极管，所述光耦控制模块的受光部分为所述三极管，所述光耦控制模块的发光部分为所述发光二极管； 所述发光二极管的正极与直流电源正极连接，负极与输出晶体管的集电极连接，所述三极管的集电极与所述二极管D2的阴极连接，发射极与所述脉宽调制开关Ul的控制端连接。
3.根据权利要求2所述的基于开关电源的限流电路，其特征在于，所述基于开关电源的限流电路还包括分压电阻R2，所述分压电阻R2 —端与所述发光二极管的负极连接，另一端与所述输出晶体管的集电极连接。
4.根据权利要求2所述的基于开关电源的限流电路，其特征在于，所述变电模块包括整流模块、电解电容Cl、稳压二极管ZDl及二极管D1， 所述电解电容Cl正极与所述整流模块的输出端连接，负极接地； 所述稳压二极管ZDl的正极与与所述整流模块的输出端连接，负极与所述二极管Dl的负极连接，所述二极管Dl的正极与所述脉宽调制开关Ul的漏极连接。
5.根据权利要求1所述的基于开关电源的限流电路，其特征在于，所述基于开关电源的限流电路还包括电感LI，所述电感LI的一端与所述光耦控制模块的发光部分的输入端连接，另一端与所述电流检测晶体管的集电极连接。
6.根据权利要求1所述的基于开关电源的限流电路，其特征在于，所述电流检测晶体管的集电极和基极之间连接电阻R4，所述电阻R4用于使所述电流检测晶体管的饱和压降变化。
7.根据权利要求1所述的基于开关电源的限流电路，其特征在于，所述基于开关电源的限流电路还包括分压电阻R3，所述分压电阻R3 —端与直流电源正极连接，另一端与所述电流检测晶体管的基极连接。
8.根据权利要求1所述的基于开关电源的限流电路，其特征在于，所述基于开关电源的限流电路还包括电解电容 C5和C6，所述电解电容C5和C6均并联于直流电源两端。
【文档编号】H02M3/156GK103457464SQ201210173610
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年5月30日 优先权日:2012年5月30日
【发明者】周明杰, 管伟芳 申请人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明工程有限公司