用于开关模式电源的过电压保护和省电电路的制作方法
【专利说明】用于开关模式电源的过电压保护和省电电路
[0001]本发明涉及一种电源，并且更具体地，涉及开关模式电源(SMPS)中的过电压保护和省电电路。
公知的是，开关模式电源易出现电压波动，并且照此其需要针对过电压保护的特殊电路级设计。
[0002]本发明提出了一种在其提供了用于SMPS电路的初级侧的过电压保护电路的方面可区分的电路设计。该保护电路对输入电压进行比较，并且如果感测到输入电压大于基准电压，则使SMPS控制器不活动。另一方面，如果测量到低于所述基准电压的输入电压，则所述保护电路保持不活动。换句话说，在正常操作期间，所述保护电路可能不导通(conduct)，并且通过其的无效的功率消耗可以被避免。
[0003]除其他之外，本发明的技术领域中的现有技术公开可以被引用为EP2 209 196，其公开了一种具有NOR逻辑电路的保护电路，开关模式电源的输出电压连接到其，并且通过控制这些输出电压来在出错的情况下命令开关中断功率流。
[0004]本发明提供一种用于开关模式电源电路的输入级过电压保护，其由如权利要求1中限定的技术特征提供。
[0005]本发明的主要目的是提供具有输入级过电压保护电路的开关模式电源，可以通过其来避免无效的功率消耗。
[0006]本发明提出了一种开关模式电源(SMPS)，其中AC电压源与变压器的初级侧线圈连接。所述变压器的初级侧包括输入电容器、以及与其并联的低压阻断器(blocker)。低压阻断器确保如果测量到低于某一电平的母线电压，则与所述低压阻断器串联的带隙基准比较器不被通电。这确保了在预定义的电压范围内在正常操作期间没有功率消耗成为问题。
[0007]另一方面，响应于大于所述预定义的电压范围的上限的母线电位，所述带隙基准比较器使所述开关模式电源控制器不活动，并且防止由于过电压造成的对其的任何损害。
[0008]给出附图只出于例示开关模式电源输入级过电压保护电路的目的，其相对于现有技术的优点在上文概述并且将在下文简要地解释。
[0009]附图不打算对如权利要求中所标识的保护的范围进行定界，也不应在不依靠本发明的描述中的技术公开的情况下被单独引用来试图解释所述权利要求中所标识的范围。
[0010]图1表明了根据本发明的SMPS输入级过电压保护电路的简化电路图。
[0011]图2表明了根据本发明的SMPS输入级过电压保护电路的电路图。
[0012]在【具体实施方式】中使用以下附图标记:
[0013]开关模式电源(SMPS) (I)
[0014]二极管(2)
[0015]AC 电压源(3)
[0016]输入电容器(4)
[0017]低压阻断器(5)
[0018]带隙基准/比较器(6)
[0019]箝位电路(7)
[0020]SMPS 控制器(8)
[0021]初级线圈(9)
[0022]次级线圈(10)
[0023]整流器(11)
[0024]电容器(12)
[0025]电阻器(R13，R14)
[0026]TL431 调节器(regulator) (15)
[0027]本发明提出了一种开关模式电源(SMPS)过电压保护电路，其一般由附图标记I所指定。
[0028]AC电压源(3)通过具有初级和次级线圈(9和10)的变压器而连接到开关模式电源(I)。AC功率通过半波整流器即二极管(2)进行整流，并且通过输入电容器(4)滤波为DC电压。
[0029]初级线圈(9)原则上与采用进行接通和关断的开关设备的形式(为了清楚起见而未示出)的SMPS控制器⑶串联连接，在接通期间，增加所述初级线圈(9)中的磁通量，其继而在所述变压器的所述次级线圈(10)中引起电流。在所述SMPS控制器⑶中使用的半导体可以为IGBT或其他类型的高频固态开关。
[0030]进一步，当在变压器的初级和次级侧具有漏电感时，泄漏能量不能直接传输到次级侧，并且因而应当在交换期间被吸收。因此，箝位电路(7)应被用于保护所述开关设备。
[0031]虽然附图表明了反激式(flyback)功率转换器的图解，但是本发明的工作原理同等地也适用于其他SMPS转换器。
[0032]与初级侧电压隔离的来自变压器的输出由整流器(11)进行整流，并且由平滑(smooth)电容器(12)进行平滑以提供DC输出。
[0033]根据本发明的开关模式电源(I)转换器的输入级包括以具有电压设定偏置电阻器(R13R14)的分流调节器的形式的带隙基准/比较器(6)。分流调节器可以通过常规的调节设备来实现，诸如例如TL431调节器(15)。TL431调节器(15)由若干制造商所制造并且因此可在市面上获得。
[0034]在使用中，电阻器13和14(R13和R14)被选择成使得仅当达到某一电压电平时，所述分流调节器将开始导通；所述电阻器R13和R14之间的中点连接到所述分流调节器的定位销(reference pin)。所述基准电压Vref按照如下表达式来限定:V ancide= 2，5*V ref，根据TL431调节器(15)的数据表，Vancide描述从其正极的电压降。
[0035]进一步，根据本发明的开关模式电源(I)转换器的输入级包括低压阻断器(5)，其在测量到低于基准值的电压电平时，阻断所述带隙基准/比较器(6)的供电。根据本发明的低压阻断器(5)可以由如以下解释的瞬态电压抑制器(TVS) 二极管来实现。
[0036]TVS 二极管包含与齐纳二极管类似的P/N结，但是具有更大的横截面，并且照此它们被用作箝位设备，其通过P/N结的低阻抗雪崩击穿来限制电压尖峰。在当母线电位(V。)超过TVS击穿电压(Vbr)时的瞬态事件中，设备变为低阻抗，从而导通高电流到地。换句话说，当所述TVS 二极管响应于母线电位(V。)大于TVS击穿电压(Vbr)而变为低阻抗时，所述带隙基准/比较器(6)被供电，并且所述分流调节器将因此提供所述SMPS控制器⑶变为不活动，因此防止由于过电压造成的对其的任何损害。
[0037]根据本发明的低压阻断器(5)也可以通过电压降落单元来实现，其可以包括齐纳二极管、瞬态电压抑制器(TVS) 二极管、或者电阻器。
[0038]简言之，本发明提出了一种开关模式电源(I)，其耦合到AC电压源(3)并且包括具有初级侧线圈(9)和次级侧线圈(10)的变压器，所述开关模式电源(I)进一步包括整流器⑵、输入电容器⑷和SMPS控制器⑶。
[0039]其进一步在所述变压器的初级侧中并且与所述输入电容器(4)并联地包括低压阻断器(5)，其响应于母线电位(V。)低于预定义的电压值而阻断向与其串联的带隙基准比较器(6)的功率传输，并且响应于母线电位(V。)大于所述预定义的电压值而对所述带隙基准比较器(6)供电，以使得所述带隙基准比较器(6)使所述SMPS控制器⑶不活动。
[0040]所述低压阻断器(5)为具有击穿电压(Vbr)的瞬态电压抑制器(TVS) 二极管，所述瞬态电压抑制器(TVS) 二极管响应于所述母线电位(V。)大于TVS击穿电压(Vbr)而使所述带隙基准比较器(6)通电。所述带隙基准比较器(6)是具有电压设定偏置电阻器0?13和R14)的分流调节器。所述分流调节器的定位销连接到所述电阻器R13和R14之间的中点。所述分流调节器包括TL431调节器(15)。所述TL431调节器(15)的负极连接到所述SMPS控制器⑶。
【主权项】
1.一种开关模式电源(SMPS) (I)，其耦合到AC电压源(3)并且包括具有初级侧线圈(9)和次级侧线圈(10)的变压器，所述开关模式电源(I)进一步包括整流器(2)、输入电容器⑷和SMPS控制器⑶，其特征在于； 其进一步在所述变压器的初级侧中并且与所述输入电容器(4)并联地包括 低压阻断器(5)，其响应于母线电位(V。)低于预定义的电压值而阻断向与其串联的带隙基准比较器￠)的功率传输，并且 响应于母线电位(V。)大于所述预定义的电压值而对所述带隙基准比较器(6)供电， 以使得所述带隙基准比较器(6)使所述SMPS控制器⑶不活动。2.如权利要求1所述的开关模式电源(I)，其中所述低压阻断器(5)为具有击穿电压(Vbr)的瞬态电压抑制器(TVS) 二极管，所述瞬态电压抑制器(TVS) 二极管响应于所述母线电位(V。)大于TVS击穿电压(Vbr)而使所述带隙基准比较器(6)通电。3.如权利要求1或2所述的开关模式电源(I)，其中所述带隙基准比较器(6)是具有电压设定偏置电阻器(R1JPR14)的分流调节器。4.如权利要求3所述的开关模式电源(I)，其中所述分流调节器的定位销连接到所述电阻器R13和R14之间的中点。5.如权利要求4所述的开关模式电源(I)，其中所述分流调节器包括TL431调节器(15)。6.如权利要求5所述的开关模式电源(1)，其中所述TL431调节器(15)的负极连接到所述SMPS控制器⑶。
【专利摘要】本发明涉及一种电源，并且更具体地，涉及开关模式电源(SMPS)(1)中的过电压保护和省电电路。提出了一种开关模式电源(1)，其耦合到AC电压源并且包括具有初级侧线圈和次级侧线圈的变压器，所述开关模式电源(1)进一步包括整流器、输入电容器和SMPS控制器。根据本发明，低压阻断器确保如果测量到低于某一电平的母线电压，则与所述低压阻断器串联的带隙基准比较器被通电。
【IPC分类】H02M1/32, H02H7/12, H02M3/335
【公开号】CN105191101
【申请号】CN201380071102
【发明人】M·巴卡克斯兹, A·I·于塞
【申请人】阿塞里克股份有限公司
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2013年1月31日
【公告号】EP2951913A1, US20150372583, WO2014117847A1