打嗝时间控制电路及包含该电路的开关电源的制作方法

本发明涉及电源电路领域，特别涉及一种打嗝时间控制电路及包含该电路的开关电源。

背景技术：

开关电源作为现代电能变换技术的核心组成部分，已被广泛应用在各种用电场合，开关电源能否安全稳定的运行，直接关系到电路安全、设备安全甚至人身安全，因此在开关电源设计中，通常都会加入保护电路以保障电源的安全稳定运行。

开关电源在使用过程中，输出功率超出其额定功率时，无法保证其内部各器件的可靠性，因此在设计过程中常常会给开关电源加入输出过流保护及输出短路保护电路，打嗝式过流保护因具有可靠性高、功耗小、不影响启机性能等优点被广泛应用。打嗝式保护电路工作原理为，开关电源启机时，开关电源开始有功率输出，当电源持续工作一段时间后，若输出电压不能达到额定输出电压，或输出电流持续大于最大输出电流一段时间后，保护电路判定电源工作在输出过流或输出短路状态，此时保护电路将开关电源关断，电源不再有功率输出，保护电路开始计时，当保护电路计时达到一定时间后，保护电路退出保护状态，即开关电源重新启动，进入下一个启动过程，完成一个打嗝保护周期。

为实现开关电源小型化，许多开关电源控制ic中集成了过流打嗝保护功能，但许多ic内集成的过流打嗝保护时间无法精确调节，特别是大功率开关电源，在处于过流或短路打嗝状态时，其内部功率器件往往因无法承受打嗝状态下过长的工作时间而造成损坏等后果，严重影响开关电源的可靠性。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明克服以上不足，提供一种通过调节延时电路参数，即可实现调节开关电源输出过流或短路打嗝保护的工作时间的打嗝时间控制电路。

与此相应，本发明的另一目的是，提供一种通过调节延时电路参数，即可实现调节开关电源输出过流或短路打嗝保护的工作时间的开关电源。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种打嗝时间控制电路，包括触发电路、延时电路和控制电路，还包括四个连接端补偿电平输入端、控制端、供电端和接地端。

触发电路输入端连接补偿电平输入端，触发电路输出端连接延时电路输入端，延时电路输出端连接控制电路输入端，控制电路输出端连接控制端；

当触发电路输入端电压大于第一特定值时，触发电路输出端电压由高电压迅速变为低电压，相反，当触发电路输入端电压小于第一特定值时，触发电路输出端电压由低电压迅速变为高电压；

当触发电路输出端电压由高电压迅速变为低电压时，延时电路输出端电压由初始高电压缓慢下降，下降至第二特定值时，延时电路输出端电压缓慢上升，直至恢复至初始高电压；

控制电路输出端为控制端，当触发电路输出端电压低于第三特定值时，输出端为低电平，当触发电路输出端电压高于第四特定值时，输出端为高阻态。

简而言之，本发明所提供的一种打嗝时间控制电路，包括触发电路、延时电路和控制电路，触发电路的输入端作为打嗝保护电路的输入端，用于连接控制芯片的补偿电平输入端，触发电路的输出端连接延时电路的输入端，延时电路的输出端连接控制电路的输入端，控制电路的输出端作为打嗝保护电路的输出端，用于连接控制芯片的控制端；其中，触发电路包括第一稳压器；控制电路包括第一运算放大器；延时电路包括接于第一运算放大器正相输入端的第二电容和与第二电容串联的第一电容；当触发电路输入端电压大于由第一稳压器设定的参考电压时，触发电路触发延时电路,使延时电路输出端电压通过第二电容向第一电容的放电而缓慢下降，当第二电容的端电压低于第一运算放大器的反相输入端电压时，控制电路输出保护控制信号，控制开关电源停止工作；之后供电端给第二电容充电，当第二电容的端电压升高至高于第一运算放大器的反相输入端电压时，控制电路撤销保护控制信号，使开关电源开始重启；当触发电路输入端电压小于由第一稳压器设定的参考电压时，开关电源退出保护状态。

优选的，所述触发电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一稳压器，第一稳压器包含参考端、阳极、阴极，其连接关系为：第一电阻的一端为触发电路的输入端，第一电阻的另一端连接第一稳压器的参考端，第一稳压器的参考端还经第二电阻接地，供电端通过第三电阻连接第一稳压器的阴极，第一稳压器的阳极接地，第一稳压器的阴极为触发电路的输出端。

优选的，所述触发电路还包括第三电容与第二电阻并联。

优选的，所述延时电路包括第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容、第二二极管，其连接关系为：供电端经第四电阻连接第二二极管的阳极，第二二极管阴极连接供电端，第五电阻一端连接第二二极管阳极，第五电阻另一端连接第二电容的一端，第二电容的另一端接地，第二二极管阳极连接第一电容一端，第一电容另一端为延时电路的输入端，第五电阻与第二电容的连接点为延时电路的输出端。

优选的，所述控制电路包括第六电阻、第七电阻、第一二极管、第一运算放大器，其连接关系为：第一运算放大器的电源端连接供电端，第一运算放大器的电源地接地，供电端经第六电阻连接第一运算放大器的反相输入端，第一运算放大器的同相输入端经第七电阻接地，第一运算放大器的输出端连接第一二极管的阴极，第一二极管阳极为控制电路的输出端，第一运算放大器的同相输入端为控制电路的输入端。

优选的，所述控制电路包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一二极管、第一运算放大器，其连接关系为：第一运算放大器的电源端连接供电端，第一运算放大器的电源地接地，供电端经第六电阻连接第一运算放大器的反相输入端，第一运算放大器的同相输入端经第七电阻接地，第一运算放大器的同相输入端经第八电阻连接第一运算放大器的输出端，第一运算放大器的输出端连接第一二极管的阴极，第一二极管阳极为控制电路的输出端，第一运算放大器的同相输入端为控制电路的输入端。

本发明还提供一种应用上述技术方案的开关电源，当开关电源输出端电流增大异常或输出端短路时，补偿电平输入端电平升高，当开关电源输出电流减小时补偿电平输入端电平降低；当控制电路输出端为低电平时，开关电源停止工作，当控制电路输出端为高阻态时，开关电源恢复工作。

本发明再提供一种开关电源，包含上述的打嗝时间控制电路，当开关电源输出端发生过流或短路时，补偿电平输入端电平升高至大于保护触发参考电压，触发电路触发延时电路，在延时电路的第二电容放电至低于第一运算放大器的反相输入端电压时，则控制电路输出低电平的保护控制信号，控制开关电源停止工作；之后供电端给第二电容充电，当第二电容的端电压升高至高于第一运算放大器的反相输入端电压时，控制电路撤销保护控制信号，使开关电源开始重启，如此构成一个完整的打嗝保护周期，通过反复循环即实现开关电源的打嗝式保护；当开关电源退出过流或短路时，补偿电平输入端电平降低至小于保护触发参考电压，控制电路输出端为高阻态，开关电源退出保护状态，自动恢复正常工作；其中保护触发参考电压，由触发电路的第一稳压器的内部参考电压设定。

本发明的工作原理说明：

一种开关电源一种打嗝时间控制电路，主要由三部分电路及四个端子组成：触发电路、延时电路、控制电路、补偿电平输入端、控制端、供电端、接地端。

在常用开关电源中，均存在与电压环相关的补偿电平输入端comp(或表示为fb)，其特点为：在稳定状态下，补偿电平输入端电平为一个稳定直流电压，在电源输出电流增大时，补偿电平输入端comp(或fb)端电平相应的升高，相反在输出电流减小时，补偿电平输入端comp(或fb)端电平相应降低。

在开关电源输出端过流或短路时，补偿电平输入端电压升高，在第一电阻和第二电阻的分压作用下，第一稳压器参考端电压相应升高，当第一稳压器参考端电压升高至高于其内部参考电压时，流入第一三段稳压器的电流迅速增大，流经第三电阻上的电流迅速增大，第三电阻两端电压迅速增大，由于第三电阻与第一稳压器阴极相串联，在其分压作用下，第一稳压器阴极电压迅速降低，由于第一电容两端的电压不能突变，在第一稳压器阴极电压由高电平变为低电平时，第二二极管阳极电压也迅速变为低电平，此时从供电端经第四电阻流入的电流及第二电容经第五电阻流入的电流开始为第一电容充电，第二二极管阳极电压缓慢升高；在第二二极管阳极电压由高电平变为低电平时，由于此时第二电容两端的电压高于第二二极管阳极电压，第二电容上的电荷经第五电阻为第一电容充电，第二电容两端的电压开始下降，当第二电容两端的电压下降至低于第一运算放大器的反相输入端电压时，第一运算放大器输出端电压变为低电平，控制端电压也相应由高阻态变为低电平，开关电源停止工作；当第二电容上的电压下降至低于第二二极管阳极电压时，供电端电流经第四电阻、第五电阻流入第二电容，第二电容两端的电压开始缓慢升高，最终升高至与供电端电压相同。通过调节第一电容、第二电容、第四电阻及第五电阻的参数，即可调节第二电容电压的下降斜率，即可调节触发电路触发过流保护到控制端输出电平降低的延迟时间；当第二电容两端电压上升至高于第一运算放大器的反相输入端电压时，控制端重新变为高阻态，开关电源重新开始工作。

在开关电源输出端退出过流或短路状态时，补偿电平输入端电压降低，在第一电阻和第二电阻的分压作用下，第一稳压器参考端电压相应降低，当第一稳压器参考端电压降低至低于其内部参考电压时，流入第一稳压器的电流迅速减小，流经第三电阻上的电流开始减小，第一电容上的电荷经第二二极管及第三电阻消耗掉，最终第一电容两端电压重新变为零，整个打嗝时间控制电路完成一次过流打嗝保护控制。

本发明的有益效果：

(1)电路采用稳压器触发过流或短路保护，过流点控制精度高。

(2)电路采用一个普通运算放大器和一个稳压器即可实现过流打嗝时间精确控制，电路简单、成本低。

附图说明

图1为本发明打嗝时间控制电路的原理框图；

图2为本发明第一实施例打嗝时间控制电路的原理图；

图3为本发明第二实施例打嗝时间控制电路的原理图。

具体实施方式

本发明提供了一种打嗝时间控制电路及应用该电路的开关电源技术方案，用于实现开关电源的过流或短路的打嗝式保护控制，其特点为利用开关电源输出出现过流或短路状态时，其补偿电平输入端comp电压会升高的特性，使得触发电路工作，并通过延时电路的延时作用，使控制电路输出时间可调的控制信号，从而实现开关电源过流打嗝时间可调。在开关电源中，常规的控制芯片中均存在与电压环相关的补偿电平输入端comp和/或电压反馈端fb，因其包含有流经功率器件的电流信息，可用于反映开关电源的输出是否发生过流或短路。现以控制芯片的补偿电平端comp为例来进行具体实施例的详细说明。

为使本发明更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当指出，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

第一实施例

如图2所示为本实施例的原理图，一种开关电源的打嗝时间控制电路，包括触发电路、延时电路和控制电路，还包括补偿电平输入端comp、控制端、供电端vcc和接地端。

触发电路包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第一稳压器，第一稳压器包含参考端、阳极、阴极，其连接关系为：第一电阻r1的一端为触发电路的输入端，第一电阻r1的另一端连接第一稳压器的参考端，第一稳压器的参考端还经第二电阻r2连接接地端(连接接地端即连接控制芯片的接地端，以下简称为接地)；供电端vcc通过第三电阻r3连接第一稳压器的阴极，第一稳压器的阳极接地；第一稳压器的阴极为触发电路的输出端。第一稳压器优选为三端稳压器，在本实施例中，优选稳压器tl431为例进行说明。

延时电路包括第四电阻r4、第五电阻r5、第一电容c1、第二电容c2、第二二极管d2，其连接关系为：供电端vcc经第四电阻r4连接第二二极管d2的阳极，第二二极管d2阴极连接供电端vcc，第五电阻r5一端连接第二二极管d2阳极，第五电阻r5另一端连接第二电容c2的一端，第二电容c2的另一端接地；第二二极管d2阳极连接第一电容c1一端，第一电容c1另一端为延时电路的输入端；第五电阻r5与第二电容c2的连接点为延时电路的输出端。

控制电路包括第六电阻r6、第七电阻r7、第一二极管d1、第一运算放大器ar1，其连接关系为：第一运算放大器ar1的电源端连接供电端vcc，第一运算放大器ar1的电源地接地，供电端经第六电阻r6连接第一运算放大器ar1的反相输入端，第一运算放大器ar1的反相输入端还经第七电阻r7接地，第一运算放大器ar1的输出端连接第一二极管d1的阴极，第一二极管d1阳极为控制电路的输出端，第一运算放大器ar1的同相输入端为控制电路的输入端。

触发电路输入端连接补偿电平输入端comp，触发电路输出端连接延时电路输入端，延时电路输出端连接控制电路输入端，控制电路输出端连接控制端。其中，控制端因不同的芯片具有的引脚功能定义不同，可以被定义为使能脚、欠压保护脚或是电流补偿控制脚等，总之是该脚的电平拉低以后能够使开关电源产品停止输出的脚都可以。

一种应用上述技术方案的开关电源，

当开关电源输出端电流增大或输出端短路时，补偿电平输入端电平升高，当开关电源输出电流减小时补偿电平输入端电平降低。

当控制电路输出端为低电平时，开关电源停止工作，当控制电路输出端为高阻态时，开关电源恢复工作。

其工作原理为：

在稳定工作状态下，开关电源的补偿电平输入端comp电平为一个稳定直流电压，在电源输出电流增大时，补偿电平输入端comp端电平升高，相反在输出电流减小时，补偿电平输入端comp端电平降低。

在开关电源输出端过流或短路时，补偿电平输入端comp电压升高，在第一电阻r1和第二电阻r2的分压作用下，第一稳压器tl431参考端电压升高，当第一稳压器tl431参考端电压升高至高于其内部参考电压(通常为2.5v)时，流入第一稳压器tl431的电流迅速增大，流经第三电阻r3上的电流迅速增大，第三电阻r3两端电压迅速增大，由于第三电阻r3与第一稳压器tl431阴极相串联，在其分压作用下，第一稳压器tl431阴极电压迅速降低，由于电容c1两端的电压不能突变，在第一稳压器tl431阴极电压由高电平变为低电平时，第二二极管d2阳极电压也迅速变为低电平，此时从供电端vcc经第四电阻r4流入的电流及第二电容c2经第五电阻r5流入的电流开始为第一电容c1充电，第二二极管d2阳极电压缓慢升高。在第二二极管d2阳极电压由高电平变为低电平时，由于此时第二电容c2两端的电压高于第二二极管d2阳极电压，第二电容c2上的电荷经第五电阻r5为第一电容c1充电，第二电容c2两端的电压开始下降，当第二电容c2两端的电压下降至低于第一运算放大器ar1的反相输入端电压时，第一运算放大器ar1输出端电压变为低电平，二极管d1导通，则控制端被拉低到地，开关电源停止工作；当第二电容c2上的电压下降至低于第二二极管d2阳极电压时，供电端vcc电流经第四电阻r4、第五电阻r5流入第二电容，第二电容c2两端的电压开始缓慢升高，最终升高至与供电端vcc电压相同；当第二电容c2两端电压上升至高于第一运算放大器ar1的反相输入端电压时，第一运算放大器ar1输出为高电平，二极管d1反向截止，则控制端重新变为高阻态，开关电源重新开启。本发明的打嗝时间控制电路的保护时长，即打嗝的周期时长通过调节第一电容c1、第二电容c2、第四电阻r4及第五电阻r5的参数，即可调节第二电容c2电压的下降斜率，即可调节触发电路触发过流保护到控制端输出电平降低的延迟时间。且该电路的基准电压由电路器件的固有特性参数形成，无需外部基准电压，即可精确判断开关电源的输出是否发生过流或短路。

在开关电源输出端退出过流或短路状态时，补偿电平输入端comp电压降低，在第一电阻r1和第二电阻r2的分压作用下，第一稳压器tl431参考端电压相应降低，当第一稳压器tl431参考端电压降低至低于其内部参考电压时，流入第一稳压器tl431的电流迅速减小，流经第三电阻r3上的电流开始减小，第一电容c1上的电荷经第二二极管d2及第三电阻r3消耗掉，最终第一电容c1两端电压重新变为零，开关电源自动恢复为正常工作状态，整个打嗝时间控制电路完成一次过流的打嗝式保护控制。

本发明提供的打嗝时间控制电路，实现电源输出过流或短路状态下打嗝间隔时间及工作时间单独调试，通过调节打嗝时工作时间与间隔时间，可实现防止开关电源短路损坏问题。该电路无需外部基准电压，即可精确判断电源输出是否过流或短路。且电路采用一个普通运算放大器和稳压器即可实现过流打嗝时间调制，电路简单、成本低。

第二实施例

如图3所示为第二施例的原理图，其基本工作原理与第一实施例相同，其主要区别在于，触发电路增加第三电容c3，第三电容c3与第二电阻r2并联，控制电路增加第八电阻r8，第八电阻r8一端连接第一运算放大器ar1的同相输入端，电阻r8另一端连接运算放大器ar1的输出端。

其工作原理与第一实施例的不同之处在于：在开关电源未进入过流或短路状态时，第一运算放大器ar1的输出端为高电平，当开关电源进入过流或短路状态，电容c2两端电压由高电压开始缓慢下降，当电容c2两端电压尚未下降至第一运算放大器ar1的反相输入端电压时，运算放大器ar1的输出端仍为高电平，流经电阻r8的电流会给电容c2充电，降低电容c2两端电压的下降速度，从而增长开关电源过流打嗝保护状态下电源的启动工作时间，当电容c2两端电压下降至低于第一运算放大器ar1的反相输入端电压时，运算放大器ar1的输出端为低电平，电容c2上的电荷会经过电阻r8流入运算放大器ar1的输出端，从而减慢电容c2两端电压的上升速度，从而实现开关电源过流打嗝保护状态下电源的打嗝时间间隔。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，这里不再用实例赘述，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。