[實用新型]一種開關電源PWM控制器的短路保護電路

有效

• 申請號: 200920157363.0
• 申請日: 2009-05-26
• 公開（公告）號: CN201435598Y
• 公開（公告）日: 2010-03-31
• 發明（設計）人: 朱亞江;陳超;方邵華;段建華
• 申請（專利權）人: BCD半導體制造有限公司
• 主分類號: H02H7/10
• 分類號: H02H7/10
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 逯長明;王寶筠

技術領域

本實用新型涉及開關電源技術領域，特別涉及一種開關電源PWM控制器的短路保護電路。

背景技術

PWM技術在電源領域得到了廣泛應用，尤其在便攜設備的適配器和充電器中可以用來控制輸出電壓和輸出功率。

參見圖1，該圖為現有技術中發射極驅動PWM開關模式電源電路圖。

系統包括PWM控制器100、變壓器102、功率開關管124、并聯電壓調節器121、光耦101和由器件108、109、117、121、110和113組成的反饋回路。PWM控制器100驅動功率開關管124。

當輸出電壓Vout上升，光耦101輸出更大的電流到連接在PWM控制器100的VCC/FB端的電容上，由此減小系統的占空比，從而減少傳輸到副邊的能量穩定輸出電壓Vout。

PWM控制器100通過高壓NPN功率開關管124與變壓器102的原邊繞組相連接。PWM控制器100控制從原邊繞組傳輸到副邊繞組的能量進而來控制輸出恒定直流電壓。輔助繞組通過光耦給PWM控制器100提供偏置信號和反饋信號。

參見圖2，該圖為現有技術中PWM控制器的功能模塊圖。

PWM控制器200包括啟動電路201和欠電壓鎖定(UVLO，Under?VoltageLockout)比較器203。啟動電路201連接在電源VCC和發射極驅動端OUT之間。

在啟動期間，從發射極驅動端OUT流入的啟動電流經啟動電路201對連接VCC的電容充電。當VCC電壓高于UVLO比較器203的上限電壓閾值時，UVLO比較器203輸出高電平信號，斷開OUT和VCC之間的充電通路，同時使HICCUP比較器213開始工作，結束啟動過程。

系統啟動后，PWM控制器開始正常工作，VCC同時作為PWM控制器的電源和電壓反饋信號端。當系統負載電流增加，輸出電壓下降時，光耦101的電流下降，導致VCC的電壓降低，PWM控制器調節占空比增大。當VCC電壓進一步降低達到UVLO比較器203的下限電壓閾值，PWM控制器將關斷開關信號輸出，并打開啟動電路，系統重新進入啟動過程。

PWM控制器還包括一個峰值電流比較器210，峰值電流比較器210在每個開關周期比較流經內部的電流。

PWM比較器205通過反饋電壓和發射極電流來調節開關信號的占空比。

發射極驅動端OUT根據PWM比較器205的輸出決定不同的占空比來驅動功率開關管。

現有技術中，系統短路時的輸入功率限制是通過檢測功率開關管關斷時發射極驅動端OUT電壓來實現。由分壓電阻212和HICCUP比較器213在功率開關管關斷期間檢測發射極驅動端OUT的電壓。

當在VCC電壓下降到最小工作電壓(UVLO下限閾值電壓)前，若電路檢測到發射極驅動端OUT的電壓低于設定的下限閾值電壓(HICCUP電壓)，HICCUP比較器213輸出一個低的電壓信號屏蔽PWM比較器205的輸出，從而關掉驅動電路和整個PWM控制器。之后系統將進入重啟動的程序。這一過程稱為打嗝模式，電路設定的發射極驅動端OUT的閾值電壓稱為系統的下限閾值電壓(HICCUP電壓)。

參見圖3，該圖為VCC和發射極驅動端OUT在打嗝模式下的電壓波形。

上述系統短路保護是建立在假設變壓器102輔助繞組和副邊繞組耦合較理想的前提下。當其耦合性不理想時，系統短路時發射極驅動端OUT的電壓將不會降到HICCUP電壓。在這種條件下，只有依靠VCC電壓下降到UVLO下限閾值觸發欠壓保護來實現短路保護。VCC從正常工作電壓下降到很低的UVLO的低閾值電壓，在一段相對較長時間內輸出大的輸出電流，這導致系統的瞬時輸入功率將大大高于正常工作模式。短路系統的輸入平均功率等于有脈沖輸出時間段的功率乘以[Ton/(Ton+Toff)]，其中Ton是UVLO比較器203輸出高電平的時間，Toff是UVLO比較器203輸出低電平的時間。

參見圖4，該圖為VCC和發射極驅動端OUT在非HICCUP模式下的電壓波形。

圖3和圖4的兩種短路模式，系統瞬時的輸入功率都由輸出PWM脈沖的最大占空比決定。系統的平均輸入功率由輸出脈沖的時間和VCC端電容113和112充電至UVLO上限閾值電壓的時間決定。