專利名稱：具有保護(hù)電路的開(kāi)關(guān)式電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有保護(hù)電路的開(kāi)關(guān)式電源(SMPS)；更具體地，涉及一種改進(jìn)的能保護(hù)其中裝有的某些元件以免遭在SMPS負(fù)載線上所檢測(cè)的過(guò)載電流的SMPS。
眾所周知，SMPS已廣泛地使用在各種電子/電力的應(yīng)用中。SMPS由于它與普通電源相比具有高性能及緊湊的體積而普通地為工業(yè)界所推崇，它用于將AC輸入功率轉(zhuǎn)換成多個(gè)穩(wěn)定的DC電壓。SMPS基本上包括一個(gè)全波整流器，用于整流AC輸入功率，一個(gè)變壓器，用于將被整流的AC輸入功率的電壓按比例地縮小以提供多個(gè)按比例縮小的AC電壓，及一個(gè)整流裝置，它具有多個(gè)二級(jí)管及大容量的電容器，用于對(duì)多個(gè)按比例縮小的AC電壓進(jìn)行整流及平滑濾波，以產(chǎn)生經(jīng)調(diào)整的DC電壓并將其提供給各相應(yīng)的負(fù)載。SMPS還包括一個(gè)起始驅(qū)動(dòng)電容器，一個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管，及一個(gè)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的開(kāi)關(guān)控制電路。
在SMPS中，開(kāi)關(guān)晶體管首先在起始時(shí)間(to)上通過(guò)起始驅(qū)動(dòng)電容由經(jīng)整流的AC輸入功率啟動(dòng)。從這時(shí)起，開(kāi)關(guān)晶體管受開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的控制。通常，開(kāi)關(guān)控制信號(hào)用于將AC輸入電流的正弦波形轉(zhuǎn)換成窄脈沖的形式，它們的峰值大致跟隨一正弦波形。這種電流波形不僅有助于增加功率因數(shù)，而且可減少整流器的負(fù)荷，其中這里所使用的功率因數(shù)代表有功功率與視在功率之間的比例。
但是在SMPS中，由于例如與負(fù)載線相連接的負(fù)載上的過(guò)載或短路等原因，有時(shí)會(huì)引起其中負(fù)載線上的過(guò)電流，結(jié)果使裝在SMPS中的元件損壞。因此，最好是能檢測(cè)SMPS負(fù)載線上的過(guò)電流并對(duì)SMPS中裝有的易損壞部件進(jìn)行保護(hù)，以免當(dāng)出現(xiàn)這種過(guò)電流時(shí)使它們損壞。
迄今，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的SMPS還未知其具有這種保護(hù)能力。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種改進(jìn)的SMPS，它能夠保護(hù)其中裝有的元件以免遭SMPS負(fù)載線上發(fā)生的過(guò)電流。
根據(jù)本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的SMPS用于輸出多個(gè)來(lái)自一AC輸入功率的調(diào)節(jié)的DC輸出電壓到多個(gè)負(fù)載上，它包括第一整流器，用于整流AC輸入功率以產(chǎn)生被整流的AC功率信號(hào)；變換裝置，用于從被整流的AC功率信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)按比例縮小的AC功率信號(hào)；第二整流器，用于從多個(gè)按比例縮小的AC功率信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)受調(diào)節(jié)的DC輸出電壓并通過(guò)與它們相連接的各負(fù)載線將它們提供給多個(gè)負(fù)載；一個(gè)保護(hù)電路，用于檢測(cè)每個(gè)負(fù)載線上的電流值，并當(dāng)在任何一個(gè)負(fù)載線上檢測(cè)出過(guò)電流時(shí)使DC輸出電壓中的一個(gè)接地；及一個(gè)控制電路，用于當(dāng)所述DC輸出電壓的一個(gè)接地時(shí)產(chǎn)生用于關(guān)斷變換裝置的控制信號(hào)，由此中止按比例縮小的AC功率信號(hào)的發(fā)生。
從以下結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述中將會(huì)使本發(fā)明的上述及另外的目的和特征更加得以闡明，

圖1為表示裝有本發(fā)明保護(hù)電路的新型SMPS的電路框圖。
現(xiàn)在參照附圖，它表示裝有本發(fā)明保護(hù)電路70的新型SMPS 100的電路框圖。該SMPS 100用于將AC輸入功率轉(zhuǎn)換成多個(gè)所需電壓，例如三個(gè)受調(diào)節(jié)的DC輸出電壓V1至V3，它包括一個(gè)橋式整流器22，一個(gè)濾波電容器23，一個(gè)起始驅(qū)動(dòng)電容器24，一個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管25，一個(gè)變壓器26，一個(gè)整流裝置30，一個(gè)開(kāi)關(guān)控制電路40，一個(gè)誤差值發(fā)生器50，一個(gè)光電耦合器60及保護(hù)電路70。
如該圖所示，在線10及12上的AC輸入功率通過(guò)橋式整流器22的整流后提供給濾波電容器23，變壓器26，及經(jīng)過(guò)起始驅(qū)動(dòng)電容器24到開(kāi)關(guān)晶體管25上。濾波電容器23與包括在整流裝置30中的大容量電容32，34及37相比較具有相對(duì)小的電容量，該濾波電容器23跨接在橋式整流器22的輸出端，并用來(lái)旁路高頻紋波以阻止它們出現(xiàn)在由橋式整流器22整流后的電功率中。
起始驅(qū)動(dòng)電容器24連接在濾波電容器23的輸出端及開(kāi)關(guān)晶體管25的基極之間，用于在起始時(shí)間(to)將來(lái)自濾波電容器23的大量電流傳送到開(kāi)關(guān)晶體管25的基極。在起始時(shí)間(to)以后，該起始驅(qū)動(dòng)電容器24僅將來(lái)自濾波電容器23的小量電流傳送到開(kāi)關(guān)晶體管25的基極。
開(kāi)關(guān)晶體管25的基極與起始驅(qū)動(dòng)電容器24及開(kāi)關(guān)控制電路40相連接，其集電極與變壓器26的初級(jí)線圈T1相連接，用于交替地開(kāi)及關(guān)變壓器26的初級(jí)線圈T1。如本技術(shù)領(lǐng)域所公知的，開(kāi)關(guān)晶體管25的工作首先受到在起始時(shí)間(to)上來(lái)自起始驅(qū)動(dòng)電容器24的電流的控制。從那時(shí)起，其工作受到來(lái)自開(kāi)關(guān)控制電路40的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的控制，因?yàn)閺钠鹗简?qū)動(dòng)電容器24到基極的電流量如前所述已是非常的小。這種工作，如現(xiàn)有技術(shù)中所公知的，能使正弦形狀的AC輸入功率變換成窄脈沖的形式，其峰值大致跟隨著一正弦波形，由此增加了SMPS的功率因數(shù)。
變壓器26具有一個(gè)初級(jí)線圈T1及四個(gè)次級(jí)線圈T21至T24。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，假定第一及第四個(gè)次級(jí)線圈T21及T24的匝數(shù)遠(yuǎn)小于第二及第三個(gè)次級(jí)線圈T22及T23的匝數(shù)。
如圖所示，初級(jí)線圈T1的一端與橋式整流器22，濾波電容器23及起始驅(qū)動(dòng)電容器24相連接，它的另一端與開(kāi)關(guān)晶體管25的集電極相連接。另一方面，第一個(gè)次級(jí)線圈T21的一端與開(kāi)關(guān)控制電路40相連接，它的另一端接地。第二個(gè)次級(jí)線圈T22的一端與第三個(gè)次級(jí)線圈T23的一端相連接，并也與整流裝置30的整流二極管33的陽(yáng)極相連接，而第二及第三個(gè)次級(jí)線圈T22及T23的另一端分別與其中整流二極管31的陽(yáng)極及地相連接。最后，第四個(gè)次級(jí)線圈T24的一端與整流裝置30的整流二極管36的陽(yáng)極相連接，其另一端與地相連接。如本技術(shù)領(lǐng)域中公知的，變壓器26用于使來(lái)自濾波電容器23的輸出功率按比例縮小以產(chǎn)生出多個(gè)功率按比例縮小的AC信號(hào)，即三個(gè)按比例縮小的AC功率信號(hào)。
這三個(gè)由變壓器26產(chǎn)生的按比例縮小的AC功率信號(hào)被分別地提供給整流裝置30中的與它們相對(duì)應(yīng)的整流二極管31，33，及36。在包括整流二極管31、33及36，大容量電容器32、34及37的整流裝置30中三個(gè)按比例縮小的AC功率信號(hào)每個(gè)中的高頻分量被整流及平滑濾波以產(chǎn)生出三個(gè)經(jīng)調(diào)節(jié)的直流輸出電壓V1至V3。然后，這三個(gè)經(jīng)調(diào)節(jié)的DC輸出電壓V1至V3從大容量電容器32，34及37經(jīng)過(guò)保護(hù)電路70被分別地提供給它們對(duì)應(yīng)的負(fù)載線81至83。另外，經(jīng)調(diào)節(jié)的DC輸出電壓V1被提供給誤差值發(fā)生器50。
本發(fā)明的保護(hù)電路70包括一個(gè)晶體管72，電阻73至75，及一個(gè)二極管76。如圖中所示，晶體管72的發(fā)射極與二極管76的陽(yáng)極、電阻75、整流二極管36的陰極、大容量電容器37及第三負(fù)載線83相連接，而它的基極與電阻73和74相連接，用于對(duì)經(jīng)調(diào)節(jié)的DC輸出電壓V1進(jìn)行分壓。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)例中，假定在大容量電容34的輸出端及二極管76的陰極之間的點(diǎn)A上的電壓遠(yuǎn)高于晶體管72的發(fā)射極及電阻75之間的點(diǎn)B上的電壓，而與晶體管72的基極相連接的點(diǎn)C上的電壓低于點(diǎn)B上的電壓。應(yīng)該指出，在點(diǎn)A，B及C上的各電壓可基于變壓器26的各線圈匝數(shù)及電阻73至75的值容易地被確定出來(lái)。
在正常工作中，即在任一負(fù)載線81至83上沒(méi)有產(chǎn)生出過(guò)電流的情況下，晶體管72及二極管76二者將被關(guān)斷；因此，這三個(gè)經(jīng)調(diào)節(jié)的DC輸出電壓V1至V3將分別地提供給負(fù)載線81至83。
另一方面，在第二負(fù)載線82上發(fā)生過(guò)電流的情況下，晶體管72及二極管76都將導(dǎo)通，且來(lái)自大容量電容器32的輸出將被接地。類似地，在第三負(fù)載線83上產(chǎn)生過(guò)電流的情況下，晶體管72導(dǎo)通及二極管76關(guān)斷，則來(lái)自大容量電容器32的輸出被接地。在此情況下，施加在變壓器26初級(jí)線圈T1上的電功率沒(méi)有被傳送到第一及第二次級(jí)線圈T21及T22上，但被感應(yīng)到第三個(gè)次級(jí)線圈T23及第四個(gè)次級(jí)線圈T24上。然后，與第一個(gè)次級(jí)線圈T21相連接的開(kāi)關(guān)控制電路40將用于關(guān)斷開(kāi)關(guān)晶體管25的工作的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)提供給開(kāi)關(guān)晶體管25的基極。
類似地，在第一負(fù)載線81上發(fā)生過(guò)電流的情況下，施加在初級(jí)線圈T1上的電功率將不會(huì)被感應(yīng)到第一、第三或第四個(gè)次級(jí)線圈T21、T23或T24上，但僅被感應(yīng)到第二個(gè)次級(jí)線圈T22上。如以上所解釋的，如果電功率沒(méi)有從初級(jí)線圈T1施加到第一個(gè)次級(jí)線圈T21上，則與第一個(gè)次級(jí)線圈T21相連接的開(kāi)關(guān)控制電路40便將用于關(guān)斷開(kāi)關(guān)晶體管25的工作的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)提供給開(kāi)關(guān)晶體管25的基極。
由上述可以看出，如果在SMPS的任何一個(gè)負(fù)載線上產(chǎn)生了過(guò)電流，開(kāi)關(guān)晶體管25將響應(yīng)來(lái)自開(kāi)關(guān)控制電路40的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)而被關(guān)斷。作為其結(jié)果，變壓器26的初級(jí)線圈T1上的電功率將不再被感應(yīng)到四個(gè)次級(jí)線圈T21及T24的任一個(gè)上，由此保護(hù)了裝在SMPS中的各元件。
另一方面，與整流裝置30的大容量電容器32的輸出相跨接的誤差值發(fā)生器50用于監(jiān)視來(lái)自大容量電容器32的經(jīng)調(diào)節(jié)的直流輸出電壓V1或第一負(fù)載線81上的相應(yīng)電流值，以推導(dǎo)出表示被監(jiān)視電壓值與預(yù)定值TH1之間差值的誤差值，其中TH1為一個(gè)實(shí)數(shù)。此后，該誤差值被提供給光電耦合器60。
如該技術(shù)領(lǐng)域所公知的，光電耦合器60可包括一個(gè)發(fā)光二極管及一個(gè)光電晶體管(未示出)，它利用通過(guò)發(fā)光二極管將誤差值的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，再通過(guò)光電晶體管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換回到電信號(hào)，以使開(kāi)關(guān)控制電路40與誤差值發(fā)生器50隔離開(kāi)來(lái)。
與第一次級(jí)線圈T21、開(kāi)關(guān)晶體管25及光電耦合器60相連接的開(kāi)關(guān)控制電路40產(chǎn)生出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，該信號(hào)能使開(kāi)關(guān)晶體管25執(zhí)行開(kāi)和關(guān)的操作。如在本技術(shù)領(lǐng)域中所公知的，開(kāi)關(guān)控制電路40根據(jù)負(fù)載線上電流值的變化調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的脈沖寬度。利用根據(jù)來(lái)自于誤差值發(fā)生器50的電信號(hào)適當(dāng)?shù)馗淖冮_(kāi)關(guān)控制信號(hào)的脈沖寬度，可獲得所需的DC輸出電壓V1至V3。
但是，在開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的這種脈沖寬度變化期間，功率沒(méi)有被感應(yīng)到第一次級(jí)線圈T21上，則與它相連接的開(kāi)關(guān)控制電路40將開(kāi)關(guān)控制信號(hào)、例如一個(gè)邏輯低信號(hào)提供給開(kāi)關(guān)晶體管25的基極，用以關(guān)斷該管的工作，這就是，開(kāi)關(guān)控制信號(hào)的脈沖可基于來(lái)自光電耦合器60的電信號(hào)及與開(kāi)關(guān)控制電路40相連接的第一次級(jí)線圈T21感應(yīng)的電功率進(jìn)行變化。
雖然本發(fā)明相對(duì)于具體的實(shí)施例進(jìn)行了圖解及說(shuō)明的，但顯然，在不偏離所屬權(quán)利要求書限定的本發(fā)明之精神與范圍的情況下，對(duì)于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可作出許多變化及改型。
權(quán)利要求
1.一種開(kāi)關(guān)式電源(SMPS)，它通過(guò)對(duì)AC輸入功率整流產(chǎn)生出多個(gè)經(jīng)調(diào)節(jié)的DC輸出電壓并通過(guò)多個(gè)負(fù)載線將它們供給多個(gè)負(fù)載，該電源包括第一整流裝置，用于整流AC輸入功率以產(chǎn)生經(jīng)整流的AC功率信號(hào)；變換裝置，用于從經(jīng)整流的AC功率信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)按比例縮小的AC功率信號(hào)；第二整流裝置，用于從多個(gè)按比例縮小的AC功率信號(hào)產(chǎn)生多個(gè)經(jīng)調(diào)節(jié)的DC輸出電壓；保護(hù)裝置，用于檢測(cè)每個(gè)負(fù)載線上的電流值，并當(dāng)在任何一個(gè)負(fù)載線上檢測(cè)出過(guò)電流時(shí)使DC輸出電壓中的一個(gè)接地；及用于當(dāng)所述DC輸出電壓中的一個(gè)接地時(shí)產(chǎn)生用于關(guān)斷變換裝置的控制信號(hào)，由此中止按比例縮小的AC功率信號(hào)發(fā)生的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中保護(hù)裝置包括一個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管，一個(gè)與其發(fā)射極相連接的二極管，及多個(gè)與該開(kāi)關(guān)晶體管的基極和發(fā)射極分別連接的偏置電阻。
全文摘要
一種新型的開(kāi)關(guān)式電源(SMPS)，包括第一整流器，用于產(chǎn)生被整流的AC功率信號(hào)；一個(gè)變換裝置，用于產(chǎn)生出多個(gè)按比例縮小的AC功率信號(hào)；一個(gè)第二整流裝置，用于產(chǎn)生多個(gè)受調(diào)節(jié)的DC輸出電壓并提供給多個(gè)負(fù)載；一個(gè)保護(hù)電路，用于檢測(cè)每個(gè)負(fù)載線上的電流值并當(dāng)檢測(cè)出過(guò)電流時(shí)使DC輸出電壓中的一個(gè)接地；及一個(gè)控制電路，用于當(dāng)所述DC輸出電壓中的一個(gè)接地時(shí)產(chǎn)生關(guān)斷變換裝置的控制信號(hào)，中止按比例縮小的AC功率信號(hào)的發(fā)生。
文檔編號(hào)H02H7/122GK1133508SQ9512044
公開(kāi)日1996年10月16日 申請(qǐng)日期1995年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月29日
發(fā)明者洪在奎 申請(qǐng)人:大宇電子株式會(huì)社