[发明专利]开关电源控制装置及包含该控制装置的反激式开关电源

说明书

技术领域

本发明涉及反激式开关电源领域，尤其涉及一种具有短路保护的反激式开关电源技术。

背景技术

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断时间比率，维持稳定 输出电压的一种电源。关于开关电源，有DC-DC或AC-DC转换电路，隔离型或非隔离型转 换电路，升压型(BOOST)或降压型(BUCK)转换电路，连续电流模式(CCM)或非连 续电流模式(DCM)等分类。其中隔离型转换电路又有单端式(反激式或正激式)，双端 式(推挽式、半桥式或全桥式)结构。

开关电源常用的基本拓扑结构约有14种，每种拓扑都有其自身的特点和适用场合。其 中反激式开关电源比较适合应用在高电压、小功率场合(电压不大于5000V，功率小于 15W)。当输入电压较高、初级电流合适时，所述反激式开关电源也可以用在输出功率达到 150W的电源中。所述反激式开关电源的主要优点是不需要输出滤波电感，这点对减小转换 器体积，降低成本尤为重要，另外所述反激式开关电源也不需要高压续流二极管，使其在 高电压场合下应用更有利。

在所述反激式开关电源的拓扑结构中，开关管开通时，变压器存储能量，负载电流由 输出滤波电容提供；开关管关断时，变压器将存储的能量传送到负载和输出滤波电容，以 补偿电容单独提供负载电流时消耗的能量。

图1是反激式开关电源的基本拓扑结构，反激式开关电源100由反激式转换器和PWM控 制器101组成，所述反激式转换器包括：变压器102、开关管S1、输出整流管D1以及输出滤 波电容C1。从所述变压器的原边绕组L1和副边绕组L2的同名端标识很容易判别出其为反激 式转换器类型。

交流输入电压VIN连接到所述变压器的原边绕组L1的同名端，原边绕组L1的异名端连 接到一开关管S1的漏端，开关管S1的栅极接到PWM控制器，开关管S1的源端接地。副边 绕组L2的同名端接地，异名端接到一输出整流管D1的阳极，输出整流管D1的阴极与一输 出滤波电容C1相连接到输出级VOUT，输出滤波电容C1的另一端接地。

当开关管S1开通时，交流输入电压VIN通过所述变压器的原边绕组L1和开关管S1向所 述变压器存储能量，副边绕组L2的异名端电压低于同名端电压，输出整流管D1反偏，输出 滤波电容C1单独向负载供电；当开关管S1关断时，所述变压器的励磁电感的电流使得副边 绕组L2电压反向，输出整流管D1正偏，所述变压器将存储的能量传送到负载和输出滤波电 容C1。所述PWM控制器根据输出级VOUT的反馈电压来控制开关管S1开通和关断时间比 例，以达到稳定输出电压VOUT的目的。

为了给所述PWM控制器供电，所述反激式转换器里面一般还包括辅助绕组L3，二极管 D2和电容C2。辅助绕组L3的同名端接地，异名端接到一二极管D2的阳极，二极管D2的阴 极与电容C2相连接到PWM控制芯片的电源端VCC，电容C2的另一端接地。

当开关管S1开通时，辅助绕组L3的异名端电压低于同名端电压，二极管D2反偏，电容 C2单独向所述PWM控制器供电。当开关管S1关断时，励磁电感的电流使得辅助绕组L2电 压反向，二极管D2正偏，辅助绕组L3同时向所述PWM控制器和电容C2供电。

当所述反激式开关电源的输出级发生短路的异常情况时，副边绕组L2的电流急剧上升， 消耗了所述变压器原边提供的绝大部分能量，输出电压降低，从而使得输出反馈电压下降， 导致所述PWM控制器全占空比输出。同时导致辅助绕组L3异名端的电压很低无法给所述 PWM控制器和电容C2供电，使得所述PWM控制器的电源电压VCC下降，当VCC降低至设 定值时，所述PWM控制器关断，电源电压VCC开始上升，进入重启阶段，从而实现所谓的 打嗝保护。

如图2所示，所述反激式开关电源的输出级发生短路的异常情况时，PWM控制芯片的 电源端VCC和驱动端GD的波形示意图。然而系统进入短路保护的时间是由电容C2和所述 PWM控制器功耗决定的，如果电容C2太大，进入短路保护的时间就太长，系统的短路时 电流会很大，所述变压器会饱和，烧坏功率管，损坏电路；如果电容C2太小，时间是变短 了，但是所述PWM控制器可能无法正常工作。因此短路保护性能就很难调试，批量生产的 一致性也会很差。

发明内容

本发明要解决现有技术的不足，提供一种具有短路保护功能的开关电源控制装置，同 时还提供了包含该装置的反激式开关电源。