一种反激保护电路的制作方法

1.本发明涉及开关电源技术领域，特别是涉及一种反激保护电路。


背景技术：

2.反激式（flyback）变换器是开关电源的一种，最主要的特点是在原边开关管断开时副边绕组输出能量。反激式变换器因其电路结构简单、成本低廉而广泛应用于各种电源适配器。
3.在反激保护电路中通常使用opp（过功率保护）实现输出电流限制，opp保护点通常设置为最大输出功率，此时输出电压达到最大，若输出电流增加，会被opp限制。但输出电压较低时，输出电流很大时才会触发opp，会导致系统电流应力过大。显然通过opp无法很好地限制输出电流的大小，因此需要单独进行过流保护。
4.现有的技术方案，以反激变换器为例，采用如图1的外围电路，输出电流为：，其中，是表征原边电感电流的峰值电压，是原边绕组匝数，是副边绕组的退磁时间，是cs引脚上采样原边电流的电阻，是副边绕组匝数，是开关周期。通过cs引脚采集表征原边电感电流的峰值电压，通过zcd引脚利用辅助绕组检测副边绕组的退磁时间，将在开关周期内进行低通滤波，得到表征输出电流的信号，此信号与内部设定的保护阈值进行比较，决定是否进行过流保护。
5.现有技术方案设定的输出电流保护点为：，其中，是内部过流保护电路设定阈值。输出电流对应的内部电压计算值为：，此电压与进行比较，决定是否进行过流保护。要得到，首先要对电压进行峰值电压采样得到，传统方式是使用峰值保持电路采集电压的电压峰值，这势必增加电路实现的复杂程度，导致一定电路资源消耗。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种反激保护电路，在降低电路复杂程度以及资源消耗的基础上，实现输出过流保护。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种反激保护电路，包括：原边绕组模块、副边绕组模块以及辅助绕组模块；所述原边绕组模块包括：原边绕组np、开关管q1、原边控制电路i0、光敏三极管i1b和原边电流检测电阻r
cs
；所述原边绕组np的一端连接输入电压，所述原边绕组np的另一端与所述开关管q1的漏极连接，所述开关管q1的源极通过所述原边电流检测电阻r
cs
接
地，所述开关管q1的栅极与所述原边控制电路i0的drv引脚连接；所述副边绕组模块包括：副边绕组ns、输出二极管d3、tl431、采样电阻r2、采样电阻r3以及发光二极管i1a；所述副边绕组ns的一边接地，所述副边绕组ns的另一边与所述输出二极管d3的阳极连接，所述输出二极管d3的阴极为输出电压，所述输出二极管d3的阴极与所述采样电阻r2和采样电阻r3组成的串联结构的一端连接，所述采样电阻r2和采样电阻r3组成的串联结构的另一端接地，所述采样电阻r2和采样电阻r3之间的采样点与所述tl431连接，所述tl431的输出通过发光二极管i1a和所述光敏三极管i1b组成的光耦反馈回所述原边控制电路i0的fb引脚处；fb引脚的获取的电压用于表征原边电流检测电阻r
cs
的峰值电压；所述辅助绕组模块包括：辅助绕组na、采样电阻r4和采样电阻r5；所述辅助绕组na的一端与所述采样电阻r4和所述采样电阻r5组成的串联结构并联；所述辅助绕组na的另一端接地；所述采样电阻r4和所述采样电阻r5之间的采样点与原边控制电路i0的zcd引脚连接；所述zcd引脚用于获取退磁时间；所述原边控制电路i0用于根据电压和退磁时间确定输出电流，进而根据输出电流确定的内部电压与参考值确定比较结果根据比较结果判断是否开启输出过流保护；并当开启过流保护时，停止开关管q1的开关动作，使电路停止工作。
8.可选地，所述原边绕组模块还包括：输入单元、电容c0、电容c1、电阻r7、电阻r0、二极管d2以及电容c5；所述输入单元分别与所述电阻r7的一端、所述电容c0的一端、所述电容c1的一端、所述r0的一端以及所述原边绕组np的一端连接，所述电阻r7的另一端与所述原边控制电路i0的hv引脚连接，所述电容c0的另一端接地，所述电容c1的另一端以及所述r0的另一端均与所述二极管d2的一端连接，所述二极管d2的另一端与原边绕组np的另一端连接；所述电容c5的一端与所述原边控制电路i0的fb引脚连接，所述电容c5的另一端接地。
9.可选地，所述输入单元包括：电磁干扰滤波器emi filter、二极管d0、二极管d1以及由二极管vd1、二极管vd2、二极管vd3以及二极管vd4构成的电路桥；所述电磁干扰滤波器emi filter的输入端分别连接点l和点n，所述电磁干扰滤波器emi filter与所述二极管d0和所述二极管d1构成的串联结构并联，所述电磁干扰滤波器emi filter的输出还与电路桥的输入连接，所述电路桥的输出与所述电容c0的一端、所述电容c1的一端、所述r0的一端以及所述原边绕组np的一端连接；所述二极管d0和所述二极管d1之间的采样点与所述电阻r7连接。
10.可选地，所述副边绕组模块还包括：电阻r1、电容c2以及电容c3；所述电阻r1的一端与输出二极管d3连接，所述电阻r1的另一端与所述发光二极管i1a连接，所述电容c2的一端与输出二极管d3连接，所述电容c2的另一端接地，所述电容c3的一端与采样电阻r2和采样电阻r3之间的采样点连接，所述电容c3的另一端与所述tl431和所述发光二极管i1a之间的采样点连接。
11.可选地，所述辅助绕组模块还包括：二极管d4以及电容c4；所述二极管d4的一端与所述辅助绕组na连接，所述二极管d4的另一端与所述电容c4的一端连接，所述电容c4的另一端接地。
12.可选地，所述原边控制电路i0包括：峰值保持电路和第一比较器comp；所述峰值保持电路根据zcd引脚获取的电压采样峰值电压，并将峰值电压乘以系数k确定参考电压k*；所述第一比较器comp的反相输入端输入参考电压k*，所述第一比较器comp的同相输入端输入电压；当输入电压大于参考电压k*时，所述第一比较器comp输出高电平v
demag
；所述第一比较器comp输出脉冲信号的脉冲宽度为退磁时间t
demag
。
13.可选地，所述原边控制电路i0包括：pwm比较器、逻辑电路logic、驱动单元driver以及电阻r
fb
；所述pwm比较器的反相输入端输入电压，所述pwm比较器的反相输入端分别与所述原边控制电路i0的fb引脚和电阻r
fb
连接，所述pwm比较器的输出端依次连接所述逻辑电路logic以及所述驱动单元driver，所述驱动单元driver的输出端与开关管q1的栅极连接。
14.可选地，所述原边控制电路i0包括：缓冲器a、低通滤波器、第二比较器comp1以及延迟单元delay；所述缓冲器a输出的电压乘以一个系数k得到中间信号，并当开关管q1导通时，将中间信号输入所述低通滤波器；所述低通滤波器确定中间信号在一个开关周期内的平均值，将平均值与所述参考电压输入第二比较器comp1，所述第二比较器comp1的输出端与所述延迟单元delay连接，所述延迟单元delay的输出控制所述开关管q1的关断与导通。
15.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明所提供的一种反激保护电路，输出电压经过采样电阻r2和采样电阻r3输入tl431，tl431的输出通过发光二极管i1a和光敏三极管i1b组成的光耦反馈回原边控制电路i0的fb引脚处，得到输出电压的反馈信号作为电流模块控制的参考电压，在开关管q1源极串联采样电阻对原边电流进行采样，得到表征原边电流信息的电压，电压大小决定电压的上限，因此，电压可以表征峰值电压，进而不需要使用峰值保持电路采集电压的电压峰值，降低了电路实现的复杂程度以及电路资源消耗。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为现有技术方案的外围电路示意图；
图2为本发明所提供的一种反激保护电路结构示意图；图3为反激变换器工作时的电压波形示意图；图4为本发明所提供的退磁时间提取的电压波形示意图；图5为本发明所提供的退磁时间提取电路原理图；图6为本发明所提供的反激变换器的一种控制电路示意图；图7为cs采样电流波形与电压波形示意图；图8为本发明所提供的输出过流保护方式示意图；图9为本发明所提供的输出过流保护内部电压计算值波形示意图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.本发明的目的是提供一种反激保护电路，在降低电路复杂程度以及资源消耗的基础上，实现输出过流保护。
20.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
21.图2为本发明所提供的一种反激保护电路结构示意图，如图2所示，本发明所提供的一种反激保护电路，包括：原边绕组模块、副边绕组模块以及辅助绕组模块。
22.所述原边绕组模块包括：原边绕组np、开关管q1、原边控制电路i0、光敏三极管i1b和原边电流检测电阻r
cs
；所述原边绕组np的一端连接输入电压，所述原边绕组np的另一端与所述开关管q1的漏极连接，所述开关管q1的源极通过所述原边电流检测电阻r
cs
接地，所述开关管q1的栅极与所述原边控制电路i0的drv引脚连接。
23.所述副边绕组模块包括：副边绕组ns、输出二极管d3、tl431、采样电阻r2、采样电阻r3以及发光二极管i1a；所述副边绕组ns的一边接地，所述副边绕组ns的另一边与所述输出二极管d3的阳极连接，所述输出二极管d3的阴极为输出电压，所述输出二极管d3的阴极与所述采样电阻r2和采样电阻r3组成的串联结构的一端连接，所述采样电阻r2和采样电阻r3组成的串联结构的另一端接地，所述采样电阻r2和采样电阻r3之间的采样点与所述tl431连接，所述tl431的输出通过发光二极管i1a和所述光敏三极管i1b组成的光耦反馈回所述原边控制电路i0的fb引脚处；fb引脚的获取的电压用于表征原边电流检测电阻r
cs
的峰值电压。
24.反激变换电路使用电流模式进行控制，电路图如图2所示，在开关管q1源极串联采样电阻对原边电流进行采样，得到表征原边电流信息的电压。副边输出电压经过采样电阻r2和采样电阻r3输入tl431，tl431的输出通过发光二极管i1a和光敏三极管i1b组成的光耦反馈回原边fb引脚处，得到输出电压的反馈信号作为电流模块控制的参考电压。
25.根据原边电流采样电压和参考电压电压调节开关管q1的导通时间。在一定时间内，可以近似为固定电压，是阶梯斜坡电压。根据电流控制模式的工作原理，当电压值上升到时，使开关管q1关断，输入电压停止对原边电感线圈充电励磁，原边电流达到到最大值。显然电压大小决定的电压上限，因此可以表征峰值电压。
26.所述辅助绕组模块包括：辅助绕组na、采样电阻r4和采样电阻r5；所述辅助绕组na的一端与所述采样电阻r4和所述采样电阻r5组成的串联结构并联；所述辅助绕组na的另一端接地；所述采样电阻r4和所述采样电阻r5之间的采样点与原边控制电路i0的zcd引脚连接；所述zcd引脚用于获取退磁时间。
27.反激变压器工作时的电压波形如图3所示。在开关管q1导通期间，电感线圈进行充电励磁，在开关管q1断开期间，电感线圈进行放电退磁。当电感电流为零时，产生谐振，电压波形呈现减幅振荡，从开关管q1断开到电压波形出现谐振的这段时间为电感线圈的退磁时间。
28.辅助绕组模块进行电压采样，得到与原边电压变化趋势相同的电压波形，该电压波形连接的引脚具有电压钳位，实际电压波形见图3。通过图5中第一比较器comp可以提取出脉冲宽度表征电感退磁时间的高低电平信号，将该高低电平信号作为控制信号，控制图8中低通滤波器的导通时间，对进行滤波，得到其电压平均值，此电压平均值即对应反激变换器输出电流大小。该电压平均值高于内部过流保护电路设定阈值且持续时间超过设定时间，过流保护电路输出过流保护信号，使反激变换器停止开关动作，直到输出电压掉电重启后解除保护状态。
29.所述原边控制电路i0用于根据电压和退磁时间确定输出电流，进而根据输出电流确定的内部电压与参考值确定比较结果，根据比较结果判断是否开启输出过流保护；并当开启过流保护时，停止开关管q1的开关动作，使反激保护电路停止工作。
30.所述原边绕组模块还包括：输入单元、电容c0、电容c1、电阻r7、电阻r0、二极管d2以及电容c5；所述输入单元分别与所述电阻r7的一端、所述电容c0的一端、所述电容c1的一端、所述r0的一端以及所述原边绕组np的一端连接，所述电阻r7的另一端与所述原边控制电路i0的hv引脚连接，所述电容c0的另一端接地，所述电容c1的另一端以及所述r0的另一端均与所述二极管d2的一端连接，所述二极管d2的另一端与原边绕组np的另一端连接；所述电容c5的一端与所述原边控制电路i0的fb引脚连接，所述电容c5的另一端接地。
31.所述输入单元包括：电磁干扰滤波器emi filter、二极管d0、二极管d1以及由二极
管vd1、二极管vd2、二极管vd3和二极管vd4构成的电路桥；所述电磁干扰滤波器emi filter的输入端分别连接点l和点n，所述电磁干扰滤波器emi filter与所述二极管d0和所述二极管d1构成的串联结构并联，所述电磁干扰滤波器emi filter的输出还与电路桥的输入连接，所述电路桥的输出与所述电容c0的一端、所述电容c1的一端、所述r0的一端以及所述原边绕组np的一端连接；所述二极管d0和所述二极管d1之间的采样点与所述电阻r7连接。
32.所述副边绕组模块还包括：电阻r1、电容c2以及电容c3；所述电阻r1的一端与输出二极管d3连接，所述电阻r1的另一端与所述发光二极管i1a连接，所述电容c2的一端与输出二极管d3连接，所述电容c2的另一端接地，所述电容c3的一端与采样电阻r2和采样电阻r3之间的采样点连接，所述电容c3的另一端与所述tl431和所述发光二极管i1a之间的采样点连接。
33.所述辅助绕组模块还包括：二极管d4以及电容c4；所述二极管d4的一端与所述辅助绕组na连接，所述二极管d4的另一端与所述电容c4的一端连接，所述电容c4的另一端接地。
34.所述原边控制电路i0包括：峰值保持电路和第一比较器comp；所述峰值保持电路根据zcd引脚获取的电压采样峰值电压，并将峰值电压乘以系数k确定参考电压k*；所述第一比较器comp的反相输入端输入参考电压k*，所述第一比较器comp的同相输入端输入电压；当输入电压大于参考电压k*时，第一比较器comp输出高电平v
demag
；所述第一比较器comp输出脉冲信号的脉冲宽度为退磁时间t
demag
。
35.在开关管q1导通时，不计开关管q1导通压降，则=0，而在开关管q1关闭时，原边绕组产生感应电动势，在该原边绕组同名端产生与输入电压大小相等的电压，并且副边绕组电压也反向，输出二极管d3导通，在开关管 q1上产生反射电压，开关管q1的电压变为。同时副边绕组对电容c2进行充电，副边电感电流不断下降，当该副边电感电流下降为0时，开关管q1寄生带来的电容与原边绕组np构成的lc电路开始谐振，由于反激变换电路中存在电阻消能量，因此谐振的电压波形呈减幅振荡。辅助绕组na的电压变化趋势与原边绕组np一致，经过采样电阻r4和采样电阻r5后接到具有电压钳位功能的zcd引脚上，通过图4电压波形可以看出，从开关管q1断开到出现膝点（knee point）的这段时间为副边绕组放电到0的退磁时间。退磁时间侦测电路原理图如图5所示，通过峰值保持电路采样峰值电压，将此电压乘以系数k得到一个参考电压k*，并送入第一比较器comp的反相输入端，同时将送入第一比较器comp的同相输入端，当大于参考电压k*时，第一比较器comp输出高电平。在退磁时间内一直高于参考电压，因此第一比较器comp输出脉冲信号的脉冲宽度即为退
磁时间。
36.如图6所示，所述原边控制电路i0包括：pwm比较器、逻辑电路logic、驱动单元driver以及电阻r
fb
；所述pwm比较器的反相输入端输入电压，所述pwm比较器的反相输入端分别与所述原边控制电路i0的fb引脚和电阻r
fb
连接，所述pwm比较器的输出端依次连接所述逻辑电路logic以及所述驱动单元driver，所述驱动单元driver的输出端与开关管q1的栅极连接。
37.图6为图3原边控制电路i0的内部电路结构示意图，主要由脉冲宽度调制（pwm）比较器根据原边电流采样电压和参考电压电压调节开关管q1的导通时间。
38.反激变压器采用电流控制模式，具体的工作过程以输出电压减小为例进行说明。输出电压减小，导致采样电阻r3和r2提供给tl431的电压下降，根据tl431的特性，流过tl431的电流减小。由于发光二极管i1a串联在tl431上，因此流过该发光二极管i1a的电流同样减小。发光二极管i1a与光敏三极管i1b组成光耦，根据光耦的特性，流过光敏三极管i1b的电流减小，光敏三极管i1b接入fb引脚。当流入fb的电流减小，电阻分压减小，fb处电压上升，连接关系见图6。在开关管q1源极上串联原边电流检测电阻，得到表征原边电流大小的电压。原边电流波形是一个正斜率的斜坡信号，电压波形的变化趋势与此原边电流波形一致，同样是一个正斜率的斜坡信号，如图7所示。将输入pwm比较器的反相输入端，将输入pwm比较器的同相输入端，电压值在开关管q1导通时随原边电流增大而增大，直到电压与电压相等时，pwm比较器输出反相，经过逻辑电路logic处理后得控制信号，该控制信号通过驱动模块driver输出驱动信号使开关管q1关断，此时原边绕组停止充电，原边电流达到最大，而电压也上升到峰值。显然，若电压增大则开关管q1导通时间上升，原边充电时间变长，则原边电流峰值变大，根据反激保护电路的特性，输出电流则按匝比变大。根据电流模式的工作原理，电压决定电压的上限，因此无需额外使用峰值保持电路对进行采样保持，电压即可表征峰值电压，即。
39.如图8所示，所述原边控制电路i0还包括：缓冲器a、低通滤波器、第二比较器comp1以及延迟单元delay；所述缓冲器a输出的电压乘以一个系数k得到中间信号，并当开关管q1导通时，将中间信号输入所述低通滤波器；所述低通滤波器确定中间信号在一个开关周期内的平均值，将平均值与所述参考电压输入第二比较器comp1，所述第二比较器comp1的输出端与所述延迟单元delay连接，所述延迟单元delay的输出控制所述开关管q1的关断与导通。
40.输出过流保护电路原理图如图8所示，将电压乘以一个系数k得到中间信号，将该中间信号送入低通滤波器。使用作为开关的控制信号，高电平时开关导通，低
电平时开关断开，则开关的导通时间由退磁时间决定。如图9波形所示，中间信号只有在开关导通时才能通过低通滤波器，因此在低通滤波器输出端得到中间信号在一个开关周期内的平均值，该平均值即为对应输出电流大小的内部电压计算值。设定的参考电压连接第二比较器comp1反相输入端，连接第二比较器comp1同相输入端，当电压高于参考电压，第二比较器comp1输出高电平信号。为防止误触发，第二比较器comp1的输出需经过延时模块，当高电平持续时间超过设定时间后触发输出过流保护信号，此过流保护信号经过内部逻辑电路处理后得到中间控制信号，该中间控制信号通过驱动电路使开关管q1关断，直到输出电压掉电重启后解除保护状态。
41.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
42.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。