Pwm佔空比限制電路及開關電源的製作方法

2023-05-30 21:52:36 2

專利名稱：Pwm佔空比限制電路及開關電源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及開關電源設備，特別是一種PWM佔空比限制電路及具有該PWM佔空比限制電路的開關電源。
背景技術：
對於PWM控制的開關電源，由PWM信號控制轉換器中的開關管的導通與關斷，當採用沒有內置佔空比限制電路的PWM 1C，則存在如何限制PWM信號的佔空比的需求。實際應用中，對佔空比是否有適當限制，往往決定了開關電源能否可靠地工作。如圖I所示的反激電源，在沒有佔空比限制電路的PWM IC的內部，如果輸出短路，失去了反饋的3842系列IC就會跑到最大佔空比Dmax，一旦Toff小於Vin*T*Dmax八N*Voff )磁芯就不能有效復位， 很容易造成變壓器飽和而燒毀開關管，從而導致整個電源損壞。在輸出過短路時，因為變壓器的伏秒值相等，有公式Vin*T0n=N*V0ff*T0ff，式中Vin是變壓器初級線圈上的電壓，相當於輸入電壓，Ton是開關管導通時間(Ton=T*D，T是工作周期，D是佔空比)，N是初次級的圈數比，Voff是次級線圈上的電壓，Toff是開關管截止的時間，並且在Toff>或=Vin*T*D/(N*Voff)時，變壓器儲存在初級的能量就能從次級釋放出去以實現變壓器的有效復位。但是如果Vin輸入電壓高，佔空比D又大，Voff在次級短路時又變得非常小，差不多就剩下一個輸出二極體的壓降了，此時變壓要實現有效的復位就需要很長的Toff時間，但是在工作頻率不變時，佔空比D越大，則剩下的Toff=T*(I-D)就越小，一旦Toff小於Vin*T*D/(N*Voff)，變壓器就不能有效的復位，經過一些周期後，變壓器裡儲存的能量越來越多，最終導致變壓器飽和而燒壞開關管Q3，整個電源就損壞了。

實用新型內容本實用新型的主要目的就是針對現有技術的不足，提供一種PWM佔空比限制電路及採用該PWM佔空比限制電路的開關電源。為實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案一種PWM佔空比限制電路，包括定頻電路、PWM控制模塊和佔空比限制模塊，所述定頻電路包括第一電阻和第一電容，所述PWM控制模塊的參考電壓輸出端接所述第一電阻的一端，所述第一電阻的另一端與所述第一電容的一端共接至所述PWM控制模塊的調製輸入端，所述佔空比限制模塊包括第一三極體、第二三極體和分壓電路，所述PWM控制模塊的調製輸入端連接所述第一三極體的基極，所述第一三極體的集電極和所述分壓電路的一端共接至所述PWM控制模塊的參考電壓輸出端，所述第一三極體的發射極連接所述第二三極體的發射極，所述第二三極體的基極連接所述分壓電路的分壓節點，所述第二三極體的集電極連接所述PWM控制模塊的控制輸入端，所述分壓電路的另一端接地。所述分壓電路可以包括串聯的第二電阻和第三電阻，所述第二電阻的一端連接所述PWM控制模塊的參考電壓輸出端，所述第三電阻的一端接地，所述第二三極體的基極接至所述第二電阻和所述第三電阻之間。[0007]一種開關電源，包括根據前述任一種PWM佔空比限制電路，所述PWM佔空比限制電路的PWM控制模塊的輸出端連接所述開關電源的主功率開關管的控制端。所述開關電源可以為反激電源。所述反激電源可以包括變壓器、所述主功率開關管、反饋電阻、輸出二極體和輸出電容，所述變壓器的初級繞組的一端接電源，所述變壓器的初級繞組的另一端通過所述主功率開關管和所述反饋電阻耦合到地，所述輸出二極體和所述輸出電容串聯在所述變壓器的次級繞組的兩端。本實用新型有益的技術效果是根據本實用新型，針對PWM控制，由分立元件組成的PWM佔空比限制電路，可將佔空比限制在合理的範圍之內。例如針對具有變壓器的反激電源，只要是變壓器在Ton時間內儲存的能量在Toff時能夠放掉，磁芯就能有效復位，這樣輸入高壓並且短路輸出時不至 於引起變壓器飽和而損壞電源。本實用新型可以在反激電源的輸入高壓並且輸出短路時，有效地把最大佔空比限制在合理的範圍之內，使得變壓器不至於飽和，從而對電源起到很好的保護作用。本實用新型的佔空比限制電路由少量的分立元件組成，非常簡單且實用。

圖I為現有技術的PWM控制的反激電源電路圖；圖2為根據本實用新型一個實施例的PWM佔空比限制電路及開關電源的電路圖。
具體實施方式
以下通過實施例結合附圖對本實用新型進行進一步的詳細說明。圖2所示是一種適用於PWM IC控制電源的最大佔空比限制電路。特別適用於沒有內置佔空比限制電路的PWM IC (例如工業電源常用的3842系列IC)控制的電源電路。請參閱圖2，在一種實施例中，PWM佔空比限制電路包括定頻電路、PWM控制模塊和佔空比限制模塊，所述定頻電路包括第一電阻Rl和第一電容Cl，所述PWM控制模塊的參考電壓輸出端PIN8接所述第一電阻Rl的一端，所述第一電阻Rl的另一端與所述第一電容Cl的一端共接至所述PWM控制模塊的調製輸入端PIN4，所述佔空比限制模塊包括第一三極體Q1、第二三極體Q2和分壓電路，所述PWM控制模塊的調製輸入端PIN4連接所述第一三極體Ql的基極，所述第一三極體Ql的集電極和所述分壓電路的一端共接至所述PWM控制模塊的參考電壓輸出端PIN8，所述第一三極體Ql的發射極連接所述第二三極體Q2的發射極，所述第二三極體Q2的基極連接所述分壓電路的分壓節點(V (R3))，所述第二三極體Q2的集電極連接所述PWM控制模塊的控制輸入端PIN3，所述分壓電路的另一端接地。所述分壓電路可以包括串聯的第二電阻R2和第三電阻R3，所述第二電阻的一端連接所述PWM控制模塊的參考電壓輸出端PIN8，所述第三電阻R3的一端接地，所述第二三極體Q2的基極接至所述第二電阻R2和所述第三電阻R3之間。本實用新型的實施例同樣適用於其它沒有內置佔空比限制電路的PWM 1C。如上所述，該實施例中，PWM控制的3842系列IC的定頻電路由電阻Rl和電容Cl組成，3842系列IC的工作頻率F=L 72/(Rl*Cl)。其定頻率原理是3842系列IC的PIN8上的參考5V電壓通過電阻Rl向電容Cl充電，並且在電容Cl上的電壓(也就是3842系列IC PIN4上的電壓)由1.2V充電到3. 8V時，PWM IC產生ON的時間，3842系列IC PIMi電壓一旦達到3. 8V會很快通過IC內部的電路放電到I. 2V，這就產生了 OFF時間，接著再由1.2V充電到3. 8 V，這樣周而復始就形成了一個固定的頻率。不管有沒有次級反饋，3842系列IC就將以此固定頻率工作。在沒有次級反饋的情況下，Ton時間由3842系列IC PIN4上的電壓從I. 2V充到3. 8V的時間來決定。如果端子PIN4上的電壓從I. 2V 一直充電到3. 8V，則此時就有最大佔空比Dmax。而圖2所示實施例的佔空比限制電路中，電阻R2，R3組成一個分壓電路，3842系列IC PIN8上的5V參考電壓通過此分壓電路在電阻R3上形成V (R3) =5*R3/ (R2+R3)的電壓，則當PIN4的電壓被充電到V(R3)+2*Vbe時，式中，V(R3)是電阻R3上的電壓，Vbe是三極體Q1，Q2 be結上的電壓降，三極體Ql，Q2導通，端子PIN4上的電壓減去一個三極體Ql的Vbe電壓後被傳遞到端子PIN3上去，從而墊高端子PIN3的電壓到IV去關閉端子PIN6驅動的三極體Q3。調節電阻R3上的電壓V(R3)的大小，就可以調節Ton的大小，又因為Ton=T*D，佔空比D和Ton成正比。R3上的電壓V(R3)越高則端子PIN4上的電壓被充得越高才能讓三極體Ql，Q2導通，此時的Ton和佔空比D越大，反之亦然。在另一方面，本實用新型還提供一種開關電源。在一個實施例的開關電源如圖I所示，其包含前述實施例的PWM佔空比限制電路，所述PWM佔空比限制電路的PWM控制模塊的輸出端PIN6連接所述開關電源的主功率開關管Q3的控制端。所述開關電源可以為反激電源。在一個實施例裡，所述反激電源可以包括變壓器Tl、所述主功率開關管Q3、反饋電阻RSENSE、輸出二極體Dl和輸出電容C2，所述變壓器的初級繞組的一端接電源，所述變壓器的初級繞組的另一端通過所述主功率開關管和所述反饋電阻耦合到地，所述輸出二極體和所述輸出電容串聯在所述變壓器的次級繞組的兩端佔空比限制電路主要用於在高電壓輸入而且輸出短路時保護電源不至於損壞。如圖I所示開關電源，一旦輸出短路則不再有反饋通過光耦去控制3842系列IC時，此時3842系列IC就會跑最大佔空比Dmax，一旦Toff小於Vin*T*Dmax/ (N*Voff )，磁芯就不能有效復位，磁芯不能復位也就意謂著Ip每工作一個周期都會變得比前一個周期更大，這樣變壓器在工作多個周期工作之後越來越大Ip最終必將導致變壓器飽和，Ip在變壓器飽和後失控從而引起開關管的燒毀而損壞整個電源。如果加上本實用新型的佔空比限制電路，就可以把最大佔空比限制在一個合理的範圍之內，從而保護電源不至於因為飽和而損壞。 以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限於這些說明。對於本實用新型所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種PWM佔空比限制電路，其特徵在於，包括定頻電路、PWM控制模塊和佔空比限制模塊，所述定頻電路包括第一電阻和第一電容，所述PWM控制模塊的參考電壓輸出端接所述第一電阻的一端，所述第一電阻的另一端與所述第一電容的一端共接至所述PWM控制模塊的調製輸入端，所述佔空比限制模塊包括第一三極體、第二三極體和分壓電路，所述PWM控制模塊的調製輸入端連接所述第一三極體的基極，所述第一三極體的集電極和所述分壓電路的一端共接至所述PWM控制模塊的參考電壓輸出端，所述第一三極體的發射極連接所述第二三極體的發射極，所述第二三極體的基極連接所述分壓電路的分壓節點，所述第二三極體的集電極連接所述PWM控制模塊的控制輸入端，所述分壓電路的另一端接地。
2.如權利要求I所述的PWM佔空比限制電路，其特徵在於，所述分壓電路包括串聯的第二電阻和第三電阻，所述第二電阻的一端連接所述PWM控制模塊的參考電壓輸出端，所述第三電阻的一端接地，所述第二三極體的基極接至所述第二電阻和所述第三電阻之間。
3.一種開關電源，其特徵在於，包括根據權利要求I或2所述的PWM佔空比限制電路，所述PWM佔空比限制電路的P麗控制模塊的輸出端連接所述開關電源的主功率開關管的控制端。
4.如權利要求3所述的開關電源，其特徵在於，所述開關電源為反激電源。
5.如權利要求4所述的開關電源，其特徵在於，所述反激電源包括變壓器、所述主功率開關管、反饋電阻、輸出二極體和輸出電容，所述變壓器的初級繞組的一端接電源，所述變壓器的初級繞組的另一端通過所述主功率開關管和所述反饋電阻耦合到地，所述輸出二極體和所述輸出電容串聯在所述變壓器的次級繞組的兩端。
專利摘要本實用新型公開了一種PWM佔空比限制電路，包括定頻電路、PWM控制模塊和佔空比限制模塊，定頻電路包括第一電阻和第一電容，PWM控制模塊的參考電壓輸出端接第一電阻的一端，第一電阻的另一端與第一電容的一端共接至PWM控制模塊的調製輸入端，佔空比限制模塊包括第一三極體、第二三極體和分壓電路，PWM控制模塊的調製輸入端連接第一三極體的基極，第一三極體的集電極和分壓電路的一端共接至PWM控制模塊的參考電壓輸出端，第一三極體的發射極連接第二三極體的發射極，第二三極體的基極連接分壓電路的分壓節點，第二三極體的集電極連接PWM控制模塊的控制輸入端。本實用新型可以有效地把佔空比限制在合理的範圍之內，對電源起到很好的保護作用。
文檔編號H02M1/08GK202424490SQ20112055116
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者周明亮, 李方秋, 肖鏗 申請人:信豐可立克科技有限公司, 惠州市可立克科技有限公司, 深圳可立克科技股份有限公司