[发明专利]一种开关电源保护控制方法及电路

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源保护控制方法及电路，特别涉及开关电源的辅助电源在开关电源出现过压保护，欠压保护，短路保护，过温保护等保护时的控制方法及电路。

背景技术

随着电力电子行业的发展，传统的线性电源逐渐被具有开关特性的开关电源所替代，开关电源具有效率高，可靠性高等优点。经过多年发展，开关电源出现了不同的电路拓扑，其中包括正激拓扑、反激拓扑等，以及由正激拓扑演变出来的推挽拓扑、桥式拓扑等，不同的拓扑具有各自的优势。同时随着开关电源的不断发展，现代开关电源对可靠性的要求也越来越高，现有的开关电源一般都具有欠压保护、过压保护、短路保护、过载保护和过温保护等功能。这些保护功能的实现，都需要辅助电源供电电路为其提供电压VCC，现有的辅助电源供电电路如图1所示：包括启动电路和辅助供电电容C1，其中启动电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一稳压管Z1、第一三极管TR1和第一二极管D1；输入端VIN依次经第一电阻R1、第一稳压管Z1的阴极、第一稳压管Z1的阳极后与地连接；输入端VIN还依次经第二电阻R2、第一三极管TR1的集电极、第一三极管TR1的发射极、第一二极管D1的阳极、第一二极管D1的阴极后至输出端VCC；第一三极管TR1的基极连接至第一稳压管Z1的阳极；辅助供电电容C1连接于地和输出端VCC之间。

近些年随着开关电源行业发展也逐渐出现了一些数字控制开关电源，其特点是通过数字芯片，利用软件对电源实现控制和管理，但是目前的模块电源大多还是基于模拟芯片进行电源控制和管理，特别是对于功率较小的模块电源，如果使用数字芯片控制，其开发成本和生产成本较高，目前大多数厂商还无法接受。

对于采用模拟控制芯片设计的开关电源，其内部电路都是模拟电路，一些功能不能像数字芯片控制那样非常精确和可控。关于如何提高模拟开关电源产品的可靠性一直是开关电源开发者非常关心的问题，特别是如何完善开关电源保护以及保护的可靠性，都是开关电源的开发的关键问题。

目前关于开关电源的保护，如欠压保护，过压保护，过流保护等一些保护，大多数开发者选择的保护模式都为打嗝式保护模式，该保护模式实现方式为：当模块进入保护模式后，主控制芯片关断输出驱动信号，电源模块关断输出，开关电源内置辅助电源停止工作，辅助电源电压开始下降，当辅助电源电压下降到启动电路工作电压时，启动电路工作并维持辅助电源电压稳定工作，该稳定电压大于芯片的工作电压，经过一段时间t后(该时间t由控制芯片内部决定)，芯片重新启动，检测电路是否还处于异常状态，若继续处于异常状态，则主控制芯片继续关断驱动，进入保护状态，若保护状态消失，则芯片继续启动并正常工作。打嗝式保护模式一般存在以下一些风险：如在过压保护模式下，在输入电压较高的情况下，如果产品工作则可能损坏功率器件，导致产品失效。在短路保护模式下，如果芯片的打嗝保护模式设计的打嗝时间t不合理，则可能出现部分功率器件发热异常导致器件失效，引起产品异常。另外由于打嗝式保护模式始终要求辅助电源电压高于控制芯片的启动电压，一方面会由于过高的辅助电源电压，在电路中产生较大损耗电流，而此电流是由启动电路提供，所以会在启动电路上产生很大的损耗，例如一个开关电源内置模块的辅助电源正常的供电电压为22V，当进入保护模式后，启动电路的供电电压最低为18V，而此时电路中的等效阻抗近似等于2000欧姆，那么此时电路将产生9毫安的损耗电流，而此部分电流由启动电路提供，假设产品的工作电压范围为200伏至600伏，则启动电路在200伏输入时将产生1.8瓦的功耗，在600伏输入时将产生5.4瓦的功耗，为了保证产品安全可靠工作，则启动电路需要留足比较大的设计余量，才能保证产品正常工作。特别对于现有的光伏应用的电源，其输入电压范围为200-1500伏，其高压端的启动电路的功耗将达到低压端功耗的7.5倍。