恒功率特性的開關電源制造技術

一種恒功率特性的開關電源，包括開關電源管理芯片和鉗制用穩壓管，該開關電源管理芯片為采用過負載保護模式的開關電源管理芯片，該鉗制用穩壓管與該開關電源管理芯片的反饋引腳相連；其中，還包括：輸出欠壓保護電路，其包括保護用穩壓管和光電耦合器；其中，該保護用穩壓管與該開關電源的輸出電壓相連，用于設定該開關電源的欠壓保護閾值，該光電耦合器由該保護用穩壓管供電，該鉗制用穩壓管通過該光電耦合器工作來實現接地。本實用新型專利技術能夠有效地提高可靠性和安全性。

【技術實現步驟摘要】
恒功率特性的開關電源
本技術涉及恒功率特性的開關電源，尤其涉及一種恒功率特性的開關電源的欠壓保護電路。
技術介紹
當前，對于有恒功率特性的開關電源應用越來越廣泛，比如：家用直流風扇、真空包裝機、自動咖啡機、打印機以及家用飲水機等。對其要求也是越來越高：高可靠性、高安全性、低成本以及小型化。由于上述的設備對電源需求共同點主要是：峰值電流大，例如：正常工作時需求電流1.5A，在啟動或者工作過程中瞬間電流需要3A或者更大，持續大電流時間較短：在幾秒鐘到幾分鐘不等；在大電流工作時，對輸出電壓要求相對寬松：允許有幾伏的波動。因此，恒功率特性的開關電源是相對較合理的選擇。恒功率特性，即預設恒定輸出功率大小，當輸出功率未達到預設的恒功率值時，電流可以持續增加而輸出電壓不變；當輸出功率達到預設值時，進入恒功率模式，輸出電流繼續增加的時，輸出電壓會下降但總輸出功率不變，維持在預設定的輸出功率。例如：12V×2A=24W的恒功率電源，預設定恒功率值24W，在輸出電流2.5A時，輸電壓下降為9.6V，總輸出功率不變維持在24W且可以長時間保持此種工作模式。現有的開關電源管理芯片，普遍采用過負載保護（OLP，Overloadprotection）方式，即預設定輸出過功率保護值，當輸出功率達到預設定過功率保護值時，觸發過功率保護，當觸發過負載保護時，并不會立刻保護而是延遲一段時間后發生保護動作。延遲保護時間一般在100mS以下，原因在于傳統的通常用途的開關電源不希望在過負載時，仍然存在較大甚至是最大的功率輸出狀態，而是希望能在極短時間內（滿足瞬間的突發負載需求即可），實施保護使保護后的系統有效功率能大幅下降，從而提高安全和可靠性。例如：12V×2A=24W的開關電源，預設定過負載保護值是24W，當輸出電流未達到2A之前，輸出功率小于24W，不會觸發過負載保護；當輸出電流達到2A并嘗試大于2A時，比如：2.1A×12V=25.2W時，會觸發過負載保護在滿足延遲時間后發生保護動作，開關電源管理芯片之所以會采用延時過負載保護為了滿足不同負載特性的需求。在上述用電設備中，使用峰值大電流時間通常在幾秒或者幾十秒鐘，因此目前采用延遲過負載保護小于100mS開關電源無法滿足上述用電設備的需求，原因在于：延遲保護時間太短，要滿足上述設備的供電需求，只能把輸出電流做到滿足峰值大電流才能實現。舉例而言，如果設備正常工作時只需要2A電流，峰值要求4A電流；那么要滿足需求，只能做到4A電流輸出，輸出電流增加但輸出電壓卻沒有變化；如此等于總輸出功率增加了1倍（12V×2A=24W，12V×4A=48W）。輸出功率增加1倍，整體電源系統的成本會相應增加，整體電源系統的體積相應增大，不利于低成本和小型化。參見圖1，采用過負載保護方式的開關電源管理芯片U1的保護原理在于芯片U1的特殊設計，當芯片U1的CS引腳檢測到變壓器工作電流達到預設定值時，經芯片U1內部處理使輸出端12V的電壓和電流發生變化，類似于恒功率模式的變化：輸出電壓下降，輸出電流增加。此時，輸出取樣網絡N1檢測到輸出端的變化時，通過光電耦合器U2傳送至芯片U1的FB（反饋）腳，FB腳檢測到變化且到達保護條件時觸發保護。因此，要實現恒功率模式工作，只需要使芯片U1的FB引腳鉗制后，不觸發保護即可實現恒功率模式。舉例而言，可以在芯片U1的FB引腳對GND并聯一顆合適參數的穩壓管ZD1來鉗制芯片U1的FB引腳，使其無法觸發芯片U1的FB腳保護。對于恒功率特性的開關電源，由于是恒功率的特性輸出電壓只要＞0V都是可以實現正常工作和輸出，在實際應用中發現當輸出電壓越低、輸出電流越大時，系統效率越低。原因在于：輸出整流管的導通損耗占比大。例如；24W恒功率電源，當輸出12V×2A時，假設輸出整流二極管的導通壓降為0.2V，在輸出整流二極管導通時，損耗0.2V×2A=0.4W；當輸出為1V×24A時，輸出整流二極管的導通時，損耗為0.2V×24A=4.8W。4.8W相對0.4W而言，是12倍。考慮到：恒功率模式的開關電源輸出變化為1V×24A狀態應用極少，正常情況下，用電設備用不到此種狀態。但是，不排除用電設備異常情況下，一旦發生此狀態，短時間可能不會造成安全問題，長時間不排除發生起火的可能性。因此，有必要為滿足設備最大電流和最低電壓要求的情況下設計保護功能，比如：設備的最低電壓和最大電流要求為7V×3.4A=23.8W，可以設計為6V×4A=24W（留有足夠冗余）保護，當電源系統的輸出電壓試圖低于6V時，電源系統啟動保護，如此設計不僅可以滿足用電設備使用需求，當用電設備出現用電異常時，可以起到必要的保護作用。比較常用的保護方式是通過開關電源管理芯片的VCC引腳的供電欠壓保護來達到保護的目的。VCC引腳的供電一般是通過變壓器的其中一組繞組經過整流二極管整流后提供。其中，VCC繞組同電源輸出端繞組成1:1的匝V比關系：即Vout/Nout=Vvcc/Nvcc。VCC引腳的供電電壓會隨著輸出電壓變化而變化，例如：輸出電壓Vout為12V，繞組匝數Nout為15匝；VCC引腳的供電電壓Vvcc為15V，繞組匝數Nvcc為19匝（18.6匝取整數19匝）。當輸出電壓Vout變化為9V時，VCC引腳的供電電壓Vvcc變化為12V。因此，在理想狀態下實現VCC引腳的欠壓保護，可以利用變壓器的此特性來完成。但此種保護方式在實際使用中存在缺陷，原因在于：變壓器在制作的過程中，由于繞制的工藝過程的不一致，容易造成變壓器的漏感大小不一；并且，不同批次的材料也有差異，在實際生產過程中一致性較差。由此，容易出現VCC引腳的供電電壓因為變壓器漏感的影響，而無法下降到VCC欠壓保護電壓，從而無法實現保護功能。參見圖2，另外一種保護方式是檢測輸出電流的保護方式：通過對輸出電流的檢測，當輸出電流達到或試圖超過預設值時，通過電路處理切斷開關電源管理芯片U1的VCC引腳的供電，或者，反饋給芯片U1的FB腳實現保護。但是，此種保護方式需要設置電流檢測電路N2來檢測輸出電流的大小，因此檢測部分要流過同樣大小的電流，有電流流過就會產生損耗。小電流較容易處理，大電流流過損耗較大效率降低，可靠性和安全性無法滿足要求因此不常用。負載RL的電流經過檢測電阻R1到變壓器T1的輸出繞組的GND端，在這個電流回路中，檢測電阻R1要承受RL負載的所有電流。假如負載RL上的電流是2A，檢測電阻R1為0.1Ω；根據歐姆定律，2A*2A*0.1Ω=0.4W的功率會被發熱損耗掉，流過檢測電阻R1的電流越大，這種損耗也越大。綜上所述，針對恒功率特性的開關電源在設計和實際使用時所面臨的安全性和可靠性的問題，為其設計一種新的保護電路是十分必要和有意義的。
技術實現思路
本技術要解決的技術問題在于克服上述現有技術存在的不足，而提出一種恒功率特性的開關電源，能夠有效地提高可靠性和安全性。本技術針對上述技術問題而提出的技術方案包括，提出一種恒功率特性的開關電源，包括開關電源管理芯片和鉗制用穩壓管，該開關電源管理芯片為采用過負載保護模式的開關電源管理芯片，該鉗制用穩壓管與該開關電源管理芯片的反饋引腳相連；其中，還包括：輸出欠壓保護電路，其包括保護用穩壓管和光電耦合本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種恒功率特性的開關電源，包括開關電源管理芯片和鉗制用穩壓管，該開關電源管理芯片為采用過負載保護模式的開關電源管理芯片，該鉗制用穩壓管與該開關電源管理芯片的反饋引腳相連；其特征在于，還包括：輸出欠壓保護電路，其包括保護用穩壓管和光電耦合器；其中，該保護用穩壓管與該開關電源的輸出電壓相連，用于設定該開關電源的欠壓保護閾值，該光電耦合器由該保護用穩壓管供電，該鉗制用穩壓管通過該光電耦合器工作來實現接地。

【技術特征摘要】
1.一種恒功率特性的開關電源，包括開關電源管理芯片和鉗制用穩壓管，該開關電源管理芯片為采用過負載保護模式的開關電源管理芯片，該鉗制用穩壓管與該開關電源管理芯片的反饋引腳相連；其特征在于，還包括：輸出欠壓保護電路，其包括保護用穩壓管和光電耦合器；其中，該保護用穩壓管與該開關電源的輸出電壓相連，用于設定該開關電源的欠壓保護閾值，該光電耦合器由該保護用穩壓管供電，該鉗制用穩壓管通過該光電耦合器工作來實現接地。2.依據權利要求1所述的恒功率特性的開關電源，其特征在于，該光電耦合器包括一發光管和一光接收管；其中，該發...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭凌波，周勇，唐有芳，
申請(專利權)人：深圳市力生美半導體股份有限公司，
類型：新型
國別省市：廣東,44