专利名称：一种抑制开关电源在开机时输出过冲电压的电路的制作方法
技术领域：
—种抑制开关电源在开机时输出过冲电压的电路技术领域[0001]本实用新型涉及液晶显示产品的开关电源，具体的是涉及一种抑制开关电源在开机时输出过冲电压的电路。
背景技术：
[0002]图I为现有液晶显示产品交流转直流(AC-DC)电源的一实例。该电源架构为反激式架构，有两组Voutl和Vout2输出。Voutl输出一典型值为5V的直流电作为液晶显示产品的主板电路的供电电压；Vout2输出一典型值为如16V的直流电作为LED灯管驱动电路输入供电电压。该Voutl 5V输出通过R8和R9电阻进行电压采样后提供给三端并联稳压器，如TL431的R端(参考端)，该Vout2 16V输出通过R8和RlO电阻进行采样后也提供给三端并联稳压器，如TL431的R端(参考端)。TL431的R端所得到的采样电压与TL431内部一电压为2. 5V的基准电压进行比较后，TL431内部的电晶体的输出端将输出一电流Ika， 使得IC902光耦的输入发光二极体得到一电流If=Ika-Irl4=Ika-Vf/R14，其中Vf为IC902 光耦发光二极体正向导通电压，大约为I. 2V左右，R14为电阻R14的阻值。依据IC902光耦发光二极体If大小决定该光耦输出端电晶体集电极与发射极流过电流Ic的大小，即 Ic=If^CTR，其中CTR为光耦传输比率如CTR=70%，该Ic的电流大小直接影响到控制芯片 IC FB反馈引脚的电压准位大小，而FB引脚的电压大小将直接影响到该反激式电源控制芯片ICl Gate引脚输出的脉冲调制(PWM)脉冲方波的占空比(duty)大小，并通过Ql N MOS 管控制变压器Tl的能量转换，从而控制了输出电压以达到基本恒定的直流电压。图I采用了 5V和16V双反馈控制方式，但由于5V为提供给主板电路的供电电压需要较为精准，故目前一般5V输出电压规格都控制在5V (1±5%)以内，即4. 75疒5. 25V，而16V输出电压一般只提供给LED灯管的DC-DC Boost升压的驱动电路供电，目前该DC-DC Boost升压的电路对输入电压范围要求较宽松，(例如输出30V以上的DC-DC Boost升压的电路的输入电压一般落在12V-23V左右都可以)故一般反馈电路会将5V输出被设定为主反馈电路，16V输出一般被设定为次反馈电路。即该反激式电源基本上是通过侦测5V输出端电压的波动来决定控制芯片ICl Gate引脚输出的PWM Duty大小，从而控制变压器能量传输。[0003]图2为现有液晶显示产品AC-DC电源的另一实例，采用5V单反馈控制方式。该 AC-DC电源产品通常使用在多功能的液晶显示器产品，除了提供给主板工作外还要提供给USB、Audio等电路供电，使得5V输出负载较大。在开机后(S卩开关电源系统输入市用交流电后)5V吃重载(Max loading)而16V输出未吃载时，若采用图I的双反馈电路容易产生5V输出电压因16V输出电压较大幅度上升而被拉低,严重时会使5V瞬间掉电到如4V以下，使得主板端的微控制器(MCU)及图像处理芯片(Scaler)等控制芯片无法正常工作；若采用图2的5V单反馈电路，此时16V输出主要是依靠假负载电路ZD1、Q2、 Rlf R13来做输出电压钳位。针对待机功耗小于O. IW开关电源方案的节能控制芯片(如通嘉的LD7750控制芯片)，为了控制芯片本身更节能，已经将其FB引脚(LD7750叫做COMP 引脚)输出的最大电流Ic调为O. 32mA，使得光耦IC902输入二极管流过的电流If仅为If=Ic/CTR=0. 32mA/0. 7=0. 45mA (假设CTR=70%);而目前TL431本身要求在正常工作时阴极端(K端)最小的电流至少为1mA，故而与光耦输入端发光二极体并联的电阻R14至少需要提供Irl4=lmA-0. 45mA=0. 55mA以上的电流，即电阻R14阻值最大不能超过R14=Vf/Irl4=lV/0. 55mA=l. 8K,故目前光耦输入端发光二极体需并联一阻值约为lfl. 8K左右的电阻R14，而并联此电阻会影响到系统的反馈速度，会使反馈系统的反馈速度变慢，产生5V输出电压在开机瞬间的过冲电压(Overshoot)问题，当电源系统其它反馈电路的参数设置不合理时，5V在开机瞬间的过冲电压现象将更加严重，甚至会使主板(main board)端部分零件毁坏，影响产品可靠性。反激式电源控制芯片在待机模式下为了更加节能，通常采用突发模式(Burst-mode)控制方式。而控制芯片的反馈引脚FB的波形通常会影响到Burst-mode工作频率、控制芯片Gate引脚的Burst-mode包络中打出的PWM脉冲根数及PWMduty大小。当Burst-mode时工作频率介于1KHZ 4KHZ人耳最敏感的频率段时，变压器便产生异音。此时通常需要加大反馈引脚对地电容Cll的容值和光耦发光二极体输入串联电阻R6的阻值方可使Burst-mode工作频率落在小于IKHZ的工作频率段，而Cll容值加大和R6阻值加大也同样使反馈速度变慢，同样也会产生5V输出电压在开机瞬间的过冲电压(Overshoot)问题。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提出一种抑制开关电源在开机时5V输出过冲电压的电路，该电路使得该开关电源在开机时因解决TL431阴极到阳极端至少需要流过ImA电流而需要增加电阻R14导致开关电源系统反馈速度变慢，以及需要调整在待机模式下Burst-mode工作频率小于IKHZ而需要调整电容Cll和电阻R6进一步导致开关电源系统反馈速度变慢问题时，开关电源的5V输出电压仍不会产生过冲电压(Overshoot)问题,确保主板端电路(Main board circuit)所有电子零件在开关电源开机时不会因耐压问题而被毁坏，从而提升了液晶显示产品的可靠性，降低了液晶显示器产品的主板(Main board)的市场不良比率。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是一种抑制开关电源在开机时输出过冲电压的电路，包括有电源输出端和反馈端，其特征在于电源输出端上连接有电容，反馈端的三端并联稳压器的参考端连接有电阻，且电容和电阻串接。如图3，本实用新型在反激式第二组输出Vout2处于IC3 TL431的参考端(R端)串接一电阻RlO和一电容C10，利用开机时Vout2从OV开始呈一较大的线性斜率上升的变化电压，使电容ClO产生一电流AI=C10*dv/dt，该电流Al流过限流电阻RlO和TL431参考端对地一电阻R8时，对该TL431的参考端在开机时产生一补充电压，使得TL431的参考端在Voutl还未达到正常输出电压5V之前提前得到一大于等于2. 5V的电压，使得TL431内部电晶体导通，从而使得IC902光耦的输入端得到一电流If，同时使得IC902光耦的输出端得到一电流Ic,该Ic电流会使控制芯片ICl的反馈FB引脚的电位被讯速拉低,使得控制芯片ICl Gate引脚输出的PWM方波duty减小，即变压器输出能量减小，使得Voutl在电压在还未达到5V之前的那一小段电压上升的斜率变得较为缓慢。本实用新型的有益效果在于不仅改善了 5V输出过冲电压overshoot问题,且对电路设计有两大益处1)改善待机工作模式下的异音问题的解决难度，以往为改善待机工CN 202818086 U书明说3/4页作模式下的异音问题因需要考滤到5V输出过冲电压overshoot问题而使得Cll容值和R6 阻值参数不能做较大幅度的修改，而本实用新型可使Cll容值和R6阻值参数较大幅度的修改来解决待机模式下的异音问题；2)改善5V在开机瞬间的严重过冲电压导致主板元件损坏甚至烧毁，提升产品可靠性。
[0008]图I为现有液晶显示产品AC-DC电源的一实例电路图；图2为现有液晶显示产品AC-DC电源的另一实例电路图；图3为本实用新型的电路图；[0011]图4为第一组5V输出和第二组16V输出开机时的波形图；图5为图3新型电源的开机时序波形图；图6为图3新型电源控制芯片ICl内部的局部电路图；图7为电源板开机时5V产生Overshoot现象的示意图；图8为该电源在Vout2在TL431的参考端之间增加一设置适当参数的电容ClO及 电阻RlO之后波形图。
具体实施方式
[0016]
以下结合附图对本实用新型作进一步的描述，但是不会构成对本实用新型的限制。[0017]一种抑制开关电源在开机时输出过冲电压的电路，包括有电源输出端和反馈端， 其特征在于电源输出端上连接有电容，反馈端的三端并联稳压器的参考端连接有电阻，且电容和电阻串接。[0018]实施例I如图3所示，一种抑制开关电源在开机时输出过冲电压的电路，包括有 IC3 TL431和Vout2输出端，Vout2输出端上连接有电容C10，IC3 TL431的R端连接有电阻 R10，且电容ClO和RlO串接。[0019]图4为第一组5V输出和第二组16V输出开机时的波形图，在开机时，两组输出的电压均从OV开始上升，基本上呈一定斜率线性上升，且第二组16V输出Vout2上升的斜率较第一组5V输出大得多。[0020]下面对该新型电路做具体的原理及动作说明图4的Tl时间为在开机时，当控制芯片ICl的Vcc供电端电压达到Vcc(On)电压时，PWM IC控制芯片ICl开始工作，控制芯片ICl的Gate端引脚将输出一占空比duty由小变大的PWM脉冲方波，此过程又被称之为软启动(soft start)；[0021]图5的T2时间，当PWM脉冲方波占空比大到一定值后将不再增大；Τ1+Τ2过程 Voutl和Vout2从OV开始呈不同斜率线性上升。从图4可以看出第二组输出电压Vout2 上升时的斜率较Voutl大得多，在Vout2电压上升时，电容ClO将在R8电阻上产生一电流 AI=C10*dv/dt (dv为ClO两端的电压变化量)；同时Voutl电压上升时也在R8电阻上产生一电流 I=Voutl/(R8+R9),故在 R8 电阻上产生一电压 Vr=(I+AI)*R8= [Voutl/(R8+R9) + C10*dv/dt]*R8 的电压。[0022]在图5的T3时间，当Voutl电压达到如4. 6V时，Vr电压就已经提前达到其TL431内部的参考电压Vref ；TL431内部电晶体的基极端电压Vbe开始增加，使得该基极端电流 Ibe也开始增大，TL431内部电晶体的集电极与发射极之间开始产生一从OA开始增大的电流Ika，由于光耦IC2输入端的发光二极体正向电流If=Ika-Vf/R14 (Vf :光耦IC2输入端的发光二极体正向导通电压，大约为I. 2V左右)，故进入T3时刻后光耦IC2的发光二极体将有一从OA开始增大的If电流，由于Ic=CTR*If (CTR光耦输出与输入的传输比率，如 CTR=70%)，故此时在光耦的输出端将产生一由OA开始增大的电流Ic ；[0023]参考图6，控制芯片ICl内部的Vfbl电压是由FB引脚电压Vfb转换而得到，Vcs2 电压是由控制芯片电流侦测引脚CS侦测来的电压经内部处理后转换得到，当光耦输出端有电流流过时，与光耦连接的控制芯片ICl的FB引脚的电位Vfb被拉低，Vfbl电位下降， Ic电流越大时，控制芯片ICl的FB引脚电位内部的Vfbl将被拉得越低；Vfbl的电压将控制着控制芯片ICl Gate引脚输出的P丽高电平ton的时间，也即控制着变压器Tl输出次级侧输出端能量的大小。[0024]如当控制芯片ICl内部的Clock时钟送出一 Vclk turn on的高电平信号时，Ql N-MOS管导通，此时变压器Tl根据V=L*di/dt而产生一基本呈线性上升的电流流过R2电阻，并经由R3、C2低通滤波后提供控制芯片的CS引脚，最终转换成Vcs2电压与Vfbl电压进行比较，当比较至Vcs2彡Vfbl时，控制芯片ICl将从Gate引脚输出一低电平信号使 Ql N-MOS turn off,直到下一时钟Clock信号再送出一 Vclk turn on的高电平信号时,Ql N-MOS管才能再导通,故当Vfbl电压越低时，Ql N-MOS的turn on时间越短，turn off时间越长，变压器Tl提供给输出端的电能就越小。[0025]故在T3时间，随着光耦IC2的反馈量的增加，其控制芯片ICl Gate引脚输出的 PWM脉冲方波的duty将逐渐减小，使得第一组输出Voutl和第二组输出Vout2输出的电压上升速度变得比较缓慢，上升的斜率变小。[0026]在图5的T4时间当Voutl输出的电压升到5V时，Voutl和Vout2均还未被吃载 (loading)，控制芯片ICl的FB引脚将保持着较低的电压，该控制芯片ICl的Gate引脚将仍输出较小duty的PWM脉冲方波。[0027]图7为一开关电源板开机时5V产生Overshoot现象的波形图，图8为该开关电源在Vout2在TL431的参考端之间增加一设置适当参数的电容ClO及一电阻RlO之后的波形图，该波形图可以看出开关电源在开机时5V输出端电压并没有产生Overshoot过冲现象。[0028]液晶显示产品的双组输出的开关电源凡在电源的输出端到反馈端的三端并联稳压器(如TL431)的参考端之间串一电阻及一电容来解决其中一组主输出电压在开机时产生过冲电压问题的均属本专利保护范围。惟以上所述者，仅为本实用新型的较佳实例而已， 但不能以此限定本实用新型实施的范围，即大凡依本实用新型申请专利范围及实用新型说明内容所作的简单的等效变化与修饰皆仍属本实用新型专利涵盖的范围内。权利要求1.ー种抑制开关电源在开机时输出过冲电压的电路，包括有电源输出端和反馈端，其特征在于电源输出端上连接有电容，反馈端的三端并联稳压器的參考端连接有电阻，且电容和电阻串接。
专利摘要本实用新型涉及液晶显示产品的开关电源，具体的是涉及一种抑制开关电源在开机时输出过冲电压的电路，包括有电源输出端和反馈端，其特征在于电源输出端上连接有电容，反馈端的三端并联稳压器的参考端连接有电阻，且电容和电阻串接。本实用新型的有益效果1)改善待机工作模式下的异音问题的解决难度，本实用新型可使C11容值和R6阻值参数较大幅度的修改来解决待机模式下的异音问题；2)改善5V在开机瞬间的严重过冲电压导致主板元件损坏甚至烧毁，提升产品可靠性。
文档编号H02M1/36GK202818086SQ20122040106
公开日2013年3月20日 申请日期2012年8月14日 优先权日2012年8月14日
发明者徐军, 严祖军 申请人:冠捷显示科技(武汉)有限公司