专利名称：具有保护电路的开关式电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有保护电路的开关式电源(SMPS)；更具体地，涉及一种改进的能保护其中装有的某些元件以免遭在SMPS负载线上所检测的过载电流的SMPS。
众所周知，SMPS已广泛地使用在各种电子/电力的应用中。SMPS由于它与普通电源相比具有高性能及紧凑的体积而普通地为工业界所推崇，它用于将AC输入功率转换成多个稳定的DC电压。SMPS基本上包括一个全波整流器，用于整流AC输入功率，一个变压器，用于将被整流的AC输入功率的电压按比例地缩小以提供多个按比例缩小的AC电压，及一个整流装置，它具有多个二级管及大容量的电容器，用于对多个按比例缩小的AC电压进行整流及平滑滤波，以产生经调整的DC电压并将其提供给各相应的负载。SMPS还包括一个起始驱动电容器，一个开关晶体管，及一个产生开关控制信号的开关控制电路。
在SMPS中，开关晶体管首先在起始时间(to)上通过起始驱动电容由经整流的AC输入功率启动。从这时起，开关晶体管受开关控制信号的控制。通常，开关控制信号用于将AC输入电流的正弦波形转换成窄脉冲的形式，它们的峰值大致跟随一正弦波形。这种电流波形不仅有助于增加功率因数，而且可减少整流器的负荷，其中这里所使用的功率因数代表有功功率与视在功率之间的比例。
但是在SMPS中，由于例如与负载线相连接的负载上的过载或短路等原因，有时会引起其中负载线上的过电流，结果使装在SMPS中的元件损坏。因此，最好是能检测SMPS负载线上的过电流并对SMPS中装有的易损坏部件进行保护，以免当出现这种过电流时使它们损坏。
迄今，对现有技术的SMPS还未知其具有这种保护能力。
因此，本发明的主要目的是提供一种改进的SMPS，它能够保护其中装有的元件以免遭SMPS负载线上发生的过电流。
根据本发明提供了一种改进的SMPS用于输出多个来自一AC输入功率的调节的DC输出电压到多个负载上，它包括第一整流器，用于整流AC输入功率以产生被整流的AC功率信号；变换装置，用于从被整流的AC功率信号产生多个按比例缩小的AC功率信号；第二整流器，用于从多个按比例缩小的AC功率信号产生多个受调节的DC输出电压并通过与它们相连接的各负载线将它们提供给多个负载；一个保护电路，用于检测每个负载线上的电流值，并当在任何一个负载线上检测出过电流时使DC输出电压中的一个接地；及一个控制电路，用于当所述DC输出电压的一个接地时产生用于关断变换装置的控制信号，由此中止按比例缩小的AC功率信号的发生。
从以下结合附图对优选实施例的描述中将会使本发明的上述及另外的目的和特征更加得以阐明，
图1为表示装有本发明保护电路的新型SMPS的电路框图。
现在参照附图，它表示装有本发明保护电路70的新型SMPS 100的电路框图。该SMPS 100用于将AC输入功率转换成多个所需电压，例如三个受调节的DC输出电压V1至V3，它包括一个桥式整流器22，一个滤波电容器23，一个起始驱动电容器24，一个开关晶体管25，一个变压器26，一个整流装置30，一个开关控制电路40，一个误差值发生器50，一个光电耦合器60及保护电路70。
如该图所示，在线10及12上的AC输入功率通过桥式整流器22的整流后提供给滤波电容器23，变压器26，及经过起始驱动电容器24到开关晶体管25上。滤波电容器23与包括在整流装置30中的大容量电容32，34及37相比较具有相对小的电容量，该滤波电容器23跨接在桥式整流器22的输出端，并用来旁路高频纹波以阻止它们出现在由桥式整流器22整流后的电功率中。
起始驱动电容器24连接在滤波电容器23的输出端及开关晶体管25的基极之间，用于在起始时间(to)将来自滤波电容器23的大量电流传送到开关晶体管25的基极。在起始时间(to)以后，该起始驱动电容器24仅将来自滤波电容器23的小量电流传送到开关晶体管25的基极。
开关晶体管25的基极与起始驱动电容器24及开关控制电路40相连接，其集电极与变压器26的初级线圈T1相连接，用于交替地开及关变压器26的初级线圈T1。如本技术领域所公知的，开关晶体管25的工作首先受到在起始时间(to)上来自起始驱动电容器24的电流的控制。从那时起，其工作受到来自开关控制电路40的开关控制信号的控制，因为从起始驱动电容器24到基极的电流量如前所述已是非常的小。这种工作，如现有技术中所公知的，能使正弦形状的AC输入功率变换成窄脉冲的形式，其峰值大致跟随着一正弦波形，由此增加了SMPS的功率因数。
变压器26具有一个初级线圈T1及四个次级线圈T21至T24。为了简化起见，在本发明的一个实施例中，假定第一及第四个次级线圈T21及T24的匝数远小于第二及第三个次级线圈T22及T23的匝数。
如图所示，初级线圈T1的一端与桥式整流器22，滤波电容器23及起始驱动电容器24相连接，它的另一端与开关晶体管25的集电极相连接。另一方面，第一个次级线圈T21的一端与开关控制电路40相连接，它的另一端接地。第二个次级线圈T22的一端与第三个次级线圈T23的一端相连接，并也与整流装置30的整流二极管33的阳极相连接，而第二及第三个次级线圈T22及T23的另一端分别与其中整流二极管31的阳极及地相连接。最后，第四个次级线圈T24的一端与整流装置30的整流二极管36的阳极相连接，其另一端与地相连接。如本技术领域中公知的，变压器26用于使来自滤波电容器23的输出功率按比例缩小以产生出多个功率按比例缩小的AC信号，即三个按比例缩小的AC功率信号。
这三个由变压器26产生的按比例缩小的AC功率信号被分别地提供给整流装置30中的与它们相对应的整流二极管31，33，及36。在包括整流二极管31、33及36，大容量电容器32、34及37的整流装置30中三个按比例缩小的AC功率信号每个中的高频分量被整流及平滑滤波以产生出三个经调节的直流输出电压V1至V3。然后，这三个经调节的DC输出电压V1至V3从大容量电容器32，34及37经过保护电路70被分别地提供给它们对应的负载线81至83。另外，经调节的DC输出电压V1被提供给误差值发生器50。
本发明的保护电路70包括一个晶体管72，电阻73至75，及一个二极管76。如图中所示，晶体管72的发射极与二极管76的阳极、电阻75、整流二极管36的阴极、大容量电容器37及第三负载线83相连接，而它的基极与电阻73和74相连接，用于对经调节的DC输出电压V1进行分压。在本发明的一个优选实例中，假定在大容量电容34的输出端及二极管76的阴极之间的点A上的电压远高于晶体管72的发射极及电阻75之间的点B上的电压，而与晶体管72的基极相连接的点C上的电压低于点B上的电压。应该指出，在点A，B及C上的各电压可基于变压器26的各线圈匝数及电阻73至75的值容易地被确定出来。
在正常工作中，即在任一负载线81至83上没有产生出过电流的情况下，晶体管72及二极管76二者将被关断；因此，这三个经调节的DC输出电压V1至V3将分别地提供给负载线81至83。
另一方面，在第二负载线82上发生过电流的情况下，晶体管72及二极管76都将导通，且来自大容量电容器32的输出将被接地。类似地，在第三负载线83上产生过电流的情况下，晶体管72导通及二极管76关断，则来自大容量电容器32的输出被接地。在此情况下，施加在变压器26初级线圈T1上的电功率没有被传送到第一及第二次级线圈T21及T22上，但被感应到第三个次级线圈T23及第四个次级线圈T24上。然后，与第一个次级线圈T21相连接的开关控制电路40将用于关断开关晶体管25的工作的开关控制信号提供给开关晶体管25的基极。
类似地，在第一负载线81上发生过电流的情况下，施加在初级线圈T1上的电功率将不会被感应到第一、第三或第四个次级线圈T21、T23或T24上，但仅被感应到第二个次级线圈T22上。如以上所解释的，如果电功率没有从初级线圈T1施加到第一个次级线圈T21上，则与第一个次级线圈T21相连接的开关控制电路40便将用于关断开关晶体管25的工作的开关控制信号提供给开关晶体管25的基极。
由上述可以看出，如果在SMPS的任何一个负载线上产生了过电流，开关晶体管25将响应来自开关控制电路40的开关控制信号而被关断。作为其结果，变压器26的初级线圈T1上的电功率将不再被感应到四个次级线圈T21及T24的任一个上，由此保护了装在SMPS中的各元件。
另一方面，与整流装置30的大容量电容器32的输出相跨接的误差值发生器50用于监视来自大容量电容器32的经调节的直流输出电压V1或第一负载线81上的相应电流值，以推导出表示被监视电压值与预定值TH1之间差值的误差值，其中TH1为一个实数。此后，该误差值被提供给光电耦合器60。
如该技术领域所公知的，光电耦合器60可包括一个发光二极管及一个光电晶体管(未示出)，它利用通过发光二极管将误差值的电信号转换成光信号，再通过光电晶体管将光信号转换回到电信号，以使开关控制电路40与误差值发生器50隔离开来。
与第一次级线圈T21、开关晶体管25及光电耦合器60相连接的开关控制电路40产生出一个开关控制信号，该信号能使开关晶体管25执行开和关的操作。如在本技术领域中所公知的，开关控制电路40根据负载线上电流值的变化调节开关控制信号的脉冲宽度。利用根据来自于误差值发生器50的电信号适当地改变开关控制信号的脉冲宽度，可获得所需的DC输出电压V1至V3。
但是，在开关控制信号的这种脉冲宽度变化期间，功率没有被感应到第一次级线圈T21上，则与它相连接的开关控制电路40将开关控制信号、例如一个逻辑低信号提供给开关晶体管25的基极，用以关断该管的工作，这就是，开关控制信号的脉冲可基于来自光电耦合器60的电信号及与开关控制电路40相连接的第一次级线圈T21感应的电功率进行变化。
虽然本发明相对于具体的实施例进行了图解及说明的，但显然，在不偏离所属权利要求书限定的本发明之精神与范围的情况下，对于本领域的熟练技术人员可作出许多变化及改型。
权利要求
1.一种开关式电源(SMPS)，它通过对AC输入功率整流产生出多个经调节的DC输出电压并通过多个负载线将它们供给多个负载，该电源包括第一整流装置，用于整流AC输入功率以产生经整流的AC功率信号；变换装置，用于从经整流的AC功率信号产生多个按比例缩小的AC功率信号；第二整流装置，用于从多个按比例缩小的AC功率信号产生多个经调节的DC输出电压；保护装置，用于检测每个负载线上的电流值，并当在任何一个负载线上检测出过电流时使DC输出电压中的一个接地；及用于当所述DC输出电压中的一个接地时产生用于关断变换装置的控制信号，由此中止按比例缩小的AC功率信号发生的装置。
2.根据权利要求1所述的装置，其中保护装置包括一个开关晶体管，一个与其发射极相连接的二极管，及多个与该开关晶体管的基极和发射极分别连接的偏置电阻。
全文摘要
一种新型的开关式电源(SMPS)，包括第一整流器，用于产生被整流的AC功率信号；一个变换装置，用于产生出多个按比例缩小的AC功率信号；一个第二整流装置，用于产生多个受调节的DC输出电压并提供给多个负载；一个保护电路，用于检测每个负载线上的电流值并当检测出过电流时使DC输出电压中的一个接地；及一个控制电路，用于当所述DC输出电压中的一个接地时产生关断变换装置的控制信号，中止按比例缩小的AC功率信号的发生。
文档编号H02H7/122GK1133508SQ9512044
公开日1996年10月16日 申请日期1995年12月20日 优先权日1994年12月29日
发明者洪在奎 申请人:大宇电子株式会社