电子设备中的开关型电源保护电路 【发明领域】
本发明涉及电子设备中的SMPS(switching mode power supply)保护电路。
背景技术
下面参考附图对根据常规技术的电子设备中的SMPS保护电路进行说明。
图1是表示根据常规技术的电子设备中的SMPS保护电路的结构的方框图。
如图1所示，常规技术的电子设备中的SMPS保护电路包括：AC产生部分10，用于产生AC电压AC整流部分11，用于接收从AC产生部分产生的AC电压并将AC电压整流为DC电压；SMPS变压器12，用于在初级线圈接收由AC整流部分11整流的DC电压并感应一个与初级线圈和对应的次级线圈的匝数比成比例的电压；电源供给部分16，用于接收从AC产生部分10产生的AC电压，并将其转换为DC电压以作为电源提供；脉冲产生部分17，由电源供给部分16提供的电压操作，以产生预定频率的脉冲；频率振荡部分15，用于提供一个用于设置脉冲产生部分17的频率的时间常数；开关部分18，用于切换SMPS变压器12的初级线圈上的输入电源；输出整流部分13，用于根据开关部分18的操作把SMPS变压器12的次级线圈上感应地电压整流成DC电压；和负载14。
下面对上述结构的电子设备中的常规SMPS保护电路的操作进行详细说明。
如图1所示，AC整流部分11接收从AC产生部分10产生的DC电压，并将其整流为DC电压，以便传送到SMPS变压器12。电源供给部分16把从AC产生部分10产生的AC电压转换为DC电压，以便提供其作为脉冲产生部分17的驱动电压。随后，脉冲产生部分17产生预定频率的脉冲，并将其传送到开关部分18。开关部分18根据脉冲产生部分17提供的脉冲切换被提供给SMPS变压器12的初级线圈的DC电源。此后，输出整流部分13把来自SMPS变压器12的次级线圈的输出整流成DC电压。整流后的DC电压被提供给负载14。此处，通过负载14产生的电流(即负载电流)依据负载14的水平而变化。
但是，常规SMPS保护电路的操作与负载电流的变化无关。因此，当负载14较轻时，不必要地消耗了电力，而当负载14过大时，SMPS保护电路被损害。
【发明内容】
因此，本发明的目的是提供一种SMPS保护电路，其可以通过根据SMPS保护电路上的负载控制提供给SMPS变压器的电源，来防止不必要的电力消耗和SMPS保护电路的损坏。
为了实现上述目的，提供一种SMPS保护电路，包括：电源供给部分，用于接收AC电压并将其转换为驱动电压，然后输出；脉冲产生部分，用于接收由电压供给部分输出的驱动电压，以产生预定频率的脉冲；频率振荡部分，用于提供一时间常数，以设置脉冲产生部分的脉冲频率SMPS变压器，具有用于向其施加输入DC电源的初级线圈和用于向其施加AC电源的次级线圈；开关部分，用于根据从脉冲产生部分产生的脉冲，切换输入到初级线圈的DC电压；输出整流部分，用于对SMPS变压器的输出DC电源整流，并将其提供给负载；输出电流检测部分，用于输出一预定信号，该信号对应于由输出整流部分输出的DC电源和由负载产生的电压降之间的差；输出电流反馈部分，用于输出一个电压，该电压对应于由输出电流检测部分输出的预定信号；降频部分，如果由输出电流反馈部分输出的电压在代表由输出电流反馈部分输出的电压是轻负载区域的第一设定电压范围内，用于通过频率振荡部分的时间常数的变化来降低来自脉冲产生部分的输出脉冲的频率，从而减小SMPS变压器的输出电源；电源截接部分(power intercepting section)，连接在电源供给部分的驱动电压的输出端子和脉冲产生部分之间，用于通过停止脉冲产生部分的操作来停止SMPS变压器的操作。
【附图说明】
通过以下参照附图的详细说明，可以对本发明的上述和其它目的、特征和优点有更清楚的理解，其中：
图1是表示根据常规技术的SMPS保护电路的结构的方框图；
图2是表示根据本发明优选实施例的电子设备中的SMPS保护电路的结构的方框图；
图3A和3B是表示图2的详细部分的电路图；
图4A到4E是表示图3A和3B中的每个部分的输出的波形图。
优选实施例的详细说明
下面参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。在以下说明中，不详细描述公知的功能和结构，以免它们的多余细节影响本发明的理解。
下面参照图2对根据本发明优选实施例的电子设备中的SMPS保护电路结构进行说明。电子设备中的SMPS保护电路包括：脉冲产生部分210，用于产生预定频率的脉冲；SMPS变压器120；输出整流部分130；和负载140；开关部分220，用于接收从脉冲产生部分产生的脉冲并切换SMPS变压器120；电压供给部分，用于把电压提供给脉冲产生部分210；输出电流检测部分150，用于把电流转换为光信号，其中该电流对应于依据负载140的水平产生的电压和由输出整流部分130输出的DC电压之间的差；输出电流反馈部分160，用于输出一个电压，该电压与由输出电流检测部分150传送的光信号成比例；频率振荡部分180，用于提供一个用于设置脉冲产生部分210的频率的时间常数；降频部分170，用于根据从输出电流反馈部分160输出的电压电平改变频率振荡部分180的时间常数；以及电源截接部分190，用于根据从输出电流反馈部分160输出的电压电平旁通提供给脉冲产生部分210的电源。此处，SMPS保护电路进一步包括AC产生部分100，和AC整流部分110，用于对从AC产生部分100产生的电压进行整流，以将其施加到SMPS变压器120的初级线圈。
输出整流部分130包括：第一二极管D110，其一端连接到SMPS变压器120的次级线圈，以便把从SMPS变压器120的次级线圈产生的信号整流为预定电平的DC电压；和第一电容器C110，其一端连接到第一二极管D110的阴极，另一端接地。
输出电流检测部分150包括：并联的第一电阻器R110和第二电阻器R120；第三电阻器R130和第四电阻器R140，用于把输入电压分割为预定电平的电压；放大器150a，用于在反相输入端(-)接收通过第二电阻器R120的电压，在同相输入端(+)接收由第三电阻器R130和第四电阻器R140分割的电压，以输出预定电平的电压；第五电阻器R150，其一端连接到放大器150a的输出端子；第二二极管D120，其阴极连接到第五电阻器R150的另一端；第六电阻器R160，其一端连接到输出整流部分130的第一二极管D110的阴极；第三二极管D130，其一端连接到第六电阻器R160的另一端，其另一端连接到第二二极管D120的阳极；和第七电阻器R170。
输出电流反馈部分160包括：第一晶体管Q110，通过在基极接收从输出电流检测部分150的第三二极管D130输出的信号进行操作，以输出预定电平的电压。
降频部分170包括：第九电阻器R190和第十电阻器R200，串联连接到输出电流反馈部分160的第一晶体管Q110的发射极；第一齐纳二极管ZD110，其阴极连接在串联的第九电阻器R190和第十电阻器R200之间，具有预定电平的击穿电压；第十一电阻器R210，其一端连接到第一齐纳二极管ZD110的阳极，另一端接地；第二晶体管Q120，通过在基极接收通过第一齐纳二极管ZD110传送的信号而导通或截止；和第二电容器C120，其一端连接到第二晶体管Q120的发射极。
电源截接部分190包括：第二齐纳二极管ZD120，其阴极连接到输出电流反馈部分160的第一晶体管Q110的集电极，具有预定电平的击穿电压；第三晶体管Q130，通过在基极接收通过第二齐纳二极管ZD120传送的信号而导通或截止，其发射极连接到接地端；并联的第十四电阻器240和第四电容器C140，其一端连接到第三晶体管Q130的集电极，另一端连接到脉冲产生部分210的Vcc端子；以及第四晶体管Q140，其基极连接到一个把第十四电阻器R240和第四电容器C140并联连接到第三晶体管Q130的集电极的部分，其发射极连接到脉冲产生部分210的Vcc端子，其集电极连接在第二齐纳二极管ZD120和第三晶体管Q130的基极之间。
此处，输出电流检测部分150的第三二极管D130和输出电流反馈部分160的第一晶体管Q110是一对光耦合器。
下面对根据本发明的电子设备中的SMPS保护电路的操作进行详细说明。如图2所示，AC整流部分110接收从AC产生部分产生的AC电压，并将其整流为DC电压。随后，SMPS变压器120在初级线圈接收由AC整流部分110整流的DC电压，并在次级线圈对该电压进行感应。而且，电源供给部分200把从AC产生部分100产生的AC电压转换为DC电压，并将其施加到驱动电源。
脉冲产生部分210产生预定频率的脉冲，并将其传送到开关部分220。开关部分220根据从脉冲产生部分210传送的脉冲切换输入到SMPS变压器120的初级线圈的电源。由于该切换操作，使SMPS变压器120的次级输出被传送到输出整流部分130。输出整流部分130把SMPS变压器120的次级线圈的输出整流为DC电压，并输出。
如图3A所示，连接到SMPS变压器120的次级线圈的第一二极管D110把从SMPS变压器120传送的脉冲整流为预定电平的DC电压。该整流的电压利用后续电流I110在第一电容器C110中累积。电流I110通过负载140和输出电流检测部分150的第一电阻器R110。根据电流I110而施加在第一电阻器R110上的电压如图4A所示。换句话说，如果负载140较轻，那么小电流被施加到相应的负载140上。结果，小电流被施加到第一电阻器R110，并因此在第一电阻器R110中产生低电压。另一方面，如果负载140较重，那么大电流被施加到负载140。结果，大电流被施加到负载140，并因此把高电压施加到第一电阻器R110。
施加到输出电流检测部分150的第一电阻器R110的电压通过第二电阻器R120被施加到放大器150a的反相输入端(-)，而由第三电阻器R130和第四电阻器R140分割的电压被施加到放大器150a的同相输入端(+)。放大器150a的输出端子上的输出电压如图4B所示。这意味着施加到放大器150a的同相输入端(+)的电压是恒定电压。对于施加到同相输入端(-)的电压，施加到第一电阻器R110的电压通过第二电阻器R120。具体地说，放大器150a把施加到它的反相输入端(-)的电压从施加到它的同相输入端(+)的基准电压中减去，并以预定增益放大该减法所得到的电压。由于施加到放大器150a的反相输入端(-)的电压根据负载140而变化，放大器150a的输出电压也依据负载140的变化而变化。例如，如果负载140在轻载区域内，那么施加到放大器150a的反相输入端(-)的电压降低，因此放大器150a的输出电压被相对提高。如果负载140在重载区域内，施加到放大器150a的反相输入端(-)的电压提高，因此放大器150a的输出被相对降低。
此处，基准电压被确定为高于输入到放大器150a的反相输入端(-)的电压，这使得放大器150a的输出电压总是处于正电平。
输出电流检测部分150的第三二极管D130通过第六电阻器R160接收预定电平的DC电压(经过了输出整流部分130的第一二极管D110)。结果，第三二极管D130和放大器150a的输出电压之间的电流差在第三二极管D130中流动，随后产生一个光信号。该光信号被输入到输出电流反馈部分160的第一晶体管Q110的基极。
此处，由输出整流部分130的第一二极管D110整流的预定电平的DC电压在稳定的基础上被施加到第三二极管D130的阳极，在第三二极管D130中流动的电流量根据放大器150a的输出电流而变化。具体地说，如果放大器150a的输出电压高于预定电平，施加到第三二极管D130的DC电压和放大器150a的输出电压之间的电压差变小。因此，如图4C所示，在第三二极管D130中流动小电流。如果放大器150a的输出电压在高负载区域低于预定电平，施加到第三二极管D130的DC电压和放大器150a的输出电压之间的电压差变大。因此，如图4C所示，在第三二极管D130中流动大电流。
输出电流反馈部分160的第一晶体管Q110在基极接收从输出电流检测部分150的第三二极管D130传送的光信号，并输出相应的电流。具体地说，如图3B所示，当由输出电流检测部分的第三二极管D130传送的预定信号被输入到第一晶体管Q110的基极时，输出电流反馈部分160的第一晶体管Q110通过第八电阻器R180在集电极接收从脉冲产生部分210的Vcc端子输出的电压，并把集电极电流I130输出到发射极。
随后，由如下定义的公式1计算第一晶体管Q110的发射极的电压A：
Q110的发射极电压A＝I130(R190+R200)[V] (公式1)
此处，如公式1所定义，第一晶体管Q110的发射极电压A与相应的集电极中流动的电流I130成比例。
如图4C所示，当在轻负载区域内的电流在第一晶体管Q110的基极中流动时，来自集电极的小电流I130被输出到第一晶体管Q110的发射极，如图4D所示。
如图4C所示，如果在重负载区域内的电流被施加到第一晶体管Q110的基极，集电极的大电流I130被输出到第一晶体管Q110的发射极，如图4D所示。
降频部分170接收输出电流反馈部分160的第一晶体管Q110的发射极电压A，该电压已经被串联的第九电阻器R190和第十电阻器R200分压。如果由第九电阻器R190和第十电阻器R200分割的电压低于第一齐纳二极管ZD110的击穿电压，即，由于轻负载区域内的电流I130的输出，如果第一晶体管Q110的发射极电压A变得低于第一齐纳二极管ZD110的击穿电压，那么第一齐纳二极管ZD110截止，没有信号被施加到第二晶体管Q120的基极。结果，相应的第二晶体管Q120导通。代表频率设置部分180的时间常数随后变化，脉冲产生部分210产生具有根据变化的时间常数的频率的脉冲。此时的频率可以由下面的公式2表达：
F1＝1.8÷[R220×(C120+C130)] (公式2)
此处，频率产生部分210根据输入到RT/CT端子的时间常数来产生频率。换句话说，脉冲产生部分210产生具有公式2中的频率F1的脉冲，并将脉冲传送到开关部分220。
另一方面，如图4E所示，在正常操作区域内的第一晶体管Q110的发射极电压A高于降频部分170的第一齐纳二极管ZD110的击穿电压，并且在低于第二齐纳二极管ZD120的击穿电压的区域内。
由于第一晶体管Q110的发射极电压A高于第一齐纳二极管ZD110的击穿电压，第一齐纳二极管ZD110被导通，以便把预定信号施加到第二晶体管Q120的基极。
在此阶段，第二晶体管Q120被截止，并且电容器C120不与频率振荡部分180的电容器C130并联。随后，代表频率振荡部分的时间常数改变，并且脉冲产生部分210产生具有根据变化的时间常数的频率的脉冲。此时的频率可以用下面的公式3表达：
F2＝1.8÷[R220×C130] (公式3)
脉冲产生部分210把具有公式3中的频率F2的脉冲提供给开关部分220。
此处，从低负载区域提供给脉冲产生部分210的频率F1比频率F2低预定水平。因此，通过减小从脉冲产生部分210产生的频率，减少开关部分220的操作，来减小根据开关部分220的操作产生的电力消耗。
如图4C所示，如果输出电流检测部分150的第三二极管D130输出高负载区域的电流，通过在基极接收由第三二极管D130传送的信号，输出电流反馈部分160的第一晶体管Q110被导通，并把大电流I130输出到相应的第一晶体管Q110的发射极，如图4D所示。由于第一晶体管Q110的发射极电压A与公式1定义的电流I130成比例，如果电流I130增加，那么如图4E所示第一晶体管Q110的发射极电压A也增加。
如果第一晶体管Q110的发射极电压A高于电源截接部分190的第二齐纳二极管ZD120的击穿电压，第二齐纳二极管ZD120被导通，以将预定信号输出到第三晶体管Q130的基极。第三晶体管Q130随后被导通，并将信号0V施加到第四晶体管Q140，第四晶体管Q140的基极连接到第三晶体管Q130的集电极。
第四晶体管Q140被导通，并且从电源供给部分200施加到脉冲产生部分210的Vcc端子的电压被旁通到第四晶体管Q140的集电极端子。具体地说，如果输出电流反馈部分160检测到由输出电流检测部分150传送的电流较大，即过载，那么把施加到脉冲产生部分210的电压旁通，以停止相应的脉冲产生部分210。通过停止开关部分220的操作，连接到SMPS变压器120的初级线圈和次级线圈的系统(即整个系统)停止工作。
简言之，在初级线圈的输出电流反馈部分160检测到从SMPS变压器120的次级线圈产生的大电流后，通过停止整个系统的操作可以防止由过载造成的SMPS电路损坏。
如上所述，根据本发明的电子设备中的SMPS保护电路具有的效果是，通过在SMPS的初级线圈中包括单个输出电路反馈部分(即单个光耦合器)来检测SMPS的次级线圈中负载的变化并防止由过载造成的SMPS电路损坏，而可以增强产品的可靠性。
虽然已经参考特定的优选实施例显示和描述了本发明，本领域技术人员应该理解，在不偏离所附权利要求定义的本发明精神和范围的条件下，可以进行各种形式和细节上的改变。