TW200816610A - Switching power supply circuit - Google Patents

Description

200816610 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種開關電源電路。 【先前技術】 因開關電源具備輕、薄、耗電小等優點，已被廣泛應 用於便攜式產品、航空與自動化產品、儀器儀表等電子產 品中。惟’在開關轉換瞬間，由於電路中存在電抗元件， 電抗元件之能量充放，功率元件會受到過大電流及熱能衝 擊’進而導致元件失效，開關電源電路可靠性降低。因此， 為提高開關電源電路可靠性，需設置一緩啟動單元 (Snubber Circuit)以便抑制過電流產生，有效保護電路元 件0 圖1係一種先前技術開關電源電路之電路圖。該開關 電源電路10包括一第一輸入端u、一第二輸入端12、一 分壓單元13、一穩壓單元14、一緩啟動單元15、一電源 =控制晶片16及一電源輸出端17。該第一輸入端u及該 第二輸入端12分別為該開關電源電路1〇提供+5V及 之作電壓該分壓單元13輸出一分壓值至該穩壓單元 該分壓值即為該穩壓單元14之穩壓參考值。當流經該 緩啟動單元15之電流過小而導致該開關電源電路= ^寬電㈣大時，該穩壓單元14控制調整流經該緩啟^ :το 15之電流大小，進而使該開關電源電路w 寬電壓不超過該㈣參考值。經該缓啟動單 ：： 之-工作電壓，經由該電源主控制晶片16傳輸== 7 200816610 輸出端17。該電源輸出端17之輸出電壓經由一變壓器（圖 未示）向負載（圖未示）供電。 該分壓單元13包括三電阻131、132、133及一分壓節 點134。該第一輸入端11輸入之+5V工作電壓依次經由該 第一電阻131、該分壓節點134及該第三電阻133接地。 該第二輸入端12輸出之+ 12V工作電壓依次經由該第二電 阻132、該分壓節點134及該第三電阻133接地。該分壓 節點134之輸出電壓傳輸至該穩壓單元14,其輸出電壓值 即為該穩壓單元14之穩壓參考值，可依據基爾霍夫定律 (Kirchhoff’sLaw)進行計算。 該緩啟動單元15包括一第四電阻151、一第五電阻 152、一二極體153、一電容154及一光耦合器155。第一 輸入端11輸出之+5V工作電壓具有二輸出通路，其一輸出 通路依次經由該第四電阻151、該光耦合器155、該二極體 153及該電容154接地，另一輸出通路經由該第五電阻152 及該電容154接地。該二極體153通常為IN4148。 該光耦合器155包括一電晶體156及一發光二極體 157。該電晶體156包括一基極（未標示）、一射極（未標示） 及一集極（未標示），其基極感應自該發光二極體157出射 之光粒子進而使該電晶體156導通，其集極經由一限流電 阻158連接於一工作電壓Vss，射極輸出電流至該電源主 控制晶片16。該電源主控制晶片16可將光耦合器155之 輸出電流與一鋸齒波脈衝進行脈寬調制，進而得到與光耦 合器155輸出電流大小成反比之脈寬電壓至該電源輸出端 8 200816610 17 ° ' 該穩壓單元14包括一三端可編程並聯穩壓器 -(Three-terminal Shunt Regulator)141 及具有濾波功能之 RC 串聯電路（未標示）。該三端可編程並聯穩壓器141可為 TL431，其包括一陽極1411、一陰極1412及一參考極 1413。該陰極1412連接至該RC串聯電路之一端，陽極 1411接地，參考極1413經由該RC串聯電路之另一端連接 至該分壓節點134。當流經該光耦合器155之電流I過小 而導致該電源輸出端17輸出之脈寬電壓過大時，該三端可 編程並聯穩壓器141之陰極1412輸出一調整電平至該光耦 合器155之發光二極體157之陰極端，進而調節該電流I 之大小，使該開關電源電路10之輸出脈寬電壓不超過該穩 壓參考值。 當該開關電源電路10啟動時，該二極體153導通，第 一輸入端11輸入之+5V工作電壓分別經由該第四電阻 151、該光耦合器155及該二極體153所在之輸出通路及該 、 第五電阻152所在之輸出通路對該電容154充電。隨著電 容154之充電電壓逐漸升高，導致流經該光耦合器155之 發光二極體157之電流I逐漸降低，則該發光二極體157 發射之光粒子逐漸減少，使該電晶體157之輸出電流逐漸 降低，進而導致該電源主控制晶片16之輸出脈寬逐漸增 加，則該電源輸出端17之電壓逐漸升高，直到該電容154 之充電電壓升高使得該二極體153反向截止，該開關電源 電路10完成緩啟動操作。之後，該開關電源電路10穩定 200816610 輸出。同時’該第-輸入端11經由該第五電阻152繼續對 該電谷154充電’直到該電容154之充電電壓達到+5V為 止。 ^ 、由於油述緩啟動單元b之電容154需承受+5V之充電 電壓且在其充電過程中需承受較大之充電電流，因此， 該電谷154僅旎選擇具有大容量性能之電解電容。惟，電 =電各體積較大，導致該緩啟動單元15之體積較大，進而 導致使用該緩啟動單元15之開關電源電路1〇不適用於小 型化、微型化電子器件。 【發明内容】 有鑑於此，提供一種具有較小體積緩啟動單元之開關 電源電路實為必要。 種開關電源電路，其包括一電源輸入端，一電源主 控制晶片及一緩啟動單元。該電源輸入端為該開關電源電 路提供工作電壓。該緩啟動單元包括一第一電阻、一第二 電阻、一電容、一光耦合器及一工作於放大狀態之第一電 曰曰體。該第一電晶體之基極經由該第二電阻及該電容連接 於該電源輸入端，集極經由該光耦合器及該第一電阻連接 於該電源輸入端，射極接地。該電源主控制晶片將該光耦 合器之輸出電流進行脈寬調制，進而得到該開關電源電路 之輸出脈寬電壓。 相較於先前技術，該開關電源電路之緩啟動單元由電 容、複數電阻及光耦合器以及工作於放大狀態之電晶體共 同構成。由於該電晶體工作於放大狀態，則流經該電容之 200816610 電流強度較小，且電容之充電電盧僅需升高至使該電晶體 截止為止，不會達到電源輸入端所提供之工作電壓。因此， 所需電容之容量較小，僅需使用小容量之_吏片電容即可。 由於，片電容較電解電容具有體積小之特點，因此，該緩 啟動單元之體積較小，進而保證使用該緩啟動單元之開關 電源電路適用於小型化、微型化電子器件。 【實施方式】 請參閱圖2,係本發明開關電源電路一較佳實施方 之電路圖。該開關電源電路2〇包括一第一輪入端Η、二 第二輸入端22、一分壓單元23、一穩壓單元24、一緩啟 動單元25、一電源主控制晶片26及一電源輪出端η、。該 « =輸人端22㈣為該_電源電路 20提供+5V及+12V之工作電壓。該分壓單元以輸出一分 壓值至該穩壓單元24，該分壓值即為該穩壓單元％之穩 壓參考值。當流經該緩啟動單元25之電流過小而導致該^ 關電源電路20之輸出脈寬電壓過大時，該穩壓單元= 制調整流經該緩啟動單元25之電流大小，進而使該開關^ 源電路20之輸出脈寬電壓不超過該穩壓參考值。經該緩啟 動單元25緩衝處理之+5V工作電壓，經由該電源主控制晶 片26處理後傳輸至該電源輸出端27。該電源輪出端π之 輸出電壓經由一變壓器（圖未示）向負載（圖未示）供電。 該分壓單元23包括三電阻231、232、233及一分壓節 點234。該第一輸入端21輸入之+5V工作電壓依次經由』 第一電阻231、該分壓節點234及該第三電阻233接地。 11 200816610 該第二輸入端22輸入之+12V工作電壓依次經由該第二電 阻232、該分壓節點234及該第三電阻233接地。該分壓 節點234之輸出電壓傳輸至該穩壓單元24,其輸出電壓值 即為該穩壓單元24之穩壓參考值，可依據基爾霍夫定律進 行計算。 該緩啟動單元25包括一第四電阻251、一第五電阻 252、一電容254、一三極體253及一光耦合器255。 該三極體253包括一基極2531、一集極2532及一射極 2533，其基極2531經由該第五電阻252、該電容254連接 於該第一輸入端21，集極2532經由該光耦合器255及該 第四電阻251連接於該第一輸入端21，射極2533接地。 該三極體253為貼片式NPN型三極體。 該光耦合器255包括一電晶體256及一發光二極體 257。該電晶體256包括一基極（未標示）、一射極（未標示） 及一集極（未標示），其基極感應自該發光二極體257出射 之光粒子進而使該電晶體256導通，其集極經由一限流電 阻258連接至一工作電壓Vss，射極輸出電流至該電源主 控制晶片26。該電源主控制晶片26可將光耦合器255之 輸出電流與一鋸齒波脈衝進行脈寬調制，進而得到與光耦 合器255輸出電流大小成反比之脈寬電壓至該電源輸出端 27 ° 該穩壓單元24包括一三端可編程並聯穩壓器241及具 有濾波功能之RC串聯電路（未標示）。該三端可編程並聯穩 壓器241可為TL431，其包括一陽極2411、一陰極2412 12 200816610 及一參考極2413。該陰極2412連接至該RC串聯電路之 一端，陽極2411接地，參考極2413經由該RC串聯電路 之另一端連接至該分壓節點234。當流經該光耦合器255 之電流I過小而導致該電源輸出端27輸出之脈寬電壓過大 時，該三端可編程並聯穩壓器241之陰極2412輸出一調整 電平至該光耦合器255之發光二極體257之陰極端，進而 調節該電流I之大小，使該開關電源電路20之輸出脈寬電 壓不超過該穩壓參考值。 當該開關電源電路20啟動時，該第一輸入端21輸入 之+5V工作電壓經由該電容254及該第五電阻255控制該 三極體253。啟動瞬間，該電容254相當於短路，則該三 極體253之基極電流Ib最大，進而使該三極體253導通。 隨著該電容254之充電電壓逐漸升高，則該基極電流Ib逐 漸減小，導致流經該光耦合器255之電流I逐漸減小，則 該光耦合器255之發光二極體257出射至該電晶體256基 極之光子數目逐漸減少，該光耦合器255之射極輸出電流 逐漸減小，該電源主控制晶片26之輸出脈寬電壓逐漸增 大。當該電容254之充電電壓使基極電流Ib減小使該三極 體253截止，該開關電源電路20完成緩啟動操作。之後， 該第一輸入端21之+5V工作電壓經由該第四電阻251對該 光耦合器255繼續供電，且該光耦合器255之輸出電流穩 定，該電源主控制晶片26之穩定輸出。 仿真實驗證明，當選用容量為O.lMf之電容254時， 該開關電源電路20之緩啟動過程所需時間為0.4毫秒。 13 200816610 該開關電源電路20之緩啟動單元25由電容254、複數電 阻及光耦合器255以及工作於放大狀態之三極體253共同 構成。由於該二極體253工作於放大狀態，流經該電容254 之電流強度杈小，且電容254之充電電壓僅需升高至使該 二極體253截止為止，不會繼續充電至5V。因此，所需電 容254之容量較小，僅需使用小容量之瓷片電容即可。由 於瓷片電容較電解電容具有體積小之特點，且三極體253 亦採用貼片式三極體，因此，該緩啟動單元25之體積較 小，進而保證使用該緩啟動單元25之開關電源電路2〇適 用於小型化、微型化電子器件。 另，前述開關電源電路20緩啟動單元25之三極體253 亦可採用PNP型三極體。 h綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，爰依法 ，出專射請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方 ^，本發明之範圍並不以上述實施方式為限，舉凡熟習本 〃技藝之人士板依本發明之精神所作之等 皆應涵蓋於以下申請專利範圍内。 哪飞支化 【圖式簡單說明】 圖1係一種先前技術開關 W 2係本發明開關電源電 【主要元件符號說明】 源電路之電路圖。 車乂佳實施方式之電路圖 20第一輸入端 22 分壓單元 24 緩啟動單元 21 23 開關電源電路 第二輪入端 穩壓單元 14 25 200816610 電源主控制晶片 26 電源輸出端 27 第一電阻 231 第二電阻 232 • 第三電阻 233 分壓節點 234 三端可編程並聯穩壓器 241 第四電阻 251 第五電阻 252 電容 254 二極體 253 光輕合器 255 基極 2531 集極 2532 射極 2533 電晶體 256 發光二極體 257 基極電流 lb 限流電阻 258 工作電壓 Vss 15

Claims (1)

1. 200816610 十、申請專利範圍 l一種開關電源電路，其包括： 電源電路提供工作電壓； 一第一電源輪入端，其為該開關 一緩啟動單元，其包括： 一第一電阻； 一第二電阻； 一電容； 一光耦合器； 體，其工作於放大狀態，基極經由該第二電 及該第二:連接於該電源輸人端，集極經由該光搞合器 -=电阻連接於該第—電源輸人端，射極接地；及 ί制晶片’其將該光耦合器之輸出電流進行脈 見。周制，進而輪出該開關電源電路之脈寬電壓。 2.如申請專利範圍第！項所述之_電源電路， 電容為瓷片電容。 ” .如申明專利圍f 1項所述之開關電源電路，其中，該 第一電晶體為貼片式電晶體。 a 4.如申請專利範圍第3項所述之開關電源電路，其中，該 第一電晶體為NPN型三極體。 &如申請專職圍第3項所述之開關電源電路，其中，該 第一電晶體為PNP型三極體。 6.如申請專利範圍第i項所述之開關電源電路，其中，該 光輕合器包括-發光二極體及—第二電晶體，該發光二 極體出射光粒子驅動該第二電晶體導通。 16 200816610 7·如申請專利範圍第1 電源主控制晶片輸Λ Λ 源電路，其中’該 電流大小成反比。’ 1九電壓與該光輕合器之輪出 8^申;專利範圍第1項所述之開關電源電路，其中，节 第一電源輸入端之電壓值為+5 τ該 9.:::專利範圍第8項所述之開關電源電路，i進—牛 Ϊ工電源輸入端，其為該開關電源電路提供㈣ =申請專利範圍第9項所述之開 =!源電路進-步包括-分壓單元及一穩壓單元，： =早兀將該第-電源輸人端及該第二電源輸 ί供之工作電壓進行分壓，進而輸出—參考值至該㈣ :兀，該穩壓皁元調整該緩啟動單元光耦合器之輸出電 =二控制該電源主控制晶片輸出之脈寬電壓不超 11.如申請，利範圍第10項所述之開關電源電路，其中， 該穩壓單元包括一三端可編程並聯穩壓器及具有濾波 力月b之RC串聯電路，该二端可編程並聯穩壓器包括一 陰極、一陽極及一參考S，該陰極連接於言亥RC串聯電 路之一端，該陽極接地，該參考極經由該Rc串聯電路 之另一端連接於該分壓電路輸出參考值處。 12·如申請專利範圍第n項所述之開關電源電路，其中， 該分壓單元包括一第三電阻、—第四電阻及一第五電 阻，該第一電源輸入端輸入之工作電壓依次經由該第三 17 200816610 電阻及該第五電阻接地，該第二輸入端輸入之工作電壓 依次經由該第四電阻及該第五電阻接地。 13.如申請轉專利範圍第10項所述之開關電源電路，其 中，該三端可編程並聯穩壓器為TL431。 18