[实用新型]恒功率特性的开关电源

说明书

技术领域

本实用新型涉及恒功率特性的开关电源，尤其涉及一种恒功率特性的开关电源的欠压保护电路。

背景技术

当前，对于有恒功率特性的开关电源应用越来越广泛，比如：家用直流风扇、真空包装机、自动咖啡机、打印机以及家用饮水机等。对其要求也是越来越高：高可靠性、高安全性、低成本以及小型化。由于上述的设备对电源需求共同点主要是：峰值电流大，例如：正常工作时需求电流1.5A，在启动或者工作过程中瞬间电流需要3A或者更大，持续大电流时间较短：在几秒钟到几分钟不等；在大电流工作时，对输出电压要求相对宽松：允许有几伏的波动。因此，恒功率特性的开关电源是相对较合理的选择。

恒功率特性，即预设恒定输出功率大小，当输出功率未达到预设的恒功率值时，电流可以持续增加而输出电压不变；当输出功率达到预设值时，进入恒功率模式，输出电流继续增加的时，输出电压会下降但总输出功率不变，维持在预设定的输出功率。例如：12V×2A=24W的恒功率电源，预设定恒功率值24W，在输出电流2.5A时，输电压下降为9.6V，总输出功率不变维持在24W且可以长时间保持此种工作模式。

现有的开关电源管理芯片，普遍采用过负载保护（OLP，Over load protection）方式，即预设定输出过功率保护值，当输出功率达到预设定过功率保护值时，触发过功率保护，当触发过负载保护时，并不会立刻保护而是延迟一段时间后发生保护动作。延迟保护时间一般在100mS以下，原因在于传统的通常用途的开关电源不希望在过负载时，仍然存在较大甚至是最大的功率输出状态，而是希望能在极短时间内（满足瞬间的突发负载需求即可），实施保护使保护后的系统有效功率能大幅下降，从而提高安全和可靠性。例如：12V×2A=24W的开关电源，预设定过负载保护值是24W，当输出电流未达到2A之前，输出功率小于24W，不会触发过负载保护；当输出电流达到2A并尝试大于2A时，比如：2.1A×12V=25.2W时，会触发过负载保护在满足延迟时间后发生保护动作，开关电源管理芯片之所以会采用延时过负载保护为了满足不同负载特性的需求。在上述用电设备中，使用峰值大电流时间通常在几秒或者几十秒钟，因此目前采用延迟过负载保护小于100mS开关电源无法满足上述用电设备的需求，原因在于：延迟保护时间太短，要满足上述设备的供电需求，只能把输出电流做到满足峰值大电流才能实现。举例而言，如果设备正常工作时只需要2A电流，峰值要求4A电流；那么要满足需求，只能做到4A电流输出，输出电流增加但输出电压却没有变化；如此等于总输出功率增加了1倍（12V×2A=24W，12V×4A=48W）。输出功率增加1倍，整体电源系统的成本会相应增加，整体电源系统的体积相应增大，不利于低成本和小型化。

参见图1，采用过负载保护方式的开关电源管理芯片U1的保护原理在于芯片U1的特殊设计，当芯片U1的CS引脚检测到变压器工作电流达到预设定值时，经芯片U1内部处理使输出端12V的电压和电流发生变化，类似于恒功率模式的变化：输出电压下降，输出电流增加。此时，输出取样网络N1检测到输出端的变化时，通过光电耦合器U2传送至芯片U1的FB（反馈）脚，FB脚检测到变化且到达保护条件时触发保护。因此，要实现恒功率模式工作，只需要使芯片U1的FB引脚钳制后，不触发保护即可实现恒功率模式。举例而言，可以在芯片U1的FB引脚对GND并联一颗合适参数的稳压管ZD1来钳制芯片U1的FB引脚，使其无法触发芯片U1的FB脚保护。

对于恒功率特性的开关电源，由于是恒功率的特性输出电压只要＞0V都是可以实现正常工作和输出，在实际应用中发现当输出电压越低、输出电流越大时，系统效率越低。原因在于：输出整流管的导通损耗占比大。例如；24W恒功率电源，当输出12V×2A时，假设输出整流二极管的导通压降为0.2V，在输出整流二极管导通时，损耗0.2V×2A=0.4W；当输出为1V×24A时，输出整流二极管的导通时，损耗为0.2V×24A=4.8W。4.8W相对0.4W而言，是12倍。