CN101034798A - 一种电源变换器输出保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源变换器输出保护电路，该保护电路包括运算放大器、二极管、分压电阻和开关管；分压电阻R3和R4串接成的分压网络接基准电平端Vref，串接分压点连接运算放大器AR1的负极输入端；分压电阻R1和R2串接成的分压网络一端经二极管D1后接补偿电平端Comp，另一端接地，串接分压点一路连接运算放大器AR1的正极输入端，另一路经电容C1后连接运算放大器AR1的输出端；运算放大器AR1的反向输入端连接基准电平端Vref，其输出端经开关管后返回补偿电平端Comp。使用本发明电路能达到在过流或短路时达到预设定的值以及持续短路，可靠性高功耗极低，在过压时可以持续过压，成本极低不受副边控制的目的。

Description

一种电源变换器输出保护电路

技术领域

本发明涉及一种保护电路，特别涉及一种用于电源变换器的输出保护电路。

背景技术

现在诸多的用户追求的电源变换器是多种保护功能、低成本、高密度、高可靠等要求，只有在这些方面做好才能满足用户要求。在保护功能方面诸如有：输入欠压、输入过压、过温、输出过压，输出过流保护(短路)等.而对于用户来说，最关心的是输出过压与输出过流保护(或短路保护)，一般只有这两个保护功能对终端用户影响最为明显，如果此两种保护没有处理好会对终端用户造成无法估量的损失。目前输出过压保护都采用光耦控制，这样不仅成本高而且测试与客户使用时会出现反馈光耦与过压保护光耦失效时造成电源损坏或损坏设备，光耦在电源中失效也是最高之一。

1、输出过压保护：输出端出现过电压时对负载进行保护的功能，目前多采用：

1)、锁死型，即输出过压后模块锁死，需要重新启动输入电源才会有输出(有时常要等待电源内部电容存储的电荷放完后方可启动)，此类对用户来说操作极为不便。

2)、限压型，即当输出达到一定值时，输出电压不在升高，并且在箝位在某点上，当解除故障后，即可恢复。

目前这两种保护都是用双光耦反馈，光耦失效较高，当反馈与过压的两个光耦全都失效时，环路就处于开环状态，环路失控，过压保护就不会起作用，对后端设备造成致命打击。

2、输出过流保护：输出短路或过负载时对电源或负载要进行保护功能.，目前多采用：

1)、额定电流下垂型，此类为RCC电路运用最多，由电路本身特点所决定。目前应用最多是充电器类，生产时一致性差，工艺难以控制，功率做不高，可靠性差，所以应用低端用户。

2)、恒流型，当输出电流达到一定值时，控制电路启动，使电路进入保护状态。

此类最好，当输出电流达到等点值就保护，解除保护后自恢复成打嗝模式(也可以做成锁死型)，输出整流的电流应力很小，目前大部分采用此模式，但要实现好此模式，做到短路后输入电流极小，就需外加相应的电路才能持续短路或过流。

3)、恒功率型，一般在原边限制了输出功率，当输出电流增大时，输出电压随之降低。

此模式一般运用芯片自身保护的特点做，但在输入短路或过流时，输入输出电流极大，主MOS管与整流管的电流应力极大，一直达到最大占重比，因此此类一般不具备真正的过流与短路保护，不能持续短路且短路时间需极短。

如图1所示，为上述三种过流保护输出伏安特性图：其中(1)为额定电流下垂型；(2)为恒流型；(3)为恒功率型。其中第1、2种保护效果较好；第3最差。

如图2所示，现有电源变换器的组成框图，输入电源先进入“滤波”模块，过滤外界干扰信号提供干净的电源，然后进入“功率变换模块”，此模块决定输出的能量，其传递和变压的作用为开关电源的心脏，再进入“整流滤波”模块，此模块滤除“功率变换模块”等产生的干扰信号，最后进入“输出”模块，提供给用户。“PWM控制”模块控制整个电源，保证有输出，“输出采样反馈”模块为监测及反馈起传递信息的作用，它把监测到信息，反馈给“PWM控制”，然后“PWM控制”则控制“功率变换”保证输出稳定的值，“输助电源”为提供给“PWM控制”的能源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电源变换器输出保护电路，从而能达到在过流或短路时达到预设定的值以及持续短路，可靠性高功耗极低。

为了实现上述目的，本发明提供的一种电源变换器输出保护电路，所述的保护电路包括运算放大器、二极管、分压电阻和开关管；分压电阻R3、R4串接成分压网络，其中分压网络一端连接变换器中PWM控制模块的基准电平端Vref，另一端接地，串接分压点M连接运算放大器AR1的反相输入端；分压电阻R1、R2串接成分压网络，其中分压网络一端经反向的二极管D1后接所述PWM控制模块的补偿电平端Comp，另一端接地；串接分压点N一路连接运算放大器AR1的同相输入端，另一路经电容C1连接运算放大器AR1的输出端；运算放大器AR1的反向输入端连接PWM控制模块的基准电平端Vref，其输出端经电阻R5连接开关管后返回补偿电平端Comp。

本发明所述的开关管为NPN型三极管，三极管的基极一路连接分压电阻R6后接地，一路连接于所述的电阻R5；NPN型三极管的发射极接地，其集电极连接PWM控制模块的补偿电平端Comp。

本发明所述的开关管为PNP型三极管，三极管的基极一路连接分压电阻R6后接地，一路连接于所述的电阻R5；所述PNP型三极管的集电极接地，其发射极连接PWM控制模块的补偿电平端Comp。

本发明所述的开关管为场效应管，场效应管的栅极一路连接分压电阻R6后接地，一路连接于所述的电阻R5；场效应管的漏极接地，源极连接PWM控制模块的补偿电平端Comp。

本发明所述的保护电路还包括用于对电源输出进行过压保护的TVS管抑制电路，该TVS管抑制电路主要有瞬态抑制二极管构成，瞬态抑制二极管反向连接在负载输出的正负两端。瞬态抑制二极管和连接于PWM控制模块上保护电路配合实现过压保护。

使用本发明的电路，可以实现在过流或过压打嗝模式的保护：

①过流或短路时打嗝式保护：能达到预设定的值，能自恢复，能持续短路，可靠性高功耗极低。

②过压时打嗝式的保护：能达到预设值，可靠性高，能持续过压，成本极低，不用光耦控制，不受副边控制，减小了光耦失效带来的问题。

附图说明

图1为三种过流保护输出伏安特性图；

图2为现有电源变换器的原理组成框图；

图3为本发明的保护电路实施例1的电路原理示意图；

图4本发明过流或短路时主MOS管的VGS波形示意图；

图5为本发明的保护电路实施例2的电路原理示意图；

图6为本发明过压时输出电压波形与主MOS管的VGS波形图。

具体实施方式

如图3所示，为本发明的保护电路实施例1的电路原理示意图。该保护电路连接于电源变换器中的PWM控制模块上，它包括运算放大器AR1、二极管D1、分压电阻和场效应管Q1；分压电阻R3和R4串接成分压网络，其中分压网络一端接PWM控制模块的基准电平端Vref，另一端接地，串接分压点M连接运算放大器AR1的反相输入端；分压电阻R1和R2串接成分压网络，其中分压网络一端经反向的二极管D1后接PWM控制模块的补偿电平端Comp，另一端接地，串接分压点N一路连接运算放大器AR1的同相输入端，另一路经电容C1后连接运算放大器AR1的输出端；运算放大器AR1的反相输入端连接PWM控制模块的基准电平端Vref，其输出端经电阻R5连接场效应管Q1的栅极，栅极还连接分压电阻R6后接地，漏极接地，源极连接PWM控制模块的补偿电平端Comp。

其中，运算放大器AR1的工作电源由PWM控制模块基准提供，运算放大器的反相输入端作为基准参考，由PWM控制模块的基准Vref提供，运算放大器的同相输入端由PWM控制模块的Comp端提供。当过流或短路时，PWM控制模块Comp端的补偿电平将升高，运算放大器的同相输入端也随之升高，当达到预定的值时，运算放大器的同相输入端比反相输入端的基准电压的高，运算放大器翻转，预定的值可以调节电阻R1、R2、R3、R4的阻值来达到预定的过流保护时的电平；此时运算放大器的输出端输出高电平，使场效应管Q1导通，把PWM控制模块Comp端高电平拉断，电源进入保护状态。在保护时，PWM控制模块Comp的补偿电平为低电平，在没有断开输入电源或没有解除故障时，电源又会重新启动，一直会在进入导通与截止的状态，此保护就是恒流型打嗝式保护。打嗝的周期即导通与截止之和，以及导通的时间是由电阻R1、R2、电容C1所决定的，当把电容C1或电阻R2减小时，电容C16通过电阻R2放电，打嗝的周期也将减小，当电阻R1减小时，导通时间也将减小。二极管D1的作用防止电容C1通过电阻R1与Comp端放电，同时保证不会误动作，有利于进入打嗝式保护。

如图4所示，为过流或短路时场效应管的VGS波形图。在输出过流或短路时，场效应管的驱动信号VGS为间隙式，间隙式重复周期可以自行设定，这样保证了过流或短路时，功耗极低，在解除故障后可自恢复。

上述实施例1中的场效应管可以用NPN型三极管替换，该三极管的基极一路连接分压电阻R6后接地，一路连接于电阻R5；发射极接地，集电极连接PWM控制模块的补偿电平端Comp；也可以用PNP型三极管替换，该三极管的基极一路连接分压电阻R6后接地，一路连接于电阻R5，集电极接地，发射极连接PWM控制模块的补偿电平端Comp；都能实现相同的效果。

如图5所示，为本发明的保护电路实施例2的电路原理示意图，与实施例1不同的是还增加用于对电源输出进行过压保护的TVS管抑制电路，该TVS管抑制电路为一个瞬态抑制二极管，瞬态抑制二极管反向连接在负载输出的正负两端。

当输出过压时，瞬态抑制二极管限压在某一点上，输出将处于过流状态，输出过流保护电路动作，使输出电压箝位在一点上，在没有解除输出过压故障时，输出处于打嗝保护。

如图6所示，为过压时输出电压波形与场效应管的VGS波形图。在输出过压时，场效应管的驱动信号VGS为间隙驱动，间隙式的重复周期可以自行设定，输出为打嗝式，周期与驱动信号VGS的一致，输出电压箝位在这设定点，当解除故障可自恢复。

Claims (5)

1、一种电源变换器输出保护电路，其特征在于：所述的保护电路包括运算放大器、二极管、分压电阻和开关管；分压电阻R3、R4串接成分压网络，其中分压网络一端连接变换器中的PWM控制模块的基准电平端Vref，另一端接地，串接分压点M连接运算放大器AR1的反相输入端；分压电阻R1、R2串接成分压网络，其中分压网络一端经反向的二极管D1后接所述PWM控制模块的补偿电平端Comp，另一端接地；串接分压点N一路连接运算放大器AR1的同相输入端，另一路经电容C1连接运算放大器AR1的输出端；运算放大器AR1的反向输入端连接PWM控制模块的基准电平端Vref，其输出端经电阻R5连接开关管后返回补偿电平端Comp。

2、根据权利要求1所述的电源变换器输出保护电路，其特征在于：所述的开关管为NPN型三极管，三极管的基极一路连接分压电阻R6后接地，一路连接于所述的电阻R5；NPN型三极管的发射极接地，其集电极连接PWM控制模块的补偿电平端Comp。

3、根据权利要求1所述的电源变换器输出保护电路，其特征在于：所述的开关管为PNP型三极管，三极管的基极一路连接分压电阻R6后接地，一路连接于所述的电阻R5；所述PNP型三极管的集电极接地，其发射极连接PWM控制模块的补偿电平端Comp。

4、根据权利要求1所述的电源变换器输出保护电路，其特征在于：所述的开关管为场效应管，场效应管的栅极一路连接分压电阻R6后接地，一路连接于所述的电阻R5；场效应管的漏极接地，源极连接PWM控制模块的补偿电平端Comp。

5、根据权利要求1所述的电源变换器输出保护电路，其特征在于：所述的保护电路还包括用于对电源输出进行过压保护的TVS管抑制电路，该TVS管抑制电路主要有瞬态抑制二极管构成，瞬态抑制二极管反向连接在负载输出的正负两端。

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