CN101888185A - 开关电源电路及其电源短路过流保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电源电路，包括：控制电路，整流滤波电路，与所述控制电路连接；开关电路，与所述整流滤波电路连接，并通过电流反馈电路和控制电路连接；隔离变换变压器，与所述开关电路连接；直流输出整流滤波电路，与所述隔离变换变压器连接，并通过电压反馈电路与所述控制电路连接；和电源短路过流保护电路，由可控硅电路构成，与所述整流滤波电路和控制电路连接本发明还公开了一种电源短路过流保护电路，包括：电流检测电路，用于检测当电源输出短路或过流时，电源输入的变化；可控硅关断电路，与所述电流检测电路连接，用于根据检测到电源输入变化，将开关电路转换为截止状态，停止电源输入向电源输出传递，以使电源输出处于截止状态。

Description

开关电源电路及其电源短路过流保护电路

技术领域

本发明涉及开关电源电路领域，尤其涉及一种可以进行短路过流保护的开关电源电路，及其电源短路过流保护电路。

背景技术

开关电源电路中由于容性负载相当于输出在一定的时间段内处于短路状态，这是由电容特性---允许电流突变特性带来的固有问题。短路保护灵敏(短路时电源自身功耗较小)，直接导致容性负载变小，而容性负载增大，短路保护将不灵敏(短路时电源自身功耗较大)。

传统的Hiccup(间歇启动)短路保护方式，短路保护时，造成输出短路功率较大，电源本身发热较严重，易导致电源自身过热损害，同时由于电源输出部分处于短路、过流状态，后级用电设备工作不正常，在这种状态下，电源的每次重新启动，都会对后级用电设备带来不确定的损伤。

发明内容

为了解决现有技术中电源自身过热以及每次重新启动影响后级用电设备等问题，本发明提供了一种开关电源电路，及其电源短路过流保护电路，从而实现：电源输出短路时，电源立即切断输出，除非再次给电源输入重新上电，否则，输出被切断的状态将不会被解除。

为了实现上述目的，本发明提供的一种开关电源电路包括：

控制电路，用于开关电源的脉宽调制控制，控制电源的输出稳流稳压；

整流滤波电路，与所述控制电路连接，用于将交流电源产生整流滤波电压并将其作为直流电压的输入而输出；

开关电路，与所述整流滤波电路连接，并通过电流反馈电路和控制电路连接，用于对所述整流滤波电压进行开关控制；

隔离变换变压器，与所述开关电路连接，用于在其初级绕组接收所述开关电路开关控制输出的整流滤波电压，并在次级绕组输出；

直流输出整流滤波电路，与所述隔离变换变压器连接，并通过电压反馈电路与所述控制电路连接，用于对所述次级绕组输出的整流滤波电压进行整流滤波产生直流输出电压；

所述控制电路根据所述电流反馈电路反馈的电流和所述电压反馈电路反馈的电压进行微调；和

电源短路过流保护电路，由可控硅电路构成，与所述整流滤波电路和控制电路连接，并且通过所述电流反馈电路与所述开关电路连接，用于在电源输出短路时切断所述直流输出电压。

本发明还提供了一种电源短路过流保护电路包括：

所述电源短路过流保护电路包括：

电流检测电路，与所述开关电路和控制电路连接，用于检测当电源输出短路或过流时，电源输入的变化；

可控硅关断电路，与所述控制电路、电流检测电路连接和开关电路连接，用于根据检测到电源输入变化，将所述开关电路转换为截止状态，停止电源输入向电源输出传递，以使电源输出处于截止状态。

所述电流检测电路包括：

一第一二极管与两电阻连接，通过该两电阻分压，并且经一电容滤波，与电压检测芯片连接，所述电压检测芯片经过一分压电阻连接高电平；另一第二二极管与所述第一二极管相连。所述可控硅关断电路包括：一晶体管通过一第三电阻连接到高电平，所述晶体管的基极与所述电压检测芯片相连，所述第四电阻接低电平，并与可控硅的控制引脚相连，所述可控硅通过第四电阻接地，通过第五电阻与电源输入相连，所述可控硅与另一晶体管相连。或者包括：所述可控硅关断电路包括：

一可控硅与所述电压检测芯片相连，一晶体管的基极与所述可控硅相连，所述可控硅通过第四电阻接地，通过第五电阻与电源输入相连。

因此，本发明提供了一种利用可控硅电路进行短路过流保护，从而可以调高容性负载，解决电源输出短路、过流状态对电源及后级用电设备的危害，同时解决容性负载与短路保护之间的矛盾问题。

附图说明

图1为本发明开关电源电路的示意性框图。

图2为本发明电源短路过流保护电路的框图。

图3为本发明电源短路过流保护电路的详细电路图。

图4为本发明开关电源电路的详细电路图。

具体实施方式

本发明开关电源电路是应用可控硅进行短路、过流保护的典型控制拓扑。此电路是在典型的开关电源电路上，加入可控硅电路，解决电源输出短路、过流状态对电源及后级用电设备的危害，同时解决容性负载与短路保护之间的矛盾问题。

如图1为本发明开关电源电路的示意性框图。如图所示，该开关电源电路包括：

控制电路10，用于开关电源的脉宽调制控制，控制电源的输出稳流稳压；在本例中，控制电路采用控制芯片3843来充当；

整流滤波电路11，与所述控制电路10连接，用于将交流电源产生整流滤波电压并将其作为直流电压的输入而输出；

开关电路12，与所述整流滤波电路11连接，并通过电流反馈电路和控制电路连接，用于对所述整流滤波电压进行开关控制；

隔离变换变压器13，与所述开关电路12连接，用于在其初级绕组接收所述开关电路开关控制输出的整流滤波电压，并在次级绕组输出；

直流输出整流滤波电路14，与所述隔离变换变压器13连接，并通过电压反馈电路与所述控制电路连接，用于对所述次级绕组输出的整流滤波电压进行整流滤波产生直流输出电压；

所述控制电路10根据所述电流反馈电路100反馈的电流和所述电压反馈电路200反馈的电压进行微调；和

电源短路过流保护电路20，由可控硅电路构成，与所述整流滤波电路和控制电路连接，并且通过所述电流反馈电路与所述开关电路连接，用于在电源输出短路时切断所述直流输出电压。

如图2所示，为本发明电源短路过流保护电路20的框图。

该电源短路过流保护电路20包括电流检测电路210，与所述开关电路10和控制电路12连接(图中未示出)，用于检测当电源输出短路或过流时，电源输入的变化；

可控硅关断电路220，与所述控制电路10、电流检测电路210和开关电路12连接(图中未示出)，用于根据检测到电源输入变化，将所述开关电路12转换为截止状态，停止电源输入向电源输出传递，以使电源输出处于截止状态。

如图3所示，为本发明电源短路过流保护电路20的各部分电路详细电路图。其中电流检测电路210包括：

一个二极管D26(也称之为第一二极管)，与两电阻R55、R53连接，通过这两个电阻R55和R53分压，并且经一个电容C61滤波，与电压检测芯片U15(即可控硅TLV431，在此并不限于此型号，还可选择其他型号)连接，将检测的信号处理后传递到U15，U15通过R52接地，U15经过分压电阻R51连接控制芯片(即控制电路)的供电引脚，即接高电平。二极管D25与控制芯片的电流检测引脚相连，二极管D25与二极管D26相连。二极管D26与开关电路中的开关管峰值电流检测端连接(电源输入级电流信号通过该二极管D26进入该电流检测电路)，二极管D25与控制芯片的电流检测端连接。

继续参见图3，所述可控硅关断电路220包括：晶体管Q5通过电阻(也称之为第三电阻)R50连接到高电平，Q5基极与电压检测芯片U15相连，Q5的状态受U15控制，所述电阻R47接低电平并与可控硅U16的控制引脚3相连，可控硅U16(采用MCR 100-8，在此并不限于此型号，还可选择其他型号)通过电阻R49(也称之为第四电阻)接地，通过R48(也称之为第五电阻)与电源输入电路相连，可控硅U16的状态受Q5控制，所述可控硅与另一晶体管Q4相连，该晶体管的集电极与控制芯片的关断引脚相连。

通过改变上述短路保护电路的部分电路如可控硅关断电路，例如：将晶体管Q5、电阻R47、电阻R50去掉，直接将电压检测芯片U15的1脚接在可控硅U16的3脚上，也可以达到图3所示可控硅关断电路达到的目的，只是在可靠性上有所降低；即可控硅关断电路220包括一可控硅U16与所述电压检测芯片U15相连，一晶体管Q4的基极与所述可控硅U16相连，所述可控硅U16通过电阻R49接地，通过R48与电源输入电路相连。

下面介绍本发明开关电源电路进行短路保护的具体工作原理。参见图4，本发明开关电源电路的详细电路图。在该详细电路图中电源短路过流保护电路进行了元器件的附图标记，开关电路中的其他现有电路未用附图标记示出，其他电路可参考现有技术。当电源输出短路、过流时，电源的输入部分将会反应出来，具体表现在：

当取样电阻R4、R5(电阻R4、R5是开关电源电路中输入部分主回路中的取样电阻，此处R4和R5并联端标为C，C点即为开关电路中的开关管峰值电流检测端)上流过的电流增大时，经过二极管D26和D25，控制电路如控制芯片(图中所示是3843)3脚(即D点控制芯片电流检测引脚)上的电压升高，这个电压信号经R1、R55传递到可控硅U15(图中所示是TL431，在此并不限于此型号，还可选择其他型号)，这个信号经R55与R53进行分压，经过分压处理过的信号与可控硅U15的内部基准进行比较；当信号电压超过U15的基准电压时；U15的1、2脚由截止状态转变为导通状态，U15的1脚电压由高电平转变为低电平，此时晶体管Q5基级的电平由高电平转换为低电平，此时Q5的状态由截止转变为导通，Q5的发射极由低电平转换为高电平，导致U16可控硅(图中所示为MCR100-8)的触发脚如3脚由低电平转换为高电平，U16可控硅触发导通，此时U16可控硅的导通电流由R48、R49提供(R48、U16、R49与输入级形成独立的回路)；电阻R49上的信号由低电平转换为高电平，晶体管Q4基级上的信号由低电平转换为高电平，此时晶体管Q4由截止状态转换为导通状态，由于U16的导通电流始终存在(除非将输入重新上电)，因此晶体管Q4始终保持导通状态，控制芯片的1脚(图3中所示的A点，即关断引脚)由高电平(悬空相当于高电平)转换为低电平；控制芯片将输出关断，输出整流滤波电路中的晶体管Q3由受控的开关状态转换为截止状态，从而输入能量停止向输出传递，因此电源输出处于截止状态。由于可控硅U16始终处于导通状态，晶体管Q4由于可控硅U16的原因处于导通状态，控制芯片1脚处于低电平，而其它涉及到的控制电路处于截止状态和低电平状态，因此电源进入短路保护状态。

电源输入重新上电时，可控硅U16的导通电流消失，可控硅U16重新进入截止状态，而晶体管Q4进入截止状态，由此控制芯片1脚转换为高电平，从而电源控制进入正常状态。

上面介绍本发明开关电源电路进行短路保护的具体工作原理中，开关电源电路中使用的可控硅电路中包括电阻R47和电阻R50以及晶体管Q5，下面还介绍另一种开关电源电路进行短路保护的具体工作原理，在该开关电源电路中电源短路过流保护电路20中不包括电阻R47和电阻R50以及晶体管Q5。当电源输出短路、过流时，电源的输入部分将会反应出来，具体表现在：

取样电阻R4、R5(电阻R4、R5是开关电源电路中输入部分主回路中的取样电阻，此处R4和R5并联端标为C，C点即为开关电路中的开关管峰值电流检测端)上流过的电流增大时，经过二极管D26和D25，控制电路如控制芯片的D点电流检测引脚上的电压升高，这个电压信号经R1、R55传递到可控硅U15，这个信号经R55与R53进行分压，经过分压处理过的信号与可控硅U15的内部基准进行比较；当信号电压超过U15的基准电压时；U15的1、2脚由截止状态转变为导通状态，U15的1脚电压由高电平转变为低电平，导致可控硅U16的触发脚如3脚由低电平转换为高电平，U16可控硅触发导通，此时U16可控硅的导通电流由R48、R49提供(R48、U16、R49与输入级形成独立的回路)；电阻R49上的信号由低电平转换为高电平，晶体管Q4基级上的信号由低电平转换为高电平，此时晶体管Q4由截止状态转换为导通状态，由于U16的导通电流始终存在(除非将输入重新上电)，因此晶体管Q4始终保持导通状态，控制芯片的1脚(图3中所示的A点，即关断引脚)由高电平(悬空相当于高电平)转换为低电平；控制芯片将输出关断，输出整流滤波电路中的晶体管Q3由受控的开关状态转换为截止状态，从而输入能量停止向输出传递，因此电源输出处于截止状态。由于可控硅U16始终处于导通状态，晶体管Q4由于可控硅U16的原因处于导通状态，控制芯片1脚处于低电平，而其它涉及到的控制电路处于截止状态和低电平状态，因此电源进入短路保护状态。

电源输入重新上电时，可控硅U16的导通电流消失，可控硅U16重新进入截止状态，而晶体管Q4进入截止状态，由此控制芯片1脚转换为高电平，从而电源控制进入正常状态。

上述电路应用相当广泛，上文中提到的仅是在控制芯片(3843)，即开关电源电路中的控制电路采用控制芯片3843的形式来实现，时的一种拓扑结构。

也可以采用其它控制芯片，在对上述电路进行变化，控制芯片的对应脚，就可以达到电源短路、过流保护的相同目的(电源输出进入短路、过流状态，短路保护电路切断输出，直至输入重新上电，输出才能重新正常)。

上述电路的应用范围，可以涵盖AC/DC、DC/DC、DC/AC的所有电源产品。

本发明提供的电源短路过流保护电路，其工作原理是：电源输出短路时，电源立即切断输出，除非再次给电源输入重新上电，否则，输出被切断的状态将不会被解除。

通过这种调节短路保护时机(保护时的输出状态)，就可以调节容性负载，同时，由于采用了一次短路/过流就切断输出的保护方式，可以将单次短路的输出过流能量调的较高，输出容性负载将远高于传统保护方式。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案和权利要求的精神和范围。

Claims (9)

1.一种开关电源电路，其特征在于包括：

控制电路，用于控制电源的输出稳流稳压；

整流滤波电路，与所述控制电路连接，用于将交流电源产生整流滤波电压并将其作为直流电压的输入而输出；

开关电路，与所述整流滤波电路连接，并通过电流反馈电路和控制电路连接，用于对所述整流滤波电压进行开关控制；

隔离变换变压器，与所述开关电路连接，用于在其初级绕组接收所述开关电路开关控制输出的整流滤波电压，并在次级绕组输出；

直流输出整流滤波电路，与所述隔离变换变压器连接，并通过电压反馈电路与所述控制电路连接，用于对所述次级绕组输出的整流滤波电压进行整流滤波产生直流输出电压；

所述控制电路根据所述电流反馈电路反馈的电流和所述电压反馈电路反馈的电压进行微调；和

电源短路过流保护电路，由可控硅电路构成，与所述整流滤波电路和控制电路连接，并且通过所述电流反馈电路与所述开关电路连接，用于在电源输出短路时切断所述直流输出电压。

2.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于所述电源短路过流保护电路包括：

电流检测电路，与所述开关电路和控制电路连接，用于检测当电源输出短路或过流时，电源输入的变化；

可控硅关断电路，与所述控制电路、电流检测电路连接和开关电路连接，用于根据检测到电源输入变化，将所述开关电路转换为截止状态，停止电源输入向电源输出传递，以使电源输出处于截止状态。

3.根据权利要求2所述的开关电源电路，其特征在于所述电流检测电路包括：

一第一二极管与两电阻连接，通过该两电阻分压，并且经一电容滤波，与电压检测芯片连接，所述电压检测芯片经过一分压电阻连接高电平；另一第二二极管与所述第一二极管相连，所述第一二极管与所述开关电路中的开关管峰值电流检测端连接，所述第二二极管与所述控制电路的电流检测端连接。

4.根据权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于所述可控硅关断电路包括：

一晶体管通过一第三电阻连接到高电平，所述晶体管的基极与所述电压检测芯片相连，所述第四电阻接低电平，并与可控硅的控制引脚相连，所述可控硅通过第四电阻接地，通过第五电阻与所述开关电路的电源输入相连，所述可控硅与另一晶体管相连，所述晶体管与所述控制电路连接。

5.根据权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于所述可控硅关断电路包括：

一可控硅与所述电压检测芯片相连，一晶体管的基极与所述可控硅U16相连，所述可控硅通过第四电阻接地，通过第五电阻与电源输入相连。

6.一种电源短路过流保护电路，其特征在于包括：

电流检测电路，用于检测当电源输出短路或过流时，电源输入的变化；

可控硅关断电路，与所述电流检测电路连接，用于根据检测到电源输入变化，将开关电路转换为截止状态，停止电源输入向电源输出传递，以使电源输出处于截止状态。

7.根据权利要求6所述的电源短路过流保护电路其特征在于所述电流检测电路包括：

一第一二极管与两电阻连接，通过所述两电阻分压，并且经一电容滤波，与电压检测芯片连接，所述电压检测芯片经过一分压电阻连接高电平；一第二二极管与所述第一二极管相连。

8.根据权利要求7所述的电源短路过流保护电路，其特征在于所述可控硅关断电路包括：

一晶体管通过一第三电阻连接到高电平，所述晶体管的基极与所述电压检测芯片相连，所述第四电阻接低电平，并与可控硅的控制引脚相连，所述可控硅通过第四电阻接地，通过第五电阻与电源输入相连，所述可控硅与另一晶体管相连。

9.根据权利要求7所述的电源短路过流保护电路，其特征在于所述可控硅关断电路包括：

一可控硅与所述电压检测芯片相连，一晶体管的基极与所述可控硅相连，所述可控硅通过第四电阻接地，通过第五电阻与电源输入相连。

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