CN102064681B - 一种开关电源输出过电压保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开关电源输出过电压保护电路，所述电路包括：过电压检测单元，用于根据所述开关电源的输出采样电压，判断所述开关电源输出是否过压；保护信号产生单元，用于当所述过电压检测单元的判断结果为所述开关电源输出过压时，产生保护信号；脉宽调制单元，用于根据所述保护信号，控制脉冲驱动输出，降低所述开关电源的输出电压。本发明通过过电压检测单元判断开关电源输出是否过压，当开关电源输出过压时，保护信号产生单元产生保护信号，脉宽调制单元根据保护信号控制脉冲驱动输出，降低开关电源的输出电压，实现了开关电源的输出过压保护，达到了保护电路动态响应快，控制精度高、电路保护及时，避免故障扩大化的效果。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种开关电源输出过电压保护电路。
背景技术
随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源。开关电源由于其小型轻便的特点相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。
目前，大部分开关电源都采用基于电流型PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)芯片的方案，例如采用UC3844芯片，PWM的特点是频率高，效率高，功率密度高，可靠性高。PWM开关电源的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的，脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低，通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数，最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。该电源方案具有成本低，结构简单，性能稳定，负载调整率高等优点。
但该电源系统在负载变化大和反馈异常情况下响应速度慢，故障下无法及时可靠地实现保护。当电源系统在负载变化大和反馈异常情况时，开关电源的各路输出电压会出现一个瞬时高电压，致使负载因过电压而烧毁。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种开关电源输出过电压保护电路，以克服现有技术中开关电源的输出电压出现瞬时高压，致使负载因过电压而烧毁的缺陷。
为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种开关电源输出过电压保护电路，所述电路包括过电压检测单元、保护信号产生单元和脉宽调制单元；所述过电压检测单元，用于根据所述开关电源的输出采样电压，判断所述开关电源输出是否过压；所述保护信号产生单元，用于当所述过电压检测单元的判断结果为所述开关电源输出过压时，产生保护信号；所述脉宽调制单元，用于根据所述保护信号，控制脉冲驱动输出，降低所述开关电源的输出电压。
其中，所述过电压检测单元包括第一电阻R1、第二电阻R2和稳压二极管D；所述第一电阻R1的一端连接所述开关电源的输出采样点，另一端连接所述稳压二极管D的负极；所述第二电阻R2的一端接地，另一端连接所述稳压二极管D的正极；所述稳压二极管D的正极连接到所述保护信号产生单元，用于当所述稳压二极管D的负极电压高于所述稳压二极管D的稳压值时，所述稳压二极管D击穿导通，在所述稳压二极管D的正极产生高电平。
其中，所述保护信号产生单元包括NPN型三极管T和第三电阻R3；所述第三电阻R3的一端连接电源，另一端连接所述三极管T的集电极；所述三极管T的基极连接所述稳压二极管D的正极，发射极接地，集电极连接到所述脉宽调制单元。
其中，所述脉宽调制单元为UC3844芯片。
其中，所述三极管T的集电极与所述UC3844芯片的第一脚连接。
其中，当所述保护信号为低电平时，所述UC3844芯片停止脉冲驱动输出。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：
本发明通过过电压检测单元判断开关电源输出是否过压，当开关电源输出过压时，保护信号产生单元产生保护信号，脉宽调制单元根据保护信号控制脉冲驱动输出，降低开关电源的输出电压，实现了开关电源的输出过压保护，达到了保护电路动态响应快，控制精度高、电路保护及时，避免故障扩大化的效果。
附图说明
图1为本发明的开关电源输出过电压保护电路的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种开关电源输出过电压保护电路的结构示意图；
图3a为采用本发明实施例的开关电源输出过电压保护电路的开关电源的驱动信号的变化波形图；
图3b为没有采用过压保护电路的开关电源的驱动信号的变化波形图；
图4为应用本发明实施例的开关电源输出过电压保护电路的开关电源在输出电源短路时的一种保护波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的开关电源输出过电压保护电路如图1所示，包括过电压检测单元、保护信号产生单元和脉宽调制单元，其中保护信号产生单元分别与过电压检测单元和脉宽调制单元连接。
过电压检测单元用于根据所述开关电源的输出采样电压，判断所述开关电源输出是否过压；保护信号产生单元用于当所述过电压检测单元的判断结果为所述开关电源输出过压时，产生保护信号；脉宽调制单元用于根据所述保护信号，控制脉冲驱动输出，降低所述开关电源的输出电压。
实施例一
本发明实施例的一种开关电源输出过电压保护电路的结构如图2所示。所述过电压检测单元包括第一电阻R1、第二电阻R2和稳压二极管D；所述第一电阻R1的一端连接所述开关电源的输出采样点，另一端连接所述稳压二极管D的负极；所述第二电阻R2的一端接地，另一端连接所述稳压二极管D的正极；所述稳压二极管D的正极连接到所述保护信号产生单元，用于当所述稳压二极管D的负极电压高于所述稳压二极管D的稳压值时，所述稳压二极管D击穿导通，在所述稳压二极管D的正极产生高电平。
所述保护信号产生单元包括NPN型三极管T和第三电阻R3；所述第三电阻R3的一端连接电源，另一端连接所述三极管T的集电极；所述三极管T的基极连接所述稳压二极管D的正极，发射极接地，集电极连接到所述脉宽调制单元。
所述脉宽调制单元为UC3844芯片，所述三极管T的集电极与所述UC3844芯片的第一脚连接，当所述保护信号为低电平时，所述UC3844芯片停止脉冲驱动输出。
在本发明实施例中，开关电源输出过电压保护电路是基于采用电流型PWM芯片UC3844的开关电源系统而设计，采用高精度稳压管D作为比较标准并与三极管T的基极连接，利用NPN三极管T的开关特性实现电路快速保护。三极管T的集电极连接UC3844的第一脚，发射极连接到UC3844电源的GND，利用UC3844第一脚电平不能低于1V的特点实现关断UC3844的工作。其工作过程如下：
当开关电源输出电压出现一个瞬时高电压时，开关电源的输出采样点的电压相应上升，当稳压二极管D的负极电压高于该稳压二极管D的稳压值时，稳压二极管D击穿导通，三极管T基极得电，先进入放大区，此时三极管T集电极电位开始下降，如电压继续上升，则三极管快速进入饱和导通，UC3844的第一脚电压(即三极管T集电极)被拉低到GND，UC3844停止脉冲驱动输出，开关电源的输出电压降低。当开关电源输出电压下降至正常水平后，稳压二极管D恢复，三极管T截止，开关电源恢复工作。
在负载突变短路时，对采用本发明实施例的开关电源输出过电压保护电路和没有采用过压保护电路的开关电源，分别在8.5V、+15V、-15V和VCC(11V)几个测试点的瞬间电压进行测试，得到的电压值如表1所示：
表1
在负载突变短路时，采用本发明实施例的开关电源输出过电压保护电路和没有采用过压保护电路的开关电源的驱动信号的变化波形分别如图3a和图3b所示。
通过表1和图3a和图3b可以得到如下结论：本发明实施例的开关电源输出过电压保护电路动态响应快，控制精度高，且电路保护及时，可以避免故障扩大化。
本发明实施例的开关电源输出过电压保护电路应用于开关电源上，测试性能良好，在实际工作现场使用平稳可靠。该开关电源在输出电源短路时的一种保护波形如图4所示。其中，CH1为开关电源管脉冲触发，CH2为UC3844第一脚电平，当输出电源发生短路时，保护电路迅速将UC3844第一脚拉至低电位，使UC3844停止输出。
本发明实施例通过采用稳压管作为比较标准并与三极管基极连接，利用NPN三极管的开关特性实现电路快速保护，三极管的集电极连接UC3844的第一脚，发射极接地，利用UC3844正常工作时第一脚电平不能低于1V的特点关断UC3844的工作，降低电源输出电压，实现了开关电源的输出过压保护，达到了保护电路动态响应快，控制精度高、电路保护及时，避免故障扩大化的效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种开关电源输出过电压保护电路，其特征在于，所述电路包括过电压检测单元、保护信号产生单元和脉宽调制单元；
所述过电压检测单元，用于根据所述开关电源的输出采样电压，判断所述开关电源输出是否过压；
所述保护信号产生单元，用于当所述过电压检测单元的判断结果为所述开关电源输出过压时，产生保护信号；
所述脉宽调制单元，用于根据所述保护信号，控制脉冲驱动输出，降低所述开关电源的输出电压；
所述过电压检测单元包括第一电阻R1、第二电阻R2和稳压二极管D；
所述第一电阻R1的一端连接所述开关电源的输出采样点，另一端连接所述稳压二极管D的负极；
所述第二电阻R2的一端接地，另一端连接所述稳压二极管D的正极；
所述稳压二极管D的正极连接到所述保护信号产生单元，用于当所述稳压二极管D的负极电压高于所述稳压二极管D的稳压值时，所述稳压二极管D击穿导通，在所述稳压二极管D的正极产生高电平；
所述保护信号产生单元包括NPN型三极管T和第三电阻R3；
所述第三电阻R3的一端连接电源，另一端连接所述三极管T的集电极；
所述三极管T的基极连接所述稳压二极管D的正极，发射极接地，集电极连接到所述脉宽调制单元；
所述脉宽调制单元为UC3844芯片；所述三极管T的集电极与所述UC3844芯片的第一脚连接；当所述保护信号为低电平时，所述UC3844芯片停止脉冲驱动输出。
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