CN103117656A - 一种耐电压冲击保护电路以及应用其的开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐电压冲击保护电路以及应用其的开关电源。所述耐电压冲击保护电路包括电磁干扰滤波网络和差模干扰滤除电路组成的电磁干扰抑制电路、第一吸收电路和第二吸收电路，其中，所述电磁干扰滤波网络用以滤除开关电源的输入侧的电磁干扰；所述差模干扰滤除电路用以进一步的滤除开关电源的输入侧的差模干扰；所述第一吸收电路用以吸收所述差模干扰滤除电路上产生的冲击电压；所述第二吸收电路连接在整流桥的正输出端和地电位之间，用以吸收发生浪涌时的冲击电压。

Description

一种耐电压冲击保护电路以及应用其的开关电源

技术领域

本发明涉及一种开关电源，尤其涉及一种应用开关电源中的耐电压冲击保护电路以及应用其的开关电源。

背景技术

开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备。但是，基于开关电源的不同的应用场合，需要足够的保护电路来确保开关电源工作的可靠性。对于输入电压源为外部交流电源的开关电源，由于外部交流电源的不稳定性，或者环境、气象的影响，例如雷击等，会产生很大的冲击电压（1000-3000V）。如此大的冲击电压远远高于开关电源内部的半导体器件的耐压值，而损坏半导体器件，进而使开关电源无法正常工作。因此，必须对各种冲击电压进行滤除或者限制，以保护开关电源的正常工作。

参考图1，所示为采用现有技术的应用于开关电源中的一种防雷击浪涌的实现方案。在该实现方式中，开关电源包括电磁干扰滤波网络102，整流桥103，滤波电容104和功率级电路105。电磁干扰滤波网络102，整流桥103，滤波电容104用以对外部交流电源AC进行整流滤波，从而产生一定的直流电压以给功率级电路105提供电源供应。功率级电路105根据控制电路（在此未示出）进行相应的动作，从而在输出端产生一定的电信号来驱动负载106。

为了消除冲击电压对开关电源的负面影响，在输入端和电磁干扰滤波网络之间增加一压敏电阻101来吸收冲击电压。但是，压敏电阻101能够吸收的能量有限，并且可重复利用的次数也有效，使得在发生冲击电压时，开关电源被损坏的可能性仍然非常大，开关电源的可靠性并不能满足要求，尤其对于雷击的情况。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型的应用于开关电源中的耐电压冲击保护电路，以解决现有技术中无法充分限制冲击电压，而导致开关电源损坏的问题。

依据本发明一实施例的耐电压冲击保护电路，应用于一开关电源中，包括电磁干扰抑制电路、第一吸收电路和第二吸收电路，其中，

所述电磁干扰抑制电路包括连接在所述开关电源的输入交流电源和整流桥之间的电磁干扰滤波网络和连接在所述整流桥和所述开关电源的功率级电路之间的差模干扰滤除电路；

所述电磁干扰滤波网络用以滤除所述开关电源的输入侧的电磁干扰；

所述差模干扰滤除电路用以进一步的滤除所述开关电源的输入侧的差模干扰；

所述第一吸收电路连接在所述差模干扰滤除电路和所述功率级电路的公共连接端和所述开关电源的地电位之间，用以吸收所述差模干扰滤除电路上产生的冲击电压；

所述第二吸收电路连接在所述整流桥的正输出端和所述地电位之间，用以吸收发生浪涌时的冲击电压。

优选的，所述电磁干扰抑制网络包括由电感和电容组成的LC滤波网络。

依据本发明实施例的耐电压冲击保护电路，所述差模干扰滤除电路包括一差模电感，所述差模电感的第一端连接至所述整流桥的正输出端，所述差模电感的另一端连接至所述功率级电路的输入端。

依据本发明实施例的耐电压冲击保护电路，所述第一吸收电路包括串联连接在所述差模电感的第二端和所述地电位之间的第一二极管和第一电容，以及与所述第一电容并联连接的第一电阻；当所述差模电感的第二端产生一冲击电压时，通过所述第一二极管，第一电容吸收所述冲击电压的能量，然后通过所述第一电阻将所述冲击电压的能量进行释放。

依据本发明另一实施例的耐电压冲击保护电路，所述第一吸收电路包括串联连接在所述差模电感的第二端和所述地电位之间的第三二极管和第三电容，以及与所述第三二极管并联连接的第三电阻；当所述差模电感的第二端产生一冲击电压时，通过所述第三二极管，所述第三电容吸收所述冲击电压的能量，然后通过所述第三电阻和所述开关电源的后续电路将所述冲击电压的能量进行释放。

依据本发明实施例的耐电压冲击保护电路，所述第二吸收电路包括串联连接在所述整流桥的正输出端和所述地电位之间的第二二极管和第二电容，以及与所述第二电容并联连接的第二电阻；当发生浪涌时，通过所述第二二极管，所述第二电容吸收所述冲击电压的能量，然后通过所述第二电阻将所述冲击电压的能量进行释放。

优选的，所述第一二极管和所述第二二极管串联连接在所述差模电感的两端，所述第一电容和所述第二电容共用一连接在所述第一二极管和所述第二二极管的公共连接端和所述地电位之间的电容，所述第一电阻和所述第二电阻共用一连接在所述第一二极管和所述第二二极管的公共连接端和所述地电位之间的电阻。

依据本发明另一实施例的耐电压冲击保护电路，，所述第二吸收电路包括串联连接在所述整流桥的正输出端和所述地电位之间的第四二极管和第四电容，以及与所述第四二极管并联连接的第四电阻；当发生浪涌时，通过所述第四二极管，所述第四电容吸收所述冲击电压的能量，然后通过所述第四电阻和所述开关电源的后续电路将所述冲击电压的能量进行释放。

优选的，所述第三二极管和所述第四二极管串联连接在所述差模电感的两端，所述第一电容和所述第二电容共用一连接在所述第三二极管和所述第四二极管的公共连接端和所述地电位之间的电容，所述第三电阻和所述第四电阻共用一与所述第三二极管并联连接的一电阻或者与所述第四二极管并联连接的一电阻。

依据本发明实施例的一种开关电源，其特征在于，包括上述所述的任一耐电压冲击保护电路，还包括整流桥，滤波电容以及功率级电路；其中，

所述耐电压冲击保护电路，所述整流桥和所述滤波电容对输入交流电源进行整流滤波，以在所述滤波电容两端获得一直流电压；

所述功率级电路接收所述直流电压，并根据一控制信号进行相应的动作，从而在所述功率级电路的输出侧获得一恒定的电信号，来驱动一负载。

进一步的，所述功率级电路为隔离型或者非隔离型拓扑结构。

依据本发明实施例的耐电压冲击保护电路，利用差模干扰滤除电路能够进一步的滤除差模干扰，进一步的减小了开关电源的电磁干扰；通过第一吸收电路吸收差模干扰滤除电路自身可能产生的冲击电压；通过第二吸收电路吸收来自输入端的冲击电压，例如雷击浪涌等。在获得更优化的电磁干扰滤除的基础上，消除了所有可能产生的冲击电压对开关电源的影响，大大提高了开关电源的耐冲击电压性能，提高了开关电源的稳定性和可靠性。

附图说明

图1所示为采用现有技术的具有耐冲击电压的开关电源的原理框图；

图2所示为依据本发明第一实施例的应用于开关电源中的耐电压冲击保护电路的原理框图；

图3所示为依据本发明第二实施例的应用于开关电源中的耐电压冲击保护电路的原理框图；

图4所示为依据本发明第三实施例的应用于开关电源中的耐电压冲击保护电路的原理框图；

图5所示为依据本发明第四实施例的应用于开关电源中的耐电压冲击保护电路的原理框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

参考图2，所示为依据本发明第一实施例的应用于开关电源中的耐电压冲击保护电路的原理框图。

在该实施例中，所述耐电压冲击保护电路包括连接在所述开关电源的输入交流电源AC和整流桥202之间的包括由电磁干扰滤波网络201和连接在整流桥202和所述开关电源的功率级电路206之间的差模干扰滤除电路203，以及第一吸收电路204和第二吸收电路205。

电磁干扰滤波网络201可以是由电感和电容组成的LC电磁干扰抑制网络，以抑制来自开关电源输入侧的电磁干扰。

差模干扰滤除电路203包括差模电感L_m，用以进一步的滤除所述开关电源的输入侧的差模干扰。

第一吸收电路204连接在差模电感L_m和功率级电路206的公共连接端A和开关电源的地电位之间，以滤除公共连接端A处的冲击电压。冲击电压可以是所述开关电源开机或者关机时产生的冲击电压，或者是开关电源的输入交流电源AC上出现的冲击电压。

第二吸收电路205连接在整流桥202的正输出端B和开关电源的地电位之间，以滤除流入整流桥的来自开关电源的输入侧的冲击电压，例如可以是发生雷击时涌入的整流桥的冲击电压。

第一吸收电路204和第二吸收电路205可以是任何合适的有源或者无源滤波网络，例如RC滤波网络。在该实施例中，将详细说明第一吸收电路204和第二吸收电路205的一种无源实现方式。

具体的，第一吸收电路204包括串联连接在公共连接端A处和地电位之间的二极管D₀和电容C₀，以及与电容C₀并联连接的电阻R₀。当公共连接端A处产生冲击电压时，通过二极管D₀，冲击电压的能量传递至电容C₀，电容C₀进行储能；冲击电压消除后，电容C₀通过电阻R₀释放能量。

第二吸收电路包括串联连接在B端和地电位之间的二极管D₁和电容C₁，以及与电容C₁并联连接的电阻R₁。当冲击电压涌入整流桥202时，冲击电压通过二极管D₁将能量传递至电容C₁，电容C₁进行储能；冲击电压消除后，电容C₁通过电阻R₁释放能量，以保证冲击电压不会流入后级的功率级电路，而损坏功率级电路中的元器件。

依据本发明上述实施例的耐电压冲击保护电路，能够很好的抑制电磁干扰，并且能够消除冲击电压对开关电源的影响，大大提高了开关电源的耐冲击电压性能，提高了开关电源的稳定性和可靠性。

参考图3，所示为依据本发明第二实施例的应用于开关电源中的耐电压冲击保护电路的原理框图。

在图2所示的实施例的基础上，在依据该实施例的耐电压冲击保护电路中，第一吸收电路和第二吸收电路共用部分电路元件，如RC网络。具体的，第一吸收电路和第二吸收电路共用电容C₂和电阻R₂。二极管D₀和二极管D₁串联连接在差模电感L_m的两端。电容C₂和电阻R₂并联连接在二极管D₀和二极管D₁的公共连接端C和地电位之间。二极管D₀，电容C₂和电阻R₂组成第一吸收电路，二极管D₁，电容C₂和电阻R₂组成第二吸收电路。当A和/或B端产生冲击电压时，两者的能量均传递至电容C₂；在冲击电压消除后，电容C₂通过电阻R₂释放能量，以保证冲击电压不会流入后级的功率级电路，而损坏功率级电路中的元器件，如功率开关器件等。

通过图3所示的实现方式，在满足吸收冲击电压的同时，电路结构可以更简化。另外，依据本发明的耐电压冲击保护电路可以应用于不同的电源拓扑中，例如，图2所示的实施例中，电源拓扑结构为隔离型的反激式拓扑结构206，而在图3所示的实施例中，电源拓扑结构为非隔离型的降压型拓扑结构，以输出恒定的电信号来驱动负载207，例如LED灯等。

参考图4，所示为依据本发明第三实施例的应用于开关电源中的耐电压冲击保护电路的原理框图。

在该实施例中，详细说明了第一吸收电路401和第二吸收电路402的另一种具体实现方式。具体的，第一吸收电路包括串联连接在A端和地电位之间的二极管D₂和电容C₃，以及与二极管D₂并联连接的电阻R₃。当A端处产生冲击电压时，冲击电压的能量通过二极管D₂传递至电容C₃；当冲击电压完成后，电容C₃通过电阻R₃和后续的电路网络（如二极管和功率开关管等）释放能量。

第二吸收电路包括串联连接在B端和地电位之间的二极管D₃和电容C₄，以及与二极管D₃并联连接的电阻R₄。当B端处产生冲击电压时，冲击电压的能量通过二极管D₃传递至电容C₄；当冲击电压完成后，电容C₄通过电阻R₄和后续的电路网络（如二极管和功率开关管等）释放能量。

参考图5，所示为依据本发明第四实施例的应用于开关电源中的耐电压冲击保护电路的原理框图。

在图4所示的实施例的基础上，在依据该实施例的耐电压冲击保护电路中，第一吸收电路和第二吸收电路共用部分电路元件。具体的，第一吸收电路和第二吸收电路共用电容C₅和电阻R₅。二极管D₂和二极管D₃串联连接在差模电感L_m的两端。电阻R₅与二极管D₃并联连接，电阻R₅连接在二极管D₂和电阻R₅的公共连接端D和地电位之间。二极管D₂，电容C₅和电阻R₅组成第一吸收电路，二极管D₃，电容C₅和电阻R₅组成第二吸收电路。当A和/或B端产生冲击电压时，两者的能量均传递至电容C₅；在冲击电压消除后，电容C₅通过电阻R₅和后续电路释放能量，以保证冲击电压不会流入后级的功率级电路，而损坏功率级电路中的元器件，如功率开关器件等。

以上结合具具体实施例对依据本发明的应用于开关电源中的耐电压冲击保护电路进行了详细描述。本发明各个实施例间名称相同的器件功能也相同，且改进行性的实施例可分别与上述多个相关实施例进行结合，但说明时仅已在上一实施例的基础上举例说明。例如，图4所示的实施例中第一吸收电路或者第二吸收电路也可以替换为图2所示的实施例的具体实现方式。为了简化电路结构，根据第一吸收电路和第二吸收电路的具体实现方式，两者可以共用部分电路元器件，并不限于图3所示的实施例。因此，本领域技术人员在本发明实施例公开的电路的基础上所做的相关的改进，也在本发明实施例的保护范围之内。

另外，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种耐电压冲击保护电路，应用于一开关电源中，其特征在于，包括电磁干扰抑制电路、第一吸收电路和第二吸收电路，其中，

所述电磁干扰抑制电路包括连接在所述开关电源的输入交流电源和整流桥之间的电磁干扰滤波网络和连接在所述整流桥和所述开关电源的功率级电路之间的差模干扰滤除电路；

所述电磁干扰滤波网络用以滤除所述开关电源的输入侧的电磁干扰；

所述差模干扰滤除电路用以进一步的滤除所述开关电源的输入侧的差模干扰；

所述第一吸收电路连接在所述差模干扰滤除电路和所述功率级电路的公共连接端和所述开关电源的地电位之间，用以吸收所述差模干扰滤除电路上产生的冲击电压；

所述第二吸收电路连接在所述整流桥的正输出端和所述地电位之间，用以吸收发生浪涌时的冲击电压。

2.根据权利要求1所述的耐电压冲击保护电路，其特征在于，所述电磁干扰滤波网络包括由电感和电容组成的滤波网络。

3.根据权利要求1所述的耐电压冲击保护电路，其特征在于，所述差模干扰滤除电路包括一差模电感，所述差模电感的第一端连接至所述整流桥的正输出端，所述差模电感的第二端连接至所述功率级电路的输入端。

4.根据权利要求3所述的耐电压冲击保护电路，其特征在于，所述第一吸收电路包括串联连接在所述差模电感的第二端和所述地电位之间的第一二极管和第一电容，以及与所述第一电容并联连接的第一电阻；当所述差模电感的第二端产生一冲击电压时，通过所述第一二极管，第一电容吸收所述冲击电压的能量，然后通过所述第一电阻将所述冲击电压的能量进行释放。

5.根据权利要求3所述的耐电压冲击保护电路，其特征在于，所述第一吸收电路包括串联连接在所述差模电感的第二端和所述地电位之间的第三二极管和第三电容，以及与所述第三二极管并联连接的第三电阻；当所述差模电感的第二端产生一冲击电压时，通过所述第三二极管，所述第三电容吸收所述冲击电压的能量，然后通过所述第三电阻和所述开关电源的后续电路将所述冲击电压的能量进行释放。

6.根据权利要求4或5所述的耐电压冲击保护电路，其特征在于，所述第二吸收电路包括串联连接在所述整流桥的正输出端和所述地电位之间的第二二极管和第二电容，以及与所述第二电容并联连接的第二电阻；当发生浪涌时，通过所述第二二极管，所述第二电容吸收所述冲击电压的能量，然后通过所述第二电阻将所述冲击电压的能量进行释放。

7.根据权利要求6所述的耐电压冲击保护电路，其特征在于，所述第一二极管和所述第二二极管串联连接在所述差模电感的两端，所述第一电容和所述第二电容共用一连接在所述第一二极管和所述第二二极管的公共连接端和所述地电位之间的电容，所述第一电阻和所述第二电阻共用一连接在所述第一二极管和所述第二二极管的公共连接端和所述地电位之间的电阻。

8.根据权利要求4或5所述的耐电压冲击保护电路，其特征在于，所述第二吸收电路包括串联连接在所述整流桥的正输出端和所述地电位之间的第四二极管和第四电容，以及与所述第四二极管并联连接的第四电阻；当发生浪涌时，通过所述第四二极管，所述第四电容吸收所述冲击电压的能量，然后通过所述第四电阻和所述开关电源的后续电路将所述冲击电压的能量进行释放。

9.根据权利要求8所述的耐电压冲击保护电路，其特征在于，所述第三二极管和所述第四二极管串联连接在所述差模电感的两端，所述第一电容和所述第二电容共用一连接在所述第三二极管和所述第四二极管的公共连接端和所述地电位之间的电容，所述第三电阻和所述第四电阻共用一与所述第三二极管并联连接的一电阻或者与所述第四二极管并联连接的一电阻。

10.一种开关电源，其特征在于，包括权利要求1-9所述的任一耐电压冲击保护电路，还包括整流桥，滤波电容以及功率级电路；其中，

所述耐电压冲击保护电路，所述整流桥和所述滤波电容对输入交流电源进行整流滤波，以在所述滤波电容两端获得一直流电压；

所述功率级电路接收所述直流电压，并根据一控制信号进行相应的动作，从而在所述功率级电路的输出侧获得一恒定的电信号，来驱动一负载。

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