CN103166199B - 一种开关电源及其电压保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电源及其保护方法，该开关电源在整流器与整流稳压电容的串联支路中串设有一个由电压保护控制电路控制的接入开关，并将整流稳压电容的电压接入开关控制电路，通过电压阈值电路比较判断整流电压与预设的电压阈值的比较结果，由电压保护控制电路实现对开关电源的开关控制电路的使能状态和接入开关状态的控制，即增加了由接入开关实现的耐压保护功能，进而实现欠压、过压、耐压保护功能。该方法通过接入控制开关的断开实现了对整流稳压电容、开关控制电路及其内部功率开关管的电压保护，降低了对这些元件的耐压要求，减小了开关电源的成本和体积。

Description

一种开关电源及其电压保护方法

技术领域

本发明属于开关电源技术领域，具体涉及一种用于开关电源及其电压保护方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，开关电源广泛应用于各种电子、电器设备领域，开关电源技术也在迅速发展。目前已有开关电源设计仅依据输入的交流电压变化范围设置了欠压和过压保护。依据美国PI公司（PowerIntegrationsInc.）关于开关电源芯片的《数据手册和设计指南》，现有的开关电源电路如图1所示，整流器输出端连接的的稳压支路中串设有一个整流稳压电容，稳压电容的两端输出连接有一个开关控制电路，开关控制电路由电压保护控制电路使能控制，判断其是否输出开关控制信号给开关控制电路以使开关电源工作，电压阈值比较电路用于将设定电压阈值与整流器输出电压进行比较，并将比较结果送入电压保护控制电路作为电压保护控制电路的控制依据，该电路只具有欠压和过压保护功能。当整流器输出的整流电源低于欠压阈值或者高于过压阈值时，电压保护控制电路都将停止开关控制电路的信号输出，从而避免开关电源输出异常。

由图1可知，现有的过压保护方式仅对开关电源的开关输出电路进行了电压保护，然而，有些电源应用场合要求有宽范围的交流电压输入，因此开关电源电路的整流稳压电容和功率开关管都必须具有较高的耐压值。否则，过高的输入电压，将对整流稳压电容、开关控制电路及其内部的功率开关管等造成损坏。通常，电力系统设备对电源输入电压除了正常电压工作范围要求外，还有更高的耐压要求，当输入电压达到耐压值时，要避免开关电源出现损坏，当输入电压恢复正常电压工作范围后，开关电源仍需要正常工作。如果采用已有的仅具有欠压和过压保护的开关电源方案，就必须选择具有高耐压值的整流稳压电容和功率开关管，这将增加开关电源的成本和体积。

发明内容

本发明的目的是提供一种开关电源，以避免选择高耐压值的整流稳压电容和功率开关管，同时提供一种利用该开关电源的电压保护方法。

为了实现以上目的，本发明所提供的开关电源的技术方案如下：一种开关电源，包括整流器及其输出端连接的稳压支路中串设的整流稳压电容，所述整流稳压电容的两端输出连接有开关控制电路，所述开关控制电路由电压保护控制电路使能控制，整流器输出连接有一个电压阈值比较电路，所述电压阈值比较电路用于将设定电压阈值与整流器输出电压进行比较，并将比较结果送入所述电压保护控制电路作为电压保护控制电路的控制依据，所述整流器与整流稳压电容的串联支路中串设有一个接入开关，电压保护控制电路控制该接入开关。

本发明所提供的利用该开关电源的电压保护方法的技术方案包括如下步骤：

（1）电压阈值比较电路采集整流器输出的整流电压并与设定的欠压阈值、过压阈值和耐压阈值三种电压阈值相比较，其中欠压阈值小于过压阈值，过压阈值小于耐压阈值；

（2）电压保护控制电路接收电压阈值比较电路的比较结果，并根据比较结果对开关控制电路的使能状态和接入开关状态进行如下相应控制：

当整流电压未超过欠压阈值时，闭合接入开关，并停止开关控制电路的开关控制信号的输出；

当整流电压超过欠压阈值，且未超过过压阈值时，闭合接入开关，并使能开关控制电路的开关控制信号的输出；

当整流电压超过过压阈值，且未超过耐压阈值时，闭合接入开关，并停止开关控制电路的开关控制信号的输出；

当整流电压超过耐压阈值时，断开接入开关，并停止开关控制电路的开关控制信号的输出。

本发明的开关电源及其保护方法将接入开关串入稳压支路，并将整流稳压电容的电压接入开关控制电路，通过电压阈值电路比较判断整流电压与预设的电压阈值的比较结果，由电压保护控制电路实现对开关电源的开关控制电路的使能状态和接入开关状态的控制，即增加了由接入开关实现的耐压保护功能，进而实现欠压、过压、耐压保护功能。该方法通过接入控制开关的断开实现了对整流稳压电容、开关控制电路及其内部功率开关管的电压保护，降低了对这些元件的耐压要求，减小了开关电源的成本和体积。

附图说明

图1为现有开关电源电路的原理图；

图2本发明开关电源电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

如图1所示为本发明的开关电源实施例原理图，由图可知，包括整流器及其输出端连接的稳压支路中串设的整流稳压电容，整流稳压电容的两端输出连接有开关控制电路，开关控制电路由电压保护控制电路使能控制，整流器输出连接有一个电压阈值比较电路，电压阈值比较电路用于将设定电压阈值与整流器输出电压进行比较，并将比较结果送入电压保护控制电路作为电压保护控制电路的控制依据，整流器与整流稳压电容的串联支路中串设有一个由电压保护控制电路控制的接入开关。

利用上述开关电源的保护方法包括如下步骤：

（1）电压阈值比较电路采集整流器输出的整流电压并与设定的三种电压阈值相比较，输出电压比较结果；

设定的三种电压阈值分别为欠压阈值、过压阈值和耐压阈值，其中，欠压阈值小于过压阈值，过压阈值小于耐压阈值；欠压阈值是设定的开关电源开关输出电路工作电压的下限，过压阈值是设定的开关电源开关输出电路工作电压的上限，耐压阈值是设定的开关电源的整流稳压电容和功率开关管的工作电压的上限，电压阈值比较电路将处理后输出的电压比较结果输入到电压保护控制电路中；

（2）电压保护控制电路接收电压阈值比较电路的比较结果，并根据比较结果对开关控制电路的使能状态和接入开关状态进行如下相应控制，用以实现对开关电源的欠压、过压和耐压保护，该使能控制方法为采用触发开关管的方式实现，这种控制方法为现有技术，此处不再赘述：

当整流电压未超过欠压阈值时，闭合接入开关，并停止开关控制电路的开关控制信号的输出，用以避免开关输出电路因欠压无法正常工作；

当整流电压超过欠压阈值，且未超过过压阈值时，闭合接入开关，并使能开关控制电路的开关控制信号的输出，保证开关电源正常工作；

当整流电压超过过压阈值，且未超过耐压阈值时，闭合接入开关，并停止开关控制电路的开关控制信号的输出，用以保护开关输出电路；

当整流电压超过耐压阈值时，断开接入开关，并停止开关控制电路的开关控制信号的输出，用以保护的整流稳压电容、功率开关管、开关控制电路和开关输出电路。

本发明的电压保护方法在整流电压未超过欠压阈值、整流电压超过欠压阈值未超过过压阈值和整流电压超过过压阈值未超过耐压阈值时，接入开关闭合，此时本发明的电路形式与现有开关电源电路形式相同，因此通过采用和现有方法相同的停止开关控制信号输出的方法，实现开关电源的欠压和过压保护。

当整流电压超过设定的耐压阈值时，本发明保护电路的电压保护控制电路将断开接入开关，此时，即使整流电压进一步升高，整流稳压电容上的电压值不会超过设定的耐压阈值，接入开关将承担整流电压与整流稳压电容电压的差值电压。由此，与整流稳压电容两端电压相连的开关控制电路、及其内部的功率开关管电压不会超过设定的耐压阈值，元件得以保护。同时，开关控制电路停止开关控制信号的输出，开关输出电路也得到保护。依据开关电源的耐压参数要求，可知最大整流电压。接入开关的耐压值应大于最大整流电压和耐压阈值之差。

下面结合具体的实施例对本发明进行介绍，如图2所示，假设开关电源的输入电压为单相交流电压，其正常供电范围为交流有效值90V至300V，输入要求的最大耐压为450V，如果采用图2所示的单相全桥整流器，忽略二极管导通压降，则90V、300V、450V对应的整流电压峰值分别为127.3V、424.3V、636.4V。本实施例中，整流稳压电容的耐压值为580V，功率开关管的耐压值为800V；欠压阈值、过压阈值和耐压阈值分别设置为120V、450V和550V，显然，耐压阈值小于整流稳压电容和功率开关管的耐压值。

当整流电压不大于120V时，接入开关闭合，但开关控制电路停止开关控制信号输出，开关电源停止输出驱动。

当整流电压大于120V、小于450V时，接入开关闭合，开关控制电路输出开关控制信号，开关电源正常工作。

当整流电压大于450V、小于550V时，接入开关闭合，但开关控制电路停止开关控制信号输出，开关电源停止输出驱动。

当整流电压大于550V时，接入开关断开，开关控制电路停止开关控制信号输出，开关电源停止工作。

第一种状态和第三种状态，实现了开关电源的欠压和过压保护，第二种状态为正常工作状态。当交流输入电压达到450V时，即使整流电压瞬时值会达到636.4V，超过了整流稳压电容的耐压值580V，但因为电压保护控制电路会在整流电压达到550V时依据第四种状态的电压保护状态处理断开接入开关，由此整流稳压电容、开关控制电路及功率开关管的电压将不超过550V，开关电源的元件得到保护，如果整流稳压电容保持550V，则接入开关将承担最高86.4V的电压。

本发明的电压保护电路和保护方法通过在整流支路中串设接入开关，在电压保护控制电路中增加耐压保护处理，在电压超过耐压阈值时断开整流支路，有效的对开关电源实施欠压、过压及耐压的保护，进一步保护了整流稳压电容和开关控制电路及其内部的功率开关管，避免选择高耐压值的整流稳压电容和功率开关管以增加开关电源的成本和体积。

Claims (2)

1.一种开关电源，包括整流器及其输出端连接的稳压支路中串设的整流稳压电容，所述整流稳压电容的两端输出连接有开关控制电路，所述开关控制电路由电压保护控制电路使能控制，整流器输出连接有一个电压阈值比较电路，所述电压阈值比较电路用于将设定电压阈值与整流电压进行比较，并将比较结果送入所述电压保护控制电路作为电压保护控制电路的控制依据，其特征在于：所述整流器与整流稳压电容的串联支路中串设有一个耐压值大于最大整流电压和耐压阈值之差的接入开关，电压保护控制电路控制该接入开关；

当整流电压超过过压阈值，且未超过耐压阈值时，闭合接入开关，并停止开关控制电路的开关控制信号的输出，用以保护与开关控制电路连接的开关输出电路；

当整流电压超过耐压阈值时，断开接入开关，并停止开关控制电路的开关控制信号的输出，用以保护的整流稳压电容、开关控制电路内部的功率开关管、开关控制电路和开关输出电路；

保护了整流稳压电容和开关控制电路及其内部的功率开关管，避免选择高耐压值的整流稳压电容和功率开关管以增加开关电源的成本和体积。

2.一种利用如权利要求1所述的开关电源的电压保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)电压阈值比较电路采集整流器输出的整流电压并与设定的欠压阈值、过压阈值和耐压阈值三种电压阈值相比较，其中欠压阈值小于过压阈值，过压阈值小于耐压阈值；

(2)电压保护控制电路接收电压阈值比较电路的比较结果，并根据比较结果对开关控制电路的使能状态和接入开关状态进行如下相应控制：

当整流电压未超过欠压阈值时，闭合接入开关，并停止开关控制电路的开关控制信号的输出；

当整流电压超过欠压阈值，且未超过过压阈值时，闭合接入开关，并使能开关控制电路的开关控制信号的输出；

当整流电压超过过压阈值，且未超过耐压阈值时，闭合接入开关，并停止开关控制电路的开关控制信号的输出；

当整流电压超过耐压阈值时，断开接入开关，并停止开关控制电路的开关控制信号的输出。