CN103683206A - 带高压启动的输入过压欠压保护电路及方法 - Google Patents

带高压启动的输入过压欠压保护电路及方法 Download PDF

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带高压启动的输入过压欠压保护电路及方法。传统的输入过压欠压保护电路为了使运放一直工作需使用单独的辅助电源为运放供电，才能让输入过压欠压一直工作以检测交流输入端的异常情况，工程师设计了功率消耗在高压启动电阻上的高压启动电路为输入过压欠压电路提供稳定的供电电压，但该电路存在缺陷。一种带高压启动的输入过压欠压保护电路，其组成包括基准单元(1)，所述的基准单元连接过压保护单元(2)，所述的过压保护单元连接欠压保护单元(3)，所述的欠压保护单元连接高压启动单元(4)。本发明用于带高压启动的输入过压欠压保护电路。

Description

带高压启动的输入过压欠压保护电路及方法
技术领域：
本发明涉及一种带高压启动的输入过压欠压保护电路及方法。
背景技术：
传统的输入过压欠压保护电路为了使运放一直工作需使用单独的辅助电源为运放供电，才能让输入过压欠压一直工作以检测交流输入端的异常情况，工程师设计了功率消耗在高压启动电阻上的高压启动电路为输入过压欠压电路提供稳定的供电电压，但该电路存在缺陷。例如当电源在输出端短路或过流情况下，电源输出端电压为打嗝(周期性反复输出和关断)模式的输出，此时普通的高压启动电路Vcc电压(一般可为变压器绕组产生的供电直流电压)也跟着打嗝，导致Q10一直处于开关状态，输出正常时Q10开通，输出关断时Q10也关断。一般关断时间远远大于开通时间，可以基本认为Q10处于关断状态。这样Z2即可为高压场效应管mos Q6提供足够的栅极电压，使得Q6一直开通，Q6的漏源电压Vds为0V，理论上可认为Q6的损耗为0。高压电解电容的电压Vbulk全部加在高压启动电阻R134上面，使得R134的损耗过大。R134阻值的选取也很难，如果R134取小了此时损耗将更大，如果R134取大了则不够为Vcc4的负载提供足够的工作电流。所以R134需要使用较大功率的电阻(一般大于2W)。
为解决此高压启动电路功率消耗在高压启动电阻上的问题，一些工程师又设计出了另外一种功率消耗在高压mos上的高压启动电路，但该电路需要在mos上增加散热片。同样当电源在输出端短路或过流情况下，当电源异常时基本认为Q10处于关断状态，此时Z2为mos提供栅极电压使得Q6开通，R134为一限流电阻，防止Vcc4端短路造成Q6损坏。假如Vcc4负载电流为5m A，则R134上电压为0.5V，Vbulk基本全加在Q6上。如果电源带功率因数校正电路，Vbulk可有390Vdc。则Q6上的损耗P=390V*5mA=1.95W。这样Q6损耗非常大，所以Q6需要增加散热片才能满足在高温环境中Q6不被损坏。
发明内容：
本发明的目的是提供一种给输入过压欠压电路提供了稳定的供电电压的带高压启动的输入过压欠压保护电路及方法。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种带高压启动的输入过压欠压保护电路，其组成包括基准单元，所述的基准单元连接过压保护单元，所述的过压保护单元连接欠压保护单元，所述的欠压保护单元连接高压启动单元。
所述的带高压启动的输入过压欠压保护电路，所述的高压启动单元包括防反压二极管D34，所述的防反压二极管D34连接限流电阻R128和防反压二极管D28，所述的限流电阻R128连接场效应管Q6和分压电阻R142，所述的分压电阻R142连接三极管Q11，所述的三极管Q11并联稳压二极管Z2，所述的稳压二极管Z2并联三极管Q10，所述的稳压二极管Z2串联稳压二极管Z6、电阻R12、电阻R11、电阻R30，所述的三极管Q10连接分压电阻R135和分压电阻R64，所述的电阻R84连接电源Vcc，所述的行程开关Q8连接电阻R134，所述的高压启动电阻R134连接所述的电阻R30，所述的防反压二极管D34连接所述的欠压保护单元。
所述的带高压启动的输入过压欠压保护电路，所述的欠压保护单元包括运算放大器U14A，所述的运算放大器U14A连接电阻R118、二极管D27、电阻R109、电阻R123，所述的运算放大器U14A连接防反压二极管D25、滤波电容C53，所述的运算放大器U14A连接电阻R119，所述的电阻R119所述的迟滞环D27，所述的防反压二极管D25连接电阻R128，所述的运算放大器U14A连接所述的基准单元和所述的过压保护单元。
所述的带高压启动的输入过压欠压保护电路，所述的过压保护单元包括运算放大器U14B，所述的运算放大器U14B连接运算放大器U14A，所述的运算放大器U14B连接防反压二极管D24和防反压二极管D23，所述的防反压二极管D23连接电阻R116，所述的电阻R116连接所述的运算放大器U14B，所述的运算放大器U14B连接电源Vcc4，所述的运算放大器U14B连接所述的基准单元。
所述的带高压启动的输入过压欠压保护电路，所述的基准单元包括三端可调基准源U9，所述的三端可调基准源U9并联滤波电容C54，所述的三端可调基准源U9与所述的滤波电容C54均连接电阻R117，所述的电阻R117连接所述的欠压保护单元。
所述的带高压启动的输入过压欠压保护电路，所述高压启动单元的D34负极连接到运算放大器的供电端Vcc4，同时Vcc4为基准单元供电；基准单元输出2.5V连接到欠压保护单元和过压保护单元；运算放大器输出端的D24，D25通过控制电路连接到电源PWM IC的Vcc脚；另一条电路中的Vcc为变压器绕组产生的供电直流电压。
一种带高压启动的输入过压欠压保护电路的方法，当电源在输出端短路或过流情况下，电源输出端电压为打嗝模式的输出，此时普通的高压启动电路Vcc电压也跟着打嗝，导致Q10一直处于开关状态，输出正常时Q10开通，输出关断时Q10也关断；关断时间远远大于开通时间，可以基本认为Q10处于关断状态。此时Z2为高压，场效应管Q6和限流电阻R128提供电压，使得场效应管Q6导通，通过Vcc4实际的负载电流调节R128使得R128上的电压大于0.6V，通过R142为Q11提供偏置电压，使得Q11导通，此时Z2电压被拉低，Q6又被强制关断，关断后相应R128上也没有电压，然后Q11又开始关断，此时Z2又开始为Q6提供栅极电压，Q6相应又开始导通，如此Q6反复工作于开通和关断状态，开通时相当于损耗全加在R134上，关断时相当于损耗全加在Q6上，如此即可通过设置R134的阻值大小来决定Q6和R134的功率分配关系；调整好后，电路中R134使用一个2W的插件电阻即可满足功耗问题且mos管Q6也无需增加一块散热片。
所述的带高压启动的输入过压欠压保护电路的方法，另一个Vcc4电压为Z6上的12V减去D34的压降0.5V，大约11.5V；用户还通过调节R117来设置基准单元中三端可调基准源U9的偏置电流，U9一直为运放U14提供2.5V的基准电压，使得U14能随时检测VD的大小来判断交流输入是否存在过压或者欠压异常；交流输入电压范围为90～264Vac，在此正常范围内需要设置VD在0.6V～2.5V之间；当VD大于2.5V，过压保护单元开始动作，输出高电平到D24，D23和R116为正反馈网络产生迟滞电压使得输入电压在输入过压保护点运放不会反复弹跳；当VD小于2.5V，欠压保护单元开始动作，输出高电平到D25，D27和R119为正反馈网络产生迟滞电压使得输入电压在输入欠压保护点运放不会反复弹跳。
有益效果：
1.本发明电路不需要独立的辅助电源为运放供电，运放能一直工作。使用该电路可以使电源在任何输入异常时(包括交流异常下开机)检测到输入过压或欠压都能锁住输出。
2.本发明可调节均匀分配启动电阻和高压mos的功率，不需要较大功率的高压启动电阻也不需要为mos管加散热片。
附图说明：
附图1是本产品的电路图。
附图2是附图1的功率消耗在高压启动电阻上的电路图。
附图3是附图1的功率消耗在高压mos上的电路图。
具体实施方式：
实施例1：
一种带高压启动的输入过压欠压保护电路，其组成包括基准单元1，所述的基准单元连接过压保护单元2，所述的过压保护单元连接欠压保护单元3，所述的欠压保护单元连接高压启动单元4。
实施例2：
实施例1所述的带高压启动的输入过压欠压保护电路，所述的高压启动单元包括防反压二极管D34，所述的防反压二极管D34连接限流电阻R128和防反压二极管D28，所述的限流电阻R128连接场效应管Q6和分压电阻R142，所述的分压电阻R142连接三极管Q11，所述的三极管Q11并联稳压二极管Z2，所述的稳压二极管Z2并联三极管Q10，所述的稳压二极管Z2串联稳压二极管Z6、电阻R12、电阻R11、电阻R30，所述的三极管Q10连接分压电阻R135和分压电阻R64，所述的电阻R84连接电源Vcc，所述的行程开关Q8连接电阻R134，所述的高压启动电阻R134连接所述的电阻R30，所述的防反压二极管D34连接所述的欠压保护单元。
实施例3：
实施例1或2所述的带高压启动的输入过压欠压保护电路，所述的欠压保护单元包括运算放大器U14A，所述的运算放大器U14A连接电阻R118、二极管D27、电阻R109、电阻R123，所述的运算放大器U14A连接防反压二极管D25、滤波电容C53，所述的运算放大器U14A连接电阻R119，所述的电阻R119所述的迟滞环D27，所述的防反压二极管D25连接电阻R128，所述的运算放大器U14A连接所述的基准单元和所述的过压保护单元。
实施例4：
实施例1所述的带高压启动的输入过压欠压保护电路，所述的过压保护单元包括运算放大器U14B，所述的运算放大器U14B连接运算放大器U14A，所述的运算放大器U14B连接防反压二极管D24和防反压二极管D23，所述的防反压二极管D23连接电阻R116，所述的电阻R116连接所述的运算放大器U14B，所述的运算放大器U14B连接电源Vcc4，所述的运算放大器U14B连接所述的基准单元。
实施例5：
实施例1所述的带高压启动的输入过压欠压保护电路，所述的基准单元包括三端可调基准源U9，所述的三端可调基准源U9并联滤波电容C54，所述的三端可调基准源U9与所述的滤波电容C54均连接电阻R117，所述的电阻R117连接所述的欠压保护单元。
实施例6：
实施例1或2所述的带高压启动的输入过压欠压保护电路，所述高压启动单元的D34负极连接到运算放大器的供电端Vcc4，同时Vcc4为基准单元供电；基准单元输出2.5V连接到欠压保护单元和过压保护单元；运算放大器输出端的D24，D25通过控制电路连接到电源PWM IC的Vcc脚；另一条电路中的Vcc为变压器绕组产生的供电直流电压。
实施例7：
一种带高压启动的输入过压欠压保护电路的方法，当电源在输出端短路或过流情况下，电源输出端电压为打嗝模式的输出，此时普通的高压启动电路Vcc电压也跟着打嗝，导致Q10一直处于开关状态，输出正常时Q10开通，输出关断时Q10也关断；关断时间远远大于开通时间，可以基本认为Q10处于关断状态。此时Z2为高压，场效应管Q6和限流电阻R128提供电压，使得场效应管Q6导通，通过Vcc4实际的负载电流调节R128使得R128上的电压大于0.6V，通过R142为Q11提供偏置电压，使得Q11导通，此时Z2电压被拉低，Q6又被强制关断，关断后相应R128上也没有电压，然后Q11又开始关断，此时Z2又开始为Q6提供栅极电压，Q6相应又开始导通，如此Q6反复工作于开通和关断状态，开通时相当于损耗全加在R134上，关断时相当于损耗全加在Q6上，如此即可通过设置R134的阻值大小来决定Q6和R134的功率分配关系；调整好后，电路中R134使用一个2W的插件电阻即可满足功耗问题且mos管Q6也无需增加一块散热片。另一个Vcc4电压为Z6上的12V减去D34的压降0.5V，大约11.5V；用户还通过调节R117来设置基准单元中三端可调基准源U9的偏置电流，U9一直为运放U14提供2.5V的基准电压，使得U14能随时检测VD的大小来判断交流输入是否存在过压或者欠压异常；交流输入电压范围为90～264Vac，在此正常范围内需要设置VD在0.6V～2.5V之间；当VD大于2.5V，过压保护单元开始动作，输出高电平到D24，D23和R116为正反馈网络产生迟滞电压使得输入电压在输入过压保护点运放不会反复弹跳；当VD小于2.5V，欠压保护单元开始动作，输出高电平到D25，D27和R119为正反馈网络产生迟滞电压使得输入电压在输入欠压保护点运放不会反复弹跳。

Claims (9)

1.一种带高压启动的输入过压欠压保护电路，其组成包括基准单元，其特征是：所述的基准单元连接过压保护单元，所述的过压保护单元连接欠压保护单元，所述的欠压保护单元连接高压启动单元。
2.根据权利要求1所述的带高压启动的输入过压欠压保护电路，其特征是：所述的高压启动单元包括防反压二极管D34，所述的防反压二极管D34连接限流电阻R128和防反压二极管D28，所述的限流电阻R128连接场效应管Q6和分压电阻R142，所述的分压电阻R142连接三极管Q11，所述的三极管Q11并联稳压二极管Z2，所述的稳压二极管Z2并联三极管Q10，所述的稳压二极管Z2串联稳压二极管Z6、电阻R12、电阻R11、电阻R30，所述的三极管Q10连接分压电阻R135和分压电阻R64，所述的电阻R84连接电源Vcc，所述的行程开关Q8连接电阻R134，所述的高压启动电阻R134连接所述的电阻R30，所述的防反压二极管D34连接所述的欠压保护单元。
3.根据权利要求1或2所述的带高压启动的输入过压欠压保护电路，其特征是：所述的欠压保护单元包括运算放大器U14A，所述的运算放大器U14A连接电阻R118、二极管D27、电阻R109、电阻R123，所述的运算放大器U14A连接防反压二极管D25、滤波电容C53，所述的运算放大器U14A连接电阻R119，所述的电阻R119所述的迟滞环D27，所述的防反压二极管D25连接电阻R128，所述的运算放大器U14A连接所述的基准单元和所述的过压保护单元。
4.根据权利要求1所述的带高压启动的输入过压欠压保护电路，其特征是：所述的过压保护单元包括运算放大器U14B，所述的运算放大器U14B连接运算放大器U14A，所述的运算放大器U14B连接防反压二极管D24和防反压二极管D23，所述的防反压二极管D23连接电阻R116，所述的电阻R116连接所述的运算放大器U14B，所述的运算放大器U14B连接电源Vcc4，所述的运算放大器U14B连接所述的基准单元。
5.根据权利要求3所述的带高压启动的输入过压欠压保护电路，其特征是：所述的过压保护单元包括运算放大器U14B，所述的运算放大器U14B连接运算放大器U14A，所述的运算放大器U14B连接防反压二极管D24和防反压二极管D23，所述的防反压二极管D23连接电阻R116，所述的电阻R116连接所述的运算放大器U14B，所述的运算放大器U14B连接电源Vcc4，所述的运算放大器U14B连接所述的基准单元。
6.根据权利要求1所述的带高压启动的输入过压欠压保护电路，其特征是：所述的基准单元包括三端可调基准源U9，所述的三端可调基准源U9并联滤波电容C54，所述的三端可调基准源U9与所述的滤波电容C54均连接电阻R117，所述的电阻R117连接所述的欠压保护单元。
7.根据权利要求1或2所述的带高压启动的输入过压欠压保护电路，其特征是：所述高压启动单元的D34负极连接到运算放大器的供电端Vcc4，同时Vcc4为基准单元供电；基准单元输出2.5V连接到欠压保护单元和过压保护单元；运算放大器输出端的D24，D25通过控制电路连接到电源PWM IC的Vcc脚；另一条电路中的Vcc为变压器绕组产生的供电直流电压。
8.一种带高压启动的输入过压欠压保护电路的方法，其特征是：当电源在输出端短路或过流情况下，电源输出端电压为打嗝模式的输出，此时普通的高压启动电路Vcc电压也跟着打嗝，导致Q10一直处于开关状态，输出正常时Q10开通，输出关断时Q10也关断；关断时间远远大于开通时间，可以基本认为Q10处于关断状态。此时Z2为高压，场效应管Q6和限流电阻R128提供电压，使得场效应管Q6导通，通过Vcc4实际的负载电流调节R128使得R128上的电压大于0.6V，通过R142为Q11提供偏置电压，使得Q11导通，此时Z2电压被拉低，Q6又被强制关断，关断后相应R128上也没有电压，然后Q11又开始关断，此时Z2又开始为Q6提供栅极电压，Q6相应又开始导通，如此Q6反复工作于开通和关断状态，开通时相当于损耗全加在R134上，关断时相当于损耗全加在Q6上，如此即可通过设置R134的阻值大小来决定Q6和R134的功率分配关系；调整好后，电路中R134使用一个2W的插件电阻即可满足功耗问题且mos管Q6也无需增加一块散热片。
9.根据权利要求8所述的带高压启动的输入过压欠压保护电路的方法，其特征是：另一个Vcc4电压为Z6上的12V减去D34的压降0.5V，大约11.5V；用户还通过调节R117来设置基准单元中三端可调基准源U9的偏置电流，U9一直为运放U14提供2.5V的基准电压，使得U14能随时检测VD的大小来判断交流输入是否存在过压或者欠压异常；交流输入电压范围为90～264Vac，在此正常范围内需要设置VD在0.6V～2.5V之间；当VD大于2.5V，过压保护单元开始动作，输出高电平到D24，D23和R116为正反馈网络产生迟滞电压使得输入电压在输入过压保护点运放不会反复弹跳；当VD小于2.5V，欠压保护单元开始动作，输出高电平到D25，D27和R119为正反馈网络产生迟滞电压使得输入电压在输入欠压保护点运放不会反复弹跳。
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