CN103928909A

CN103928909A - 开关电源快速可靠的短路保护方法及电路

Info

Publication number: CN103928909A
Application number: CN201310613818.6A
Authority: CN
Inventors: 张攀
Original assignee: FLEXTRONICS SHENZHEN CITY ELECTRIC CO Ltd
Current assignee: Suzhou Weichuang Electrical Technology Co., Ltd.
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2034-02-28
Also published as: CN103928909B

Abstract

本发明公开了一种开关电源快速可靠的短路保护方法及电路，该电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第一三极管、第二三极管、光耦、稳压管和二极管。本发明可实时检测电源输出回路电压，若输出回路未发生短路情况，光耦持续导通，稳压管不击穿，三极管互锁电路不工作；当电源输出回路出现短路情况后，光耦截止导通，稳压管击穿，三极管互锁电路工作，当电源工作电压跌破到开关电源启振电压后，开关电源停止工作，达到短路保护效果，该发明反应灵敏，能对短路作出快速的响应，有效避免开关电源设备出现故障现象；且该电路外围元件少、功耗小、成本低、电路结构简单、能对短路作出快速的响应，减少了开关电源产品的故障率。

Description

开关电源快速可靠的短路保护方法及电路

技术领域

本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种开关电源快速可靠的短路保护方法及电路。

背景技术

随着目前电源行业的日趋成熟，特别是开关电源已经在各个领域的广泛运用。开关电源因体积小、低成本、重量轻及变换效率高等特性而广泛应用于工业控制、通信办公、家庭消费等各种电子设备中。由于开关电源是任何系统不可或缺的一部分，同时影响着整个系统的稳定运行，因此开关电源的各种保护功能，尤其是短路保护作为其中重要的功能更加备受关注。

短路保护的一般做法是在输出端检测电压或电流，当输出电压或电流异常时，切断输入的交流电源或是在电源控制集成块的某一个特定引脚上输入电压或电流来使得电路停止工作。但这种做法存在以下缺陷：1）外围电路元件多，造成电路功耗大成本高；2）当开关电源出现短路后，引脚响应速度不够快，使得电源产品的故障率提高，进而影响电源产品工作的安全性，甚至会对工作人员带来身体危害。

综上所述，有必要设计一种更优化的短路保护方式来快速可靠的保护开关电源。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种开关电源快速可靠的短路保护方法及电路，该电路具有外围元件少、功耗小、成本低、电路结构简单、反应灵敏，能对短路作出快速的响应等优势。

为实现上述目的，本发明提供一种开关电源快速可靠的短路保护方法，包括以下步骤：

步骤1、上电启振工作：开关电源在上电启振时，进入正常工作状态，电源参考电压通过第一电阻给第一电容充电；

步骤2、光耦导通，稳压管不击穿，三极管互锁电路不工作；

步骤3、检测开关电源输出回路电压是否短路；若无短路，则跳转至步骤2，若短路，则跳转步骤4；

步骤4、光耦截止导通，稳压管击穿，三极管互锁电路工作，将电源工作电压拉至低电平；

步骤5、电源工作电压拉低至小于开关电源的启振电压，开关电源停止工作，达到短路保护效果；

步骤6、开关电源输出回路电压短路故障解除，开关电源输出回路电压正常建立，开关电源工作跳转至步骤2。

其中，所述步骤4包括以下具有步骤：

步骤41、光耦的原边立即截止导通，第一电容被第一电阻继续充电电压抬升；

步骤42、达到稳压管的击穿电压，第一三极管的基极电压上升，第一三极管开始微导通，第二三极管的基极电压转为低电平，同时，第二三极管进入导通状态，第一电容的电压继续上升；

步骤43、第一电容的电压上升至电源参考电压，第一三极管和第二三极管逐渐进入饱和导通状态；电源工作电压通过第二电阻和第三电阻放掉，使得该电源工作电压不断拉低。

其中，所述步骤2的具体步骤为：光耦的原边导通，光耦集电极的电压稳定在光耦的副边的饱和压降范围内，稳压管不被击穿，第一三极管的基极电压为低电平，第一三极管和第二三极管均匀不导通。

其中，在步骤6中，二极管给第二电容提供放电回路，使得电源工作电压持续稳定在正常电压范围。

为实现上述目的，本发明还提供一种开关电源快速可靠的短路保护电路，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第一三极管、第二三极管、光耦、稳压管和二极管；所述第一电容电连接在光耦的副边的集电极与发射极之间，所述光耦的副边的基极悬空，所述第一电阻与二极管并联，且所述第一电阻的一端与二极管的正极均与光耦的副边的集电极电连接，所述第一电阻的另一端与二极管的负极所形成的公共端连接至电源参考电压，电源工作电压通过串联的第二电阻和第三电阻后分别电连接至第一三极管的集电极及第二三极管的基极，所述第一三极管的基极和第二三极管的集电极均与稳压管的正极电连接，所述稳压管的负极与二极管的正极电连接，所述第一三极管的发射极与光耦的副边的发射极电连接，所述第二电阻和第三电阻的公共端通过第四电阻电连接至第二三极管的发射极；所述第二电容电连接在开关电源输出回路电压与光耦的原边之间。

其中，所述第二电容与开关电源输出回路电压之间电连接有第五电阻。

其中，所述第一三极管的基极和第二三极管的集电极均通过第六电阻与稳压管的正极电连接。

其中，所述第二三极管的集电极还通过第七电阻后接地。

与现有技术相比，本发明提供的开关电源快速可靠的短路保护方法及电路，具有以下有益效果：

1）本发明提供的短路保护方法，该方法可实时检测电源输出回路电压，若输出回路未发生短路情况，光耦持续导通，稳压管不击穿，三极管互锁电路不工作；当电源输出回路出现短路情况后，光耦截止导通，稳压管击穿，三极管互锁电路工作，当电源工作电压跌破到开关电源启振电压后，开关电源停止工作，达到短路保护效果。该方法反应灵敏，能对短路作出快速的响应，有效避免开关电源设备出现故障现象；

2）该方法可自动解除输出回路短路故障，且解除后开关电源输出回路电压正常建立，开关电源再次回到电源持续稳定在正常电压范围内，该过程对整个电源功率回路起到了保护作用；

3）本发明提供实现该保护方法的电路，该电路外围元件少、功耗小、成本低、电路结构简单、反应灵敏，能对短路作出快速的响应，减少了开关电源产品的故障率，增加开关电源产品安全工作的可靠性，有效避免对工作人员造成危害；

4）本发明具有结构简单、设计合理、体积小、响应速度快、可靠性高、工作稳定及性价比高等特点。

附图说明

图1为本发明的开关电源快速可靠的短路保护电路的工作原理图；

图2为本发明的开关电源快速可靠的短路保护方法的工作流程图；

图3为采用现有技术检测开关电源短路保护的波形图；

图4为采用本发明技术检测开关电源短路保护的波形图；

图5为本发明具体应用例的波形图。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

请参阅图1-2，本发明的开关电源快速可靠的短路保护方法，包括以下步骤：

步骤1、上电启振工作：开关电源在上电启振时，进入正常工作状态，电源参考电压VREF通过第一电阻R1给第一电容C1充电。

步骤2、光耦U导通，稳压管Z不击穿，三极管互锁电路不工作；具体步骤为光耦U的原边导通，光耦U集电极的电压稳定在光耦U的副边的饱和压降范围内，稳压管Z不被击穿，第一三极管Q1的基极电压为低电平，第一三极管Q1和第二三极管Q2均匀不导通。

步骤3、检测开关电源输出回路电压VO是否短路；若无短路，则跳转至步骤2，若短路，则跳转步骤4。

步骤4、光耦U截止导通，稳压管Z击穿，三极管互锁电路工作，将电源工作电压VCC拉至低电平；该步骤包括以下具体步骤：步骤41、光耦U的原边立即截止导通，第一电容C1被第一电阻R1继续充电电压抬升；步骤42、达到稳压管Z的击穿电压，第一三极管Q1的基极电压上升，第一三极管Q1开始微导通，第二三极管Q2的基极电压转为低电平，同时，第二三极管Q2进入导通状态，第一电容C1的电压继续上升；步骤43、第一电容C1的电压上升至电源参考电压VREF，第一三极管Q1和第二三极管Q2逐渐进入饱和导通状态；电源工作电压VCC通过第二电阻R2和第三电阻R3放掉，使得该电源工作电压VCC不断拉低。

步骤5、电源工作电压VCC拉低至小于开关电源的启振电压，开关电源停止工作，达到短路保护效果；

步骤6、开关电源输出回路电压VO短路故障解除，开关电源输出回路电压VO正常建立，开关电源工作跳转至步骤2。在该步骤中中，二极管D给第二电容C2提供放电回路，使得电源工作电压VCC持续稳定在正常电压范围。

为实现上述开关电源快速可靠的短路保护方法，本发明提供了实现该方法的短路保护电路，现对该电路进行进一步详细说明：该电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第一三极管Q1、第二三极管Q2、光耦U、稳压管Z和二极管D；第一电容C1电连接在光耦U的副边的集电极与发射极之间，光耦U的副边的基极悬空，第一电阻R1与二极管D并联，且第一电阻R1的一端与二极管D的正极均与光耦U的副边的集电极电连接，第一电阻R1的另一端与二极管D的负极所形成的公共端连接至电源参考电压VREF，电源工作电压VCC通过串联的第二电阻R2和第三电阻R3后分别电连接至第一三极管Q1的集电极及第二三极管Q2的基极，第一三极管Q1的基极和第二三极管Q2的集电极均与稳压管Z的正极电连接，稳压管Z的负极与二极管D的正极电连接，第一三极管Q1的发射极与光耦U的副边的发射极电连接，第二电阻R2和第三电阻R3的公共端通过第四电阻R4电连接至第二三极管Q2的发射极；第二电容C2电连接在开关电源输出回路电压VO与光耦U的原边之间。

在本实施例中，第二电容C2与开关电源输出回路电压VO之间电连接有第五电阻R5；第一三极管Q1的基极和第二三极管Q2的集电极均通过第六电阻R6与稳压管Z的正极电连接；第二三极管Q2的集电极还通过第七电阻R7后接地。

在本实施例中，开关电源的型号为UC3844，当然，本发明中的改进并不局限于用在该型号的开关电源上，还可以是UC3845、UC3842或UC3843。本发明适用广泛。

请进一步参阅图3-4，通过波形图3可以得出，采用现有技术保护短路的保护时间为11.32 ms，响应较慢；通过波形图4可以得出，采用本发明保护短路的快速保护时间为8.7ms，保护迅速可靠，有效保护该24V的开关电源。

将本发明应用于功率24V电源板上，测试性能良好，在实际工作现场使用可靠。图5为该系列24V电源板在短路保护时的保护波形，从波形图中可以看出CH1为24V电压信号，CH4为MOS管驱动波形，当24V输出发生短路后，MOS在7.9ms后停止驱动波形输出，即3844停止工作；该电路有效解决了电源的路损坏和发热情况，该电路的使用使得电源板短路故障率降为0。

本发明提供的开关电源快速可靠的短路保护方法及方法，其具有以下优势：

1）本发明提供的短路保护方法，该方法可实时检测电源输出回路电压，若输出回路未发生短路情况，光耦U持续导通，稳压管Z不击穿，三极管互锁电路不工作；当电源输出回路出现短路情况后，光耦U截止导通，稳压管Z击穿，三极管互锁电路工作，当电源工作电压VCC跌破到开关电源启振电压后，开关电源停止工作，达到短路保护效果。该方法反应灵敏，能对短路作出快速的响应，有效避免开关电源设备出现故障现象。

2）该方法可自动解除输出回路短路故障，且解除后开关电源输出回路电压VO正常建立，开关电源再次回到电源持续稳定在正常电压范围内，该过程对整个电源功率回路起到了保护作用。

3）本发明提供实现该保护方法的电路，该电路外围元件少、功耗小、成本低、电路结构简单、反应灵敏，能对短路作出快速的响应，减少了开关电源产品的故障率，增加开关电源产品安全工作的可靠性，有效避免对工作人员造成危害。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种开关电源快速可靠的短路保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤2、光耦导通，稳压管不击穿，三极管互锁电路不工作；

2.根据权利要求1所述开关电源快速可靠的短路保护方法，其特征在于，所述步骤4包括以下具有步骤：

3.根据权利要求1所述开关电源快速可靠的短路保护方法，其特征在于，所述步骤2的具体步骤为：光耦的原边导通，光耦集电极的电压稳定在光耦的副边的饱和压降范围内，稳压管不被击穿，第一三极管的基极电压为低电平，第一三极管和第二三极管均匀不导通。

4.根据权利要求1所述开关电源快速可靠的短路保护方法，其特征在于，在步骤6中，二极管给第二电容提供放电回路，使得电源工作电压持续稳定在正常电压范围。

5.一种实现权利要求1所述方法的开关电源快速可靠的短路保护电路，其特征在于，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第一三极管、第二三极管、光耦、稳压管和二极管；所述第一电容电连接在光耦的副边的集电极与发射极之间，所述光耦的副边的基极悬空，所述第一电阻与二极管并联，且所述第一电阻的一端与二极管的正极均与光耦的副边的集电极电连接，所述第一电阻的另一端与二极管的负极所形成的公共端连接至电源参考电压，电源工作电压通过串联的第二电阻和第三电阻后分别电连接至第一三极管的集电极及第二三极管的基极，所述第一三极管的基极和第二三极管的集电极均与稳压管的正极电连接，所述稳压管的负极与二极管的正极电连接，所述第一三极管的发射极与光耦的副边的发射极电连接，所述第二电阻和第三电阻的公共端通过第四电阻电连接至第二三极管的发射极；所述第二电容电连接在开关电源输出回路电压与光耦的原边之间。

6.根据权利要求5所述开关电源快速可靠的短路保护电路，其特征在于，所述第二电容与开关电源输出回路电压之间电连接有第五电阻。

7.根据权利要求5所述开关电源快速可靠的短路保护电路，其特征在于，所述第一三极管的基极和第二三极管的集电极均通过第六电阻与稳压管的正极电连接。

8.根据权利要求5所述开关电源快速可靠的短路保护电路，其特征在于，所述第二三极管的集电极还通过第七电阻后接地。