CN104283193A - 一种用tl431实现输出欠压过压关断的保护电路 - Google Patents

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桑泉
涂俊杰
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Abstract

本发明公开了一种用TL431实现输出欠压过压关断的保护电路，采用TL431电压基准源构成电压检测单元来检测输出电压，当输出电压在设定的电压范围内时，控制输出端PMOS管开启；当输出电压超过设定的电压范围时，控制输出端PMOS管断开，PMOS管的输出作为DC-DC电源的输出端。本发明通过两个电压检测单元设置了输出电压开启关断门限，欠压过压关断时不会造成电源重新启动，并且当输出电压超限时，检测输出端电压为零，这对于故障分析很有利。本发明相比传统的欠压过压保护只需使用两个电压基准源和四个电阻构成电压检测单元，简化了电路、节约了成本、有利于DC-DC电源小型化集成。

Description

一种用TL431实现输出欠压过压关断的保护电路
 
技术领域
本发明涉及一种用TL431实现输出欠压过压关断的保护电路，属于电路技术领域。
背景技术
隔离开关电源输出欠压过压保护装置一般都是由基准源、比较器和MOS开关构成的，比较器和基准源都需要两路，且需要电源供电，结构复杂，成本较高。还有的输出过压保护装置是通过关断原边控制器，分故障时永久关断输出和故障时振荡输出脉冲两种保护形式。振荡输出脉冲，不断造成电源重新启动，对电源本身产生可靠性影响，不能在线检查负载故障。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用TL431实现输出欠压过压关断的保护电路，简化了电路，避免欠压过压关断时造成电源重新启动，节约成本。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用TL431实现输出欠压过压关断的保护电路，其特征是，采用TL431电压基准源构成电压检测单元来检测输出电压Vo′，当输出电压Vo′在设定的电压范围内时，控制输出端PMOS管开启；当输出电压Vo′超过设定的电压范围时，控制输出端PMOS管断开，PMOS管的输出作为DC-DC电源的输出端Vo。
电压检测单元包括上限电压检测单元和下限电压检测单元。
上限电压检测单元由第一电阻、第二电阻和第二电压基准源构成；下限电压检测单元由第三电阻、第四电阻和第一电压基准源构成；
第一电阻一端与输出电压Vo′连接，另一端与第二电阻的一端连接；第二电压基准源参考极连接至第一电阻、第二电阻的共连点，第二电压基准源的阴极与第三电阻一端连接，第三电阻另一端连接至输出电压Vo′，第三电阻的一端同时与第四电阻一端、第一电压基准源参考极共连，第一电压基准源的阴极同时与偏置电阻的一端、PMOS管的栅极连接，偏置电阻的另一端连接至输出电压Vo′；PMOS管的源极与输出电压Vo′连接，PMOS管的漏极连接至DC-DC电源的输出端Vo；第二电压基准源的阳极、第一电压基准源的阳极、第二电阻、第四电阻另一端共联于地。
电压检测单元检测的电压范围为2.8V～36V。
输出电压Vo′所在的区间范围为（1+R3/R4）Vref～（1+R1/R2）Vref，Vref是TL431电压基准源的基准电压值， R1、R2、R3、R4分别是第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻的阻值。
本发明所达到的有益效果：
本发明通过两个电压检测单元设置了输出电压开启关断门限，欠压过压关断时不会造成电源重新启动，并且当输出电压超限时，检测输出端电压为零，这对于故障分析很有利。此外，传统的欠压过压保护装置一般都是由基准源、比较器和MOS开关构成的，比较器和基准源都需要两路，且需要电源供电，结构复杂，成本较高。本发明只使用两个电压基准源和四个电阻构成电压检测单元，简化了电路、节约了成本、有利于DC-DC电源小型化集成。
附图说明
图1 原理图；
图2 电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明采用TL431电压基准源构成电压检测单元来检测输出电压。当输出电压Vo′在设定的电压范围内时，控制输出端PMOS管开启；当输出电压Vo′超过设定的电压范围时，控制输出端PMOS管断开。从而实现输出欠压、过压关断保护，而不重启电源，启到保护电源输出电压的作用。
原理框图由图1所示，本发明主要包括上限电压检测单元、下限电压检测单元、偏置电阻及PMOS管几部分组成。
图2为用TL431电压基准源实现输出欠压、过压关断保护装置电路图，图中Vo是DC-DC电源的输出端。由图2可以看出，两个电阻R1、R2和TL431电压基准源V2构成上限电压检测单元；两个电阻R3、R4和TL431电压基准源V1构成下限电压检测单元；Rb是偏置电阻、Q1是PMOS管。电阻R1一端与输出电压Vo′连接，另一端与电阻R2的一端连接；电压基准源V2参考极连接至电阻R1、R2的共连点，电压基准源V2的阴极与电阻R3一端连接，电阻R3另一端连接至输出电压Vo′，电阻R3的一端同时与电阻R4一端、电压基准源V1参考极共连，电压基准源V1的阴极同时与偏置电阻Rb的一端、PMOS管Q1的栅极连接，偏置电阻Rb的另一端连接至输出电压Vo′；PMOS管Q1的源极与输出电压Vo′连接，PMOS管Q1的漏极连接至DC-DC电源的输出端Vo。电压基准源V2的阳极、电压基准源V1的阳极、电阻R2、R4另一端共联于地GND。
电压输出的伐值电压下限为（1+R3/R4）Vref,上限为（1+R1/R2）Vref。Vref是TL431电压基准源的基准电压。电压检测单元可检测的电压范围为2.8V～36V。TL431电压基准源V2的工作情况由输出电压Vo′来控制，TL431电压基准源V1的工作情况由TL431电压基准源V2和输出电压Vo′共同控制。偏置电阻Rb上的压降设计大于P-MOS管的栅极电压VGS,从而给PMOS管提供开启电压，这样通过PMOS管的通断来达到输出欠压过压输出保护的目的。
工作原理：输出电压Vo′所在的区间范围为（1+R3/R4）Vref～（1+R1/R2）Vref。当输出电压Vo′小于（1+R3/R4）Vref时，电压基准源V1与电压基准源V2的检测端电压均小于其基准电压Vref，电压基准源V1与电压基准源V2均不工作，偏置电阻Rb上无电流流过，从而无压降，使PMOS管关断，DC-DC电源的输出端VO为零；当输出电压Vo′大于（1+R3/R4）Vref而小于（1+R1/R2）Vref时，电压基准源V2不工作，电压基准源V1开启，偏置电阻Rb上有电流流过，从而有压降，使PMOS管导通，输出电压为Vo＝Vo′。当输出电压Vo′大于（1+R1/R2）Vref时，电压基准源V2导通，电压基准源V1截止，偏置电阻Rb上无电流流过，从而无压降，使PMOS管关断，输出电压VO为零。这样就实现了输出欠压、过压关断保护，使输出电压稳定在在某个区间内，超过此区间无输出电压。
本发明独创性主要体现在：通过两个电压检测单元设置了输出电压开启关断门限，而非通过隔离关断原边控制器来实现控制。当采用本发明的这种结构时，欠压过压关断时不会造成电源重新启动，并且当输出电压超限时，检测输出端电压为零，这对于故障分析很有利。此外，传统的欠压过压保护装置一般都是由基准源、比较器和MOS开关构成的，比较器和基准源都需要两路，且需要电源供电，结构复杂，成本较高。本发明只使用两个电压基准源和四个电阻构成电压检测单元，简化了电路、节约了成本、有利于DC-DC电源小型化集成。
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变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1. 一种用TL431实现输出欠压过压关断的保护电路，其特征是，采用TL431电压基准源构成电压检测单元来检测输出电压Vo′，当输出电压Vo′在设定的电压范围内时，控制输出端PMOS管开启；当输出电压Vo′超过设定的电压范围时，控制输出端PMOS管断开，PMOS管的输出作为DC-DC电源的输出端Vo。
2.根据权利要求1所述的用TL431实现输出欠压过压关断的保护电路，其特征是，电压检测单元包括上限电压检测单元和下限电压检测单元。
3.根据权利要求1所述的用TL431实现输出欠压过压关断的保护电路，其特征是，上限电压检测单元由第一电阻、第二电阻和第二电压基准源构成；下限电压检测单元由第三电阻、第四电阻和第一电压基准源构成。
4.根据权利要求3所述的用TL431实现输出欠压过压关断的保护电路，其特征是，第一电阻一端与输出电压Vo′连接，另一端与第二电阻的一端连接；第二电压基准源参考极连接至第一电阻、第二电阻的共连点，第二电压基准源的阴极与第三电阻一端连接，第三电阻另一端连接至输出电压Vo′，第三电阻的一端同时与第四电阻一端、第一电压基准源参考极共连，第一电压基准源的阴极同时与偏置电阻的一端、PMOS管的栅极连接，偏置电阻的另一端连接至输出电压Vo′；PMOS管的源极与输出电压Vo′连接，PMOS管的漏极连接至DC-DC电源的输出端Vo；第二电压基准源的阳极、第一电压基准源的阳极、第二电阻、第四电阻另一端共联于地。
5.根据权利要求1所述的用TL431实现输出欠压过压关断的保护电路，其特征是，电压检测单元检测的电压范围为2.8V～36V。
6.根据权利要求1所述的用TL431实现输出欠压过压关断的保护电路，其特征是，输出电压Vo′所在的区间范围为（1+R3/R4）Vref～（1+R1/R2）Vref，Vref是TL431电压基准源的基准电压值， R1、R2、R3、R4分别是第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻的阻值。
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