CN104538936A - 一种开关电源输入过压保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电源的输入过压保护电路，包括电压采样电路1、控制电路2、滞回电路3；电源输入电压端Vin、直流偏置电压VCC端、开关电源控制端COM等6部分电路组成。所述输入采样电路采用三个电阻串联，形成电阻分压器，所述控制电路2采用误差放大器TL431，连接偏置电阻，根据输入采样电路1的采样信号，来控制保护点COM端的电平，在开关电源的输入电压高于设定值时，关闭开关电源，起到保护开关电源的作用。本发明所述的输入过压保护电路可以应用于AC-DC、DC-DC开关电源中，具有保护精度高，实现可设置的滞回电压的优点。

Description

一种开关电源输入过压保护电路

技术领域

本发明涉及一种输入过压保护电路，特别涉及一种开关电源输入过压保护电路。

现有技术

在开关电源应用中，经常会因为电网电压的不稳定、打雷、开关切换浪涌，导致输入电压的升高而损坏开关电源。而增加过压保护功能的开关电源，可以在输入过电压的情况下，关闭开关电源的工作，在一定高压范围内有效保护开关电源不受损坏。

目前应用中实现这个过压保护功能的电路如图1所示，采用稳压二极管串联电阻的方式来检测输入电压，采用一个NPN三极管来拉低开关电源控制端电平，达到关闭开关电源的目的。采用该电路实现过压保护主要存在以下缺点：

1、检测电压靠稳压二极管和三极管的B-E结电压来实现，稳压二极管和三极管都是电流型控制器件，检测电压的精度低，离散性大。

2、该电路无滞回功能，开关电源输入过压保护动作后，很容易恢复工作，造成开关电源出现频繁开关机，影响负载系统和开关电源本身的可靠性。

发明内容

本发明的目的是，提供一种开关电源的输入过压保护电路，所述的输入过压保护电路具备高精度保护和有滞回电压的功能。本发明是对现有过压保护电路，在工作模式上的共性点进行创新改良，克服现有技术中检测精度低，离散性大，无滞回电压的缺点。

本发明所述的一种开关电源的输入过压保护电路是通过以下技术方案来实现的：一种开关电源的输入过压保护电路，包括输入电压采样电路、控制电路、滞回电路、输入电压端Vin、直流偏置电压Vcc端和开关电源控制端COM。电压采样电路的输入端连接输入电压端Vin，输出端输出采样电压连接到控制电路的输入端，控制电路的输出端连接开关电源的控制端COM，控制电路根据采样电压的大小来控制保护点COM端的电平，在开关电源的输入电压高于设定值时，关闭开关电源，起到保护开关电源的作用；滞回电路的第一输入端连接到输入电压采样电路的B点，第二输入端连接到控制电路的C点，滞回电路的输出端连接到控制电路的输入A点，滞回电路可以避免开关电源频繁开关机。

优选的，输入电压采样电路包括依次串联的第一电阻、第二电阻和第三电阻，形成电阻分压器，串联电路的一端连接电源输入电压端Vin，另一端接输入参考地，第二电阻和第三电阻的串联结点作为输入电压采样电路的输出端。

优选的，控制电路包括第一偏置电阻、第一二极管和误差放大器，误差放大器的控制脚连接到输入电压采样电路的输出端；误差放大器的阳极连接到输入参考地，误差放大器的阴极连接到第一偏置电阻的一端和第一二极管的阴极，第一偏置电阻的另一端连接到直流偏置电压Vcc端；第一二极管的阳极连接到开关电源控制端COM。误差放大器的控制脚根据输入电压采样电路的采样信号，来控制保护点COM端的电平，在开关电源的输入电压高于设定值时，关闭开关电源，起到保护开关电源的作用。

优选的，误差放大器为的芯片TL431。

优选的，滞回电路包括第一三极管。

进一步的，一种开关电源的输入过压保护电路还包括一启动电路，启动电路的第一输入端连接输入电压端Vin，第一输出端连接到直流偏置电压Vcc端,第二输出端连接到控制电路第一偏置电阻的一端。

优选的，启动电路包括第二偏置电阻、第一稳压二极管、第二三极管和第二二极管。第二偏置电阻的一端连接输入电压端Vin，另一端分别连接第二三极管的基极和第一稳压二极管的阴极，同时连接到控制电路的第一偏置电阻的一端；第一稳压二极管的阳极接地；第二三极管的集电极连接输入电压端Vin，发射极连接第二二极管的阳极；第二二极管的阴极接直流偏置电压Vcc端。

所述的控制电路在输入电压进入保护状态时，可以拉低Vc点电压，防止保护控制电路动作时间滞后启动电路时间，造成开关电源在开机启动时出现瞬时开机，而无法达到有效过压保护的目的。

本发明所述的输入过压保护电路可以应用于AC-DC、DC-DC开关电源中，具有保护精度高，实现可设置的滞回电压等优点。

本发明实现高精度的输入过压保护和滞回电压的原理如下；

如图2所示的电路，在正常输入电压工作时，输入电压采样电路A点采集到的电压低于误差放大器U1控制脚的阀值电压，误差放大器U1阳极和阴极间工作在关闭状态，无电流流过，U1的阴极处于高电平状态，二极管D1处于反偏状态，控制电路对开关电源的控制端COM无任何影响，所以开关电源处于正常工作状态。在输入电压升高到所设定的输入过压保护点时，输入电压采样电路1所输出的A点电平达到了误差放大器U1控制脚的阀值电压，U1阴极到阳极有电流流过，C点电平降低，电源控制端COM电平降低，开关电源实现保护关断；

本发明可以实现滞回电压的原理是：当C点的电平低于B点电平时，PNP三极管E-B产生电流，E-C也产生一个放大电流，该电流将进一步增加了U1控制脚电压，C点的电压将进一步降低，B点电压也进一步降低，形成正反馈，最终形成Q1饱和导通，饱和导通后相当于电阻R2被Q1的E-C极短路，电路形成自锁保护。相当于在输入过压保护前，R2是电压采样电路1中的一个电阻，所以输入保护点的电压为： $\mathrm{Vin}1=\frac{V_A}{R3}\×(R1+R2+R3);$

输入过压保护后R2被Q1短路，所以输入恢复点的电压为：

$\mathrm{Vin}2=\frac{V_A}{R3}\×(R1+R3)$

滞回电压为：Vz＝Vin1-Vin2

注：V_A为图2中A点电压，误差放大器的基准电压；

图3为无滞回电路的输入-输出电压波形图，输入电压Vin不是理想的直流电压，而是如图所示的带有一定波动的电压，由于保护电路无滞回电路，保护电压和恢复电压的差值非常小，输入波动电压的波谷电压容易触发开关电源恢复工作，造成开关电源进入频繁的保护-恢复-保护循环切换的状态。

图4为有滞回电路的输入-输出电压波形图，由于恢复点要远低于保护电压，并且远低于输入波动电压的低谷，波动电压就不会触发开关电源恢复工作，所以过压保护关断后开关电源不会受到Vin波动电压影响，直接长期工作在保护关断状态。

所述本发明实现高精度的原理是，因为误差放大器U1为电压检测型，而且控制脚的内部集成了高精度的稳压源，所以可以实现更高精度的输入过电压保护。

与现有技术相比，本发明具有以下突出的优点：

1、输入过电压保护精度高；

2、有可设定的滞回电压，避免开关电源频繁开关机，保证开关电源被保护后的稳定性；

所述的滞回电压是：输入电压的过压保护点和输入电压过压保护后又重新恢复的输入电压点的差值。

所述的滞回电路：是为了实现可设置滞回电压的电路。

附图说明

图1为现有技术的过压保护电路原理图；

图2为本发明实施例一的电路图；

图3为无滞回电路输入电压-输出电压的波形；

图4为有滞回电路输入电压-输出电压的波形；

图5为本发明实施例二的电路图；

具体实施方式

第一实施例

图2为本发明实施案例一电路图，其特征在于包括输入电压采样电路1，控制电路2、滞回电路3、电源输入电压端Vin、直流偏置电压Vcc端、开关电源控制端COM。

所述的输入电压采样电路1包括分压电阻R1、R2、R3，R1、R2和R3依次串联，串联电路的一端接电源输入电压端Vin，另一端接输入参考地，R2和R3的串联结点A作为输入电压采样电路的输出端，R1和R2的串联结点为B点。

所述控制电路2包括误差放大器U1、电阻R4、二极管D1。误差放大器U1的控制脚连接到输入电压采样电路1的输出点A；误差放大器U1的阳极连接到输入参考地，误差放大器的阴极连接到电阻R4一端和D1的阴极，该连接点为控制电路C点，电阻R4的另一端连接到直流偏置电压Vcc端；二极管D1的阳极连接到开关电源控制端COM。

所述滞回电路3包括PNP三极管Q1。PNP三极管Q1的基极连接到所述控制电路2的C点，Q1的集电极连接到控制电路2输入端A点，Q1的发射极连接到输入采样电路的B点。

其工作原理在发明内容中已经详细描述，在此不再赘述。

第二实施例

图3为本发明的第二实施例电路图，与实施例一不同的是增加了启动电路4。本实施案例可以解决开关电源在输入过电压启动过程中，开关电源先工作一段时间再触发过压保护电路，导致开关电源在输入过电压启动过程中损坏。

所述的启动电路4在开关电源中一般都存在，其作用是在开关电源启动时，给控制芯片提供稳定启动电压。所述启动电路4由偏置电阻R5、稳压二极管ZD2、启动三极管Q2、防反接二极管D2组成；偏置电阻R5的一端连接输入电压端Vin，另一端分别连接三极管Q2的基极和稳压二极管ZD2的阴极，连接点作为结点D；稳压二极管ZD2的阳极接地；三极管Q2的集电极连接输入电压端Vin，Q2的发射极连接二极管D2的阳极；D2的阴极接直流偏置电压Vcc端。D点还连接到控制电路2中的电阻R4一端。在输入电压过电压启动过程中，关闭输入启动电路，防止开关电源进入工作状态。

本发明的实施方式不限于此按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明中具体实施电路还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种开关电源的输入过压保护电路，其特征在于：包括输入电压采样电路、控制电路、滞回电路、输入电压端Vin、直流偏置电压Vcc端和开关电源控制端COM；所述的输入电压采样电路的输入端连接所述的输入电压端Vin，所述的输入电压采样电路的输出端输出采样电压到所述的控制电路的输入端，所述的控制电路的输出端连接所述的开关电源控制端COM，控制电路根据采样电压的大小来控制保护点COM端的电平，在开关电源的输入电压高于设定值时，关闭开关电源，起到保护开关电源的作用；所述的滞回电路的第一输入端连接到所述输入电压采样电路的B点，所述的滞回电路的第二输入端连接到所述的控制电路的C点，所述的滞回电路的输出端连接到所述的控制电路的输入A点，所述的滞回电路可以避免开关电源频繁开关机。

2.根据权利要求1所述的一种开关电源的输入过压保护电路，其特征在于：所述的输入电压采样电路包括依次串联的第一电阻、第二电阻和第三电阻，形成电阻分压器，串联电路的一端连接电源输入电压端Vin，所述的串联电路的另一端接输入参考地，所述的第二电阻和所述的第三电阻的串联结点作为所述输入电压采样电路的输出端。

3.根据权利要求1所述的一种开关电源的输入过压保护电路，其特征在于：所述的控制电路包括第一偏置电阻、第一二极管和误差放大器，所述的误差放大器的控制脚连接到所述输入电压采样电路的输出端；所述的误差放大器的阳极连接到输入参考地，所述的误差放大器的阴极连接到所述第一偏置电阻的一端和所述第一二极管的阴极，所述第一偏置电阻的另一端连接到所述直流偏置电压Vcc端；所述第一二极管的阳极连接到所述开关电源控制端COM。

4.根据权利要求1所述的一种开关电源的输入过压保护电路，其特征在于：所述的滞回电路包括第一三极管，所述的第一三极管的发射极作为所述滞回电路的第一输入端，所述第一三极管的基极作为所述滞回电路的第二输入端，所述第一三极管的集电极作为所述滞回电路的输出端。

5.根据权利要求3所述的一种开关电源的输入过压保护电路，其特征在于：所述的误差放大器为芯片TL431。

6.根据权利要求1所述的一种开关电源的输入过压保护电路，其特征在于：还包括一启动电路，所述的启动电路的第一输入端连接输入电压端Vin，所述的启动电路的第一输出端连接到直流偏置电压Vcc端,所述的启动电路的第二输出端连接到控制电路第一偏置电阻的一端。

7.根据权利要求6所述的一种开关电源的输入过压保护电路，其特征在于：所述的启动电路包括第二偏置电阻、第一稳压二极管、第二三极管和第二二极管；所述的第二偏置电阻的一端连接输入电压端Vin，所述的第二偏置电阻的另一端分别连接第二三极管的基极和第一稳压二极管的阴极，同时连接到所述的控制电路的第一偏置电阻的一端；所述的第一稳压二极管的阳极接地；所述的第二三极管的集电极连接输入电压端Vin，所述的第二三极管的发射极连接所述的第二二极管的阳极；所述的第二二极管的阴极接直流偏置电压Vcc。