CN105281296A - 一种开关电源保护控制方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电源保护控制电路，通过检测开关电源的主功率电路的工作状态，调节辅助电源电压，当电路进入保护状态时，将开关电源的辅助电源电压降低至电路主控制芯片关断电压以下，同时，本发明还提供了利用上述方法的开关电源保护控制电路，本发明可以解决开关电源控制芯片在退出保护时出现的锁死现象，同时有效的解决现有开关电源在进入保护状态时辅助电源电压不稳定的现象，解决在保护过程中过高的辅助电源电压产生的损耗，解决现有开关电源打嗝式保护的瞬态异常，提高产品整体设计的可靠性。

Description

一种开关电源保护控制方法及电路

技术领域

本发明涉及开关电源保护控制方法及电路，特别涉及开关电源的辅助电源在开关电源出现过压保护，欠压保护，短路保护，过温保护等保护时的控制方法及电路。

背景技术

随着电力电子行业的发展，传统的线性电源逐渐被具有开关特性的开关电源所替代，开关电源具有效率高，可靠性高等优点。经过多年发展，开关电源出现了不同的电路拓扑，其中包括正激拓扑、反激拓扑等，以及由正激拓扑演变出来的推挽拓扑、桥式拓扑等，不同的拓扑具有各自的优势。同时随着开关电源的不断发展，现代开关电源对可靠性的要求也越来越高，现有的开关电源一般都具有欠压保护、过压保护、短路保护、过载保护和过温保护等功能。这些保护功能的实现，都需要辅助电源供电电路为其提供电压VCC，现有的辅助电源供电电路如图1所示：包括启动电路和辅助供电电容C1，其中启动电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一稳压管Z1、第一三极管TR1和第一二极管D1；输入端VIN依次经第一电阻R1、第一稳压管Z1的阴极、第一稳压管Z1的阳极后与地连接；输入端VIN还依次经第二电阻R2、第一三极管TR1的集电极、第一三极管TR1的发射极、第一二极管D1的阳极、第一二极管D1的阴极后至输出端VCC；第一三极管TR1的基极连接至第一稳压管Z1的阳极；辅助供电电容C1连接于地和输出端VCC之间。

近些年随着开关电源行业发展也逐渐出现了一些数字控制开关电源，其特点是通过数字芯片，利用软件对电源实现控制和管理，但是目前的模块电源大多还是基于模拟芯片进行电源控制和管理，特别是对于功率较小的模块电源，如果使用数字芯片控制，其开发成本和生产成本较高，目前大多数厂商还无法接受。

对于采用模拟控制芯片设计的开关电源，其内部电路都是模拟电路，一些功能不能像数字芯片控制那样非常精确和可控。关于如何提高模拟开关电源产品的可靠性一直是开关电源开发者非常关心的问题，特别是如何完善开关电源保护以及保护的可靠性，都是开关电源的开发的关键问题。

目前关于开关电源的保护，如欠压保护，过压保护，过流保护等一些保护，大多数开发者选择的保护模式都为打嗝式保护模式，该保护模式实现方式为：当模块进入保护模式后，主控制芯片关断输出驱动信号，电源模块关断输出，开关电源内置辅助电源停止工作，辅助电源电压开始下降，当辅助电源电压下降到启动电路工作电压时，启动电路工作并维持辅助电源电压稳定工作，该稳定电压大于芯片的工作电压，经过一段时间t后(该时间t由控制芯片内部决定)，芯片重新启动，检测电路是否还处于异常状态，若继续处于异常状态，则主控制芯片继续关断驱动，进入保护状态，若保护状态消失，则芯片继续启动并正常工作。打嗝式保护模式一般存在以下一些风险：如在过压保护模式下，在输入电压较高的情况下，如果产品工作则可能损坏功率器件，导致产品失效。在短路保护模式下，如果芯片的打嗝保护模式设计的打嗝时间t不合理，则可能出现部分功率器件发热异常导致器件失效，引起产品异常。另外由于打嗝式保护模式始终要求辅助电源电压高于控制芯片的启动电压，一方面会由于过高的辅助电源电压，在电路中产生较大损耗电流，而此电流是由启动电路提供，所以会在启动电路上产生很大的损耗，例如一个开关电源内置模块的辅助电源正常的供电电压为22V，当进入保护模式后，启动电路的供电电压最低为18V，而此时电路中的等效阻抗近似等于2000欧姆，那么此时电路将产生9毫安的损耗电流，而此部分电流由启动电路提供，假设产品的工作电压范围为200伏至600伏，则启动电路在200伏输入时将产生1.8瓦的功耗，在600伏输入时将产生5.4瓦的功耗，为了保证产品安全可靠工作，则启动电路需要留足比较大的设计余量，才能保证产品正常工作。特别对于现有的光伏应用的电源，其输入电压范围为200-1500伏，其高压端的启动电路的功耗将达到低压端功耗的7.5倍。

现有开关电源一般外置的保护模式都是通过外置电路进行检测，当电路异常时，通过控制电路拉低控制芯片的某一个功能脚位，目前开关电源大多是通过拉低控制芯片的反馈脚FB或者Comp脚，当检测电路检测到电路恢复正常以后，控制电路即释放保护功能，芯片被拉低的功能脚FB脚或者Comp脚即释放，电路恢复正常，但是实际上经常出现下列异常现象：下面以SF1565这款控制芯片为例进行说明，如过压保护检测电路检测到主电路出现过压现象，则过压保护电路启动并反馈控制信号拉低主控制芯片SF1565的FB引脚，则芯片SF1565关断驱动输出，模块同时也关断输出，辅助电源电压开始下降，当下降到启动电路电压时启动电路开始工作并为系统提供供电。当过压检测电路检测到过压现象消失后，则关断过压保护，FB脚释放，由于模块输出电压为零，而此时控制芯片SF1565供电正常，则FB脚释放后，即出现FB脚为高电平的现象，而此现象根据芯片SF1565内置逻辑判定为电路开环，芯片出现锁死现象，只有系统断电，控制芯片SF1565供电电压低于关断电压后才可以重新启动。另外由于现阶段大多保护都是拉低芯片的FB脚或者Comp脚，而此引脚拉低后芯片会产生1.6毫安以上的功耗，一方面造成芯片产生功耗引起发热，另一方面也给启动电路带来损耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题为之一为：提供一种开关电源保护控制方法，实现开关电源退出保护时，芯片处于重新启动状态，有效解决芯片锁死，并降低辅助电源电压，从而有效地降低系统在保护过程中的损耗，消除打嗝式保护模式，提高产品的可靠性。

本发明要解决的技术问题为之二为：提供一种与上述方法对应的开关电源保护控制电路。

本发明解决上述技术问题之一的技术方案如下：

一种开关电源保护控制方法，包括启动电路、辅助供电电容、保护检测电路、辅助电压控制电路和控制芯片；

所述的启动电路用于开关电源启动过程中和开关电源进入保护状态时供电，其包括第一开关管；

所述的辅助供电电容用于存储所述的启动电路提供的能量，为所述的控制芯片和所述的保护检测电路提供能量，其一端与所述的启动电路输出端连接，另一端连接到地；

所述的辅助电压控制电路用于控制所述的开关电源进入保护状态时的辅助供电电压，包括第二开关管和第二稳压管，所述的第二开关管用于控制所述的第二稳压管的导通和关断，所述的辅助电压控制电路的控制端与所述的保护检测电路连接，所述的辅助电压控制电路输出端连接到所述的地，所述的辅助电压控制电路在所述的开关电源进入保护状态时处于开通状态，所述的辅助电压控制电路在开关电源正常工作时处于关断状态；

所述的保护检测电路检测开关电源的工作状态，控制所述的第二开关管导通和关断，从而控制所述的辅助电源电压，当所述的工作状态进入保护状态时，辅助电源电压被调至控制芯片关断电压以下；

并且，所述的开关电源正常工作时所述的辅助电源电压高于所述的控制芯片的工作电压。

对应地，本发明解决上述技术问题之二的技术方案如下：

一种开关电源保护控制电路，包括启动电路、辅助供电电容、保护检测电路、辅助电压控制电路和控制芯片；

所述的启动电路用于开关电源启动过程中和开关电源进入保护状态时供电，其包括第一开关管；

所述的辅助供电电容用于存储所述的启动电路提供的能量，为所述的控制芯片和所述的保护检测电路提供能量，其一端与所述的启动电路输出端连接，另一端连接到地；

所述的辅助电压控制电路用于控制所述的开关电源进入保护状态时的辅助供电电压，包括第二开关管和第二稳压管，所述的第二开关管用于控制所述的第二稳压管的导通和关断，所述的辅助电压控制电路的控制端与所述的保护检测电路连接，所述的辅助电压控制电路输出端连接到所述的地，所述的辅助电压控制电路在所述的开关电源进入保护状态时处于开通状态，所述的辅助电压控制电路在开关电源正常工作时处于关断状态；

所述的保护检测电路检测开关电源的工作状态，控制所述的第二开关管导通和关断，从而控制所述的辅助电源电压，当所述的工作状态进入保护状态时，辅助电源电压被调至控制芯片关断电压以下；

并且，所述的开关电源正常工作时所述的辅助电源电压高于所述的控制芯片的工作电压。

优选地，所述的辅助电压控制电路与所述的辅助供电电容并联，或连接于地和所述的第一开关管的控制端之间。

优选地，所述的第一开关管是三极管，MOSFET管或IGBT。

优选地，所述的第二开关管是三极管，MOSFET管，431芯片或IGBT。

优选地，所述的启动电路还包括第一电阻、第二电阻、第一稳压管和第二二极管；所述的第一开关管为三极管；输入端VIN依次经第一电阻、第一稳压管的阴极、第一稳压管的阳极后与地连接；输入端VIN还依次经第二电阻、第一开关管的集电极、第一开关管的发射极、第一二极管的阳极、第一二极管的阴极后至输出端VCC；第一开关管的基极连接至第一稳压管的阳极。

优选地，所述的辅助电压控制电路的第二开关管为三极管；所述的第二稳压管的阴极与所述的第一二极管的阴极相连，所述的第二稳压管的阳极与所述的第二三极管的集电极相连，所述的第二三极管的发射极与所述的地连接，所述的第二三极管的基极与所述的控制芯片和所述的保护检测电路组成的系统连接。

优选地，所述的辅助电压控制电路的第二开关管为三极管；所述的第二稳压管的阴极与所述的第一开关管的基极相连，所述的第二稳压管的阳极与所述的第二三极管的集电极相连，所述的第二三极管的发射极与所述的地连接，所述的第二三极管的基极与所述的控制芯片和所述的保护检测电路组成的系统连接。

优选地，所述的辅助电压控制电路的第二开关管为431芯片；所述的第二稳压管的阴极与所述的第一开关管的基极相连，所述的第二稳压管的阳极与所述的431芯片的阴极相连，所述的431芯片的阳极与所述的地连接，所述的431芯片的Ref脚与所述的控制芯片和所述的保护检测电路组成的系统连接。

优选地，所述的辅助电压控制电路的第二开关管为431芯片；所述的第二稳压管的阴极与所述的第一二极管的阴极相连，所述的第二稳压管的阳极与所述的431芯片的阴极相连，所述的431芯片的阳极与所述的地连接，所述的431芯片的Ref脚与所述的控制芯片和所述的保护检测电路组成的系统连接。

本发明的有益效果如下：

本发明通过检测开关电源的主功率电路的工作状态，调节电路出现保护时辅助电源的电压，可以有效解决芯片在退出保护时出现的锁死现象，有效的规避打嗝式保护模式下出现的功率器件损坏的问题，同时由于在保护模式下将辅助电源电压降低至芯片关断电压以下，关断了芯片，减少了芯片本身的功耗，也降低了整个启动电路的功耗，减小了产品的功耗，提高了产品的设计的可靠性。

附图说明

图1为现有辅助电源供电电路图；

图2为本发明所述的具体实施例一电路图；

图3为本发明所述的具体实施例二电路图；

图4为本发明所述的具体实施例三电路图；

图5为本发明所述的具体实施例四电路图。

具体实施方式

实施例一

图2是本发明的具体实施例之一电路图，该电路由启动电路，辅助电压控制电路，辅助供电电容，控制芯片和保护检测电路组成，其中的启动电路和辅助供电电容和图1完全相同，辅助电压控制电路由第二稳压管Z2和第二三极管Q1组成，和辅助供电电容并联，具体地：第二稳压管Z2的阴极与第一二极管D1的阴极相连，第二稳压管Z2的阳极与第二三极管Q1的集电极相连，第二三极管Q1的发射极与地连接，第二三极管Q1的基极与控制芯片和保护检测电路组成的系统连接。其中第一稳压管Z1的稳压值要高于控制芯片的启动电压值V1，第二稳压管Z2的稳压值要低于控制芯片的工作电压值V2。

该电路的工作过程描述如下：当电路正常工作时，保护检测电路控制信号Vb输出低电平，辅助电压控制电路的第二三极管Q1的基极为低电平，三极管Q1关断，则第二稳压管Z2没有击穿工作，辅助供电电容C1的两端电压Vcc为Vz1-Vbe-Vd1，其中Vz1为第一稳压管Z1的稳压值，Vbe为第一三极管TR1的发射结偏置电压，Vd1为第一二极管导通压降。当保护检测电路检测到电路出现异常现象后，即电路进入保护状态，关断控制芯片，同时检测保护电路输出Vb为高电平，第二三极管Q1的基极为高电平，第二三级Q1导通，则第二稳压管Z2阳极接地，由于设计时第二稳压管Z2的稳压值Vz2低于芯片的关断电压V2，第二稳压二极管Z2导通，则辅助供电电容C1两端电压被钳位为第二稳压管Z2的稳定值电压Vz2。此时系统供电Vcc＝Vz2，又由于Vz2<V2，所以控制芯片关断，系统损耗降低。系统内除控制芯片以外的其他电路阻抗不变，当Vcc降低后，则消耗的电流减小，那么在保护的过程流过启动电路的总电流也减小，这样也减小启动电路的功耗，达到整个系统功耗降低的目的。当保护检测电路检测到系统保护状态撤销以后，则保护检测电路输出信号Vb变为低电平，第二三极管Q2关断，则第二稳压二极管Z2停止工作，辅助供电电容C1两端电压Vcc通过启动电路开始线性上升，当Vcc上升到控制芯片启动电压V1后，芯片开始正常启动，产品也进行正常启动，这样有效的解决了现有电路中出现退出保护时的锁死现象。

实施例二

如图3是本发明的实施例二电路图，与实施例一的区别在于辅助电压控制电路并联在启动电路的第一稳压管Z1两端，其基本的工作过程同实施例一一致，当系统出现保护时，保护检测电路输出控制信号Vb为高电平，辅助电压控制电路第二三极管Q1基极为高电平，第二三极管Q1导通，第二稳压管Z2导通，由于第二稳压管Z2的稳压值Vz2小于第一稳压管Z1的稳压值，故第一稳压管Z1停止工作，辅助电源电压Vcc＝Vz2-Vbe-Vd1，同样实现实时例一的保护效果。当电路退出保护模式时其工作过程同实施例一一致，在此不详细说明。

实施例三

如图4是本发明的实施例三电路图，其与实施例二的区别在于辅助电压控制电路第二三极管被替换为了第一控制芯片U1，第一控制芯片为431控制芯片，第一控制芯片U1的阴极与第二稳压管Z2的阳极相连，第一控制芯片U1的阳极与地连接，第一控制芯片U1的基准参考端与保护检测电路相连。实施例三的工作过程同实施例二的工作过程一致，在此不详细描述。

实施例四

图5也是本发明的实施例四电路图，其与实施例一的区别在于辅助电压控制电路第二三极管被替换为了第一控制芯片U1，第一控制芯片为431控制芯片，第一控制芯片U1的阴极与第二稳压管Z2的阳极相连，第一控制芯片U1的阳极与地连接，第一控制芯片U1的基准参考端与保护检测电路相连。实施例四的工作过程同实施例一的工作过程一致，在此不详细描述。

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 (10)

1.一种开关电源保护控制方法，包括启动电路、辅助供电电容、保护检测电路、辅助电压控制电路和控制芯片；

所述的启动电路用于开关电源启动过程中和开关电源进入保护状态时供电，其包括第一开关管；

所述的辅助供电电容用于存储所述的启动电路提供的能量，为所述的控制芯片和所述的保护检测电路提供能量，其一端与所述的启动电路输出端连接，另一端连接到地；

所述的辅助电压控制电路用于控制所述的开关电源进入保护状态时的辅助供电电压，包括第二开关管和第二稳压管，所述的第二开关管用于控制所述的第二稳压管的导通和关断，所述的辅助电压控制电路的控制端与所述的保护检测电路连接，所述的辅助电压控制电路输出端连接到所述的地，所述的辅助电压控制电路在所述的开关电源进入保护状态时处于开通状态，所述的辅助电压控制电路在开关电源正常工作时处于关断状态；

所述的保护检测电路检测开关电源的工作状态，控制所述的第二开关管的导通和关断，从而控制所述的辅助电源电压，当所述的工作状态进入保护状态时，辅助电源电压被调至控制芯片关断电压以下；

并且，所述的开关电源正常工作时所述的辅助电源电压高于所述的控制芯片的工作电压。

2.一种开关电源保护控制电路，包括启动电路、辅助供电电容、保护检测电路、辅助电压控制电路和控制芯片；

所述的启动电路用于开关电源启动过程中和开关电源进入保护状态时供电，其包括第一开关管；

所述的辅助供电电容用于存储所述的启动电路提供的能量，为所述的控制芯片和所述的保护检测电路提供能量，其一端与所述的启动电路输出端连接，另一端连接到地；

所述的辅助电压控制电路用于控制所述的开关电源进入保护状态时的辅助供电电压，包括第二开关管和第二稳压管，所述的第二开关管用于控制所述的第二稳压管的导通和关断，所述的辅助电压控制电路的控制端与所述的保护检测电路连接，所述的辅助电压控制电路输出端连接到所述的地，所述的辅助电压控制电路在所述的开关电源进入保护状态时处于开通状态，所述的辅助电压控制电路在开关电源正常工作时处于关断状态；

所述的保护检测电路检测开关电源的工作状态，控制所述的第二开关管的导通和关断，从而控制所述的辅助电源电压，当所述的工作状态进入保护状态时，辅助电源电压被调至控制芯片关断电压以下；

并且，所述的开关电源正常工作时所述的辅助电源电压高于所述的控制芯片的工作电压。

3.根据权利要求2所述的开关电源保护控制电路，其特征在于：所述的辅助电压控制电路与所述的辅助供电电容并联，或连接于所述的地和所述的第一开关管的控制端之间。

4.根据权利要求2所述的开关电源保护控制电路，其特征在于：所述的第一开关管是三极管，MOSFET管或IGBT。

5.根据权利要求2所述的开关电源保护控制电路，其特征在于：所述的第二开关管是三极管，MOSFET管，431芯片或IGBT。

6.根据权利要求2所述的开关电源保护控制电路，其特征在于：所述的启动电路还包括第一电阻、第二电阻、第一稳压管和第二二极管；所述的第一开关管为三极管；输入端VIN依次经所述的第一电阻、所述的第一稳压管的阴极、所述的第一稳压管的阳极后与所述的地连接；所述的输入端VIN还依次经所述的第二电阻、所述的第一开关管的集电极、所述的第一开关管的发射极、所述的第一二极管的阳极、所述的第一二极管的阴极后至输出端VCC；所述的第一开关管的基极连接至所述的第一稳压管的阳极。

7.根据权利要求6所述的开关电源保护控制电路，其特征在于：所述的第二开关管为三极管；所述的第二稳压管的阴极与所述的第一二极管的阴极相连，所述的第二稳压管的阳极与所述的第二三极管的集电极相连，所述的第二三极管的发射极与所述的地连接，所述的第二三极管的基极与所述的控制芯片和所述的保护检测电路组成的系统连接。

8.根据权利要求6所述的开关电源保护控制电路，其特征在于：所述的第二开关管为三极管；所述的第二稳压管的阴极与所述的第一开关管的基极相连，所述的第二稳压管的阳极与所述的第二三极管的集电极相连，所述的第二三极管的发射极与所述的地连接，所述的第二三极管的基极与所述的控制芯片和所述的保护检测电路组成的系统连接。

9.根据权利要求6所述的开关电源保护控制电路，其特征在于：所述的第二开关管为431芯片；所述的第二稳压管的阴极与所述的第一开关管的基极相连，所述的第二稳压管的阳极与所述的431芯片的阴极相连，所述的431芯片的阳极与所述的地连接，所述的431芯片的Ref脚与所述的控制芯片和所述的保护检测电路组成的系统连接。

10.根据权利要求6所述的开关电源保护控制电路，其特征在于：所述的第二开关管为431芯片；所述的第二稳压管的阴极与所述的第一二极管的阴极相连，所述的第二稳压管的阳极与所述的431芯片的阴极相连，所述的431芯片的阳极与所述的地连接，所述的431芯片的Ref脚与所述的控制芯片和所述的保护检测电路组成的系统连接。