CN105406721A - 一种输入欠压保护电路及开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种输入欠压保护电路，利用了主控制器IC1的启动电压大于关闭电压的特点，通过由输入电压采样电路、分压电路、开关管组成的输入欠压保护电路调整为主控制器IC1供电的电压，从而实现了输入欠压保护及滞环功能，本发明无需使用运算放大器、额外的辅助电源、多个三极管、专用IC等元件，电路简单、成本低廉，由于具有滞环功能，在实际应用中可避免电源在保护点频繁启动，电源性能更佳。本发明还公开一种使用上述输入欠压保护电路的开关电源。

Description

一种输入欠压保护电路及开关电源

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种输入欠压保护电路及开关电源。

背景技术

开关电源在实际应用中常因使用环境的异常而损坏，输入欠压是其中一种较常见的破坏因素。输入欠压会导致电源内部出现控制环路不稳定、功率器件过热、磁性器件饱和等异常情况，容易引起电源损坏，为了解决该问题，常见的方案是增加欠压保护电路。

中国实用新型专利CN202334295U公开了一种输入欠压保护电路装置，其关注点在IC设计本身，通过控制专用IC的内部使能功能来实现输入欠压保护。中国实用新型专利CN202488832U公开了一种输入欠压保护电路，其采用的也是一种拥有内部欠压保护电路的专用IC。市面上还有一些产品使用专用IC的Brownout(电压过低)功能脚实现欠压保护。采用专用IC的方案，一般成本高，可选择的器件较少，且无替代物料。

中国实用新型专利CN201846066U公开了一种带有迟滞功能的欠压保护电路，其控制线路较复杂，需要用到运算放大器，通过关断开关管实现欠压保护。市面上也有一些产品需要用到运算放大器，由于给运算放大器供电需要额外的辅助电源，因此，此类方案的电路一般较复杂，成本较高。另外，也有一些通过多个三极管、稳压管控制欠压保护点的方案，由于用到的器件较多，因此电路也较复杂，且稳压管受温度和导通电流的影响较大，精度较差。

中国实用新型专利CN201937238U公开了一种输入欠压保护电路，通过IC的“使能”脚实现欠压保护，误差较大，且无“滞环”设计(即开关电源的输入电压必须较高于欠压保护设定电压，才能重新开启开关电源，从而避免开关电源的输入电压在欠压保护设定电压附近波动时开关电源的频繁开启或关断)，容易导致电源在保护点频繁启动。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种无需使用专用IC、电路简单且能实现滞环功能的输入欠压保护电路。

为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案。

一种输入欠压保护电路，用于开关电源中，包括输入电压采样电路、分压电路、开关管，其中：

所述输入电压采样电路与电源输入端相连，用于采样输入电压并保持输入峰值电压；

所述分压电路包括两个串联的分压电阻，所述分压电路与所述输入电压采样电路并联；

所述开关管的控制端连接于所述两分压电阻的连接点，所述开关管的输出端连接于开关电源的主控制器IC1的供电引脚。

进一步地，所述输入电压采样电路包括电容C1，电容C1的两端连接于电源输入端正极和地之间。

进一步地，所述输入电压采样电路包括串联的二极管D1、电容C1，二极管D1的阳极连接于电源输入端正极，二极管D1的阴极连接于电容C1的一端，电容C1的另一端接地。。

进一步地，所述分压电路与电容C1并联，所述分压电路包括串联的分压电阻R1、分压电阻R2，分压电阻R1的另一端连接于二极管D1的阴极，分压电阻R2的另一端接地，所述开关管的控制端连接于分压电阻R1与分压电阻R2连接点。

进一步地，所述开关管的输入端分别与电源输入端正极、开关电源的辅助绕组连接。

进一步地，所述开关管为NMOS管，其栅极连接于分压电阻R1与分压电阻R2的连接点，其源极连接于主控制器IC1的供电引脚，其漏极通过一限流电阻R3与电源输入端正极连接。

进一步地，所述开关管的控制端通过一高频滤波电容C2接地。

进一步地，所述开关管的控制端还与一稳压二极管ZD的阴极连接，该稳压二极管ZD的阳极与地连接。

本发明所解决的技术问题还在于提供一种使用上述输入欠压保护电路的开关电源，其包括主变压器T1，位于主变压器T1初级侧的电源输入端，与电源输入端连接的输入欠压保护电路，与输入欠压保护电路连接的初级控制电路，位于变压器T1次级侧的次级控制电路，以及用于将次级控制电路的反馈信号传递到初级控制电路的隔离器件。

进一步地，该开关电源的输入欠压保护滞环△Vac为：

$\mathrm{\Δ}Vac=(Von-Voff)\×\frac{(R1+R2)}{R2\×\sqrt{2}}$

其中，Von代表主控制器IC1的开启电压，Voff代表主控制器IC1的关闭电压，R1为连接于所述输入电压采样电路正极的分压电阻的阻值、R2为另一分压电阻的阻值。

本发明的有益技术效果在于：本发明利用了主控制器IC1的启动电压大于关闭电压的特点，通过由输入电压采样电路、分压电路、开关管组成的输入欠压保护电路调整为主控制器IC1供电的电压，从而实现了输入欠压保护及滞环功能，本发明无需使用运算放大器、额外的辅助电源、多个三极管、专用IC等元件，电路简单、成本低廉，由于具有滞环功能，在实际应用中可避免电源在保护点频繁启动，电源性能更佳。

附图说明

图1是一种开关电源的电路图。

图2是在一些实施例中输入欠压保护电路的电路图。

具体实施方式

为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

参考图1所示，一种开关电源包括主变压器T1、位于主变压器T1初级侧的电源输入端10、与电源输入端10连接的输入欠压保护电路20、与输入欠压保护电路20连接的初级控制电路30、位于变压器T1次级侧的次级控制电路40、以及将次级控制电路40的反馈信号(电流采样信号、电压采样信号)传递到初级控制电路30的光电耦合器OC1。

在一些实施例中，电源输入端10的交流电通过整流桥BR1后输出。

主变压器T1包括初级绕组N1、辅助绕组N3和次级绕组N2，初级绕组N1包括第一端N11和第二端N12，辅助绕组N3包括第三端N31和第四端N32，次级绕组N2包括第五端N21和第六端N22。

该输入欠压保护电路20包括输入电压采样电路、分压电路、开关管，其中开关管可以是开关MOS管、三极管等。

输入电压采样电路与电源输入端10相连，用于采样输入电压并保持输入峰值电压，其包括电容C1，电容C1的两端连接于电源输入端10正极和地之间，所述分压电路与电容C1并联。为了防止反接及电流倒灌，优选将一二极管D1的阳极连接于电源输入端10正极，二极管D1的阴极连接于电容C1的一端，电容C1的另一端接地。分压电路包括分压电阻R1、分压电阻R2，开关管Q1优选为NMOS管，其栅极连接于分压电阻R1与分压电阻R2的连接点，其源极连接于主控制器IC1的供电引脚Pvcc，其漏极通过一限流电阻R3与电源输入端10正极连接。开关管Q1的栅极通过一高频滤波电容C2接地，用于滤除高频干扰，避免误触发。开关管Q1的栅极还与一稳压二极管ZD的阴极连接，该稳压二极管ZD的阳极与地连接，以稳定开关管Q1的栅极电压,避免栅极电压过高损坏开关管Q1。开关管Q1的漏极还通过一二极管D2与辅助绕组N3的第三端N31连接，为辅助绕组供电和主控制器IC1供电之间的开关。开关管Q1的漏极和源极还分别连接有滤波电容C4、滤波电容C3。

初级控制电路30包括主控制器IC1、开关管Q2及一些外围电路，主控制器IC1为一种PWM控制芯片，其供电引脚Pvcc与开关管Q1的输出端连接，主控制器IC1的反馈信号引脚FB连接于光电耦合器OC1的3脚(光电耦合器OC1的4脚接地)，主控制器IC1的输出引脚Out连接开关管Q2的控制端。开关管Q2的输入端连接初级绕组N1的第二端N12，开关管Q2的输出端接地。初级绕组N1的第一端N11和第二端N12之间还连接有一吸收电路。

次级控制电路40包括输出整流滤波电路、次级控制器IC2，次级控制器IC2的供电引脚Svcc与次级绕组N2的第五端N21连接，次级控制器IC2的电压采样引脚Vsen、电流采样引脚Isen分别与次级绕组N2的第五端N21、第六端N22连接。次级控制器IC2的输出引脚Vc通过一限流电阻R4与光电耦合器OC1的1脚连接(光电耦合器OC1的2脚与次级绕组N2的第五端N21连接)。

该开关电源在工作时，次级控制电路40将电流、电压采样的结果通过光电耦合器OC1反馈到初级控制电路30的主控制器IC1，主控制器IC1根据该采样结果控制开关管Q2的工作状态，从而实现对输出电流或电压的控制。由于该主控制器IC1还与输入欠压保护电路20连接，主控制器IC1还根据输入欠压保护电路20的工作情况控制开关管Q2的工作状态，因此本开关电源在输入电压欠压时会关闭输出，以保护电源，其详细工作原理如下：

参考图2所示，图2是在一些实施例中输入欠压保护电路20的基本结构图，与图1相比，去掉了滤波电容C4、滤波电容C3、限流电阻R3、稳压二极管ZD。

开关管Q1的输出端电压Vcc_ic给主控制器IC1供电，而输出端电压Vcc_ic的值为该开关管Q1控制端电压Vac_sen与该开关管Q1阈值电压Vth的差，即得到表达式(1)：

Vcc_ic＝Vac_sen-Vth(1)

Vac_sen的值等于分压电阻R2两端的电压，而分压电阻R2两端的电压与电源输入端10电压有关。具体的，设输入的交流电压为Vac，该交流峰值电压值为Vac_peak，其中:

$Vac\_peak=\sqrt{2}\×Vac---\left(2\right)$

根据分压电路原理可知:

$Vac\_sense=Vac\_peak\×\frac{R2}{R1+R2}---\left(3\right)$

式(3)中，R1为分压电阻R1的阻值，R2为分压电阻R2的阻值。

可见，针对不同的主控制器IC1，在主控制器IC1的开通和关闭电压已经确定的情况下，分压电阻R1、分压电阻R2的电阻值之比直接决定该开关电源的开启电压Vac_on和开关电源的关闭电压Vac_off(即欠压保护电压)。具体的：

当输入电压Vac未达到Vac_on时，输出端电压Vcc_ic的值未达到主控制器IC1的开启电压Von表示；

当输入电压Vac达到Vac_on时，输出端电压Vcc_ic的值达到主控制器IC1开启电压Von时，即Von＝Vcc_ic，主控制器IC1启动输出PWM，该开关电源开始正常工作，推导可得该开关电源的启动电压有效值Vac_on为：

$Vac\_on=(Von+Vth)\×\frac{(R1+R2)}{R2\×\sqrt{2}}---\left(4\right)$

当输入电压Vac下降到低于Vac_off时，输出端电压Vcc_ic的值低于主控制器IC1的关闭电压Voff时，主控制器IC1关闭PWM输出，开关电源进入欠压保护状态，推导可得该开关电源的关闭电压有效值Vac_off为：

$Vac\_off=(Voff+Vth)\×\frac{(R1+R2)}{R2\×\sqrt{2}}---\left(5\right)$

由于主控制器IC1的启动电压大于关闭电压，所以开关电源开通的输入电压值也大于关闭的输入电压值，也即开通输入电压值和关闭输入电压值之间有滞环，避免了该开关电源开通瞬间的输入电压突降导致的再次关机，从而开机失败。具体的，由式(4)、式(5)可知，输入欠压保护滞环△Vac为：

$\mathrm{\Δ}Vac=Vac\_on-Vac\_off=(Von-Voff)\×\frac{(R1+R2)}{R2\×\sqrt{2}}---\left(6\right)$

本发明利用了主控制器IC1的启动电压大于关闭电压的特点，通过由输入电压采样电路、分压电路、开关管组成的输入欠压保护电路调整为主控制器IC1供电的电压，从而实现了输入欠压保护及滞环功能。本发明无需使用运算放大器、额外的辅助电源、多个三极管、专用IC等元件，电路简单、成本低廉，由于具有滞环功能，在实际应用中可避免电源在保护点频繁启动，电源性能更佳。

以上仅为本发明的优选实施例，而非对本发明做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种输入欠压保护电路，用于开关电源中，其特征在在于，所述欠压保护电路包括输入电压采样电路、分压电路、开关管，其中：

所述输入电压采样电路与电源输入端相连，用于采样输入电压并保持输入峰值电压；

所述分压电路包括两个串联的分压电阻，所述分压电路与所述输入电压采样电路并联；

所述开关管的控制端连接于所述两分压电阻的连接点，所述开关管的输出端连接于开关电源的主控制器IC1的供电引脚。

2.如权利要求1所述的输入欠压保护电路，其特征在于，所述输入电压采样电路包括电容C1，电容C1的两端连接于电源输入端正极和地之间。

3.如权利要求1所述的输入欠压保护电路，其特征在于，所述输入电压采样电路包括串联的二极管D1、电容C1，二极管D1的阳极连接于电源输入端正极，二极管D1的阴极连接于电容C1的一端，电容C1的另一端接地。

4.如权利要求1所述的输入欠压保护电路，其特征在于，所述分压电路与电容C1并联，所述分压电路包括串联的分压电阻R1、分压电阻R2，分压电阻R1的另一端连接于二极管D1的阴极，分压电阻R2的另一端接地，所述开关管的控制端连接于分压电阻R1与分压电阻R2连接点。

5.如权利要求1所述的输入欠压保护电路，其特征在于，所述开关管的输入端分别与电源输入端正极、开关电源的辅助绕组连接。

6.如权利要求4所述的输入欠压保护电路，其特征在于，所述开关管为NMOS管，其栅极连接于分压电阻R1与分压电阻R2的连接点，其源极连接于主控制器的供电引脚，其漏极通过一限流电阻R3与电源输入端正极连接。

7.如权利要求1所述的输入欠压保护电路，其特征在于，所述开关管的控制端通过一高频滤波电容C2接地。

8.如权利要求1所述的输入欠压保护电路，其特征在于，所述开关管的控制端与一稳压二极管ZD的阴极连接，该稳压二极管ZD的阳极与地连接。

9.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括主变压器T1、位于主变压器T1初级侧的电源输入端、与电源输入端连接的如权利要求1～8所述的输入欠压保护电路、与输入欠压保护电路连接的初级控制电路、位于变压器T1次级侧的次级控制电路，以及用于将次级控制电路的反馈信号传递到初级控制电路的隔离器件。

10.如权利要求9所述的开关电源，其特征在于，该开关电源具有输入欠压保护滞环△Vac，其值为：

$\mathrm{\Δ}Vac=(Von-Voff)\×\frac{(R1+R2)}{R2\×\sqrt{2}}$

其中，Von代表主控制器IC1的开启电压，Voff代表主控制器IC1的关闭电压，R1为连接于所述输入电压采样电路正极的分压电阻的阻值、R2为另一分压电阻的阻值。