CN105790222B - 开关电源的保护装置和方法、以及开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了开关电源的保护装置和方法、以及开关电源，属于电源领域。该保护装置包括电压检测模块，用于检测继电器的开关的触点间的电压值，继电器的开关连接在电源和开关电源的功率电路之间；电流检测模块，用于检测流经开关的电流值；控制模块，用于判断开关的触点间是否产生电弧，当判断触点间产生电弧时，控制开关电源停止工作。通过根据开关触点间的电压值和流经开关的电流值，判断开关的触点间是否产生电弧，当判断开关的触点间产生电弧时，控制开关电源停止工作，继电器的开关中的电流减小，当电流减小到一定程度时，电弧即可熄灭。由于通过减小流经开关中的电流来实现熄灭电弧，所以无论产生电弧时的电流有多大，都能保证电弧最终熄灭。

Description

开关电源的保护装置和方法、以及开关电源

技术领域

本发明涉及电源领域，特别涉及一种开关电源的保护装置和方法、以及开关电源。

背景技术

开关电源是利用现代电力电子技术，通过控制功率开关管导通和关断的时间比率(占空比)，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用在各种电子设备中，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源。

现有一种开关电源，其输入端设置有继电器，继电器的开关导通时，开关电源可以正常工作。在开关电源的工作过程中，若继电器的开关断开，继电器的开关的触点间常常会出现电弧现象，电弧现象不仅对开关的触点有很大的破坏作用，而且使断开电路的时间延长，严重的时候甚至烧毁电路引发火灾。因此在短时间内熄灭电弧显得非常重要。

传统的熄灭电弧的方式是在继电器的开关处设置永磁体，当开关的触点在断开时产生电弧后，电弧的路径在永磁体产生的磁场的作用下被拉伸，当电弧的长度超过一定值时，拉弧的能量不足以维持电弧，电弧便熄灭了。该方式受磁场强度的限制，只能拉断一定电流强度以内的电弧，当电弧电流过大时，磁场不足以将电弧拉断，进而可能导致继电器发热烧毁，甚至损坏整个开关电源及其他相关电路，造成重大经济损失。

发明内容

为了解决传统的电弧熄灭装置面对超过一定电流强度的电弧时不能有效熄灭电弧的问题，本发明实施例提供了开关电源的保护装置和方法、以及开关电源。所述技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种开关电源的保护装置，所述保护装置包括：

电压检测模块，用于检测继电器的开关的触点间的电压值，所述继电器的开关连接在电源和所述开关电源的功率电路之间；

电流检测模块，用于检测流经所述开关的电流值；及

控制模块，用于根据所述电压检测模块检测到的电压值和所述电流检测模块检测到的电流值，判断所述开关的触点间是否产生电弧，当判断所述开关的触点间产生电弧时，控制所述开关电源停止工作。

通过根据继电器的开关的触点间的电压值和流经开关的电流值，判断开关的触点间是否产生电弧，当判断开关的触点间产生电弧时，控制开关电源停止工作，开关电源停止工作后，继电器的开关中的电流减小，当继电器的开关中的电流减小到一定程度时，电弧即可熄灭。由于通过减小流经继电器的开关中的电流来实现熄灭电弧，所以无论产生电弧时的电流有多大，都能保证电弧最终熄灭。

进一步地，具体用于根据所述电压检测模块检测到的电压值和所述电流检测模块检测到的电流值，判断所述开关的触点间是否产生电弧，当所述开关的触点间产生电弧时，控制所述开关电源的功率电路停止工作。通过控制开关电源的功率电路停止工作，可以使得开关电源停止工作，从而熄灭电弧，这样可以不必改动开关电源的基本结构，实现简单，成本低。

优选地，所述保护装置还包括短路保护模块，所述短路保护模块用于在所述控制模块的控制下导通，以熔断连接在所述电源和所述开关之间的保险丝。通过短路保护模块熔断电源和开关之间的保险丝，可以直接断开开关电源的输入电流，将继电器的开关中的电流降低至零，从而确保开关的触点间的电弧熄灭。

进一步地，所述短路保护模块包括可控开关，所述可控开关的控制端与所述控制模块连接，所述可控开关的一端与所述电源的负极连接，所述可控开关的另一端连接在所述保险丝和所述开关之间。采用可控开关作为短路保护电路，结构简单，成本低。

第二方面，本发明实施例还提供了一种开关电源，所述开关电源包括前述第一方面提供的保护装置。

第三方面，本发明实施例还提供了一种开关电源的保护方法，所述开关电源包括功率电路和继电器，所述继电器包括连接在电源和所述功率电路之间的开关，所述保护方法包括：

获取所述继电器的开关的触点间的电压值；

获取流经所述开关的电流值；

根据所述电压值和所述电流值，判断所述开关的触点间是否产生电弧；

当所述开关的触点间产生电弧时，控制所述开关电源停止工作。

进一步地，所述当所述开关的触点间产生电弧时，控制所述开关电源停止工作，包括：控制所述开关电源的功率电路停止工作。

优选地，在所述控制所述开关电源的功率电路停止工作之后，所述保护方法还包括：

检测所述电流值是否在设定时间降为0A；

若所述电流值没有在设定时间内降低到0A，则导通短路保护模块，使得连接在所述电源和所述开关之间的保险丝熔断。

当开关的触点间产生电弧时，优先采用控制开关电源的功率电路停止工作，在可以熄灭电弧的同时，不会对开关电源的元器件造成影响。当停止开关电源的功率电路工作后，电弧仍然无法熄灭时，通过启动短路保护模块熔断连接在电源和开关之间的保险丝，可以确保电弧熄灭。

可选地，所述保护方法还包括：

获取所述继电器的驱动电压值；

根据所述驱动电压值和所述电压值，判断所述继电器是否出现异常。

通过判断继电器是否异常，可以进一步保护开关电源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种开关电源的保护装置的电路图；

图2是本发明实施例提供的另一种开关电源的保护装置的电路图；

图3是本发明实施例提供的又一种开关电源的保护装置的电路图；

图4是本发明实施例提供的一种保护方法的逻辑框图；

图5是本发明实施例提供的另一种保护方法的逻辑框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了便于了解本发明实施例，下面先简单介绍开关电源的结构。开关电源一般包括功率电路和控制电路，功率电路中最主要的器件是功率开关管，控制电路通过输出脉宽调制信号(Pulse Width Modulation，PWM)控制功率开关管导通和关断的时间比率(占空比)，以维持稳定的输出电压。

图1显示了本发明实施例提供的一种开关电源的保护装置，如图1所示，该开关电源包括继电器140和功率电路130，继电器140包括线圈142b和开关142a，继电器140的开关142a连接在电源180和开关电源的功率电路130之间。该保护装置包括：

电压检测模块110，用于检测开关142a的触点间的电压值；

电流检测模块120，用于检测流经开关142a的电流值；及

控制模块170，用于根据电压检测模块110检测到的电压值和电流检测模块120检测到的电流值，判断开关142a的触点间是否产生电弧，当判断开关142a的触点间产生电弧时，控制开关电源停止工作。

本发明实施例通过根据继电器的开关的触点间的电压值和流经开关的电流值，判断开关的触点间是否产生电弧，当判断开关的触点间产生电弧时，控制开关电源停止工作，开关电源停止工作后，继电器的开关中的电流减小，当继电器的开关中的电流减小到一定程度时，电弧即可熄灭。由于通过减小流经继电器的开关中的电流来实现熄灭电弧，所以无论产生电弧时的电流有多大，都能保证电弧最终熄灭。

图2显示了本发明实施例提供的另一种开关电源的保护装置，如图2所示，该开关电源包括继电器240和功率电路230，继电器240包括线圈242b和开关242a，继电器240242a的开关连接在电源280和开关电源的功率电路230之间。该保护装置包括：

电压检测模块210，用于检测开关242a的触点间的电压值；

电流检测模块220，用于检测流经开关242a的电流值；及

控制模块270，用于根据电压检测模块210检测到的电压值和电流检测模块220检测到的电流值，判断开关242a的触点间是否产生电弧，当判断开关242a的触点间产生电弧时，控制开关电源停止工作。

实现时，控制模块270，用于当电压检测模块210检测到的电压值超过电压设定值且电流检测模块220检测到的电流值超过电流设定值时，判断所述开关的触点间产生电弧。

进一步地，该控制模块270用于当开关242a的触点间产生电弧时，控制开关电源的功率电路230停止工作，使得开关电源停止工作，进而断开电路，使得电弧熄灭。实现时，若控制模块270采用开关电源自身的控制电路实现，则控制电路通过停止输出脉宽调制信号即能关闭功率电路230。若控制模块270采用独立于开关电源自身的控制电路实现，则控制模块270可以向开关电源自身的控制电路输出指示信号，以指示开关电源自身的控制电路停止输出脉宽调制信号至功率电路230，从而关闭功率电路230。

进一步地，电流检测模块220可以包括：采样电阻R2和第一差分测量电路，采样电阻R2串联在开关242a和开关电源的功率电路230之间，第一差分测量电路包括第一运算放大器221，第一运算放大器221的正输入端接在采样电阻R2的一端，第一运算放大器221的负输入端接在采样电阻R2的另一端，第一运算放大器221的输出端与控制模块270连接，通过第一运算放大器221测量出采样电阻R2两端的电压差，再结合采样电阻R2的阻值就可根据欧姆定律得到流经采样电阻R2的电流值，由于采样电阻R2与开关242a串联，因此流经采样电阻R2的电流值可视为流经开关242a的电流值。

可选地，电流检测模块220也可以选用电流互感器，电流互感器的输出端与控制模块270连接。

进一步地，电压检测模块210包括：第二差分测量电路，第二差分测量电路包括第二运算放大器211，第二运算放大器211的正输入端接在开关242a的一端，第二运算放大器211的负输入端接在开关242a的另一端，第二运算放大器211的输出端与控制模块270连接，通过第二运算放大器211采集开关242a的触点间的电压值，并将该电压值输送给控制模块270。

在本实施例中，控制模块270还可以用于，获取继电器240的驱动电压值；根据开关242a的触点间的电压值和继电器240的驱动电压值，判断继电器240是否出现异常。

具体地，控制模块270通过驱动电路241驱动继电器240动作，驱动电路241根据控制模块270发出的指示电压驱动继电器240，控制模块270可以根据其自身发出的指示电压获取继电器240的驱动电压值。

进一步地，该保护装置还可以包括警告模块275，警告模块275与控制模块270连接，用于在控制模块270的控制下发出警告信号。实现时，警告模块275根据接收到的信号的不同，可以发出多种警告信号，警告模块275在控制模块270判断开关242a的触点间产生电弧时发出警告Ⅰ，电弧消失后，停止发出警告Ⅰ，在控制模块270判断开关242a异常断开时，发出警告Ⅱ，在故障排除后停止发出警告Ⅱ，警告模块275包括但不限于嗡鸣器、警示灯等。

如图3所示，本发明实施例还提供了另一种开关电源的保护装置，本实施例中的保护装置与图2中所示的保护装置结构基本相同，区别在于图3所示实施例中的保护装置还设有短路保护模块250。短路保护模块250用于在控制模块270的控制下，熔断连接在电源280和开关242a之间的保险丝260，在电路中出现短路情况时，保险丝260可以迅速熔断，以起到保护电路的作用。

实现时，短路保护模块250包括可控开关251，可控开关251的控制端与控制模块270连接，可控开关251的一端与电源280的负极连接，可控开关251的另一端连接在保险丝260和开关242a之间，控制模块270通过控制端控制可控开关251的导通，当可控开关251被导通时，保险丝260被迅速熔断，达到切断电路的目的。

进一步地，可控开关251可以为可控硅，本发明并不以此为限。

需要说明的是，本申请中所提供的所有实施例中的开关142a、242a均为常开开关，即当线圈142b、242b中输入的是低电平信号时，开关142a、242a为断开状态，当输入的是高电平信号时，开关142a、242a为闭合状态，但是并不以此为限，实现时，也可以选用常闭开关。

本发明实施例还提供了一种开关电源，该开关电源包括图2或图3所示的保护装置。需要说明的是，该开关电源还包括继电器、控制电路和功率电路。该控制电路和前述控制模块可以采用同一控制器实现，以简化电路，降低成本，当然，也可以采用不同的控制器实现。

该开关电源可以为直流开关电源，也可以是交流开关电源。

本发明实施例还提供了一种开关电源的保护方法，该保护方法可以基于图1-3所示的开关电源的保护装置实现。如图4所示，该保护方法包括:

S41：获取继电器的开关的触点间的电压值；

该继电器的开关连接在电源和该开关电源的功率电路之间，例如前述继电器的开关142a、242a，实现时，该步骤S41可以采用图1、图2或图3中的电压检测模块110、210实现。

S42：获取流经该开关的电流值；

实现时，该步骤S42可以采用图1、图2或图3中的电流检测模块120、220实现。

S43：根据获取到的电压值和电流值，判断开关的触点间是否产生电弧；当开关的触点间产生电弧时，执行步骤S44；

当开关的触点间未产生电弧且开关未断开时，返回步骤S41；

当开关的触点间未产生电弧且开关断开时，退出当前流程。

S44：控制开关电源停止工作。

实现时，该步骤S43和S44可以采用图1、图2或图3中的控制模块170、270实现。

本发明实施例通过根据继电器的开关的触点间的电压值和流经开关的电流值，判断开关的触点间是否产生电弧，当判断开关的触点间产生电弧时，控制开关电源停止工作，开关电源停止工作后，继电器的开关中的电流减小，当继电器的开关中的电流减小到一定程度时，电弧即可熄灭。由于通过减小流经继电器的开关中的电流来实现熄灭电弧，所以无论产生电弧时的电流有多大，都能保证电弧最终熄灭。

本发明实施例还提供了另一种开关电源的保护方法，如图5所示，该保护方法包括：

S51：获取继电器的开关的触点间的电压值。

该继电器的开关连接在电源和开关电源的功率电路之间，例如前述继电器的开关142a、242a，实现时，该步骤S51可以采用图1、图2或图3中的电压检测模块110、210实现。

S52：判断获取到的电压值是否超过电压设定值。

当电压值超过电压设定值时，执行步骤S53和S54；当电压值未超过电压设定值时，返回步骤S51。

其中，当电压值超过电压设定值时，表示开关的触点断开；当电压值未超过电压设定值时，表示开关的触点未断开。该电压设定值可以为30V，但并不以此为限，可以根据实际情况设定。

S53：获取流经该开关的电流值。

实现时，该步骤S53可以采用图1、图2或图3中的电流检测模块120、220实现。

S54：判断电流值是否超过电流设定值；当电流值超过电流设定值时，执行步骤S55；当电流值未超过电流设定值时，则退出当前流程。

当电流值未超过电流设定值且电压值超过电压设定值时，表示开关断开但开关的触点间未产生电弧；当电流值超过电流设定值且电压值超过电压设定值时，表示开关断开且开关的触点间产生电弧。

其中，该电流设定值可以为1A，但并不以此为限，可以根据实际情况设定。

可选地，该保护方法还可以包括：当电流值未超过电流设定值且电压值超过电压设定值时，发出警告，以提示用户当前产生电弧。

S55：控制开关电源的功率电路停止工作。

通过控制开关电源的功率电路停止工作，以达到关闭功率电路的目的，进而使得开关电源停止工作。

S56：在控制开关电源的功率电路停止工作之后，检测电流值是否在设定时间降为0A；若电流值在设定时间内降低到0A，则退出当前流程；若电流值在设定时间内没有降低到0A，则执行步骤S57。

S57：导通短路保护模块。

通过导通短路保护模块，使得开关电源的保险丝熔断，保险丝连接在电源和开关之间，通过熔断保险丝使得电路彻底断开，避免了在产生电弧后，控制模块无法通过关闭功率电路快速熄灭电弧时可能导致的继电器损坏。

在本实施例中，该保护方法还可以包括：

当电压值超过电压设定值时，判断继电器的驱动电压值是否为设定值，若继电器的驱动电压值为设定值，则发出警告，以提示用户当前继电器出现异常断开。

当继电器的驱动电压值不为设定值时，表示开关当前为正常断开，而继电器的驱动电压值为设定值时，表示开关当前为非正常断开，则需要发出警告。该设定值可以为12V但并不以此为限，可以根据实际情况设定。

需要说明的是，步骤S51和S53可以同时执行，并且，可以以相同的采样间隔进行采样。此外，步骤S52和S54也可以同时执行。

本发明实施例通过根据继电器的开关的触点间的电压值和流经开关的电流值，判断开关的触点间是否产生电弧，当判断开关的触点间产生电弧时，控制开关电源停止工作，开关电源停止工作后，继电器的开关中的电流减小，当继电器的开关中的电流减小到一定程度时，电弧即可熄灭。由于通过减小流经继电器的开关中的电流来实现熄灭电弧，所以无论产生电弧时的电流有多大，都能保证电弧最终熄灭。并且，本实施例通过获取继电器的开关的触点间的电压值和继电器的驱动电压值判断继电器是否正常工作，并且在判断继电器异常时发出警告。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种开关电源的保护装置，其特征在于，所述保护装置包括：

电压检测模块，用于检测继电器的开关的触点间的电压值，所述继电器的开关连接在电源和所述开关电源的功率电路之间；

电流检测模块，用于检测流经所述开关的电流值；及

控制模块，用于根据所述电压检测模块检测到的电压值和所述电流检测模块检测到的电流值，判断所述开关的触点间是否产生电弧，当判断所述开关的触点间产生电弧时，控制所述开关电源停止工作。

2.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述控制模块具体用于根据所述电压检测模块检测到的电压值和所述电流检测模块检测到的电流值，判断所述开关的触点间是否产生电弧，当所述开关的触点间产生电弧时，控制所述开关电源的功率电路停止工作。

3.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述保护装置还包括短路保护模块，所述短路保护模块用于在所述控制模块的控制下导通，以熔断连接在所述电源和所述开关之间的保险丝。

4.根据权利要求3所述的保护装置，其特征在于，所述短路保护模块包括可控开关，所述可控开关的控制端与所述控制模块连接，所述可控开关的一端与所述电源的负极连接，所述可控开关的另一端连接在所述保险丝和所述开关之间。

5.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述电流检测模块包括：采样电阻和第一差分测量电路，所述采样电阻串联在所述开关和所述开关电源的功率电路之间，所述第一差分测量电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的正输入端连接在所述采样电阻的一端，所述第一运算放大器的负输入端连接在所述采样电阻的另一端，所述第一运算放大器的输出端与所述控制模块连接。

6.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述电压检测模块包括：第二差分测量电路，所述第二差分测量电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的正输入端连接在所述开关的一端，所述第二运算放大器的负输入端连接在所述开关的另一端，所述第二运算放大器的输出端与所述控制模块连接。

7.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括如权利要求1-6任一项所述的保护装置。

8.一种开关电源的保护方法，所述开关电源包括功率电路和继电器，所述继电器包括连接在电源和所述功率电路之间的开关，其特征在于，所述保护方法包括：

获取所述开关的触点间的电压值；

获取流经所述开关的电流值；

根据所述电压值和所述电流值，判断所述开关的触点间是否产生电弧；

当所述开关的触点间产生电弧时，控制所述开关电源停止工作。

9.根据权利要求8所述的保护方法，其特征在于，所述当所述开关的触点间产生电弧时，控制所述开关电源停止工作，包括：

控制所述开关电源的功率电路停止工作。

10.根据权利要求9所述的保护方法，其特征在于，在所述控制所述开关电源的功率电路停止工作之后，所述保护方法还包括：

检测所述电流值是否在设定时间降为0A；

若所述电流值没有在设定时间内降低到0A，则导通短路保护模块，使得连接在所述电源和所述开关之间的保险丝熔断。

11.根据权利要求8-10任一项所述的保护方法，其特征在于，所述保护方法还包括：

获取所述继电器的驱动电压值；

根据所述驱动电压值和所述电压值，判断所述继电器是否出现异常。