CN107681636A - 一种过压保护电路以及开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过压保护电路以及开关电源，其中，过压保护电路通过过压检测模块接收外部的采样信号，通过输入模块接收外部的交流信号。当采样信号的电压小于或等于预设阈值时，过压检测模块控制开关模块处于导通状态，输出模块输出供电信号；当采样信号的电压大于预设阈值时，过压检测模块控制开关模块处于断开状态，输出模块停止输出供电信号。开关电源包括过压保护电路、电源管理电路和交直流转换电路。交直流转换电路用于接入市电转换为直流电为用电设备供电。电源管理电路用于根据过压保护电路输出的供电信号控制交直流转换电路的工作状态。本发明实现了对线路的过压保护，防止过高电压对电路元器件造成损害。

Description

一种过压保护电路以及开关电源

技术领域

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种过压保护电路以及开关电源。

背景技术

按照目前开关电源的设计标准，输入电压设定在交流90V-264V范围内。我国大部分地区的市电能够符合此标准，然而，在一些特殊地区，例如偏远山区或者第三方国家，由于供电系统不稳定，导致市电电压极其不稳定，有时候市电电压还可能会超过380V。这种极高的电压会对开关电源造成不可逆的损坏，甚至可能造成起火等灾害。如果为了避免这种情况，提高开关电源中元器件的规格，比如电容的额定电压设为600V、提高MOS管和肖特基的耐压等，都会导致器件成本增加甚至翻倍，一般厂商不会采用此种做法。

综上，在现有技术中存在由于市电电压不稳，会对开关电源的元器件造成损害，影响使用寿命的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种过压保护电路以及开关电源，旨在解决现有技术中存在的由于市电电压不稳，会对开关电源的元器件造成损害，影响使用寿命的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种过压保护电路，包括过压检测模块、开关模块、输入模块和输出模块。

过压检测模块的输出端连接开关模块的受控端，输入模块的输出端连接开关模块的输入端，开关模块的输出端连接输出模块的输入端。

过压检测模块的输入端接收外部的采样信号，过压检测模块根据采样信号控制开关模块在导通状态和断开状态之间切换。

当采样信号的电压小于或等于预设阈值时，过压检测模块控制开关模块处于导通状态，开关模块的输入端和输出端之间导通；当采样信号的电压大于预设阈值时，过压检测模块控制开关模块处于断开状态，开关模块的输入端和输出端之间断开。

输入模块的输入端接收外部的交流信号，输入模块对交流信号进行整流滤波处理后输出直流信号至开关模块的输入端。

当开关模块处于导通状态时，开关模块的输出端输出直流信号至输出模块，输出模块对直流信号进行限流滤波处理后输出供电信号。

当开关模块处于断开状态时，输出模块停止输出供电信号。

在一个实施例中，过压检测模块包括分压单元和比较单元。

分压单元的输入端为过压检测模块的输入端，分压单元的输出端连接比较单元的输入端，比较单元的输出端为过压检测模块的输出端。

分压单元接入采样信号进行分压处理后输出降压采样信号至比较单元，比较单元根据降压采样信号的电压大小，控制开关模块处于断开状态或者导通状态。

在一个实施例中，分压单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容。

第一电阻的第一端为分压单元的输入端，第一电阻的第二端接第二电阻的第一端，第二电阻的第二端与第三电阻的第一端和第一电容的第一端共接形成分压单元的输出端，第三电阻的第二端和第一电容的第二端共接于地。

在一个实施例中，比较单元包括可调节精密并联稳压器和第二电容。

可调节精密并联稳压器的参考极与第二电容的第一端共接形成比较单元的输入端，可调节精密并联稳压器的阴极与第二电容的第二端共接形成比较单元的输出端，可调节精密并联稳压器的阳极接地。

在一个实施例中，开关模块包括降流单元和开关管单元。

降流单元的第一端与开关管单元的高电位端共接形成开关模块的输入端，降流单元的第二端与开关管单元的受控端共接形成开关模块的受控端，开关管单元的低电位端为开关模块的输出端。

在一个实施例中，开关管单元包括第一三极管。

第一三极管的基极为开关管单元的受控端，第一三极管的集电极为开关管单元的高电位端，第一三极管的发射极为开关管单元的低电位端。

在一个实施例中，输入模块包括限流单元、整流单元和滤波单元。

限流单元的输入端为输入模块的输入端，限流单元的输出端连接整流单元的输入端，整流单元的输出端与滤波单元的输入端共接形成输入模块的输出端，滤波单元的输出端接地。

本发明实施例的第二方面提供了一种开关电源，包括如上所述的过压保护电路，还包括电源管理电路和交直流转换电路。

过压保护电路分别与电源管理电路和交直流转换电路连接，电源管理电路与交直流转换电路连接。

交直流转换电路分别输出采样信号和交流信号至过压保护电路。

当采样信号的电压小于或等于预设阈值时，过压保护电路根据交流信号输出供电信号至电源管理电路，以使电源管理电路控制交直流转换电路工作。

当采样信号的电压大于预设阈值时，过压保护电路停止输出供电信号至电源管理电路，以使电源管理电路控制交直流转换电路停止工作。

在一个实施例中，交直流转换电路包括输入整流滤波模块、PWM控制模块、变压器模块和输出滤波模块，变压器模块包括初级绕组、次级绕组及辅助绕组。

输入整流滤波模块的输入端用于接入市电，输入整流滤波模块的输出端连接初级绕组的第一端，输入整流滤波模块的采样端连接过压保护电路的采样信号输入端。

电源管理电路的电源端连接过压保护电路的供电信号输出端，电源管理电路的PWM信号输出端连接PWM控制模块的输入端，PWM控制模块的输出端连接初级绕组的第二端，。

过压保护电路的交流信号输入端连接辅助绕组的第一端。

输出滤波模块的输入端连接次级绕组的第一端，次级绕组第二端和辅助绕组第二端分别用于接地。

在一个实施例中，电源管理电路包括脉冲宽度调制芯片。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过过压检测模块限定对采样信号进行过压保护的预设阈值，当发生过电压时，过压检测模块检测到采样信号超过预设阈值，控制开关模块切换到断开状态，从而使输出模块停止输出供电信号，整个过压保护电路无输出信号，从而停止对后级电路供电，后级电路停止工作，实现了对线路的过压保护，防止过高电压对电路元器件造成损害。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一个实施例提供的过压保护电路的结构示意图；

图2为本发明的一个实施例提供的过压保护电路的结构示意图；

图3为本发明的一个实施例提供的过压保护电路的电路结构示意图；

图4为本发明的一个实施例提供的开关电源的结构示意图；

图5为本发明的一个实施例提供的开关电源的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本方案保护的范围。

本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

以下结合具体附图对本发明的实现进行详细地描述：

实施例1：

图1示出了本发明一实施例所提供的一种过压保护电路100的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图1所示，本发明实施例所提供的一种过压保护电路100，包括过压检测模块110、开关模块120、输入模块130和输出模块140。

过压检测模块110的输出端连接开关模块120的受控端，输入模块130的输出端连接开关模块120的输入端，开关模块120的输出端连接输出模块140的输入端。

过压检测模块110的输入端接收外部的采样信号Sample，过压检测模块110根据采样信号Sample控制开关模块120在导通状态和断开状态之间切换。

当采样信号Sample的电压小于或等于预设阈值时，过压检测模块110控制开关模块120处于导通状态，开关模块120的输入端和输出端之间导通。当采样信号Sample的电压大于预设阈值时，过压检测模块110控制开关模块120处于断开状态，开关模块120的输入端和输出端之间断开。

输入模块130的输入端接收外部的交流信号AC，输入模块130对交流信号进行整流滤波处理后输出直流信号至开关模块120的输入端。

当开关模块120处于导通状态时，开关模块120的输出端输出直流信号至输出模块140，输出模块140对直流信号进行限流滤波处理后输出供电信号VCC。

当开关模块120处于断开状态时，输出模块140停止输出供电信号VCC。

在具体应用中，过压保护电路100用于分别连接电源管理电路200和交直流转换电路300，过压保护电路100分别与电源管理电路200和交直流转换电路300连接，电源管理电路200与交直流转换电路300连接。

交直流转换电路300用于接入市电转换为直流电为用电设备供电。

电源管理电路200用于控制交直流转换电路300的工作状态，具体包括控制交直流转换电路300持续工作或者停止工作，以及控制交直流转换电路300输出的直流电的电压。

过压保护电路100从交直流转换电路300中采集到跟随市电变化的采样信号Sample和交流信号AC，过压保护电路100根据交流信号AC输出供电信号VCC至电源管理电路200，已给电源管理电路200供电。过压保护电路100对采样信号Sample进行监测，当发生市电过压时，采样信号Sample的电压大于预设阈值，过压保护电路100停止对电源管理电路200供电，电源管理电路200停止工作，使得交直流转换电路300也停止输出。待市电电压稳定后，采样信号Sample的电压降至预设阈值以下，过压保护电路100重新对电源管理电路200供电，电源管理电路200和交直流转换电路300开始正常工作。

本发明实施例中，通过过压检测模块110限定对采样信号Sample进行过压保护的预设阈值，当发生过电压时，过压检测模块110检测到采样信号Sample超过预设阈值，控制开关模块120切换到断开状态，从而使输出模块140停止输出供电信号VCC，整个过压保护电路100无输出信号，从而停止对后级电路供电，后级电路停止工作，实现了对线路的过压保护，防止过高电压对电路元器件造成损害。

实施例2：

实施例2是对实施例1所提供的过压保护电路100结构的进一步细化。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，图1中的过压检测模块110包括分压单元111和比较单元112。

分压单元111的输入端为过压检测模块110的输入端，分压单元111的输出端连接比较单元112的输入端，比较单元112的输出端为过压检测模块110的输出端。

分压单元111接入采样信号Sample进行分压处理后输出降压采样信号至比较单元112，比较单元112根据降压采样信号的电压大小，控制开关模块120处于断开状态或者导通状态。

本实施例中，通过分压单元111对采样信号Sample进行分压降压处理后再输出至比较单元112，比较单元112控制开关模块120的工作状态。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，图1中的开关模块120包括降流单元121和开关管单元122。

降流单元121的第一端与开关管单元122的高电位端共接形成开关模块120的输入端，降流单元121的第二端与开关管单元122的受控端共接形成开关模块120的受控端，开关管单元122的低电位端为开关模块120的输出端。

本实施例中，开关管单元122的受控端用于接入降压采样信号，开关管单元122的高电位端用于接入直流信号，开关管单元122的低电位端用于输出直流信号，开关管单元122根据降压采样信号断开或者导通其高电位端与低电位端之间的连接。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，图1中输入模块130包括限流单元131、整流单元132和滤波单元133。

限流单元131的输入端为输入模块130的输入端，限流单元131的输出端连接整流单元132的输入端，整流单元132的输出端与滤波单元133的输入端共接形成输入模块130的输出端，滤波单元133的输出端接地。

本实施例中，限流单元131的输入端接入交流信号AC，通过整流单元132和滤波单元133处理后输出直流信号至开关模块120。

实施例3：

实施例3是对实施例2所提供的过压保护电路100结构的进一步细化。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，图2中的分压单元111包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一电容C1。

第一电阻R1的第一端为分压单元111的输入端，第一电阻R1的第二端接第二电阻R2的第一端，第二电阻R2的第二端与第三电阻R3的第一端和第一电容C1的第一端共接形成分压单元111的输出端，第三电阻R3的第二端和第一电容C1的第二端共接于地。

本实施例中，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一电容C1组成的分压单元111对采样信号Sample进行分压处理，输出降压采样信号。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，图2中的比较单元112包括可调节精密并联稳压器U2和第二电容C2。

可调节精密并联稳压器U2的参考极R与第二电容C2的第一端共接形成比较单元112的输入端，可调节精密并联稳压器U2的阴极K与第二电容C2的第二端共接形成比较单元112的输出端，可调节精密并联稳压器U2的阳极A接地。

本实施例中，可调节精密并联稳压器U2的参考极R接入降压采样信号。当降压采样信号大于限定值时，可调节精密并联稳压器U2的阴极K与阳极A导通。当降压采样信号小于或等于限定值时，可调节精密并联稳压器U2的阴极K与阳极A断开。限定值由可调节精密并联稳压器U2的器件性能限定。

在一个实施例中，可调节精密并联稳压器U2的型号为TL431。

TL431的内部由2.5V的基准源、运算放大器和三极管组成，其工作原理为：只有当输入TL431参考极的信号电压高于2.5V时，三极管中才会有电流通过，即其阴极与阳极导通，当输入TL431参考极的信号电压小于或等于2.5V时，,三极管处于截止状态，及其阴极和阳极断开。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，图2中的开关管单元122包括第一三极管Q1。

第一三极管Q1的基极为开关管单元122的受控端，第一三极管Q1的集电极为开关管单元122的高电位端，第一三极管Q1的发射极为开关管单元122的低电位端。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，图2中的降流单元121包括第四电阻R4。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，图2中的限流单元131包括第五电阻R5。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，图2中的整流单元132包括第一二极管D1，第一二极管D1的阳极为整流单元132的输入端，第一二极管D1的阴极为整流单元132的输出端。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，图2中的滤波单元133包括第三电容C3。

如图3所示，在本发明的一个实施例中，图2中的输出模块140包括第六电阻R6、第四电容C4和第五电容C5，第六电阻R6的第一端为输出模块140的输入端，第六电阻R6的第二端与第四电容C4的第一端和第五电容C5的第一端共接形成输出模块140的输出端，第四电容C4的第二端与第五电容C5的第二端共接于地。

如图3所示，本电路的工作原理为：当采样信号Sample小于或等于预设阈值时，可调节精密并联稳压器U2的阴极K与阳极A断开，交流信号AC通过第五电阻R5、第一二极管D1和第四电阻R4给到第一三极管Q1的基极，第一三极管Q1导通，输出模块140输出供电信号VCC。当采样信号Sample大于预设阈值时，可调节精密并联稳压器U2的阴极K与阳极A导通，第一三极管Q1的基极接地，第一三极管Q1截止，输出模块140停止输出供电信号VCC。

实施例4：

图4示出了本发明实施例4所提供的一种开关电源1的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例4相关的部分，详述如下：

如图4所示，本发明实施例4所提供的一种开关电源1，包括如上所述的过压保护电路100，还包括电源管理电路200和交直流转换电路300。

过压保护电路100分别与电源管理电路200和交直流转换电路300连接，电源管理电路200与交直流转换电路300连接。

交直流转换电路300分别输出采样信号Sample和交流信号AC至过压保护电路100。

当采样信号Sample的电压小于或等于预设阈值时，过压保护电路100根据交流信号AC输出供电信号VCC至电源管理电路200，以使电源管理电路200控制交直流转换电路300工作。

当采样信号Sample的电压大于预设阈值时，过压保护电路100停止输出供电信号VCC至电源管理电路200，以使电源管理电路200控制交直流转换电路300停止工作。

本实施例中，电源管理电路200输出脉冲宽度调制信号PWM至交直流转换电路300，用以控制交直流转换电路300的工作状态。

本实施例中，交直流转换电路300用于接入市电转换为直流电为用电设备供电。电源管理电路200用于根据过压保护电路100输出的供电信号VCC控制交直流转换电路300的工作状态

如图5所示，在本发明的一个实施例中，交直流转换电路300包括输入整流滤波模块310、PWM控制模块320、变压器模块330和输出滤波模块340，变压器模块330包括初级绕组、次级绕组及辅助绕组。

输入整流滤波模块310的输入端用于接入市电，输入整流滤波模块310的输出端连接初级绕组的第一端，输入整流滤波模块310的采样端连接过压保护电路100的采样信号Sample输入端。

电源管理电路200的电源端连接过压保护电路100的供电信号VCC输出端，电源管理电路200的PWM信号输出端连接PWM控制模块320的输入端，PWM控制模块320的输出端连接初级绕组的第二端，。

过压保护电路100的交流信号输入端连接辅助绕组的第一端。

输出滤波模块340的输入端连接次级绕组的第一端，次级绕组第二端和辅助绕组第二端分别用于接地。

在本发明的一个实施例中，电源管理电路200包括脉冲宽度调制芯片。

本发明实施例的工作原理为：当市电电压稳定在设定范围内时，输入整流滤波模块310输出的采样信号Sample小于或等于预设阈值，辅助绕组将交流信号AC传输至过压保护电路100，过压保护电路100将供电信号VCC传输至电源管理电路200进行供电，交直流转换电路300正常工作，整个开关电源1正常工作。当市电电压超过设定范围内时，输入整流滤波模块310输出的采样信号Sample大于预设阈值，过压保护电路100停止对电源管理电路200进行供电，交直流转换电路300停止工作，整个开关电源1停止工作。待市电电压稳定至设定范围内时，开关电源1重新开始工作。

需要说明的是，本发明说明书和附图中标号相同的端口或引脚即为连通。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种过压保护电路，其特征在于，包括过压检测模块、开关模块、输入模块和输出模块；

所述过压检测模块的输出端连接所述开关模块的受控端，所述输入模块的输出端连接所述开关模块的输入端，所述开关模块的输出端连接所述输出模块的输入端；

所述过压检测模块的输入端接收外部的采样信号，所述过压检测模块根据所述采样信号控制所述开关模块在导通状态和断开状态之间切换；

当所述采样信号的电压小于或等于预设阈值时，所述过压检测模块控制所述开关模块处于导通状态，所述开关模块的输入端和输出端之间导通；当所述采样信号的电压大于预设阈值时，所述过压检测模块控制所述开关模块处于断开状态，所述开关模块的输入端和输出端之间断开；

所述输入模块的输入端接收外部的交流信号，所述输入模块对所述交流信号进行整流滤波处理后输出直流信号至所述开关模块的输入端；

当所述开关模块处于导通状态时，所述开关模块的输出端输出所述直流信号至所述输出模块，所述输出模块对所述直流信号进行限流滤波处理后输出供电信号；

当所述开关模块处于断开状态时，所述输出模块停止输出所述供电信号。

2.如权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述过压检测模块包括分压单元和比较单元；

所述分压单元的输入端为所述过压检测模块的输入端，所述分压单元的输出端连接所述比较单元的输入端，所述比较单元的输出端为所述过压检测模块的输出端；

所述分压单元接入所述采样信号进行分压处理后输出降压采样信号至所述比较单元，所述比较单元根据所述降压采样信号的电压大小，控制所述开关模块处于断开状态或者导通状态。

3.如权利要求2所述的过压保护电路，其特征在于，所述分压单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容；

所述第一电阻的第一端为所述分压单元的输入端，所述第一电阻的第二端接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端和所述第一电容的第一端共接形成所述分压单元的输出端，所述第三电阻的第二端和所述第一电容的第二端共接于地。

4.如权利要求2所述的过压保护电路，其特征在于，所述比较单元包括可调节精密并联稳压器和第二电容；

所述可调节精密并联稳压器的参考极与所述第二电容的第一端共接形成所述比较单元的输入端，所述可调节精密并联稳压器的阴极与所述第二电容的第二端共接形成所述比较单元的输出端，所述可调节精密并联稳压器的阳极接地。

5.如权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述开关模块包括降流单元和开关管单元；

所述降流单元的第一端与所述开关管单元的高电位端共接形成所述开关模块的输入端，所述降流单元的第二端与所述开关管单元的受控端共接形成所述开关模块的受控端，所述开关管单元的低电位端为所述开关模块的输出端。

6.如权利要求5所述的过压保护电路，其特征在于，所述开关管单元包括第一三极管；

所述第一三极管的基极为所述开关管单元的受控端，所述第一三极管的集电极为所述开关管单元的高电位端，所述第一三极管的发射极为所述开关管单元的低电位端。

7.如权利要求1所述的过压保护电路，其特征在于，所述输入模块包括限流单元、整流单元和滤波单元；

所述限流单元的输入端为所述输入模块的输入端，所述限流单元的输出端连接所述整流单元的输入端，所述整流单元的输出端与所述滤波单元的输入端共接形成所述输入模块的输出端，所述滤波单元的输出端接地。

8.一种开关电源，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的过压保护电路，还包括电源管理电路和交直流转换电路；

所述过压保护电路分别与所述电源管理电路和所述交直流转换电路连接，所述电源管理电路与所述交直流转换电路连接；

所述交直流转换电路分别输出所述采样信号和所述交流信号至所述过压保护电路；

当所述采样信号的电压小于或等于预设阈值时，所述过压保护电路根据所述交流信号输出所述供电信号至所述电源管理电路，以使所述电源管理电路控制所述交直流转换电路工作；

当所述采样信号的电压大于预设阈值时，所述过压保护电路停止输出所述供电信号至所述电源管理电路，以使所述电源管理电路控制所述交直流转换电路停止工作。

9.如权利要求8所述的开关电源，其特征在于，所述交直流转换电路包括输入整流滤波模块、PWM控制模块、变压器模块和输出滤波模块，所述变压器模块包括初级绕组、次级绕组及辅助绕组；

所述输入整流滤波模块的输入端用于接入市电，所述输入整流滤波模块的输出端连接所述初级绕组的第一端，所述输入整流滤波模块的采样端连接所述过压保护电路的采样信号输入端；

所述电源管理电路的电源端连接所述过压保护电路的供电信号输出端，所述电源管理电路的PWM信号输出端连接所述PWM控制模块的输入端，所述PWM控制模块的输出端连接所述初级绕组的第二端，；

所述过压保护电路的交流信号输入端连接所述辅助绕组的第一端；

所述输出滤波模块的输入端连接所述次级绕组的第一端，所述次级绕组第二端和所述辅助绕组第二端分别用于接地。

10.如权利要求8所述的开关电源，其特征在于，所述电源管理电路包括脉冲宽度调制芯片。