CN107947121A - 一种具有过压欠压保护功能的开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有过压欠压保护功能的开关电源，能够对开关电源进行过压或欠压保护，当出现过压或欠压情况时，过压保护电路或欠压保护电路开始工作，将输出电平信号至PWM控制器上，PWM控制器收到信号后将被关断，实现过压或欠压保护的目的，设置有基准电压电路、过压保护电路、欠压保护电路，所述基准电压电路分别与欠压保护电路和过压保护电路的输入端相连接，过压保护电路和欠压保护电路连接前级整流滤波电路，所述过压保护电路和欠压保护电路皆与PWM控制器相连接，通过在前级整流滤波电路的输出侧进行信号采集，使得整个电路结构的稳定性更高。

Description

一种具有过压欠压保护功能的开关电源

技术领域

本发明涉及电源技术、PWM技术等领域，具体的说，是一种具有过压欠压保护功能的开关电源。

背景技术

电源是向电子设备提供功率的装置，也称电源供应器，它提供计算机中所有部件所需要的电能。电源功率的大小，电流和电压是否稳定，将直接影响计算机的工作性能和使用寿命。

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防监控，LED灯袋，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。

脉冲宽度调制（PWM）是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。

PWM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振波开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。

随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。

脉宽调制（PWM）基本原理：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

开关电源，在输入侧若出现欠压或过压的情况，易对整个开关电源造成损伤，从而影响开关电源的寿命，同时也影响待供电电路的使用，为此一种能够及时监测输入电压是否存在过压或欠压的开关电源，实为迫切所需。在开关电源中设置有前级整流滤波电路，用于将交流电进行整流滤波处理，而到纹波电压含量少的直流电；PWM控制器，通过调节占空比，使得开关电源的输出达到稳定效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有过压欠压保护功能的开关电源，能够对开关电源进行过压或欠压保护，当出现过压或欠压情况时，过压保护电路或欠压保护电路开始工作，将输出电平信号至PWM控制器上，PWM控制器收到信号后将被关断，实现过压或欠压保护的目的。

本发明通过下述技术方案实现：一种具有过压欠压保护功能的开关电源，设置有基准电压电路、过压保护电路、欠压保护电路，所述基准电压电路分别与欠压保护电路和过压保护电路的输入端相连接，过压保护电路和欠压保护电路连接前级整流滤波电路，所述过压保护电路和欠压保护电路皆与PWM控制器相连接。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述过压保护电路包括运放芯片U1A、过压检测输入电路、过压基准输入电路，所述前级整流滤波电路通过过压检测输入电路连接运放芯片U1A的同相输入端，基准电压电路连接过压基准输入电路，过压基准输入电路连接运放芯片U1A的反相输入端，运放芯片U1A的输出端通过二极管D1与PWM控制器相连接。优选的二极管D1采用发光二极管，且二极管D1的正极连接运放芯片U1A的输出端。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述过压检测输入电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4及电容C1，电阻R1的第一端连接前级整流滤波电路，电阻R1的第二端分别与电阻R2的第一端、电容C1的第一端及电阻R3的第一端相连接，电阻R2的第二端分别与电容C1的第二端及电阻R4的第二端相连接且接地，电阻R3的第二端分别与电阻R4的第一端和运放芯片U1A的同相输入端相连接。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述过压基准输入电路包括电阻R6及电阻R5，电阻R5和电阻R6相互串联，且串联的电阻R5和电阻R6的共接端连接运放芯片U1A的反相输入端，电阻R5的非共接端接地，电阻R6的非共接端连接基准电压电路的输出端（基准电压源通过电阻R6连接运放芯片U1A的反相输入端）。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述欠压保护电路包括运放芯片U1B、欠压检测输入电路、欠压基准输入电路，所述前级整流滤波电路通过欠压检测输入电路连接运放芯片U1B的反相输入端，基准电压电路连接欠压基准输入电路，欠压基准输入电路连接运放芯片U1B的同相输入端，运放芯片U1B的输出端通过二极管D2与PWM控制器相连接。优选的二极管D2采用发光二极管，且二极管D2的正极连接运放芯片U1B的输出端。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述欠压检测输入电路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R4及电容C2，电阻R7的第一端连接前级整流滤波电路，电阻R7的第二端分别与电阻R8的第一端、电容C2的第一端及电阻R9的第一端相连接，电阻R8的第二端分别与电容C2的第二端及电阻R10的第二端相连接且接地，电阻R9的第二端分别与电阻R10的第一端和运放芯片U1B的反相输入端相连接。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述欠压基准输入电路包括电阻R12及电阻R11，电阻R12和电阻R11相互串联，且串联的电阻R11和电阻R12的共接端连接运放芯片U1B的同相输入端，电阻R11的非共接端接地，电阻R12的非共接端连接基准电压电路的输出端（基准电压源通过电阻R12连接运放芯片U1B的同相输入端）。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述基准电压电路包括基准电压源及相互串联的稳压二极管Z1和电阻R13，且基准电压源的输出端连接过压保护电路和欠压保护电路，基准电压源通过相互串联的稳压二极管Z1和电阻R13接地。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述稳压二极管Z1的正极连接电阻R13，稳压二极管DZ1的负极连接基准电压源的输出端。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明能够对开关电源进行过压或欠压保护，当出现过压或欠压情况时，过压保护电路或欠压保护电路开始工作，将输出电平信号至PWM控制器上，PWM控制器收到信号后将被关断，实现过压或欠压保护的目的。

本发明通过在前级整流滤波电路的输出侧进行信号采集，使得整个电路结构的稳定性更高。

本发明采用稳压管和基准电压源相配合的模式为过压保护电路或欠压保护电路通过基准电压，从而使得两者的稳定性和精度更高，能够有效的实现过压保护或/和欠压保护的目的。

本发明采用发光二极管进行过压保护或欠压保护与PWM控制器之间的数据传输，可以让使用者能够清楚知晓是什么保护电路在开始动作。

附图说明

图1为本发明电路图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

一种具有过压欠压保护功能的开关电源，能够对开关电源进行过压或欠压保护，当出现过压或欠压情况时，过压保护电路或欠压保护电路开始工作，将输出电平信号至PWM控制器上，PWM控制器收到信号后将被关断，实现过压或欠压保护的目的，如图1所示，特别采用下述设置结构：设置有基准电压电路、过压保护电路、欠压保护电路，所述基准电压电路分别与欠压保护电路和过压保护电路的输入端相连接，过压保护电路和欠压保护电路连接前级整流滤波电路，所述过压保护电路和欠压保护电路皆与PWM控制器相连接，通过在前级整流滤波电路的输出侧进行信号采集，使得整个电路结构的稳定性更高。

实施例2：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，如图1所示，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述过压保护电路包括运放芯片U1A、过压检测输入电路、过压基准输入电路，所述前级整流滤波电路通过过压检测输入电路连接运放芯片U1A的同相输入端，基准电压电路连接过压基准输入电路，过压基准输入电路连接运放芯片U1A的反相输入端，运放芯片U1A的输出端通过二极管D1与PWM控制器相连接。优选的二极管D1采用发光二极管，且二极管D1的正极连接运放芯片U1A的输出端；采用发光二极管进行过压保护或欠压保护与PWM控制器之间的数据传输，可以让使用者能够清楚知晓是什么保护电路在开始动作。

实施例3：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，如图1所示，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述过压检测输入电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4及电容C1，电阻R1的第一端连接前级整流滤波电路，电阻R1的第二端分别与电阻R2的第一端、电容C1的第一端及电阻R3的第一端相连接，电阻R2的第二端分别与电容C1的第二端及电阻R4的第二端相连接且接地，电阻R3的第二端分别与电阻R4的第一端和运放芯片U1A的同相输入端相连接。

实施例4：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，如图1所示，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述过压基准输入电路包括电阻R6及电阻R5，电阻R5和电阻R6相互串联，且串联的电阻R5和电阻R6的共接端连接运放芯片U1A的反相输入端，电阻R5的非共接端接地，电阻R6的非共接端连接基准电压电路的输出端（基准电压源通过电阻R6连接运放芯片U1A的反相输入端）。

实施例5：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，如图1所示，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述欠压保护电路包括运放芯片U1B、欠压检测输入电路、欠压基准输入电路，所述前级整流滤波电路通过欠压检测输入电路连接运放芯片U1B的反相输入端，基准电压电路连接欠压基准输入电路，欠压基准输入电路连接运放芯片U1B的同相输入端，运放芯片U1B的输出端通过二极管D2与PWM控制器相连接。优选的二极管D2采用发光二极管，且二极管D2的正极连接运放芯片U1B的输出端，采用发光二极管进行过压保护或欠压保护与PWM控制器之间的数据传输，可以让使用者能够清楚知晓是什么保护电路在开始动作。

实施例6：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，如图1所示，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述欠压检测输入电路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R4及电容C2，电阻R7的第一端连接前级整流滤波电路，电阻R7的第二端分别与电阻R8的第一端、电容C2的第一端及电阻R9的第一端相连接，电阻R8的第二端分别与电容C2的第二端及电阻R10的第二端相连接且接地，电阻R9的第二端分别与电阻R10的第一端和运放芯片U1B的反相输入端相连接。

实施例7：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，如图1所示，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述欠压基准输入电路包括电阻R12及电阻R11，电阻R12和电阻R11相互串联，且串联的电阻R11和电阻R12的共接端连接运放芯片U1B的同相输入端，电阻R11的非共接端接地，电阻R12的非共接端连接基准电压电路的输出端（基准电压源通过电阻R12连接运放芯片U1B的同相输入端）。

实施例8：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，如图1所示，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述基准电压电路包括基准电压源及相互串联的稳压二极管Z1和电阻R13，且基准电压源的输出端连接过压保护电路和欠压保护电路，基准电压源通过相互串联的稳压二极管Z1和电阻R13接地，采用稳压管和基准电压源相配合的模式为过压保护电路或欠压保护电路通过基准电压，从而使得两者的稳定性和精度更高，能够有效的实现过压保护或/和欠压保护的目的。

实施例9：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，如图1所示，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置结构：所述稳压二极管Z1的正极连接电阻R13，稳压二极管DZ1的负极连接基准电压源的输出端。

在设置时，优选的运放芯片U1A和运放芯片U1B皆采用单运放或两者采用同一块双运放中的两个运放单元实现。

在使用时，过压保护电路和欠压保护电路的取样电压均来自前级整流滤波电路滤波后的电压；取样电压分为两路，一路经电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4分压后输入（运放芯片）比较器U1A的同相输入端，如取样电压高于比较器U1A反相输入端的基准电压，比较器U1A的输出端输出高电平去控制PWM控制器使其关断，电源无输出，达到过压保护的目的。另一路经电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10分压后输入（运放芯片）比较器U1B的反相输入端，如取样电压高于比较器U1B同相输入端的基准电压，比较器U1B的输出端输出高电平去控制PWM控制器使其关断，电源无输出，达到欠压保护的目的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有过压欠压保护功能的开关电源，其特征在于：设置有基准电压电路、过压保护电路、欠压保护电路，所述基准电压电路分别与欠压保护电路和过压保护电路的输入端相连接，过压保护电路和欠压保护电路连接前级整流滤波电路，所述过压保护电路和欠压保护电路皆与PWM控制器相连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有过压欠压保护功能的开关电源，其特征在于：所述过压保护电路包括运放芯片U1A、过压检测输入电路、过压基准输入电路，所述前级整流滤波电路通过过压检测输入电路连接运放芯片U1A的同相输入端，基准电压电路连接过压基准输入电路，过压基准输入电路连接运放芯片U1A的反相输入端，运放芯片U1A的输出端通过二极管D1与PWM控制器相连接。

3.根据权利要求2所述的一种具有过压欠压保护功能的开关电源，其特征在于：所述过压检测输入电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4及电容C1，电阻R1的第一端连接前级整流滤波电路，电阻R1的第二端分别与电阻R2的第一端、电容C1的第一端及电阻R3的第一端相连接，电阻R2的第二端分别与电容C1的第二端及电阻R4的第二端相连接且接地，电阻R3的第二端分别与电阻R4的第一端和运放芯片U1A的同相输入端相连接。

4.根据权利要求3所述的一种具有过压欠压保护功能的开关电源，其特征在于：所述过压基准输入电路包括电阻R6及电阻R5，电阻R5和电阻R6相互串联，且串联的电阻R5和电阻R6的共接端连接运放芯片U1A的反相输入端，电阻R5的非共接端接地，电阻R6的非共接端连接基准电压电路的输出端。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种具有过压欠压保护功能的开关电源，其特征在于：所述欠压保护电路包括运放芯片U1B、欠压检测输入电路、欠压基准输入电路，所述前级整流滤波电路通过欠压检测输入电路连接运放芯片U1B的反相输入端，基准电压电路连接欠压基准输入电路，欠压基准输入电路连接运放芯片U1B的同相输入端，运放芯片U1B的输出端通过二极管D2与PWM控制器相连接。

6.根据权利要求5所述的一种具有过压欠压保护功能的开关电源，其特征在于：所述欠压检测输入电路包括电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R4及电容C2，电阻R7的第一端连接前级整流滤波电路，电阻R7的第二端分别与电阻R8的第一端、电容C2的第一端及电阻R9的第一端相连接，电阻R8的第二端分别与电容C2的第二端及电阻R10的第二端相连接且接地，电阻R9的第二端分别与电阻R10的第一端和运放芯片U1B的反相输入端相连接。

7.根据权利要求6所述的一种具有过压欠压保护功能的开关电源，其特征在于：所述欠压基准输入电路包括电阻R12及电阻R11，电阻R12和电阻R11相互串联，且串联的电阻R11和电阻R12的共接端连接运放芯片U1B的同相输入端，电阻R11的非共接端接地，电阻R12的非共接端连接基准电压电路的输出端。

8.根据权利要求1-4，6，7任一项所述的一种具有过压欠压保护功能的开关电源，其特征在于：所述基准电压电路包括基准电压源及相互串联的稳压二极管Z1和电阻R13，且基准电压源的输出端连接过压保护电路和欠压保护电路，基准电压源通过相互串联的稳压二极管Z1和电阻R13接地。

9.根据权利要求8所述的一种具有过压欠压保护功能的开关电源，其特征在于：所述稳压二极管Z1的正极连接电阻R13，稳压二极管DZ1的负极连接基准电压源的输出端。