CN108270199B - 一种输出过压保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输出过压保护电路，包括输入端、采样电路、开关电路、输出端、锁死电路和供电电压源端VCC，采样电路采样开关电源的输出电压VO，在发生输出过压时，采样电路输出一高电平到开关电路；开关电路接收采样电路的高电平后，输出一低电平拉低开关电源控制芯片控制端CTRL的电压，使开关电源停止工作；同时开关电路输出一低电平到锁死电路，锁死电路接收到开关电路的低电平后，输出一高电平到开关电路，使开关电路持续输出低电平拉低开关电源控制芯片控制端CTRL的电压，使开关电源持续停止工作，从而有效地保护了后级用电设备，且电路结构简单、可靠性好。

Description

一种输出过压保护电路

技术领域

本发明公开一种输出过压保护电路，特别涉及开关电源的输出过压保护电路。

背景技术

现有开关电源中，一般都要求具备输出过压保护功能，所述的输出过压保护功能是为了防止在开关电源输出电压超过正常输出范围而引起用电设备因电压过高损坏，同时也是为了防止开关电源自身的损坏。

图1为现有输出过压保护电路图，图1所述过压保护电路包括光耦U1、输入电路和输出电路；输入电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、齐纳二极管V1和可控精密稳压源N1，电阻R1的一端为输出过压保护电路的输入端，用于输入开关电源的输出电压VO，电阻R1的另一端经电阻R2后接输入地，电阻R1的一端还依次经齐纳二极管V1的阴极、齐纳二极管V1的阳极、电阻R3、可控精密稳压源N1的阴极和可控精密稳压源N1的阳极后接输入地，电容C1与电阻R2并联，电阻R3和电阻R4的连接点与光耦U1的二极管阳极连接，可控精密稳压源N1的阴极与光耦U1的二极管阴极连接，可控精密稳压源N1的控制端连接电阻R1和电阻R2的连接点；输出电路包括电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、三极管V3、三极管V4、电容C2和二极管V2，光耦U1的三极管发射极依次经电阻R5和电阻R6后接输出地，光耦U1的三极管集电极依次经电阻R7、电阻R8、三极管V3的集电极和三极管V3的发射极后接输出地，三极管V3的基极连接电阻R5和电阻R6的连接点，电容C2与电阻R6并联，电阻R5和电阻R6的连接点还依次经电阻R9、电阻R10、二极管V2的阳极和二极管后形成输出过压保护电路的输出端，用于输出控制电源模块是否工作的使能信号EN，三极管V4的发射极连接光耦U1的三极管集电极，三极管V4的集电极连接电阻R9和电阻R10的连接点，三极管V4的基极连接电阻R7和电阻R8的连接点。

上述电路中电阻R1和电阻R2组成第一分压电路；可控精密稳压源N1组成稳压电路；电阻R5和电阻R6组成第二分压电路。

上述电路工作原理如下：

当开关电源的输出电压VO达到过压点时，电阻R1和电阻R2分压使得可控精密稳压源N1由截止变为导通，此时齐纳二极管V1也导通，光耦U1初级的二极管导通，从而使光耦U1次级的三极管导通，供电电压源端VCC通过电阻R5和电阻R6分压使NPN三极管V3进入导通状态，NPN三极管V3的导通使PNP三极管V4导通，供电电压源端VCC经PNP三极管V4、电阻R10和二极管V2后产生的使能信号EN为高电平，使得电源模块停止工作，同时供电电压源端VCC经PNP三极管V4、电阻R9和电阻R6使NPN三极管V3持续导通。

采用该电路实现输出过压保护主要存在以下缺点：

1、输出电路输出的使能信号EN为高电平，仅适用于高电平控制关断电源模块的场合，现有的大部分控制芯片需要低电平控制，该电路无法实现低电平控制。

2、漏电流为三极管的固有特性，且随着工作温度的升高而增大，图1中的PNP三极管V4的漏电流会经过电阻R9和电阻R6后流入输出地，在NPN三极管V3的基极将形成一定的压降，当由于工作环境的影响，PNP三极管V4的漏电流导致NPN三级管V3轻微导通时，NPN三级管V3的集电极电压将下降，会导致PNP三极管V4的漏电流进一步增大，形成一个正反馈，最终导致保护电路误触发，因此该电路受环境因素和器件的特性影响很大，工作十分不稳定。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种输出过压保护电路，解决现有输出过压保护为高电平有效以及容易受环境因素和器件特性影响出现误触发的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一种输出过压保护电路，包括输入端和输出端，输入端用于输入开关电源的输出电压VO，输出端用于连接开关电源控制芯片的控制端CTRL；其特征在于：还包括采样电路、开关电路、锁死电路和供电电压源端VCC；

采样电路的输入端即为输出过压保护电路的输入端，采样电路的输出端连接开关电路的输入端，开关电路的第一输出端即为输出过压保护电路的输出端，开关电路的第二输出端连接锁死电路的第一输入端，锁死电路的第二输入端即为供电电压源端VCC，锁死电路的输出端连接开关电路的输入端；

采样电路用于对开关电源的输出电压VO进行采样，并与设定值进行比较，当输出端电压VO超过设定值时，输出高电平至开关电路；

开关电路用于在接收到采样电路输出高电平时，输出低电平至输出端及锁死电路；

供电电压源端VCC用于给锁死电路提供供电电压源；

锁死电路用于在接收到开关电路输出低电平时，输出高电平至开关电路，使开关电路的输出端持续输出低电平；锁死电路还用于在供电电压源端VCC停止供电后，停止输出高电平至开关电路，使开关电路的输出端停止输出低电平。

作为采样电路的一种具体的实施方式，采样电路由两只电阻串联组成，串联后的一端为采样电路的输入端，串联后的另一端接参考地GND，两只电阻的连接点为采样电路的输出端。

作为开关电路的第一种具体的实施方式，开关电路包括：第一电阻、第一稳压二极管和第一NPN三极管；第一稳压二极管的阴极为开关电路的输入端，第一电阻的一端与第一稳压二极管阴极相连，第一电阻的另一端与参考地GND相连；第一稳压二极管的阳极与第一NPN三极管的基极相连，第一NPN三极管的发射极与参考地GND相连，第一NPN三极管的集电极为开关电路的第一输出端，第一NPN三极管的集电极同时还为开关电路的第二输出端。

作为开关电路的第二种具体的实施方式，将上述的第一稳压二极管替换为一只电阻。

作为上述开关电路两种具体实施方式的改进，还包括第一二极管，第一二极管的阳极连接开关电路的第一输出端，第一二极管的阴极连接第一NPN三极管的集电极。

作为锁死电路的一种具体的实施方式，包括：第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一PNP三极管；第二电阻的一端为锁死电路的第一输入端，第二电阻的另一端与第一PNP三极管的基极相连，第一PNP三极管的集电极与第三电阻的一端相连，第三电阻的另一端与供电电压源端VCC相连，第一PNP三极管的发射极与第四电阻的一端相连，第四电阻的另一端为锁死电路的输出端。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的开关电路的第一输出端输出低电平，适用于控制芯片需要低电平控制的工作场合。

2、对于开关电路的第一种具体实施方式，由于在其输入端与第一NPN三极管基极之间增加了第一稳压二极管，避免了因第一PNP三级管的漏电流引起保护电路的误触发，提高了电路的可靠性。

3、对于开关电路的两种具体实施方式的改进，由于在其第一NPN三极管的集电极到其第一输出端之间增加了第一二极管，有效避免了因控制端CTRL的电压在开关电源启动时电压上升滞后于供电电压源端VCC的电压，以及控制端CTRL的正常工作电压小于供电电压源端VCC导致PNP三极管Q2导通。

附图说明

图1为现有技术的锁死型输出过压保护电路原理图；

图2为本发明输出过压保护电路的原理框图；

图3为本发明输出过压保护电路实施例一的电路图；

图4为本发明输出过压保护电路实施例二的电路图。

具体实施方式

如图2所示为本发明输出过压保护电路的原理框图，包括输入端、输出端、采样电路1、开关电路2、锁死电路3和供电电压源端VCC；输入端用于输入开关电源的输出电压VO，输出端用于连接开关电源控制芯片的控制端CTRL；采样电路1的输入端即为输出过压保护电路的输入端，采样电路1的输出端连接开关电路2的输入端，开关电路2的第一输出端即为输出过压保护电路的输出端，开关电路2的第二输出端连接锁死电路3的第一输入端，锁死电路3的第二输入端即为供电电压源端VCC，锁死电路3的输出端连接开关电路的输入端。

为了使本发明更加清楚明白，以下结合具体的实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图3所示，本实施例的输出过压保护电路，包括用于输入开关电源输出电压VO的输入端、采样电路1、开关电路2、用于连接开关电源控制芯片控制端CTRL的输出端、锁死电路3和供电电压源端VCC；

采样电路1包括：电阻R11和电阻R12；

开关电路2包括：电阻R1、稳压二极管D1、NPN三极管Q1和二极管D2；

锁死电路3包括：电阻R2、电阻R3、电阻R4和PNP三极管Q2；

电路的连接关系为：电阻R11的一端为采样电路1的输入端，电阻R11的另一端经电阻R12后与参考地GND相连，电阻R11和电阻R12的连接点为采样电路1的输出端；稳压二极管D1的阴极为开关电路2的输入端，该输出端与采样电路1的输出端相连，电阻R1的一端与稳压二极管D1的阴极相连，电阻R1的另一端与参考地GND相连，稳压二极管D1的阳极与NPN三极管Q1的基极相连，NPN三极管Q1的发射极与参考地GND相连，NPN三极管Q1的集电极为开关电路2的第二输出端，该第二输出端与二极管D2的阴极相连，二极管D2的阳极为开关电路2的第一输出端，该第一输出端即为本发明输出过压保护电路的输出端；电阻R2的一端与二极管D2的阴极相连，该连接点为锁死电路3的第一输入端，电阻R2的另一端与PNP三极管Q2的基极相连，PNP三极管Q2的集电极与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端为锁死电路3的第二输入端，该第二输入端与供电电压源端VCC相连，PNP三极管Q2的发射极与电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端为锁死电路4的输出端，该输出端与稳压二极管D1的阴极相连。

上述电路的工作原理如下：

采样电路1采样开关电源的输出电压VO，当输出电压VO的电压值超过采样电路1的设定值时，采样电路1输出一个高电平信号到开关电路2，使稳压二极管D1反向击穿，同时使NPN三极管Q1饱和导通；NPN三极管Q1饱和导通后，其集电极电压变为低电平，使二极管D2导通，拉低开关电源控制芯片控制端CTRL，关断控制芯片，使开关电源停止工作；同时NPN三极管Q1的集电极变为低电平导致PNP三极管Q2饱和导通，供电电压源端VCC经电阻R3、PNP三极管Q2、电阻R4、电阻R1与参考地GND相连，在电阻R1与稳压二极管D1阴极的连接点产生一个高电平，维持稳压二极管D1反向击穿，同时维持NPN三极管Q1饱和导通。此时，尽管开关电源输出电压VO为零，采样电路1无输出，开关电路仍然输出一个低电平使开关电源控制芯片控制端CTRL始终保持为低电平状态，使产品持续停止工作。

实施例二

如图4所示，本实施例与实施例一的区别在于将稳压二极管D1替换成电阻R5，其余器件的连接方式、工作原理相同，这里不再赘述。

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，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，如去掉图3和图4中的二极管D2，这些修改、替换或变更均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (4)

1.一种输出过压保护电路，包括输入端和输出端，输入端用于输入开关电源的输出电压VO，输出端用于连接开关电源控制芯片的控制端CTRL；其特征在于：还包括采样电路、开关电路、锁死电路和供电电压源端VCC；

采样电路的输入端即为输出过压保护电路的输入端，采样电路的输出端连接开关电路的输入端，开关电路的第一输出端即为输出过压保护电路的输出端，开关电路的第二输出端连接锁死电路的第一输入端，锁死电路的第二输入端即为供电电压源端VCC，锁死电路的输出端连接开关电路的输入端；

采样电路用于对开关电源的输出电压VO进行采样，并与设定值进行比较，当输出端电压VO超过设定值时，输出高电平至开关电路；

开关电路用于在接收到采样电路输出高电平时，输出低电平至输出端及锁死电路；

供电电压源端VCC用于给锁死电路提供供电电压源；

锁死电路用于在接收到开关电路输出低电平时，输出高电平至开关电路，使开关电路的输出端持续输出低电平；锁死电路还用于在供电电压源端VCC停止供电后，停止输出高电平至开关电路，使开关电路的输出端停止输出低电平；

其中，所述开关电路包括第一电阻、第一稳压二极管和第一NPN三极管；第一稳压二极管的阴极为开关电路的输入端，第一电阻的一端与第一稳压二极管阴极相连，第一电阻的另一端与参考地GND相连；第一稳压二极管的阳极与第一NPN三极管的基极相连，第一NPN三极管的发射极与参考地GND相连，第一NPN三极管的集电极为开关电路的第一输出端，第一NPN三极管的集电极同时还为开关电路的第二输出端；所述锁死电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一PNP三极管；第二电阻的一端为锁死电路的第一输入端，第二电阻的另一端与第一PNP三极管的基极相连，第一PNP三极管的集电极与第三电阻的一端相连，第三电阻的另一端与供电电压源端VCC相连，第一PNP三极管的发射极与第四电阻的一端相连，第四电阻的另一端为锁死电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的输出过压保护电路，其特征在于：采样电路由两只电阻串联组成，串联后的一端为采样电路的输入端，串联后的另一端接参考地GND，两只电阻的连接点为采样电路的输出端。

3.根据权利要求1所述的输出过压保护电路，其特征在于：开关电路包括第一电阻、第二电阻和第一NPN三极管；第二电阻的一端为开关电路的输入端，第一电阻的一端与第二电阻的一端相连，第一电阻的另一端与参考地GND相连；第二电阻的另一端与第一NPN三极管的基极相连，第一NPN三极管的发射极与参考地GND相连，第一NPN三极管的集电极为开关电路的第一输出端，第一NPN三极管的集电极同时还为开关电路的第二输出端。

4.根据权利要求3所述的输出过压保护电路，其特征在于：开关电路还包括第一二极管，第一二极管的阳极连接开关电路的第一输出端，第一二极管的阴极连接第一NPN三极管的集电极。