CN108336900A - 一种短路保护电路和供电电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种短路保护电路和供电电路，短路保护电路包括第一延时开关模块和第二延时开关模块；第一延时开关模块包括第一受电端、第一出电端和检测端，第二延时开关模块包括第二受电端、第二出电端和受控端；第一受电端、第二受电端均连接于输入电压端，第一出电端连接于受控端，第二出电端、检测端均连接于输出电压端；检测端用于当检测到低阈值电压时使第一受电端、第一出电端导通，受控端用于当检测到高阈值电压时使第二受电端、第二出电端断开。电路结构简单、通用性强，短路损耗功率非常小，而且短路期间不影响其它模块工作。

Description

一种短路保护电路和供电电路

技术领域

本发明涉及照明电源技术，尤其涉及一种短路保护电路和供电电路。

背景技术

随着生活质量的提高，人类对照明的理解也发生了改变，不仅仅只是将灯点亮而已，还需要更优良的光效体验。所以，当今市场上很大一部分照明电源都具备了调光功能。为了结构简洁、安装方便、使用便捷等原因，调光模块往往安装在LED驱动电源外面，这就要求LED驱动电源具有对外辅助供电能力。

然而，由于对外供电需要将输出线引出，这就需要进行短路实验。为了节省成本，对外辅助供电往往与其它控制单元供电共用同一变压器。如果对外供电输出短路，将会导致其它控制单元也无法正常供电，影响整个驱动模块的正常工作。更严重的是如果长时间短路还将损坏器件，造成人身和财产损失。所以，对外辅助供电必须加入短路保护电路。

由于传统辅助供电电路，只是简单的采用限流保护方案，不具备短路保护功能，如图1所示。当输出短路时，短路电流大，器件损耗大，如果长期短路会造成元器件损伤。而且由于对外辅助供电与其它控制单元往往共用同一变压器，出现短路时，导致其它控制单元也无法正常工作。

如图1所示，电阻R1与开关元件q_3p组成限流保护电路。当输出端短路，短路电流被限值在Vpn/R1，Vpn为开关元件q_3p发射极-基极导通压降；此时开关元件q_3p损耗PQ1：

PQ1＝Vpn/R1*Vin

如果输出电流需要50mA，则限流点应该为1.2*50mA＝60mA，输入电压为12V，则短路时开关元件q_3p损耗为0.72W。当开关元件q_3p采用SOT-23时，Q1发热严重，必定造成损坏。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种短路保护电路和供电电路，电路结构简单、通用性强，短路损耗功率非常小，而且短路期间不影响其它模块工作。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种短路保护电路，包括输入电压端、输出电压端，所述短路保护电路包括第一延时开关模块和第二延时开关模块；

所述第一延时开关模块包括第一受电端、第一出电端和检测端，所述第二延时开关模块包括第二受电端、第二出电端和受控端；所述第一受电端、第二受电端均连接于所述输入电压端，所述第一出电端连接于所述受控端，所述第二出电端、检测端均连接于所述输出电压端；

所述检测端用于当检测到低阈值电压时使所述第一受电端、第一出电端导通，所述受控端用于当检测到高阈值电压时使所述第二受电端、第二出电端断开。

进一步地，所述第一延时开关模块包括第一延时单元和第一开关单元；所述第一受电端、第一出电端位于所述第一开关单元上，所述第一开关单元还包括导通控制端；所述检测端位于所述第一延时单元上，所述第一延时单元还包括第一启动端，所述导通控制端连接于所述第一启动端；

当所述检测端检测到低阈值电压后，所述第一启动端的电压达到第一启动电压，所述导通控制端使所述第一受电端、第一出电端导通。

进一步地，所述第二延时开关模块包括第二延时单元和第二开关单元，所述第二受电端、第二出电端和受控端均位于所述第二开关单元上，所述第二延时单元包括第二启动端，所述受控端连接于所述第二启动端；

当所述第二启动端的电压达到第二启动电压时，所述受控端使所述第二受电端、第二出电端导通。

进一步地，所述检测端与所述第一启动端之间设有第一电阻，所述第一启动端与所述输入电压端之间设有第一电容。

进一步地，所述第二延时单元包括第二电阻和第二电容，所述第二启动端通过所述第二电阻接地，所述第二电容连接于所述第二启动端和输入电压端之间。

进一步地，所述第一电阻、第一电容、第二电阻、第二电容满足以下关系：

R1×C1＞R2×C2

其中R1、C1、R2、C2分别表示所述第一电阻、第一电容、第二电阻、第二电容的值。

进一步地，所述短路保护电路还包括输出保护模块，所述输出电压端通过所述输出保护模块接地。

一种供电电路，包括上述的短路保护电路。

进一步地，所述供电电路还包括整流滤波模块和线性稳压模块，所述整流滤波模块的输出端连接于所述线性稳压模块的输入端，所述短路保护电路的输入电压端连接于所述线性稳压模块的输出端。

进一步地，所述供电电路还包括变压器，所述变压器包括输入绕组、主输出绕组和辅助绕组，所述主输出绕组、辅助绕组均与所述输入绕组耦合，所述整流滤波模块连接于所述辅助绕组。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过第一延时开关模块的检测端检测输出电压端短路时的低阈值电压，以使其第一受电端、第一出电端导通；从而第二延时开关模块的受控端检测到高阈值电压，使得第二受电端、第二出电端断开，实现短路保护；电路结构简单、通用性强，短路损耗功率非常小，而且短路期间不影响其它模块工作。

附图说明

图1为现有的限流保护方案的电路示意图；

图2为本发明实施例提供的短路保护电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的短路保护电路的电路示意图；

图4为本发明实施例提供的供电电路的电路示意图；

图5为图4中供电电路中的变压器的结构示意图。

图中：110、输入电压端；120、输出电压端；10、第一延时开关模块；R1、第一电阻；C1、第一电容；Q1、第一开关单元；11、第一受电端；12、第一出电端；13、检测端；14、导通控制端；15、第一启动端；20、第二延时开关模块；R2、第二电阻；C2、第二电容；Q2、第二开关单元；21、第二受电端；22、第二出电端；23、受控端；24、第二启动端。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图2为一种短路保护电路，包括输入电压端110、输出电压端120。短路保护电路包括第一延时开关模块10和第二延时开关模块20。

其中，第一延时开关模块10包括第一受电端11、第一出电端12和检测端13，第二延时开关模块20包括第二受电端21、第二出电端22和受控端23；第一受电端11、第二受电端21均连接于输入电压端110，第一出电端12连接于受控端23，第二出电端22、检测端13均连接于输出电压端120；

检测端13用于当检测到低阈值电压时使第一受电端11、第一出电端12导通，受控端23用于当检测到高阈值电压时使第二受电端21、第二出电端22断开。

当输出电压端120发生短路时，输出电压端120接低电平，如直接接地，该低电平低于检测端13的低电平标准，属于低阈值电压；因此第一受电端11、第一出电端12导通，受控端23的电压约等于输入电压端110的输入电压，受控端23的电压高于受控端23的高电压标准，属于高阈值电压；因此第二受电端21、第二出电端22断开，此时输入电压端110、输出电压端120之间断开，即短路保护生效。

作为优选的实施方式，如图3所示，第一延时开关模块10包括第一延时单元(图未注)和第一开关单元Q1。在本实施例中，第一开关单元Q1为PNP三极管。

第一受电端11、第一出电端12位于第一开关单元Q1上，第一开关单元Q1还包括导通控制端14。在本实施例中，第一受电端11、第一出电端12、导通控制端14分别为PNP三极管的发射极、集电极、基极。

检测端13位于第一延时单元上，第一延时单元还包括第一启动端15，导通控制端14连接于第一启动端15。当检测端13检测到低阈值电压后，第一启动端15的电压达到第一启动电压，导通控制端14使第一受电端11、第一出电端12导通。在本实施例中，第一启动电压为PNP三极管基极的导通电压。

作为优选的实施方式，检测端13与第一启动端15之间设有第一电阻R1，第一启动端15与输入电压端110之间设有第一电容C1。即第一延时单元包括由第一电阻R1、第一电容C1构成的延时电路。当检测端13检测到低阈值电压后，输入电压端110向第一电容C1充电，一段时间后第一启动端15的电压上升至第一启动电压，使得第一受电端11、第一出电端12导通。

作为优选的实施方式，第二延时开关模块20包括第二延时单元(图未注)和第二开关单元Q2。第二受电端21、第二出电端22和受控端23均位于第二开关单元Q2上。在本实施例中，第二开关单元Q2为PNP三极管，第二受电端21、第二出电端22和受控端23分别为PNP三极管的发射极、集电极和基极。

第二延时单元包括第二启动端24，受控端23连接于第二启动端24；当第二启动端24的电压达到第二启动电压时，受控端23使第二受电端21、第二出电端22导通。在本实施例中，第二延时单元包括第二电阻R2和第二电容C2，第二启动端24通过第二电阻R2接地，第二电容C2连接于第二启动端24和输入电压端110之间。

当输入电压端110供电时，输入电压端110向第二电容C2充电，一段时间后第二启动端24的电压上升至第二启动电压，使得第二受电端21、第二出电端22导通。可以实现输入电压端110向输出电压端120供电。

作为优选的实施方式，第一电阻R1、第一电容C1、第二电阻R2、第二电容C2满足以下关系：

R1×C1＞R2×C2

其中R1、C1、R2、C2分别表示第一电阻R1、第一电容C1、第二电阻R2、第二电容C2的值。

由于第一延时单元的时间常数R1×C1比第二延时单元的时间常数R2×C2大，因此，当短路保护电路开始启动，输出端没有短路，即输入电压端110连接输入电压时，第二开关单元Q2先导通，输出电压端120的输出电压接近于输入电压，第一延时单元停止工作，即第一电容C1两端电压不再上升。此时第一启动端15的电压小于第一启动电压，因此第一开关单元Q1不会导通；因此第一延时开关模块10的第一受电端11、第一出电端12没有导通，受控端23的电压值不属于高阈值电压，因此无法使第二受电端21、第二出电端22断开；输入电压端110正常向输出电压端120供电。由此可知，于第一延时单元的时间常数R1×C1取值应该足够大。

当输出端发生短路，如输出电压端120接地时，检测端13检测到低阈值电压，使第一受电端11、第一出电端12导通，之后受控端23检测到高阈值电压，使第二受电端21、第二出电端22断开。

如图3所示的短路保护电路，当输出电压端120短路时，第二开关单元Q2截止，没有损耗，第一开关单元Q1饱和导通几乎无损耗，绝大部分损耗在R1、R2上，总损耗Ptoal：

Ptoal＝Vin*Vin/R1+Vin*Vin/R2

在本实施例中，R1取100K欧姆，R2取2K欧姆，则总损耗为0.07344W，输入电压端110流过电流为6.12mA，可见短路损耗功率非常小。

本发明实施例提供的短路保护电路，通过第一延时开关模块的检测端检测输出电压端短路时的低阈值电压，以使其第一受电端、第一出电端导通；从而第二延时开关模块的受控端检测到高阈值电压，使得第二受电端、第二出电端断开，实现短路保护；电路结构简单、通用性强，短路损耗功率非常小，而且短路期间不影响其它模块工作。

作为本发明实施例的进一步改进，短路保护电路还包括输出保护模块(图未注)，输出电压端120通过输出保护模块接地。在本实施例中，输出保护模块包括二极管D1，二极管D1的阳极接地，阴极连接于输出电压端120，可以防止输出负压，将第二开关单元Q2损坏。

本发明实施例提供的短路保护电路可以应用于供电电路，即一种供电电路，包括前述的短路保护电路。

作为优选的实施方式，如图4所示，供电电路还包括整流滤波模块和线性稳压模块，整流滤波模块的输出端连接于线性稳压模块的输入端，短路保护电路的输入电压端110连接于线性稳压模块的输出端。

在本实施例中，如图4所示，整流滤波模块包括整流二极管D2与输出滤波电容C3；线性稳压模块包括三极管Q3、电阻R3和稳压管ZD1，输出滤波电容C3一端与三极管Q3集电极相连，电阻R3跨接在三极管Q3集电极与集电极之间，稳压管ZD1阴极与三极管Q3基极相连。三极管Q3发射极与短路保护电路的输入电压端110相连。

当输出未短路，第二开关单元Q2饱和导通，第一开关单元Q1截止；输入电压端110电压略等于稳压管ZD1的稳压值；当输出短路，第一开关单元Q1饱和导通，第二开关单元Q2截止；输入电压端110的电压保持线性稳压值，略等于稳压管ZD1的稳压值，流过整流二极管D2的电流为Vin/(R1//R2)。

综上：不管输出是否短路，都不影响线性稳压电路正常工作，稳压值略等于ZD1稳压值；而且短路功耗非常小，各器件应力低；短路保护效果良好。

本发明实施例提供的供电电路，可以通过第一延时开关模块的检测端检测输出电压端短路时的低阈值电压，以使其第一受电端、第一出电端导通；从而第二延时开关模块的受控端检测到高阈值电压，使得第二受电端、第二出电端断开，实现短路保护；电路结构简单、通用性强，短路损耗功率非常小，而且短路期间不影响其它模块工作。

作为优选的实施方式，供电电路还包括如图5所示的变压器，变压器包括输入绕组Tr-In、主输出绕组Tr-Out和辅助绕组Tr-Au，主输出绕组Tr-Out、辅助绕组Tr-Au均与输入绕组Tr-In耦合，整流滤波模块连接于辅助绕组Tr-Au。

即该变压器可以为LED驱动电源的变压器，主输出绕组Tr-Out可以向其他控制单元供电，辅助绕组Tr-Au可以向供电电路供电，进而向调光模块等供电，可以节省成本。如果供电电路对外供电输出短路，短路保护电路只会切断辅助绕组Tr-Au向调光模块等的供电，而不会影响整个驱动模块正常工作，避免长时间短路损坏器件，甚至造成人身和财产损失。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种短路保护电路，包括输入电压端、输出电压端，其特征在于：所述短路保护电路包括第一延时开关模块和第二延时开关模块；

所述第一延时开关模块包括第一受电端、第一出电端和检测端，所述第二延时开关模块包括第二受电端、第二出电端和受控端；所述第一受电端、第二受电端均连接于所述输入电压端，所述第一出电端连接于所述受控端，所述第二出电端、检测端均连接于所述输出电压端；

所述检测端用于当检测到低阈值电压时使所述第一受电端、第一出电端导通，所述受控端用于当检测到高阈值电压时使所述第二受电端、第二出电端断开。

2.如权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于：所述第一延时开关模块包括第一延时单元和第一开关单元；所述第一受电端、第一出电端位于所述第一开关单元上，所述第一开关单元还包括导通控制端；所述检测端位于所述第一延时单元上，所述第一延时单元还包括第一启动端，所述导通控制端连接于所述第一启动端；

当所述检测端检测到低阈值电压后，所述第一启动端的电压达到第一启动电压，所述导通控制端使所述第一受电端、第一出电端导通。

3.如权利要求2所述的短路保护电路，其特征在于：所述第二延时开关模块包括第二延时单元和第二开关单元，所述第二受电端、第二出电端和受控端均位于所述第二开关单元上，所述第二延时单元包括第二启动端，所述受控端连接于所述第二启动端；

当所述第二启动端的电压达到第二启动电压时，所述受控端使所述第二受电端、第二出电端导通。

4.如权利要求3所述的短路保护电路，其特征在于：所述检测端与所述第一启动端之间设有第一电阻，所述第一启动端与所述输入电压端之间设有第一电容。

5.如权利要求4所述的短路保护电路，其特征在于：所述第二延时单元包括第二电阻和第二电容，所述第二启动端通过所述第二电阻接地，所述第二电容连接于所述第二启动端和输入电压端之间。

6.如权利要求5所述的短路保护电路，其特征在于：所述第一电阻、第一电容、第二电阻、第二电容满足以下关系：

R1×C1＞R2×C2

其中R1、C1、R2、C2分别表示所述第一电阻、第一电容、第二电阻、第二电容的值。

7.如权利要求1-6中任一项所述的短路保护电路，其特征在于：还包括输出保护模块，所述输出电压端通过所述输出保护模块接地。

8.一种供电电路，其特征在于：包括如权利要求1-7中任一项所述的短路保护电路。

9.如权利要求8所述的供电电路，其特征在于：还包括整流滤波模块和线性稳压模块，所述整流滤波模块的输出端连接于所述线性稳压模块的输入端，所述短路保护电路的输入电压端连接于所述线性稳压模块的输出端。

10.如权利要求9所述的供电电路，其特征在于：还包括变压器，所述变压器包括输入绕组、主输出绕组和辅助绕组，所述主输出绕组、辅助绕组均与所述输入绕组耦合，所述整流滤波模块连接于所述辅助绕组。