CN108667320A - 带过流保护自复位的开关电源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种带过流保护自复位的开关电源，包括：输入整流滤波电路，输入整流滤波电路与交流电源相连；功率开关管及高频变压器电路，功率开关管及高频变压器电路与输入整流滤波电路相连；输出整流滤波电路，输出整流滤波电路与功率开关管及高频变压器电路相连；反馈电路，反馈电路与输出整流滤波电路相连；保护电路，保护电路与输出整流滤波电路相连；控制电路，控制电路分别与功率开关管及高频变压器电路、反馈电路和保护电路相连，控制电路用于根据反馈电路反馈的输出整流滤波电路的输出直流电压对功率开关管及高频变压器电路进行控制以实现稳压，并根据保护电路生成的保护指令和复位指令控制内部的继电器动作以分别实现过流保护和自复位。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，具体涉及一种带过流保护自复位的开关电源。
背景技术
随着世界各国电子科学技术的高速发展，开关电源的应用越来越受到人们的重视，开关电源逐渐应用于社会发展的各个领域。由于开关电源的输入电压通常很高，人员在使用的时候很容易有安全隐患。
发明内容
本发明为解决开关电源安全隐患的技术问题，提供了一种带过流保护自复位的开关电源。
本发明采用的技术方案如下：
一种带过流保护自复位的开关电源，包括：输入整流滤波电路，所述输入整流滤波电路与交流电源相连；功率开关管及高频变压器电路，所述功率开关管及高频变压器电路与所述输入整流滤波电路相连；输出整流滤波电路，所述输出整流滤波电路与所述功率开关管及高频变压器电路相连；反馈电路，所述反馈电路与所述输出整流滤波电路相连；保护电路，所述保护电路与所述输出整流滤波电路相连；控制电路，所述控制电路分别与所述功率开关管及高频变压器电路、所述反馈电路和所述保护电路相连，所述控制电路用于根据所述反馈电路反馈的所述输出整流滤波电路的输出直流电压对所述功率开关管及高频变压器电路进行控制以实现稳压，并根据所述保护电路生成的保护指令和复位指令控制内部的继电器动作以分别实现过流保护和自复位。
所述输入整流滤波电路包括输入保护电路、EMI(ElectromagneticInterference，电磁干扰)滤波电路、整流桥和第一滤波电路，所述输入保护电路分别与交流电源和所述EMI滤波器相连，所述EMI滤波器与所述整流桥相连，所述整流桥与所述第一滤波电路相连。
所述功率开关管及高频变压器电路包括高频变压器的一次侧电路、高频变压器的二次侧电路、高频变压器的辅助绕组电路、功率开关管电路和RCD钳位电路，所述高频变压器的一次侧电路分别与所述第一滤波电路、所述功率开关管电路和所述RCD钳位电路相连，所述高频变压器的二次侧电路与所述输出整流滤波电路相连，所述高频变压器辅助绕组电路与所述控制电路相连。
所述输出整流滤波电路包括高频变压器的二次侧交流电整流电路、二次侧RC吸收电路和第二滤波电路，所述二次侧交流电整流电路和所述二次侧RC吸收电路均与所述高频变压器的二次侧电路相连，所述第二滤波电路分别与所述二次侧交流电整流电路、所述二次侧RC吸收电路和所述开关电源的直流输出端相连。
所述反馈电路包括输出电压分压电路、比较电路和隔离传输反馈电路，所述输出电压分压电路分别与所述开关电源的直流输出端和所述比较电路相连，所述比较电路与所述隔离传输反馈电路相连。
所述比较电路包括TL431，所述隔离传输反馈电路包括PC817。
所述保护电路包括过电流保护电路和自复位电路，所述过电流保护电路分别与所述控制电路和所述开关电源的直流输出端相连，所述自复位电路分别与所述过电流保护电路和所述控制电路相连。
所述保护电路还包括输入保护电路、过电压保护电路和过载保护电路。
所述控制电路包括启动电源电路、振荡电路、电流取样比较电路和驱动电路，所述振荡电路与所述过载保护电路相连，所述电流取样比较电路与所述功率开关管电路相连，所述驱动电路与所述功率开关管电路相连，所述启动电源电路分别与所述高频变压器辅助绕组电路和所述保护电路相连。
所述启动电源电路包括所述继电器，所述继电器的开关元件设置在所述高频变压器的辅助绕组电路中，所述继电器的控制元件与所述自复位电路相连。
本发明的有益效果：
本发明的带过流保护自复位的开关电源，控制电路分别与功率开关管及高频变压器电路、反馈电路和保护电路相连，控制电路可根据反馈电路反馈的输出整流滤波电路的输出直流电压对功率开关管及高频变压器电路进行控制以实现稳压，并根据保护电路生成的保护指令和复位指令控制内部的继电器动作以分别实现过流保护和自复位，由此，可通过纯硬件电路控制过电流保护电路，并且在过电流信号消失电源可以自复位重新开始工作，不仅能够提高使用寿命，还可以消除电路安全隐患。
附图说明
图1为本发明实施例的带过流保护自复位的开关电源的方框示意图；
图2为本发明一个实施例的带过流保护自复位的开关电源的电路结构图；
图3为本发明一个实施例的输入整流滤波电路的电路结构图；
图4为本发明一个实施例的功率开关管及高频变压器电路的电路结构图；
图5为本发明一个实施例的输出整流滤波电路与反馈电路的电路结构图；
图6为本发明一个实施例的保护电路的电路结构图；
图7为本发明一个实施例的控制电路的电路结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例的带过流保护自复位的开关电源，包括输入整流滤波电路10、功率开关管及高频变压器电路20、输出整流滤波电路30、反馈电路40、保护电路50和控制电路60。
其中，输入整流滤波电路10与交流电源相连，功率开关管及高频变压器电路20与输入整流滤波电路10相连，输出整流滤波电路30与功率开关管及高频变压器电路20相连，反馈电路40与输出整流滤波电路30相连，保护电路50与输出整流滤波电路30相连，控制电路60分别与功率开关管及高频变压器电路20、反馈电路40和保护电路50相连，控制电路60用于根据反馈电路40反馈的输出整流滤波电路30的输出直流电压对功率开关管及高频变压器电路20进行控制以实现稳压，并根据保护电路50生成的保护指令和复位指令控制内部的继电器动作以分别实现过流保护和自复位。
在本发明的一个实施例中，带过流保护自复位的开关电源的电路结构如图2所示。下面结合图2与每个电路的具体结构详细说明本发明实施例的开关电源。
如图2和图3所示，输入整流滤波电路10可包括输入保护电路、EMI滤波电路、整流桥和第一滤波电路，输入保护电路分别与交流电源和EMI滤波器相连，EMI滤波器与整流桥相连，整流桥与第一滤波电路相连。
其中，输入保护电路可包括保险丝F1、负温度系数热敏电阻NC和压敏电阻R6、R4等，保险丝F1可接在220V交流电源的火线上。EMI滤波器为复合式EMI滤波器，包括共模电感L1、X电容C1、C2和Y电容C3、C6，X电容C1进行第一级滤波，共模电感L1和X电容C2进行第二级滤波，可用于滤除共模干扰，Y电容C3、C6可用于滤除差模干扰。在本发明的一个具体实施例中，C1、C2可采用薄膜电容以减小漏电流。第一滤波电路包括极性电容E2、E4，整流桥和第一滤波电路可对交流电源进行整流和滤波处理以输出直流电。
如图2和图4所示，功率开关管及高频变压器电路20可包括高频变压器的一次侧电路、高频变压器的二次侧电路、高频变压器的辅助绕组电路、功率开关管电路和RCD钳位电路，高频变压器的一次侧电路分别与第一滤波电路、功率开关管电路和RCD钳位电路相连，高频变压器的二次侧电路与输出整流滤波电路相连，高频变压器辅助绕组电路与控制电路相连。
其中，功率开关管电路包括功率开关管Q6，如NMOS，功率开关管Q6的栅极和源极连接到控制电路，漏极连接到高频变压器T1的一次侧。RCD钳位电路可包括电阻R42、R43、电容C31和二极管D14。为使开关电源的直流输出端VO输出电压稳定在24V，采用大功率开关管调节占空比，通过功率开关管和高频变压器、RCD钳位电路，完成开关电源电路中的一个逆变过程。高频变压器T1的一次侧和二次侧都必须是交流电才能正常工作，因此输入整流滤波电路输出直流电无法通过高频变压器进行变换，本发明实施例中使用功率开关管Q6在一段时间内导通与关断，从而使直流电压形成具有占空比的方波。在RCD吸收电路工作中，电容器电压上升，升高的电容器电压如果不在下个吸收过程释放，则下一个吸收过程就会失效，导致开关管关断过程的电压可能超过额定电压值，从而被过电压击穿。可在高频变压器T1的一次侧设置稳压管，再提供电压给控制电路，防止电压过大损坏控制电路，形成过电压保护。
如图2和图5所示，输出整流滤波电路30包括高频变压器的二次侧交流电整流电路、二次侧RC吸收电路和第二滤波电路，二次侧交流电整流电路和二次侧RC吸收电路均与高频变压器的二次侧电路相连，第二滤波电路分别与二次侧交流电整流电路、二次侧RC吸收电路和开关电源的直流输出端相连。反馈电路40包括输出电压分压电路、比较电路和隔离传输反馈电路，输出电压分压电路分别与开关电源的直流输出端和比较电路相连，比较电路与隔离传输反馈电路相连。在本发明的一个实施例中，比较电路包括TL431，隔离传输反馈电路包括PC817。
如图2和图6所示，保护电路50可包括过电流保护电路和自复位电路，过电流保护电路分别与控制电路和开关电源的直流输出端相连，自复位电路分别与过电流保护电路和控制电路相连。进一步地，保护电路50还可包括输入保护电路、过电压保护电路和过载保护电路。
如图2和图7所示，控制电路60可包括电流型控制芯片、启动电源电路、振荡电路、电流取样比较电路和驱动电路，振荡电路与过载保护电路相连，电流取样比较电路与功率开关管电路相连，驱动电路与功率开关管电路相连，启动电源电路分别与高频变压器辅助绕组电路和保护电路相连。启动电源电路包括继电器，继电器的开关元件设置在高频变压器的辅助绕组电路中，继电器的控制元件与自复位电路相连。
其中，二次侧交流电整流电路可采用正向压降低的20A/200V肖特基二极管D13，能够减小损耗，提高整个电路的效率。二次侧RC吸收电路包括R40和C30。本发明实施例的开关电源的输出电压为24V，输出功率为75W，因此第二滤波电路即输出滤波电路选择C-L-C滤波电路，包括极性电容C25、C29、滤波电感L2和极性电容C18和C10。为防止第二滤波电路的电流过大，在其输出端并联一个二极管D3，可起到过电流保护作用。输出电压经R27、R26、R30组成输出电压采样并分压后得到取样电压，与TL431中的2.5V基准电压进行比较。当输出电压出现正误差，取样电压大于2.5V，TL431的稳压值降低，光电耦合器输出端电流增大，控制电路60中控制芯片的比较端即1脚的电压值增大，控制芯片的输出端即6脚的脉冲信号占空比降低，开关管的导通时间减少，输出电压降低；反之，如果输出电压出现负误差，控制芯片的输出脉冲占空比增大，输出电压增高，达到稳压目的。
开关电源的直流输出端的电压经分压、滤波后加至两路电压比较器的同相输人端。比较器的同相输入端是一个电流转换电压的电路，通过R18、R10上的电压来检测流过输出负载的电流。电阻R22、R19和R11、R12形成分压基准电路，设定阀值电压，而R22、R11阻值可调，适应输出接额定电流不同的用电设备过电流情况的保护。阈值电压接到比较器的反相输入端。输出负载出现过电流现象时，流过R18的电流要变大，R18上的压降增大，同相输入端电压上升大于反相输入端，二极管D5、D6导通，比较器输出高电平，光电耦合器开始工作，三极管Q2正常工作，Q1导通后，控制电路60中的继电器动作，启动电源电路停止工作，开关电源无输出电压，整个电路处于保护状态。当过电流信号消失或输出负载正常工作时，同相输入端电压要小于反相输入端，二极管D5、D6截止，比较器输出低电平，光电耦合器停止工作，三极管Q2截止，控制电路60中的继电器停止动作，启动电源电路仍然无法重新开始工作。这时自复位电路中的开关动作，使大电容放电，控制电路60中的继电器复位，重新加输入电压，与自复位电路相连的启动电源电路恢复正常，控制电路正常输出占空比，开关电源稳定输出电压。
振荡电路可产生控制芯片工作的初始振荡信号，电阻R34和电容C27决定振荡频率的大小，过载保护电路在过载时，输出电压降低，反馈电路的光电耦合器停止工作。控制芯片8脚的电压通过R50、R33和Q、R49给C22充电。当控制芯片8脚电压与C22两端电压差小于Q的PN结导通电压时，晶体管Q截止，振荡电路被断开，控制电路60中的启动电源电路停止工作，输出电压下降到零，瞬间控制电路60电源降为零，C22通过R50、R33放电，控制电路60中的启动电源电路重新工作。因为输出过载未解除，光电耦合器仍停止工作，晶体管Q又断开。只有当输出过载解除后，电路才可以恢复正常工作。电流取样比较电路由R39、R41以及C26组成。R41上的电压反映了电流瞬时值，发生过电流时，功率开关管Q6漏极的电流会增大，R41上的电压会增大，等于1V时，控制电路60停止工作。驱动电路包括R37、R36、R39和D12，R37、R36并联电阻取值越小越好，此处取值为20Ω，D12可防止过电压击穿电路。
总体而言，如图1至图7所示，输入整流滤波电路10将交流电整流滤波成比较平滑的直流电，功率开关管及高频变压器电路20将直流电转换成脉冲电压传输给高频变压器一次侧，输出整流滤波电路30将高频变压器二次侧交流电压转换成直流电压，反馈电路40检测输出直流电压，并与基准电压比较，其误差通过误差放大器进行放大，并由控制芯片产生脉宽调制信号，稳定输出电压，保护电路50可将输出端的过电流信号进行比较分析。
进一步地，在本发明的一个实施例中，交流电压220V输入经过保险丝、压敏电阻等构成的输入保护电路，再经过EMI滤波电路，过滤掉电网上的干扰，同时也过滤掉电源对电网的干扰。再经过整流桥和电解电容整流滤波成直流，通过PWM信号控制开关管Q6，让开关管工作在导通和关断的状态，将直流电转化为高频率的交流电提供给高频变压器一次侧进行变压，二次侧产生所需要的电压，经输出整流滤波的整流二极管、四个大电解电容和电感线圈，对二次侧交流电进行整流滤波，由于外部交流电频率可能波动较大，通过电容与线圈进行滤波，可以得到比较平滑的直流电。并且输出直流电压通过反馈电路40将信号传输给控制电路60，控制PWM占空比，以达到稳定输出的目的。保护电路50可采集输出端的过电流信号传输到电压比较器，再连接到控制电路。自复位电路与控制电路60中的启动电源电路相连，在发生过电流情况的时候，保护电路50中的电压比较器可根据电阻配比设置比较阈值，可变电阻的改变适应不同用电设备的过流保护。过流信号与电压比较器的阈值相比较大，自复位电路中的继电器开始动作，控制电路60的启动电源电路无法工作，整个电路无输出电压，开始保护电路。当过电流信号消失或输出负载正常工作时，自复位电路中的继电器开始动作，启动电源电路恢复正常，整个电路稳定输出电压，实现自复位。
综上所述，根据本发明实施例的带过流保护自复位的开关电源，控制电路分别与功率开关管及高频变压器电路、反馈电路和保护电路相连，控制电路可根据反馈电路反馈的输出整流滤波电路的输出直流电压对功率开关管及高频变压器电路进行控制以实现稳压，并根据保护电路生成的保护指令和复位指令控制内部的继电器动作以分别实现过流保护和自复位，由此，可通过纯硬件电路控制过电流保护电路，并且在过电流信号消失电源可以自复位重新开始工作，不仅能够提高使用寿命，还可以消除电路安全隐患。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种带过流保护自复位的开关电源，其特征在于，包括：
输入整流滤波电路，所述输入整流滤波电路与交流电源相连；
功率开关管及高频变压器电路，所述功率开关管及高频变压器电路与所述输入整流滤波电路相连；
输出整流滤波电路，所述输出整流滤波电路与所述功率开关管及高频变压器电路相连；
反馈电路，所述反馈电路与所述输出整流滤波电路相连；
保护电路，所述保护电路与所述输出整流滤波电路相连；
控制电路，所述控制电路分别与所述功率开关管及高频变压器电路、所述反馈电路和所述保护电路相连，所述控制电路用于根据所述反馈电路反馈的所述输出整流滤波电路的输出直流电压对所述功率开关管及高频变压器电路进行控制以实现稳压，并根据所述保护电路生成的保护指令和复位指令控制内部的继电器动作以分别实现过流保护和自复位。
2.根据权利要求1所述的带过流保护自复位的开关电源，其特征在于，所述输入整流滤波电路包括输入保护电路、EMI滤波电路、整流桥和第一滤波电路，所述输入保护电路分别与交流电源和所述EMI滤波器相连，所述EMI滤波器与所述整流桥相连，所述整流桥与所述第一滤波电路相连。
3.根据权利要求2所述的带过流保护自复位的开关电源，其特征在于，所述功率开关管及高频变压器电路包括高频变压器的一次侧电路、高频变压器的二次侧电路、高频变压器的辅助绕组电路、功率开关管电路和RCD钳位电路，所述高频变压器的一次侧电路分别与所述第一滤波电路、所述功率开关管电路和所述RCD钳位电路相连，所述高频变压器的二次侧电路与所述输出整流滤波电路相连，所述高频变压器辅助绕组电路与所述控制电路相连。
4.根据权利要求3所述的带过流保护自复位的开关电源，其特征在于，所述输出整流滤波电路包括高频变压器的二次侧交流电整流电路、二次侧RC吸收电路和第二滤波电路，所述二次侧交流电整流电路和所述二次侧RC吸收电路均与所述高频变压器的二次侧电路相连，所述第二滤波电路分别与所述二次侧交流电整流电路、所述二次侧RC吸收电路和所述开关电源的直流输出端相连。
5.根据权利要求4所述的带过流保护自复位的开关电源，其特征在于，所述反馈电路包括输出电压分压电路、比较电路和隔离传输反馈电路，所述输出电压分压电路分别与所述开关电源的直流输出端和所述比较电路相连，所述比较电路与所述隔离传输反馈电路相连。
6.根据权利要求5所述的带过流保护自复位的开关电源，其特征在于，所述比较电路包括TL431，所述隔离传输反馈电路包括PC817。
7.根据权利要求5或6所述的带过流保护自复位的开关电源，其特征在于，所述保护电路包括过电流保护电路和自复位电路，所述过电流保护电路分别与所述控制电路和所述开关电源的直流输出端相连，所述自复位电路分别与所述过电流保护电路和所述控制电路相连。
8.根据权利要求7所述的带过流保护自复位的开关电源，其特征在于，所述保护电路还包括输入保护电路、过电压保护电路和过载保护电路。
9.根据权利要求8所述的带过流保护自复位的开关电源，其特征在于，所述控制电路包括启动电源电路、振荡电路、电流取样比较电路和驱动电路，所述振荡电路与所述过载保护电路相连，所述电流取样比较电路与所述功率开关管电路相连，所述驱动电路与所述功率开关管电路相连，所述启动电源电路分别与所述高频变压器辅助绕组电路和所述保护电路相连。
10.根据权利要求9所述的带过流保护自复位的开关电源，其特征在于，所述启动电源电路包括所述继电器，所述继电器的开关元件设置在所述高频变压器的辅助绕组电路中，所述继电器的控制元件与所述自复位电路相连。
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