CN109274075A - 一种开关电源的锁止保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明所公开的一种开关电源的锁止保护电路，与开关电源相连的保护电路模块，对开关电源的输出电压进行锁止；保护电路模块包括三极管QM2、电阻RM2、电容CM1、稳压管ZDM1和稳压管ZDM2；三极管QM2的基极分别与电容CM1的正极、电阻RM2的一端相连；三极管QM2的发射极通过稳压管ZDM1与电容CM1的负极相连后接地连接，其集电极与开关电源相连；电阻RM2的另一端与开关电源的辅助电路电压Vaux点相连；稳压管ZDM2的一端与开关电源的正极电压V+相连，其另一端接地连接。其结构对开关电源的输出电压锁止保护，提高了充电的安全性，并提高了开关电源的可靠性，提升使用性能。

Description

一种开关电源的锁止保护电路
技术领域
本发明涉及开关电源应用的技术领域，尤其是一种开关电源的锁止保护电路。
背景技术
开关电源是利用现代电力电子技术，通过控制功率开关管导通和关断时间的比率(占空比)，达到维持稳定输出电压的一种电源，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于各类电器电子设备中。
目前开关电源所采用的保护大多为通过检测原边电流，当负载短路或电机卡死等输出端异常，导致原边电流增加，触发控制芯片保护点，控制芯片控制PWM输出，使占空比减小到0实现输出关断。紧接着控制芯片进入下一个工作周期复位，开关电源继续输出，若输出端异常持续，则控制芯片又进入保护。如此反复形成打嗝式保护。
打嗝式保护大大降低开关电源的可靠性。由于开关电源反复启动关断，启动电流过大，影响内部元器件使用寿命，甚至损坏整个开关电源及其他相关电路，造成重大经济损失。
打嗝式保护对负载和使用者有安全隐患。以电机负载为例，开关电源打嗝式保护使电机反复启动，由于电机无法锁死，继续转动可能会威胁到使用者人身安全。并且电机的反复启动会在产生噪音的同时也降低了客户的体验感。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术的不足而设计的当负载短路或电机卡死等输出端异常时，完全自动停止开关电源输出电压，使负载锁死的一种开关电源的锁止保护电路。
本发明所设计的一种开关电源的锁止保护电路，包括：与开关电源相连的保护电路模块，对开关电源的输出电压进行锁止；保护电路模块包括三极管QM2、电阻RM2、电容CM1、稳压管ZDM1和稳压管ZDM2；三极管QM2的基极分别与电容CM1的正极、电阻RM2的一端相连；三极管QM2的发射极通过稳压管ZDM1与电容CM1的负极相连后接地连接，其集电极与开关电源相连；电阻RM2的另一端与开关电源的辅助电路电压Vaux点相连；稳压管ZDM2的一端与开关电源的正极电压V+相连，其另一端接地连接。
辅助电路电压Vaux通过串联的电阻RM2对电容CM1充电，当电容CM1两端电压达到三极管QM2发射结的初始导通电压与稳压管ZDM1额定电压之和(即三极管QM2的基极电压减去稳压管ZDM1额定电压所得的电压值＞三极管QM2发射结的初始导通时的电压值)时，三极管QM2导通，三极管Q2基极电压被钳位到稳压管ZDM2的额定电压，不足以导通三极管Q2(即三极管Q2基极电压减去VCC电压所得的电压值＜三极管QM2发射结的初始导通时的电压值)，三极管Q2截止，VCC电压低于开关电源中控制芯片U1正常工作所需供电电压，控制芯片U1无法工作，开关电源无输出，从而将开关电源输出的电压进行锁止保护。
进一步优选，还包括二极管DM1、二极管DM2、二极管DM3、三极管QM1和位于二极管DM3负极的电压点A；二极管DM1、二极管DM2的正极分别与交流市电的零线和火线相连；二极管DM2的负极分别与二极管DM1的负极和二极管DM3的负极相连，二极管DM3的正极与三极管QM1的基极相连；三极管QM1的发射极与电阻RM2的另一端相连，其集电极接地连接，并且分别与电压点A、电容CM1的负极、稳压管ZDM1的正极相连。
其还包括二极管DM1、二极管DM2、二极管DM3、三极管QM1和位于二极管DM3负极的电压点A的电路结构，可在负载短路或过载导致保护后，只有断开交流输入的情况下解除保护，交流市电通过二极管DM1和DM2半波整流接入电路A点，三极管QM1发射极电压-A点电压-二极管DM3正向导通电压＜三极管QM1发射结的初始导通电压，三极管QM1截止。从而起到对负载进一步保护的作用。
进一步优选，还包括电阻RM1、电阻RM2、电阻RM3、电阻RM4；二极管DM1、电阻RM1、二极管DM2三者相互串联；电阻RM4连接电压点A的输出连接上；电阻RM3连接在三极管QM1的集电极上；电阻RM2连接在三极管QM1的发射极上。
进一步优选，还包括三极管QM3、光耦UM1A、光耦UM1B、电阻RM7和电容CM2；光耦UM1B并联在稳压管ZDM1和电容CM1之间；三极管QM3、光耦UM1A相互串联连接，光耦UM1A的二极管端正极分别与稳压管ZDM2的负极、开关电源的正极电压V+相连；三极管QM3的发射极分别与三极管QM3的基极、稳压管ZDM2的正极相连；稳压管ZDM2的正极通过RM7分别与电容CM2的一端、三极管QM3的发射极、接地端相连，电容CM2并联在三极管QM3和电阻RM7之间。
其还包括三极管QM3、光耦UM1A、光耦UM1B、电阻RM7和电容CM2的电路结构，当开关电源在处于保护状态下，当由于负载短路或过载导致输出电压减小时，电容CM2通过电阻RM7放电，电压减小，当电容CM2两端电压小于三极管QM3发射结的初始导通电压(即三极管QM3的基极电压减去三极管QM3的发射极电压所得的电压值＜三极管QM3发射结的初始导通时的电压值)时，三极管QM3截止，光耦UM1A二极管端悬空，无正向导通压降，光耦UM1B三极管端截止。并且异常解除瞬间输出仍为0，三极管QM3基极仍为低电平，处于截止状态，光耦UM1A二极管端仍悬空，无正向导通压降，光耦UM1B三极管端仍截止；从而起到对负载进一步保护的作用。
进一步优选，还包括电阻RM5、电阻RM6，光耦UM1A的正极通过电阻RM5分别与电阻RM6的一端、开关电源的输出正极电压V+相连，电阻RM6的另一端与稳压管ZDM2的负极相连。
进一步优选，开关电源包括EMI模块、整流模块、输入滤波模块、变压模块、输出滤波模块和PWM模块，EMI模块、整流模块、输入滤波模块、变压模块、输出滤波模块依次相互连接，PWM模块连接在输入滤波模块、变压模块之间的连接线上，PWM模块与主控芯片相连。
进一步优选，变压模块的输入端上连接有VCC模块，VCC模块产生辅助电路电压Vaux，三极管QM2的集电极与VCC模块的电压输出端相连。
进一步优选，输出滤波模块上具有电压输出端负极V0UT-和电压输出端正极V0UT+，电压输出端正极V0UT+上连接有电压控制模块。
进一步优选，输出滤波模块包括电解电容EC4，电解电容EC4的正极通过串联的电阻RM5和光耦UM1A的二极管端正极相连。
本发明所涉及的一种开关电源的锁止保护电路，对开关电源的输出电压锁止保护，提高了充电的安全性，并提高了开关电源的可靠性，提升使用性能。
另外还实现了必须要断电后才能恢复正常工作，使得对使用的安全性和负载的使用寿命得到进步提升，具体操作时：在负载短路或过载导致保护后，断交流输入的情况下解除异常，由于交流市电未接入电路，三极管QM1发射极电压减去三极管QM1基极电压所得的电压值＞三极管QM1发射结的初始导通时的电压值，三极管QM1导通。电容CM1通过三极管QM1和电阻RM3放电，辅助电压Vaux通过电阻RM2、RM3与三极管QM1放电，当电容CM1两端电压降低到小于三极管QM2发射结的初始导通电压与稳压管ZDM1额定电压之和(即三极管QM2的基极电压减去稳压管ZDM1额定电压所得的电压值＜三极管QM2发射结的初始导通时的电压值)时，三极管QM2截止，重新接入交流输入时，开关电源可继续工作。
附图说明
图1是实施例1的整体电路结构示意图；
图2是实施例1的开关电源的模块框图；
图3是实施例1的保护电路模块的电路结构图。
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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1-图3所示，本实施例所描述的一种开关电源的锁止保护电路，包括与开关电源相连的保护电路模块7，对开关电源的输出电压进行锁止；
保护电路模块7包括三极管QM2、电阻RM2、电容CM1、稳压管ZDM1、稳压管ZDM2、二极管DM1、二极管DM2、二极管DM3、三极管QM1、位于二极管DM3负极的电压点A、电阻RM1、电阻RM2、电阻RM3、电阻RM4、三极管QM3、光耦UM1A、光耦UM1B、电阻RM5、电阻RM6、电阻RM7和电容CM2；
三极管QM2的基极分别与电容CM1的正极、电阻RM2的一端相连；三极管QM2的发射极通过稳压管ZDM1与电容CM1的负极相连后接地连接，其集电极与开关电源相连；电阻RM2的另一端与开关电源的辅助电路电压Vaux点相连；稳压管ZDM2的负极与开关电源的正极电压V+相连，其正极接地连接；二极管DM1、二极管DM2的正极分别与交流市电的零线和火线相连；二极管DM2的负极分别与二极管DM1的负极和二极管DM3的负极相连，二极管DM3的正极与三极管QM1的基极相连；三极管QM1的发射极与电阻RM2的另一端相连，其集电极接地连接，并且分别与电压点A、电容CM1的负极、稳压管ZDM1的正极相连；二极管DM1、电阻RM1、二极管DM2三者相互串联；电阻RM4连接电压点A的输出连接上；电阻RM3连接在三极管QM1的集电极上；电阻RM2连接在三极管QM1的发射极上；光耦UM1B并联在稳压管ZDM1和电容CM1之间；三极管QM3、光耦UM1A相互串联连接，光耦UM1A的二极管端正极分别与稳压管ZDM2的负极、开关电源的正极电压V+相连；三极管QM3的发射极分别与三极管QM3的基极、稳压管ZDM2的正极相连；光耦UM1A的正极通过电阻RM5分别与电阻RM6的一端、开关电源的输出正极电压V+相连，电阻RM6的另一端与稳压管ZDM2的负极相连；稳压管ZDM2的正极通过RM7分别与电容CM2的一端、三极管QM3的发射极、接地端相连，电容CM2并联在三极管QM3和电阻RM7之间；开关电源中的电解电容EC4的正极通过串联的电阻RM5和光耦UM1A的二极管端正极相连。
开关电源正常供电的启动状态如下：
1.当接入交流市电时，开关电源正常工作。当输出电压(V+)大于稳压管ZDM2额定电压时，通过串联的电阻RM6对电容CM2充电，当电容CM2两端电压达到三极管QM3发射结的初始导通电压(即三极管QM3的基极电压减去三极管QM3的发射极电压所得的电压值＞三极管QM3发射结的初始导通时的电压值)时，三极管QM3导通，光耦UM1A二极管端有正向导通压降，光耦UM1B三极管端导通，三极管QM2基极电压不足以使三极管QM2导通，三极管QM2截止，此处充电导通时间为t1。
2.与此同时，辅助电路电压(Vaux)通过串联的电阻RM2对电容CM1充电，当电容CM1两端电压达到三极管QM2发射结的初始导通电压与稳压管ZDM1额定电压之和(即三极管QM2的基极电压减去稳压管ZDM1额定电压所得的电压值＞三极管QM2发射结的初始导通时的电压值)时，三极管QM2导通，此处充电时间为t2。
3.通过调整电阻RM6、稳压管ZDM2和电容CM2参数，控制t1；通过调整电阻RM2和电容CM1参数，控制t2；使得t1<t2，开关电源正常工作。
4.与此同时，交流市电通过二极管DM1和DM2半波整流接入电路A点，三极管QM1发射极电压减去电压点A减去二极管DM3正向导通电压所得到的电压值＜三极管QM1发射结的初始导通时的电压值，三极管QM1截止,电容CM1和辅助电路电压Vaux无法通过三极管QM1放电。
本实施例中，开关电源包括EMI模块1、整流模块2、输入滤波模块3、变压模块4、输出滤波模块5和PWM模块6，EMI模块1、整流模块2、输入滤波模块3、变压模块4、输出滤波模块5依次相互连接，PWM6模块连接在输入滤波模块3、变压模块4之间的连接线上，PWM模块6与主控芯片U1相连，输出滤波模块电解电容EC4设置在输出滤波模块上。EMI模块：防止市电对开关电源的干扰以及开关电源对外界的干扰作用；市电通过整流模块和输入滤波模块由交流电转换为稳定的直流电储存在大电容EC1中，主控芯片U1控制MOS管Q1的导通和关断，使大电容EC1稳定直流形成变换的直流，通过变压器T1A转变为电压较低的变换的电压，通过输出滤波模块转变成电压较低的稳定的电压对外界输出。电压控制模块是通过对输出电压采样，当输出电压过大或过小时，通过光耦U2反馈给主控芯片U1，U1控制MOS管Q1导通和关断比(占空比)，调节输出电压，使输出电压稳定。从而实现对负载进行供电，使负载能正常工作。
本实施例中，变压模块4的输入端上连接有VCC模块8，VCC模块8产生辅助电路电压Vaux，三极管QM2的集电极与VCC模块的电压输出端相连。其VCC模块主要给主控芯片U1进行供电，使其能正常工作。
本实施例中，输出滤波模块5上具有电压输出端负极V0UT-和电压输出端正极V0UT+，电压输出端负正极V0UT+上连接有电压控制模块9；其电压控制模块9使得输出电压得到控制，而且所输出的电压稳定可靠，提升电路的使用性能。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种开关电源的锁止保护电路，其特征在于，包括：
与开关电源相连的保护电路模块，对开关电源的输出电压进行锁止；
保护电路模块包括三极管QM2、电阻RM2、电容CM1、稳压管ZDM1和稳压管ZDM2；三极管QM2的基极分别与电容CM1的正极、电阻RM2的一端相连；三极管QM2的发射极通过稳压管ZDM1与电容CM1的负极相连后接地连接，其集电极与开关电源相连；电阻RM2的另一端与开关电源的辅助电路电压Vaux点相连；稳压管ZDM2的负极与开关电源的正极电压V+相连，其正极接地连接。
2.根据权利要求1所述的一种开关电源的锁止保护电路，其特征在于，还包括二极管DM1、二极管DM2、二极管DM3、三极管QM1和位于二极管DM3负极的电压点A；二极管DM1、二极管DM2的正极分别与交流市电的零线和火线相连；二极管DM2的负极分别与二极管DM1的负极和二极管DM3的负极相连，二极管DM3的正极与三极管QM1的基极相连；三极管QM1的发射极与电阻RM2的另一端相连，其集电极接地连接，并且分别与电压点A、电容CM1的负极、稳压管ZDM1的正极相连。
3.根据权利要求2所述的一种开关电源的锁止保护电路，其特征在于，还包括电阻RM1、电阻RM2、电阻RM3、电阻RM4；二极管DM1、电阻RM1、二极管DM2三者相互串联；电阻RM4连接电压点A的输出连接上；电阻RM3连接在三极管QM1的集电极上；电阻RM2连接在三极管QM1的发射极上。
4.根据权利要求1所述的一种开关电源的锁止保护电路，其特征在于，还包括三极管QM3、光耦UM1A、光耦UM1B、电阻RM7和电容CM2；光耦UM1B并联在稳压管ZDM1和电容CM1之间；三极管QM3、光耦UM1A相互串联连接，光耦UM1A的二极管端正极分别与稳压管ZDM2的负极、开关电源的正极电压V+相连；三极管QM3的发射极分别与三极管QM3的基极、稳压管ZDM2的正极相连；稳压管ZDM2的正极通过RM7分别与电容CM2的一端、三极管QM3的发射极、接地端相连，电容CM2并联在三极管QM3和电阻RM7之间。
5.根据权利要求4所述的一种开关电源的锁止保护电路，其特征在于，还包括电阻RM5、电阻RM6，光耦UM1A的正极通过电阻RM5分别与电阻RM6的一端、开关电源的输出正极电压V+相连，电阻RM6的另一端与稳压管ZDM2的负极相连。
6.根据权利要求1所述的一种开关电源的锁止保护电路，其特征在于，开关电源包括EMI模块、整流模块、输入滤波模块、变压模块、输出滤波模块和PWM模块，EMI模块、整流模块、输入滤波模块、变压模块、输出滤波模块依次相互连接，PWM模块连接在输入滤波模块、变压模块之间的连接线上，PWM模块与主控芯片相连。
7.根据权利要求6所述的一种开关电源的锁止保护电路，其特征在于，变压模块的输入端上连接有VCC模块，VCC模块产生辅助电路电压Vaux，三极管QM2的集电极与VCC模块的电压输出端相连。
8.根据权利要求6所述的一种开关电源的锁止保护电路，其特征在于，输出滤波模块上具有电压输出端负极V0UT-和电压输出端负正极V0UT+，电压输出端负正极V0UT+上连接有电压控制模块。
9.根据权利要求6所述的一种开关电源的锁止保护电路，其特征在于，输出滤波模块包括电解电容EC4，电解电容EC4的正极通过串联的电阻RM5和光耦UM1A的二极管端正极相连。
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