CN110212493B - 保护电路、主板和用电设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种保护电路、主板和用电设备。一种保护电路，其中，开关电源的电源正极输出端与具有单向导通功能的电路的第一端连接，电源负极输出端接地，用于给具有单向导通功能的电路的第一端提供第一电平信号；PFC电路的第一端与具有单向导通功能的电路的第二端连接，第二端接地，用于当PFC电路发生短路故障时，给具有单向导通功能的电路的第二端提供低于第一电平信号的第二电平信号；具有单向导通功能的电路，用于在第二电平信号低于第一电平信号时，单向导通，使得开关电源的电源正极输出端与电源负极输出端短路连接，以触发开关电源的短路保护功能停止为主板供电。

Description

保护电路、主板和用电设备

技术领域

本申请涉及电路保护技术领域，尤其涉及一种保护电路、主板和用电设备。

背景技术

随着电力电子技术的发展，各种用电设备接入电网，如果接入电网的用电设备为非线性用电设备，会使电网谐波增加，谐波的增加，会降低有用功率，越来越多的用电设备的接入，导致谐波污染问题也越来越严重。

由于功率因数校正(Power Factor Corretion，PFC)技术具有效率高、性能好等优点，且能够很好地解决电流谐波问题，已经得到了广泛的应用和发展。在中小型功率家电控制器中，由于升压(Boost)型PFC电路具有宽电压范围输入和高功率因数(Power Factor，PF)值的特点，应用更加广泛。

相关技术中，在设备的主板上设置Boost型PFC电路，一般，Boost型PFC电路包括整流桥、电感、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)、二极管和电容。工作时，整流桥将零线、火线输入的交流电源整流后输出，为电容充电升压。由于电容具有充电前阻抗小接近短路的特性，为了避免直接上电产生大电流而冲击损耗器件，需要在整流桥之前设置充电电路，该充电电路包括并联的第一继电器、第二继电器，其中，第二继电器的支路上还串联用于限流的电阻。基于此，第二继电器闭合时，电容充电，第一继电器闭合时，主板工作。

上述Boost型PFC电路中，IGBT是故障率非常高的器件，如果IGBT发生短路故障，在第二继电器闭合的情况下，用于限流的电阻被直接短接在零线和火线之间，电阻持续发热会导致主板烧毁。

发明内容

本申请的目的是提供一种保护电路、主板和用电设备，以解决相关技术中Boost型PFC电路中的IGBT短路故障导致主板烧毁的问题。

本申请的目的是通过以下技术方案实现的：

一种保护电路，应用于具有PFC电路的主板中，所述保护电路包括：

PFC电路、具有单向导通功能的电路和用于为所述主板供电的开关电源；

其中，所述开关电源的电源正极输出端与所述具有单向导通功能的电路的第一端连接，电源负极输出端接地，用于给所述具有单向导通功能的电路的第一端提供第一电平信号；

所述PFC电路的第一端与所述具有单向导通功能的电路的第二端连接，第二端接所述地，用于当所述PFC电路发生短路故障时，给所述具有单向导通功能的电路的第二端提供低于所述第一电平信号的第二电平信号；

所述具有单向导通功能的电路，用于在所述第二电平信号低于所述第一电平信号时，单向导通，使得所述开关电源的电源正极输出端与电源负极输出端短路连接，以触发所述开关电源的短路保护功能停止为所述主板供电。

可选的，所述具有单向导通功能的电路包括：第一二极管；

所述第一二极管的正极连接所述开关电源的电源正极输出端，负极连接所述PFC电路的第一端。

可选的，所述PFC电路包括整流桥、电感、第二二极管、第三二极管、IGBT和电容；其中：

所述整流桥的正极输出端与所述电感的第一端连接，负极输出端接地；

所述电感的第二端分别与所述IGBT的集电极、所述第二二极管的负极、所述第三二极管的正极连接；

所述第三二极管的负极与所述电容的第一端连接；

所述IGBT的发射极、所述第二二极管的正极、所述电容的第二端均接地；

所述第一二极管的负极分别与所述整流桥的正极输入端、所述电感的第一端连接。

可选的，所述第一二极管的反向耐压值大于或者等于650V。

可选的，还包括充电电路；

所述充电电路包括并联的第一支路和第二支路；

所述第一支路的第一端用于连接第一电源传输线，第二端连接所述整流桥的正极输入端；

所述第二支路的第一端用于连接第二电源传输线，第二端连接所述整流桥的负极输入端；

所述第一支路上串接有第一开关；

所述第二支路上串接有第二开关和第一电阻；

所述充电电路，用于通过闭合所述第二开关，使得所述电容充电；通过闭合所述第一开关，使得所述主板上电工作。

可选的，还包括控制器；

所述控制器的第一端与所述第一开关连接，第二端与所述第二开关连接，第三端与所述开关电源的电源正极输出端连接，第四端与所述开关电源的电源负极输出端连接，用于检测到所述主板的开机指令时，向所述第二开关发送第一控制信号以控制所述第二开关闭合；检测到所述电容的充电电压达到预设电压值时，向所述第一开关发送第二控制信号以控制所述第一开关闭合。

可选的，还包括电压检测电路；

所述电压检测电路的第一端连接所述电容的第一端，第二端连接所述控制器的第五端；

所述电压检测电路，用于检测所述电容的电压信号并提供给所述控制器；

所述控制器，还用于接收所述电压检测电路的检测的电压信号，根据所述电压检测电路检测的电压信号，判断所述电容的充电电压是否达到预设电压值。

可选的，还包括电流检测电路；

所述IGBT的发射极通过所述电流检测电路接地；

所述电流检测电路还连接所述控制器的第六端，用于检测电流信号并提供给所述控制器；

所述控制器，还用于接收所述电流检测电路检测的电流信号，根据所述电流检测电路检测的电流信号和所述电压检测电路检测的电压信号，确定所述主板的输入功率，当所述主板的输入功率达到预设功率值时，控制启动所述PFC电路。

一种主板，包括以上任一项所述的保护电路。

一种用电设备，包括如以上所述的主板。

本申请采用以上技术方案，具有如下有益效果：

本申请的方案中，在PFC电路与开关电源之间设置了具有单向导通功能的电路，开关电源的电源正极输出端给具有单向导通功能的电路的一端提供第一电平信号，电路PFC电路发生短路故障时，由于可以给具有单向导通功能的电路提供低于第一电平信号的第二电平信号，在第二电平信号低于第一电平信号时，具有单向导通功能的电路单向导通，由于开关电源和PFC电路共地，可以使得开关电源的电源正极输出端与电源负极输出端短路连接，由于开关电源本身具有短路保护功能，这时，可以触发开关电源自身的短路保护功能，停止位主板供电，主板停止工作，从而避免主板上的器件因短路持续发热，烧毁主板。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一个实施例提供的一种保护电路的结构示意图。

图2是本申请另一个实施例提供的一种保护电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。

实施例

参见图1，图1是本申请一个实施例提供的一种保护电路的结构示意图。

如图1所示，本实施例提供的一种保护电路，应用于具有PFC电路的主板中，保护电路包括：

PFC电路1、具有单向导通功能的电路2和用于为主板供电的开关电源3；

其中，开关电源3的电源正极输出端与具有单向导通功能的电路2的第一端连接，电源负极输出端接地，用于给具有单向导通功能的电路2的第一端提供第一电平信号；

PFC电路1的第一端与具有单向导通功能的电路2的第二端连接，第二端接地，用于当PFC电路1发生短路故障时，给具有单向导通功能的电路2的第二端提供低于第一电平信号的第二电平信号；

具有单向导通功能的电路2，用于在第二电平信号低于第一电平信号时，单向导通，使得开关电源3的电源正极输出端与电源负极输出端短路连接，以触发开关电源3的短路保护功能停止为主板供电。

需要说明的是，本实施例中，开关电源本身具有短路保护功能，具体实现可以参考相关技术，此处不再赘述。

本申请的方案中，在PFC电路1与开关电源3之间设置了具有单向导通功能的电路2，开关电源3的电源正极输出端给具有单向导通功能的电路2的一端提供第一电平信号，电路PFC电路1发生短路故障时，由于可以给具有单向导通功能的电路2提供低于第一电平信号的第二电平信号，在第二电平信号低于第一电平信号时，具有单向导通功能的电路2单向导通，由于开关电源3和PFC电路1共地，可以使得开关电源3的电源正极输出端与电源负极输出端短路连接，由于开关电源3本身具有短路保护功能，这时，可以触发开关电源3自身的短路保护功能，停止位主板供电，主板停止工作，从而避免主板上的器件因短路持续发热，烧毁主板。

实施中，PFC电路1的具体结构不同，相应的，保护电路的具体结构也有不同。本申请的方案可以但不限于适用于Boost型PFC电路1中。下面结合一种具体的Boost型PFC电路1的具体结构对本申请的保护电路进行更加详细地说明。

参见图2，图2是本申请另一个实施例提供的一种保护电路的结构示意图。

如图2所示，PFC电路1包括整流桥、电感L、第二二极管D2、第三二极管D3、IGBT和电容C；其中：整流桥的正极输出端与电感L的第一端连接，负极输出端接地；电感L的第二端分别与IGBT的集电极、第二二极管D2的负极、第三二极管D3的正极连接；第三二极管D3的负极与电容C的第一端连接；IGBT的发射极、第二二极管D2的正极、电容C的第二端均接地。

其中，整流桥的具体结构可以参考相关技术，此处不再赘述。

本实施例的PFC电路1结构是典型的Boost型PFC电路。PFC电路1中，整流桥可以将输入的交流电源整流后输出，经过电感L、第三二极管D3后，为电容充电升压。由于电容具有充电前阻抗小接近短路的特性，为了避免直接上电产生大电流而冲击损耗器件，需要在整流桥之前设置充电电路。

如图2所示，保护电路中还可以包括充电电路4；充电电路4包括并联的第一支路和第二支路；第一支路的第一端用于连接第一电源传输线，第二端连接整流桥的正极输入端；第二支路的第一端用于连接第二电源传输线，第二端连接整流桥的负极输入端；第一支路上串接有第一开关K1；第二支路上串接有第二开关K2和第一电阻R1；充电电路，用于通过闭合第二开关K2，使得电容C充电；通过闭合第一开关K1，使得主板上电工作。

其中，第一电源传输线可以是火线L，第二电源传输线可以是零线N。如此，可以输入交流电，整流桥可以对输入的交流电进行整流输出。

其中，第一开关K1可以但不限于是继电器，便于进行电控制。

其中，第二开关K2可以但不限于是继电器，便于进行电控制。

其中，第一电阻R1为限流电阻，利于对电路进行保护。

相应的，开关电源3的第一电源输入端连接第一电源传输线，第二电源输入端连接第二电源传输线。

可选的，本实施例的保护电路还包括可以包括控制器5；控制器5的第一端与第一开关K1连接，第二端与第二开关K2连接，第三端与开关电源3的电源正极输出端连接，第四端与开关电源3的电源负极输出端连接，用于检测到主板的开机指令时，向第二开关K2发送第一控制信号以控制第二开关K2闭合；检测到电容C的充电电压达到预设电压值时，向第一开关K1发送第二控制信号以控制第一开关K1闭合。

其中，控制器5的种类有多种，比如可以是单片机、DSP等等。

实施中，主板上会有主控芯片，主控芯片与本方案的控制器5连接，在主控芯片接收到用电设备的开机指令时，会将开机指令发送给控制器5。

为了准确获得电容C的充电电压，一些实施例中，可选的，保护电路还可以包括电压检测电路6；电压检测电路6的第一端连接电容C的第一端，第二端连接控制器5的第五端；电压检测电路6，用于检测电容C的电压信号并提供给控制器5；控制器5，还用于接收电压检测电路6的检测的电压信号，根据电压检测电路6检测的电压信号，判断电容C的充电电压是否达到预设电压值。

其中，电压电测电路6具体的可以包括第二电阻R2、第三电阻R3。其中，第二电阻R2与电容C的第一端连接，第二端与第三电阻R3的第一端、控制器的第五端连接，第三电阻R3的第二端接地。通过分压电阻结构，获取电容的电压变化。

由于PFC电路1在负载很小的情况下很难控制，因此，需要主板的输入功率达到一定值的时候才会开启。基于此，一些实施例中，保护电路还可以包括电流检测电路7；IGBT的发射极通过电流检测电路7接地；电流检测电路7还连接控制器5的第六端，用于检测电流信号并提供给控制器5；控制器5，还用于接收电流检测电路7检测的电流信号，根据电流检测电路7检测的电流信号和电压检测电路6检测的电压信号，确定主板的输入功率，当主板的输入功率达到预设功率值时，控制启动PFC电路1。其中，电流检测电路7具体的可以是包括第四电阻R4，监测第四电阻R4的电流变化即可。

需要说明的是，控制器5的第七端还与IGBT的基极连接，以控制IGBT。

基于以上电路结构，第一开关K1、第二开关K2和第一电阻R1组成电容C的充电电路，开关电源3在第一开关K1和第二开关K2之前取电。该电路结构的工作时序为，交流电源上电后，开关电源3开始工作，给控制器5供电，然后控制器5先控制第二开关K2闭合，电容C则通过第二开关K2和第一电阻R1进行充电，在检测到的电容C的充电电压达到预设电压值时，控制器5控制第二开关K2断开，闭合第一开关K1，此时，主板上电工作。这时，通过电压检测电路6、电流检测电路7的检测结果，确定主板的输入功率达到预设功率时，控制开启PFC。

相关技术中，Boost型PFC电路1故障率最高的器件是IGBT，由图2可以看出，IGBT连接在整流桥的输出正极和输出负极之间，当IGBT出现故障短路时，用电设备上电，然后第二开关K2闭合，第一电阻R1则直接短接在第一电源传输线L与第二电源传输线N之间，第一电阻R1持续发热烧毁主板，甚至会引起更严重的情况，比如火灾。

而本申请为了避免上述相关技术中的问题，在开关电源3与PFC电路1之间增加了具有单向导通功能的电路2，使得IGBT短路故障时，可以使得开关电源3的电源正极输出端和电源负极输出端短接，而触发开关电源3的短路保护。

具体实施时，具有单向导通功能的电路2的具体结构有多种。如图2所示，一些实施例中，具有单向导通功能的电路2包括：第一二极管D1；第一二极管D1的正极连接开关电源3的电源正极输出端，负极连接PFC电路1的第一端。本实施例中，利用二极管的单向导通、正向截止的特性，简单易得，使得电路结构设计简单，容易实现。

当然，也可以采用其它变形结构，比如，可以为第一二极管D1串联一个分压电阻，等等。

具体的，第一二极管D1的负极分别与整流桥的正极输入端、电感L的第一端连接。实施中，将开关电源3和IGBT共地的任意一路电源正极输出端通过第一二极管D1接至PFC电路1的电感L的前端，交流电源上电后，开关电源3开始工作，给控制器5供电，同时通过第一二极管D1给电感L通电，若IGBT正常，则开关电源3正常工作，控制器5先控制第二开关K2闭合，电容C则通过第二开关K2和第一电阻R1进行充电，在电容C的充电电压达到设定电压值时，控制器5控制第二开关K2断开，控制第二开关K2闭合，主板正常工作，在输入功率达到预设功率值时，控制PFC电路1开启。当IGBT导通时，由于电感L前端对地电压

较高，第一二极管D1的第二端的第二电平信号高于第一端的第一电平信号，第一二极管D1反向截至，开关电源3不再向电感L供电；若IGBT短路，则上电后，由于电流很小，电感的电压很小，相当于导线，第一二极管D1的第二端的第二电平信号低于第一端的第一电平信号，第一二极管D1导通，开关电源3的电源正极输出端的电压被第一二极管D1拉低，导致与电源负极输出端短接，开关电源3触发自身短路保护功能不工作，主板也无法正常工作，从而避免了主板烧毁的可能。

由于电感L前端处电压较高，PFC电路1工作后会达到400VDC左右，因此，可选的，第一二极管D1的反向耐压值大于或者等于650V。

本申请另一个实施例还提供一种主板，包括以上任意实施例所述的保护电路。

本申请实施例提供的主板的具体实施方案可以参考以上任意例所述的保护电路的实施方式，此处不再赘述。

本申请另一个实施例还提供一种用电设备，包括如以上任意实施例所述的主板。

本申请实施例提供的用电设备的具体实施方案可以参考以上任意例所述的保护电路的实施方式，此处不再赘述。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种保护电路，其特征在于，应用于具有PFC电路的主板中，所述保护电路包括：

PFC电路、具有单向导通功能的电路和用于为所述主板供电的开关电源；

其中，所述开关电源的电源正极输出端与所述具有单向导通功能的电路的第一端连接，电源负极输出端接地，用于给所述具有单向导通功能的电路的第一端提供第一电平信号；

所述PFC电路的第一端与所述具有单向导通功能的电路的第二端连接，第二端接所述地，用于当所述PFC电路发生短路故障时，给所述具有单向导通功能的电路的第二端提供低于所述第一电平信号的第二电平信号；

所述具有单向导通功能的电路，用于在所述第二电平信号低于所述第一电平信号时，单向导通，使得所述开关电源的电源正极输出端与电源负极输出端短路连接，以触发所述开关电源的短路保护功能停止为所述主板供电。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述具有单向导通功能的电路包括：第一二极管；

所述第一二极管的正极连接所述开关电源的电源正极输出端，负极连接所述PFC电路的第一端。

3.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述PFC电路包括整流桥、电感、第二二极管、第三二极管、IGBT和电容；其中：

所述整流桥的正极输出端与所述电感的第一端连接，负极输出端接地；

所述电感的第二端分别与所述IGBT的集电极、所述第二二极管的负极、所述第三二极管的正极连接；

所述第三二极管的负极与所述电容的第一端连接；

所述IGBT的发射极、所述第二二极管的正极、所述电容的第二端均接地；

所述第一二极管的负极分别与所述整流桥的正极输入端、所述电感的第一端连接。

4.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述第一二极管的反向耐压值大于或者等于650V。

5.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，还包括充电电路；

所述充电电路包括并联的第一支路和第二支路；

所述第一支路的第一端用于连接第一电源传输线，第二端连接所述整流桥的正极输入端；

所述第二支路的第一端用于连接第二电源传输线，第二端连接所述整流桥的负极输入端；

所述第一支路上串接有第一开关；

所述第二支路上串接有第二开关和第一电阻；

所述充电电路，用于通过闭合所述第二开关，使得所述电容充电；通过闭合所述第一开关，使得所述主板上电工作。

6.根据权利要求5所述的保护电路，其特征在于，还包括控制器；

所述控制器的第一端与所述第一开关连接，第二端与所述第二开关连接，第三端与所述开关电源的电源正极输出端连接，第四端与所述开关电源的电源负极输出端连接，用于检测到所述主板的开机指令时，向所述第二开关发送第一控制信号以控制所述第二开关闭合；检测到所述电容的充电电压达到预设电压值时，向所述第一开关发送第二控制信号以控制所述第一开关闭合。

7.根据权利要求6所述的保护电路，其特征在于，还包括电压检测电路；

所述电压检测电路的第一端连接所述电容的第一端，第二端连接所述控制器的第五端；

所述电压检测电路，用于检测所述电容的电压信号并提供给所述控制器；

所述控制器，还用于接收所述电压检测电路的检测的电压信号，根据所述电压检测电路检测的电压信号，判断所述电容的充电电压是否达到预设电压值。

8.根据权利要求7所述的保护电路，其特征在于，还包括电流检测电路；

所述IGBT的发射极通过所述电流检测电路接地；

所述电流检测电路还连接所述控制器的第六端，用于检测电流信号并提供给所述控制器；

所述控制器，还用于接收所述电流检测电路检测的电流信号，根据所述电流检测电路检测的电流信号和所述电压检测电路检测的电压信号，确定所述主板的输入功率，当所述主板的输入功率达到预设功率值时，控制启动所述PFC电路。

9.一种主板，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的保护电路。

10.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的主板。

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