CN110854818B - 一种接近零功耗的电源短路保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种接近零功耗的电源短路保护电路，包括有电源主电路部分和短路保护电路，短路保护电路连接电源主电路，形成对电源主电路的短路保护结构；短路保护电路包括有光耦，其连接电源主电路的输出端，而光耦的3脚和4脚之间跨接有电容，电容C5连接有可对其进行充电并且本身亦可充电的充电模块。本发明通过光耦控制、两个电容构成充放电回路，正常工作时由对其中一个电容充电，发生输出短路时则由该充了电的电容对另一电容充电，以控制两个三极管的导通和关断，最后关闭电源芯片，以实现短路保护，其优点是通过调节两个充电电容的大小可以达到接近0W的短路输入功率，如此可不浪费电能。
Description
技术领域
本发明涉及电路结构技术领域，具体涉及一种用于对电源输出起短路保护作用的电路结构。
背景技术
在绝大多数的设备与产品中，是不允许发生短路现象的，因为在短路状态下瞬间电流很大、并且可能会产生火花，轻则损坏元件等部件，严重则会造成火灾等事故。因此，研究如何更有效地对电源电路进行短路保护一直是业界不懈努力的方向。比如，一种典型的电源及短路保护电路如图3所示，其中实现短路保护的原理为：当输出端VOUT发生短路时，变压器T1副边电流通过其原边采样电阻R5上的电压，经电阻R4、电容C3滤波之后送给电源芯片U1(如型号为UC3842、OB2269)的采样端CS，但存在一定的延时。有些电路为了提高反应速度，在电源芯片U1的内部采用了前沿消隐，然而在宽压输入时，二极管D1、D3上的平均电流还是很大，有可能导致器件发热严重而产生故障。而这还是单组输出，如果输出是多组，变压器T1的耦合会变差，电源的输出短路保护更加困难。
还有一种是当输出端VOUT短路时，电源芯片U1的VFB脚电压会升高，电源芯片U1检测VFB电压高于一定值时就会产生保护，这样能够及时进行保护，但是由于电源芯片U1不断地开启MOS管Q1以输出VOUT，再检测VFB，往复循环，这样电路一直处于频繁工作状态，因检测不够完善且频繁工作时间间隔太短，输入功率很难接近0W功率，这样就会消耗额外的电能，造成浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的缺陷，提供一种短路保护效果好、安全可靠、可节约电能、工作接近零功耗的电源短路保护电路。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种接近零功耗的电源短路保护电路，包括有电源主电路部分，电源主电路部分包括有电源芯片U1、变压器T1及外围电路，电源芯片具有电源脚、PWM输出脚和采样脚，其特征在于：还包括有短路保护电路，短路保护电路连接电源主电路，形成对电源主电路的短路保护结构；
短路保护电路包括有光耦U3，其1脚连接电源主电路的输出端VOUT，而光耦U3的3脚和4脚之间跨接有电容C5，电容C5连接有可对其进行充电并且本身亦可充电的充电模块；光耦U3的4脚连接一三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接一三极管Q3的基极；三极管Q3的集电极连接有供电电源VCC-tr，三极管Q3的发射极连接电源芯片U1的电源脚VCC，供电电源VCC-tr通过三极管Q3给电源芯片U1的电源脚VCC供电；
所述充电模块连接供电电源VCC-tr并连接有PWM脉冲控制部分，PWM脉冲控制部分连接电源芯片U1的PWM输出脚GATE，电源正常工作时通过电源芯片U1的PWM输出脚GATE输出PWM脉冲，PWM脉冲通过供电电源VCC-tr对充电模块进行充电；当电源主电路的输出端VOUT发生短路时，该充电模块对电容C5进行充电，使电容C5的电压以使三极管Q2导通，通过三极管Q2导通将三极管Q3的基极电压拉到0V以关闭电源芯片U1，形成对电源主电路的保护结构。
所述充电模块包括有电容C4和电阻R10，而PWM脉冲控制部分包括有电阻R6、三极管Q4和二极管D6，电阻R6连接供电电源VCC-tr，三极管Q4的集电极连接电阻R6，三极管Q4的基极连接电源芯片U1的PWM输出脚GATE；二极管D6的正极连接三极管Q4的发射极，并且连接的电容C4及电阻R10连接二极管D6的负极。
三极管Q4还连接有三极管Q5，其中三极管Q4为NPN型三极管，三极管Q5为PNP型三极管；两者的基极相互连接，并通过一电阻R9连接电源芯片U1的PWM输出脚GATE；三极管Q4与三极管Q5的发射极相连接，并一起连接二极管D6的负极；三极管Q5的集电极接地。
在三极管Q3的集电极与基极之间跨接有电阻R7；三极管Q2的发射极接地。
光耦U3的3脚与4脚之间跨接有电阻R11，而光耦U3的3脚及2脚分别接地；光耦U3的1脚通过一电阻R8连接电源主电路的输出端VOUT。
作为另一种针对低电压(小于1.2V)情况下光耦U3不导通的情况，光耦U3的3脚与4脚之间跨接有电阻R11，光耦U3的3脚接地，而光耦U3的1脚通过一电阻R8连接电源主电路的输出端VOUT；光耦U3的2脚连接一三极管Q6的集电极，该三极管Q6的基极通过一电阻R12连接电源主电路的输出端VOUT，这样通过三极管Q6即可使光耦U3在低于1.2V电压输入情况下实现导通。
优选地，所述电源芯片U1的型号为OB2269或NCP1377B。
工作原理：电源上电的瞬间，三极管Q2的B极无电，其C极和E极相当开路，供电电源VCC-tr的电压通过三极管Q3给电源芯片U1的电源脚VCC供电，让电源芯片U1长期有电工作。电源工作后，输出端VOUT就会有输出，光耦U3的1、2脚就会有电流流过，而其3、4脚则相当于短路，三极管Q2、电容C5因为光耦U3的3、4脚短路而无电压。同时电源工作时电源芯片U1的GATE脚会输出一个PWM脉冲，脉冲会通过电阻R6、三极管Q4和二极管D6用供电电源VCC-tr对电容C4充电，这就是正常工作时的状态。
当输出端VOUT发生短路时，光耦U3的1、2脚无电流，3、4脚开路，电容C4通过电阻R10对电容C5进行充电，当电容C5的电压大于三极管Q2的B-E电压时，三极管Q2就开始导通。三极管Q2导通就会把三极管Q3的B极电压拉到0V，导致三极管Q3的C、E极不通，从而电源的VCC-U1无电(三极管Q3的E极电压)，关闭电源芯片U1，使其无PWM输出，达到保护电源的目的。只有当电容C5的电被完全放完后才重新开始下一个周期，当短路移除后自动恢复电源芯片U1的供电，通过调节电容C4、C5值(两个电容的电容量可设置为相同，比如均为22uF，等)即可达到一个接近0W的短路输入功率，这样就基本不需要消耗电能。
本发明通过光耦控制、两个电容构成充放电回路，正常工作时由对其中一个电容充电，发生输出短路时则由该充了电的电容对另一电容充电，以控制两个三极管的导通和关断，最后关闭电源芯片，以实现短路保护，在短路发生时电源不会因为输入功率过大导致发热及可能产生火灾，其优点是通过调节两个充电电容的大小可以达到接近0W的短路输入功率，如此可不浪费电能。
附图说明
图1为本发明第一种实施方式的电路原理图；
图2为本发明第二种实施方式的电路原理图；
图3为现有典型的电源及短路保护电路原理图。
具体实施方式
实施例1，参照图1，所述接近零功耗的电源短路保护电路，包括有电源主电路部分，电源主电路部分包括有电源芯片U1、变压器T1及外围电路，电源芯片具有电源脚、PWM输出脚和采样脚；还包括有短路保护电路，短路保护电路连接电源主电路，形成对电源主电路的短路保护结构；
短路保护电路包括有光耦U3，其1脚连接电源主电路的输出端VOUT，而光耦U3的3脚和4脚之间跨接有电容C5，电容C5连接有可对其进行充电并且本身亦可充电的充电模块；光耦U3的4脚连接一三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接一三极管Q3的基极；三极管Q3的集电极连接有供电电源VCC-tr，三极管Q3的发射极连接电源芯片U1的电源脚VCC，供电电源VCC-tr通过三极管Q3给电源芯片U1的电源脚VCC供电；
所述充电模块连接供电电源VCC-tr并连接有PWM脉冲控制部分，PWM脉冲控制部分连接电源芯片U1的PWM输出脚GATE，电源正常工作时通过电源芯片U1的PWM输出脚GATE输出PWM脉冲，PWM脉冲通过供电电源VCC-tr对充电模块进行充电；当电源主电路的输出端VOUT发生短路时，该充电模块对电容C5进行充电，使电容C5的电压以使三极管Q2导通，通过三极管Q2导通将三极管Q3的基极电压拉到0V以关闭电源芯片U1，形成对电源主电路的保护结构。
所述充电模块包括有电容C4和电阻R10，而PWM脉冲控制部分包括有电阻R6、三极管Q4和二极管D6，电阻R6连接供电电源VCC-tr，三极管Q4的集电极连接电阻R6，三极管Q4的基极连接电源芯片U1的PWM输出脚GATE；二极管D6的正极连接三极管Q4的发射极，并且连接的电容C4及电阻R10连接二极管D6的负极。
三极管Q4还连接有三极管Q5，其中三极管Q4为NPN型三极管，三极管Q5为PNP型三极管；两者的基极相互连接，并通过一电阻R9连接电源芯片U1的PWM输出脚GATE；三极管Q4与三极管Q5的发射极相连接，并一起连接二极管D6的负极；三极管Q5的集电极接地。
在三极管Q3的集电极与基极之间跨接有电阻R7；三极管Q2的发射极接地。
光耦U3的3脚与4脚之间跨接有电阻R11，而光耦U3的3脚及2脚分别接地；光耦U3的1脚通过一电阻R8连接电源主电路的输出端VOUT。
工作原理：电源上电的瞬间，三极管Q2的B极无电，其C极和E极相当开路，供电电源VCC-tr的电压通过三极管Q3给电源芯片U1的电源脚VCC供电，让电源芯片U1长期有电工作。电源工作后，输出端VOUT就会有输出，光耦U3的1、2脚就会有电流流过，而其3、4脚则相当于短路，三极管Q2、电容C5因为光耦U3的3、4脚短路而无电压。同时电源工作时电源芯片U1的GATE脚会输出一个PWM脉冲，脉冲会通过电阻R6、三极管Q4和二极管D6用供电电源VCC-tr对电容C4充电，这就是正常工作时的状态。
当输出端VOUT发生短路时，光耦U3的1、2脚无电流，3、4脚开路，电容C4通过电阻R10对电容C5进行充电，当电容C5的电压大于三极管Q2的B-E电压时，三极管Q2就开始导通。三极管Q2导通就会把三极管Q3的B极电压拉到0V，导致三极管Q3的C、E极不通，从而电源的VCC-U1无电(三极管Q3的E极电压)，关闭电源芯片U1，使其无PWM输出，达到保护电源的目的。只有当电容C5的电被完全放完后才重新开始下一个周期，当短路移除后自动恢复电源芯片U1的供电，通过调节电容C4、C5值(两个电容的电容量可设置为相同，比如均为22uF)即可达到一个接近0W的短路输入功率，这样就基本不需要消耗电能，而各电阻、电容等元件的具体参数则随输出电压而变化。
实施例2，与实施例1的不同之处在于，其是针对低电压(小于1.2V)情况下光耦U3不导通的情况，光耦U3的3脚与4脚之间跨接有电阻R11，光耦U3的3脚接地，而光耦U3的1脚通过一电阻R8连接电源主电路的输出端VOUT；光耦U3的2脚连接一三极管Q6的集电极，该三极管Q6的基极通过一电阻R12连接电源主电路的输出端VOUT，这样通过三极管Q6即可使光耦U3在低于1.2V电压输入情况下实现导通。
所述电源芯片U1的型号为OB2269或NCP1377B。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。
Claims (5)
1.一种接近零功耗的电源短路保护电路，包括有电源主电路部分，电源主电路部分包括有电源芯片U1、变压器T1及外围电路，电源芯片具有电源脚、PWM输出脚和采样脚，其特征在于：还包括有短路保护电路，短路保护电路连接电源主电路，形成对电源主电路的短路保护结构；
短路保护电路包括有光耦U3，其1脚连接电源主电路的输出端VOUT，而光耦U3的3脚和4脚之间跨接有电容C5，电容C5连接有可对其进行充电并且本身亦可充电的充电模块；光耦U3的4脚连接一三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接一三极管Q3的基极；三极管Q3的集电极连接有供电电源VCC-tr，三极管Q3的发射极连接电源芯片U1的电源脚VCC，供电电源VCC-tr通过三极管Q3给电源芯片U1的电源脚VCC供电；
所述充电模块连接供电电源VCC-tr并连接有PWM脉冲控制部分，PWM脉冲控制部分连接电源芯片U1的PWM输出脚GATE，电源正常工作时通过电源芯片U1的PWM输出脚GATE输出PWM脉冲，PWM脉冲通过供电电源VCC-tr对充电模块进行充电；当电源主电路的输出端VOUT发生短路时，该充电模块对电容C5进行充电，使电容C5的电压以使三极管Q2导通，通过三极管Q2导通将三极管Q3的基极电压拉到0V以关闭电源芯片U1，形成对电源主电路的保护结构；
所述充电模块包括有电容C4和电阻R10，而PWM脉冲控制部分包括有电阻R6、三极管Q4和二极管D6，电阻R6连接供电电源VCC-tr，三极管Q4的集电极连接电阻R6，三极管Q4的基极连接电源芯片U1的PWM输出脚GATE；二极管D6的正极连接三极管Q4的发射极，并且连接的电容C4及电阻R10连接二极管D6的负极；
在三极管Q3的集电极与基极之间跨接有电阻R7；三极管Q2的发射极接地。
2.根据权利要求1所述的接近零功耗的电源短路保护电路，其特征在于：三极管Q4还连接有三极管Q5，其中三极管Q4为NPN型三极管，三极管Q5为PNP型三极管；两者的基极相互连接，并通过一电阻R9连接电源芯片U1的PWM输出脚GATE；三极管Q4与三极管Q5的发射极相连接，并一起连接二极管D6的负极；三极管Q5的集电极接地。
3.根据权利要求1所述的接近零功耗的电源短路保护电路，其特征在于：光耦U3的3脚与4脚之间跨接有电阻R11，而光耦U3的3脚及2脚分别接地；光耦U3的1脚通过一电阻R8连接电源主电路的输出端VOUT。
4.根据权利要求1所述的接近零功耗的电源短路保护电路，其特征在于：光耦U3的3脚与4脚之间跨接有电阻R11，光耦U3的3脚接地，而光耦U3的1脚通过一电阻R8连接电源主电路的输出端VOUT；光耦U3的2脚连接一三极管Q6的集电极，该三极管Q6的基极通过一电阻R12连接电源主电路的输出端VOUT，形成对光耦U3在低于1.2V电压输入情况下的导通结构。
5.根据权利要求1所述的接近零功耗的电源短路保护电路，其特征在于：所述电源芯片U1的型号为OB2269或NCP1377B。
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