CN110994548B - 保护电路、供电装置及开关电源保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了保护电路、供电装置及开关电源保护方法，保护电路包括：确定单元、处理单元和过载保护单元；所述确定单元与开关电源相连；所述处理单元分别与所述确定单元和所述过载保护单元相连；所述确定单元，用于确定所述开关电源的电压值和电流值，将所述电压值和所述电流值发送给所述处理单元；所述处理单元，用于判断所述开关电压是否同时满足：所述电压值在预设标准电压范围内，且所述电流值在预设标准电流范围内，如果否，则触发所述过载保护单元；所述过载保护单元，用于在所述处理单元的触发下停止向所述用电设备供电。本发明能够对开关电源形成过载保护。

Description

保护电路、供电装置及开关电源保护方法

技术领域

本发明涉及电路技术领域，特别涉及保护电路、供电装置及开关电源保护方法。

背景技术

开关电源是一种被广泛应用于家用电器及电子设备的装置，能稳定输出未定的电压，且体积小、轻量化、效率高，为了防止用电设备因负荷过大而影响正常工作，需要对开关电源进行过载保护。

目前，没有一种好的方式来对过载进行保护，通常当用电设备的工作受到影响时，用户才能察觉到开关电源已经过载。

因此，需要一种能对开关电源形成过载保护的方式。

发明内容

本发明提供了保护电路、供电装置及开关电源保护方法，能够对开关电源形成过载保护。

第一方面，本发明实施例提供了保护电路，包括：

确定单元、处理单元和过载保护单元；

所述确定单元与开关电源相连；

所述处理单元分别与所述确定单元和所述过载保护单元相连；

所述确定单元，用于确定所述开关电源的电压值和电流值，将所述电压值和所述电流值发送给所述处理单元；

所述处理单元，用于判断所述开关电压是否同时满足：所述电压值在预设标准电压范围内，且所述电流值在预设标准电流范围内，如果否，则触发所述过载保护单元；

所述过载保护单元，用于在所述处理单元的触发下停止向用电设备供电。

优选地，

所述确定单元，包括：采样单元、滤波单元和转换单元；

所述采样单元，用于获取所述开关电源的电压模拟信号和电流模拟信号；

所述滤波单元，用于滤除所述电压模拟信号和所述电流模拟信号中的干扰信号，输出滤波后的所述电压模拟信号和所述电流模拟信号；

所述转换单元，用于将所述滤波单元输出的所述电压模拟信号转换成电压数字信号，将所述滤波单元输出的所述电流模拟信号转换成电流数字信号。

优选地，

所述采样单元，包括：电压传感器、电流传感器和采集单元；

所述电压传感器，用于感测所述开关电源的所述电压模拟信号并发送给所述采集单元；

所述电流传感器，用于感测所述开关电源的所述电流模拟信号并发送给所述采集单元；

所述采集单元，用于接收所述电压模拟信号和所述电流模拟信号并发送给所述滤波单元。

优选地，

所述过载保护单元，包括光耦OC、第一场效应晶体管FET1、单向可控硅管SCR、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电容C1、可变电阻RP、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5；

所述光耦OC的第一输入端连接所述处理单元，所述光耦OC的第二输入端通过所述电阻R1接地，所述光耦OC的第一输出端连接所述电阻R2的第一端，所属光耦OC的第二输出端分别连接所述二极管D3的负极和所述可变电阻RP的第一端；

所述电阻R2的第二端连接所述电阻R3的第一端，所述电阻R3的第二端分别连接所述二极管D1的正极和所述二极管D2的正极,所述二极管D1的负极连接所述电容C1的第一端；

所述单向可控硅管SCR的控制端和所述电阻R4的一端相连，所述单向可控硅管SCR的正极连接所述第一场效应晶体管FET1的栅极，所述单向可用硅管SCR的负极连接所述电阻R4的第二端和所述电容C1的第二端；

所述第一场效应晶体管FET1的源极连接电源，所述第一场效应晶体管FET1的漏极连接所述电阻R5的第一端，所述电阻R5的第二端分别连接所述二极管D3的正极、所述可变电阻RP的第二端和所述二极管D2的负极。

优选地，

进一步包括：报警单元；

所述报警单元，与所述处理单元相连接；

所述处理单元，进一步用于触发所述过载保护单元时，触发所述报警单元；

所述报警单元，用于在所述处理单元的触发下发出报警声。

第二方面，本发明实施例提供了供电装置，包括：

开关电源和上述第一方面提供的保护电路；

所述开关电源与所述保护电路中的确定单元相连。

优选地，

所述自保护单元，包括开关S、三极管NPN、第二场效应晶体管FET2、二极管D4、二极管D5、二极管D6、双向触发二极管DIAC、双向可控硅管TRIAC、电容C2、电容C3、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9和电阻R10；

所述三极管NPN的基极分别连接所述二极管D5的负极和所述电阻R9的第一端，所述三极管NPN的集电极分别连接所述第二场效应晶体管FET2的栅极和所述电阻R7的第一端，所述三极管NPN的发射极分别连接所述第二场效应晶体管FET2的源极和所述电阻R9的第二端；

所述第二场效应晶体管FET2的漏极分别连接所述二极管D6的负极和所述电容C3的第一端，所述电容C3的第二端分别连接所述双向触发二极管DIAC的第一端和所述电阻R10的第一端；

所述双向可控硅管TRIAC的第一端连接所述电阻R10的第二端，所述双向可控硅管TRIAC的第二端分别连接所述双向触发二极管DIAC的第二端和所述三极管NPN的发射极，所述二极管D6的正极分别连接电阻R6的第一端和所述二极管D5的正极；

所述开关S的两端连接所述开关电源，所述开关S的第一端连接所述电阻R6的第二端，所述开关S1的第二端连接所述二极管D4的正极；

所述二极管D4的负极串联连接所述电阻R7和所述电容C2，所述电容C2两端并联所述电阻R8；

所述双向可控硅管TRIAC的第一端和所述电容C2接地。

第三方面，本发明实施例提供了基于上述第一方面提供的保护电路的开关电源保护方法，包括：

确定单元确定所述开关电源的电压值和电流值，将所述电压值和所述电流值发送给所述处理单元；

处理单元判断所述开关电压是否同时满足：所述电压值在预设标准电压范围内，且所述电流值在预设标准电流范围内，如果否，则触发过载保护单元；

过载保护单元在所述处理单元的触发下停止向用电设备供电。

优选地，

所述确定所述开关电源的电压值和电流值，包括：

采样单元获取所述开关电源的电压模拟信号和电流模拟信号；

滤波单元滤除所述电压模拟信号和所述电流模拟信号中的干扰信号，输出滤波后的所述电压模拟信号和所述电流模拟信号；

转换单元将所述滤波单元输出的所述电压模拟信号转换成电压数字信号，将所述滤波单元输出的所述电流模拟信号转换成电流数字信号。

本发明实施例提供了保护电路及供电装置以及开关电源保护方法，保护电路包括：确定单元、处理单元和过载保护单元，确定单元与开关电源相连；处理单元分别与确定单元和过载保护单元相连；过载保护单元与用电设备相连；确定单元获取被保护的开关电源当前的电压值和电流值，并发送给处理单元；处理单元接收到电压值和电流之后，分别将其与标准电压范围和标准电流范围做对比，如果检测到两者至少一者不在标准范围内，则确定开关电源已经过载，触发过载保护单元切断电路，停止向用电设备供电，保护开关电源。在本发明中，保护电路能够实时采集开关电源的工作状态，一旦发现出现过载情况能立刻执行应对措施，有效保护开关电源，能对开关电源形成过载保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明一实施例提供的保护电路的示意图；

图2是本发明一实施例提供的过载保护单元电路图；

图3是本发明一实施例提供的供电装置的示意图；

图4是本发明一实施例提供的另一供电装置的示意图；

图5是本发明一实施例提供的自保护单元的电路图；

图6是本发明一实施例提供的开关电源保护方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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的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，本发明实施例提供了保护电路，包括：

确定单元101、处理单元102和过载保护单元103；

确定单元101与开关电源相连；

处理单元102分别于确定单元101和过载保护单元103相连；

过载保护单元103与用电设备相连；

确定单元101用于确定开关电源的电压值和电流值，将电压值和电流值发送给处理单元；

处理单元102，用于判断开关电压是否同时满足：电压值在预设标准电压范围内，且电流值在预设标准电流范围内，如果否，则触发过载保护单元；

过载保护单元103，用于在处理单元的触发下停止向用电设备供电。

本发明一实施例提供了保护电路，包括：确定单元101、处理单元102和过载保护单元103，确定单元101与开关电源相连；处理单元102分别与确定单元101和过载保护单元103相连；过载保护单元103与用电设备相连；确定单元101获取被保护的开关电源当前的电压值和电流值，并发送给处理单元102；处理单元102接收到电压值和电流之后，分别将其与标准电压范围和标准电流范围做对比，如果检测到两者至少一者不在标准范围内，则确定开关电源已经过载，触发过载保护单元103切断电路，停止向用电设备供电，保护开关电源。在本发明中，保护电路能够实时采集开关电源的工作状态，一旦发现出现过载情况能立刻执行应对措施，有效保护开关电源，能对开关电源形成过载保护。

在本发明一实施例中，确定单元101包括：采样单元、滤波单元和转换单元；

采样单元，用于获取开关电源的电压模拟信号和电流模拟信号；

滤波单元，用于滤除电压模拟信号和电流模拟信号中的干扰信号，输出滤波后的电压模拟信号和电流模拟信号；

转换单元，用于将滤波单元输出的电压模拟信号转换成电压数字信号，将滤波单元输出的电流模拟信号转换成电流数字信号。

在本发明实施例中，采样单元获取开关电源当前工作时的电压模拟信号和电流模拟信号，由于获取时可能还有其他干扰信号，会影响保护电路的检测和保护，因此需要加入滤波单元来滤除电压模拟信号和电流模拟信号中的干扰信号来保证保护电路的正常工作；由于模拟量不能直接进行处理，因此需要加入转换单元通过模数转换将电压模拟信号和电流模拟信号转换成电压数字信号和电流数字信号从而能够进行后续的处理。

在本发明一实施例中，采样单元包括：电压传感器、电流传感器和采集单元；

电压传感器，用于感测开关电源的电压模拟信号并发送给采集单元；

电流传感器，用于感测开关电源的电流模拟信号并发送给采集单元；

采集单元，用于接收电压模拟信号和电流模拟信号并发送给滤波单元。

在本发明一实施例中，如图2所示，过载保护单元103包括：包括光耦OC、第一场效应晶体管FET1、单向可控硅管SCR、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电容C1、可变电阻RP、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5；

光耦OC的第一输入端连接处理单元，光耦OC的第二输入端通过电阻R1接地，光耦OC的第一输出端连接电阻R2的第一端，所属光耦OC的第二输出端分别连接二极管D1的负极和可变电阻RP的第一端；

电阻R2的第二端连接电阻R3的第一端，电阻R3的第二端分别连接二极管D1的正极和二极管D2的正极,二极管D1的负极连接电容C1的第一端；

单向可控硅管SCR的控制端和电阻R4的一端相连，单向可控硅管SCR的正极连接第一场效应晶体管FET1的栅极，单向可用硅管SCR的负极连接电阻R4的第二端和电容C1的第二端；

第一场效应晶体管FET1的源极连接电源，第一场效应晶体管FET1的漏极连接电阻R5的第一端，电阻R5的第二端分别连接二极管D3的正极、可变电阻RP的第二端和二极管D2的负极。

在本发明一实施例中，光耦OC输入检测到的信号，信号进行单向传输后进行电气隔离输出电流信号，一旦出现过载引起的短路，单向可控硅管截止，二极管D1和二极管D2导通，二极管D3截止，输出端无电信号输出给后续的用电设备，起到了过载保护的功能。通过电路的连接和各个元件之间的工作，一旦出现异常过载，能够立刻切断开关电源，防止开关电源或用电设备发生损坏。

在本发明一实施例中，保护电路还包括：报警单元；

报警单元，与处理单元102相连接；

处理单元102，进一步用于触发所述过载保护单元时，触发所述报警单元；

报警单元，用于在处理单元102的触发下发出报警声。

在本发明实施例中，报警单元可以为蜂鸣器，当处理单元102确定出开关电源过载时，在触发过载保护的同时，触发报警单元发出报警声来提醒用户开关电源发生了过载现象，以便用户及时作出相应处理。

如图3所示，本发明实施例提供了供电装置，包括：

开关电源301和上述实施例提供的保护电路；

开关电源301与保护电路中的确定单元101相连。

在本发明一实施例中，保护电路串联在开关电源301中，与确定单元101相连，形成供电装置，为连接的用电设备供电并提供过载保护。

在本发明一实施例中，如图4所示，供电装置还包括：自保护单元401；

自保护单元401与开关电源301相连；

自保护单元401，用于对开关电源401进行过压保护。

在本发明一实施例中，如图5所示，自保护单元401包括：包括开关S、三极管NPN、第二场效应晶体管FET2、二极管D4、二极管D5、二极管D6、双向触发二极管DIAC、双向可控硅管TRIAC、电容C2、电容C3、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9和电阻R10；

三极管NPN的基极分别连接二极管D5的负极和电阻R9的第一端，三极管NPN的集电极分别连接第二场效应晶体管FET2的栅极和电阻R7的第一端，三极管NPN的发射极分别连接第二场效应晶体管FET2的源极和电阻R9的第二端；

第二场效应晶体管FET2的漏极分别连接二极管D6的负极和电容C3的第一端，电容C3的第二端分别连接双向触发二极管DIAC的第一端和电阻R10的第一端；

双向可控硅管TRIAC的第一端连接电阻R10的第二端，双向可控硅管TRIAC的第二端分别连接双向触发二极管DIAC的第二端和三极管NPN的发射极，二极管D6的正极分别连接电阻R6的第一端和二极管D5的正极；

开关S的两端连接开关电源，开关S的第一端连接电阻R6的第二端，开关S1的第二端连接二极管D4的正极；

二极管D4的负极串联连接电阻R7和电容C2，电容C2两端并联电阻R8；

双向可控硅管TRIAC的第一端和电容C3接地。

在本发明一实施例中，采用双向触发二极管和双向可控硅管作为自保护的主要元件。当瞬态电压超过标准电压值时，双向触发二极管能够迅速导通并触发双可控硅管导通，起到分压的作用，避免后面的用电设备受到过压损害。自保护单元能够有效防止在热插拔等情况开关电源断电后再次开启时产生的瞬间高电流和大电压损害用电设备或开关电源，一方面节省了能源，另一方面能够有效防止安全事故的发生。

如图6所示，本发明实施例提供了基于上述实施例提供的保护电路的开关电源保护方法，包括以下步骤：

步骤601：确定单元确定开关电源的电压值和电流值，将电压值和电流值发送给处理单元。

步骤602：处理单元判断开关电压是否同时满足：电压值在预设标准电压范围内，且电流值在预设标准电流范围内，如果否，则触发过载保护单元。

步骤603：过载保护单元在处理单元的触发下停止向用电设备供电。

在本发明一实施例中，步骤601中确定单元确定开关电源的电压值和电流值，包括：

采样单元获取开关电源的电压模拟信号和电流模拟信号；

滤波单元滤除电压模拟信号和电流模拟信号中的干扰信号，输出滤波后的电压模拟信号和电流模拟信号；

转换单元将滤波单元输出的电压模拟信号转换成电压数字信号，将滤波单元输出的电流模拟信号转换成电流数字信号。

上述方法内的各单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明装置实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明装置实施例中的叙述，此处不再赘述。

本发明各个实施例至少具有如下有益效果：

1、本发明实施例中，保护电路包括确定单元、处理单元和过载保护单元，确定单元确定开关电源当前的电压值和电流值，处理单元确定是否发生了过载，若发生了过载触发过载保护单元，过载保护单元通过切断电路进行保护，形成了对开关电源的过载自保护。

2、本发明实施例中，通过设置自保护单元，在发生热插拔等情况导致开关电源断电后，再次开启开关电源时会产生瞬时大电流，自保护单元能够防止瞬时大电流损害用电设备或开关电源，保障了设备的可靠性。

3、本发明实施例中，保护电路实时检测开关电源的输出电压和输出电流大小，当检测到过载时，能够触发报警单元进行报警，及时提醒用户发生了过载情况，有助于用户及时作出相应处理。

需要说明的是，上述各流程和各系统结构图中不是所有的步骤和模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行调整。上述各实施例中描述的系统结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些模块可能由同一物理实体实现，或者，有些模块可能分由多个物理实体实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。

以上各实施例中，硬件单元可以通过机械方式或电气方式实现。例如，一个硬件单元可以包括永久性专用的电路或逻辑(如专门的处理器，FPGA或ASIC)来完成相应操作。硬件单元还可以包括可编程逻辑或电路(如通用处理器或其它可编程处理器)，可以由软件进行临时的设置以完成相应操作。具体的实现方式(机械方式、或专用的永久性电路、或者临时设置的电路)可以基于成本和时间上的考虑来确定。

上文通过附图和优选实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施例，基与上述多个实施例本领域技术人员可以知晓，可以组合上述不同实施例中的代码审核手段得到本发明更多的实施例，这些实施例也在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.保护电路，其特征在于，包括：

确定单元、处理单元和过载保护单元；

所述确定单元与开关电源相连；

所述处理单元分别与所述确定单元和所述过载保护单元相连；

所述确定单元，用于确定所述开关电源的电压值和电流值，将所述电压值和所述电流值发送给所述处理单元；

所述处理单元，用于判断所述开关电源是否同时满足：所述电压值在预设标准电压范围内，且所述电流值在预设标准电流范围内，如果否，则触发所述过载保护单元；

所述过载保护单元，用于在所述处理单元的触发下停止向用电设备供电；

其中，

所述过载保护单元，包括光耦OC、第一场效应晶体管FET1、单向可控硅管SCR、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电容C1、可变电阻RP、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5；

所述光耦OC的第一输入端连接所述处理单元，所述光耦OC的第二输入端通过所述电阻R1接地，所述光耦OC的第一输出端连接所述电阻R2的第一端，所述 光耦OC的第二输出端分别连接所述二极管D3的负极和所述可变电阻RP的第一端；

所述电阻R2的第二端连接所述电阻R3的第一端，所述电阻R3的第二端分别连接所述二极管D1的正极和所述二极管D2的正极,所述二极管D1的负极连接所述电容C1的第一端；

所述单向可控硅管SCR的控制端和所述电阻R4的一端相连，所述单向可控硅管SCR的正极连接所述第一场效应晶体管FET1的栅极，所述单向可控硅管SCR的负极连接所述电阻R4的第二端和所述电容C1的第二端；

所述第一场效应晶体管FET1的漏极连接电源，所述第一场效应晶体管FET1的源极连接所述电阻R5的第一端，所述电阻R5的第二端分别连接所述二极管D3的正极、所述可变电阻RP的第二端和所述二极管D2的负极。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，

所述确定单元，包括：采样单元、滤波单元和转换单元；

所述采样单元，用于获取所述开关电源的电压模拟信号和电流模拟信号；

所述滤波单元，用于滤除所述电压模拟信号和所述电流模拟信号中的干扰信号，输出滤波后的所述电压模拟信号和所述电流模拟信号；

所述转换单元，用于将所述滤波单元输出的所述电压模拟信号转换成电压数字信号，将所述滤波单元输出的所述电流模拟信号转换成电流数字信号。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，

所述采样单元，包括：电压传感器、电流传感器和采集单元；

所述电压传感器，用于感测所述开关电源的所述电压模拟信号并发送给所述采集单元；

所述电流传感器，用于感测所述开关电源的所述电流模拟信号并发送给所述采集单元；

所述采集单元，用于接收所述电压模拟信号和所述电流模拟信号并发送给所述滤波单元。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，

进一步包括：报警单元；

所述报警单元，与所述处理单元相连接；

所述处理单元，进一步用于触发所述过载保护单元时，触发所述报警单元；

所述报警单元，用于在所述处理单元的触发下发出报警声。

5.供电装置，其特征在于，包括：

开关电源和权利要求1-4中任一项所述的保护电路；

所述开关电源与所述保护电路中的确定单元相连。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，

进一步包括：自保护单元；

所述自保护单元与所述开关电源相连；

所述自保护单元，用于对所述开关电源进行过压保护。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述自保护单元，包括开关S、三极管NPN、第二场效应晶体管FET2、二极管D4、二极管D5、二极管D6、双向触发二极管DIAC、双向可控硅管TRIAC、电容C2、电容C3、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9和电阻R10；

所述三极管NPN的基极分别连接所述二极管D5的负极和所述电阻R9的第一端，所述三极管NPN的集电极分别连接所述第二场效应晶体管FET2的栅极和所述电阻R7的第一端，所述三极管NPN的发射极分别连接所述第二场效应晶体管FET2的源极和所述电阻R9的第二端；

所述第二场效应晶体管FET2的漏极分别连接所述二极管D6的负极和所述电容C3的第一端，所述电容C3的第二端分别连接所述双向触发二极管DIAC的第一端和所述电阻R10的第一端；

所述双向可控硅管TRIAC的第一端连接所述电阻R10的第二端，所述双向可控硅管TRIAC的第二端分别连接所述双向触发二极管DIAC的第二端和所述三极管NPN的发射极，所述二极管D6的正极分别连接电阻R6的第一端和所述二极管D5的正极；

所述开关S的两端连接所述开关电源，所述开关S的第一端连接所述电阻R6的第二端，所述开关S的第二端连接所述二极管D4的正极；

所述二极管D4的负极串联连接所述电阻R7和所述电容C2，所述电容C2两端并联所述电阻R8；

所述双向可控硅管TRIAC的第一端接地。

8.基于权利要求1-4中任一项所述的保护电路的开关电源保护方法，其特征在于，包括：

确定单元确定所述开关电源的电压值和电流值，将所述电压值和所述电流值发送给所述处理单元；

处理单元判断所述开关电源 是否同时满足：所述电压值在预设标准电压范围内，且所述电流值在预设标准电流范围内，如果否，则触发过载保护单元；

过载保护单元在所述处理单元的触发下停止向用电设备供电。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：

所述确定所述开关电源的电压值和电流值，包括：

采样单元获取所述开关电源的电压模拟信号和电流模拟信号；

滤波单元滤除所述电压模拟信号和所述电流模拟信号中的干扰信号，输出滤波后的所述电压模拟信号和所述电流模拟信号；

转换单元将所述滤波单元输出的所述电压模拟信号转换成电压数字信号，将所述滤波单元输出的所述电流模拟信号转换成电流数字信号。

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