CN112564046B - 一种开关电源短路保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开关电源短路保护电路。该保护电路设置了可控启动供电电路以实现利用周期性的第一PWM信号控制开关电源的输入电压向所述PWM控制芯片供电；所述PWM控制芯片用于产生第二PWM信号驱动所述开关电源工作。在保证所述第一PWM信号的脉冲宽度大于或等于所述PWM控制芯片稳定工作时要求的最小值的基础上，该保护电路不仅能通过调节第一PWM信号的脉冲宽度降低开关电源短路时降低其输出功率、防止其内部的功率元件因过热而烧毁；而且能通过调节第一PWM信号的周期/占空比便捷地实现开关电源的秒级重启。本发明提供的开关电源短路保护电路结构简单、且可靠性高。

Description

一种开关电源短路保护电路
技术领域
本发明涉及电路的短路保护领域，具体涉及一种开关电源短路保护电路，该保护电路能够在开关电源输出侧发生短路时自动关闭开关电源，并且在所述短路消除后能够自动控制所述开关电源恢复工作。
背景技术
短路保护是开关电源必不可少的功能，目前已有许多PWM控制芯片已将短路保护功能集成在IC内部，但仍有很多价格较低的PWM控制芯片内部没有完善的短路保护功能。如UC2843、UC3842等早期开发的PWM控制芯片、内部只集成有简单的限流保护功能。开关电源输出侧发生短路后仍会输出较大功率，易导致电路中功率器件过热损坏，采用这类控制芯片的开关电源方案须额外增加短路保护方案。常用的短路保护方案如图2所示：检测开关电源的输出电压、送入比较器与较低的阈值比较，当比较器发生翻转时、判断开关电源输出侧存在短路现象，停止PWM控制芯片输出从而保护电路。该方案需要加入一定的延时电路，避免在开机时产生误保护的现象。
图1(a)-1(b)所示为两种开关电源启动控制电路的电路框图，其中两种开关电源的内部磁性元件均带有辅助供电绕组。开关电源通过电阻R1或线性启动电路启动后由辅助绕组及D1、C1组成的辅助供电电路向电路中的PWM控制芯片以及其他元件供电，保证整个开关电源电路持续工作。开关电源输出侧发生短路后，其输入端电压(CE1两端的电压)将降低至0V左右，此时、PWM控制芯片将无法正常工作。图1(a)所示的方案虽然能够实现开关电源的短路保护、也能在短路情况消除后实现开关电源的重启，但是由于开关电源的输入电压往往比较大、当开关电源需要实现秒级的重启时需要选择的电容C1或电阻R的值比较大，且开关电源的重启时间调节起来麻烦、不利于系统集成。图1(b)所示的方案在开关电源短路时输入端电压不能完全为零，经过线性启动供电电路后PWM控制芯片仍然能够维持正常输出、导致开关电源仍然输出较大的功率，导致开关电源内的功率器件发热损坏。此外、上述两个方案无法实现开关电源侧的短路消除后、自行启动所述开关电源。为实现开关电源在输出侧短路消除后自启动，还需要增加额外的重启控制电路，这将导致开关电源的短路保护电路较为复杂，可靠性不高。
发明内容
本发明提供一种结构简单、可靠性高的开关电源短路保护方案。该方案通过在开关电源的输出侧和PWM控制芯片之间引入简单的电路模块，实现在开关电源输出侧发生短路时自动关闭开关电源，而且还能在开关电源输出侧的短路消除后自行启动所述开关电源、使其恢复工作。
本发明提供的开关电源短路保护电路，具体实现为：
一种开关电源短路保护电路，该电路包括：开关电源、PWM控制芯片以及可控启动供电电路；所述可控启动供电电路采用周期性的第一PWM信号控制所述开关电源的输入电压向所述PWM控制芯片供电，使所述PWM控制芯片产生用于驱动所述开关电源的第二PWM信号；其中、所述PWM控制芯片的供电输入端接有供电辅助电路，所述第一PWM信号的脉冲宽度大于或等于所述PWM控制芯片稳定工作时要求的最小值。
优地选、所述第一PWM信号的脉冲宽度满足PWM控制芯片能稳定启动/工作的基础上，其占空比应该尽可能的小、以降低所述开关电源在短路时的输出功率。
进一步地、所述可控启动供电电路可以为采用PWM信号的电平控制通断的开关电路。所述第一PWM信号采用可调占空比的方波发生电路来产生，所述方波发生电路为具有充放电电容的滞回比较器电路。
进一步地、所述可控启动供电电路包括：电阻R1-R3、三极管Q1、增强型NPN MOS管Q2、稳压二极管D5以及电容CE5；其中、所述第一PWM信号通过电阻R1输入到三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极通过电阻R2接MOS管Q2的漏极、射极接地；所述MOS管Q2的漏极接所述开关电源的输入端，其栅极接三极管Q1的集电极、并通过稳压二极管D1接地，其源极通过电阻R3、电容CE5的串联电路接地、电容CE1的一端接地、另一端作为所述可控启动供电电路的输出端向所述PWM控制芯片供电。
进一步地、所述供电辅助电路包括电容C1，并联在电容C1两端、由电感L和稳压二极管D1组成的串联支路。其中、电容C1的一端接所述PWM控制芯片的供电输入端、另一端接地。
附图说明
图1(a)、图1(b)分别为现有技术中两种开关电源启动控制电路的电路框图；
图2为一种现有的开关电源短路保护电路的电路框图；
图3为本发明提供的开关电源短路保护电路的电路框图；
图4为本发明提供的开关电源短路保护电路中可控启动供电电路的示意图；
图5为可控启动供电电路的一个实施例对应的电路图；
图6为本发明中方波发生电路一个实施例示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案以及有益效果更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的开关电源短路保护电路如图3所示，该电路包括：开关电源、PWM控制芯片以及可控启动供电电路。所述可控启动供电电路根据PWM开关信号的电平控制开关电源的输入电压是否传输到PWM控制芯片、向所述PWM控制芯片供电。在图3所示的实施例中、所述可控启动供电电路采用周期性的第一PWM信号控制所述开关电源的输出电压向所述PWM控制芯片供电。所述PWM控制芯片根据其供电输入端的电压产生用于驱动所述开关电源的第二PWM信号；其中、所述PWM控制芯片的供电输入端接有供电辅助电路，所述第一PWM信号的脉冲宽度大于或等于所述PWM控制芯片稳定工作时要求的最小值。
优选地、所述第一PWM信号的脉冲宽度满足PWM控制芯片能稳定启动/工作的基础上,其脉冲宽度应该尽可能的小、以尽可能地降低所述开关电源在短路时的输出功率、避免开关电源内部功率元件过热导致的损坏。
如图4所示、所述可控启动供电电路为采用PWM信号作为使能信号、根据所述PWM信号的电平控制是否将开关电源的输入电压引入到所述PWM控制芯片、向所述PWM控制芯片供电。
进一步地、所述可控启动供电电路的一个具体实施例如图5所示、所述可控启动供电电路包括：电阻R1-R3、三极管Q1、增强型NPN MOS管Q2、稳压二极管D5以及电容CE5；其中、所述第一PWM信号通过电阻R1输入到三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极通过电阻R2接MOS管Q2的漏极、射极接地；所述MOS管Q2的漏极接所述开关电源的输入端，其栅极接三极管Q1的集电极、并通过稳压二极管D1接地，源极通过电阻R3、电容CE5的串联电路接地、电容CE1的一端接地、另一端作为所述可控启动供电电路的输出端向所述PWM控制芯片供电。
进一步地、所述第一PWM信号可以采用如图6所示的具有充放电电容的滞回比较器电路来产生。在图6所示的示例中、该方波发生电路包括：比较器、电阻R4-R7、电容C6以及二极管D6组成。其中、所述比较器的同相输入端通过电阻R4接地、负向输入端通过电容C1接地，比较器的输出端通过电阻R5接回到其同相输入端、通过电R6接回到其反相输入端，同时比较器的输出端还通过电阻R7和二极管D6的串联电路接回到其反相输入端。优选地、设置所述电阻R6、R7为可调电阻、电容C6为可调电容，这样就通过调节R6、R7、C6参数即可控制方波周期及脉冲宽度。
本发明提供的开关电源短路保护电路的工作过程如下：当开关电源输出侧发生时，开关电源的电压输入端电压差(电容CE1两端的电压)为零，辅助绕组无法正常提供PWM控制芯片等其他芯片所需的能量。当图2中、供电辅助电路中电容C1两端的电压下降至PWM控制芯片工作电压以下时，所述PWM芯片将停止工作，控制开关电源停止工作进行短路保护并等待下一次启动。调节R1、R2、C1参数使所述第一PWM信号的脉冲宽度满足开关电源能稳定启动/工作的要求。所述第一PWM信号再一次变为高电平时试图控制PWM控制芯片工作、开关电源重启，若此时开关电源输出侧的短路情况仍存在，开关电源将维持停止工作的状态。若此时、开关电源输出侧的短路情况消除，所述PWM控制芯片的输入将获得其工作电压进行上电启动、继而控制开关电源可正常启动工作。开关电源的重启时间最长不超过所述第一PWM信号的周期，可以在保持脉冲宽度尽可能小(或某一固定值)的基础上通过调节所述第一PWM信号的周期/占空比来控制开关电源的重启时间。
与现有技术相比，本发明提供的开关电源保护电路不仅可以通过调节第一PWM信号的脉冲宽度降低开关电源短路时降低其输出功率、防止其内部的功率元件因过热而烧毁；而且通过调节第一PWM信号的周期还能便捷地实现开关电源的秒级重启。本发明提供的开关电源短路保护电路结构简单、且可靠性高。

Claims (3)

1.一种开关电源短路保护电路，其特征在于，该电路包括：开关电源、PWM控制芯片、可控启动供电电路；所述可控启动供电电路采用周期性的第一PWM信号控制所述开关电源的输入电压向所述PWM控制芯片供电、使所述PWM控制芯片产生用于驱动所述开关电源的第二PWM信号；其中、所述PWM控制芯片的供电输入端接有供电辅助电路，所述第一PWM信号的脉冲宽度大于或等于所述PWM控制芯片稳定工作时要求的最小值；
该电路能够在保证所述第一PWM信号的脉冲宽度满足开关电源能稳定启动/工作的要求的基础上，通过调节所述第一PWM信号的脉冲宽度降低所述开关电源的短路输出功率；还能在保持所述第一PWM信号的脉冲宽度为一固定值时、通过调节所述第一PWM信号的周期/占空比来控制开关电源的重启时间；
所述可控启动供电电路为采用PWM信号的电平控制通断的开关电路；所述可控启动供电电路包括：电阻R1-R3、三极管Q1、增强型NPNMOS管Q2、稳压二极管D5以及电容CE5；其中、所述第一PWM信号通过电阻R1输入到三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极通过电阻R2接MOS管Q2的漏极、其射极接地；所述MOS管Q2的漏极接所述开关电源的电压输入端，其栅极接三极管Q1的集电极、并通过稳压二极管D1接地，源极通过电阻R3、电容CE5的串联电路接地、电容CE5的一端接地、另一端接所述PWM控制芯片的供电输入端。
2.如权利要求1所述的开关电源短路保护电路，其特征在于，所述第一PWM信号采用具有充放电电容、带反馈的滞回比较器电路来产生。
3.如权利要求1所述的开关电源短路保护电路，其特征在于、所述供电辅助电路包括电容C1，并联在电容C1两端、由电感L和稳压二极管D1组成的串联支路；其中、电容C1的一端接所述PWM控制芯片的供电输入端、另一端接地。
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