CN112736843B - 开关电源过欠压保护电路、开关电源及空调器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种开关电源过欠压保护电路、开关电源及空调器，该电路包括：电压检测电路及分流电路；电压检测电路包括第一电阻及第三电阻；第一电阻的第一端与整流电路输出端连接，第一电阻的第二端与第三电阻的第一端连接，第三电阻的第二端接地；第三电阻的第一端与电压控制芯片的电压输入引脚连接；分流电路包括第二电阻及压降元件，压降元件的导通压降大于电压控制芯片的内部低压阈值且小于电压控制芯片的内部高压阈值；第二电阻及压降元件串联后与第三电阻并联。本发明可以扩展电压控制芯片的电压检测范围，使其即能满足欠压保护功能，又能实现过压保护功能。

Description

开关电源过欠压保护电路、开关电源及空调器
技术领域
本发明涉及空调技术领域，具体而言，涉及一种开关电源过欠压保护电路、开关电源及空调器。
背景技术
开关电源有体积小、成本低、输出电压稳定，输入电压范围宽等优点，目前变频空调控制板多采用开关电源作为控制电源，已逐渐替代线性变压器方案。
随着经济水平不断提高，空调已进入千家万户。在一些偏远地区，由于供电距离问题，用户电源往往不稳定。交流电压过高或过低都会造成空调运行异常甚至烧毁空调控制板。因此，开关电源控制芯片内设置有输入电压保护电路，当电压超过设定的范围时，开关电源停止工作，避免电网电压波动损坏空调。
一般空调的工作电压为160V-265V，因此多数厂家的开关电源芯片输入电压检测范围也在此区间。为了满足更多用户需求，新设计的空调工作电压范围拓展到75V-300V，超出了现有开关电源的电压检测范围。现有开关电源无法兼顾过压保护和欠压保护。
发明内容
本发明解决的问题是现有开关电源的电压检测范围小于空调工作电压范围，无法兼顾过压保护和欠压保护的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种开关电源过欠压保护电路，应用于空调器，包括：电压检测电路及分流电路；所述电压检测电路包括第一电阻及第三电阻；所述第一电阻的第一端与整流电路输出端连接，所述第一电阻的第二端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端接地；所述第三电阻的第一端与电压控制芯片的电压输入引脚连接；所述分流电路包括第二电阻及压降元件，所述压降元件的导通压降大于所述电压控制芯片的内部低压阈值且小于所述电压控制芯片的内部高压阈值；所述第二电阻及所述压降元件串联后与所述第三电阻并联。
本发明在电压检测电路的基础上增加了分流电路，该分流电路中压降元件的导通压降大于电压控制芯片的内部低压阈值且小于电压控制芯片的内部高压阈值，在电压控制芯片的检测电压小于该导通压降时，分流电路不导通；在电压控制芯片的检测电压大于或等于该导通压降时，分流电路导通，对应的检测电压更小，从而扩展了电压控制芯片的电压检测范围，使其即能满足欠压保护功能，又能实现过压保护功能。
可选地，若所述整流电路输入端的交流电压为工作电压下限V下，所述第三电阻的第一端的电压小于或等于所述内部低压阈值V1；若所述整流电路输入端的交流电压为工作电压上限V上，所述第三电阻的第一端的电压大于或等于所述内部高压阈值V2。
本发明提供了对电压检测电路及分流电路中各电阻的参数的限制，需要满足在工作电压的范围的上下限均在电压控制芯片的内部电压阈值范围内，从而扩展现有电压控制芯片的电压检测范围。
可选地，所述第一电阻的阻值为R1，所述第三电阻的阻值为R3，所述第三电阻的第一端的电压为VBR，整流电路输出端电压为Vdc；其中，R1及R3满足以下条件：
VBR＝Vdc*R3/(R1+R3)；
Figure BDA0002873869610000021
VBR≤V1。
本发明提供了基于工作电压的范围的下限确定第一电阻与第三电阻的比例关系，满足欠压保护功能。
可选地，所述第二电阻的阻值为R2，所述压降元件的压降为V压降，R1、R2及R3满足以下条件：
R2＝(V上-V压降)/((Vdc-V上)/R1-V上/R3)；
Figure BDA0002873869610000022
VBR≥V2。
本发明提供了基于工作电压的范围的上限确定第一电阻、第二电阻及第三电阻的比例关系，满足过压保护功能。
可选地，所述压降元件为二极管、三极管或场效应管。
本发明提供了压降元件可选择的器件类型，可以满足扩展电压控制芯片的电压检测范围的目的。
可选地，所述分流电路包括多个所述压降元件。
本发明的压降元件数量可以是多个，从而满足扩展电压控制芯片的电压检测范围的目的。
可选地，多个所述压降元件串联后与所述第二电阻串联。
本发明限定了分流电路中压降元件与第二电阻的连接关系，可以起到压降导通及分流的作用，满足扩展电压控制芯片的电压检测范围的目的。
可选地，V下为75V，V上为300V。
本发明提供了空调器的工作电压范围，基于其可以确定上述第一电阻、第二电阻、第三电阻及压降元件的参数，使其满足扩展电压控制芯片的电压检测范围的目的。
本发明提供一种开关电源，应用于空调器，包括电压控制芯片及上述开关电源过欠压保护电路。
本发明提供一种空调器，包括上述开关电源。
本发明的开关电源及空调器，可以与上述开关电源过欠压保护电路达到相同的技术效果。
附图说明
图1为现有空调的开关电源保护电路的结构示意图；
图2为本发明的一个实施例提供的一种开关电源过欠压保护电路的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参见图1所示的现有空调的开关电源保护电路的结构示意图，输入的交流电压通过整流桥整流后得到直流电压VDC，电阻R1、R3组成分压电路。
电压控制芯片IC1的电压输入引脚2(BR引脚)通过检测R3两端电压，间接检测VDC的电压范围。假设电压控制芯片的内部低压阀值为V1，内部高压阀值为V2。当VDC低于VDC1＝(V1/R3)*(R1+R3)时，芯片停止工作，进入欠压保护状态。当VDC高于VDC2＝(V2/R3)*(R1+R3)时，芯片停止工作，进入过压保护状态。芯片内部电压阀值的范围△V＝V2-V1决定了空调工作电压的电压范围，若△V范围较小，则可能导致无法满足工作电压的检测需求。
例如，某芯片内部低压阀值为V1＝1V，内部高压阈值(过压保护点)为V2＝3.7V。若选择过压保护，则VDC过压保护电压确定为424V，欠压保护电压为114V，通过424V/3.7计算得到。VDC与交流电压VINac的关系为VDC＝1.414*VINac。VDC为424V对应于VINac为300V，VDC为114V对应于VINac为81V。
因此，电压控制芯片可以检测的VINac电压范围为81V-300V，小于空调工作电压范围75V-300V，不能有效地进行欠压保护。类似地，若选择欠压保护，则不能有效地进行过压保护。现有开关电源的电压检测范围无法兼顾过压保护和欠压保护，不能满足空调使用需求。
图2是本发明的开关电源过欠压保护电路的结构示意图，示出了电压检测电路100及分流电路200。
电压检测电路100包括第一电阻R1及第三电阻R3；第一电阻R1的第一端与整流电路输出端VDC连接，第一电阻R1的第二端与第三电阻R3的第一端(图1中a点)连接，第三电阻R3的第二端接地；第三电阻R3的第一端与电压控制芯片的电压输入引脚BR连接。通过R1及R3的比值，可以调整输入电压控制芯片的电压输入引脚的电压值，满足过压/欠压检测需求。
分流电路200包括第二电阻R2及压降元件，该压降元件的导通压降大于电压控制芯片的内部低压阈值V1且小于电压控制芯片的内部高压阈值V2。
第二电阻及压降元件串联后与第三电阻并联。
在图1中以压降元件为二极管D1、D2为例进行说明。D1和D2导通压降为2V，V1＝1V，V2＝3.7V。
当a点的输入电压小于或者等于2V时，由于D1和D2导通压降之大于1V，分流电路没有电流通过。通过设定R1和R3的比例，即可设定欠压保护点1V对应的VDC值。
当a点的输入电压升高，超过2V时，D1和D2开始导通，有电流通过分流电路。此时通过设定R2的值可以选择通过R2的电流，即可设定过压保护点3V对应的VDC值。
例如，欠压保护电压为1V，对应母线电压Vdc为106V。当VBR未超过2V时二极管D1、D2不导通，VBR＝Vdc*R3/(R1+R3)。例如，过压保护点为3V，对应母线电压Vdc为424V。当VBR超过2V后二极管D1、D2开始导通，压降总计为2V。因此只要调节电阻R2的阻值，就可以从BR脚分出一定的电流，确保BR脚在3V的时候，Vdc为424V。
本实施例提供的开关电源过欠压保护电路，在电压检测电路的基础上增加了分流电路，该分流电路中压降元件的导通压降大于电压控制芯片的内部低压阈值且小于电压控制芯片的内部高压阈值，在电压控制芯片的检测电压小于该导通压降时，分流电路不导通；在电压控制芯片的检测电压大于或等于该导通压降时，分流电路导通，对应的检测电压更小，从而扩展了电压控制芯片的电压检测范围，使其即能满足欠压保护功能，又能实现过压保护功能。
可选地，若整流电路输入端的交流电压为工作电压下限V下，第三电阻的第一端的电压小于或等于内部低压阈值V1；若整流电路输入端的交流电压为工作电压上限V上，第三电阻的第一端的电压大于或等于内部高压阈值V2。示例性地，V下取75V，V上取300V。为扩展电压检测范围，通过调整R1、R2、R3的阻值，使整流电路输入端的交流电压下降至工作电压下限V下时，a点电压下降至等于或者小于内部低压阈值V1，整流电路输入端的交流电压上升至工作电压下限V上时，a点电压上升至等于或者大于内部高压阈值V2。
可选地，基于工作电压的范围的下限可以确定第一电阻与第三电阻的比例关系，满足欠压保护功能。第一电阻的阻值为R1，第三电阻的阻值为R3，第三电阻的第一端(a点)的电压为VBR，整流电路输出端电压为Vdc；整R1、R3的阻值满足以下关系式：
VBR＝Vdc*R3/(R1+R3)；
Figure BDA0002873869610000061
VBR≤V1。
可选地，基于工作电压的范围的上限确定第一电阻、第二电阻及第三电阻的比例关系，满足过压保护功能。R1、R2及R3的阻值满足以下关系式：
R2＝(V上-V压降)/((Vdc-V上)/R1-V上/R3)；
Figure BDA0002873869610000062
VBR≥V2。
具体地，压降元件为二极管、三极管或场效应管。在分流电路可以包括多个上述一种或者多种压降元件。多个压降元件串联后与第二电阻串联。
以下详细介绍R1、R2及R3的阻值的确定过程。
当输入电压V下为交流75V时，整流后的直流电流VDC＝75V*1.414＝106V。当低于106V时进行欠压保护，由于欠压保护点电压Vbr＝1V，未达到二极管D1和D2的导通压降之和0.7V+0.7V＝1.4V，此时流过电阻R2的电流为0，即电阻R2不参与低压保护点设置。只要通过设置电阻R1和R3的比例，使电阻R3上的电压分压为1V即可。此处可选择R3＝10K，R1＝1000K。计算Vbr1＝R3*106V/(R1+R3)＝10K*106V/(10K+1000K)＝1.06V。
当输入电压V上为交流300V时，整流后的直流电流VDC＝300V*1.414＝424V。当高于424V时进行过压保护，此时电压Vbr＝3.7V，已经超过两个二极管D1和D2导通压降之和，有电流流过电阻R2。通过调节电阻R2的阻值，即可调整Vbr的电压。
假如此时Vbr等于3.7V，则流过电阻R1的电流为I1＝(VDC-3.7V)/R1＝(424V-3.7V)/1000K＝0.42A，流过电阻R3的电流I3＝Vbr/10K＝3.7V/10K＝0.37V。由于电流I1＝I2+I3，I2＝I1-I3＝0.42A-0.37A＝0.05A。又V2＝3.7V-0.7-0.7＝2.3V。因此R2＝V2/I2＝46K。
本发明通过巧妙的外围电路设计，增加了二极管及电阻组成的分流电路，从而改进电压检测电路，扩展电源芯片的电压检测范围，使其即能满足欠压保护功能，又能实现过压保护功能，具有电路结构简单，成本低、可靠性高、电路功耗低、适用范围广的特点。
本发明实施例还提供了一种开关电源，应用于空调器，包括电压控制芯片及上述开关电源过欠压保护电路。
本发明实施例还提供了一种空调器，包括上述开关电源。
当然，本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程度来指令控制装置来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的存储介质中，所述程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程，其中所述的存储介质可为存储器、磁盘、光盘等。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (7)

1.一种开关电源过欠压保护电路，其特征在于，应用于空调器，包括：电压检测电路及分流电路；
所述电压检测电路包括第一电阻及第三电阻；所述第一电阻的第一端与整流电路输出端连接，所述第一电阻的第二端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端接地；所述第三电阻的第一端与电压控制芯片的电压输入引脚连接；
所述分流电路包括第二电阻及压降元件，所述压降元件的导通压降大于所述电压控制芯片的内部低压阈值且小于所述电压控制芯片的内部高压阈值；
所述第二电阻及所述压降元件串联后与所述第三电阻并联；
若所述整流电路输入端的交流电压为工作电压下限V下，所述第三电阻的第一端的电压小于或等于所述内部低压阈值V1；
若所述整流电路输入端的交流电压为工作电压上限V上，所述第三电阻的第一端的电压大于或等于所述内部高压阈值V2；
所述第一电阻的阻值为R1，所述第三电阻的阻值为R3，所述第三电阻的第一端的电压为VBR，整流电路输出端电压为Vdc；其中，R1及R3满足以下条件：
VBR＝Vdc*R3/(R1+R3)；
Figure FDA0003841483050000011
VBR≤V1；
所述第二电阻的阻值为R2，所述压降元件的压降为V压降，R1、R2及R3满足以下条件：
R2＝(V上-V压降)/((Vdc-V上)/R1-V上/R3)；
Figure FDA0003841483050000012
VBR≥V2。
2.如权利要求1所述的开关电源过欠压保护电路，其特征在于，所述压降元件为二极管、三极管或场效应管。
3.如权利要求2所述的开关电源过欠压保护电路，其特征在于，所述分流电路包括多个所述压降元件。
4.如权利要求2所述的开关电源过欠压保护电路，其特征在于，多个所述压降元件串联后与所述第二电阻串联。
5.如权利要求1所述的开关电源过欠压保护电路，其特征在于，V下为75V，V上为300V。
6.一种开关电源，其特征在于，应用于空调器，包括电压控制芯片及权利要求1-5任一项所述的开关电源过欠压保护电路。
7.一种空调器，其特征在于，包括权利要求6所述的开关电源。
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Patentee after: NINGBO AUX ELECTRIC Co.,Ltd.

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Patentee before: ZHUHAI TUOXIN TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Patentee before: NINGBO AUX ELECTRIC Co.,Ltd.

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