CN114400620B - 一种应用于电力行业的反激架构输入欠过压保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及开关电源技术领域，公开了一种应用于电力行业的反激架构输入欠过压保护电路，包括滤波模块，反激芯片控制模块，负压检测模块，过压保护模块，欠压保护模块，变压器，晶体管，采样电阻，供电电容；变压器辅助绕组连接负压检测模块中的一对分压电阻，所述分压电阻的中点电压信号在晶体管导通时被采样，采样信号低于第一参考电压时触发过压保护，采样信号高于第二参考电压时触发欠压保护。本发明在通过辅助绕组降低输入的直流电压同时，减少分压电阻数量，而在初级反馈的情况下，分压电阻起到作为FB引脚采样电阻的作用，更是可视为对分压电阻的省略。本发明中，采样电路的损耗更小，节约了PCB板空间，降低了电路失效概率。

Description

一种应用于电力行业的反激架构输入欠过压保护电路
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种应用于电力行业的反激架构输入欠过压保护电路，主要用于为反激式开关电源提供安全可靠的输入交流电压的欠过压保护。
背景技术
传统的欠过压保护电路均需采样输入电压，需要用电阻分压以将市电输入转化为低压信号用以比较，其不足在于：第一，电阻分压采样电路损耗较大，影响待机功耗；第二，分压电阻占用PCB板空间，增加成本，且电路增加失效概率。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种应用于电力行业的反激架构输入欠过压保护电路。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种应用于电力行业的反激架构输入欠过压保护电路，包括滤波模块，反激芯片控制模块，负压检测模块，过压保护模块，欠压保护模块，变压器T1，晶体管M1，电阻R6，电容C2；
滤波模块包括滤波模块、有极性电容Cin；
负压检测模块包括二极管VD1、VD2，电阻R1、R2、R3，电容C1；
过压保护模块包括双向稳压管VZ1，二极管VD3、VD4，电阻R4，比较器CM1；
欠压保护模块包括双向稳压管VZ2，二极管VD5、VD6，电阻R5，比较器CM2；
变压器包括初级绕组、次级绕组与辅助绕组；
其连接关系为：滤波模块的输入端连接零线与火线，输出端连接有极性电容Cin的正极与变压器T1初级绕组的第一端，有极性电容Cin的负极接地；
变压器T1初级绕组的第二端与晶体管M1的集电极连接，晶体管M1的发射极连接电阻R6的第一端，电阻R6的第二端接地，晶体管M1的基极连接反激芯片控制模块的OUT端；
二极管VD1的负极、电容C2的第一端与反激芯片控制模块的VCC端连接，二极管VD1的正极、辅助绕组的第一端与电阻R1的第一端连接，电阻R1的第二端、电阻R2的第一端与二极管VD2的负极连接，二极管VD2的正极、电容C1的第一端与电阻R3的第一端连接，电阻R3的第二端、电容C1的第二端、电阻R2的第二端、辅助绕组的第二端、电容C2的第二端、反激芯片控制模块的GND端连接于一点后接地；
二极管VD2的正极连接比较器CM1的负极，比较器CM1的输出端与二极管VD3的正极、双向稳压管VZ1的第一端、二极管VD4的正极连接，二极管VD3的负极与R4的第一端连接，R4的第二端与比较器CM1的正极连接，双向稳压管VZ1的第二端接地，二极管VD4的负极连接反激芯片控制模块的FB端，比较器的正极输入为第一参考电压VREF1；
二极管VD2的正极连接比较器CM2的正极，比较器CM2的输出端与二极管VD5的正极、双向稳压管VZ2的第一端、二极管VD6的正极连接，二极管VD5的负极与R5的第一端连接，R5的第二端与比较器CM2的负极连接，双向稳压管VZ2的第二端接地，二极管VD6的负极连接反激芯片控制模块的FB端，比较器的负极输入为第二参考电压VREF2。
进一步地，所述晶体管M1为MOS场效应晶体管。
进一步地，当开关电源电路工作时，触发过压保护需要采样信号低于第一参考电压，触发欠压保护需要采样信号高于第二参考电压。
进一步地，R3的阻值大于等于R2阻值的10倍。
本发明的有益技术效果：在现有反激式开关电源基础上，增加比传统方案更加简单的外围电路，在节约系统成本的前提下提供安全可靠的输入交流电压的欠过压保护。在通过辅助绕组降低输入的直流电压同时，减少分压电阻数量，而在初级反馈的情况下，分压电阻起到作为FB引脚采样电阻的作用，更是可视为对分压电阻的省略。本发明中，采样电路的损耗更小，节约了PCB板空间，降低了电路失效概率。
附图说明
图1为本发明的电路原理框图。
图2为本发明实施例中滤波模块、反激芯片控制模块、负压检测模块的结构示意图。
图3为本发明实施例中过压保护模块的结构示意图。
图4为本发明实施例中欠压保护模块的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
如图1所示，一种应用于电力行业的反激架构输入欠过压保护电路，包括滤波模块，反激芯片控制模块，负压检测模块，过压保护模块，欠压保护模块，变压器T1，MOS场效应管M1，采样电阻R6，供电电容C2，用于输出的电解电容EC1，整流二极管VD7；
滤波模块内含用于将交流电源输入整流为直流的整流桥，用于滤除MOS场效应管M1产生的高频纹波的输入电容Cin，通常，在滤波模块中还包含若干满足电磁干扰指标所需的滤波器件；
负压检测模块包括供电二极管VD1，负压导通二极管VD2，分压电阻R1、R2，放电电阻R3，负压检测电容C1；
过压保护模块包括双向稳压管VZ1，二极管VD3、VD4，电阻R4，比较器CM1；
欠压保护模块包括双向稳压管VZ2，二极管VD5、VD6，电阻R5，比较器CM2；
变压器包括初级绕组、次级绕组与辅助绕组。辅助绕组的功能在于：1.为反激芯片供电；2.输出负压。
其连接关系为：如图2所示，滤波模块的输入端连接零线与火线，输出端连接有极性电容Cin的正极与变压器T1初级绕组的第一端，有极性电容Cin的负极接地。
变压器T1初级绕组的第二端与MOS场效应管M1的漏极连接，M1的源极连接采样电阻R6的第一端，电阻R6的第二端接地，用于采样MOS场效应管M1中的电流，M1的栅极连接反激芯片控制模块的OUT端，变压器T1次级绕组的第一端与整流二极管VD7的正极连接，VD7的负极连接电解电容EC1的正极，EC1的负极与变压器T1次级绕组的第二端连接于一点后接地。
供电二极管VD1的负极、供电电容C2的第一端与反激芯片控制模块的VCC端连接，供电电容C2用于给负压检测模块供电，二极管VD1的负极、辅助绕组的第一端与上分压电阻R1的第一端连接，R1的第二端、下分压电阻R2的第一端与二极管VD2的负极连接，二极管VD2的正极、电容C1的第一端与电阻R3的第一端连接，R3的第二端、电容C1的第二端、电阻R2的第二端、辅助绕组的第二端、电容C2的第二端、反激芯片控制模块的GND端连接于一点后接地。注意R3的阻值大于等于R2阻值的10倍，R3用于在MOS场效应管断开时让负压检测电容C1缓慢放电，R3阻值远大于R2，与R2并联保证以并联后R2两端的阻值变化可以忽略。
每个开关周期中，当MOS场效应管M1关闭后，变压器T1的初级绕组电流截止，次级绕组电流导通，因此，变压器T1的次级绕组上的电压为输出电容EC1上的电压加上输出二极管VD7的压降，此时，辅助绕组上的电压为正值，且正比于输出电压。(假设变压器T1的初级绕组、次级绕组和辅助绕组的匝数比为：N1:N2:N3)，因此，辅助绕组此时可为供电电容C2充电，同时分压电阻的中点电压信号(即上分压电阻记为R1与下分压电阻记为R2之间的电压信号)也反映了输出电压：
式中，Vm为分压电阻的中点电压信号，Vout为电路输出电压，V7为输出二极管VD7的正向压降。反激芯片控制模块可以在合适的时刻采样Vm，从而获得输出电压信息并且使其得到控制。
如图3所示，二极管VD2的正极连接运算放大器CM1的反相输入端，CM1的输出端与二极管VD3的正极、双向稳压管VZ1的第一端、二极管VD4的正极连接，二极管VD3的负极与R4的第一端连接，R4的第二端与运算放大器CM1的同相输入端连接，形成滞回电路，双向稳压管VZ1的第二端接地，二极管VD4的负极连接反激芯片控制模块的CT端，运算放大器的正极输入为第一参考电压VREF1，负极输入为电压V1。当开关电源电路工作时，触发过压保护需要采样信号低于第一参考电压。
如图4所示，二极管VD2的正极连接运算放大器CM2的同相输入端，CM2的输出端与二极管VD5的正极、双向稳压管VZ2的第一端、二极管VD6的正极连接，二极管VD5的负极与R5的第一端连接，R5的第二端与运算放大器CM2的同相输入端连接，形成滞回电路，双向稳压管VZ2的第二端接地，二极管VD6的负极连接反激芯片控制模块的CT端，运算放大器的负极输入为第二参考电压VREF2，正极输入为电压V1。当开关电源电路工作时，触发欠压保护需要采样信号高于第二参考电压。
实施例中，滤波模块对输入交流电压进行整流后输出直流电压VDAC，VDAC经变压器辅助绕组输出直流电压至负压检测模块，负压检测模块检测到过压后，过压保护模块动作，进行过压保护控制；负压检测模块检测到欠压后，欠压保护模块动作，进行欠压保护控制。
实施例的具体工作过程为：
当MOS场效应管M1导通时，变压器T1的初级绕组两端电压约等于VDAC，变压器T1的原边绕组电流上升，当MOS场效应管M1关闭后，变压器T1次级绕组两端电压为Vout+V7，变压器T1的副边绕组电流下降。
当MOS场效应管M1导通时，辅助绕组两端电压为VD2正向导通，同时由于R3阻值很大，忽略R3，则R1、R2的中点电压信号/>此电压值包含了此时输入电容Cin上的电压信息。V1点电压值为负压检测电容C1上电压，V1＝Vm+VVD1，当MOS场效应管M1断开时，Vm信号为正压，VD2反向截止，负压检测电容C1通过R3缓慢放电，保证不同输入电压下C1都可以采集到相应负压信息，负压检测电容C1上采集到的负压信息包含输入电容Cin上的负压信息，负压检测电容C1上，电压V1会被输入至过压保护模块和欠压保护模块。
过压保护模块中，将V1负压信息导入比较器CM1，CM1采用正负VCC供电，比较器正极接参考电压VERF1，此参考电压同样为负压，比较器负极接V1电压，当V1电压大于VREF1时，比较器输出-VVZ1，二极管VD4截止，比较器CM1的输出结果对反激芯片FB不起作用，当V1电压小于VERF1时，此时表示交流输入电压过压，比较器输出+VVZ1，二极管VD4导通，比较器CM1输出高电平拉高反激芯片FB引脚，反激芯片控制模块立即启动保护，停止发送MOS管的驱动信号，过压保护模块完成过压保护功能，同时，利用VD3和R4增加了比较器的输出滞回功能，可以保证触发输入过压保护后在更低的输入电压条件下退出保护，防止输入电压震荡产生过压保护功能误触发。
欠压保护模块中，将V1负压信息导入比较器CM2，CM2采用正负VCC供电，比较器负极接参考电压VERF2，此参考电压同样为负压，比较器正极接V1电压，当V1电压小于VREF2时，比较器输出-VVZ1，二极管VD6截止，比较器CM2的输出结果对反激芯片FB不起作用，当V1电压大于VERF2时，此时表示交流输入电压欠压，比较器输出+VVZ1，二极管VD6导通，比较器CM2输出高电平拉高反激芯片FB引脚，反激芯片控制模块立即启动保护，停止发送MOS管的驱动信号，欠压保护模块完成欠压保护功能，同时，利用VD5和R5增加了比较器的输出滞回功能，可以保证触发欠压保护后在更高的输入电压条件下退出欠压保护，防止因输入电压震荡产生欠压保护功能误触发。
上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。

Claims (4)

1.一种应用于电力行业的反激架构输入欠过压保护电路，其特征在于，包括滤波模块，反激芯片控制模块，负压检测模块，过压保护模块，欠压保护模块，变压器T1，晶体管M1，电阻R6，电容C2；
滤波模块包括滤波模块、有极性电容Cin；
负压检测模块包括二极管VD1、VD2，电阻R1、R2、R3，电容C1；
过压保护模块包括双向稳压管VZ1，二极管VD3、VD4，电阻R4，比较器CM1；
欠压保护模块包括双向稳压管VZ2，二极管VD5、VD6，电阻R5，比较器CM2；
变压器包括初级绕组、次级绕组与辅助绕组；
其连接关系为：滤波模块的输入端连接零线与火线，输出端连接有极性电容Cin的正极与变压器T1初级绕组的第一端，有极性电容Cin的负极接地；
变压器T1初级绕组的第二端与晶体管M1的集电极连接，晶体管M1的发射极连接电阻R6的第一端，电阻R6的第二端接地，晶体管M1的基极连接反激芯片控制模块的OUT端；
二极管VD1的负极、电容C2的第一端与反激芯片控制模块的VCC端连接，二极管VD1的正极、辅助绕组的第一端与电阻R1的第一端连接，电阻R1的第二端、电阻R2的第一端与二极管VD2的负极连接，二极管VD2的正极、电容C1的第一端与电阻R3的第一端连接，电阻R3的第二端、电容C1的第二端、电阻R2的第二端、辅助绕组的第二端、电容C2的第二端、反激芯片控制模块的GND端连接于一点后接地；
二极管VD2的正极连接比较器CM1的负极，比较器CM1的输出端与二极管VD3的正极、双向稳压管VZ1的第一端、二极管VD4的正极连接，二极管VD3的负极与R4的第一端连接，R4的第二端与比较器CM1的正极连接，双向稳压管VZ1的第二端接地，二极管VD4的负极连接反激芯片控制模块的FB端，比较器的正极输入为第一参考电压VREF1；
二极管VD2的正极连接比较器CM2的正极，比较器CM2的输出端与二极管VD5的正极、双向稳压管VZ2的第一端、二极管VD6的正极连接，二极管VD5的负极与R5的第一端连接，R5的第二端与比较器CM2的负极连接，双向稳压管VZ2的第二端接地，二极管VD6的负极连接反激芯片控制模块的FB端，比较器的负极输入为第二参考电压VREF2。
2.根据权利要求1所述的一种应用于电力行业的反激架构输入欠过压保护电路，其特征在于，所述晶体管M1为MOS场效应晶体管。
3.根据权利要求1所述的一种应用于电力行业的反激架构输入欠过压保护电路，其特征在于，当开关电源电路工作时，触发过压保护需要采样信号低于第一参考电压，触发欠压保护需要采样信号高于第二参考电压。
4.根据权利要求1所述的一种应用于电力行业的反激架构输入欠过压保护电路，其特征在于，R3的阻值大于等于R2阻值的10倍。
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