CN115411936A - 过功率保护电路及开关电源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子电路技术领域，公开一种过功率保护电路及开关电源。过功率保护电路包括驱动模块、功率转换模块和过功率保护模块；驱动模块具有调节端和驱动端；功率转换模块连接于供电侧与用电侧之间，供电侧输出供电电压至用电侧；驱动模块用于驱动功率转换模块；过功率保护模块用于在采样电压大于基准电压时生成调节信号并输出至调节端，使驱动模块限制用电侧的功率。本发明通过在原有驱动器结构基础上配置过功率保护电路来触发额外的过功率保护，以对驱动器电路进行过功率保护。

Description

过功率保护电路及开关电源
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，尤其是一种过功率保护电路及开关电源。
背景技术
在照明驱动控制领域，驱动器一般都设置为恒流输出，以适应用户不同的灯具要求。常用的恒流驱动控制芯片往往会设置过压保护机制，通过设置一个过压阀值来实现保护驱动器的功能。然而，对于电流可调且宽电压范围输出的驱动器来说，仅仅依靠恒流驱动控制芯片自带的过压保护机制是不够的，因为这类驱动器往往在大电流档输出的时候，输出电压还未到过压保护阀值就已经达到驱动器的最大输出功率，恒流驱动控制芯片自带的过压保护机制并没有起到保护作用，无法限制驱动器的输出功率。
发明内容
本发明的目的是提供一种过功率保护电路及开关电源，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
第一方面，提供一种过功率保护电路，包括驱动模块、功率转换模块和过功率保护模块；
驱动模块具有调节端和驱动端；
功率转换模块连接于供电侧与用电侧之间，供电侧输出供电电压至用电侧；
驱动端连接功率转换模块，驱动模块用于驱动功率转换模块；
过功率保护模块的输入端连接基准电压以及采集用电侧的功率以得到采样电压，过功率保护模块的输出端连接调节端，过功率保护模块用于在采样电压大于基准电压时生成调节信号并输出至调节端，使所述驱动模块限制所述用电侧的功率。
在一些实施例中，过功率保护模块具有第一输入端和第二输入端；
第一输入端连接基准电压；
第二输入端采集用电侧的功率以得到采样电压；
过功率保护模块用于比较基准电压和采样电压，于采样电压大于基准电压时生成调节信号，以改变调节端的电压状态。
在一些实施例中，过功率保护模块包括运算放大器、采样子电路、反馈子电路和第一二极管；
运算放大器具有第一相输入端、第二相输入端和运算输出端；
第一相输入端作为第一输入端并连接基准电压；
采样子电路的一端作为第二输入端并连接供电侧和用电侧之间，采样子电路的另一端连接第二相输入端；
反馈子电路的一端连接运算输出端，反馈子电路的另一端连接第二相输入端；
第一二极管的阴极连接运算输出端，第一二极管的阳极作为过功率保护模块的输出端并连接调节端。
在一些实施例中，采样子电路包括第一电阻、第二电阻和第一电容；
第一电阻的一端连接供电侧和用电侧之间，第一电阻的另一端连接第相二输入端和第二电阻的一端，第二电阻的另一端接地，第一电容与第二电阻并联。
在一些实施例中，采样电压具体表示为：
Figure BDA0003834836450000021
其中，VU2表示采样电压，R1表示第一电阻，R2表示第二电阻，D表示驱动信号的导通占空比，RCS表示电流采样端连接的采样电阻，Ipeak表示流过采样电阻的峰值电流。
在一些实施例中，反馈子电路包括第三电阻和第二电容；
第三电阻的一端连接运算输出端，第三电阻的另一端、第二电容和第二相输入端顺次连接。
在一些实施例中，驱动模块选用恒流驱动芯片。
在一些实施例中，功率转换模块包括开关管、第二二极管和功率电感；
开关管的第一端连接供电侧，开关管的第二端通过功率电感连接用电侧，开关管的控制端连接驱动端，第二二极管的阴极连接用电侧，第二二极管的阳极连接功率电感，以与功率电感和用电侧并联。
第二方面，提供一种开关电源，包括第一方面的过功率保护电路。
本发明的有益效果：通过在原有驱动器结构基础上配置过功率保护电路来触发额外的过压保护，过功率保护模块通过外部配置的基准电压以及采集用电侧的功率以得到采样电压，在采样电压大于基准电压时控制驱动模块驱使功率转换模块限制用电侧的功率以对驱动器电路进行过功率保护。
附图说明
图1为本发明第一个实施例的过功率保护电路的结构示意图。
图2为本发明第二个实施例的过功率保护电路的结构示意图。
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晰，下面将结合实施例和附图，对本发明作进一步的描述。
现有技术中，对于电流可调且宽电压范围输出的驱动器来说，恒流驱动控制芯片自身的过压保护机制对应的过压保护阈值电压过高，驱动器往往在大电流档输出的时候，输出电压还未到过压保护阀值就已经达到驱动器的最大输出功率，恒流驱动控制芯片自带的过压保护机制并没有起到保护作用，无法限制驱动器的输出功率。
基于此，本发明提供一种过功率保护电路及开关电源，通过配置外部的过功率保护结构触发驱动器进行保护，实现过压保护和过功率的双重保护。
根据本发明的第一方面，提供一种过功率保护电路。
图1为本发明第一个实施例的过功率保护电路的结构示意图。
如图1所示，过功率保护电路包括驱动模块100、功率转换模块200和过功率保护模块300。驱动模块100具有调节端ADIM和驱动端DRV；功率转换模块200连接于供电侧与用电侧之间，供电侧输出供电电压至用电侧；驱动端DRV连接功率转换模块200，驱动模块100用于驱动功率转换模块200；过功率保护模块300的输入端连接基准电压Vref以及采集用电侧的功率以得到采样电压，过功率保护模块300的输出端连接调节端ADIM，过功率保护模块300用于在采样电压大于基准电压Vref时生成调节信号并输出至调节端ADIM，使驱动模块100通过控制器功率转换模块200的导通占空比以降低用电侧的功率；其中，基准电压Vref可调。
驱动模块100通过控制功率转换模块200的启闭来调节供电侧与用电侧之间电路的通断和供电功率，同时驱动模块100自身具有过压保护机制，当驱动模块100检测到用电侧的电压超出过压保护机制所要求的过压保护阈值电压时，关断输出。在此基础上，过功率保护模块300通过接入外部配置的基准电压Vref以及采集用电侧的功率以得到采样电压，在采样电压大于基准电压Vref时生成调节信号并输出至调节端ADIM，通过输出调节信号至调节端ADIM以控制驱动模块100驱使功率转换模块200限制用电侧的功率。更为具体地，驱动模块100是控制功率转换模块200降低用电侧电流或关断电路，以限制用电侧功率。
可以理解地，功率转换模块200连接于供电侧与用电侧之间，用于控制供电侧与用电侧之间电路的通断，驱动模块100的驱动端DRV连接功率转换模块200，通过反复地触发功率转换模块200，改变功率转换模块200的开关状态，使功率转换模块200的开关状态连续地在导通和关断之间进行切换，从而实现供电侧输出供电电压至用电侧。驱动模块100通过降低用电侧电流或关断电路，实现对用电侧的功率限制。
基于上述技术方案，通过在原有驱动器结构基础上配置过功率保护电路来触发额外的过功率保护，过功率保护模块300通过接入外部配置的基准电压Vref以及采集用电侧的功率以得到采样电压，在采样电压大于基准电压Vref时控制驱动模块100驱使功率转换模块200限制用电侧的功率，以对驱动器电路进行过功率保护。
再次参阅图1，更为具体地，过功率保护模块300具有第一输入端和第二输入端。第一输入端连接基准电压Vref；第二输入端采集用电侧的功率以得到采样电压；过功率保护模块300用于比较基准电压Vref和采样电压，于采样电压大于基准电压Vref时生成调节信号，以改变调节端ADIM的电压状态。
可以理解地，驱动模块100通过其调节端ADIM接收外部信号源的调节信号，采样电压不大于基准电压Vref时，调节端ADIM接收外部信号源的调节信号，驱动模块100根据接收到的调节信号的电压状态来调节输出至功率转换模块200的驱动信号，以控制功率转换模块200，当采样电压大于基准电压Vref时，过功率保护模块300生成另一种调节信号，与外部信号源的调节信号共同作用于调节端ADIM，使驱动模块100根据调节端ADIM的电压状态控制功率转换模块200，以限制用电侧的功率。
图2为本发明第二个实施例的过功率保护电路的结构示意图。
如图1和图2所示，过功率保护模块300包括运算放大器U1、采样子电路310、反馈子电路320和第一二极管D1。运算放大器U1具有第一相输入端、第二相输入端和运算输出端；第一相输入端作为第一输入端并连接基准电压Vref；采样子电路310的一端作为第二输入端并连接供电侧和用电侧之间，采样子电路310的另一端连接第二相输入端；反馈子电路320的一端连接运算输出端，反馈子电路320的另一端连接第二相输入端；第一二极管D1的阴极连接运算输出端，第一二极管D1的阳极作为过功率保护模块300的输出端并连接调节端ADIM。
需要说明的是，可以是第一相输入端为正相输入端且第二相输入端为反相输入端，或者是第一相输入端为反相输入端且第二相输入端为正相输入端。本实施例中，采用第一相输入端为正相输入端且第二相输入端为反相输入端的实施方式。
运算放大器U1通过采样子电路310采集电阻RCS上的电压信号，将功率信号通过分压和滤波处理后得到采样电压。第一相输入端接入基准电压Vref，第二相输入端接入采样电压，运算放大器U1将接入的采样电压和基准电压Vref进行比较，当采样电压小于基准电压Vref时，运算放大器U1输出的调节信号的电压值大于调节端ADIM接入外部信号源的调节信号的电压值，使第一二极管D1反偏，当采样电压大于基准电压Vref时，运算放大器U1输出的调节信号的电压值小于调节端ADIM接入外部信号源的调节信号的电压值，使第一二极管D1正向导通，拉低调节端ADIM的电压，驱动模块100检测到调节端ADIM的电压被拉低后控制功率转换模块200，以驱使功率转换模块200限制用电侧的功率，达到过功率保护效果。
在一些实施例中，采样子电路310包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1。第一电阻R1的一端连接供电侧和用电侧之间，第一电阻R1的另一端连接第二相输入端和第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端接地，第一电容C1与第二电阻R2并联。采样子电路310采集用电侧的功率，通过第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1的阻容滤波结构将功率信号(根据功率转换模块200占空比和峰值电流变化的锯齿波)转化为直流电压信号，即为采样电压。
在一些实施例中，采样电压具体表示为：
Figure BDA0003834836450000061
其中，VU2表示采样电压，R1表示第一电阻R1，R2表示第二电阻R2，D表示驱动信号的导通占空比，RCS表示电流采样电阻，Ipeak表示流过采样电阻的峰值电流。
在一些实施例中，反馈子电路320包括第三电阻R3和第二电容C2。第三电阻R3的一端连接运算输出端，第三电阻R3的另一端、第二电容C2和第二相输入端顺次连接。
在一些实施例中，驱动模块100选用恒流驱动芯片。
在一些实施例中，功率转换模块200包括开关管Q1、第二二极管D2和功率电感L1；开关管Q1的第一端连接供电侧，开关管Q1的第二端通过功率电感L1连接用电侧，开关管Q1的控制端连接驱动端DRV，第二二极管D2的阴极连接用电侧，第二二极管D2的阳极连接功率电感L1，以与功率电感L1和用电侧并联。
其中，开关管Q1选用NPN型MOS管，开关管Q1的第一端为漏极，开关管Q1的第二端为源极，开关管Q1的控制端为栅极。
根据本发明的第二方面，提出一种开关电源。
该开关电源包括上述的过功率保护电路，该过功率保护电路的具体结构参照上述实施例，由于本实施例提供的开关电源采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
本发明是提供的一种过功率保护电路及开关电源通过在原有驱动器结构基础上配置过功率保护电路来触发额外的过压保护，过功率保护模块通过接入外部配置的基准电压以及采集用电侧的功率以得到采样电压，在采样电压大于基准电压时控制驱动模块驱使功率转换模块限制用电侧的功率，以对驱动器电路进行过功率保护。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种过功率保护电路，其特征在于，包括驱动模块、功率转换模块和过功率保护模块；
所述驱动模块具有调节端和驱动端；
所述功率转换模块连接于供电侧与用电侧之间，所述供电侧输出供电电压至所述用电侧；
所述驱动端连接所述功率转换模块，所述驱动模块用于驱动所述功率转换模块；
所述过功率保护模块的输入端连接基准电压以及采集所述用电侧的功率以得到采样电压，所述过功率保护模块的输出端连接所述调节端，所述过功率保护模块用于在所述采样电压大于所述基准电压时生成调节信号并输出至所述调节端，使所述驱动模块限制所述用电侧的功率。
2.根据权利要求1所述的过功率保护电路，其特征在于，所述过功率保护模块具有第一输入端和第二输入端；
所述第一输入端连接所述基准电压；
所述第二输入端采集所述用电侧的功率以得到采样电压；
所述过功率保护模块用于比较所述基准电压和所述采样电压，于所述采样电压大于所述基准电压时生成所述调节信号，以改变所述调节端的电压状态。
3.根据权利要求2所述的过功率保护电路，其特征在于，所述过功率保护模块包括运算放大器、采样子电路、反馈子电路和第一二极管；
所述运算放大器具有第一相输入端、第二相输入端和运算输出端；
所述第一相输入端作为所述第一输入端并连接所述基准电压；
所述采样子电路的一端作为所述第二输入端并连接所述供电侧和所述用电侧之间，所述采样子电路的另一端连接所述第二相输入端；
所述反馈子电路的一端连接所述运算输出端，所述反馈子电路的另一端连接所述第二相输入端；
所述第一二极管的阴极连接所述运算输出端，所述第一二极管的阳极作为所述过功率保护模块的输出端并连接所述调节端。
4.根据权利要求3所述的过功率保护电路，其特征在于，所述采样子电路包括第一电阻、第二电阻和第一电容；
所述第一电阻的一端连接所述供电侧和所述用电侧之间，所述第一电阻的另一端连接所述第二相输入端和所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端接地，所述第一电容与所述第二电阻并联。
5.根据权利要求4所述的过功率保护电路，其特征在于，所述采样电压具体表示为：
Figure FDA0003834836440000021
其中，VU2表示采样电压，R1表示第一电阻，R2表示第二电阻，D表示所述驱动信号的导通占空比，RCS表示所述电流采样端连接的采样电阻，Ipeak表示流过所述采样电阻的峰值电流。
6.根据权利要求3所述的过功率保护电路，其特征在于，所述反馈子电路包括第三电阻和第二电容；
所述第三电阻的一端连接所述运算输出端，所述第三电阻的另一端、所述第二电容和所述第二相输入端顺次连接。
7.根据权利要求1所述的过功率保护电路，其特征在于，所述驱动模块选用恒流驱动芯片。
8.根据权利要求1所述的过功率保护电路，其特征在于，所述功率转换模块包括开关管、第二二极管和功率电感；
所述开关管的第一端连接所述供电侧，所述开关管的第二端通过所述功率电感连接所述用电侧，所述开关管的控制端连接所述驱动端，所述第二二极管的阴极连接所述用电侧，所述第二二极管的阳极连接所述功率电感，以与所述功率电感和所述用电侧并联。
9.一种开关电源，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的过功率保护电路。
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