CN1619910A - 一种开关电源短路保护方法和电路 - Google Patents

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Abstract

一种涉及电源设备的开关电源短路保护方法和电路，对于设置有多个输出支路的开关电源，在输出支路中采用具有通/断管脚的稳压芯片，通过所述稳压芯片输出端反相控制通/断管脚信号，实现对稳压芯片的及时反馈控制；通/断管脚信号取自两条路径，一路径取自稳压芯片输入端与地线之间的串联电阻分压端，且该分压端与地线之间并接一电容，另一路径取自反相器的输出控制端，通过稳压芯片输出端控制反相器的通断，从而控制通/断管脚信号路径，实现对通/断管脚信号电压的控制；反相器采用三极管，该三极管的基极－发射极回路构成反相器的输入控制端，该三极管的集电极作为反相器的输出控制端，本发明外围元件少，电路结构简单，反应灵敏，能对短路作出快速的响应。

Description

一种开关电源短路保护方法和电路
技术领域
本发明涉及电源设备，尤其涉及一种开关电源短路保护方法和电路。
背景技术
开关电源体积小，重量轻，变换效率高，因此广泛的应用于工业控制、通信办公、家庭消费等各种电子设备中。但电源的要求随电子设备的不同而异，都有不同的技术指标，尤其是各种保护功能，短路保护作为其中最重要的功能更加倍受关注。一般的做法是在输出端检测电压或电流，当输出电压或电流异常时，切断输入的交流电源，或在电源控制集成块的某一个特定引脚上输入电压或电流来使电路停止工作。这对于具有多路输出支路的开关电源来说，开关电源输出端只要有一路出问题就会影响整个开关电源的工作。
开关电源系统在输出短路的情况下，电源要迅速关断，防止过大的电流烧坏设备，同时在开关电源有多路输出支路时，要求关断的输出不会影响到其他输出回路。在需要多路输出的开关电源中通常采用两级的直流-直流变换电路，第二级直流变换具有多路输出电压，常采用具有通/断管脚的稳压芯片，如LM2576，采用LM2576系列的稳压器非常适合用于降压开关稳压器的设计，此系列的器件能驱动3A负载，有优异的电源和负载调整能力，这些器件的固定输出电压有3.3V、5V、12V、15V，还有可调整输出型号。特别在有较高的输入电压时，它的效率比流行的三端线性稳压器要高的多。在指定的输入电压和输出负载条件下，输出电压最大误差4％。同时它还包括外部关断电路，低至80uA的待机电流。输出开关包括逐周限流，以及在故障状况下提供完全保护的热关断功能，但在现有的设计中，输出支路短路时，LM2576的通/断管脚的置高电平的关断电压的响应不够快，这样，就可能会对设备造成不良影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能对输出支路短路快速响应的开关电源短路保护方法和电路，以解决现有技术中的缺陷。
本发明所采用的开关电源短路保护方法为：对于设置有多个输出支路的开关电源，在输出支路中采用具有通/断管脚的稳压芯片，通过所述稳压芯片输出端反相控制通/断管脚信号，实现对稳压芯片的及时反馈控制；
所述的通/断管脚信号取自两条路径，一路径取自稳压芯片输入端与地线之间的串联电阻分压端，且该分压端与地线之间并接一电容；另一路径取自反相器的输出控制端，通过稳压芯片输出端控制反相器的通断，从而控制通/断管脚信号路径，实现对通/断管脚信号电压的控制；
所述的另一路径中，通过稳压芯片输出端与地线之间的串联电阻分压端作为反相器的输入信号；
所述的反相器采用三极管，所述三极管的基极-发射极回路构成反相器的输入控制端，所述三极管的集电极作为反相器的输出控制端。
这种实现上述方法的开关电源短路保护电路，包括两级直流-直流变换电路，在第二级直流变换中有多个输出支路，输出支路中包括具有通/断管脚的稳压芯片，其特征在于：所述的稳压芯片输入端与地线之间串联电阻R1、R2，串联电阻R1、R2的分压端与通/断管脚相连；所述的稳压芯片输出端与NPN三极管Q1基极相连通，三极管Q1发射极接地，三极管Q1集电极与通/断管脚相连；所述的通/断管脚与地线之间连接电容C1；
所述的稳压芯片输出端与地线之间串联电阻R3、R4，串联电阻R3、R4的分压端与三极管Q1基极直接相连；
所述的稳压芯片为LM2576。
本发明的有益效果在于：在本发明中，对于设置有多个输出支路的开关电源，在输出支路中采用具有通/断管脚的稳压芯片，通过所述稳压芯片输出端反相控制通/断管脚信号，实现对稳压芯片的及时反馈控制，其中，通/断管脚信号取自两条路径，一路径取自稳压芯片输入端与地线之间的串联电阻分压端，且该分压端与地线之间并接一电容，另一路径取自反相器的输出控制端，通过稳压芯片输出端控制反相器的通断，从而控制通/断管脚信号路径，实现对通/断管脚信号电压的控制，当输出支路正常工作时，稳压芯片输出端为高电平，反相器输出低电平，通/断管脚被钳位于该低电平，即信号通/断管脚信号取自反相器输出，稳压芯片正常工作；当输出支路短路时，稳压芯片输出端与地线相通，即反相器输入置低电平，反相器的输出截断，即信号通/断管脚信号取自稳压芯片输入端与地线之间的串联电阻分压端，这时，与该分压端相连的电容充电升压，使通/断管脚电压迅速达到或超过高电平，就使稳压芯片停止工作，本发明在支路短路时，能快速地将信号通/断管脚置高电平，对短路作出快速的响应；在本发明中，稳压芯片采用LM2576，其中，反相器采用三极管，三极管的基极-发射极回路构成反相器的输入控制端，三极管的集电极作为反相器的输出控制端，外围元件少，电路结构简单，反应灵敏。
附图说明
图1为本发明实施例电路结构原理图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：
根据图1，本发明包括两级直流-直流变换电路，在第二级直流变换中有多个输出支路，输出支路中包括具有通/断管脚的稳压芯片，如图1所示，稳压芯片为LM2576，稳压芯片输入端1，即Vin端，与地线GA之间串联电阻R1、R2，串联电阻R1、R2的分压端与通/断管脚5，即VH/VL端相连；通/断管脚5与地线GA之间连接电容C1。
稳压芯片输出端2，即Vout端首先与电感L5相连，L5电感在LM2576输出关断的时间内提供续流作用，经电感L5的输出与地线GA之间串联电阻R3、R4，串联电阻R3、R4的分压端与NPN三极管Q1基极直接相连，三极管Q1发射极接地，三极管Q1集电极与通/断管脚5相连，同时，经电感L5的输出通过电阻R5与LM2576的Vfb端相连，且与地线GA之间连接电容C2。
输出端2与地线GA之间连接二极管D1，所述二极管D1阳极接地，二极管D1的作用是在LM2576输出关断时间内为电感L5提供一个电流回路。
当在LM2576的输入端1接入直流电Vcc时，经过电阻R1、R2分压限流，对电解电容C1充电，由于电解电容C1两端的电压不能突变，所以LM2576的通/断管脚5的电压是缓慢升高的，电容C1可防止输入端1上电时，LM2576的通/断管脚5电压直接到达串联电阻R1、R2的分压值，使LM2576的通/断管脚5电压高于1.2V，则LM2576不能工作；在电容C1缓慢升高的过程中，通/断管脚5电压低于1.2V时，LM2576可以工作，LM2576工作后，输出端2有电压输出，输出电压经电阻R3、R4分压，作用在三极管Q1基极上，三极管Q1饱和导通，由于三极管Q1集电极与通/断管脚5相连，则将LM2576的通/断管脚5的电压钳位在0.5V左右，即，当LM2576正常工作后，LM2576的通/断管脚5的电压一直保持0.5V左右。
当输出端2短路时，电压瞬间降为0V，三极管Q1基极电压也降为0V，三极管Q1关断，但此时，由于直流电Vcc仍在供电，则将电解电容C1充电，提高了LM2576的通/断管脚5电压，通/断管脚5电压很快超过1.2V，LM2576停止工作，从而达到短路保护的目的。
在本实施例中，三极管Q1构成一反相器，三极管Q1的基极-发射极回路构成反相器的输入控制端，三极管Q1的集电极作为反相器的输出控制端。
通/断管脚5信号取自两条路径，一路径取自稳压芯片输入端1与地线GA之间的串联电阻R1、R2分压端，另一路径取自反相器的输出控制端，即，三极管Q1的集电极，通过稳压芯片输出端2控制反相器的通断，从而控制通/断管脚信号路径，实现对通/断管脚信号电压的控制，通过稳压芯片输出端2反相控制通/断管脚5信号，实现对稳压芯片的及时反馈控制。
当输出支路正常工作时，稳压芯片输出端2为高电平，反相器输出低电平，即，三极管Q1饱和导通，三极管Q1集电极电压为0.5V左右的低电平，通/断管脚5被钳位于该低电平，即信号通/断管脚5信号取自反相器输出，稳压芯片LM2576正常工作；当输出支路短路时，稳压芯片输出端2与地线GA相通，即反相器输入置低电平，反相器的输出截断，即三极管Q1截止，信号通/断管脚5信号取自稳压芯片输入端与地线之间的串联电阻分压端，这时，与该分压端相连的电容C1充电升压，使通/断管脚5电压迅速达到或超过高电平阀值，就使稳压芯片LM2576停止工作。

Claims (7)

1.一种开关电源短路保护方法，其特征在于：对于设置有多个输出支路的开关电源，在输出支路中采用具有通/断管脚的稳压芯片，通过所述稳压芯片输出端反相控制通/断管脚信号，实现对稳压芯片的及时反馈控制。
2.根据权利要求1所述的开关电源短路保护方法，其特征在于：所述的通/断管脚信号取自两条路径，一路径取自稳压芯片输入端与地线之间的串联电阻分压端，且该分压端与地线之间并接一电容；另一路径取自反相器的输出控制端，通过稳压芯片输出端控制反相器的通断，从而控制通/断管脚信号路径，实现对通/断管脚信号电压的控制。
3.根据权利要求2所述的开关电源短路保护方法，其特征在于：所述的另一路径中，通过稳压芯片输出端与地线之间的串联电阻分压端作为反相器的输入信号。
4.根据权利要求2或3所述的开关电源短路保护方法，其特征在于：所述的反相器采用三极管，所述三极管的基极-发射极回路构成反相器的输入控制端，所述三极管的集电极作为反相器的输出控制端。
5.一种实现权利要求1所述方法的开关电源短路保护电路，包括两级直流-直流变换电路，在第二级直流变换中有多个输出支路，输出支路中包括具有通/断管脚的稳压芯片，其特征在于：
所述的稳压芯片输入端与地线之间串联电阻(R1)、(R2)，串联电阻(R1)、(R2)的分压端与通/断管脚相连；
所述的稳压芯片输出端与NPN三极管(Q1)基极相连通，三极管(Q1)发射极接地，三极管(Q1)集电极与通/断管脚相连；
所述的通/断管脚与地线之间连接电容(C1)。
6.根据权利要求5所述的开关电源短路保护电路，其特征在于：所述的稳压芯片输出端与地线之间串联电阻(R3)、(R4)，串联电阻(R3)、(R4)的分压端与三极管(Q1)基极直接相连。
7.根据权利要求5或6所述的开关电源短路保护电路，其特征在于：所述的稳压芯片为LM2576。
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