CN202026078U - 一种开关电源的保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开关电源的保护电路，该保护电路包括检测电路、开机复位电路、与非门电路、RS触发器和温度敏感元件，温度敏感元件检测开关电源的环境温度并发送温度信号值至检测电路，检测电路检还测开关电源的电源输出过压、欠压（短路）与否，检测电路将电源保护信号发送至与非门电路的第一输入端，与非门电路的输出端与RS触发器的置位端连接，开机复位电路与与非门电路的第二输入端、RS触发器的复位端均连接，RS触发器的输出端输出电源保护信号至开关电源的PMW控制电路；开机复位电路在开关电源开机时使RS触发器的输出端置0复位。该保护电路一旦控制开关稳压电源进入保护状态后，只有重启本保护电路才能解除保护状态。

Description

一种开关电源的保护电路

技术领域

本实用新型涉及一种开关电源的保护电路，特别涉及一种开关电源的过压、欠压（短路）和过热保护电路。 

背景技术

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制集成电路和开关管构成。 

随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。 

为了尽可能地避免损坏用电设备或开关电源，开关电源在设计中应该考虑具有过压、欠压（短路）和过热等保护功能，从而设计相应的保护电路，模块化更是开关电源发展的总体趋势。中国专利文献CN2882068Y（申请号200620000754.8）公开了一种开关电源打嗝保护电路，包括比较电路、驱动电路和PWM电路，利用比较器监测输出电压，输出过流时由于原边的峰值电流限制输出电压下降到一定值时，该比较器输出信号关断PWM信号。其具体电路构成是：比较电路由比较器U1和外围电路构成，输出电源VOUT通过电阻R5、R2和电路C2为比较器U1正极输入提供信号，输入电源VCC通过电阻R6、R4、电容C3和稳压二极管V1为比较器U1负极输入提供信号，电容C4串接在U1正极输入端和电阻R6之间，比较器U1输出接驱动电路，驱动电路输出关断信号，关断信号与PWM电路的控制端相连。该保护电路采用分立电路的形式，制造成本较高，且打嗝式保护电路由于会在高频率的反复接通、关闭保护电路，因此会造成保护电路的电路元器件损坏。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可靠性较好的、制造成本较低的开关电源的保护电路。 

实现本实用新型目的的技术方案是提供一种开关电源的保护电路，包括检测电路、开机复位电路，与非门电路、RS触发器和温度敏感元件。温度敏感元件为常开热敏开关或负温度系数热敏电阻。 

检测电路设有标准电压信号输入端、使用时与开关稳压电源的相应一个电源输出端电连接的电压信号输入端、温度信号输入端和信号输出端。开机复位电路设有输入端和输出端。与非门电路设有第一信号输入端、第二信号输入端和信号输出端。RS触发器设有低电平有效的置位端、低电平有效的复位端和使用时与开关稳压电源的PMW控制电路的控制端电连接的信号输出端。 

检测电路的标准电压信号输入端与开机复位电路的输入端共线。检测电路的温度信号输入端与温度敏感元件的一端电连接，温度敏感元件的另一端与电源接地端相连。检测电路的信号输出端与与非门电路的第一信号输入端电连接，开机复位电路的输出端与与非门电路的第二信号输入端以及RS触发器的低电平有效的复位端同时电连接，与非门电路的信号输出端与RS触发器的低电平有效的置位端电连接。 

检测电路包括第一电压比较器、第二电压比较器，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一与非门。 

检测电路的第一电阻与第二电阻两者串联而构成第一分压电路。第一分压电路连接在电压信号输入端与电源接地端之间。第一电阻与第二电阻的公共接点也即检测电路的温度信号输入端。第一电阻与第二电阻的公共接点还同时与第一电压比较器的反相输入端和第二电压比较器的同相输入端电连接。 

检测电路的第三电阻、第四电阻和第五电阻三者依次串联而构成第二分压电路。第二分压电路连接在标准电压信号输入端与电源接地端之间。第三电阻和第四电阻的公共接点与第一电压比较器的同相输入端电连接。第四电阻和第五电阻的公共接点与第二电压比较器的反相输入端电连接。第一电压比较器和第二电压比较器的输出端分别与第一与非门的相应一个输入端电连接，第一与非门的输出端即为检测电路的信号输出端。 

检测电路的第一电阻与第二电阻的阻值相等，第三电阻、第四电阻和第五电阻的阻值之比为2∶2∶1。 

开机复位电路由第六电阻和第一电容依次串联而构成电阻电容串联电路，第六电阻的另一端为开机复位电路的输入端，第一电容的另一端与电源接地端电连接。第六电阻和第一电容的公共接点即为开机复位电路的输出端。 

RS触发器由第三与非门和第四与非门构成，第三与非门的第一输入端即为RS触发器的低电平有效的置位端，第三与非门的第二输入端与第四与非门的输出端电连接，第三与非门的输出端与第四与非门的第一输入端电连接，且第三与非门的输出端即为RS触发器的信号输出端，第四与非门的第二输入端即为RS触发器的低电平有效的复位端。 

第一电压比较器和第二电压比较器设置在同一块集成电路上。与非门电路为单一的第二与非门的第一输入端即为与非门电路的第一信号输入端，第二与非门的第二输入端即为与非门电路的第二信号输入端。上述第一与非门、第二与非门、第三与非门和第四与非门设置在另一块集成电路上。    

本实用新型具有积极的效果：（1）本实用新型的保护电路由于采用数字集成电路的设计，可靠性较好，制造成本较低。

（2）本实用新型的体积较小，节约空间。 

（3）本实用新型的保护电路工作时，一旦开关电源出现过压、欠压和过热问题，立即切断开关电源的输出，不对用电设备产生冲击。 

（4）本实用新型的保护电路工作时，当控制开关稳压电源进入保护状态的情况发生后，即便消除了产生保护状态的原因，由于采用了RS触发器，使得本保护电路仍保持输出高电平的状态不变，只有在重新启动本保护电路，才能解除对开关稳压电源的保护状态。从而本实用新型的保护电路不仅电路简单、工作可靠，而且克服了已有技术中打嗝电路对开关稳压电源的损害，延长了开关稳压电源的使用寿命和安全性。 

附图说明

图1为本实用新型的电路框图。 

图2为如实施例1所述的开关电源的保护电路的电原理图。 

图3为如实施例2所述的开关电源的保护电路的电原理图。 

具体实施方式

（实施例1） 

见图1及图2，本实施例的开关电源的保护电路包括检测电路1、开机复位电路2、与非门电路3、RS触发器4和常开热敏开关5（T-SW）。检测电路1设有标准电压信号输入端J2端、电压信号输入端J1端、温度信号输入端和信号输出端。开机复位电路2设有输入端和输出端。与非门电路3设有第一信号输入端、第二信号输入端和信号输出端。RS触发器4设有低电平有效的置位端S非端、低电平有效的复位端R非端和信号输出端J3端。

检测电路1的标准电压信号输入端J2端与开机复位电路2的输入端共线，且该端口是使用时接入标准5V电压的端口。检测电路1的电压信号输入端J1端为使用时与开关稳压电源的相应一个电源输出端电连接的端口。检测电路1的温度信号输入端与常开热敏开关5（T-SW）的信号输出端电连接；检测电路1的信号输出端与与非门电路3的第一信号输入端电连接，开机复位电路2的输出端与与非门电路3的第二信号输入端以及RS触发器4的低电平有效的复位端R非端电连接同时连接，与非门电路3的信号输出端与RS触发器4的低电平有效的置位端S非端电连接，RS触发器4的信号输出端J3端是使用时与开关稳压电源的PMW控制电路的控制端电连接的端口。 

检测电路1包括第一电压比较器A1、第二电压比较器A2，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第一与非门A。第一电压比较器A1和第二电压比较器A2设置在同一块型号为LM35H的由德州仪器制造的集成电路上。 

检测电路1的第一电阻R1与第二电阻R2的阻值相等，两者串联而构成第一分压电路；第一分压电路连接在电压信号输入端J1端与电源接地端J4端之间。第一电阻R1与第二电阻R2的公共接点也即检测电路1的温度信号输入端。常开热敏开关5（T-SW）的接地端与电源接地端J4端相连。第一电阻R1与第二电阻R2的公共接点还同时与第一电压比较器A1的反相输入端和第二电压比较器A2的同相输入端电连接。 

检测电路1的第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5的阻值之比为2∶2∶1，三者依次串联而构成第二分压电路；第二分压电路连接在标准电压信号输入端J2端与电源接地端J4端之间。第三电阻R3和第四电阻R4的公共接点与第一电压比较器A1的同相输入端电连接；第四电阻R4和第五电阻R5的公共接点与第二电压比较器A2的反相输入端电连接；第一电压比较器A1和第二电压比较器A2的输出端分别与第一与非门A的相应一个输入端电连接，第一与非门A的输出端即为检测电路1的信号输出端。 

开机复位电路2由第六电阻R6和第一电容C1依次串联而构成电阻电容串联电路，第六电阻R6的另一端为开机复位电路2的输入端，第一电容C1的另一端与电源接地端J4端电连接。第六电阻R6和第一电容C1的公共接点即为开机复位电路2的输出端。 

与非门电路3为单一的第二与非门B，第二与非门B的第一输入端即为与非门电路3的第一信号输入端，第二与非门B的第二输入端即为与非门电路3的第二信号输入端。 

RS触发器4由第三与非门C和第四与非门D构成，第三与非门C的第一输入端即为RS触发器4的低电平有效的置位端S非端，第三与非门C的第二输入端与第四与非门D的输出端电连接，第三与非门C的输出端与第四与非门D的第一输入端电连接，且第三与非门C的输出端即为RS触发器4的信号输出端，第四与非门D的第二输入端即为RS触发器4的低电平有效的复位端R非端。 

上述第一与非门A、第二与非门B、第三与非门C和第四与非门D设置在同一块型号均为74HC00的由思智浦半导体生产的集成电路上。常开热敏开关5（T-SW）的型号为KSD-01F，由常州胜名电子有限公司制造。常开热敏开关5（T-SW）使用时设置在开关电源的变压器等某个发热元器件上。 

本实施例的开关电源的保护电路的工作过程如下：开机得电后，由标准电压信号输入端J2端输入的电流通过开机复位电路2的电阻R6后为第一电容C1充电，刚开始充电时，第一电容C1上的电压很低，故向RS触发器4的低电平有效的复位端R非端输送低电平，使得RS触发器4被复位而置0，从而在RS触发器4的信号输出端J3输出低电平至开关稳压电源的PMW控制电路的控制端，使得开关稳压电源正常工作。虽然第一电容C1被迅速充电而随之输出高电平，但在低电平有效的置位端S非端为高电平的情况下，RS触发器4保持输出低电平不变。 

由于电压信号输入端J1端与开关稳压电源的相应一个电源输出端电连接，而该电源输出端在本实施例中是5V。本实施例所选择的从标准电压信号输入端J2端所输入的标准电压也是5V。该5V的标准电压经过第二分压电路时，在第三电阻R3上的压降为2V，在第四电阻R4上的压降也为2V，在第五电阻R5上的压降则为1V；从而使得第二电压比较器A2的反相输入端的电压为1V，第一电压比较器A1的同相输入端的电压为3V。 

由电压信号输入端J1端输入本保护电路的电压，在经过第一分压电路后，在第一电阻R1上的压降为总电压的一半。若电压信号输入端J1端所输入的电压在2V至6V之间时（也即大于2V小于6V的范围内），则输至第一电压比较器A1的反相输入端的电压和输至第二电压比较器A2的同相输入端的电压在大于1V至小于3V的范围内，从而使得第一电压比较器A1和第二电压比较器A2均输出高电平，而使第一与非门A输出低电平。对于第二与非门B来说，虽然开机复位电路2向其第二输入端输出高电平，但第一与非门A保持向其输出低电平不变，则第二与非门B则保持输出高电平的状态不变，从而也保持RS触发器4输出低电平的状态不变，表明开关稳压电源工作正常。 

若从电压信号输入端J1端所输入的电压属于大于等于6V的过压情况时，第一分压电路输至第一电压比较器A1的反相输入端的电压则大于等于3V，使得第一电压比较器A1从其输出端输出低电平，而使得第一与非门A由其输出端输出高电平，第二与非门B则由其输出端输出低电平至RS触发器4的S非端，从而使RS触发器4的状态发生翻转而置1，并从其信号输出端J3端输出高电平至开关稳压电源的PMW控制电路的控制端，使得PMW控制电路停止输出，而使得整个开关稳压电源进入保护状态，停止电源输出。 

若从电压信号输入端J1端所输入的电压属于小于等于2V的欠压（原因是负载过重或短路）情况时，第一分压电路输至第二电压比较器A2的同相输入端的电压小于等于1V，使得第二电压比较器A2由其输出端输出低电平，而使得第一与非门A由其输出端输出高电平，第二与非门B则由其输出端输出低电平至RS触发器4的S非端，从而使RS触发器4的状态发生翻转而置1，并从其信号输出端J3端输出高电平至开关稳压电源的PMW控制电路的控制端，使得PMW控制电路停止输出，而使得整个开关稳压电源进入保护状态，停止电源输出。 

常开热敏开关5（T-SW）因处于常开状态，在开关稳压电源的温度正常时，不对从电压信号输入端J1端输入保护电路的电压产生影响。若开关稳压电源的工作环境过热时，常开热敏开关5（T-SW）导通，而使得第一电阻R1与第二电阻R2的公共接点处的电压为零，也使得第二比较器A2的同相输入端的电压为零，从而使得第二比较器A2由其输出端输出低电平，而使得第一与非门A由其输出端输出高电平，第二与非门B则由其输出端输出低电平至RS触发器4的S非端，从而使RS触发器4的状态发生翻转而置1，并由其信号输出端J3端输出高电平至开关稳压电源的PMW控制电路的控制端 ，使得PMW控制电路停止输出，而使得整个开关稳压电源进入保护状态，停止电源输出。 

当上述控制开关稳压电源进入保护状态的情况发生后，即便消除了产生保护状态的原因，由于采用了RS触发器4，使得本保护电路仍保持输出高电平的状态不变，只有在重新启动本保护电路，才能解除对开关稳压电源的保护状态。从而本实用新型的保护电路不仅电路简单、工作可靠，而且克服了已有技术中打嗝电路对开关稳压电源的损害，延长了开关稳压电源的使用寿命和安全性。 

（实施例2） 

见图1及图3，本实施例的开关电源的保护电路基本与实施例1相同，不同之处在于：将常开热敏开关5（T-SW）置换为负温度系数热敏电阻RT，负温度系数热敏电阻RT的型号为MF72，由南京时恒电子科技有限公司制造。从而随着开关稳压电源的工作环境的温度的升高，负温度系数热敏电阻RT的阻值下降，当其阻值下降至小于等于1V时，而使得第二比较器A2由其输出端输出低电平而最终使得RS触发器4由其信号输出端J3端输出高电平至开关稳压电源的PMW控制电路的控制端 ，使得PMW控制电路停止输出，而使得整个开关稳压电源进入保护状态，停止电源输出。

Claims (5)

1.一种开关电源的保护电路，其特征在于：包括检测电路（1）、开机复位电路（2），与非门电路（3）、RS触发器（4）和温度敏感元件（5）；温度敏感元件（5）为常开热敏开关或负温度系数热敏电阻；

检测电路（1）设有标准电压信号输入端、使用时与开关稳压电源的相应一个电源输出端电连接的电压信号输入端、温度信号输入端和信号输出端；开机复位电路（2）设有输入端和输出端；与非门电路（3）设有第一信号输入端、第二信号输入端和信号输出端；RS触发器（4）设有低电平有效的置位端、低电平有效的复位端和使用时与开关稳压电源的PMW控制电路的控制端电连接的信号输出端；

检测电路（1）的标准电压信号输入端与开机复位电路（2）的输入端共线；检测电路（1）的温度信号输入端与温度敏感元件（5）的一端电连接，温度敏感元件（5）的另一端与电源接地端相连；检测电路（1）的信号输出端与与非门电路（3）的第一信号输入端电连接，开机复位电路（2）的输出端与与非门电路（3）的第二信号输入端以及RS触发器（4）的低电平有效的复位端同时电连接，与非门电路（3）的信号输出端与RS触发器（4）的低电平有效的置位端电连接。

2.根据权利要求1所述的开关电源的保护电路，其特征在于：检测电路（1）包括第一电压比较器（A1）、第二电压比较器（A2），第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、第五电阻（R5）和第一与非门（A）；

检测电路（1）的第一电阻（R1）与第二电阻（R2）两者串联而构成第一分压电路；第一分压电路连接在电压信号输入端与电源接地端之间；第一电阻（R1）与第二电阻（R2）的公共接点也即检测电路（1）的温度信号输入端；第一电阻（R1）与第二电阻（R2）的公共接点还同时与第一电压比较器（A1）的反相输入端和第二电压比较器（A2）的同相输入端电连接；

检测电路（1）的第三电阻（R3）、第四电阻（R4）和第五电阻（R5）三者依次串联而构成第二分压电路；第二分压电路连接在标准电压信号输入端与电源接地端之间；第三电阻（R3）和第四电阻（R4）的公共接点与第一电压比较器（A1）的同相输入端电连接；第四电阻（R4）和第五电阻（R5）的公共接点与第二电压比较器（A2）的反相输入端电连接；第一电压比较器（A1）和第二电压比较器（A2）的输出端分别与第一与非门（A）的相应一个输入端电连接，第一与非门（A）的输出端即为检测电路（1）的信号输出端；

检测电路（1）的第一电阻（R1）与第二电阻（R2）的阻值相等，第三电阻（R3）、第四电阻（R4）和第五电阻（R5）的阻值之比为2∶2∶1。

3.根据权利要求2所述的开关电源的保护电路，其特征在于：开机复位电路（2）由第六电阻（R6）和第一电容（C1）依次串联而构成电阻电容串联电路，第六电阻（R6）的另一端为开机复位电路（2）的输入端，第一电容（C1）的另一端与电源接地端电连接；第六电阻（R6）和第一电容（C1）的公共接点即为开机复位电路（2）的输出端。

4.根据权利要求3 所述的开关电源的保护电路，其特征在于：RS触发器（4）由第三与非门（C）和第四与非门（D）构成，第三与非门（C）的第一输入端即为RS触发器（4）的低电平有效的置位端，第三与非门（C）的第二输入端与第四与非门（D）的输出端电连接，第三与非门（C）的输出端与第四与非门（D）的第一输入端电连接，且第三与非门（C）的输出端即为RS触发器（4）的信号输出端，第四与非门（D）的第二输入端即为RS触发器（4）的低电平有效的复位端。

5.根据权利要求4所述的开关电源的保护电路，其特征在于：第一电压比较器（A1）和第二电压比较器（A2）设置在同一块集成电路上；与非门电路（3）为单一的第二与非门（B）的第一输入端即为与非门电路（3）的第一信号输入端，第二与非门（B）的第二输入端即为与非门电路（3）的第二信号输入端；上述第一与非门（A）、第二与非门（B）、第三与非门（C）和第四与非门（D）设置在另一块集成电路上。

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