CN202696122U

CN202696122U - 一种多路输出电源的短路保护电路及电子设备

Info

Publication number: CN202696122U
Application number: CN 201220293590
Authority: CN
Inventors: 邱光明
Original assignee: Shenzhen Coship Electronics Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Coship Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2022-06-21

Abstract

本实用新型适用于电路技术领域，提供了一种多路输出电源的短路保护电路及电子设备，实施例中提供的一种多路输出电源的短路保护电路包括电源输入端，与电源输入端连接的变压模块、控制变压模块的开关时序控制模块，与变压模块连接的多路输出模块，还包括：隔离反馈模块、基准比较模块、受控开关模块、短路检测模块。当短路检测模块检测到发生短路时，通过受控开关模块切断基准比较模块的工作回路，使其连接的隔离反馈模块触发开关时序控制模块进入系统保护状态，从而达到保护的目的。本实用新型的技术方案可靠实现电源主路和辅路输出短路保护，还提供了一种以低成本增强多路输出电源可靠性的电子设备。

Description

一种多路输出电源的短路保护电路及电子设备

技术领域

本实用新型属于电路技术领域，尤其涉及一种多路输出电源的短路保护电路及电子设备。

背景技术

目前直接连接到交流电网的AC-DC（交流转换直流）多路输出的电源广泛的使用在各种电子产品中，比如电视机、机顶盒等产品。在产品实际应用中，由于各种不可预见原因，当连接到电源输出端的负载异常短路时，电源能否实现短路保护至关重要，如果无法实现短路保护，则可能引起设备和电源烧坏，更为严重的情况则可能引起火灾造成严重的后果。在多路输出电源中出现短路的概率比出现在单路的概率更大（多路输出电源：指两路或两路以上输出电源），且因多路输出电源的反馈回路只有一到两路，其它没有反馈回路的输出的短路保护实现比单路电源要困难得多。

现有技术1中，发生短路时，以初级过功率保护来实现，目前的电源芯片过短路保护的检测方法一般采用以下两种：

一是通过芯片检测时序控制开关元件连接的采样电阻上的电压，当采样电压超过芯片内定阀值Vth时触发芯片保护；

二是芯片检测主反馈回路引脚上的电压超过芯片内定的阀值V_FB电压时触发芯片保护。

但是现有技术1的方案要实现电源正常的工作，则采样电阻要取小，当没有反馈回路的输出发生短路时，可能因多路变压器的耦合情况不佳，漏感偏大等原因，耦合到主反馈回路上的电压不够低，从而使初级电流不够大，不能达到芯片的Vth或V_FB上电压保持在一定的水平未达到阀值，因此不能进入到短路保护，使初级开关管等器件电压、电流应力过大，发生短路的输出整流管或电感等器件的电流应力过大，对电源本身及其连接设备或电路有可能造成损坏。

现有技术2中，当次级短路时以初级控制芯片VCC（供电电压）欠压保护方式进行。其工作原理是：当某一路输出短路时，此路输出绕组电压下降，从而导致主芯片（以下以IC代替主芯片）的VCC供电绕组感应电压下降，导致VCC电压下降，当VCC电压低于IC欠压电平时，IC关断，电源停止提供能量给输出。

但是现有技术2的方案因为电源的启动电平比欠压电平要大，所以当电源输出短路时，VCC电容电压放电到IC欠压电平的时间会比较长。在电源未进入保护时，主反馈回路检测到输出电压偏低，会反馈到初级进一步加大输出功率，此时初级开关管等器件电压、电流应力都会比较大，对电源本身及其连接设备或电路有可能造成损坏。另外，在多路输出反激电源，因为变压器绕组较多，当输出某一路短路时，因为漏感很大，造成IC的VCC绕组寄生振荡电压幅度大，导致VCC电压维持或者电压上升，电路不能实现输出短路保护，最终导致电源失效或其连接设备或电路损坏。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种多路输出电源的短路保护电路，旨在解决现有技术存在的问题，使电源所用元件的电压、电流应力比现有2种技术方案大大减小，在多路输出电源应用中，从短路保护方面可不用考虑变压器各绕组间的耦合问题，可靠实现电源主路和辅路输出短路保护。

本实用新型的目的还在于提供一种电子设备，包括应用了上述多路输出电源的短路保护电路，旨在解决现有技术中存在的问题，以极低成本的方式增强电源的可靠性，提供可靠实现电源主路和辅路输出短路保护的电子设备。

为解决以上现有技术的问题，本实用新型公开一种多路输出电源的短路保护电路，包括电源输入端、与电源输入端连接的变压模块、控制变压模块的开关时序控制模块以及与变压模块连接的多路输出模块，所述多路输出模块包括主路输出模块、辅路输出模块，其特征在于，还包括：

短路检测模块，该模块的个数与所述辅路输出模块包括的输出路数一致，所述辅路输出模块的每一路输出端分别经短路检测模块连接至受控开关模块；

受控开关模块，该模块与所述短路检测模块、基准比较模块连接，用以根据短路检测模块的信号来控制基准比较模块；

基准比较模块，该模块与所述受控开关模块、所述主路输出模块、隔离反馈模块连接，用以根据主路输出模块的采样电压、受控开关模块的开关来控制隔离反馈模块；

隔离反馈模块，该模块与所述开关时序控制模块、所述基准比较模块连接，用以根据所述基准比较模块的比较结果反馈信号至所述开关时序控制模块；

其中，所述变压模块包括变压器；所述辅路输出模块包括：第一路输出模块、……、第N路输出模块，其中，N为大于等于1的正整数。

进一步，所述开关时序控制模块包括：控制芯片、开关元件；

所述控制芯片的输入端连接所述隔离反馈模块，输出端连接所述开关元件的控制端；

所述开关元件的选通端连接所述变压器的初级绕组。

进一步，所述开关元件包括第一MOS管、第一电阻；所述第一MOS管的栅极经过所述第一电阻连接至所述控制芯片的输出端，漏极连接所述变压器的初级绕组，源极接地。

进一步，所述开关时序控制模块还包括反馈子模块；

所述反馈子模块包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容；

所述第一MOS管的源极经所述第二电阻接地；

所述第三电阻一端连接所述第一MOS管的栅极，一端连接所述第一MOS管的源极；

所述第四电阻一端连接所述控制芯片的电源检测输入端，一端连接所述第一MOS管的源极；

所述第一电容一端连接所述控制芯片的电源检测输入端，一端接地。

进一步，所述隔离反馈模块包括：光电耦合器、第五电阻、第一稳压管、第二电容；

所述光电耦合器的发光二极管的阳极经过所述第五电阻连接至所述主路输出模块，阴极连接所述基准比较模块；

所述光电耦合器的受光三极管的发射极接地，集电极连接所述控制芯片的输入端；

所述第一稳压管阳极接地，阴极连接所述受光三极管的集电极；

所述第二电容一端接地，一端连接所述受光三极管的集电极。

进一步，所述基准比较模块包括：三端稳压器、第六电阻、第七电阻，所述第六电阻串联所述第七电阻，所述三端稳压器的阴极连接所述隔离反馈模块，阳极连接所述受控开关模块，参考端经所述第六电阻连接至所述主路输出模块的输出端、经所述第七电阻接地。

进一步，所述三端稳压器的阴极与参考端之间连接一补偿电路，所述补偿电路包括电阻串联电容组合。

进一步，所述受控开关模块包括第二MOS管、第八电阻、第九电阻；

所述第二MOS管的栅极经第八电阻连接至所述短路检测模块，经第九电阻接地，漏极连接基准比较模块，源极接地。

进一步，所述短路检测模块为稳压管的阴极串联电阻，所述电阻的另一端连接所述辅路输出模块的一路输出端，所述稳压管的阳极连接所述受控开关模块。

为解决本实用新型的技术问题，本实用新型还公开了一种电子设备，包括应用了上述多路输出电源的短路保护电路。

采用本实用新型所提提供的技术方案，不仅解决现有技术存在的问题，使电源所用元件的电压、电流应力比现有技术2中的大大减小，在多路输出电源应用中，从短路保护方面可不用考虑变压器各绕组间的耦合问题，可靠实现电源主路和辅路输出短路保护，还提供了一种以低成本增强多路输出电源可靠性的电子设备。

附图说明

图1是本实用新型提供的多路输出电源的短路保护电路的模块结构示意图；

图2是本实用新型实例提供的一种多路输出电源的短路保护电路示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，为本实用新型实施例提供的多路输出电源的短路保护电路的模块结构示意图，包括电源输入端110，与电源输入端110连接的变压模块120、控制变压模块120的开关时序控制模块130，与变压模块120连接的多路输出模块150，多路输出模块包括主路输出模块151、辅路输出模块152，还包括：

短路检测模块180，该模块的个数与辅路输出模块152包括的输出路数一致，辅路输出模块152的每一路输出端分别经一短路检测模块180连接至受控开关模块170；

受控开关模块170，该模块与基准比较模块160、短路检测模块180连接，用以根据短路检测模块180的信号控制开关；

基准比较模块160，该模块与隔离反馈模块140、受控开关模块170、主路输出模块151连接，用以根据主路输出模块151的采样电压、受控开关模块170的开关控制隔离反馈模块140；

隔离反馈模块140，该模块与开关时序控制模块130、基准比较模块160连接，用以根据基准比较模块160的比较结果反馈信号至开关时序控制模块130；

其中，变压模块120包括变压器；辅路输出模块152包括：第一路输出模块1521、……、第N路输出模块152N，其中，N为大于等于1的正整数。

当短路检测模块180检测到发生短路时，通过受控开关模块170切断基准比较模块160的工作回路，使其连接的隔离反馈模块140触发开关时序控制模块130进入系统保护状态，从而达到保护的目的。

主路输出模块151实现闭环控制，辅路输出模块152在短路时使反馈环路开环，触发开关时序控制模块130进入系统保护状态，从而可靠实现电源主路输出和辅路输出的短路保护。

如图2所示，为本实用新型实例提供的一种多路输出电源的短路保护电路示意图，本实施例中采用三路电源输出模式加以说明，其中VOUT1路为主路输出，以下将结合上述模块图加以阐述本实用新型，本实施例中开关管均采用了NMOS管，但本实用新型不仅限于此。

开关时序控制模块包括：控制芯片U3、开关元件采用NMOS管Q1、电阻R1，NMOS管Q1的栅极经电阻R1连接至控制芯片U3的PWM输出端GATE脚，源极接地，漏极连接至变压器T1初级绕组的输入端。

开关时序控制模块还包括反馈子模块，包括：电阻R2，NMOS管Q1的源极经电阻R2接地；电阻R3，一端连接NMOS管Q1的栅极，一端连接NMOS管Q1的源极；电阻R4，一端连接控制芯片U3的电源检测输入端SENSE脚，一端连接NMOS管Q1的源极；电容C1，一端连接控制芯片U3的电源检测输入端SENSE脚，一端接地。其中，电阻R4、电容C1实现对电阻R2两端检测电压进行RC滤波。

与开关时序控制模块连接的隔离反馈模块包括：光电耦合器U2，其中光电耦合器U2的发光二极管U2-A的阳极经电阻R5连接至主路输出模块，阴极连接基准比较模块的三端稳压器U1的阴极；光电耦合器U2的受光三极管U2-B的发射极接地，集电极连接开关时序控制模块的控制芯片U3的输入端FB脚；稳压管ZD1，阳极接地，阴极连接受光三极管U2-B的集电极；电容C2，一端接地，一端连接受光三极管U2-B的集电极。

基准比较模块包括：三端稳压器U1，其阴极连接隔离反馈模块的发光二极管U2-A的阴极，阳极连接受控开关模块的NMOS管Q2的漏极，参考端经电阻R6连接至主路输出模块的输出端VOUT1、经电阻R7接地，电阻R6与电阻R7串联。

为了加强三端稳压器U1的稳定工作，在三端稳压器U1的阴极与参考端之间连接一补偿电路，补偿电路包括电阻R11串联电容C11的组合，当然补充电路也可以为单个电容或者其他公知技术方案。

为了加强三端稳压器U1的稳定工作，还可以在三端稳压器U1的阴极通过一电阻R10连接至主路输出模块，因为三端稳压器有最小工作电流要求，有时电阻R5和发光二级管U2-A串联后提供的电流比较小，不足于让U1稳定工作，因此可以通过R10给三端稳压器U1提供工作电流。

由于上述辅助三端稳压器稳定工作的技术方案属于本领域技术人员易想到的内容，因此对于上述辅助方式的本领域公知的等同替换方案并不脱离本实用新型的保护范围。

受控开关模块包括：NMOS管Q2、电阻R8、电阻R9；NMOS管Q2的栅极经电阻R8连接至短路检测模块，经电阻R9接地，漏极连接基准比较模块的三端稳压器U1的阳极，源极接地。

短路检测模块为稳压管的阴极串联电阻的组合模式，辅路输出模块的输出端VOUT2、VOUT3分别经过一组短路检测模块并经过受控开关模块的电阻R8连接至NMOS管Q2的栅极，具体为第一路输出模块的输出端VOUT2经电阻R37连接至稳压管ZD2的阴极，稳压管ZD2的阳极通过受控开关模块的电阻R8连接至NMOS管Q2的栅极；第二路输出模块的输出端VOUT3经电阻R38连接至稳压管ZD3的阴极，稳压管ZD3的阳极通过受控开关模块的电阻R8连接至NMOS管Q2的栅极。

本实施例中采用三路电源输出加以说明，本实用新型包括的多路输出模式可以为两路输出或多于两路输出的模式，由于原理相同，均可以上述方式类推得出。

以下将结合图2对本实用新型的工作原理加以说明。

电源有3路输出VOUT1、VOUT2、VOUT3，其中VOUT1是主路输出，实现闭环控制，VOUT2、VOUT3为辅路输出。其工作过程与短路保护工作原理如下：

由电源输入端HVIN输入上电时，电源进入上电启动过程，输出电压逐渐升高，此时控制芯片U3的FB脚电平允许保持一定时间的高电压，使电源反馈环路能够正常建立。

各路输出电压按变压器T1圈数的匝比的不同升高，其间各电压升高速率有所不同，此处假设当VOUT2(也可以为其它路输出)电压升高到超过稳压管ZD2的导通电压，使稳压管ZD2导通，通过电阻R8、电阻R9提供NMOS管Q2的驱动电压，使NMOS管Q2导通，进而使三端稳压管U1到地的工作电路接通，三端稳压管U1正常工作，通过光电耦合器U2反馈信号控制控制芯片U3的FB脚电压，反馈环路即开始工作。

主路输出电压经R6、R7分压后接到三端稳压器U1的参考端，和三端稳压器U1的内部基准电压进行比较，从而控制三端稳压器U1的输出端电压，使流过光电耦合器U2的发光二极管U2-A上的电流变化，达到控制发光二极管U2-A发光亮度的变化，引起受光三极管U2-B的集电极端电压变化，从而控制芯片U3通过连接受光三极管U2-B的集电极的FB脚的电压变化控制GATE脚占空比的变化来控制NMOS管Q2的导通或截止状态，使电源系统保持稳态工作。

当电源输出负载发生短路时，本实施例采用VOUT2为例加以说明，当VOUT2输出发生短路时，稳压管ZD2负极的电压快速降低到接近0V，稳压管ZD2即退出稳压，并使其正极电压钳位，经电阻R8、电阻R9，NMOS管Q2基极电位不足以使其导通，则NMOS管Q2截止，三端稳压管U1输入端与输出端之间的压差不足以使其导通正常工作，则使光电耦合器U2中的发光二极管U2-A没有电流流过，无法引起发光二极管U2-A进入发光状态，进而控制受光三极管U2-B截止，则控制芯片U3的FB脚为高电位，控制芯片U3经过适当的延时后，触发保护，进入保护状态，系统工作处于保护状态（打嗝或锁定）。当保护状态解除后，系统再次进入上述启动状态，而后进入稳态工作。

上述辅路输出的短路保护方式是通过控制控制芯片U3的FB脚电压触发控制芯片U3进入保护状态，当主路输出负载发生短路时，原理同上述一致，以下将具体举例说明。

基准比较模块可以具体采用TL431器件，当主路短路时，TL431参考端的REF脚的电压接近0V，内部REF电压高于REF脚电压，内部比较器输出低电位，致使TL431内部三极管截止，使连接到其输出端CATHODE脚的发光二极管U2-A的内部LED没有电流流过致使不发光，受光三极管U2-B则截止，控制芯片U3的FB脚即为高电位，控制芯片U3经过适当的延时后，触发保护，进入保护状态，系统工作处于保护状态（打嗝或锁定）。当保护状态解除后，系统再次进入上述启动状态，而后进入稳态工作。

上述实施例中，采用NMOS管Q1作为基准比较模块工作的控制端，但本实用新型受控开关模块的元件不局限于NMOS管，也可以是其它的器件，例如三极管、继电器和GTO等器件，不同的器件代用Q1会使原Q1周边器件和检测器件（R8、R9、ZD2、ZD3、R37、R38）的组合电路根据Q1的方式发生变化，但只要是在输出短路时以控制基准比较模块关断工作，使光电耦合器无工作电流的方式，就在本发明的保护范围内。

本实用新型所提供的技术方案，不仅解决现有技术存在的问题，使电源所用元件的电压、电流应力比现有技术2中的大大减小，在多路输出电源应用中，从短路保护方面可不用考虑变压器各绕组间的耦合问题，可靠实现电源主路和辅路输出短路保护。

本实用新型还公开了一种电子设备，包括应用了上述多路输出电源的短路保护电路，由于其运用在电子设备中的工作原理同上述一致，此处就不再赘述。

电子设备为，但不限于，机顶盒或数字电视一体机或网络协议电视。

本实用新型的提供的一种电子设备，以低成本可靠实现电源主路和辅路输出短路保护。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种多路输出电源的短路保护电路，包括电源输入端、与电源输入端连接的变压模块、控制变压模块的开关时序控制模块以及与变压模块连接的多路输出模块，所述多路输出模块包括主路输出模块、辅路输出模块，其特征在于，还包括：

2. 如权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述开关时序控制模块包括：控制芯片、开关元件；

所述开关元件的选通端连接所述变压器的初级绕组。

3. 如权利要求2所述的短路保护电路，其特征在于，所述开关元件包括第一MOS管、第一电阻；所述第一MOS管的栅极经过所述第一电阻连接至所述控制芯片的输出端，漏极连接所述变压器的初级绕组，源极接地。

4. 如权利要求3所述的短路保护电路，其特征在于，所述开关时序控制模块还包括反馈子模块；

所述第一MOS管的源极经所述第二电阻接地；

5. 如权利要求2所述的短路保护电路，其特征在于，所述隔离反馈模块包括：光电耦合器、第五电阻、第一稳压管、第二电容；

6. 如权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述基准比较模块包括：三端稳压器、第六电阻、第七电阻，所述第六电阻串联所述第七电阻，所述三端稳压器的阴极连接所述隔离反馈模块，阳极连接所述受控开关模块，参考端经所述第六电阻连接至所述主路输出模块的输出端、经所述第七电阻接地。

7.如权利要求6所述的短路保护电路，其特征在于，所述三端稳压器的阴极与参考端之间连接一补偿电路，所述补偿电路包括电阻串联电容组合。

8.如权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述受控开关模块包括第二MOS管、第八电阻、第九电阻；

9. 如权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述短路检测模块为稳压管的阴极串联电阻，所述电阻的另一端连接所述辅路输出模块的一路输出端，所述稳压管的阳极连接所述受控开关模块。

10. 一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的多路输出电源的短路保护电路。