CN202906446U - 一种低损耗的电源输出过流保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电子产品的低损耗的新型过流保护电路，其分别连接开关电源和负载输出端；过流保护电路包括取样电阻Rsc、滤波电路、基准源电路、分压器、运算放大器和控制电路；负载输出端分别连接取样电阻Rsc和滤波电路；滤波电路连接运算放大器的同相输入端；运算放大器的反相输入端连接分压器后连接至基准源电路输出端；基准源电路输入端连接开关电源，运算放大器连接分压器后连接至控制电路，控制电路输出端连接开关电源输入端。采用以上结构，用运算放大器作为比较器，以使取样电压信号变小，降低元器件损耗；当负载过流时，运算放大器的同相电压大于反相电压，则输出高电平，控制电路让开关电源判断过流关闭输出，达到过流保护。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电子产品的低损耗的新型过流保护电路。
背景技术
在传统电路技术领域，过流保护电路是一种可以再流经电流过大的情况下对整个电路进行保护的一种电路。
图1所示，在输出端有过流或短路的情况发生时，此时初级电流会很快增加，取样电阻Rsc上就会产生取样电压，此取样电压超过Q2的B-E导通电压，那么Q2就会导通，把Q2 集电极电位接地；如果接的是震荡控制电路此时就会导致震荡电路停止工作，从而达到保护的目的。取样电阻Rsc的取值是：Rsc＝Vbe/Ip。
如图2过流限制电路图已经用在各种电路的电源供应器，此种电路的输出部分是与控制电路共地的，工作原理是：在正常的工作情况下，流入到Rsc上的电流IL不会产生很大的压降，那么就不会使得场效应晶体管Q1导通，若负载电流足够大就会在Rsc 上产生电压，使场效应晶体管Q1导通。若场效应晶体管Q1在截止状态时，而且场效应晶体管Q1集电极电流Ic1＝0时，电容C1会全部放电，因此三极管Q2也会处于截止状态；如果电流IL逐渐增加时，则采样电压为IL*Rsc＝VbeQ1+Ib1*R1，集电极电流Ic1为C1充电，当三极管Q2 导通时，那么电容C1上的电压是：Vc1＝Ib2*R3＋VbeQ2，则R2的取值如下：Ib1＝V1-VbeQ1/R1；所以R2阻值小于或等于
（V1-Vcemax-Vc1）/ Ic1，三极管Q2发射极电压VceQ2能够快速的到达其电压值，并将Q2三极管偏压到导通状态，关闭稳压器的驱动信号。
综上两种现有技术中的两种过流保护电路，其技术上有如下缺点：
1、晶体管的导通电压是一定的，当限制电流比较大时，Rsc会造成功率的消耗，影响到整机的功率。
2、由于 IL*Rsc＝VbeQ1+Ib1*R1,晶体管的导通电压范围比较大，使得保护电流误差范围较大。
3、在高低温环境下，晶体管导通电压的变化，导致过载保护电流变化，不稳定，对所接负载的安全性，可靠性及其使用寿命均存在着不良影响。
发明内容
本实用新型的目的在于提高电源输出过程中负载过流保护电路的准确度和稳定性，从而使整机的电源效率得到提高，减少元器件损耗。
本实用新型的目的可通过以下结构实现，其分别连接开关电源和负载输出端，所述的负载输入端与开关电源第一输出端连接；所述的过流保护电路包括取样电阻Rsc、滤波电路、基准源电路、分压器、运算放大器和控制电路；所述负载输出端分别连接取样电阻Rsc一端和滤波电路的输入端，所述取样电阻Rsc的另一端接地；所述滤波电路的输出端连接运算放大器的同相输入端；所述的运算放大器的正电源端连接开关电源的第二输出端，所述运算放大器的负电源端接地；所述的运算放大器的反相输入端连接第一分压器输出端，所述第一分压器输入端连接基准源电路的输出端；所述基准源电路的输入端连接开关电源的第三输出端，所述运算放大器的输出端连接第二分压器输入端，所述第二分压器输出端连接控制电路的输入端，所述控制电路输出端连接开关电源输入端。
所述的滤波电路包括第一电阻R1和第一电容C1，所述第一电阻R1一端连接取样电阻Rsc的一端，所述第一电阻R1的另一端分别连接运算放大器的同相输入端和第一电容C1的一端，所述第一电容C1的另一端接地。
所述的第一分压器包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第三电容C3；所述第三电阻R3的一端分别连接基准源电路的输出端，所述第三电阻R3的另一端分别连接运算放大器的反相输入端和所述的第四电阻R4、第五电阻R5和第三电容C3并联后的一端；所述的第四电阻R4、第五电阻R5和第三电容C3并联后的另一端接地。
所述的基准源电路包括基准芯片IC2、第二电容C2和第二电阻R2；所述的第二电阻R2的一端连接开关电源的第三输出端，所述第二电阻R2的另一端分别连接第一分压器的第三电阻R3的一端、基准芯片IC2的阳极和第二电容R2的一端，所述的基准芯片IC2的阴极接地，所述的第二电容C2的一端还连接基准芯片IC2的控制极，所述第二电容C2的另一端连接基准芯片IC2的阴极。
所述的第二分压器包括第六电阻R6、第七电阻R7和第五电容C5；所述的第六电阻R6一端连接运算放大器的输出端，所述第六电阻R6的另一端分别连接第五电容C5的一端、第七电阻R7的一端和控制电路的输入端，所述第五电容C5的另一端接地，所述第七电阻R7的另一端接地。
所述的控制电路包括芯片、三极管Q1、第八电阻R8和第九电阻R9；所述三极管Q1的集电极连接第八电阻R8的一端，所述第八电阻R8的另一端连接开关电源的输入端；所述三极管Q1的发射极连接第九电阻R9的一端，所述第九电阻R9的另一端连接芯片的使能信号端口；所述三极管Q1的基极连接第二分压器的第六电阻R6。
所述的运算放大器的正电源端和负电源端之间连接有第四电容C4。
所述的开关电源的第一输出端、第二输出端、第三输出端的输出电压相等。
采用以上结构，用运算放大器作为比较器，可以使得取样电压信号变小，降低元器件损耗。利用基准芯片等做一个稳定的基准，并选择精密的、抗低温电阻组成分压器后提供电压给运算放大器的反相输入端，以取得较稳定、较小的比较电压。用基准源电路输出电压供给运算放大器的反相输入端，在负载的输出端取样一个信号给运算放大器的同相输入端，当负载电流超过设定的预定电流值时，运算放大器的同相输入端电压大于反相输入端电压，则运算放大器输出高电平，使得控制电路的三极管导通，让开关电源判断过流，关闭电源输出，达到过流保护。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明；
图1为现有技术中一种过载保护电路的电路图；
图2为现有技术中另一种过载保护电路的电路图；
图3为本实用新型的电路结构示意图；
图4为本实用新型的实施例电路图。
具体实施方式
如3图所示，本实用新型，其分别连接开关电源1和负载2输出端，所述的负载1输入端与开关电源2第一输出端连接；所述的过流保护电路包括取样电阻Rsc、滤波电路3、基准源电路4、分压器、运算放大器和控制电路5；所述负载1输出端分别连接取样电阻Rsc一端和滤波电路3的输入端，所述取样电阻Rsc的另一端接地；通过取样电阻得到一个电压信号，所述滤波电路3对电压信号整流滤波后连接运算放大器的同相输入端U+；所述的运算放大器的正电源端连接开关电源2的第二输出端，所述运算放大器的负电源端接地；所述的运算放大器的反相输入端U-连接第一分压器输出端，所述第一分压器6输入端连接基准源电路4的输出端，由基准源电路4输出电压经过第一分压器6分压后，提供一个稳定的基准电压给运算放大器的反相输入端U-，当过流电流IL超过设计的最大电流时，取样电阻Rsc的取样电压大于参考基准电压，即运算放大器同相输入端电压U+大于反相输入端电压U-，运算放大器输出端Uout输出高电平信号，所述基准源电路4的输入端连接开关电源2的第三输出端；所述运算放大器的输出端Uout连接第二分压器7输入端，所述第二分压器7输出端连接控制电路5的输入端，所述控制电路5输出端连接开关电源2输入端，所述的高电平信号经由控制电路5判断后，使开关电源2关闭电源输出，起到过流保护作用。
如图4所示，所述的滤波电路3包括第一电阻R1和第一电容C1，所述第一电阻R1一端连接取样电阻Rsc的一端，所述第一电阻R1的另一端分别连接运算放大器的同相输入端和第一电容C1的一端，所述第一电容C1的另一端接地。则取样电压等于同相输出电压U+=Rsc*IL。
所述的第一分压器6包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第三电容C3；所述第三电阻R3的一端分别连接基准源电路4的输出端，所述第三电阻R3的另一端分别连接运算放大器的反相输入端和所述的第四电阻R4、第五电阻R5和第三电容C3并联后的一端；所述的第四电阻R4、第五电阻R5和第三电容C3并联后的另一端接地。用TL431 基准芯片IC2等提供一个稳定的电压Vref=2.5V 输出，所述的基准源电路4包括 基准芯片IC2、第二电容C2和第二电阻R2；所述的第二电阻R2的一端连接开关电源2的第三输出端，所述第二电阻R2的另一端分别连接第一分压器6的第三电阻R3的一端、基准芯片IC2的阳极和第二电容R2的一端，所述的基准芯片IC2的阴极接地，所述的第二电容C2的一端还连接基准芯片IC2的控制极，所述第二电容C2的另一端连接基准芯片IC2的阴极。所述的基准电路4输出的电压Vref=2.5V，再通过第三电阻、第四电阻和第五电阻的分压得到反相输出电压U- 后供给运算放大器的反相输出端电压为U-={(R4//R5)/(R3+R4//R5)}*Vref
所述的第二分压器7包括第六电阻R6、第七电阻R7和第五电容C5；所述的第六电阻R6一端连接运算放大器的输出端，所述第六电阻R6的另一端分别连接第五电容C5的一端、第七电阻R7的一端和控制电路5的输入端，所述第五电容C5的另一端接地，所述第七电阻R7的另一端接地。所述的控制电路5包括芯片、三极管Q1、第八电阻R8和第九电阻R9；所述三极管Q1的集电极连接第八电阻R8的一端，所述第八电阻R8的另一端连接开关电源2的输入端；所述三极管Q1的发射极连接第九电阻R9的一端，所述第九电阻R9的另一端连接芯片的使能信号端口Enable；所述三极管Q1的基极连接第二分压器7的第六电阻R6。当负载1过流时，所述运算放大器的输出端Uout输出高电平信号，通过第六电阻R6和第七电阻R7的分压得到适当的电压使三极管Q1导通，三极管Q1导通后使控制电路5的芯片的使能信号端口Enable输出端由低电平变更为高电平，从而控制反馈电路，使开关电源2判断为负载1过流，从而关闭电源输出。所述的运算放大器的正电源端和负电源端之间连接有第四电容C4。所述的开关电源2的第一输出端、第二输出端、第三输出端的输出电压相等。
在本实用新型较佳实施例里，假设本实用新型过载保护电路中R3=62KΩ,R4=R5=3.3KΩ,Rsc2=0.01Ω,Vref=2.5V；
则运算放大器反相输入端电压U-={(R4//R5)/(R3+R4//R5)}*Vref，求得U-=0.0648 V。当U+=U-＝0.0648 V 时过流保护电路动作，这样可以根据U+=Rsc*IL,求得过流保护点ILp＝U+/Rsc＝U-/Rsc＝0.0648/0.01＝6.48 A。所以当负载1电流超过6.48 A 时，U+的电压大于U-电压，运算放大器输出高电平，控制反馈回路，使得开关电源2由于过流而导致关闭输出。Rsc的功率损耗计算，假设负载1正常工作电流为：IL=4.5A, 对于三极管Q1基极电流Vbe常取0.7V。
采用传统过流保护电路要达到同样的过流保护点时，则现有技术取样电阻Rsc’＝Vbe/ILp＝0.7/6.48＝0.108Ω；所以损耗计算得: P1=IL*IL*Rsc’=2.187 W
采用本实用新型的过流保护电路损耗计算得P2=IL*IL*Rsc=0.203 W
从以上计算可知，采用本提案的过流保护电路取样电阻Rsc的功率损耗比传统的过流保护电路低，大概是原来的十分之一，可以使得取样电压信号变小，从而电源效率得到提高。
Claims (8)
1.一种低损耗的电源输出过流保护电路，其分别连接开关电源和负载输出端，所述的负载输入端与开关电源第一输出端连接；其特征在于：所述的过流保护电路包括取样电阻Rsc、滤波电路、基准源电路、分压器、运算放大器和控制电路；所述负载输出端分别连接取样电阻Rsc一端和滤波电路的输入端，所述取样电阻Rsc的另一端接地；所述滤波电路的输出端连接运算放大器的同相输入端；所述的运算放大器的正电源端连接开关电源的第二输出端，所述运算放大器的负电源端接地；所述的运算放大器的反相输入端连接第一分压器输出端，所述第一分压器输入端连接基准源电路的输出端；所述基准源电路的输入端连接开关电源的第三输出端，所述运算放大器的输出端连接第二分压器输入端，所述第二分压器输出端连接控制电路的输入端，所述控制电路输出端连接开关电源输入端。
2.根据权利要求1所述的一种低损耗的电源输出过流保护电路，其特征在于：所述的滤波电路包括第一电阻R1和第一电容C1，所述第一电阻R1一端连接取样电阻Rsc的一端，所述第一电阻R1的另一端分别连接运算放大器的同相输入端和第一电容C1的一端，所述第一电容C1的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的一种低损耗的电源输出过流保护电路，其特征在于：所述的第一分压器包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第三电容C3；所述第三电阻R3的一端分别连接基准源电路的输出端，所述第三电阻R3的另一端分别连接运算放大器的反相输入端和所述的第四电阻R4、第五电阻R5和第三电容C3并联后的一端；所述的第四电阻R4、第五电阻R5和第三电容C3并联后的另一端接地。
4.根据权利要求1或3所述的一种低损耗的电源输出过流保护电路，其特征在于：所述的基准源电路包括基准芯片IC2、第二电容C2和第二电阻R2；所述的第二电阻R2的一端连接开关电源的第三输出端，所述第二电阻R2的另一端分别连接第一分压器的第三电阻R3的一端、基准芯片IC2的阳极和第二电容R2的一端，所述的基准芯片IC2的阴极接地，所述的第二电容C2的一端还连接基准芯片IC2的控制极，所述第二电容C2的另一端连接基准芯片IC2的阴极。
5.根据权利要求1所述的一种低损耗的电源输出过流保护电路，其特征在于：所述的第二分压器包括第六电阻R6、第七电阻R7和第五电容C5；所述的第六电阻R6一端连接运算放大器的输出端，所述第六电阻R6的另一端分别连接第五电容C5的一端、第七电阻R7的一端和控制电路的输入端，所述第五电容C5的另一端接地，所述第七电阻R7的另一端接地。
6.根据权利要求1或5所述的一种低损耗的电源输出过流保护电路，其特征在于：所述的控制电路包括芯片、三极管Q1、第八电阻R8和第九电阻R9；所述三极管Q1的集电极连接第八电阻R8的一端，所述第八电阻R8的另一端连接开关电源的输入端；所述三极管Q1的发射极连接第九电阻R9的一端，所述第九电阻R9的另一端连接芯片的使能信号端口；所述三极管Q1的基极连接第二分压器的第六电阻R6。
7.根据权利要求1所述的一种低损耗的电源输出过流保护电路，其特征在于：所述的运算放大器的正电源端和负电源端之间连接有第四电容C4。
8.根据权利要求1所述的一种低损耗的电源输出过流保护电路，其特征在于：所述的开关电源的第一输出端、第二输出端、第三输出端的输出电压相等。
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