CN205622530U - 具有短路保护的电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有短路保护功能的电源系统，包括变压器及连接至变压器的多路输出端；所述电源系统还包括连接至少两路输出端并在任意一路输出端出现短路时输出短路保护信号的短路保护电路；接收短路保护信号并输出控制信号的光电耦合器；及在接收到控制信号时关闭电源系统功率控制开关的控制电路。当电源系统的任意一输出端输出的电压发生短路时电源系统均会较快进入短路保护以防止电源系统的损坏。

Description

具有短路保护的电源系统

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，尤其涉及具有短路保护功能的电源系统。

背景技术

传统电源保护系统一般仅具有单路短路保护电路部分，比如+37V电源输出电路中设有短路保护电路，这样，当用户使用过程中如果出现其它输出电路(如-37V，+12V，-12V)短路异常时，系统瞬间会聚集很大的能量，系统中的储能器件(比如二极管、电容、电感)中存储的能量得不到及时泄放，尤其是峰值功率很大的功率电源，短路保护反应时间过长易造成电源系统元件过热损坏，严重时甚至引起火灾。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种具有多电压输出短路保护功能的电源系统。

本实用新型的实施例提供一种具有短路保护功能的电源系统，包括变压器及连接至变压器的多路输出端；所述电源系统还包括：

连接至少两路输出端并在任意一路输出端出现短路时输出短路保护信号的短路保护电路；

接收短路保护信号并输出控制信号的光电耦合器；及

在接收到控制信号时关闭电源系统功率控制开关的控制电路。

作为一种优选方案，所述电源系统包括第一输出端及第二输出端，所述短路保护电路包括第一至第三二极管、稳压二极管、第一三极管，第一电容，第一至第四电阻，所述第一三极管的基极通过第二电阻连接所述第一三极管的发射极，所述第一三极管的发射极通过第一电容接地，所述第一三极管的发射极还连接稳压二极管的阳极，所述稳压二极管的阴极连接所述第三二极管的阴极，所述第三二极管的阳极连接至第二输出端，所述第一三极管的基极还通过第三电阻连接第一及第二二极管的阳极，所述第一二极管的阴极通过第四电阻连接至第一输出端，所述第二二极管的阴极连接至第二输出端，所述光电耦合器包括的发光二极管的两端中其中一端连接所述第一二极管的集电极，另一端通过第一电阻接地，所述第一输出端及第二输出端分别输出电压值不同的正电压。

作为一种优选方案，所述电源系统还包括第三输出端、第四二极管，第五及第七电阻、第二电容、第二三极管，所述第二三极管的基极通过第七电阻连接所述第二三极管的发射极，所述第二三极管的发射极接地，第二电容与所述第七电阻并联，所述第二三极管的基极还连接至第四二极管的阴极，所述第四二极管的阳极通过第六电阻连接所述第二输出端，所述第四二极管的阳极还通过第五电阻连接所述第三输出端，所述第二三极管的集电极还连接至所述第一二极管的阳极，所述第三输出端输出负电压。

作为一种优选方案，所述电源系统还包括第四输出端、第五二极管，第八及第九电阻，所述第二三极管的基极还连接所述第五二极管的阴极，所述第五二极管的阳极通过所述第八电阻连接所述第二输出端，所述第九电阻连接于所述第五二极管的阳极与第四输出端之间，所述第四输出端输出不同于第三输出端输出电压值的负电压。

作为一种优选方案，所述第一三极管为PNP型三极管，所述第 二三极管为NPN型三极管。

作为一种优选方案，所述变压器的原边包括第一绕组，所述第一绕组通过第一滤波整流电路、EMI电路与交流电源连接，所述功率控制开关与第一绕组及滤波整流电路连接；所述变压器的副边包括两绕组，所述第一输出端、第三输出端从其中一副边绕组引出信号，所述第二输出端、第四输出端从另一副边绕组引出信号。

作为一种优选方案，所述电源系统还包括第二及第三滤波整流电路，所述第一输出端、第三输出端通过所述第二滤波整流电路与其中一副边绕组连接，所述第二输出端、第四输出端通过所述第三滤波整流电路与另一副边绕组连接。

作为一种优选方案，所述变压器还包括第二绕组，所述控制电路为PWM控制电路，所述PWM控制电路与所述第二绕组连接。

作为一种优选方案，所述电源系统还包括一反馈控制电路及另一光电耦合器，所述反馈控制电路与电源的输出端相连，还通过所述另一光电耦合器连接所述控制电路。

作为一种优选方案，所述电源系统还包括第一及第二连接器，所述第一及第三输出端设于所述第一连接器上，所述第二及第四输出端设于所述第二连接器上，所述第一及第二连接器上还设有接地端。

本实用新型实施例中，当电源系统的输出端中任意一输出端输出的电压与相邻的接地端短路时电源系统均会较快关闭以进入短路保护，从而达到有效保护电源系统内的元件在异常发生的情况下不会发生损坏。

附图说明

图1示出本实用新型实施方式的具有短路保护的电源系统的方框图。

图2示出图1所示电源系统中短路保护电路的具体电路图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。可以理解，附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为便于清晰描述，而并不限定比例关系。

需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

请参考图1，是本实用新型具有短路保护功能的电源系统的实施方式的方框图，所述电源系统包括变压器T1、EMI电路2、整流滤波电路3、6及7、功率控制开关4、PWM控制电路5、反馈控制电路8、短路保护电路9、光电耦合器U2、U3、多路输出端(如+37V输出端、-37V输出端、+12V输出端、-12V输出端)。

所述变压器T1的原边包括第一绕组20及第二绕组22，所述第一绕组20通过滤波整流电路3、EMI电路2与交流电源1连接，所述功率控制开关4与第一绕组20及滤波整流电路3连接，用于控制变压器T1原边的输入端的正常开通和关断，从而使由变压器T1的副边引出的输出端正常输出电压；变压器T1的副边包括第三绕组24 和第四绕组26，所述+37V输出端、-37V输出端从所述第三绕组24引出信号，所述+12V输出端、-12V输出端从第四绕组26引出信号，所述+37V输出端、-37V输出端通过所述整流滤波电路6与所述第三绕组24连接，所述+12V输出端、-12V输出端通过所述整流滤波电路7与所述第四绕组26连接，所述整流滤波电路6、7用于将交流电源1在功率控制开关4的控制下经变压器T1进行变压的波形进行整流滤波以达到相应的纹波要求。所述反馈控制电路8与所述电源系统的输出端相连，还通过光电耦合器U2连接所述PWM控制电路5，所述PWM控制电路5连接所述功率控制开关4、第二绕组22及滤波整流电路3，当交流电源1的电压变化或者输出端帯载电流变化时，输出端输出电压的变化量通过光电耦合器U2反馈给所述PWM控制电路5，所述PWM控制电路5对应进行PWM调整，进而控制功率控制开关4以达到稳定输出电压的目的。所述第二绕组22用于在电源系统启动建立平衡后给所述PWM控制电路5供电，以提高电源效率。所述短路保护电路9连接至所述输出端并在任意一路输出端出现短路时输出短路保护信号至所述光电耦合器U3，所述光电耦合器U3在接收到短路保护信号后输出控制信号至所述PWM控制电路5，所述PWM控制电路5接收到控制信号时关闭所述功率控制开关4以及时对电源系统进行短路保护。所述EMI电路2用于滤除由电网进来的各种干扰信号，所述整流滤波电路3用于将交流电源1输入的交流电转换成平滑的脉动小的直流电。所述EMI电路2与所述交流电源1之间还连接有保险丝12。在本实施方式中，所述交流电源1可为市电电源，例如为120V(伏)、220V、频率为50赫兹或60赫兹的市电电源。

可以理解，在本实用新型的其他实施方式中，可以根据设计需要，在电源系统内部选择设置EMI电路2、整流滤波电路及反馈控制电路 8。

请一并参阅图2，所述短路保护电路9包括三极管Q2、Q3，二极管D10、D11、D13、D14、D15，稳压二极管ZD6、电容C14、C41、C32，电阻R4、R13-R16、R28、R29、R31、R32。所述三极管Q2为PNP型三极管，所述三极管Q3为NPN型三极管。其他实施方式中，所述三极管Q2也可为其他类型的电子开关如P沟道MOS管，所述三极管Q3为N沟道MOS管。

所述三极管Q3的基极通过电阻R13连接所述三极管Q3的发射极，所述三极管Q3的发射极接地，电容C41与所述电阻R13并联。所述三极管Q3的基极还连接至二极管D15的阴极，所述二极管D15的阳极通过电阻R14连接所述+12V输出端，所述二极管D15的阳极还通过电阻R29连接所述-37V输出端。所述三极管Q3的基极还连接所述二极管D14的阴极，所述二极管D14的阳极通过所述电阻R15连接所述+12V输出端，所述电阻R28连接于所述二极管D14的阳极与-12V输出端之间。所述三极管Q3的集电极通过电阻R31连接所述三极管Q2的基极，所述三极管Q3的集电极还连接至所述二极管D10及D11的阳极，所述二极管D10的阴极连接所述+37V输出端，所述二极管D11的阴极连接所述+12V输出端。

所述三极管Q2的基极通过并联连接的电阻R16与电容C32连接所述三极管Q2的发射极，所述三极管Q2的发射极通过电容C14接地，所述三极管Q2的发射极还连接稳压二极管ZD6的阳极，所述稳压二极管ZD6的阴极连接所述二极管D13的阴极，所述二极管D13的阳极连接至所述+12V输出端。

所述三极管Q2的集电极还连接至所述光电耦合器U3的红外线发光二极管的阳极，光电耦合器U3的红外线发光二极管的阴极通过电阻R4接地。光电耦合器U3的光敏半导体管一端接地，另一端连 接至所述PWM控制电路5。

所述电源系统还包括第一连接器30及第二连接器32，所述+37V输出端及-37V输出端设置于所述第一连接器30上，所述+12V输出端及-12V输出端设置于所述第二连接器32上，第一连接器30及第二连接器32上还设有接地端GND。所述+37V输出端与接地端GND之间连接电阻R62，所述-37V输出端与接地端GND之间连接电阻R63。

下面对该电源系统的多路输出短路保护功能的工作原理进行说明。

当+37V输出端对接地端GND发生短路异常时，所述二极管D10的阴极为低电平，所述三极管Q2通过电容C14、电阻R16、R31、二极管D10及电阻R32导通以输出短路保护信号至所述光电耦合器U3，所述光电耦合器U3通过二极管D13、稳压二极管ZD6、三极管Q2及电阻R4回路快速导通，所述光电耦合器U3输出控制信号至所述PWM控制电路5的锁定保护引脚，所述PWM控制电路5停止输出提供给功率控制开关4的控制信号，所述功率控制开关4关闭，变压器T1不耦合能量给变压器T1的副边，整流滤波电路6、7不工作，达到关闭输出的效果，从而使电源系统较快进入短路保护，有效保护电源系统内的元件不受短路异常情况的损坏。

当-37V输出端对接地端GND发生短路异常时，所述二极管D15的阳极电压通过+12V输出端、电阻R14、R29及-37V输出端回路分压，由电源正常工作时的-13.2V电压变为+5.8V，则所述三极管Q3通过二极管D15、电阻R13、电容C41导通，进而，三极管Q2通过电容C14、电阻R16、R31及三极管Q3导通以输出短路保护信号至所述光电耦合器U3，所述光电耦合器U3通过二极管D13、稳压二极管ZD6、三极管Q2及电阻R4回路快速导通，所述光电耦合器U3 输出控制信号至所述PWM控制电路5的锁定保护引脚，所述PWM控制电路5停止输出提供给功率控制开关4的控制信号，所述功率控制开关4关闭，变压器T1不耦合能量给变压器T1的副边，整流滤波电路6、7不工作，达到关闭输出的效果，从而使电源系统较快进入短路保护，有效保护电源系统内的元件不受短路异常情况的损坏。本实施方式中，所述电阻R14、R29的阻值分别为49.9KΩ及47KΩ，其他实施方式中，所述电阻R14、R29的阻值可选取其他适当的值，只需在所述-37V输出端对接地端GND短路时通过电阻R14、R29的分压输出不同于电源系统正常工作时的电压值，并控制三极管Q3导通。

当+12V输出端对接地端GND发生短路异常时，二极管D11的阴极为低电平，三极管Q2通过电容C14、电阻R16、R31及二极管D11导通以输出短路保护信号至所述光电耦合器U3，所述光电耦合器U3通过二极管D13、稳压二极管ZD6、三极管Q2及电阻R4回路快速导通，所述光电耦合器U3输出控制信号至所述PWM控制电路5的锁定保护引脚，所述PWM控制电路5停止输出提供给功率控制开关4的控制信号，所述功率控制开关4关闭，变压器T1不耦合能量给变压器T1的副边，整流滤波电路6、7不工作，达到关闭输出的效果，从而使电源系统较快进入短路保护，有效保护电源系统内的元件不受短路异常情况的损坏。

当-12V输出端对接地端GND发生短路异常时，二极管D14的阳极电压通过+12V输出端、电阻R15、R28及-12V输出端形成的回路分压，由电源系统正常工作时的-4.3V电压变为+3.8V，所述三极管Q3通过二极管D14、电阻R13、电容C41导通，进而，所述三极管Q2通过电容C14、电阻R16、R31及三极管Q3导通以输出短路保护信号至所述光电耦合器U3，所述光电耦合器U3通过二极管D13、 稳压二极管ZD6、三极管Q2及电阻R4回路快速导通，所述光电耦合器U3输出控制信号至所述PWM控制电路5的锁定保护引脚，所述PWM控制电路5停止输出提供给功率控制开关4的控制信号，所述功率控制开关4关闭，变压器T1不耦合能量给变压器T1的副边，整流滤波电路6、7不工作，达到关闭输出的效果，从而使电源系统较快进入短路保护，有效保护电源系统内的元件不受短路异常情况的损坏。本实施方式中，所述电阻R15、R28的阻值分别为100KΩ及47KΩ，其他实施方式中，所述电阻R15、R28的阻值可选取其他适当的值，只需在所述-12V输出端对接地端GND短路时通过电阻R15、R28的分压输出不同于电源系统正常工作时的电压值，并控制三极管Q3导通。

以上+37V输出端、-37V输出端、+12V输出端、-12V输出端任意一输出端输出的电压与相邻的接地端GND短路时电源系统均会较快进入短路保护，只有当以上短路异常解除后，交流电源1再次上电时，电源系统重启后才会正常工作，从而达到有效保护元件在异常发生的情况下不发生损坏的效果。

可以理解，所述电源系统包括的变压器的形式不限于上述实施方式，其他实施方式中，变压器的原边及副边也可以只分别包括一个绕组，所述电源系统输出的电压也可只输出±37V及/或±12V，或者只输出+37V及/或+12V等其他不同的形式，所述短路保护电路9可以根据电源系统输出端输出的电压的形式做适当变形。如当电源系统只包括+37V输出端及+12V输出端，所述短路保护电路9中可包括二极管D10、D11、D13、稳压二极管ZD6、三极管Q2、电容C14、电阻R4、R16、R31、R32，这些元件按照图2所述实施方式适当电连接即可；当电源系统进一步包括如-37V输出端时，所述短路保护电路9中进一步包括二极管D15、电阻R29、R14、R13、电容C41及第二三极 管Q3，这些元件按照图2所述实施方式适当电连接即可；当电源系统还包括如-12V输出端时，所述短路保护电路9中还可包括二极管D14、电阻R15、R28，并按照图2所述实施方式适当电连接即可。如当电源系统只包括±37V输出端，所述短路保护电路9中可包括二极管D10、D13、D15、稳压二极管ZD6、三极管Q2、Q3、电容C14、C41、电阻R4、R16、R13、R31、R32，这些元件按照图2所述实施方式适当电连接即可。变压器输出端输出的电压值也不限于37V或12V，也可为其他值，如5V、24V等。本领域技术人员可以理解，电源系统中设置不同的输出端，短路保护电路9的结构可根据设计需要作适当的修改，由于均是基于上述的原理，所以在此不一一进行描述。

上述具有短路保护功能的电源系统可应用于多种电器设备中，比如给音响、碟机、电脑等电器设备供电。本实用新型的短路保护电路检测电源系统的多路输出端或每一路输出端上发生的短路情况，在短路发生时，及时有效控制电源系统关闭，从而有效保护电源系统中及电器设备中的电子元件。

本实用新型中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，因此，不能理解为对实用新型的限制。

在本说明书的描述中，术语“本实施方式”、“其他实施方式”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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 (10)

1.一种具有短路保护功能的电源系统，包括变压器及连接至变压器的多路输出端；其特征在于，所述电源系统还包括：

连接至少两路输出端并在任意一路输出端出现短路时输出短路保护信号的短路保护电路；

接收短路保护信号并输出控制信号的光电耦合器；及

在接收到控制信号时关闭电源系统功率控制开关的控制电路。

2.如权利要求1所述的具有短路保护功能的电源系统，其特征在于，所述电源系统包括第一输出端及第二输出端，所述短路保护电路包括第一至第三二极管(D10、D11、D13)、稳压二极管(ZD6)、第一三极管(Q2)，第一电容(C14)，第一至第四电阻(R4、R16、R31、R32)，所述第一三极管(Q2)的基极通过第二电阻(R16)连接所述第一三极管(Q2)的发射极，所述第一三极管(Q2)的发射极通过第一电容(C14)接地，所述第一三极管(Q2)的发射极还连接稳压二极管(ZD6)的阳极，所述稳压二极管(ZD6)的阴极连接所述第三二极管(D13)的阴极，所述第三二极管(D13)的阳极连接至第二输出端，所述第一三极管(Q2)的基极还通过第三电阻(R31)连接第一及第二二极管(D10、D11)的阳极，所述第一二极管(D10)的阴极通过第四电阻(R32)连接至第一输出端，所述第二二极管(D11)的阴极连接至第二输出端，所述光电耦合器包括的发光二极管的两端中其中一端连接所述第一三极管(Q2)的集电极，另一端通过第一电阻(R4)接地，所述第一输出端及第二输出端分别输出电压值不同的正电压。

3.如权利要求2所述的具有短路保护功能的电源系统，其特征在于，所述电源系统还包括第三输出端、第四二极管(D15)，第五 及第七电阻(R29、R14、R13)、第二电容(C41)、第二三极管(Q3)，所述第二三极管(Q3)的基极通过第七电阻(R13)连接所述第二三极管(Q3)的发射极，所述第二三极管(Q3)的发射极接地，第二电容(C41)与所述第七电阻(R13)并联，所述第二三极管(Q3)的基极还连接至第四二极管(D15)的阴极，所述第四二极管(D15)的阳极通过第六电阻(R14)连接所述第二输出端，所述第四二极管(D15)的阳极还通过第五电阻(R29)连接所述第三输出端，所述第二三极管(Q3)的集电极还连接至所述第一二极管(D10)的阳极，所述第三输出端输出负电压。

4.如权利要求3所述的具有短路保护功能的电源系统，其特征在于，所述电源系统还包括第四输出端、第五二极管(D14)，第八及第九电阻(R15、R28)，所述第二三极管(Q3)的基极还连接所述第五二极管(D14)的阴极，所述第五二极管(D14)的阳极通过所述第八电阻(R15)连接所述第二输出端，所述第九电阻(R28)连接于所述第五二极管(D14)的阳极与第四输出端之间，所述第四输出端输出不同于第三输出端输出电压值的负电压。

5.如权利要求4所述的具有短路保护功能的电源系统，其特征在于，所述第一三极管(Q2)为PNP型三极管，所述第二三极管(Q3)为NPN型三极管。

6.如权利要求4所述的具有短路保护功能的电源系统，其特征在于，所述变压器的原边包括第一绕组，所述第一绕组通过第一滤波整流电路、EMI电路与交流电源连接，所述功率控制开关与第一绕组及滤波整流电路连接；所述变压器的副边包括两绕组，所述第一输出端、第三输出端从其中一副边绕组引出信号，所述第二输出端、第四输出端从另一副边绕组引出信号。

7.如权利要求6所述的具有短路保护功能的电源系统，其特征 在于，所述电源系统还包括第二及第三滤波整流电路，所述第一输出端、第三输出端通过所述第二滤波整流电路与其中一副边绕组连接，所述第二输出端、第四输出端通过所述第三滤波整流电路与另一副边绕组连接。

8.如权利要求7所述的具有短路保护功能的电源系统，其特征在于，所述变压器还包括第二绕组，所述控制电路为PWM控制电路，所述PWM控制电路与所述第二绕组连接。

9.如权利要求1所述的具有短路保护功能的电源系统，其特征在于，所述电源系统还包括一反馈控制电路及另一光电耦合器，所述反馈控制电路与电源的输出端相连，还通过所述另一光电耦合器连接所述控制电路。

10.如权利要求5所述的具有短路保护功能的电源系统，其特征在于，所述电源系统还包括第一及第二连接器，所述第一及第三输出端设于所述第一连接器上，所述第二及第四输出端设于所述第二连接器上，所述第一及第二连接器上还设有接地端。