CN205986093U - 一种短路保护电路及具有该短路保护电路的开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种短路保护电路，包括压检测单元、第一开关、第二开关、第二开关控制单元、分压单元、脉冲宽度调制器连接端口。变压器辅助绕组电压经过过压检测单元与第一开关的控制端相连接；第一开关的输入端经过脉冲宽度调制器连接端口连接脉冲宽度调制器的反馈端；第一开关的输出端接地。变压器辅助绕组电压经过分压单元与第二开关的输入端相连接；第二开关的输出端与第一开关的控制端相连接；第二开关的控制端连接第一开关的输入端与脉冲宽度调制器连接端口的节点；分压单元并且经过第二开关控制单元与第二开关的控制端相连接。该短路保护电路能够实现对开关电源的任意一路输出短路进行保护，不会引起元器件的失效，具有完善的保护功能。

Description

一种短路保护电路及具有该短路保护电路的开关电源

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及短路保护电路及开关电源。

背景技术

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关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(IC) 和功率绝缘栅极场效晶体管(MOSFET) 构成。开关电源一直向高效率、高功率密度、高可靠性、保护功能完善的方向发展，其中，高可靠性主要体现在使用寿命和输出过流、输出短路保护功能。现有的开关电源在使用MOSFET 作为功率器件的开关电源中，开关电源的短路保护方法主要是检测回路电流，通过泄流电阻转换成检测电压，将检测到的电压信号与某个固定电压进行比较，如果大于设置的电压值，则判断此时电路已经短路。

然而，现有电源开关主要有以下问题：

1、短路保护值难以设定，且功率器件工作在接近短路保护值附近时难以保护。

2、无法实现对任意一路输出进行短路保护。反馈绕组+5V短路时，+5V输出电源只输出3V左右电压，远没达到反馈5V电压；此时，PWM芯片全占空比输出，输入能量增加。由于该路输出电压较低，虽然发生短路，但消耗的能量少于由于PWM全占空比而导致增加的能量，从而其他各路的输出电压都有上升，不能实现“打嗝”保护，导致整流二极管、芯片等元器件失效。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提出了一种短路保护电路及带有该短路保护电路的开关电源，(1)该短路保护电路采用过压检测单元设定开关电源的短路保护值，使得功率器件工作在接近短路保护值附近时可准确启动短路保护机制。(2)该短路保护电路能够实现对开关电源的任意一路输出短路进行保护，不会引起元器件的失效，具有完善的保护功能；在UV变频电源、大功率逆变电源、变频器等行业得到广泛应用。

为了实现上述目的，本实用新型技术方案如下：

一种短路保护电路，包括压检测单元、第一开关、第二开关、第二开关控制单元、分压单元、脉冲宽度调制器连接端口。

变压器辅助绕组电压VCC经过过压检测单元与第一开关的控制端相连接；第一开关的输入端经过脉冲宽度调制器连接端口连接脉冲宽度调制器的反馈端(Comp)；第一开关的输出端接地。变压器辅助绕组电压VCC并且经过分压单元与第二开关的输入端相连接；第二开关的输出端与第一开关的控制端相连接；第二开关的控制端连接第一开关的输入端与脉冲宽度调制器连接端口的节点；分压单元并且经过第二开关控制单元与第二开关的控制端相连接。第一开关在控制端为高电平的状态下导通、在控制端为低电平的状态下截止；第二开关在控制端为低电平的状态下导通、在控制端为高电平的状态下截止。

进一步地，还包括滤波单元17。过压检测单元经过滤波单元17接地。

一种短路保护电路，包括稳压管Z1、NPN晶体管TR2、PNP晶体管TR1、电阻R2、电容C1、电阻R1、二极管D1。

变压器辅助绕组电压VCC与稳压管Z1的负极相连接，稳压管Z1的正极与NPN晶体管TR2的基极相连接；脉冲宽度调制器的反馈端(Comp)经过二极管D1与NPN晶体管TR2的集电极相连接；NPN晶体管TR2的发射极接地。

变压器辅助绕组电压VCC经过电阻R1与PNP晶体管TR1的发射极相连接；PNP晶体管TR1的集电极与PNP晶体管TR1的基极相连接；PNP晶体管TR1的基极连接NPN晶体管TR2的集电极与二极管D1的节点；电阻R1并且经过电阻R2与PNP晶体管TR1的集电极相连接；电容C1与电阻R2相并联。

进一步地，还包括电容C4、电阻R3。稳压管Z1的正极经过电容C4接地。电阻R3与电容C4相并联。

进一步地，还包括电容C6、电容C7。电容C6并联在PNP晶体管TR1的发射极与集电极之间。电容C7并联在NPN晶体管TR2的发射极与集电极之间。

一种包含短路保护电路的开关电源，还包含脉冲宽度调制器、反馈电路、主功率变换电路、RCD吸收电路、电源输入端口、第一电压输出整流电路、第二电压输出整流电路。

电源输入端口与主功率变换电路相连接；主功率变换电路分别与第一电压输出整流电路、第二电压输出整流电路相连接。第二电压输出整流电路与反馈电路相连接；反馈电路分别与脉冲宽度调制器、主功率变换电路相连接。短路保护电路连接反馈电路与脉冲宽度调制器的公共节点。

本实用新型的有益效果：

(1)该短路保护电路采用过压检测单元设定开关电源的短路保护值，使得功率器件工作在接近短路保护值附近时可准确启动短路保护机制。

(2)该短路保护电路能够实现对开关电源的任意一路输出短路进行保护，不会引起元器件的失效，具有完善的保护功能；在UV变频电源、大功率逆变电源、变频器等行业得到广泛应用。

附图说明

附图1为本实用新型所述短路保护电路的方块原理示意图。

附图2为本实用新型所述短路保护电路的电路原理图。

附图3为增加本实用新型所述短路保护电路后开关电源的模块图。

附图4为增加本实用新型所述短路保护电路后开关电源的部分具体线路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，为该短路保护电路的方块原理示意图，包括过压检测单元11、第一开关12、第二开关13、第二开关控制单元14、分压单元15、脉冲宽度调制器连接端口16、滤波单元17。变压器辅助绕组电压VCC经过过压检测单元11与第一开关12的控制端相连接；第一开关12的输入端经过脉冲宽度调制器连接端口16连接脉冲宽度调制器（PWM控制器）的反馈端(Comp)；第一开关12的输出端接地。变压器辅助绕组电压VCC并且经过分压单元15与第二开关13的输入端相连接；第二开关13的输出端与第一开关12的控制端相连接；第二开关13的控制端连接第一开关12的输入端与脉冲宽度调制器连接端口16的节点；分压单元15经过第二开关控制单元14与第二开关13的控制端相连接。过压检测单元11经过滤波单元17接地。第一开关12在控制端为高电平的状态下导通、在控制端为低电平的状态下截止；第二开关13在控制端为低电平的状态下导通、在控制端为高电平的状态下截止。

该短路保护电路应用于开关电源中，当开关电源的反馈电路的电压输入端(+5V)发生短路时，电压一般只能达到3V左右，远没有达到5V的反馈电压，此时，开关电源中的脉冲宽度调制器全占空比输出，导致变压器辅助绕组电压VCC上升，当变压器辅助绕组电压VCC上升到超过过压检测单元11所设定的电压时，过压检测单元11导通，该短路保护电路被触发，第一开关12因控制端电平被拉高而导通；同时，第一开关12将第二开关13的控制端的电位拉低，促使第二开关13随之导通。这时，变压器辅助绕组电压VCC被拉低，脉冲宽度调制器的反馈端(Comp)电压也通过脉冲宽度调制器连接端口16钳位到第一开关12的饱和导通压降，开关电源停止工作，从而实现短路保护。该短路保护电路一旦通电后，由于第一开关12、第二开关13组成正反馈电路，即使触发信号消失，第一开关12、第二开关13仍维持导通，只有当重新上电后开关电源才能再次工作；这样，避免了开关电源在未排除故障的情况下继续工作。滤波单元17防止该短路保护电路受到干扰导致误触发。

如图2所示，为该短路保护电路的电路原理图。

过压检测单元11包含稳压管Z1；第一开关12包含NPN晶体管TR2、电容C7；第二开关13包含PNP晶体管TR1、电容C6；第二开关控制单元14包含电阻R2、电容C1；分压单元15包含电阻R1；滤波单元17包含电容C4、电阻R3；脉冲宽度调制器连接端口16包含二极管D1。

变压器辅助绕组电压VCC与稳压管Z1的负极相连接，稳压管Z1的正极与NPN晶体管TR2的基极相连接；脉冲宽度调制器的反馈端(Comp)经过二极管D1与NPN晶体管TR2的集电极相连接；NPN晶体管TR2的发射极接地。变压器辅助绕组电压VCC经过电阻R1与PNP晶体管TR1的发射极相连接；PNP晶体管TR1的集电极与PNP晶体管TR1的基极相连接；PNP晶体管TR1的基极连接NPN晶体管TR2的集电极与二极管D1的节点；电阻R1并且经过电阻R2与PNP晶体管TR1的集电极相连接；电容C1与电阻R2相并联。稳压管Z1的正极经过电容C4接地；电阻R3与电容C4并联。电容C6并联在PNP晶体管TR1的发射极与集电极之间。电容C7并联在NPN晶体管TR2的发射极与集电极之间。

该短路保护电路的工作原理：

当开关电源的反馈电路的电压输入端+5V发生短路时，+5V电压降低，导致反馈电路电路失效。此时，开关电源中的脉冲宽度调制器全占空比输出，导致变压器辅助绕组电压VCC上升，当变压器辅助绕组电压VCC上升到超过稳压管Z1设定的安全电压时，稳压管Z1被击穿，该该短路保护电路被触发，NPN晶体管TR2因基极电平被拉高而导通；同时，NPN晶体管TR2将PNP晶体管TR1的基极的电位拉低，促使PNP晶体管TR1随之导通。这时，变压器辅助绕组电压VCC被拉低，脉冲宽度调制器的反馈端(Comp)电压也通过二极管D1钳位到NPN晶体管TR2的饱和导通压降Vce，开关电源停止工作，从而实现短路保护。R3和C4起到滤波作用，防止该短路保护电路受到干扰导致误触发。电容C6、C7吸收瞬间高压浪涌，保护PNP晶体管TR1或NPN晶体管TR2的CE结不被击穿。该短路保护电路一旦通电后，由于PNP晶体管TR1、NPN晶体管TR2构成类似晶闸管工作原理的正反馈电路，即使触发信号消失，PNP晶体管TR1、NPN晶体管TR2仍维持导通，只有当重新上电后开关电源才能再次工作。

如图3所示，为一种带有上述短路保护电路的开关电源的方块原理示意图，包括脉冲宽度调制器、反馈电路、主功率变换电路、RCD吸收电路、电源输入端口、第一电压输出整流电路、第二电压输出整流电路。

电源输入端口与主功率变换电路相连接；主功率变换电路分别与第一电压输出整流电路、第二电压输出整流电路相连接。第二电压输出整流电路与反馈电路相连接；反馈电路分别与脉冲宽度调制器、主功率变换电路相连接。短路保护电路连接反馈电路与脉冲宽度调制器的公共节点。

市电经过电源输入端口进入主功率变换电路，脉冲宽度调制器输出脉冲控制信号控制主功率变换电路的能量转化，主功率变换电路输出的电压分别通过第一电压输出整流电路、第二电压输出整流电路输出不同电压的直流电。其中，第二电压输出整流电路输出+5V电压；第一电压输出整流电流分别输出+/-15V、+24V、+26V的电压。当第二电压输出整流电路输出+5V电压发生短路瞬时，其滤波电容上的电量下降，+5V的输出电压降低，导致反馈失效，使脉冲宽度调制器全占空比输出，此时辅助绕组VCC电压上升，当VCC电压上升到超过短路保护电路设定的安全电压时，过压保护电路被触发，VCC的电压被拉低，脉冲宽度调制器的反馈端(Comp)电压也被拉低，开关电源停止工作，从而实现短路保护。如图4所示，为图3所示的开关电源的具体电路原理图，变压器辅助绕组电压VCC同时是脉冲宽度调制器中PWM控制芯片的工作电压。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的基本构思的前提下直接导出或联想到的其它改进和变化均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种短路保护电路，其特征在于：

包括过压检测单元(11)、第一开关(12)、第二开关(13)、第二开关控制单元(14)、分压单元(15)、脉冲宽度调制器连接端口(16)；

变压器辅助绕组电压经过过压检测单元(11)与第一开关(12)的控制端相连接；第一开关(12)的输入端经过脉冲宽度调制器连接端口(16)连接脉冲宽度调制器的反馈端；第一开关(12)的输出端接地；

变压器辅助绕组电压并且经过分压单元(15)与第二开关(13)的输入端相连接；第二开关(13)的输出端与第一开关(12)的控制端相连接；第二开关(13)的控制端连接第一开关(12)的输入端与脉冲宽度调制器连接端口(16)的节点；分压单元(15)并且经过第二开关控制单元(14)与第二开关(13)的控制端相连接；

第一开关(12)在控制端为高电平的状态下导通、在控制端为低电平的状态下截止；第二开关(13)在控制端为低电平的状态下导通、在控制端为高电平的状态下截止。

2.根据权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于：

还包括滤波单元(17)；

所述过压检测单元(11)经过滤波单元(17)接地。

3.一种短路保护电路，其特征在于：

包括稳压管Z1、NPN晶体管TR2、PNP晶体管TR1、电阻R2、电容C1、电阻R1、二极管D1；

变压器辅助绕组电压与稳压管Z1的负极相连接，稳压管Z1的正极与NPN晶体管TR2的基极相连接；脉冲宽度调制器的反馈端经过二极管D1与NPN晶体管TR2的集电极相连接；NPN晶体管TR2的发射极接地；

变压器辅助绕组电压经过电阻R1与PNP晶体管TR1的发射极相连接；PNP晶体管TR1的集电极与PNP晶体管TR1的基极相连接；PNP晶体管TR1的基极连接NPN晶体管TR2的集电极与二极管D1的节点；电阻R1并且经过电阻R2与PNP晶体管TR1的集电极相连接；电容C1与电阻R2相并联。

4.根据权利要求3所述的短路保护电路，其特征在于：

还包括电容C4、电阻R3；

所述稳压管Z1的正极经过电容C4接地；

电阻R3与电容C4相并联。

5.根据权利要求3所述的短路保护电路，其特征在于：

还包括电容C6、电容C7；

电容C6并联在PNP晶体管TR1的发射极与集电极之间；

电容C7并联在NPN晶体管TR2的发射极与集电极之间。

6.一种包含权利要求1至5任意所述短路保护电路的开关电源，其特征在于：

还包含脉冲宽度调制器、反馈电路、主功率变换电路、RCD吸收电路、电源输入端口、第一电压输出整流电路、第二电压输出整流电路；

电源输入端口与主功率变换电路相连接；主功率变换电路分别与第一电压输出整流电路、第二电压输出整流电路相连接；

第二电压输出整流电路与反馈电路相连接；反馈电路分别与脉冲宽度调制器、主功率变换电路相连接；

短路保护电路连接反馈电路与脉冲宽度调制器的公共节点。