CN206506286U - 一种开关电源过流保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种开关电源过流保护电路，包括主回路、与主回路的输入端连接的原边电流采样电路、与主回路的输出端连接的副边电压采样电路、副边电流采样电路、分别与原边电流采样电路、副边电流采样电路连接的比较判断电路、与比较判断电路连接的调节电路、以及分别与调节电路、副边电压采样电路、副边电流采样电路连接的反馈调节电路。本实用新型通过对主回路的原副边电流进行实时采样并与参考值比较进而形成相应的控制信号至主回路的输入端以使主回路的增益快速降低，从而达到限制主回路电流的效果，实现了开关电源在过流时快速降低主回路的电流进而保护开关电源、提高开关电源整体运行的可靠性，延长开关电源的使用寿命。

Description

一种开关电源过流保护电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源的技术领域，更具体地说，涉及一种开关电源过流保护电路。

背景技术

目前市场上通常采用的过流保护的方法为检测变压器原边的电流信号，通过比较器设定动作阈值，当原边电流达到动作值时，由动作电路产生动作信号，关闭驱动电路，最终关断功率开关电路中的开关管。但是这种方法的保护电路存在如下缺点：如果是电源输出端短路，输出电流先增大，进而引起变压器原边电流增大，当电流达到动作值时产生动作信号，输出过流到关断功率开关电路的开关管，将存在一定的延时，在此延时过程中，原边电流会快速增加，容易导致功率开关电路中开关管的VDS尖峰过大而损坏。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种开关电源过流保护电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种开关电源过流保护电路，包括主回路、以及

与所述主回路的输入端连接，对所述主回路的输入信号进行采样输出原边电流采样信号的原边电流采样电路；

与所述主回路的输出端连接，对所述主回路的输出电压进行采样输出副边电压采样信号的副边电压采样电路、以及对所述主回路的输出电流进行采样输出副边电流采样信号的副边电流采样电路；

分别与所述原边电流采样电路、所述副边电流采样电路连接，将所述原边电流采样信号或所述副边电流采样信号与参考值进行比较并输出第一比较信号的比较判断电路；

与所述比较判断电路连接，基于所述第一比较信号生成第二比较信号的调节电路；

分别与所述调节电路、所述副边电压采样电路、所述副边电流采样电路连接，根据所述第二比较信号、所述副边电压采样信号、以及所述副边电流采样信号输出控制信号至所述主回路的输入端以降低原边电流的反馈调节电路。

在本实用新型所述的开关电源过流保护电路中，优选地，还包括分别与所述主回路的输入端、所述反馈调节电路连接，接收所述第一比较信号和所述控制信号输出驱动信号至所述主回路的输入端以降低原边电流的驱动电路。

在本实用新型所述的开关电源过流保护电路中，优选地，所述调节电路包括二极管，所述二极管的阴极与所述比较判断电路的输出端连接，所述二极管的阳极与所述反馈调节电路连接。

在本实用新型所述的开关电源过流保护电路中，优选地，所述反馈调节电路包括PWM/PFM控制电路以及环路补偿电路；

所述环路补偿电路分别与所述副边电流采样电路、所述副边电压采样电路连接，根据所述副边电流采样信号和所述副边电压采样信号输出环路补偿信号；

所述PWM/PFM控制电路分别与所述调节电路、所述环路补偿电路连接，基于所述第二比较信号、所述环路补偿信号输出控制信号。

在本实用新型所述的开关电源过流保护电路中，优选地，所述主回路包括第一变压器T1、以及

分别与所述原边电流采样电路、所述驱动电路、所述第一变压器T1的原边绕组连接，根据所述驱动信号对所述第一变压器T1的原边电流进行调节的功率开关电路；

与所述第一变压器T1的副边绕组连接，对所述第一变压器T1的副边绕组产生的副边电压和副边电流进行整流滤波的整流滤波电路。

在本实用新型所述的开关电源过流保护电路中，优选地，所述比较判断电路包括二极管D6、二极管D7、电阻R4、以及比较器U2；

所述二极管D6的阳极与所述原边电流采样电路连接，所述二极管D6的阴极与所述比较器U2的反向输入端连接；所述二极管D7的阳极与所述副边电流采样电路连接，所述二极管D7的阴极与所述比较器U2的反向输入端连接；所述电阻R4的第一端与所述比较器U2的反向输入端连接，所述电阻R4的第二端连接至参考地；所述比较器U2的同向输入端设置有参考值。

在本实用新型所述的开关电源过流保护电路中，优选地，所述副边电压采样电路包括电阻R1、电阻R2、以及差分运算放大器U3；

所述电阻R1与所述电阻R2串联后与所述主回路的输出端连接，且所述电阻R2的第二端还连接至所述参考地；所述电阻R1与所述电阻R2之间的节点连接至所述差分运算放大器U3的输入端，所述差分运算放大器U3的输出端与所述反馈调节电路连接。

在本实用新型所述的开关电源过流保护电路中，优选地，所述副边电流采样电路包括电阻RS和差分运算放大器U4，所述电阻RS的第一端与所述第一变压器T1的副边绕组连接，所述电阻RS的第二端连接至参考地；所述差分运算放大器U4的输入端与所述电阻RS的第一端连接，所述差分运算放大器U4的输出端与所述反馈调节电路连接，所述差分运算放大器U4的输出端还连接至所述二极管D7的阳极。

实施本实用新型的开关电源过流保护电路，具有以下有益效果：本实用新型的开关电源过流保护电路包括：包括主回路、与主回路的输入端连接的原边电流采样电路、与主回路的输出端连接的副边电压采样电路、副边电流采样电路、分别与原边电流采样电路、副边电流采样电路连接的比较判断电路、与比较判断电路连接的调节电路、以及分别与调节电路、副边电压采样电路、副边电流采样电路连接的反馈调节电路。本实用新型通过对主回路的原副边电流进行实时采样并与参考值比较进而相应的控制信号至主回路的输入端以使主回路的增益快速降低，从而达到限制主回路电流的效果，实现了开关电源在过流时快速降低主回路的电流进而保护开关电源、提高开关电源整体运行的可靠性，延长开关电源的使用寿命。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型开关电源过流保护电路的原理框图；

图2是本实用新型开关电源过流保护电路一优选实施例的电路原理图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，为本实用新型开关电源过流保护电路的原理框图。本实用新型的开关电源过流保护电路包括主回路10、原边电流采样电路20、比较判断电路30、调节电路60、反馈调节电路50、副边电流采样电路80、以及副边电压采样电路70。

具体地：

主回路10包括功率开关电路101、第一变压器T1(相当于开关电源中的隔离主功率变压电路102)、以及整流滤波电路103。

功率开关电路101，主要根据反馈调节电路50输出的控制信号改变其导通状态进而实现对主回路原边电流的控制。可以理解地，功率开关电路101可由功率开关管组成。

第一变压器T1，包括原边绕组和副边绕组。可以理解地，第一变压器T1为开关电源的隔离主功率变压器，其原边绕组接收输入电压并产生原边电流，其副边绕组根据原边绕组产生的能量转换为相应的副边电压和副边电流。

整流滤波电路103，主要对第一变压器T1的输出信号进行整流滤波，使输出信号更加稳定。可以理解地，整流滤波电路103可采用全桥整流或全波整流，再利用电解电容进行滤波处理。

原边电流采样电路20，与功率开关电路101连接，并对第一变压器T1的原边绕组所产生的原边电流进行采样输出原边电流采样信号至比较判断电路30。优选地，原边电流采样电路20可采用精密电阻与光耦隔离器构成；通过精密电阻对原边电流进行采样再利用光耦隔离得到相应的原边电流采样信号。进一步地，原边电流采样电路20还可采用电流互感器、整流电路以及电阻构成；利用电流互感器将原边电流按一定比例进行转换，再经过整流电路和电阻得到相应的原边电流采样信号。

比较判断电路30，分别与原边电流采样电路20、副边电流采样电路80连接，将原边电流采样信号或副边电流采样信号与参考值进行比较并输出第一比较信号。优选地，比较判断电路30可由比较器与二极管、电阻构成。其中，比较器预先设置相应的参考值，该参考值用于跟原边电流采样信号或副边电流采样信号进行比较，根据原边电流采样信号与参考值的比较结果输出第一比较信号。可以理解地，在开关电源正常的情况下，即主回路10的电流正常时，原边电流采样信号或副边电流采样信号均小于比较器中预先设置的参考值，此时第一比较信号为高电平信号。当开关电源出现过流时，即主回路10出现过流时，原边电流采样信号或副边电流采样信号大于比较器中预先设置的参考值，此时，第一比较信号由高电平信号转换为低电平信号。换句话说，比较判断电路30同时对主回路10的原边电流和副边电流进行比较判断，且原边电流采样信号或副边电流采样信号中任何一个大于比较器中预先设置的参考值均会使第一比较信号由高电平转换为低电平。

调节电路60包括二极管，主要根据第一比较信号生成第二比较信号至反馈调节电路50。优选地，在本实用新型中，第二比较信号为在第一比较信号为低电平时才产生，即当主回路10出现过流时第一比较信号转换为低电平，此时调节电路60根据第一比较信号生成第二比较信号至反馈调节电路50。

反馈调节电路50，分别与调节电路60、副边电压采样电路70、副边电流采样电路80连接，根据调节电路60输出的第二比较信号、副边电压采样电路70输出的副边电压采样信号、副边电流采样电路80输出的副边电流采样信号进行处理，输出相应的控制信号，通过该控制信号使主回路的增益快速降低，从而达到限制主回路10电流的目的。

优选地，反馈调节电路50包括PWM/PFM控制电路501和环路补偿电路502。

环路补偿电路502分别与副边电压采样电路70和副边电流采样电路80连接，根据副边电压采样信号和副边电流采样信号进行环路调节输出相应的环路补偿信号。可以理解地，环路补偿电路502一般可通过运放补偿电路实现，运放补偿电路的电压环路输入分别为副边电压采样信号和电压设定值(该电压设定值需根据实际应用进行确定，且是预先设置的)，输出为电压环路信号；运放补偿电路的电流环路输入分别为副边电流采样信号和电流设定值(该电流设定值需根据实际应用进行确定，且是预先设置的)输出为电流环路信号，电压环路信号与电流环路信号相互组合之后得到最终的环路补偿信号，即环路补偿信号由电压环路信号与电流环路信号组合而成，该环路补偿信号送入PWM/PFM控制电路501。

PWM/PFM控制电路501分别与调节电路60、环路补偿电路502连接，PWM/PFM控制电路501根据第二比较信号与环路补偿信号输出相应的控制信号至功率开关电路101进而实现调节原边电流的目的。可以理解地，调节电路60产生的第二比较信号主要是送入PWM/PFM控制电路501以限制环路补偿电路502输出的环路补偿信号的值，进而限制PWM/PFM控制电路501输出的控制信号的驱动脉宽或频率，使得主回路10的增益快速降低，从而达到限制主回路10的电流的目的。可以理解地，PWM/PFM控制电路501一般由集成控制芯片及相应的外围电路组成，例如在本实用新型中可选用型号为UC3895、LM6599或UC33067等集成控制芯片。可以理解地，PWM/PFM控制电路501输出的控制信号是与预期频率或占空比相当的驱动信号。该驱动信号用于驱动调节第一变压器T1原边的电路进而调节第一变压器T1的原边电流。本实用新型的开关电源过流保护电路所采用的控制电路可选用PWM控制电路或者PFM控制电路，当进行电路设计时可根据实际电路的匹配进行选择，在此不作限定。

副边电压采样电路70，与整流滤波电路103连接，对副边电压进行采样输出副边电压采样信号。可以理解地，副边电压采样电路70一般采用电阻网络与差分运算放大器构成，通过电阻网络对副边电压进行分压得到低压采样信号，再经过差分运算放大器进行差分处理得到相应的副边电压采样信号。

副边电流采样电路80，与整流滤波电路103连接，对副边电流进行采样输出副边电流采样信号。可以理解地，副边电流采样电路80可采用精密电阻与差分运算放大器构成，或者采用电流互感器与差分运算放大器构成。通过精密电阻或电流互感器对副边电流进行采样，并经差分运算放大器进行差分处理得到相应的副边电流采样信号。

驱动电路40，主要根据控制信号和第一比较信号输出合适的驱动信号。驱动电路40主要对PWM/PFM控制电路501输出的控制信号的上升沿和下降沿时间进行调节，同时放大驱动能力，最终得到合适的驱动信号以调节原边电流。可以理解地，驱动电路40一般可选用集成芯片及相关的外围电路组成。

如图2所示，为本实用新型开关电源过流保护电路一优选实施例的电路原理图。在该实施例中，PWM/PFM控制电路501可采用PFM控制电路501。具体地：

功率开关电路101包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、电容C1、电容CR、以及电感LR。其中，第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、电容CR、以及电感LR构成了LLC的拓扑结构，该LLC拓扑结构可采用PFM调频进行控制。

整流滤波电路103包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、以及第二电容C2。可以理解地，通过二极管D1、二极管D2、二极管D3和二极管D4实现对第一变压器T1的副边绕组输出的信号进行全桥整流，再利用第二电容C2对第一变压器T1的副边绕组输出的信号进行滤波。可以理解地，第二电容C2可为电解电容。

原边电流采样电路20包括第二变压器T2、二极管D5、电阻R3、以及差分放大器U1。第二变压器T2的原边绕组与功率开关电路101连接，第二变压器T2的副边绕组分别与二极管D5及参考地连接，电阻R3连接在二极管D5的阴极与参考地之间，电阻R3与二极管D5的阴极连接的节点还连接至差分放大器U1的输入端，差分放大器U1的输出端与比较判断电路30中的二极管D6的阳极连接。可以理解地，利用第二变压器T2将原边电流按一定比例转换为第二变压器T2的副边电流信号，再经过二极管D5进行整流，经电阻R3后得到相应的副边电压信号并传送至差分放大器U1的输入端，差分放大器U1将该副边电压信号进行差分放大处理得到原边电流采样信号传输至比较判断电路30中的二极管D6，经二极管D6传输至比较器U2的反向输入端。

比较判断电路30包括二极管D6、二极管D7、电阻R4、以及比较器U2，比较器U2的反向输入端分别与二极管D6的阴极、二极管D7的阴极，以及电阻R4的第一端连接，比较器U2的同向输入端设置参考值；电阻R4的第二端连接参考地；二极管D6的阳极与差分放大电器U1的输出端连接，二极管D7的阳极与副边电流采样电路80的输出端连接。优选地，在本实用新型中，电阻R4主要用于使比较器U2在启动时保持电压稳定。

调节电路60包括二极管D8，二极管D8的阴极与比较器U2的输出端连接，二极管D8的阳极连接至PFM控制电路501。可以理解地，在实际应用中，二极管D8的阳极还可直接连接到环路补偿电路502的输出端，在主回路10出现过流时，调节电路60产生的第二比较信号传输至环路补偿电路502的输出端与环路补偿电路502输出的环路补偿信号合并，通过第二比较信号限制环路补偿信号的值，进而限制PFM控制电路501输出的控制信号的驱动频率。

反馈调节电路50包括PFM控制电路501和环路补偿电路502。在该实施例中环路补偿电路502可实现运放补偿电路的功能，PFM控制电路501可选用PFM集成控制芯片及外围电路实现。

副边电压采样电路70包括电阻R1、电阻R2、以及差分运算放大器U3；电阻R1与电阻R2串联后与电容C2并联，且电阻R2的第二端还连接至参考地；差分运算放大器U3的输入端与电阻R1、电阻R2之间的节点连接，差分运算放大器U3的输出端与环路补偿电路502连接。

副边电流采样电路80包括电阻RS和差分运算放大器U4，电阻RS的第一端与二极管D4的阳极连接，电阻RS的第二端连接至参考地；差分运算放大器U4的输入端与电阻RS的第一端连接，差分运算放大器U4的输出端与环路补偿电路502连接，差分运算放大器U4的输出端还连接至比较判断电路30，即差分运算放大器U4的输出端还与二极管D7的阳极连接。

为了使本实用新型的技术方案更加清楚，现结合具体实施例作详细说明。如图2所示：图中的主回路10采用LLC的拓扑结构(第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、电容C1、电容CR、以及电感LR)，输出端采用全桥整流(二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4)并通过电解电容C2滤波。

开关电源正常工作时，通过副边电流采样电路80和副边电压采样电路70获得相应的副边电流采样信号和副边电压采样信号，并传输至环路补偿电路502，通过环路补偿电路502中的电压环路和电流环路进行调节得到最终环路输出信号(即环路补偿信号)，传输至PFM控制电路501得到相应的控制信号传输至驱动电路40；并且副边电流采样电路80采集的副边电流采样信号还传输至比较判断电路30，即传输至比较判断电路30中的二极管D7，通过二极管D7将副边电流采样信号输入比较器U2的反向输入端。此时，副边电流采样电路80输出的副边电流采样信号和原边电流采样电路20输出的原边电流采样信号均小于比较器U2同向输入端上预先设置的参考值，比较器U2输出的第一比较信号保持为高电平，第二比较信号为正常环路调节值。

当开关电源出现过流时，如主回路10的输出端发生过流故障时，输出电流会迅速增大，随之原边电流也会迅速增大，此时，通过副边电流采样电路80和原边电流采样电路20采集的副边电流采样信号和原边电流采样信号也会迅速增大，进而超过比较器U2同向输入端上设置的参考值。由比较判断电路30可知，原边电流采样信号和副边电流采样信号分别通过二极管D6、二极管D7输入比较器U2的反向输入端。因此，只要副边电流采样信号和原边电流采集信号中的任何一个超过参考值VREF，均会使得第一比较信号由高电平变为低电平，该低电平的第一比较信号输入驱动电路40中，利用驱动电路40中的集成驱动芯片的使能脚关闭驱动信号以关断功率开关电路101中的开关管(即第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4)，进而起到保护的作用。同时，第一比较信号接入二极管D8的阴极，将二极管D8阴极的压降拉低形成低电平的第二比较信号，该低电平的第二比较信号连接到PFM控制电路501，迅速将环路补偿电路502输出的环路补偿信号的值拉低，进而限制PFM控制电路501输出的驱动频率，使主回路10的增益迅速降低，最终达到限制原边电流增加的目的，即降低原边电流，从而达到在开关电源出现过流故障时起到保护开关电源的目的。可以理解地，在本实施例中，通过对原边电流和副边电流进行实时采集，进而对开关电源的电流实现实时监测，当原边或副边电流值超过参考值VREF时，环路补偿电路502的最终输出将被迅速拉低，驱动频率迅速升高，达到在功率开关电路101中的开关管关断前降低原边电流，即相当于降低了开并管的关断电流，进而降低了开关管的VDS尖峰，最终降低开关管电流和电压应力，有效地保护了开关管、避免了开关管因过流或过压而损坏的问题，从而提高开关电源整体运行的可靠性、延长了开关电源的使用寿命。

以上实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据此实施，并不能限制本实用新型的保护范围。凡跟本实用新型权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种开关电源过流保护电路，其特征在于，包括主回路、以及

与所述主回路的输入端连接，对所述主回路的输入信号进行采样输出原边电流采样信号的原边电流采样电路；

与所述主回路的输出端连接，对所述主回路的输出电压进行采样输出副边电压采样信号的副边电压采样电路、以及对所述主回路的输出电流进行采样输出副边电流采样信号的副边电流采样电路；

分别与所述原边电流采样电路、所述副边电流采样电路连接，将所述原边电流采样信号或所述副边电流采样信号与参考值进行比较并输出第一比较信号的比较判断电路；

与所述比较判断电路连接，基于所述第一比较信号生成第二比较信号的调节电路；

分别与所述调节电路、所述副边电压采样电路、所述副边电流采样电路连接，根据所述第二比较信号、所述副边电压采样信号、以及所述副边电流采样信号输出控制信号至所述主回路的输入端以降低原边电流的反馈调节电路。

2.根据权利要求1所述的开关电源过流保护电路，其特征在于，还包括分别与所述主回路的输入端、所述反馈调节电路连接，接收所述第一比较信号和所述控制信号输出驱动信号至所述主回路的输入端以降低原边电流的驱动电路。

3.根据权利要求1所述的开关电源过流保护电路，其特征在于，所述调节电路包括二极管，所述二极管的阴极与所述比较判断电路的输出端连接，所述二极管的阳极与所述反馈调节电路连接。

4.根据权利要求1所述的开关电源过流保护电路，其特征在于，所述反馈调节电路包括PWM/PFM控制电路以及环路补偿电路；

所述环路补偿电路分别与所述副边电流采样电路、所述副边电压采样电路连接，根据所述副边电流采样信号和所述副边电压采样信号输出环路补偿信号；

所述PWM/PFM控制电路分别与所述调节电路、所述环路补偿电路连接，基于所述第二比较信号、所述环路补偿信号输出控制信号。

5.根据权利要求2所述的开关电源过流保护电路，其特征在于，所述主回路包括第一变压器T1、以及

分别与所述原边电流采样电路、所述驱动电路、所述第一变压器T1的原边绕组连接，根据所述驱动信号对所述第一变压器T1的原边电流进行调节的功率开关电路；

与所述第一变压器T1的副边绕组连接，对所述第一变压器T1的副边绕组产生的副边电压和副边电流进行整流滤波的整流滤波电路。

6.根据权利要求5所述的开关电源过流保护电路，其特征在于，所述比较判断电路包括二极管D6、二极管D7、电阻R4、以及比较器U2；

所述二极管D6的阳极与所述原边电流采样电路连接，所述二极管D6的阴极与所述比较器U2的反向输入端连接；所述二极管D7的阳极与所述副边电流采样电路连接，所述二极管D7的阴极与所述比较器U2的反向输入端连接；所述电阻R4的第一端与所述比较器U2的反向输入端连接，所述电阻R4的第二端连接至参考地；所述比较器U2的同向输入端设置有参考值。

7.根据权利要求6所述的开关电源过流保护电路，其特征在于，所述副边电压采样电路包括电阻R1、电阻R2、以及差分运算放大器U3；

所述电阻R1与所述电阻R2串联后与所述主回路的输出端连接，且所述电阻R2的第二端还连接至所述参考地；所述电阻R1与所述电阻R2之间的节点连接至所述差分运算放大器U3的输入端，所述差分运算放大器U3的输出端与所述反馈调节电路连接。

8.根据权利要求7所述的开关电源过流保护电路，其特征在于，所述副边电流采样电路包括电阻RS和差分运算放大器U4，所述电阻RS的第一端与所述第一变压器T1的副边绕组连接，所述电阻RS的第二端连接至所述参考地；所述差分运算放大器U4的输入端与所述电阻RS的第一端连接，所述差分运算放大器U4的输出端与所述反馈调节电路连接，所述差分运算放大器U4的输出端还连接至所述二极管D7的阳极。