CN207504562U - 一种具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路，包括供电电路、峰值检测电路、峰值电压取样比较电路、上电瞬间开关管电流取样比较电路、泄放电阻、低导通电阻开关管和基准电压源；供电电路包括第一二极管、第一电容和限压偏置电路；峰值检测电路包括第二二极管和第二电容；峰值电压取样比较电路包括第一比较器、第一电阻和第二电阻；上电瞬间开关管电流取样比较电路包括第二比较器、第三电阻和第四电阻。可见，本申请过压保护动作迅速，且能抑制上电浪涌电流；将过压保护电路和上电浪涌电流抑制电路有机组合，共用功率开关管、供电电路，元件数目少，成本低。从而既解决输入过压保护问题，又能抑制上电浪涌电流。

Description

一种具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源技术领域，特别涉及一种具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路。

背景技术

目前，多数DC-DC变换器控制芯片都提供过压保护功能，该功能可以在电网出现异常高压时，强迫变换器停止工作，但是并不能解决输入滤波电容过压问题，也解决不了APFC电路输出滤波电容过压问题。为此，个别变换器增加市电检测电路，在市电异常时触发继电器动作，断开变换器输入回路，但电磁继电器可靠性差、动作慢，输入滤波电容还是承受了瞬时高压，并未彻底解决安全隐患问题。

此外，上电瞬间滤波电容端电压从零上升，如果上电时刚好处于正弦交流电的最大值附近，则上电瞬间就会出现高达上百安培的瞬态大电流，对电网以及串联在AC-DC变换器输入通道中的器件，如保险管、工频整流二极管以及滤波电容等造成了严重的大电流冲击。目前，为抑制开关电源上电浪涌电流，可以采用在变换器的工频整流电路前或后串联NTC热敏电阻、交流过零触发器或者功率电阻与继电器并联等方式。但是，虽然上述措施能将上电浪涌电流控制在一定范围内，但都存一定的缺陷。例如，串联NTC热敏电阻方式成本最低，但在正常工作期间AC输入电流总是流经热敏电阻，致使NTC电阻消耗功率大，长期处于高温、大电流状态，更为严重的是，断电后必须等待NTC电阻冷却到常温状态后才能再上电，否则热敏电阻会失去上电浪涌电流抑制作用，降低了AC-DC变换器的可靠性；交流过零触发方式需用可控硅整流器件，且还需增加辅助电源、交流过零检测电路，成本高，电路复杂；功率电阻与电磁继电器并联方式虽能较好地解决了上电浪涌电流大小与变换器正常工作期间限流电阻功耗的矛盾，但继电器吸合电流大，机械触点可靠性差，体积大。

因此，如何既解决输入过压保护问题，又能抑制上电浪涌电流是本领域需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路，以解决输入过压保护问题的同时，抑制变换器上电浪涌电流。

为实现上述目的，本实用新型提供一种具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路，包括供电电路、峰值检测电路、峰值电压取样比较电路、上电瞬间开关管电流取样比较电路、第五电阻、低导通电阻开关管和基准电压源；

所述供电电路包括第一二极管、第一电容和限压偏置电路；所述峰值检测电路包括第二二极管和第二电容；所述峰值电压取样比较电路包括第一比较器、第一电阻和第二电阻；所述上电瞬间开关管电流取样比较电路包括第二比较器、第三电阻和第四电阻；

所述第一二极管的正极与市电N端相连，负极分别与所述限压偏置电路的输入端、所述第一电容的一端相连；所述第一电容的另一端与整流电路的负端相连；所述第二二极管的正极与所述整流电路的正端相连，负极与所述第二电容的一端相连；所述第二电容的另一端与所述整流电路的负端相连；

所述第一电阻的一端与所述第二二极管的负极相连，另一端与所述第一比较器的反相输入端相连；所述第二电阻的一端与所述整流电路的负端相连，另一端与所述第一比较器的同相输入端相连；所述第四电阻的一端与所述整流电路的负端相连，另一端分别与所述第三电阻的一端、所述第五电阻的一端、所述低导通电阻开关管的第一端相连；所述第三电阻的另一端与所述第二比较器的反相输入端相连；

所述限压偏置电路的输出端分别与所述第一比较器的输出端、所述第二比较器的输出端、所述第五电阻的另一端和所述低导通电阻开关管的第二端相连；所述低导通电阻开关管的第三端与所述后级变换器相连；所述输入过压保护电路连接于所述整流电路的负端和后级变换器初级侧公共电位参考点之间；

其中，所述第五电阻为泄放电阻；所述基准电压源用于为所述第一比较器和所述第二比较器提供基准参考电位，且所述第一比较器和所述第二比较器共用同一组基准电压源或分别使用独立的基准电压源。

可选地，将所述峰值检测电路并入所述供电电路得到峰值检测供电电路；所述峰值检测供电电路包括所述第一二极管、所述第二二极管、所述限压偏置电路和所述第一电容；

所述第一二极管的正极与所述市电L端相连，负极分别与所述限压偏置电路的输入端、所述第一电容的一端、所述第二二极管的负极相连；所述第二二极管的正极与市电N端相连。

可选地，还包括第六电阻，所述第六电阻的一端分别与所述第一比较器的反相输入端、所述第一电阻的另一端相连，另一端与所述低导通电阻开关管的第三端相连。

可选地，还包括串接于所述第二二极管之前或之后的第七电阻。

可选地，还包括防雷器件，所述防雷器件的两端分别与所述低导通电阻开关管的第一端和第三端相连。

可选地，所述防雷器件为压敏电阻或放电管。

可选地，所述低导通电阻开关管为低导通电阻N沟功率MOS管或低饱和压降IGBT管。

可选地，所述限压偏置电路为无源电路或有源电路。

可选地，当所述后级变换器为所述APFC变换器时，所述第一二极管的正极与所述整流电路的正端相连。

应用上述技术方案，在市电出现异常高压时，可关断低导通电阻开关管，使得变换器处于悬空状态，对变换器内部开关管耐压要求较低，且过压保护动作迅速，且能抑制上电浪涌电流；将过压保护电路和上电浪涌电流抑制电路有机组合，共用功率开关管、供电电路，元件数目少，成本低。从而既解决输入过压保护问题，又能抑制上电浪涌电流。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路的一种具体实施方式的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路的另一示意图；

图3为本实用新型实施例提供的具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路的又一示意图；

图4为本实用新型实施例提供的具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路的具体应用示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

实施例一

请参考图1，图1为本实用新型实施例提供的具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路的一种具体实施方式的示意图，该输入过压保护电路1包括供电电路11、峰值检测电路、峰值电压取样比较电路12、上电瞬间开关管电流取样比较电路13、第五电阻14、低导通电阻开关管15和基准电压源；

供电电路11包括第一二极管D1、第一电容C1和限压偏置电路；峰值检测电路包括第二二极管D2和第二电容C2；峰值电压取样比较电路12包括第一比较器CP1、第一电阻R1和第二电阻R2；上电瞬间开关管电流取样比较电路13包括第二比较器CP2、第三电阻R3和第四电阻R4；

第一二极管D1的正极与市电N端相连，负极分别与限压偏置电路的输入端、第一电容C1的一端相连；第一电容C1的另一端与整流电路2的负端相连；第二二极管D2的正极与整流电路2的正端相连，负极与第二电容C2的一端相连；第二电容C2的另一端与整流电路2的负端相连；

第一电阻R1的一端与第二二极管D2的负极相连，另一端与第一比较器CP1的反相输入端相连；第二电阻R2的一端与整流电路2的负端相连，另一端与第一比较器CP1的同相输入端相连；第四电阻R4的一端与整流电路2的负端相连，另一端分别与第三电阻R3的一端、第五电阻R5的一端、低导通电阻开关管15的第一端相连；第三电阻R3的另一端与第二比较器CP2的反相输入端相连；

限压偏置电路的输出端分别与第一比较器CP1的输出端、第二比较器CP2的输出端、第五电阻R5的另一端和低导通电阻开关管15的第二端相连；低导通电阻开关管15的第三端与后级变换器相连；输入过压保护电路连接于整流电路2的负端A和后级变换器3初级侧公共电位参考点B之间；

其中，第五电阻为泄放电阻；基准电压源用于为第一比较器和第二比较器提供基准参考电位，且第一比较器和第二比较器共用同一组基准电压源或分别使用独立的基准电压源。图中所示的基准电压源V_ref的负端与整流电路2的负端A相连，正端与比较器的正相输入端相连。

可以理解，上述低导通电阻开关管可以为低导通电阻N沟功率MOS管，可以为低饱和压降IGBT管，也可以为其它具备相似功能的器件，在此不作限定。且上述低导通电阻开关管的第一端可以指的是N沟功率MOS管的源极，第二端可以指的是N沟功率MOS管的栅极，第三端可以指的是N沟功率MOS管的漏极。

上述限压偏置电路可以为无源电路，也可以为有源电路。上述整流电路可以为但不限于整流桥。

上述后级变换器可以具体为反激、正激或APFC等多种拓扑结构的AC-DC变换器，例如，DC-DC变换器和Boost拓扑结构的APFC变换器，且后级变换器还可以并接一个输入滤波电容4。

下面将以图1为例，介绍本实用新型实施例提供的具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路的工作过程。

上电瞬间，滤波电容C1的端电压为零，保证上电瞬间开关管15处于截止状态。若输入电压、输入滤波电容4的端电压、开关管15电流、开关管15的端电压、接在比较器CP1及CP2同相输入端参考电压分别为V_IN、i_DS、V_C3、V_BA、V_ref，则上电瞬间，如果输入电压V_IN较大，由于输入滤波电容4未充电或残留电荷小，其端电压V_C3小，使BA间电压V_BA较大，当i_DS×R₄≥V_ref时，比较器CP2输出低电平，强迫流过开关管15的电流被限制为从而抑制了上电电流。这样就可以通过选择电阻R4及基准电压V_ref来限制上电瞬间开关管最大电流i_DS。例如，V_ref取为1.25V、R4取为0.13Ω，而为保证变换器正常工作，上电瞬间抑制电流i_DS取最大工作电流峰值的1.5倍。

开关管15开通后一直处于导通状态，由于开关管15导通内阻小，不影响后级DC-DC变换器的工作。

在上电瞬间，如果输入电压V_IN高，开关管15不导通，变换器输入滤波电容C3、DC-DC变换器本身显然不会承受过压风险；在正常工作期间下，如果输入电压V_IN突然出现异常高压，被输入市电峰值检测电路检测到，则比较器CP1将输出低电平，强迫开关管15迅速关断，输入高压将施加到开关管15的两端，避免了异常高压施加到输入滤波电容C3与DC-DC变换器上，从而实现输入过压保护功能。显然输入过压保护电压值由电阻R1、R2的比值确定，即当输入电压开关管15迅速关断，处于过压保护状态，DC-DC变换器不工作。过压消失后，输入市电峰值检测电路输出端电位逐渐下降，当比较器CP1的反相端电位小于同相端电位时，比较器CP1输出高电平，触发开关管15导通，从而实现了过压恢复操作。

断电后，交流输入电压V_IN消失，不再有电流流经整流二极管，滤波电容C1放电，只要电路参数选择得当，就能保证断电后开关管15迅速进入截止状态，因此再上电时间短。例如，只要泄放电阻R5大小适中，可保证断电后100ms内开关管进入截止状态。

本实施例中，该电路在市电出现异常高压时，可关断低导通电阻开关管，使得变换器处于悬空状态，对变换器内部开关管耐压要求较低，且过压保护动作迅速，且能抑制上电浪涌电流；将过压保护电路和上电浪涌电流抑制电路有机组合，共用功率开关管、供电电路，元件数目少，成本低。从而既解决输入过压保护问题，又能抑制上电浪涌电流。

实施例二

基于上述实施例一，参见图2示出的具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路的另一示意图，本实施例将峰值检测电路并入供电电路得到峰值检测供电电路；峰值检测供电电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、限压偏置电路和第一电容C1；第一二极管D1的正极与市电L端相连，负极分别与限压偏置电路的输入端、第一电容C1的一端、第二二极管D2的负极相连；第二二极管D2的正极与市电N端相连。

也就是说，相较于实施例一，本实施例的不同之处在于：在供电电路11设有两个整流二极管，分别为D1和D2，D1和D2构成全波整流，并可以适当增加滤波电容C1的容量。这样，可以理解成是将峰值检测电路合并到供电电路中，从而可以节省峰值电压保持电容C2，使得输入过压保护电路的元件更少，成本更低，结构更简单。

实施例三

基于上述任一实施例，参见图3示出的具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路的又一示意图，该输入过压保护电路还可以包括第六电阻R6，第六电阻R6的一端分别与第一比较器CP1的反相输入端、第一电阻R1的另一端相连，另一端与低导通电阻开关管15的第三端相连。

在比较器CP1的反相输入端与低导通电阻开关管15的第三端相连，形成正反馈通路，这样可以避免低导通电阻开关管15在输入电压V_IN位于过压保护点附近时可能出现的开、关现象。例如，当输入电压V_IN刚好等于过压保护电压，比较器CP1输出低电平，导致开关管Q关闭，使B点电位升高，通过电阻R6施加到比较器CP1的反相端，使比较器CP1的反相端电位进一步升高，这样即使峰值检测电路峰值电压保持电容C2端电压略有下降，也不会使开关管Q进入导通状态。

进一步地，该输入过压保护电路还可以包括串接于第二二极管D2之前或之后的第七电阻R7。即，第七电阻R7可以一端接着输入端，另一端接第二二极管D2的正极，也可以一端接第二二极管D2的负极，另一端接电容C2的一端。

在雷击电压冲击下，峰值检测电路输出电压大幅升高，造成雷击冲击电压脉冲过后，MOS管不能迅速进入导通状态，在峰值检波二极管D2前或后串联限流电阻R7，以限制峰值检测电路输出电压的升幅。

进一步地，该输入过压保护电路还可以包括防雷器件，防雷器件的两端分别与低导通电阻开关管的第一端和第三端相连。更进一步地，防雷器件为压敏电阻VR或放电管。

例如，如图3所示，为避免在雷击电压冲击下，造成MOS管过压损坏，并给雷击冲击电流通路，在MOS管漏极D与整流桥2负端之间并接压敏电阻VR。这样，在雷击电压冲击下，流过开关管的电流迅速上升，当i_DS×R₄≥V_ref时，比较器CP2输出低电平，MOS管DS极电压迅速升高，当V_BA电压超过压敏电阻VR箝位电压时，压敏电阻VR迅速导通，给雷击冲击电流提供了通路。

实施例四

基于上述任一实施例，参见图4示出的具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路的具体应用示意图，该输入过压电路还可以包括滤波电容C3，滤波电容C3的一端与整流电路2的正端相连，另一端与低导通电阻开关管15的第三端相连；

后级变换器3并接于滤波电容4的两端；后级变换器为DC-DC变换器或Boost拓扑结构的APFC变换器；当后级变换器为APFC变换器时，第一二极管的正极与整流电路的正端相连。

如图4所示，为将该输入过压电路应用于Boost拓扑结构的APFC变换器。图中，整流二极管D1的正极接整流桥2的正端，此时，整流二极管D1起隔离和检波双重作用，防止滤波电容C1通过DC-DC变换器放电。在其他实施例中，整流二极管D1的正极也可接交流输入线的N端或L端。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本实用新型所提供的具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路，其特征在于，包括供电电路、峰值检测电路、峰值电压取样比较电路、上电瞬间开关管电流取样比较电路、第五电阻、低导通电阻开关管和基准电压源；

所述供电电路包括第一二极管、第一电容和限压偏置电路；所述峰值检测电路包括第二二极管和第二电容；所述峰值电压取样比较电路包括第一比较器、第一电阻和第二电阻；所述上电瞬间开关管电流取样比较电路包括第二比较器、第三电阻和第四电阻；

所述第一二极管的正极与市电N端相连，负极分别与所述限压偏置电路的输入端、所述第一电容的一端相连；所述第一电容的另一端与整流电路的负端相连；所述第二二极管的正极与所述整流电路的正端相连，负极与所述第二电容的一端相连；所述第二电容的另一端与所述整流电路的负端相连；

所述第一电阻的一端与所述第二二极管的负极相连，另一端与所述第一比较器的反相输入端相连；所述第二电阻的一端与所述整流电路的负端相连，另一端与所述第一比较器的同相输入端相连；所述第四电阻的一端与所述整流电路的负端相连，另一端分别与所述第三电阻的一端、所述第五电阻的一端、所述低导通电阻开关管的第一端相连；所述第三电阻的另一端与所述第二比较器的反相输入端相连；

所述限压偏置电路的输出端分别与所述第一比较器的输出端、所述第二比较器的输出端、所述第五电阻的另一端和所述低导通电阻开关管的第二端相连；所述低导通电阻开关管的第三端与后级变换器相连；所述输入过压保护电路连接于所述整流电路的负端和后级变换器初级侧公共电位参考点之间；

其中，所述第五电阻为泄放电阻；所述基准电压源用于为所述第一比较器和所述第二比较器提供基准参考电位，且所述第一比较器和所述第二比较器共用同一组基准电压源或分别使用独立的基准电压源。

2.根据权利要求1所述的具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路，其特征在于，将所述峰值检测电路并入所述供电电路得到峰值检测供电电路；所述峰值检测供电电路包括所述第一二极管、所述第二二极管、所述限压偏置电路和所述第一电容；

所述第一二极管的正极与所述市电L端相连，负极分别与所述限压偏置电路的输入端、所述第一电容的一端、所述第二二极管的负极相连；所述第二二极管的正极与市电N端相连。

3.根据权利要求1所述的具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路，其特征在于，还包括第六电阻，所述第六电阻的一端分别与所述第一比较器的反相输入端、所述第一电阻的另一端相连，另一端与所述低导通电阻开关管的第三端相连。

4.根据权利要求1所述的具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路，其特征在于，还包括串接于所述第二二极管之前或之后的第七电阻。

5.根据权利要求1所述的具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路，其特征在于，还包括防雷器件，所述防雷器件的两端分别与所述低导通电阻开关管的第一端和第三端相连。

6.根据权利要求5所述的具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路，其特征在于，所述防雷器件为压敏电阻或放电管。

7.根据权利要求1至6任一项所述的具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路，其特征在于，所述低导通电阻开关管为低导通电阻N沟功率MOS管或低饱和压降IGBT管。

8.根据权利要求7所述的具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路，其特征在于，所述限压偏置电路为无源电路或有源电路。

9.根据权利要求7所述的具有上电浪涌电流抑制功能的输入过压保护电路，其特征在于，当所述后级变换器为APFC变换器时，所述第一二极管的正极与所述整流电路的正端相连。