CN207625286U - 开关电源的电压保护电路以及开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开关电源的电压保护电路以及开关电源，涉及电力技术领域，其中的保护电路包括：继电器；继电器的常闭触点设置在开关电源的次级侧电路中，继电器的励磁线圈与次级侧电路电连接；在变压器初级侧绕组与变压器次级侧绕组发生隔离失效并使次级侧电路上的次级侧电压为变压器初级侧绕组的输入电压时，次级侧电压用于对励磁线圈提供励磁电压，断开常闭触点，用以切断次级侧电路。本实用新型的电压保护电路以及开关电源，能够在变压器初级侧绕组与次级侧绕组发生短接等隔离失效时，通过保护电路的继电器切断次级侧电路以及与后端负载的连接，可起到保护人员安全、后端负载的作用；提高了产品智能化，提升了用户的使用感受。

Description

开关电源的电压保护电路以及开关电源

技术领域

本实用新型涉及电力技术领域，尤其涉及一种开关电源的电压保护电路以及开关电源。

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。开关电源有多种类型，例如正激、反激式的单端开关电源等。开关电源中的变压器的初级侧绕组连接属强电范围的母线电位，次级侧绕组一般输出的直流电压属弱电范畴。初级侧绕组与次级侧绕组通过磁耦合隔离，当出现变压器初级侧绕组与变压器次级侧绕组发生短接等异常情形时，则发生强电接入开关电源的次级侧电路的情况，会存在伤害实验人员人身安全的风险。例如，实验人员上电实验时往往会接触开关电源次级侧的元器件，如若变压器初级侧绕组与变压器次级侧绕组发生短接，则母线的高直流电压可能会造成安全事故。当出现变压器初级侧绕组与变压器次级侧绕组发生短接等异常情形时，也会存在击穿与变压器次级侧绕组连接的负载的可能。例如，负载为信号隔离芯片，在变压器初级侧绕组与变压器次级侧绕组发生短接时，母线的高直流电压会随次级侧电路连到信号隔离芯片上，如果信号隔离芯片另一侧的电源地为母线参考点，则该信号隔离芯片有被击穿的可能。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的一个技术问题是提供一种开关电源的电压保护电路以及开关电源，能够在变压器初级侧绕组与次级侧绕组发生短接等隔离失效时，通过继电器切断次级侧电路起到保护作用。

根据本实用新型的一个方面，提供一种开关电源的电压保护电路，包括：继电器；所述继电器的常闭触点设置在开关电源的次级侧电路中，所述继电器的励磁线圈与所述次级侧电路电连接；在变压器初级侧绕组与变压器次级侧绕组发生隔离失效并使所述次级侧电路上的次级侧电压为所述变压器初级侧绕组的输入电压时，所述次级侧电压用于对所述励磁线圈提供励磁电压，断开所述常闭触点，用以切断所述次级侧电路。

可选地，包括：稳压电路单元；所述励磁线圈通过所述稳压电路单元与所述次级侧电路电连接；其中，所述次级侧电压为所述稳压电路单元的输入电压，所述稳压电路单元的输出电压用于对所述励磁线圈提供所述励磁电压。

可选地，包括：限流电阻；所述稳压电路单元通过所述限流电阻与所述次级侧电路电连接。

可选地，所述稳压电路单元包括：可控精密稳压源；其中，所述可控精密稳压源输出的参考电压作为所述输出电压的参考电压。

可选地，所述稳压电路单元包括：第一分压配比电阻和第二分压配比电阻；所述第一分压配比电阻的第一端分别与所述励磁线圈的第一端、所述可控精密稳压源的阴极和所述限流电阻连接；所述第一分压配比电阻的第二端分别与所述可控精密稳压源的参考极和所述第二分压配比电阻的第一端连接；所述第二分压配比电阻的第二端分别与所述可控精密稳压源的阳极和所述励磁线圈的第二端连接。

可选地，所述输出电压V_o＝U_r*(1+R₂/R₃)；其中，Ur为所述可控精密稳压源输出的参考电压，R₂为所述第一分压配比电阻的电阻值，R₃为所述第二分压配比电阻的电阻值。

可选地，在所述次级侧电路中设置有与所述变压器次级侧绕组并联的电容，所述常闭触点设置在所述电容和所述变压器次级侧绕组之间。

可选地，所述继电器的常闭触点的数量为两个，两个所述常闭触点分别设置在所述次级侧电路中的第一线路和第二线路上，其中，所述第一线路和所述第二线路分别与所述变压器次级侧绕组的两端连接。

根据本实用新型的另一方面，提供一种开关电源，包括：如上所述的开关电源的电压保护电路。

本实用新型的开关电源的电压保护电路以及开关电源，继电器的常闭触点设置在次级侧电路中，励磁线圈与次级侧电路电连接；在变压器绕组发生隔离失效并使次级侧电压为变压器初级侧绕组的输入电压时，次级侧电压用于对励磁线圈提供励磁电压，断开常闭触点，用以切断次级侧电路；能够在变压器初级侧绕组与次级侧绕组发生短接等隔离失效时，通过保护电路的继电器切断次级侧电路以及与后端负载的连接，可起到保护实验人员安全、后端负载的作用；提高了产品智能化，提升了用户的使用感受。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本实用新型的开关电源的电压保护电路的一个实施例的示意图；

图2为根据本实用新型的开关电源的电压保护电路的另一个实施例的示意图；

图3为根据本实用新型的开关电源的电压保护电路的一个实施例中的接入负载的示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本实用新型进行更全面的描述，其中说明本实用新型的示例性实施例。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。下面结合各个图和实施例对本实用新型的技术方案进行多方面的描述。

下文中的“第一”、“第二”等仅用于描述上相区别，并没有其它特殊的含义。

如图1所示，本实用新型提供一种开关电源的电压保护电路，开关电源可以为单端式开关电源等。电压保护电路包括继电器KM。继电器是一种电控制器件，是当输入量(激励量)的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。次级侧电路为开关电源的弱电端，继电器KM的常闭触点S₁和常闭触点S₂设置在开关电源的次级侧电路中，继电器KM的励磁线圈与次级侧电路电连接，次级侧电压可以对继电器KM的励磁线圈供电。继电器KM的励磁线圈以及常闭触点与次级侧电路可以有多种设置、连接方式。

常闭触点S₁和常闭触点S₂为继电器KM中的两个常闭触点，励磁线圈和常闭触点S₁和常闭触点S₂都设置在继电器KM内部。常闭触点S₁和常闭触点S₂的通断是由继电器KM的励磁线圈控制的，如果在励磁线圈上加载了励磁电压，则常闭触点S₁和常闭触点S₂断开。

在变压器初级侧绕组12与变压器次级侧绕组13发生隔离失效并使次级侧电路上的次级侧电压为变压器初级侧绕组12的输入电压时，次级侧电压对继电器KM的励磁线圈提供励磁电压，断开常闭触点S₁和常闭触点S₂，切断次级侧电路，用以切断次级侧电路，起到保护效果。

可以设置稳压电路单元11，继电器KM的励磁线圈通过稳压电路单元11与次级侧电路电连接，次级侧电压为稳压电路单元11的输入电压，稳压电路单元11的输出电压用于对励磁线圈提供励磁电压。

在一个实施例中，如图2所示，变压器可以为高频变压器。次级侧电路包括有变压器次级侧绕组13以及其它线路。在次级侧电路中设置有与变压器次级侧绕组13并联的电容17，电容17即为次级侧电路的支撑电容。常闭触点S₁和常闭触点S₂可以设置在电容17和变压器次级侧绕组13之间，即在电容17前端连接具有双常闭触点的继电器KM。

常闭触点S₁和常闭触点S₂分别设置在次级侧电路中的第一线路15和第二线路16上，第一线路15和第二线路16分别与变压器次级侧绕组13的两端连接。

稳压电路单元可以通过限流电阻R1与次级侧电路电连接，稳压电路单元11可以有多种实现方式。稳压电路单元11包括可控精密稳压源K，可控精密稳压源也可以称为精密稳压源。可控精密稳压源K的输出参考电压可以作为稳压电路单元的输出电压的参考电压。可控精密稳压源可以有多种，例如为TL431等。继电器KM的励磁线圈可以作为以可控精密稳压源(如TL431)为核心的稳压电路单元的负载。当开关电源的变压器初级侧绕组12与次级侧绕组13发生短接时，变压器初级侧绕组12的输入电压为母线电压，母线电压为稳压电路单元的输入电压，此时输出电压Vo可给继电器KM的励磁线圈通电，拉开常闭触点S₁和常闭触点S₂，起到保护的效果。

如图2所示，稳压电路单元包括第一分压配比电阻R₂和第二分压配比电阻R₃。第一分压配比电阻R₂的第一端分别与继电器KM的励磁线圈的第一端、可控精密稳压源K的阴极、限流电阻R₁连接，即第一分压配比电阻R₂的第一端并接有继电器KM的励磁线圈的第一端、可控精密稳压源K的阴极、限流电阻R₁。第一分压配比电阻R₂的第二端分别与可控精密稳压源K的参考极和第二分压配比电阻R₃的第一端连接，即第一分压配比电阻R₂的第二端并接有可控精密稳压源K的参考极和第二分压配比电阻R₃的第一端。

第二分压配比电阻R₃的第二端分别与可控精密稳压源K的阳极和继电器KM的励磁线圈的第二端连接,即第二分压配比电阻R₃的第二端并接有可控精密稳压源K的阳极和继电器KM的励磁线圈的第二端。该稳压电路单元输出的参考点为开关电源母线大电容的负极点，为图2中的GND。

S为开关电源的功率开关管，T为隔离变压器，二极管14为开关电源输出整流二极管。开关电源的变压器初级侧输入大电容的端电压U_I即为母线电压，设P点为变压器初级侧绕组12的动点。如果开关电源输入220V/50Hz的市电，经单相桥式不控整流电路后，变压器初级侧输入大电容的端电压U_I为311V(220^＊1.414)。

如果电路发生异常，变压器的初级侧绕组12与次级侧绕组13发生短接，即隔离失效，Up¹为P¹点相对GND的电压，此时P点与P¹点相对于GND电位相同，为母线电压U_I，该高电压U_I可能会对实验人员的人身安全造成隐患。如图3所示，开关电源的次级侧电路后端连接的信号隔离芯片有被击穿的可能。

稳压电路单元的输出电压为Vo，Vo为继电器KM的励磁线圈提供电流，Vo的值可通过第一分压配比电阻R₂和第二分压配比电阻R₃的电阻值与可控精密稳压源K进行设置，可将Vo设置为可使继电器KM动作的最佳工作电压。

V_o＝U_r ^＊(1+R₂/R₃) (1－1)；

Ur为可控精密稳压源K输出的参考电压。Vo在第二分压配比电阻R₃上的分压与可控精密稳压源K的精密电压进行比较，根据电压误差，流经可控精密稳压源K的电流会发生变化，最终调节Vo值，起到稳压效果。Vo、R1、R2、R3的取值根据继电器KM的电器等级确定。

稳压电路单元的输入电压Up¹发生波动，例如Up¹增大，输出电压Vo也会随之增大，可控精密稳压源K通过调整后，使电流发生变化，使流过限流电阻R₁的电流加大，则R₁的压降增大，因此输出电压Vo会减小，实现稳压输出。当Up¹减小时，稳压调节的原理相同。

当变压器次级侧电路中额电压为母线高压时，母线电位Up会存在一定波动，通过稳压电路单元后输出的Vo可基本稳定在可使继电器动作的最佳工作电压，KM工作的可靠性高。当变压器初级侧绕组12与变压器次级侧绕组13隔离时，母线电位Up为稳压电路单元的输入电压，此时稳压电路单元的输出电压Vo会给继电器KM的励磁线圈提供励磁电压，拉开继电器KM的两个常闭触点S1及S2，消除安全隐患。

在一个实施例中，本实用新型提供一种开关电源，包括如上任一实施例中的开关电源的电压保护电路。

上述实施例中的开关电源的电压保护电路以及开关电源，继电器的常闭触点设置在次级侧电路中，励磁线圈与次级侧电路电连接；在变压器绕组发生隔离失效并使次级侧电压为变压器初级侧绕组的输入电压时，次级侧电压用于对励磁线圈提供励磁电压，断开常闭触点，用以切断次级侧电路；能够在变压器初级侧绕组与次级侧绕组发生短接等隔离失效时，通过保护电路的继电器切断次级侧电路以及与后端负载的连接，可起到保护实验人员安全、后端负载的作用；提高了产品智能化，提升了用户的使用感受。

可能以许多方式来实现本实用新型的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本实用新型的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本实用新型的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本实用新型实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本实用新型的方法的机器可读指令。因而，本实用新型还覆盖存储用于执行根据本实用新型的方法的程序的记录介质。

本实用新型的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (9)

1.一种开关电源的电压保护电路，其特征在于，包括：

继电器；所述继电器的常闭触点设置在开关电源的次级侧电路中，所述继电器的励磁线圈与所述次级侧电路电连接；在变压器初级侧绕组与变压器次级侧绕组发生隔离失效并使所述次级侧电路上的次级侧电压为所述变压器初级侧绕组的输入电压时，所述次级侧电压用于对所述励磁线圈提供励磁电压，断开所述常闭触点，用以切断所述次级侧电路。

2.如权利要求1所述的电压保护电路，其特征在于，包括：

稳压电路单元；所述励磁线圈通过所述稳压电路单元与所述次级侧电路电连接；其中，所述次级侧电压为所述稳压电路单元的输入电压，所述稳压电路单元的输出电压用于对所述励磁线圈提供所述励磁电压。

3.如权利要求2所述的电压保护电路，其特征在于，包括：

限流电阻；所述稳压电路单元通过所述限流电阻与所述次级侧电路电连接。

4.如权利要求3所述的电压保护电路，其特征在于，

所述稳压电路单元包括：可控精密稳压源；其中，所述可控精密稳压源输出的参考电压作为所述输出电压的参考电压。

5.如权利要求4所述的电压保护电路，其特征在于，

所述稳压电路单元包括：第一分压配比电阻和第二分压配比电阻；所述第一分压配比电阻的第一端分别与所述励磁线圈的第一端、所述可控精密稳压源的阴极和所述限流电阻连接；所述第一分压配比电阻的第二端分别与所述可控精密稳压源的参考极和所述第二分压配比电阻的第一端连接；所述第二分压配比电阻的第二端分别与所述可控精密稳压源的阳极和所述励磁线圈的第二端连接。

6.如权利要求5所述的电压保护电路，其特征在于，

所述输出电压V_o＝U_r*(1+R₂/R₃)；其中，Ur为所述可控精密稳压源输出的参考电压，R₂为所述第一分压配比电阻的电阻值，R₃为所述第二分压配比电阻的电阻值。

7.如权利要求1所述的电压保护电路，其特征在于，

在所述次级侧电路中设置有与所述变压器次级侧绕组并联的电容，所述常闭触点设置在所述电容和所述变压器次级侧绕组之间。

8.如权利要求1所述的电压保护电路，其特征在于，

所述继电器的常闭触点的数量为两个，两个所述常闭触点分别设置在所述次级侧电路中的第一线路和第二线路上，其中，所述第一线路和所述第二线路分别与所述变压器次级侧绕组的两端连接。

9.一种开关电源，其特征在于，包括：

如权利要求1至8任一项所述的开关电源的电压保护电路。