CN207652028U - 一种开关电源电路及其保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种保护电路，其包括采样电路、反馈电路以及控制电路。其中，采样电路连接至开关电源的输出端以检测相应的输出电压；反馈电路连接至采样电路，用于根据采样电路所检测到的输出电压输出一反馈信号；控制电路包括一打嗝延时单元和一开关单元，打嗝延时单元连接于反馈电路和开关单元之间，用于根据反馈电路的反馈信号来延时启动开关单元，开关单元连接于打嗝延时单元和开关电源之间，用于控制开关电源中的控制芯片的启动和关闭。本实用新型的保护电路可以在开关电源输出异常时实现对开关电源的保护，电路结构简单，成本低，可靠性高。同时，本实用新型还公开了一种具有上述保护电路的开关电源电路。

Description

一种开关电源电路及其保护电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种开关电源电路及其保护电路。

背景技术

电源作为一切电子产品的供电设备，除了性能要满足供电产品的要求外，其自身的保护措施也非常重要，电路的电压过大，不但容易对元器件造成损坏，还会使整个电子产品不能正常工作，甚至烧毁电路。随着安全规范(IEC/UL等)在产品中的普及和应用，越来越多的开关电源增加了开关电源保护电路，电路保护形式也多种多样。随着开关电源的不断发展，对开关电源的可靠性要求越来越高。例如专利号为CN201420863826.6所公开的过压保护电路中，此电路过压时通过断开开关管Q3实现后级的过压保护。该电路复杂，功能单一，且最大的问题是，此路电压仍然是过压状态，仅切断了后级的电压，可靠性较低。

鉴于此，有必要提供一种保护电路及具有该保护电路的开关电源电路来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种用于开关电源的保护电路，旨在解决现有技术中保护电路结构复杂且可靠性较低的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种保护电路，用于连接在开关电源的输入端与输出端之间，其包括：一采样电路、一反馈电路以及一控制电路，所述采样电路连接至所述开关电源的输出端以检测相应的输出电压；所述反馈电路连接至所述采样电路，用于根据所述采样电路所检测到的输出电压输出一反馈信号；所述控制电路包括一打嗝延时单元和一开关单元，所述打嗝延时单元连接于所述反馈电路和所述开关单元之间，用于根据所述反馈电路的反馈信号来延时启动所述开关单元，所述开关单元连接于所述打嗝延时单元和所述开关电源之间，用于控制所述开关电源中的控制芯片的启动和关闭。

进一步地，所述采样电路包括第一采样单元和/或第二采样单元，其中，

所述第一采样单元的输入端连接至所述开关电源的输出端，其输出端连接至所述反馈电路，用于匹配电路的过压点；

所述第二采样单元的输入端连接至所述开关电源的输出端，其输出端连接至所述反馈电路，用于匹配电路的欠压点和短路点。

进一步地，所述第一采样单元包括第三稳压二极管、第九电阻、以及第三开关管；所述第三稳压二极管的负极通过所述第九电阻连接至所述开关电源的输出端，所述第三稳压二极管的正极与所述第三开关管的基极连接，所述第三稳压二极管与公共端之间还连接有一第一滤波单元，所述第三开关管的发射极连接至所述公共端，所述第三开关管的集电极连接至所述反馈电路的输入端。

进一步地，所述第二采样单元包括第二稳压二极管以及第七电阻，所述第二稳压二极管的负极通过所述第七电阻连接至所述开关电源的输出端，所述第二稳压二极管的正极连接至所述反馈电路的输入端，所述第二稳压二极管与公共端之间连接有一第二滤波单元。

进一步地，所述反馈电路包括光电耦合器、电容隔离芯片、电磁隔离芯片以及比较器中的任意一种，所述反馈电路的输入端连接至所述采样电路的输出端，所述反馈电路的输出端连接至所述打嗝延时单元的输入端。

进一步地，所述打嗝延时单元包括第四电阻、第二电容以及第一二极管，所述第一二极管的负极与所述开关电源的控制芯片连接，所述第一二极管的正极通过所述第二电容与地连接，所述第四电阻与所述第一二极管并联。

进一步地，所述开关单元包括第一开关单元、第二开关单元以及放电单元，其中，所述第一开关单元连接于所述打嗝延时单元和所述第二开关单元之间，用于控制所述第二开关单元的导通；所述放电单元连接于所述第二开关单元和所述开关电源之间，用于在所述第二开关单元导通时拉低所述开关电源中控制芯片的电压。

进一步地，所述第一开关单元包括第一稳压二极管，所述第一稳压二极管的负极与所述打嗝延时单元的输出端连接，所述第一稳压二极管的正极与地之间连接有一第三滤波单元；

所述放电单元包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻串联，所述第一电阻连接至所述开关电源中的控制芯片；

所述第二开关单元包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的集电极和所述第二开关管的基极同时与所述第一稳压管的正极连接，所述第一开关管的基极和所述第二开关管的集电极同时与第二电阻连接，所述第一开关管的发射极经一第三电阻连接至第一电阻和第二电阻之间，所述第二开关管的发射极接地。

进一步地，所述放电单元连接至所述开关电源中控制芯片的供电脚或者误差放大器输出脚，以控制引脚的电压从而控制所述控制芯片的启动或关闭。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种具有保护电路的开关电源电路，其包括：开关电源以及上述保护电路，所述保护电路连接于所述开关电源的输入端与输出端之间。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型通过采样电路检测相应的输出电压信号经过反馈电路反馈到控制电路，再由控制电路中的打嗝延时单元根据反馈电路反馈的反馈信号来延时启动控制电路中的开关单元，最后通过开关单元控制开关电源中的控制芯片的启动或关闭从而完成开关电源的保护，可以在开关电源输出异常时实现对开关电源的保护，电路结构简单，成本低，可靠性高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的保护电路的方框原理图；

图2是本实用新型实施例提供的保护电路的电路结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的开关电源电路中的变压器二次侧绕组输出电路示意图；

图4展示了本实用新型实施例提供的开关电源电路中的电流型PWM控制芯片及其局部外围电路。

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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

参照图1、图2，本实施例提供的保护电路用于连接在一开关电源10的输入端与输出端之间以对该开关电源10提供电路保护。如图所示，所述保护电路100包括采样电路20、反馈电路30以及控制电路40；其中，所述采样电路20连接至所述开关电源10的输出端以检测相应的输出电压；所述反馈电路30连接至所述采样电路10，用于根据所述采样电路20所检测到的输出电压输出一反馈信号；所述控制电路40包括一打嗝延时单元41和一开关单元42，所述打嗝延时单元41连接于所述反馈电路30和所述开关单元42之间，用于根据所述反馈电路30的反馈信号来延时启动所述开关单元42，所述开关单元42连接于所述打嗝延时单元41和所述开关电源10之间，用于控制所述开关电源10中的控制芯片的启动和关闭。通过以上设计，可以以简单的结构实现对所述开关电源10的有效保护。

在一实施例中，所述采样电路20包括第一采样单元21和/或第二采样单元21，其中，所述第一采样单元21的输入端连接至所述开关电源10的输出端，其输出端连接至所述反馈电路30，用于匹配电路的过压点；所述第二采样单元22的输入端连接至所述开关电源10的输出端，其输出端连接至所述反馈电路30，用于匹配电路的欠压点和短路点，在本实施例中，同时集成了第一采样单元和第二采样单元，能够实现过压、欠压以及短路保护功能。

在一实施例中，例如本实施例中，所述第一采样单元21包括第三稳压二极管Z3、第九电阻R9、以及第三开关管Q3；所述第三稳压二极管Z3的负极通过所述第九电阻R9连接至所述开关电源10的输出端，所述第三稳压二极管Z3的正极与所述第三开关管Q3的基极连接，所述第三稳压二极管Z3与公共端之间还连接有一第一滤波单元，所述第三开关管Q3的发射极连接至所述公共端，所述第三开关管Q3的集电极连接至所述反馈电路30的输入端，在本实施例中，所述第一滤波单元为并联的第九电阻R9和第四电容C4。

在一实施例中，例如本实施例中，所述第二采样单元22包括第二稳压二极管Z2以及第七电阻R7，所述第二稳压二极管Z3的负极通过所述第七电阻R7连接至所述开关电源10的输出端，所述第二稳压二极管Z2的正极连接至所述反馈电路30的输入端，所述第二稳压二极管Z2与公共端之间连接有一第二滤波单元，在本实施例中，所述第二滤波单元为并联的第八电阻R8和第三电容C3。

在一实施例中，例如本实施例中，所述反馈电路30包括光电耦合器、电容隔离芯片、电磁隔离芯片以及比较器中的任意一种，所述反馈电路30的输入端连接至所述采样电路20的输出端，所述反馈电路30的输出端连接至所述打嗝延时单元41的输入端，在本实施例中，所述反馈电路30为光耦PC1，所述反馈电路30的输入端为所述光耦PC1的原边，所述反馈电路30的输出端为所述光耦PC1的副边，具体地，所述光耦PC1的原边输入端连接至所述第二稳压二极管Z2与所述第二滤波单元之间，所述光耦PC1的副边与第二电容C2并联，所述光耦PC1的副边输出端经过第六电阻R6接地。可理解地，所述反馈电路30可根据实际需要而选择不同的器件来实现，例如在其它实施例中，也可采用隔离器例如电容隔离器来取代所述光耦PC1，而在电路无需隔离功能的情况下，也可采用比较器来取代所述光耦PC1。

在一实施例中，例如本实施例中，所述打嗝延时单元41包括第四电阻R4、第二电容C2以及第一二极管D1，所述第一二极管D1的负极与所述开关电源10的控制芯片连接，所述第一二极管D1的正极通过所述第二电容C2与地连接，所述第四电阻R4与所述第一二极管D1并联，在本实施例中，所述打嗝延时单元41连接到所述开关电源10中控制芯片的参考电压脚，以获取用于对第二电容C2充电的电压，也可以是从控制芯片的电源脚中获取。

在一实施例中，例如本实施例中，所述开关单元42包括第一开关单元42a、第二开关单元42b以及放电单元42c，其中，所述第一开关单元42a连接于所述打嗝延时单元41和所述第二开关单元42b之间，用于控制所述第二开关单元42b的导通；所述放电单元42c连接于所述第二开关单元42b和所述开关电源10之间，用于在所述第二开关单元42b导通时拉低所述开关电源10中控制芯片的电压，具体地是通过释放所述开关电源10中控制芯片的供电端电容的能量，从而下拉所述开关电源10的供电电压，最终达到关闭开关电源10的目的。

在一实施例中，例如本实施例中，所述第一开关单元42a包括第一稳压二极管Z1，所述第一稳压二极管Z1的负极与所述打嗝延时单元41的输出端连接，所述第一稳压二极管Z1的正极与地之间连接有一第三滤波单元，在本实施例中，所述第三滤波单元为并联的第一电容C1和第五电阻R5；所述放电单元42c包括第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1和第二电阻R2串联，所述第一电阻R1连接至所述开关电源10中的控制芯片；所述第二开关单元42b包括第一开关管Q1和第二开关管Q2，所述第一开关管Q1的集电极和所述第二开关管Q2的基极同时与所述第一稳压管Z1的正极连接，所述第一开关管Q1的基极和所述第二开关管Q2的集电极同时与第二电阻R2连接，所述第一开关管Q1的发射极经一第三电阻R3连接至第一电阻R1和第二电阻R2之间，所述第二开关管Q2的发射极接地，在本实施例中，所述第一开关管Q1为NPN管，所述第二开关管Q2为PNP管。

在一实施例中，例如本实施例中，所述开关电源10选用电流型PWM控制芯片，例如选用型号为UC3844的芯片，所述电流型PWM控制芯片UC3844的输入端与所述放电单元42c中的第一电阻R1连接，在开关电源输出异常时通过第一电阻R1和第二电阻R2拉低控制芯片供电端的电压，使其低于芯片的启动电压从而关闭控制芯片；所述第一电阻R1还可以与控制芯片的误差放大器输出脚连接也能实现同样的效果，所述电流型PWM控制芯片UC3844的参考电压脚与所述打嗝延时单元41中的第四电阻R4连接以提供一电压给第二电容C2充电。

在一实施例中，例如本实施例中，图2中的24V_ELV是本电路正常的工作电压，本电路仅以24V电压举例说明，并不限于24V电压，图3所示的是本电路变压器的二次侧绕组输出电路。

在一实施例中，例如本实施例中，可根据需求来调整本电路的过压点Vg和欠压点Vq。

请参照图2至图4，下面对本实施例中保护电路的几种工作状态进行简单说明。

正常工作时：此时开关电源输出电压在设置的欠压点Vq和过压点Vg之间时，由于所述第二稳压二极管Z2的击穿电压低于所述第三稳压管Z3的击穿电压，所以正常工作时第二稳压二极管Z2导通，而此时第三稳压二极管Z3和第三开关管Q3关断，从而使光耦PC1的原边导通，光耦PC1的副边短路，从而无法导通第一稳压二极管Z1，第一开关管Q1和第二开关管Q2关断，此时开关电源持续正常工作。

过压时：此时开关电源输出电压大于过压点Vg，第三稳压二极管Z3导通，使第三开关管Q3导通，致使光耦PC1原边无法导通，进而光耦PC1副边开路，此时UC3844的基准电压VREF_5V经过第四电阻R4对第二电容C2充电，当第二电容C2两端的电压达到第一稳压二极管Z1的稳压值时，第一稳压二极管Z1导通，进而第二开关管Q2导通；此时，通过第一电阻R1和第二电阻R2迅速释放掉UC3844供电端电容C47的能量，使UC3844供电电压小于芯片启动电压，从而使UC3844停止工作，即UC3844关闭PWM输出，同时也关闭基准电压VREF_5V，其中，UC3844的外围局部电路如图4所示，图4所示的UC3844外围局部电路是本领域技术人员所熟知的，在此不再赘述；在此过程中，第二开关管Q2导通时，第一开关管Q1也会导通，第一开关管Q1和第二开关管Q2相互维持导通，UC3844供电电压被拉低，直到当供电电压降低到不足以维持第一开关管Q1和第二开关管Q2导通时，第一开关管Q1和第二开关管Q2关断，此时开关电源又会重新启动；此放电时间很短，为了控制开关电源的重新启动时间，可以调整第二电容C2、第五电阻R5、第一电容C1的参数以及第一稳压二极管Z1的稳压值，只要能够使第二开关管Q2的Vbe大于导通电压，第二开关管Q2就能够一直导通，从而一直拉低UC3844的供电电压，延长开关电源10的重新启动时间，开关电源10重新启动后，若此时故障还没有消除，保护电路又开始动作，进入往复打嗝的状态；其中，所述打嗝延时单元41的延时时间是由第四电阻R4、第二电容C2、第五电阻R5、第一电容C1以及第一稳压二极管Z1共同确定。其中第四电阻R4和第二电容C2确定过压时的保护动作时间；第二电容C2、第五电阻R5、第一电容C1和第一稳压二极管Z1的稳压值共同确定开关电源的重新启动时间。

欠压或短路时：此时开关电源输出电压小于欠压点Vq，第二稳压二极管Z2截止，从而使光耦PC1的原边无法导通，进而光耦PC1的副边开路，重复过压时的保护过程，从而保护后级电路。

本实用新型实施例保护电路，通过采样电路检测相应的输出电压信号经过反馈电路反馈到控制电路，再由控制电路中的打嗝延时单元根据反馈电路反馈的反馈信号来延时启动控制电路中的开关单元，最后通过开关单元控制开关电源中的控制芯片的启动或关闭从而完成开关电源的保护，可以在开关电源输出异常时实现对开关电源的保护，电路结构简单，成本低，可靠性高。

本实用新型实施例还提供了一种开关电源电路，包括开关电源10以及保护电路100，所述保护电路100为以上实施例中的保护电路100，所述开关保护电路100连接于所述开关电源10的输入端与输出端之间。具体地，如上述实施例所描述，开关电源10中的控制芯片可采用电流型PWM控制芯片UC3844来实现，当采样电路检测到输出电压出现异常时，保护电路100中的所述打嗝延时单元41根据反馈电路30的反馈信号来延时启动开关单元42，所述开关单元42可通过下拉电流型PWM控制芯片UC3844的供电电压而达到关闭电源的目的，从而实现良好的保护效果。

本实用新型实施例通过设置第一、第二采样单元来分别检测过压、欠压以及短路信号，经过反馈电路反馈到控制电路，再由控制电路根据反馈电路反馈的反馈信号来控制开关电源的开启或关闭，完成开关电源的保护。本实用新型的保护电路以简单的结构设计同时实现过压保护、欠压保护以及短路保护等多种保护功能，能够很好地满足市场要求，带来良好的经济效益。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种保护电路，用于连接在开关电源输出端，其特征在于，包括：

采样电路，用于检测所述开关电源的输出端的输出电压；

反馈电路，所述反馈电路连接至所述采样电路，用于根据所述采样电路所检测到的输出电压输出一反馈信号；以及

控制电路，所述控制电路包括一打嗝延时单元和一开关单元，其中，

所述打嗝延时单元连接于所述反馈电路和所述开关单元之间，用于根据所述反馈电路的反馈信号来延时启动所述开关单元，

所述开关单元连接于所述打嗝延时单元和所述开关电源之间，用于控制所述开关电源中的控制芯片的启动和关闭。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述采样电路包括第一采样单元和/或第二采样单元，其中，

所述第一采样单元的输入端连接至所述开关电源的输出端，其输出端连接至所述反馈电路，用于匹配电路的过压点；

所述第二采样单元的输入端连接至所述开关电源的输出端，其输出端连接至所述反馈电路，用于匹配电路的欠压点和短路点。

3.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述第一采样单元包括第三稳压二极管、第九电阻、以及第三开关管；所述第三稳压二极管的负极通过所述第九电阻连接至所述开关电源的输出端，所述第三稳压二极管的正极与所述第三开关管的基极连接，所述第三稳压二极管与公共端之间还连接有一第一滤波单元，所述第三开关管的发射极连接至所述公共端，所述第三开关管的集电极连接至所述反馈电路的输入端。

4.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述第二采样单元包括第二稳压二极管以及第七电阻，所述第二稳压二极管的负极通过所述第七电阻连接至所述开关电源的输出端，所述第二稳压二极管的正极连接至所述反馈电路的输入端，所述第二稳压二极管与公共端之间连接有一第二滤波单元。

5.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述反馈电路包括光电耦合器、电容隔离芯片、电磁隔离芯片以及比较器中的任意一种，所述反馈电路的输入端连接至所述采样电路的输出端，所述反馈电路的输出端连接至所述打嗝延时单元的输入端。

6.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述打嗝延时单元包括第四电阻、第二电容以及第一二极管，所述第一二极管的负极与所述开关电源的控制芯片连接，所述第一二极管的正极通过所述第二电容与地连接，所述第四电阻与所述第一二极管并联。

7.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述开关单元包括第一开关单元、第二开关单元以及放电单元，其中，

所述第一开关单元连接于所述打嗝延时单元和所述第二开关单元之间，用于控制所述第二开关单元的导通；

所述放电单元连接于所述第二开关单元和所述开关电源之间，用于在所述第二开关单元导通时拉低所述开关电源中控制芯片的电压。

8.根据权利要求7所述的保护电路，其特征在于，

所述第一开关单元包括第一稳压二极管，所述第一稳压二极管的负极与所述打嗝延时单元的输出端连接，所述第一稳压二极管的正极与地之间连接有一第三滤波单元；

所述放电单元包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻串联，所述第一电阻连接至所述开关电源中的控制芯片；

所述第二开关单元包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的集电极和所述第二开关管的基极同时与所述第一稳压管的正极连接，所述第一开关管的基极和所述第二开关管的集电极同时与第二电阻连接，所述第一开关管的发射极经一第三电阻连接至第一电阻和第二电阻之间，所述第二开关管的发射极接地。

9.根据权利要求7所述的保护电路，其特征在于，所述放电单元连接至所述开关电源中控制芯片的供电脚或者误差放大器输出脚，以控制引脚的电压从而控制所述控制芯片的启动或关闭。

10.一种开关电源电路，其特征在于，包括：开关电源以及保护电路，所述保护电路为权利要求1-9任一项所述的保护电路，所述保护电路连接于所述开关电源的输入端与输出端之间。