CN207994945U - 一种高性能的安全控制电路及应用其的开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高性能的安全控制电路及应用其的开关电源，该控制电路由高压开关K1、低压开关K2，与非门、二极管D5、电压检测电路依照电性连接组成。本实用新型能够通过电路中对输入线电压端口的控制，有效地让系统在断开线电压输入的时候快速泄放掉线电压输入端口的电荷，保障了用户用电设备及人身的安全性，同时该实用新型也提供了线输入欠压保护功能，具备较好的市场应用前景。另外，本实用新型允许用户通过所述的Line脚位信号自主设定含有本实用新型的开关电源系统的线输入欠压保护阈值。

Description

一种高性能的安全控制电路及应用其的开关电源

技术领域

本实用新型属于电源领域，具体涉及一种高性能的安全控制电路及应用其的开关电源。

背景技术

电源作为所有电子产品的供电设备，需要满足在更加严格的安全标准，传统开关电源系统为了满足输入断电后的输入端口安全要求，采用并联在端口的泄电电阻对滤波电容进行放电，因而带来了额外的功率损耗又让开关电源系统无法满足日益严苛的待机功耗标准。为了满足当今待机功耗标准，大幅度提高并联在线输入端口的泄电电阻，又带来了极大的安全隐患。

传统开关电源转换器如图1所述，图1描绘了一种基于传统的脉宽调制技术的电源转换器100。通过将变压器TR1的辅助线圈中的电压分压后进行采样至电源转换器100的FB端口来产生脉冲宽度变化的方波信号（Vsw）控制功率晶体管（M1）的开启和关闭，通过过流比较器产生过流信号关断M1。开关电源系统为了在系统断电后的极短时间内，滤波电容Cx上的电量泄放掉，使得开关电源的输入端口处于人体安全电压范围内，与Cx并联了电阻Rx1和Rx2，Rx1和Rx2负责在输入断电后对Cx电容在极短时间内泄电完毕。这种传统技术导致待机功耗大幅度增加，满足不了国际能效要求。另外，开关电源系统的输入电压范围规范为90~264VAC范围，而传统开关电源系统无法避免在输入远低于90VAC时工作。

所以有必要采取特殊技术控制开关电源系统在线电压输入断电条件下，能够快速地泄放掉电容Cx的电量，并且还能保证系统待机功耗满足国际能效要求。另外，也有必要采用特殊技术控制开关电源系统在线输入电压远低于90VAC情况下避免再工作，保护用电设备的安全性。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供一种高性能的安全控制电路，可应用于开关电源等，通过电路中对线输入电压的检测和对输入端口滤波电容上电量的控制以及对外部功率管的控制，有效地让系统的断电后线输入端口更安全，也让系统在极低的输入线电压时避免工作，保障了用户用电设备的安全性。

本实用新型的目的是这样实现的：一种高性能的安全控制电路，其特征在于： 包括第一端HV，第二端VCC，第三端BNO，第四端Line、第五端UVLO、高压开关K1、低压开关K2，与非门、二极管D5以及电压检测电路；所述高压开关K1的第一端接第一端HV，其第二端接所述与非门的第三端，其第三端分别接所述低压开关K2的第一端及所述二极管D5的阳极；所述低压开关K2的第一端分别接所述高压开关K1的第三端及所述二极管D5的阳极，其第二端接所述电压检测电路的第二端，其第三端接地；所述二极管D5的阳极分别接所述低压开关K2的第一端以及所述高压开关K1的第三端，其阴极接第二端VCC；所述电压检测电路的第一端接所述高性能的安全控制电路的第二端VCC，其第二端接所述的低压开关K2的第二端及所述与非门的第一端，其第三端接第三端BNO，其第四端接第四端Line，其第五端接第五端UVLO；

所述与非门的第一端接所述电压检测电路的第二端，其第二端接第五端UVLO，其第三端接所述高压开关K1的第二端。

本实用新型还提供一种应用上述的高性能的安全控制电路的开关电源，其包括变压器和一开关电源控制器及一功率开关管，所述开关电源控制器耦接一设于变压器输出端的回授单元，以产生一开关信号调节所述变压器的脉冲宽度；所述的功率开关管第一端接变压器输入端，其第二端接开关电源控制器，其第三端接地；所述的开关电源控制器包括欠压锁定电路、安全控制电路、脉宽调制器与驱动电路。

进一步的，所述驱动电路的第一输入端接安全控制电路的第二端VCC，其第二输入端接安全控制电路的第三端BNO、其第三输入端接脉宽调制器输出端；所述驱动电路的输出端接功率开关管第二端；欠压锁定电路的输入端接安全控制电路的第二端VCC；欠压锁定电路的输出端接安全控制电路的第五端UVLO；脉宽调制器的第一输入端分别接功率开关管的第三端及采样电阻Rcs的第一端，其第二输入端接回授单元；采样电阻Rcs的第二端接地；安全控制电路的第二端VCC接电源VCC，安全控制电路的第一端HV通过外部电阻与线输入电压相连接，安全控制电路的第四端Line通过外接电阻与线输入电压相连接。

较佳的，所述功率开关管为功率晶体管，功率开关管的第一端为漏极，第二端为栅极，第三端为源极。

本实用新型的开关电源系统极大限度的保护了用电器和用电人员的安全性，也简化了用户的开关电源系统设计和最小化待机功耗。具备本实用新型的开关电源能较好的实现输入线电压断路后线输入端口电压立即释放到安全电压范围内，另外，该电源也能在线输入欠压状态下关断开关电源系统不进行开关动作，最大限度保障了用户用电设备的安全性，使得电源系统比较容易设计满足国际能源安全规范。

附图说明

图1是基于传统的开关电源转换系统示意图。

图2是本实用新型高性能的安全控制电路的电路连接示意图。

图3是带有本实用新型的开关电源转换系统示意图。

图4是具备本实用新型的开关电源系统在输入线电压端口断电后的电压泄电曲线图。

图5是具备本实用新型的开关电源系统在输入线电压欠情况下后的发生保护的工作时序图。

主要组件符号说明：

100：传统的开关电源控制器

100A：采用本实用新型的开关电源控制器

200：开关电源控制器

2000：欠压锁定电路

3000：脉宽调制器

4000：驱动电路

5000：高性能线电压输入补偿电路

5000A：具备本实用新型的开关电源系统在输入线电压端口断电后的电压泄电曲线图

5000B：具备本实用新型的开关电源系统在输入线电压欠情况下后的发生保护的工作时序图

M1：外部功率开关管

TR1：变压器

D1、D2、D3、D5：二极管

R3、R4、R5、Rx1、Rx2、Rcs：电阻器

Cvcc、C1、Cx、Cbuk：电容器

V_ac：输入线电压

Vsw：开关信号

V_FB：反馈电压

PWM：脉冲宽度比较器输出信号

Is：初级线圈电感峰值电流

Vcc：电源电压

K1：高压开关

K2：低压开关

EN：使能信号。

具体实施方式

下面结合附图及实施例子对本实用新型做进一步描述。

本实用新型提供一种高性能的安全控制电路，其包括第一端HV，第二端VCC，第三端BNO，第四端Line、第五端UVLO、高压开关K1、低压开关K2，与非门、二极管D5藕接以及电压检测电路；所述高压开关K1的第一端接第一端HV，其第二端接所述与非门的第三端，其第三端分别接所述低压开关K2的第一端及所述二极管D5的阳极；所述低压开关K2的第一端分别接所述高压开关K1的第三端及所述二极管D5的阳极，其第二端接所述电压检测电路的第二端，其第三端接地；所述二极管D5的阳极分别接所述低压开关K2的第一端以及所述高压开关K1的第三端，其阴极接第二端VCC；所述电压检测电路的第一端接所述高性能的安全控制电路的第二端VCC，其第二端接所述的低压开关K2的第二端及所述与非门的第一端，其第三端接第三端BNO，其第四端接第四端Line，其第五端接第五端UVLO；

所述与非门的第一端接所述电压检测电路的第二端，其第二端接第五端UVLO，其第三端接所述高压开关K1的第二端。

所述高性能的安全控制电路响应其第二端VCC、第四端Line和第五端UVLO在其第一端HV处产生对地的大电流泄电信号完成对开关电源系统线输入端的滤波电容Cx的泄电过程；所述高性能的安全控制电路响应其第二端VCC、第四端Line和第五端UVLO在其第三端BNO处产生关闭外部功率管的保护信号BNO。

本实用新型一具体实施例的安全控制电路5000的电路连接示意图参见图2，图中，由高压开关K1，低压开关K2，与非门，电压检测电路依照电性藕接在一起；其根据信号UVLO和输入线电压信号Line产生并输出两路逻辑控制信号：Line_open和BNO。Line_open与UVLO信号共同控制开关K1和K2，当开关电源系统进入正常工作状态后，一旦线输入端口断电，那么，电压检测电路通过判断Line信号和UVLO信号输出线输入断路控制信号Line_open，进一步地，信号Line_open和UVLO通过与非门产生控制信号EN，开关K1和K2响应EN和Line_open信号而导通，并通过端口HV对gnd进行快速泄放电荷，因此，完成了本实用新型的开关电源系统在输入线电压断开后能够立即泄放光输入端口的电压，从而使用过程更加安全，不易发生人身触电事故。另外，如果输入线电压欠压，那么通过电压检测电路将产生保护信号BNO关闭驱动电路4000，进而关闭功率开关管M1，保护了用电器的安全。

本实用新型另外提供一种应用上述高性能的安全控制电路的开关电源，该电源能较好的实现输入线电压断路后线输入端口电压立即释放到安全电压范围内，另外，该电源也能在线输入欠压状态下关断开关电源系统不进行开关动作，最大限度保障了用户用电设备的安全性，使得电源系统比较容易设计满足国际能源安全规范。

本实用新型提供的一种应用上述的高性能的安全控制电路的开关电源，其包括变压器和一开关电源控制器及一功率开关管，所述开关电源控制器耦接一设于变压器输出端的回授单元，以产生一开关信号调节所述变压器的脉冲宽度；所述的功率开关管第一端接变压器输入端，其第二端接开关电源控制器，其第三端接地；所述的开关电源控制器包括欠压锁定电路、安全控制电路、脉宽调制器与驱动电路。

进一步的，所述驱动电路的第一输入端接安全控制电路的第二端VCC，其第二输入端接安全控制电路的第三端BNO、其第三输入端接脉宽调制器输出端；所述驱动电路的输出端接功率开关管第二端；欠压锁定电路的输入端接安全控制电路的第二端VCC；欠压锁定电路的输出端接安全控制电路的第五端UVLO；脉宽调制器的第一输入端分别接功率开关管的第三端及采样电阻Rcs的第一端，其第二输入端接回授单元；采样电阻Rcs的第二端接地；安全控制电路的第二端VCC接电源VCC，安全控制电路的第一端HV通过外部电阻与线输入电压相连接，安全控制电路的第四端Line通过外接电阻与线输入电压相连接。

本实用新型的一种高性能的安全控制电路既可以应用于次级侧反馈式开关电源，也可以应用于初级测反馈式开关电源。

为了让一般技术人员更好的理解本实用新型，下面我们结合电路对本实用新型的工作原理做进一步的描述：

参见图2，本实用新型高性能的安全控制电路5000由高压开关K1，低压开关K2，与非门，电压检测电路依照电性连接在一起；所述高压开关K1的第一端接高性能的安全控制电路的第一端HV，其第二端接所述与非门的第三端，其第三端接所述低压开关K2的第一端及所述二极管D5的第一端；所述低压开关K2的第一端接所述高压开关K1的第三端及所述二极管D5的第一端，其第二端接所述电压检测电路的第二端，其第三端接地；所述二极管D5的第一端接所述低压开关K2的第一端以及所述高压开关K1的第三端，其第二端接所述高性能的安全控制电路的第二端VCC；所述电压检测电路的第一端接所述高性能的安全控制电路的第二端VCC，其第二端接所述的低压开关K2的第二端及所述与非门的第一端，其第三端接所述高性能的安全控制电路的第三端BNO，其第四端接所述高性能的安全控制电路的第四端Line，其第五端接所述高性能的安全控制电路的第五端；所述与非门的第一端接所述电压检测电路的第二端，其第二端接所述高性能的安全控制电路的第五端，其第三端接所述高压开关K1的第二端。

所述的一种高性能的安全控制电路，包含第一端HV，第二端VCC，第三端BNO，第四端Line和第五端UVLO；所述高性能的安全控制电路响应其第二端VCC、第四端Line和第五端UVLO在其第一端HV处产生对地的大电流泄电信号完成对开关电源系统线输入端的滤波电容Cx的泄电过程；所述高性能的安全控制电路响应其第二端VCC、第四端Line和第五端UVLO在其第三端BNO处产生关闭外部功率管的保护信号BNO。

该高性能的安全控制电路5000的工作原理如下：

当VCC从0开始上电过程中，UVLO为逻辑“0”，进而EN为“1”控制K1导通。Line_open为“1”，控制K2关闭，流入端口HV的电流流经K1、D5对VCC端口充电。BNO为“0”，对驱动电路不起作用。当VCC信号上电后，UVLO为逻辑“1”，而Line_open的逻辑取决于外部线电压输入Vac。

当VCC上电后，若Vac断开，则Line_open为“0”，否则为“1”。当VCC上电后，若Vac断开，则Line_open为“0”，K2导通，EN为“1”，K1导通，K1和K2同时导通对HV端口泄放电荷，进一步完成对线输入端口的快速泄放电荷。

当VCC上电后，若Vac不断开，则Line_open为“1”，K2断开，EN为“0”，K1断开。若Vac持续一段时间（即BNO判断窗口）低于设定的欠压阈值Vac_L，这里设定Vac_L的峰值为106V，那么BNO为“1”，控制驱动电路锁定状态关闭功率开关管M1，直到VCC下电后再上电才能解锁此状态。

含有本实用新型的开关电源系统极大限度的保护了用电器和用电人员的安全性，也简化了用户的开关电源系统设计和最小化待机功耗。

本实用新型一种应用上述高性能的安全控制电路的开关电源，具体原理示意图参见图3，包括变压器和一开关电源控制器200及功率开关管M1，所述的高性能的安全控制电路内嵌于一开关电源控制器集成电路200中，所述的高性能的安全控制电路的VCC端接电源VCC，所述的高性能的安全控制电路的HV输入端通过外部电阻R_X1、R_X2与线输入电压相连接，高性能的安全控制电路的UVLO输入端连接欠压锁定电路的输出端，高性能的安全控制电路的BNO输出端输出信号到驱动电路的第二输入端，高性能的安全控制电路的Line输入端通过外接电阻R4、R5、RX1、RX2与线输入电压相连接；所述的脉宽调制器第一输入端接采样电阻Rcs的第一端及功率管的源极，所述的脉宽调制器第二输入端接电源控制器的回授端，所述的脉宽调制器输出端接驱动电路的第三输入端；所述的采样电阻Rcs的第二端接地；所述的欠压锁定电路输入端接电源VCC，所述的欠压锁定电路输出端连接高性能的安全控制电路的UVLO输入端；所述的驱动电路的输出外接功率开关管M1；所述的功率开关管M1的漏端接变压器的原边线圈。

具备本实用新型的开关电源系统与传统开关电源系统在输入线电压断电后对输入端口滤波Cx的泄电曲线波形如图4所示。从图4曲线上可看出，具备本实用新型的开关电源系统在输入断电后极短时间内把Cx上电压泄放到51V（36VAC）安全电压以下，传统开关电源系统的Cx上电压很长时间无法泄放到安全电压，容易造成安全事故，超过了系统设计安全规范。

具备本实用新型的开关电源系统与传统开关电源系统在输入线电压持续低于设定阈值电压后的保护时序曲线波形如图5所示。从图5曲线上可看出，具备本实用新型的开关电源系统的输入电压在设定时间窗口后仍旧低于设定的阈值电压，那么将锁定关闭本开关电源系统开关动作并在重新上电后才能接触，而传统开关电源系统则无此保护功能，容易造成用电器的安全事故，超过了系统设计安全规范。

虽然本实用新型以较佳实施例揭露如上，然而其并不应限定本实用新型，任何熟悉此领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许改动与替换，比如本实用新型即可应用于次级侧反馈式开关电源系统，也适用于初级侧反馈式开关电源系统，应用本实用新型的开关电源系统EMI明显优于其他传统开关电源系统，能够给用户节省成本，降低开关电源系统设计难度。因此本实用新型的保护范围当视后附的专利范围所界定者为准。

Claims (4)

1.一种高性能的安全控制电路，其特征在于： 包括第一端HV，第二端VCC，第三端BNO，第四端Line、第五端UVLO、高压开关K1、低压开关K2，与非门、二极管D5以及电压检测电路；

所述高压开关K1的第一端接第一端HV，其第二端接所述与非门的第三端，其第三端分别接所述低压开关K2的第一端及所述二极管D5的阳极；

所述低压开关K2的第一端分别接所述高压开关K1的第三端及所述二极管D5的阳极，其第二端接所述电压检测电路的第二端，其第三端接地；

所述二极管D5的阳极分别接所述低压开关K2的第一端以及所述高压开关K1的第三端，其阴极接第二端VCC；

所述电压检测电路的第一端接所述高性能的安全控制电路的第二端VCC，其第二端接所述的低压开关K2的第二端及所述与非门的第一端，其第三端接第三端BNO，其第四端接第四端Line，其第五端接第五端UVLO；

所述与非门的第一端接所述电压检测电路的第二端，其第二端接第五端UVLO，其第三端接所述高压开关K1的第二端。

2.一种应用权利要求1所述的高性能的安全控制电路的开关电源，其特征在于：包括变压器和一开关电源控制器及一功率开关管，所述开关电源控制器耦接一设于变压器输出端的回授单元，以产生一开关信号调节所述变压器的脉冲宽度；所述的功率开关管第一端接变压器输入端，其第二端接开关电源控制器，其第三端接地；

所述的开关电源控制器包括欠压锁定电路、安全控制电路、脉宽调制器与驱动电路。

3.根据权利要求2所述的开关电源，其特征在于：所述驱动电路的第一输入端接安全控制电路的第二端VCC，其第二输入端接安全控制电路的第三端BNO、其第三输入端接脉宽调制器输出端；所述驱动电路的输出端接功率开关管第二端；欠压锁定电路的输入端接安全控制电路的第二端VCC；欠压锁定电路的输出端接安全控制电路的第五端UVLO；脉宽调制器的第一输入端分别接功率开关管的第三端及采样电阻Rcs的第一端，其第二输入端接回授单元；采样电阻Rcs的第二端接地；安全控制电路的第二端VCC接电源VCC，安全控制电路的第一端HV通过外部电阻与线输入电压相连接，安全控制电路的第四端Line通过外接电阻与线输入电压相连接。

4.根据权利要求2或3所述的开关电源，其特征在于：所述功率开关管为功率晶体管，功率开关管的第一端为漏极，第二端为栅极，第三端为源极。