CN209250227U - 一种开关电源的故障防护电路 - Google Patents

Abstract

一种开关电源的故障防护电路，包括：串联在开关电源的输出电路中的开关器件、用于检测所述输出电路的反向信号的反向检测装置，以及基于所述反向信号控制所述开关器件关断的控制装置；所述控制装置分别与所述反向检测装置和所述开关器件通信连接。实施本实用新型的开关电源的故障防护电路，通过在开关电源的输出电路中加入开关器件并进行反向信号的检测，并基于该反向信号的检测断开开关器件，从而可以简单检测开关电源的故障，进而防止反向电流产生导致的故障。

Description

一种开关电源的故障防护电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源，更具体地说，涉及一种开关电源的故障防护电路。

背景技术

在现有技术中，开关电源模块经常与其他电源模块并联使用或用来给电池充电。在开关电源模块与其他电源模块并联使用时，开关电源模块的输出电路并联在一起，当其中任意一个电源模块输出电路内发生输出极线间故障或器件故障时，从而引起绝缘性能降低、甚至于引起输出电极之间或电极对接地的金属机壳之间产生电弧的情况，其他并联的开关电源模块的输出对短路和电弧供应能量，存在从外部电源到内部输出电路的反向电流状态，导致局部高温引发火灾及火灾扩散。而当开关电源模块一边给负载供电一边给电池充电、或仅给电池充电时，如果开关电源模块的输出电路内发生输出极线间故障或器件故障时，电池反向对故障点施加电压，会存在从电池到内部输出电路的反向电流状态，引起火灾及火灾扩散。

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，提供一种能够通过简单检测开关电源的故障，从而防止反向电流产生导致的故障的开关电源的故障防护电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种开关电源的故障防护电路，包括：串联在开关电源的输出电路中的开关器件、用于检测所述输出电路的反向信号的反向检测装置，以及基于所述反向信号控制所述开关器件关断的控制装置；所述控制装置分别与所述反向检测装置和所述开关器件通信连接。

在本实用新型所述的开关电源的故障防护电路中，所述反向检测装置包括用于获取所述输出电路的电压信号的电压检测模块，以及判断所述电压信号是否反向并基于所述判断生成所述反向信号的反向信号模块；所述反向信号模块和所述电压检测模块通信连接。

在本实用新型所述的开关电源的故障防护电路中，所述电压检测模块包括串联在所述输出电路中的分流电阻，以及用于检测所述分流电阻两端电压的电压测量器。

在本实用新型所述的开关电源的故障防护电路中，所述电压检测模块包括串联在所述输出电路中的电流互感器。

在本实用新型所述的开关电源的故障防护电路中，所述反向检测装置进一步包括与用于滤波所述电压信号并将滤波后的电压信号发送给所述反向信号模块的低通滤波器，所述低通滤波器分别与所述电压检测模块和所述反向信号模块通信连接。

在本实用新型所述的开关电源的故障防护电路中，所述反向信号模块进一步包括：基于所述滤波后的电压信号是否反向生成反向判断信号的反向判断单元，以及基于所述滤波后的电压信号的反向时间生成所述反向信号的计时判断单元；所述反向判断单元分别所述低通滤波器和所述计时判断单元通信连接。

在本实用新型所述的开关电源的故障防护电路中，所述开关器件为MOS管、IGBT管、继电器或接触器。

在本实用新型所述的开关电源的故障防护电路中，所述输出电路包括输出二极管、输出电感、外接电路，所述输出二极管的阳极连接所述开关电源的变压器副边的输出正极、阴极经所述输出电感连接所述外接电路的第一输入端。

在本实用新型所述的开关电源的故障防护电路中，所述开关器件和所述反向检测装置串联后连接到所述开关电源的变压器副边的输出负极和所述外接电路的第二输入端。

实施本实用新型的开关电源的故障防护电路，通过在开关电源的输出电路中加入开关器件并进行反向信号的检测，并基于该反向信号的检测断开开关器件，从而可以简单检测开关电源的故障，进而防止反向电流产生导致的故障。

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是本实用新型的开关电源的故障防护电路的第一实施例的原理框图；

图2是本实用新型的开关电源的故障防护电路的第二实施例的原理框图；

图3是本实用新型的开关电源的故障防护电路的第三实施例的部分电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1是本实用新型的开关电源的故障防护电路的第一实施例的原理框图。如图1所示，本实用新型的开关电源的故障防护电路，包括：串联在开关电源的输出电路中的开关器件100、用于检测所述输出电路的反向信号的反向检测装置200，以及基于所述反向信号控制所述开关器件100关断的控制装置300。如图1所示，所述控制装置300分别与所述反向检测装置200和所述开关器件100通信连接。

本领域技术人员知悉，开关电源的输出电路通常连接在变压器的副边，并且可以包括外接电路。该外接电路可以是外部并联的电源电池模块，也可以是负载模块。在本实用新型的一个优选实施例中，所述开关器件100可以选择MOS管、IGBT管、继电器或接触器。所述开关器件100可以串联在该输出电路的任何位置。优选地，所述开关器件100可以设置在变压器的副边负极和外接电路的输入负极之间。当然，在实用新型的其他优选实施例中，还可以将所述开关器件100设置在其他位置，比如变压器的副边正极和外接电路的输入正极之间。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述反向检测装置200可以用于检测电压和/或电流反向信号，从而根据电压和/或电流反向信号，进而判定所述输出电路是否发生故障。通常情况下，在所述输出电路上的某个点发生故障，比如短路或者并联电弧故障时，会发生电流和电压反向。这样，通过检测电流和/或电压反向，就可以判定所述输出电路的故障。此时，所述反向检测装置200输出反向信号。在本实用新型的一个优选实施例中，所述反向检测装置200包括用于获取所述输出电路的电压信号的电压检测模块，以及判断所述电压信号是否反向并基于所述判断生成所述反向信号的反向信号模块。所述电压检测模块可以采用分流电阻或者电流互感器构件。所述反向信号模块可以采用比较器、比较电路或者二极管，或者具有比较判断功能的芯片构建。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述控制装置300在接收到该反向信号之后，立刻或者延时向所述开关器件100发送关断信号。当所述开关器件100是MOS管或者IGBT管时，所述控制装置300可以是MOS管或IGBT管驱动电路。当所述开关器件100是继电器或接触器，所述控制装置300可以是继电器或接触器控制短路。本领域技术人员可以根据本实用新型的教导，根据实际的开关器件来设置该控制装置300。

实施本实用新型的开关电源的故障防护电路，通过简单的在开关电源的输出电路中加入开关器件并进行反向信号的检测，并基于该反向信号的检测断开开关器件，从而可以简单检测开关电源的故障，进而防止反向电流产生导致的故障。

图2是本实用新型的开关电源的故障防护电路的第二实施例的原理框图。如图2所示，本实用新型的开关电源的故障防护电路，包括：串联在开关电源的输出电路中的开关器件100、用于检测所述输出电路的反向信号的反向检测装置200，以及基于所述反向信号控制所述开关器件100关断的控制装置300。如图2所示，所述控制装置300分别与所述反向检测装置200和所述开关器件100通信连接。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述开关器件100可以选择MOS管、IGBT管、继电器或接触器。所述开关器件100可以串联在该输出电路的任何位置。

进一步地，如图2所示，所述反向检测装置200包括用于获取所述输出电路的电压信号的电压检测模块210，用于滤波所述电压信号并将滤波后的电压信号发送给所述反向信号模块230的低通滤波器220，以及判断所述电压信号是否反向并基于所述判断生成所述反向信号的反向信号模块230。所述低通滤波器220分别与所述电压检测模块210和所述反向信号模块230通信连接。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述电压检测模块210包括串联在所述输出电路中的分流电阻，以及用于检测所述分流电阻两端电压的电压测量器。在本实用新型的另一个优选实施例中，所述电压检测模块210包括串联在所述输出电路中的电流互感器。从该电压测量器或者电流互感器获得的电压信号可以提供给低通滤波器220，从而过滤低频干扰信号，而保留故障反向电压信号或者高频电弧电压信号。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述反向信号模块230进一步包括：基于所述滤波后的电压信号是否反向生成反向判断信号的反向判断单元231，以及基于所述滤波后的电压信号的反向时间生成所述反向信号的计时判断单元232；所述反向判断单元231分别所述低通滤波器220和所述计时判断单元232通信连接。在本实施例中，为了避免出现误判，只有在电压信号反向一段时间时，才生成反向信号。在本实用新型的一个优选实施例中，所述反向判断单元231可以采用比较器、二极管、判断芯片等各种比较判断电路或者模块来实现。所述计时判断单元232可以采用计时器，或者计时电路来实现。通常，当电压信号反向时间超过100ms，优选在100ms-200ms的范围内，判定生成所述反向信号。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述控制装置300在接收到该反向信号之后，立刻或者延时向所述开关器件100发送关断信号。当所述开关器件100是MOS管或者IGBT管时，所述控制装置300可以是MOS管或IGBT管驱动电路。当所述开关器件100是继电器或接触器，所述控制装置300可以是继电器或接触器控制短路。本领域技术人员可以根据本实用新型的教导，根据实际的开关器件来设置该控制装置300。

实施本实用新型的开关电源的故障防护电路，通过简单的在开关电源的输出电路中加入开关器件并进行反向信号的检测，并基于该反向信号的检测断开开关器件，从而可以简单检测开关电源的故障，进而防止反向电流产生导致的故障。进一步地，通过设置低通滤波器和计时判断单元，可以过滤低频干扰信号，还可以防止误判。

图3是本实用新型的开关电源的故障防护电路的第三实施例的部分电路原理图。在图3所示实施例中，本实用新型的开关电源的故障防护电路，包括：串联在开关电源的输出电路中的开关器件100、用于检测所述输出电路的反向信号的反向检测装置200，以及基于所述反向信号控制所述开关器件100关断的控制装置300。所述反向检测装置200包括用于获取所述输出电路的电压信号的电压检测模块210，用于滤波所述电压信号并将滤波后的电压信号发送给所述反向信号模块230的低通滤波器220，以及判断所述电压信号是否反向并基于所述判断生成所述反向信号的反向信号模块230。所述低通滤波器220分别与所述电压检测模块210和所述反向信号模块230通信连接。

如图3所示，所述输出电路包括输出二极管D、输出电感L、外接电路，所述输出二极管D的阳极连接所述开关电源的变压器副边的输出正极、阴极经所述输出电感L连接所述外接电路的第一输入端。在本实施例中，开关器件100为MOS管Q，电压检测模块210包括分流电阻R和用于检测所述分流电阻两端电压的电压测量器。外接电路为外接电池400。如图3所示，MOS管Q的栅极接收来自该控制装置300的控制信号以进行关断、源极连接外接电池400的负极，漏极经分流电阻R连接所述开关电源的变压器副边的输出负极。

下面结合图3对本实用新型的开关电源的故障防护电路的原理进一步说明如下。在开关电源的输出电路的内部发生输出极线间故障或器件故障保护时，在开关电源的输出电路中加入MOS管Q和分流电阻R，通过滤波和控制，实现故障下强制切断开关电源自身输出，以及开关电源输出电路和外部电源、电池的连接，从而消除能量源，消除着火。

例如，在图3中，当内部A点发生故障时，分为短路和发生并联电弧两种情况，这两种情况下，外接电池400反向对A点供电，正常情况下，分流电阻R两端的电压UBC的电压为UI1。故障情况下，分流电阻R的两端的电压UBC的电压为-UI2，这样，反向判断单元231判定电压信号发生了反向，随后通过低通滤波器对检测的电压信号进行适当的滤波，过滤低频干扰信号，而持续的故障电流和高频的电弧电流能够保留。当反向判断单元231检测到反向信号后，且计时判断单元232检测到反向信号持续规定的持续时间时，通过控制装置300控制关断MOS管Q，使故障点处无能量供应，避免着火风险。

实施本实用新型的开关电源的故障防护电路，通过简单的在开关电源的输出电路中加入开关器件并进行反向信号的检测，并基于该反向信号的检测断开开关器件，从而可以简单检测开关电源的故障，进而防止反向电流产生导致的故障。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种开关电源的故障防护电路，其特征在于，包括：串联在开关电源的输出电路中的开关器件、用于检测所述输出电路的反向信号的反向检测装置，以及基于所述反向信号控制所述开关器件关断的控制装置；所述控制装置分别与所述反向检测装置和所述开关器件通信连接。

2.根据权利要求1所述的开关电源的故障防护电路，其特征在于，所述反向检测装置包括用于获取所述输出电路的电压信号的电压检测模块，以及判断所述电压信号是否反向并基于判断结果生成所述反向信号的反向信号模块；所述反向信号模块和所述电压检测模块通信连接。

3.根据权利要求2所述的开关电源的故障防护电路，其特征在于，所述电压检测模块包括串联在所述输出电路中的分流电阻，以及用于检测所述分流电阻两端电压的电压测量器。

4.根据权利要求2所述的开关电源的故障防护电路，其特征在于，所述电压检测模块包括串联在所述输出电路中的电流互感器。

5.根据权利要求2所述的开关电源的故障防护电路，其特征在于，所述反向检测装置进一步包括与用于滤波所述电压信号并将滤波后的电压信号发送给所述反向信号模块的低通滤波器，所述低通滤波器分别与所述电压检测模块和所述反向信号模块通信连接。

6.根据权利要求5所述的开关电源的故障防护电路，其特征在于，所述反向信号模块进一步包括：基于所述滤波后的电压信号是否反向生成反向判断信号的反向判断单元，以及基于所述滤波后的电压信号的反向时间生成所述反向信号的计时判断单元；所述反向判断单元分别所述低通滤波器和所述计时判断单元通信连接。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的开关电源的故障防护电路，其特征在于，所述开关器件为MOS管、IGBT管、继电器或接触器。

8.根据权利要求7所述的开关电源的故障防护电路，其特征在于，所述输出电路包括输出二极管、输出电感、外接电路，所述输出二极管的阳极连接所述开关电源的变压器副边的输出正极、阴极经所述输出电感连接所述外接电路的第一输入端。

9.根据权利要求8所述的开关电源的故障防护电路，其特征在于，所述开关器件和所述反向检测装置串联后连接到所述开关电源的变压器副边的输出负极和所述外接电路的第二输入端。