CN209642308U - 一种开关电源短路保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种开关电源短路保护电路，包括依次连接的输入电流采样电路、整形比较电路和开关电路；通过电流互感器感应电流，并在感应负载上得到感应电压，经过整流滤波与整形比较电路中的基准电压比较，当输入电流超过一定值后，比较器输出高电平电压，控制开关电路导通从而控制脉宽调制器，实现了短路或过流保护的要求。本实用新型不仅仅是实现基本的短路保护功能，更重要的是通过感应负载的变化，电流互感器只需感应很小输入电流就可维持打嗝保护，从而使得保护功耗大大减小。本实用新型所述的开关电源短路保护电路及保护方法，不仅结构简单、易于调试，还具有较高的温度稳定性，短路功耗受参数漂移影响小。

Description

一种开关电源短路保护电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源技术领域，具体涉及一种开关电源短路保护电路。

背景技术

开关电源广泛用于工业及国防领域，在航天、航空、船舶、兵器、铁路、通信、医疗电子、工业自动化设备等军民用电子系统中得到广泛应用。当开关电源在使用或调试过程中发生过载或短路时，保护电路是必不可少的保障。保护电路可极大减小对开关电源的损坏，保证机器设备正常运转和人身安全。

目前广泛采用减流型保护电路，减流型保护电路进行保护时，输入电流减小，而过载取消时，电路能恢复正常工作。现有的减流型保护电路主要有以下四方面的不足：一是现有的保护电路稍显复杂，元器件多，调试困难；二是对于输出带几千微法的电容，短路保护电路易于进入保护状态。三是保护时的功耗偏大；四是电路对环境温度敏感，使开关电源在高低温下短路功耗差异大，甚至会导致在高低温短路故障消除后，不能自动恢复正常工作状态。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种开关电源短路保护电路，该保护电路不仅结构简单、易于调试，还具有较低的保护功耗和较高的温度稳定性，且短路功耗受参数漂移影响小。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种开关电源短路保护电路，包括依次连接的输入电流采样电路、整形比较电路和开关电路；所述输入电流采样电路的输入端与开关电源输入变压器的初级引线耦合，输入电流采样电路的输出端与整形比较电路的输入端连接，所述整形比较电路的输出端与开关电路的输入端连接，所述开关电路的输出端与开关电源的控制端连接。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述输入电流采样电路包括耦合电感L1、电阻R6、电阻R7、电阻R8、二极管D1、二极管D2和三极管V3；所述耦合电感L1并联在电阻R6的两端，所述耦合电感L1与开关电源输入变压器的初级引线耦合；所述电阻R6的一端接地，电阻R6的另一端和二极管D1阳极连接；二极管D1的阴极经电阻R8与二极管D2阳极连接，二极管D2的阴极与输入地连接；所述三极管V3基极与整形比较电路的输出端连接，三极管V3的发射极与整形比较电路的输入端连接，三极管V3的集电极与电阻R7一端相连，电阻R7另一端与输入地相连。

所述整形比较电路包括比较器N1、电容C1、电容C2、二极管D3、二极管D4、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5；所述比较器N1的输出端及二极管D4的阴极均与开关电路的输入端连接，比较器N1的同相输入端与二极管D3的阴极连接，比较器N1的反相输入端经电阻R4接地，所述二极管D4的阳极经电阻R2与输入电流采样电路连接，所述电阻R5的一端与比较器N1的同相输入端连接，电阻R5的另一端接地，所述电容C1并联在电阻R3的两端，所述电容C2并联在电阻R5两端。

所述开关电路包括三极管V2和电阻R1；所述三极管V2的基极经电阻R1与整形比较电路的输出端连接，三极管V2的集电极与脉宽调制器的Comp端连接，三极管V2的发射极接地。

由以上技术方案可知，本实用新型开关电源短路保护电路不仅结构简单、易于调试，还具有短路功耗低，带容性负载能力强，受温度参数漂移影响小，容易设置成过流保护等特点，使得保护电路的反应更快，更直接。本实用新型通过输入电流采样电路、整形比较电路中的电阻、电容、二极管和晶体三极管的相互配合，实现了保护后的感应负载电阻增大，使得电流互感器只需感应很小电流就可在电阻R8获得所需的电压值，维护打嗝保护，从而使保护功耗很小。通过在基准分压电阻R3上设置并联电容C1，使开机瞬间，比较器的基准电压升高，保证了开关电源开启瞬间进入正常工作状态要求。通过在电阻R8上设置串联二极管D2，抵消了二极管D1温度影响导致在整形比较电路输入端电压的温度影响，提高了设置过流保护精度。当短路保护取消时，感应负载电阻很快恢复R7、R8并联状态，开关电源迅速恢复正常工作。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

如图1所示，本实施例的开关电源短路保护电路，包括依次相连的输入电流采样电路1、整形比较电路2和开关电路3；输入电流采样电路1的输入端通过电流互感器L1感应输入电流，通过二极管D1的整流，加载到感应负载上得到感应电压，输出到整形比较电路2的输入端；整形比较电路2的输出端与开关电路3的输入端相连；开关电路3的输出端与脉宽调制器的Comp端相连，控制脉宽调制器的输出，实现开关电源的短路保护。

输入电流采样电路1用于通过电流互感器感应输入电流，经过二极管整流，加载到感应负载上得到感应电压，然后输出到整形比较电路2与基准电压比较，实现短路保护。具体的该输入电流采样电路1包括电流互感器L1、电阻R6、电阻R7、电阻R8、二极管D1、二极管D2和三极管V3；耦合电感L1并联在电阻R6的两端，耦合电感L1与开关电源输入变压器的初级引线耦合；电阻R6的一端接地，电阻R6的另一端和二极管D1阳极连接；二极管D1的阴极经电阻R8与二极管D2阳极连接，二极管D2的阴极与输入地连接；三极管V3的基极与整形比较电路的输出端连接，三极管V3的发射极与整形比较电路的输入端连接，三极管V3的集电极与电阻R7一端相连，电阻R7另一端与输入地相连。输入电流采样电路1的输入端通过电流互感器L1感应输入电流，通过二极管整流，加载到感应负载上得到感应电压，该感应电压为脉动式，输出到整形比较电路2输入端。

整形比较电路2用于将感应脉动电压整流滤波成直流电压与比较器N1负输入端的基准电压进行比较，根据比较结果开启或关闭开关电路3，从而控制脉宽调制器的输出。具体的该整形比较电路2包括比较器N1、电容C1、电容C2、二极管D3、二极管D4、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5；比较器N1的电源端连接脉宽调制器Vref端的5V电压，该比较器N1的输出端及二极管D4的阴极均与开关电路3的输入端连接，比较器N1的同相输入端与二极管D3的阴极连接，比较器N1的反相输入端经电阻R4接地，二极管D4的阳极经电阻R2与输入电流采样电路连接，电阻R5的一端与比较器N1的同相输入端连接，电阻R5的另一端接地，电容C1并联在电阻R3的两端，电容C2并联在电阻R5两端。

开关电路3的作用是短路保护时将脉宽调制器的Comp端与输入地短路，进而控制脉宽调制器输出，让开关电源处于保护状态。该开关电路3包括三极管V2和电阻R1；三极管V2的基极经电阻R1与比较电路的输出端相连，三极管V2的集电极与脉宽调制器的Comp端相连，三极管V2的发射极接地。

本实用新型的工作原理为：

首先，输入电流采样电路1的输入端通过电流互感器L1感应输入电流，通过二极管D1的整流，加载到感应负载上，此时，因比较器N1输出低电平，三极管V3处于导通状态，感应负载为电阻R7、R8并联，该感应负载电压为脉动式电压，经过二极管D3和电容C2的整流滤波，获得稳定的直流电压，与比较器负端基准电压进行比较，当感应电压超过基准电压时，整形比较电路2输出高电平到开关电路3输入端，使得开关电路3处于导通状态，从而控制脉宽调制器输出，电路开始进入保护。

其次，电路进入保护后，比较器N1输出高电平，二极管D4处于反偏，三极管V3截止，感应负载为电阻R8，感应负载电阻增大，电流互感器只需感应很小电流就可在电阻R8获得所需的保护电压阈值，维护打嗝保护，从而使得保护功耗很小。电阻R6起电流互感器磁复位作用；电容C1的存在可以确保开关电源启动时不进入保护状态，由于开关电源启动瞬间输入电流较大，保护电路设计不好会导致开机即进入保护状态，电容C1的作用是在开机的瞬间充电短路电阻R3，提升比较器负端基准电压，防止开机进入了保护状态，当电容C1充电完成后，不影响基准电压值；二极管D2是抵消二极管D1的温度影响，使得设置作过流保护时精度更高。

再次，当短路取消时，电流互感器感应电流突然减小，感应电压低于保护电压阈值，比较器N1输出低电平，三极管V3处于导通状态，感应负载为电阻R7、R8并联，开关电路3中三极管V2截止，开关电源恢复到正常工作状态。

以上实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种开关电源短路保护电路，其特征在于：包括依次连接的输入电流采样电路、整形比较电路和开关电路；所述输入电流采样电路的输入端与开关电源输入变压器的初级引线耦合，输入电流采样电路的输出端与整形比较电路的输入端连接，所述整形比较电路的输出端与开关电路的输入端连接，所述开关电路的输出端与开关电源的控制端连接。

2.根据权利要求1所述的开关电源短路保护电路，其特征在于：所述输入电流采样电路包括耦合电感L1、电阻R6、电阻R7、电阻R8、二极管D1、二极管D2和三极管V3；所述耦合电感L1并联在电阻R6的两端，所述耦合电感L1与开关电源输入变压器的初级引线耦合；所述电阻R6的一端接地，电阻R6的另一端和二极管D1阳极连接；二极管D1的阴极经电阻R8与二极管D2阳极连接，二极管D2的阴极与输入地连接；所述三极管V3基极与整形比较电路的输出端连接，三极管V3的发射极与整形比较电路的输入端连接，三极管V3的集电极与电阻R7一端相连，所述的电阻R7另一端与输入地相连。

3.根据权利要求1所述的开关电源短路保护电路，其特征在于：所述整形比较电路包括比较器N1、电容C1、电容C2、二极管D3、二极管D4、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5；所述比较器N1的输出端及二极管D4的阴极均与开关电路的输入端连接，比较器N1的同相输入端与二极管D3的阴极连接，比较器N1的反相输入端经电阻R4接地，所述二极管D4的阳极经电阻R2与输入电流采样电路连接，所述电阻R5的一端与比较器N1的同相输入端连接，电阻R5的另一端接地，所述电容C1并联在电阻R3的两端，所述电容C2并联在电阻R5两端。

4.根据权利要求1所述的开关电源短路保护电路，其特征在于：所述开关电路包括三极管V2和电阻R1；所述三极管V2的基极经电阻R1与整形比较电路的输出端连接，三极管V2的集电极与脉宽调制器的Comp端连接，三极管V2的发射极接地。