CN212518378U - 一种高精度的输入过压保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高精度的输入过压保护电路，用于保护开关电源电路，开关电源电路包括检测电阻RS和功率变换电路PWM控制器，其特征在于，包括依次连接的供电单元和检测比较单元；所述的供电单元为功率变换电路PWM控制器提供参考电压；所述的检测比较单元负责输入电压信号的采集与输出，根据检测电阻RS上的电压与供电单元提供的参考电压做比较，输出低电平信号控制供电单元，使供电单元电压低于功率变换电路PWM控制器最低工作电压，功率变换电路PWM控制器停止工作，实现输入过压保护。本实用新型通过检测分压电阻的电压来控制PWM控制器供电电压的建立和关断，该电路具有结构简单，反应速度快，可自恢复，保护点精准且易于控制，应用范围广泛。

Description

一种高精度的输入过压保护电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源技术领域，具体地说，涉及一种高精度的输入过压保护电路。

背景技术

DC/DC电源模块的主要功能是通过控制功率器件的高频开关来实现输出电压的变换。因其体积小、重量轻、功率密度高等诸多优点被广泛应用于各种小体积电子系统中。但由于其前端供电系统的各种不稳定性，如浪涌电压，过压，尖峰等，又使得DC/DC电源模块易于损坏。一旦前端输入出现过压或者浪涌电压，轻则损坏开关电源，重则损伤后端负载电路，给用户造成巨大损失。因此DC/DC电源模块自身的各种保护功能必须完备，尤其是过压保护。

在DC/DC电源电路中，通常使用以下方法来实现过压保护：1、通过电阻分压去驱动三极管，分压电阻上的电压大于三极管V_BE时，三极管导通，拉低控制器供电。该方法简单，但却存在以下弊端：三极管高低温下V_BE压降变化幅度太大，导致过压保护点有很大偏差，难以应用于各种要求精确控制或者有逻辑要求的电子系统中。2、通过比较器设置过压保护点，再通过电阻分压与设置点进行比较，当输入电压大于设置电压时，比较器输出低电平拉低控制器供电。该方法稳定可靠，高低温下过压保护点波动较小，但是电路较复杂，成本较高，而且需要专门为比较器设计供电电路。

发明内容

本实用新型的目的在于针对以上述过压保护电路的不足，提供一种高精度的输入过压保护电路。

为达到上述目的，本实用新型采取的技术方案包括：

一种高精度的输入过压保护电路，用于保护开关电源电路，开关电源电路包括功率变换电路PWM控制器，包括依次连接的供电单元和检测比较单元；

所述的供电单元包括放大三极管Q1，所述的供电单元为功率变换电路PWM控制器提供电压；

所述的检测比较单元包括连接的分压电阻R3和基准电压芯片U1，所述的检测比较单元负责输入电压信号的采集与输出，根据检测分压电阻R3上的电压与基准电压芯片U1提供的参考电压做比较，输出低电平信号控制供电单元的放大三极管Q1，使供电单元电压低于功率变换电路PWM控制器最低工作电压，功率变换电路PWM控制器停止工作，实现输入过压保护。

进一步的，所述的供电单元还包括限流电阻R4、限流电阻R5、稳压二极管Z1、滤波电容C2和滤波电容C3；

所述的限流电阻R4一端分别和放大三极管Q1集电极、输入电源正端连接，另一端分别和滤波电容C2一端、稳压二极管Z1阴极、放大三极管Q1基极、基准电压芯片U1-C连接；放大三极管Q1发射极分别和滤波电容C3一端、限流电阻R5一端、功率变换电路PWM控制器VCC端连接；滤波电容C2另一端分别和稳压二极管Z1阳极、滤波电容C3另一端、限流电阻R5另一端、输入电源地端连接。

进一步的，所述检测比较单元还包括由滤波电容C1，比较电阻R1和比较电阻R2；

所述的滤波电容C1一端和输入电源正端、比较电阻R1一端、比较电阻R2一端连接；另一端分别和分压电阻R3一端、基准电压芯片U1-A端、输出地端连接；分压电阻R3另一端分别和比较电阻R1另一端、比较电阻R2另一端、基准电压芯片U1-R端连接。

进一步的，所述的基准电压芯片U1为2.5V基准芯片。

优选的，所述的功率变换电路PWM控制器的型号为LM5020。

具体的，所述的功率变换电路PWM控制器的最低工作电压为5.3V。

本实用新型的优点为：

(1)本实用新型提供的高精度的输入过压保护电路，通过检测分压电阻R3上的电压来控制功率变换电路PWM控制器供电电压的建立和关断，该电路具有结构简单，反应速度快，可自恢复，保护点精准且易于控制，应用范围广泛。

(2)本实用新型提供的高精度的输入过压保护电路，在不同环境温度下，保护点一致，且能实现长时间过压保护，功耗小，当故障解除时可自恢复。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理图；

图中各标号表示：1、供电单元；2、检测比较单元。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明：

结合图1，本实用新型提供的一种高精度的输入过压保护电路，用于保护开关电源电路，开关电源电路包括功率变换电路PWM控制器，还包括电阻RS、MOSFET管Q2、功率变压器T1、二极管D3、电容C4和电容C5。其中，电阻RS作用是检测初级侧的电流，功率MOSFET管Q2的作用是高频开关；功率变压器T1的作用是初次级隔离并传递能量；二极管D3的作用是整流；电容C4、电容C5的作用是滤波；PWM控制器是开关电源电路的核心，它的作用是调节驱动脉冲宽度。

本实用新型的一种简单的高精度的输入过压保护电路，用于保护开关电源电路，开关电源电路包括功率变换电路PWM控制器，包括依次连接的供电单元1和检测比较单元2；功率变换电路PWM控制器为整个开关电源电路的核心器件，内置有检测、比较、控制、驱动等各个子功能，通过各个功能的配合来实现开关电源的功率变换。

供电单元1包括放大三极管Q1，供电单元1为功率变换电路PWM控制器提供电压；放大三极管Q1的基极电流，让Q1的发射集获得更大的电流。

检测比较单元2包括连接的分压电阻R3和基准电压芯片U1，检测比较单元2负责输入电压信号的采集与输出，根据检测分压电阻R3上的电压与基准电压芯片U1提供的参考电压做比较，输出低电平信号控制供电单元1的放大三极管Q1，使供电单元1电压低于功率变换电路PWM控制器最低工作电压，功率变换电路PWM控制器停止工作，实现输入过压保护。分压电阻R3通过改变阻值来设置过压保护点，基准电压芯片U1的为2.5V基准，即U1-R引脚内置2.5V参考电压，用于和外部R3上的电压做比较，当R3上电压大于2.5V时，该基准芯片功能被触发，U1-C导通为低电平。

供电单元1还包括限流电阻R4、限流电阻R5、稳压二极管Z1、滤波电容C2和滤波电容C3；限流电阻R4和限流电阻R5为稳压管Z1和三极管Q1提供偏置电流；稳压二极管Z1、滤波电容C2和滤波电容C3能够滤除电路在工作过程中产生的一些微小的干扰信号，使信号保持稳定。

限流电阻R4一端分别和放大三极管Q1集电极、输入电源正端连接，另一端分别和滤波电容C2一端、稳压二极管Z1阴极、放大三极管Q1基极、基准电压芯片U1-C连接；放大三极管Q1发射极分别和滤波电容C3一端、限流电阻R5一端、功率变换电路PWM控制器VCC端连接；滤波电容C2另一端分别和稳压二极管Z1阳极、滤波电容C3另一端、限流电阻R5另一端、输入电源地端连接。

本实施例中，所述检测比较单元2还包括由滤波电容C1，比较电阻R1和比较电阻R2；滤波电容C1用于对输入电源进行滤波，使供电更干净。比较电阻R1和R2通过阻值的改变来设置过压保护点，比较电阻R1和比较电阻R2的功能分别是通过改变阻值来设置过压保护点。

滤波电容C1一端和输入电源正端、比较电阻R1一端、比较电阻R2一端连接；另一端分别和分压电阻R3一端、基准电压芯片U1-A端、输出地端连接；分压电阻R3另一端分别和比较电阻R1另一端、比较电阻R2另一端、基准电压芯片U1-R端连接。

在本实施例中，基准电压芯片U1为2.5V基准芯片。功率变换电路PWM控制器的型号为LM5020。功率变换电路PWM控制器的最低工作电压为5.3V。

本实用新型的一种高精度的输入过压保护电路工作原理为：

当输入电压后，检测比较单元2中的分压电阻R3未达到所述基准电压芯片U1-R端内部设置电压(2.5V)时，输入过压未触发，U1-C端高阻态，供电单元1正常工作，输出10V电压给PWM控制器供电。DC/DC电源模块正常工作。

当输入端电压逐渐增加，分压电阻R3上的电压逐渐上升，当分压电阻R3上电压大于U1-R内部设置电压(2.5V)时，过压保护被触发，基准芯片U1导通，U1-C端低电平，供电单元1的放大三极管Q1发射极输出低电平，低于功率变换电路PWM控制器的最低工作电压5.3V，PWM控制器停止工作，DC/DC电源停止工作，实现输入过压保护。DCDC电源停止工作，实现过压保护。

当输入端电压逐渐恢复，分压电阻R3上的电压逐渐下降，当分压电阻R3上电压小于U1-R内部设置电压(2.5V)时，过压保护解除，基准芯片U1不导通，U1-C端高阻态，供电单元1恢复正常工作，输出10V电压给功率变换电路PWM控制器供电。DC/DC电源模块正常工作。

本实用新型具有结构简单，反映速度快，可自恢复，保护点精准且易于控制，应用范围广泛。常规输入过压保护电路，在不同的环境温度下，输入过压保护点相差太大，无法应用于有精准保护要求及逻辑功能要求的场合，因为常规输入过压保护电路从原理上依赖于器件本身PN结特性，而器件本身无法保证个体间的一致性及不同批次产品的一致性，从而无法从根本上实现精准保护。而本实用新型通过输入电压与基准电压进行比较来控制输入过压，即使在不同的环境温度下，输入过压保护点一致，且能实现长时间过压保护，当输入异常解除时可自恢复。

以上所述，仅是本实用新型的较优具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可不经创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高精度的输入过压保护电路，用于保护开关电源电路，开关电源电路包括功率变换电路PWM控制器，其特征在于，包括依次连接的供电单元(1)和检测比较单元(2)；

所述的供电单元(1)包括放大三极管Q1，所述的供电单元(1)为功率变换电路PWM控制器提供电压；

所述的检测比较单元(2)包括连接的分压电阻R3和基准电压芯片U1，所述的检测比较单元(2)负责输入电压信号的采集与输出，根据检测分压电阻R3上的电压与基准电压芯片U1提供的参考电压做比较，输出低电平信号控制供电单元(1)的放大三极管Q1，使供电单元(1)电压低于功率变换电路PWM控制器最低工作电压，功率变换电路PWM控制器停止工作，实现输入过压保护。

2.根据权利要求1所述的高精度的输入过压保护电路，其特征在于，所述的供电单元(1)还包括限流电阻R4、限流电阻R5、稳压二极管Z1、滤波电容C2和滤波电容C3；

所述的限流电阻R4一端分别和放大三极管Q1集电极、输入电源正端连接，另一端分别和滤波电容C2一端、稳压二极管Z1阴极、放大三极管Q1基极、基准电压芯片U1-C连接；放大三极管Q1发射极分别和滤波电容C3一端、限流电阻R5一端、功率变换电路PWM控制器VCC端连接；滤波电容C2另一端分别和稳压二极管Z1阳极、滤波电容C3另一端、限流电阻R5另一端、输入电源地端连接。

3.根据权利要求2所述的高精度的输入过压保护电路，其特征在于，所述检测比较单元(2)还包括由滤波电容C1，比较电阻R1和比较电阻R2；

所述的滤波电容C1一端和输入电源正端、比较电阻R1一端、比较电阻R2一端连接；另一端分别和分压电阻R3一端、基准电压芯片U1-A端、输出地端连接；分压电阻R3另一端分别和比较电阻R1另一端、比较电阻R2另一端、基准电压芯片U1-R端连接。

4.根据权利要求2所述的高精度的输入过压保护电路，其特征在于，所述的基准电压芯片U1为2.5V基准芯片。

5.根据权利要求1所述的高精度的输入过压保护电路，其特征在于，所述的功率变换电路PWM控制器的型号为LM5020。

6.根据权利要求1所述的高精度的输入过压保护电路，其特征在于，所述的功率变换电路PWM控制器的最低工作电压为5.3V。

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