CN216530539U - 一种输入过压保护电路及dc-dc开关电源模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种输入过压保护电路及DC－DC开关电源模块，输入过压保护电路包括信号检测电路和保护控制电路，信号检测电路的输入端接于直流母线，信号检测电路的输出端接于保护控制电路的输入端，保护控制电路的输出端接于具有输入过压保护功能的控制芯片，采用该输入过压保护电路的DC－DC开关电源模块还包括功率因数校正电路和谐振变换器，其中功率因数校正电路和谐振变换器中均设置有控制芯片，通过输入过压保护电路从直流母线电压上获取输出信号，当输出信号大于限定值时，输入过压保护将检测到的输出信号转换成控制芯片的电压(或电流)信号，触发控制芯片的过压保护功能，达到过压保护的目的。

Description

一种输入过压保护电路及DC-DC开关电源模块

技术领域

本实用新型属于电力电子技术领域，尤其涉及一种输入过压保护电路及DC-DC开关电源模块。

背景技术

开关电源是利用电力电子技术，控制开关管开通和关断，实现电压稳定输出的一种电源，也叫开关变换器、转换器等，主要作用是进行电压电流的转换。例如使用市电为手机、电脑、电动汽车充电等充电需要将市电的交流电转换为所需直流电，开关电源即为电能转换的媒介。

随着电动汽车的广泛推广，人们的需求和关注点越来越多的聚焦于高频大功率开关电源，与此同时，电网供电需求量越来越高，影响供电电压波动的因素越来越多，大的输入电压波动可能会使得器件应力超标损坏器件，同时，较高输入电压也会使得电路功耗增大，产品温度升高，甚至引起炸机，从而降低产品的安全性和可靠性。为有效避免输入电压过高对开关电源造成损坏，同时保障使用安全，现有开关电源中加入输入过压保护电路应对开关电源输入过压的问题。

实用新型内容

本实用新型的技术目的在于提供一种输入过压保护电路及DC-DC开关电源模块，旨在解决现有开关电源模块中输入电压过大造成器件损坏的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的：

本实用新型第一方面提供一种输入过压保护电路，所述输入过压保护电路包括信号检测电路和保护控制电路，所述信号检测电路的输入端接于直流母线，所述信号检测电路的输出端接于所述保护控制电路的输入端，所述保护控制电路的输出端接于控制芯片，所述控制芯片具有过压保护功能，其中，

所述信号检测电路用于监控所述直流母线的输出信号，并输出所述输出信号至所述保护控制电路；

所述保护控制电路用于根据所述输出信号导通，输出供电信号至所述控制芯片；其中，所述供电信号用于所述控制芯片进行过压保护判断。

进一步地，所述信号检测电路包括第一电阻、第二电阻和第一电容，所述第一电阻的一端接于所述直流母线，所述第一电阻的另一端接于所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端接于地，所述第二电阻与所述第一电容并联。

进一步地，所述保护控制电路包括：可控稳压管、第三电阻、PNP型三极管和第五电阻，所述可控稳压管的参考极接于所述第一电阻和所述第二电阻之间，所述第三电阻的一端接于可控稳压管的阴极，所述第三电阻的另一端接于所述PNP型三极管的基极，所述PNP型三极管的发射极接于所述直流母线或所述控制芯片的供电电压上，所述PNP型三极管的集电极接于所述第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端接于所述控制芯片的OVP引脚。

进一步地，所述保护控制电路还包括第四电阻，所述第四电阻的一端接于所述PNP型三极管的发射极，所述第四电阻的另一端接于所述PNP型三极管的基极。

进一步地，所述控制芯片设置有多个，多个所述控制芯片并联接于所述第五电阻的另一端。

进一步地，所述控制芯片与所述第五电阻之间接有二极管，所述二极管的阳极接于所述第五电阻的另一端，所述二极管的阴极接于所述检测引脚。

进一步地，所述输出信号包括电压信号、电流信号、开关信号中的其中一种。

本实用新型第二方面提供一种DC-DC开关电源模块，包括如上所述的输入过压保护电路；

所述DC–DC开关电源模块还包括谐振变换器，所述谐振变换器设置有所述控制芯片，所述输入过压保护电路的输入端接于所述直流母线，所述过压保护电路的输出端接于所述控制芯片。

进一步地，所述DC-DC开关电源模块还包括功率因数校正电路，所述功率因数校正电路与所述谐振变换器依次连接，所述功率因数校正电路和所述谐振变换器均设置有控制芯片，所述输入过压保护电路的输入端接于所述功率因数校正电路的输出端，所述输入过压保护电路的输出端接于所述控制芯片。

进一步地，所述输入过压保护电路的输出端接于所述功率因数校正电路的控制芯片，或所述谐振变换器中的控制芯片接于所述功率因数校正电路的控制芯片，所述输入过压保护电路的输出端接于所述谐振变换器的控制芯片。

本实用新型中提供的输入过压保护电路及开关电源模块与现有技术相比，有益效果在于：

(1)本实用新型中过压保护电路包括信号检测电路和保护控制电路，通过使用简单的元器件即可实现，如可控稳压管TL431以及PNP三极管，相比于继电器等所需元器件体积较小，简化了电路结构，有利于开关电源模块小型化，降低成本。

(2)本实用新型提出的开关电源模块实现了两级控制，既关断了控制芯片，又关断了功率因数校正电路，有效防止了过压保护触发后输入电压继续增加损坏开关管的发生，可靠性强，安全性好。

(3)本实用新型实现的输入过压保护功能可以与开关电源模块中其他保护功能并行工作，功能互不影响，兼容性好，并行能力强，具有较强的适用性。

附图说明

图1是本实用新型实施例中输入过压保护电路拓扑结构示意图；

图2是本实用新型实施例中电源模块电路拓扑结构示意图。

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。

在相关技术中，针对具有输入过压保护的开关电源模块中，输入过压保护电路研究主要分为以下几种：

一种是通过隔离输入电路与输出电路实现输入过压保护功能。如在输入电压与电压变换电路之间设置电磁开关模块，当出现过压状况时通过切断电路的方式实现保护功能；或在整流器输出端增加接于入开关控制电路，通过控制接于入开关的通断实现过压保护；或输入过压时，控制继电器断开使整流模块和滤波模块断开，从而实现过压保护。该方法的不足之处在于增加专门的电路保护模块会增加开关电源的体积，成本也相应增加。

另一种是通过拉低控制芯片供电电压实现输入过压保护功能。如在检测到输入过压信号后拉低控制芯片的供电电压，实现过压保护。该方法的不足之处在于输入电压仍作用于开关管上，当输入电压过大时仍可能使开关管因应力超标而击穿。

此外，通过控制驱动电路的输出迫使开关管停止工作实现输入过压保护功能。如通过比较器输出的高低电平信号，开通或关断驱动电路的输出，进而控制开关管通断，实现输入过压保护；或通过控制两个级联的三极管的开关状态，输出控制信号改变PWM控制电路的工作状态。该方法只能实现一级电路保护，前级电路承受高电压冲击时仍可能造成功率器件的损坏。

本实用新型第一方面提供一种输入过压保护电路，该输入过压保护电路包括信号检测电路和保护控制电路，信号检测电路的输入端接于直流母线，信号检测电路的输出端接于保护控制电路的输入端，保护控制电路的输出端接于控制芯片，该控制芯片具有过压保护功能，其中，

信号检测电路用于监控所述直流母线的输出信号，并输出所述输出信号至所述保护控制电路；

保护控制电路用于根据输出信号导通，输出电压信号至控制芯片；其中，电压信号用于控制芯片进行过压保护判断。

本实用新型提出的输入过压保护电路可通过简单的元器件设置即可实现，相对于相关技术减小成本，有利于开关电源模块的小型化。

请参阅图1所示的输入过压保护电路的电路拓扑结构示意图，作为本实用新型的其中一种实施方式，信号检测电路用于检测电压信号，其电路拓扑结构包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1，其中，第一电阻R1与第二电阻R2串联，第二电阻R2与第一电容C1并联，具体的，第一电阻R1的一端接于直流母线Vbus上，第一电阻R1的另一端接于第二电阻R2，第二电阻R2的另一端接于地，第二电阻R2与第一电容C1并联起到滤波的目的。整个电压检测的目的在于监控直流母线电压，输出电压信号作为控制电路的输入，其中，第一电阻可由多个电阻串联构成串联电阻模块。

需要理解的是，上述实施例中的信号检测电路用于检测电压信号，在本实用新型的其他实施方式中，信号检测电路还可用于检测电流信号、开关信号等。相应的对信号检测电路的电路拓扑进行适当替换。

作为本实用新型的其中一种实施方式，对应于上述电压检测电路，保护控制电路的电路拓扑结构包括：可控稳压管D1、第三电阻R3、PNP型三极管Q1和第五电阻R5。其中可控稳压管D1可以选择产品TL431，可控稳压管D1的参考极接于第一电阻R1和第二电阻R2的中点，当第二电阻R2分压值等于参考值REF时触发可控稳压管D1导通，第三电阻R3的一端接于可控稳压管D1的阴极，另一端接于PNP型三极管Q1的基极，第三电阻R3的作用是限流和保证PNP三极管Q1输出正确的逻辑电平，PNP型三极管Q1的发射极接于直流母线Vbus上，也可以接到控制芯片供电电源Vcc上，PNP型三极管Q1的集电极接于第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端接于控制芯片的OVP引脚，本实用新型通过触发控制芯片的OVP引脚功能起到过压保护的目的。

以上提出的输入过压保护电路通过调节R1和R2的分压比，可以调节输入过压保护的范围，如下式所示：

其中，V_bus＿ovp为输入控制芯片OVP引脚的电压，V_REF为可控稳压管参考极电压，R1为第一电阻，R2为第二电阻。

在一些实施方式中，保护控制电路还包括第四电阻R4，第四电阻R4的一端接于PNP型三极管Q1的发射极，另一端接于PNP型三极管Q1的基极，第四电阻R4可以防止漏电流使PNP型二极管Q1误导通。

在一些实施方式中，在控制芯片与第五电阻R5之间接于有二极管D2，二极管D2的阳极接于第五电阻R5的另一端，二极管D2的阴极接于控制芯片的OVP引脚，二极管D2的增加一方面是为了避免芯片内部有反向电流流出时对电路造成干扰，另一方面起到了很好的隔离作用，使得该电路可以同时控制多个芯片的工作，提高电路的并行能力，如图1中的虚线部分所示，第五电阻R5的输出端与二极管D2并联接于有二极管D2’，且二极管D2’的阴极接于另一控制芯片的OVP’引脚。

本实用新型提供的输入过压保护电路的原理为：

当第二电阻R2分压值大于等于REF时，可控稳压管D1导通，PNP型三极管Q1阴极电压被拉低，由于PNP型三极管Q1的发射极为高电压，故此时Q1导通，此时第五电阻R5对电源Vcc分压，流过第五电阻R5两端的电流值为Vcc与第五电阻R5的比值，当控制芯片OVP点的电压(或电流)达到触发芯片过压保护功能的电压(或电流)时，芯片过压保护功能启动，此时电路开关管停止发波，电压下降，达到过压保护的目的。当输入电压恢复正常后，第二电阻R2分压值小于REF，可控稳压管D1截止，PNP型三极管Q1截止，OVP无信号输出。用户可根据目标需求选择芯片型号，决定过压保护后是锁死还是自恢复。

本实用新型第二方面提供一种DC-DC开关电源模块，其结构框图如附图2所示，包括如上所述的输入过压保护电路，还包括谐振变换器(图中“二级”表示)，在谐振变换器中设置有控制芯片，输入过压保护电路的输入端接于直流母线，过压保护电路的输出端接于控制芯片。

作为优选地，DC-DC开关电源模块还包括有功率因数校正电路(图中“一级”表示)，其中功率因数校正电路和谐振变换器依次连接，功率因数校正电路和谐振变换器均设置有如本申请第一方面提供的控制芯片，输入过压保护电路的输入端接于功率因数校正电路的输出端，输入过压保护电路的输出端接于控制芯片。

需要说明的是，本实用新型在使用时，当输入电压AC升高时，经整流滤波电路及功率因数校正电路校正后的电压同步升高，同时第二电阻R2分压增高。

在一些实施方式中，输入过压保护电路设置有一个输出端口，输出端口接于功率因数校正电路控制芯片的OVP引脚，通过直接于控制功率因数校正电路实现过压保护。

在一些实施方式中，输入过压保护电路设置有一个输出端口，输出端口接于谐振变换器控制芯片的OVP引脚，此时，谐振变换器中的控制芯片同时还接于功率因数校正电路的控制芯片，谐振变换器中的控制芯片一方面为开关管提供驱动电压，一方面为功率因数校正电路控制芯片提供电源实现两级控制效果。

在一些实施方式中，输入过压保护电路设置有两个输出端口，两个输出端口分别接于功率因数校正电路控制芯片的OVP引脚和谐振变换器控制芯片的OVP引脚，在此实施方式中，输入过压保护电路同时控制两组控制芯片，达到同样的两级控制效果。

故输入过压保护有两条途径，一种路径是通过控制谐振变换器中的控制芯片实现两级控制；另一种路径直接于控制功率因数校正电路实现输入过压保护。两级控制具体过程为：输出信号经过整流滤波并经功率因数校正校正后输出DC母线电压，输入过压保护电路从DC母线电压上输出信号Vbus，当Vbus电压大于限定值时，输入过压保护将检测到的电压信号转换成控制芯片的电压(或电流)信号，触发控制芯片的过压保护功能，触发过压保护功能后，即使继续增加输入电压，母线电压也不会上升，从而保护了电路及开关管不受输入过压的破坏。

综上，本实用新型提供技术方案与现有技术相比的有益效果在于：

(1)本实用新型中过压保护电路包括信号检测电路和保护控制电路，通过使用简单的元器件即可实现，如可控稳压管TL431以及PNP三极管，相比于继电器等所需元器件体积较小，简化了电路结构，有利于开关电源模块小型化，降低成本。

(2)本实用新型提出的开关电源模块实现了两级控制，既关断了控制芯片，又关断了功率因数校正电路，有效防止了过压保护触发后输入电压继续增加损坏开关管的发生，可靠性强，安全性好。

(3)本实用新型实现的输入过压保护功能可以与开关电源模块中其他保护功能并行工作，功能互不影响，兼容性好，并行能力强，具有较强的适用性。

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 (10)

1.一种输入过压保护电路，其特征在于，所述输入过压保护电路包括信号检测电路和保护控制电路，所述信号检测电路的输入端接于直流母线，所述信号检测电路的输出端接于所述保护控制电路的输入端，所述保护控制电路的输出端接于控制芯片，所述控制芯片具有过压保护功能，其中，

所述信号检测电路用于监控所述直流母线的输出信号，并输出所述输出信号至所述保护控制电路；

所述保护控制电路用于根据所述输出信号导通，输出供电信号至所述控制芯片；其中，所述供电信号用于所述控制芯片进行过压保护判断。

2.根据权利要求1所述的输入过压保护电路，其特征在于，所述信号检测电路包括第一电阻、第二电阻和第一电容，所述第一电阻的一端接于所述直流母线，所述第一电阻的另一端接于所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端接于地，所述第二电阻与所述第一电容并联连接。

3.根据权利要求2所述的输入过压保护电路，其特征在于，所述保护控制电路包括：可控稳压管、第三电阻、PNP型三极管和第五电阻，所述可控稳压管的参考极接于所述第一电阻和所述第二电阻之间，所述第三电阻的一端接于所述可控稳压管的阴极，所述第三电阻的另一端接于所述PNP型三极管的基极，所述PNP型三极管的发射极接于所述直流母线或所述控制芯片的供电电压上，所述PNP型三极管的集电极接于所述第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端接于所述控制芯片的OVP引脚。

4.根据权利要求3所述的输入过压保护电路，其特征在于，所述保护控制电路还包括第四电阻，所述第四电阻的一端接于所述PNP型三极管的发射极，所述第四电阻的另一端接于所述PNP型三极管的基极。

5.根据权利要求4所述的输入过压保护电路，其特征在于，所述控制芯片设置有多个，多个所述控制芯片并联连接于所述第五电阻的另一端。

6.根据权利要求5所述的输入过压保护电路，其特征在于，所述控制芯片与所述第五电阻之间接有二极管，所述二极管的阳极接于所述第五电阻的另一端，所述二极管的阴极接于所述OVP引脚。

7.根据权利要求1所述的输入过压保护电路，其特征在于，所述输出信号包括电压信号、电流信号、开关信号中的其中一种。

8.一种DC－DC开关电源模块，其特征在于，包括如权利要求1－7任意一项所述的输入过压保护电路；

所述DC–DC开关电源模块还包括谐振变换器，所述谐振变换器设置有所述控制芯片，所述输入过压保护电路的输入端接于所述直流母线，所述过压保护电路的输出端接于所述控制芯片。

9.根据权利要求8所述的DC－DC开关电源模块，其特征在于，所述DC－DC开关电源模块还包括功率因数校正电路，所述功率因数校正电路与所述谐振变换器依次连接，所述功率因数校正电路和所述谐振变换器均设置有控制芯片，所述输入过压保护电路的输入端接于所述功率因数校正电路的输出端，所述输入过压保护电路的输出端接于所述控制芯片。

10.根据权利要求9所述的DC－DC开关电源模块，其特征在于，所述输入过压保护电路的输出端接于所述功率因数校正电路的控制芯片，或所述谐振变换器中的控制芯片接于所述功率因数校正电路的控制芯片，所述输入过压保护电路的输出端接于所述谐振变换器的控制芯片。

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