CN217486157U - 一种过热电源保护电路及电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种过热电源保护电路及电源系统，保护电路包括：依序连接的NTC热敏电阻RT2、电阻R42以及控制开关电路；所述控制开关电路与电源系统中的电压反馈电路连接；所述NTC热敏电阻RT2的一端与电源正极连接，另一端与电阻R42组成分压电路；所述NTC热敏电阻RT2与电源系统中输出整流电路的输出整流管之间的距离小于预设距离。本实用新型通过设置于输出整流管附近的NTC热敏电阻RT2检测其温度并据此在过热时控制电源进入保护，从而能够防止输出整流管在大电流工作下遭到损坏，增加电源在感性负载应用中的可靠性，且无需增加产品成本和体积。

Description

一种过热电源保护电路及电源系统

技术领域

本实用新型属于电源电路领域，具体涉及一种过热电源保护电路及电源系统。

背景技术

目前市场上应用于感性负载的开关电源过流点设计的比较高，以防止感性负载启动瞬间电源进入保护，特别是在推杆电机类应用的电源，不但输出过流点要求大而且需要在过流点附近连续工作几分钟电源不能损坏。一般过流点大而且需在过流点附近工作一段时间的电源产品，在设计时会采用的第一种方式是在原边功率器件MOS管附近放置NTC热敏电阻用于检测原边MOS管工作温度，当原边MOS管的工作温度大于设定温度值时电源进入保护。但这种方式存在以下缺陷，即当输出整流管工作温度上升率大于原边MOS管的上升率，电源在未进入过温保护时输出整流管已过温损坏引起整个电源失效。第二种方式是恒功率电源的应用，当输出电流增加时，输出电压开始下降，输入功率保护不变。这种方式的缺陷是会导致流过输出整流管的电流非常大，整流管温度上升快，容易造成输出整流管损坏。为了确保输出整流管损坏前让其原边MOS管进入过温保护，现有技术中还存在第三种方式，是根据输出工作电流的大小增大输出整流管散热片的散热面积，以确保原边MOS管进入保护前输出整流管不过热损坏。但这种方式造成了产品成本及尺寸的增加。

为了解决以上问题，本实用新型提出了一种具有检测输出整流管过热以保护电源的技术方案，可以在满足设计要求的同时降低设计成本。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种过热电源保护电路及电源系统，能够防止输出整流管在大电流工作下遭到损坏，增加电源在感性负载应用中的可靠性，且无需增加产品成本和体积。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种过热电源保护电路，包括：依序连接的NTC热敏电阻RT2、电阻R42以及控制开关电路；所述控制开关电路与电源系统中的电压反馈电路连接；所述NTC热敏电阻RT2的一端与电源正极连接，另一端与电阻R42组成分压电路；所述NTC热敏电阻RT2与电源系统中输出整流电路的输出整流管之间的距离小于预设距离；

当所述NTC热敏电阻RT2两端的电压因所述输出整流管温度的升高而降低时，将导致所述电阻R42两端的电压随之升高，并在所述电阻R42两端的电压达到预设阈值时使所述控制开关电路导通，进而使所述电压反馈电路输出高电平，控制电源进入过温保护。

优选地，所述NTC热敏电阻RT2的一端与电源正极连接，具体为：所述NTC热敏电阻RT2的一端与所述输出整流管的负极连接，所述输出整流管的负极与电源正极连接。

优选地，所述控制开关电路包括三极管Q4；

所述NTC热敏电阻RT2的另一端分别连接所述三极管Q4的基极以及经所述电阻R42接地；所述三极管Q4的集电极连接电源系统中的电压反馈电路。

优选地，所述三极管Q4的集电极分别连接所述输出整流管的负极和所述电压反馈电路中光耦U2的输入端；所述光耦U2的输出端连接电源系统中PWM控制电路的PWM芯片U1的COMP脚。

优选地，所述控制开关电路包括还包括稳压整流管ZD2、稳压整流管ZD3、电阻R35、电阻R36和电容C18；

所述NTC热敏电阻RT2的另一端经所述稳压整流管ZD3连接至所述三极管Q4的基极；所述电容C18并联在所述三极管Q4的基极和发射极之间；

所述稳压整流管ZD2的负极与所述输出整流电路连接；所述稳压整流管ZD2的正极经所述电阻R36再分别与所述三极管Q4的集电极和所述光耦U2的输入端连接；所述电阻R35并联在所述光耦U2的输入端。

优选地，所述光耦U2内封装有发光二极管和光敏三极管；所述电阻R35的两端分别与所述发光二极管的正极和负极连接；所述光敏三极管的集电极连接电源系统中PWM控制电路的PWM芯片U1的COMP脚，发射极接地。

优选地，所述NTC热敏电阻RT2为贴片式热敏电阻或插件热敏电阻；

所述NTC热敏电阻RT2安装于所述输出整流管的周边。

优选地，还包括NTC热敏电阻RT1；所述NTC热敏电阻RT1与电源系统中输入整流滤波电路的原边MOS管之间的距离小于预设距离；

所述NTC热敏电阻RT1的一端与电源系统中的功率开关管及高频变压器电路的接地端连接，另一端与电源系统中的PWM控制电路连接。

本实用新型还提供另一个技术方案：

一种电源系统，包括电压输入端、滤波电路、输入整流滤波电路、功率开关管及高频变压器电路、输出整流电路、电压反馈电路、PWM控制电路、电压输出端以及如上述的过热电源保护电路；

所述电压输入端、所述滤波电路，所述输入整流滤波电路、所述功率开关管及高频变压器电路、所述输出整流电路和所述电压输出端依序连接；所述输出整流电路的输出端还与所述过热电源保护电路连接；所述过热电源保护电路再经所述电压反馈电路与所述PWM控制电路连接；所述PWM控制电路再与所述功率开关管及高频变压器电路中结型场效应管的栅极连接。

优选地，所述电压反馈电路包括光耦U2、集成稳压器U3、稳压整流管ZD1、三极管Q3、电阻R41、电阻R38、电阻R37、电阻R40、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34和电阻R17；所述光耦U2内封装有发光二极管和光敏三极管；

所述电阻R41的一端与所述输出整流电路中整流管的负极连接，另一端分三路，第一路经所述电容C17与电耦U2内的发光二极管的负极连接，第二路先后连接所述电阻R38和所述电容C11之后再与所述发光二极管的负极连接，第三路与所述集成稳压器U3的输入端连接；所述电阻R37和所述电阻R40分别并联在所述集成稳压器U3的输入端和接地端之间；所述集成稳压器U3的输出端与所述发光二极管的负极连接；

所述电阻R33的两端分别与所述光敏三极管的发射极和集电极连接；所述光敏三极管的发射极接地；所述光敏三极管的集电极还分别与所述电阻R17的一端和所述电阻R34的一端连接；所述电阻R17的另一端与PWM控制电路的PWM芯片U1的COMP脚连接；所述电阻R34的另一端与所述三极管Q3的集电极连接；所述三极管Q3的发射极接地；所述电阻R32并联在所述三极管Q3的基极和发射极之间；所述三极管Q3的基极还经所述电阻R31与所述稳压整流管ZD1的正极连接；所述稳压整流管ZD1的负极与PWM控制电路的PWM芯片U1的VCC引脚连接。

优选地，所述电源系统还包括NTC热敏电阻RT1；所述NTC热敏电阻RT1位于所述输入整流滤波电路的原边MOS管的周边；所述NTC热敏电阻RT1的一端与电源系统中的功率开关管及高频变压器电路的接地端连接，另一端与电源系统中的PWM控制电路连接。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型通过在电源系统的输出整流电路中设置NTC热敏电阻RT2，用于检测其中输出整流管的温度；所述NTC热敏电阻RT2同时还与电阻R42分压；当输出整流管温度上升时，NTC热敏电阻RT2的阻值将下降，而电阻R42两端的电压升高，当电阻R42两端的电压大于稳压整流管ZD3的电压时三极管Q4将导通，从而使电源系统中电压反馈电路的光耦U2无法工作，进而导致与其连接的PWM控制电路的PWM芯片U1的COMP脚电压升高，在超过其设置的过压保护电压值时，使电源进入保护。如此，能够有效防止输出整流管在大电流工作下遭到损坏，实现输出整流管过温保护，从而增加电源在感性负载应用的可靠性，且无需额外增加产品的设计成本和产品体积。

附图说明

图1为本实用新型一实施例一种过热电源保护电路的电路结构示意图；

图2为本实用新型一实施例一种电源系统的电路组成连接简化示意图；

图3为本实用新型一实施例一种电源系统的电路组成连接示意图。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本实用新型最关键的构思在于：在输出整流管附近设置NTC热敏电阻，且NTC热敏电阻与电阻R42分压，使得输出整流管温度大于设定温度时电源进入保护，从而对输出整流管进行保护。

实施例一

请参照图1以及图2，本实施例提供一种过热电源保护电路，包括：NTC热敏电阻RT2、电阻R42和控制开关电路。其中，所述控制开关电路与电源系统中的电压反馈电路连接；所述NTC热敏电阻RT2的一端与电源正极连接，另一端与电阻R42组成分压电路；所述NTC热敏电阻RT2的安装位置与电源系统中输出整流电路的输出整流管的位置之间的距离小于预设距离，用于检测输出整流管的温度。优选所述预设距离为0-5mm；优选直接将所述NTC热敏电阻RT2安装在所述输出整流管本体的周边。

本实施例的过热电源保护电路的工作原理是：当所述NTC热敏电阻RT2两端的电压因所述输出整流管温度的升高而降低时，将导致所述电阻R42两端的电压随之升高，并在所述电阻R42两端的电压达到预设阈值时使所述控制开关电路导通，进而使所述电压反馈电路输出高电平，控制电源进入过温保护。

在一些具体实施方式中，所述NTC热敏电阻RT2可以是贴片式热敏电阻或插件热敏电阻，以更好的满足上述位置要求。其中，采用贴片式热敏电阻，将NTC热敏电阻RT2直接安装于输出整流管附近，如直接连接输出整流管的负极并靠近其引脚的位置(贴片式热敏电阻其中1脚安装于输出整流管负极管脚上)，此安装方式能更直接的检测输出整流管的温度，检测效果最佳，且生产工艺最简单；采用插件热敏电阻，可以利用固定胶将其固定安装在靠近散热片或输出整流管本体的位置，如与输出整流管相邻位置上，以更好、更准确地检测输出整流管的温度。

在一些具体实施方式中，所述NTC热敏电阻RT2的一端与电源正极连接，具体为：所述NTC热敏电阻RT2的一端与所述输出整流管的负极连接，所述输出整流管的负极与电源正极连接。采用NTC热敏电阻RT2直接与输出整流管连接的方式，能够更准确地检测输出整流管的温度，从而提高过热保护的有效性。

在一些具体实施方式中，所述控制开关电路包括三极管Q4；所述NTC热敏电阻RT2的另一端分两路，一路连接所述三极管Q4的基极，另一路经所述电阻R42接地；所述三极管Q4的集电极连接电源系统中的电压反馈电路，发射极接地。该开关电路的结构简单，有效，成本低。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上对其具体电路组成和连接关系做进一步限定。

所述控制开关电路还包括稳压整流管ZD3；所述电压反馈电路包括光耦U2。

在本实施例中，所述NTC热敏电阻RT2的一端与输出整流电路的负极连接；所述NTC热敏电阻RT2的另一端连接所述电阻R42，与其组成分压电路。之后，所述电阻R42再与所述三极管Q4的发射极连接；所述NTC热敏电阻RT2的另一端还与所述稳压整流管ZD3的负极连接；所述三极管Q4的基极连接所述稳压整流管ZD3的正极；所述三极管Q4的发射极接地；所述三极管Q4的集电极分两路，一路连接所述输出整流电路，具体连接至输出整流管的负极，另一路连接电源系统中的电压反馈电路，具体地连接至电压反馈电路中光耦U2的输入端；所述光耦U2的输出端连接电源系统中PWM控制电路的PWM芯片U1的COMP脚。

优选地，上述所述NTC热敏电阻RT2的参数为100K+/-3％B值；所述电阻R42的阻值为5.1K；所述稳压整流管ZD3的稳压值为15V；所述三极管Q4的参数为2N4401/SOT-23。

工作原理：设置在输出整流管附近的NTC热敏电阻RT2，用于检测输出整流管的温度；同时，NTC热敏电阻RT2与电阻R42组成分压电路，以使得在输出整流管温度上升时，NTC热敏电阻RT2的阻值下降后电阻R42两端的电压升高。电阻R42两端的电压升高后，在大于稳压整流管ZD3的稳压电压值时将使三极管Q4导通，从而反馈至与其连接的电压反馈电路，进而控制电源进入保护。具体地，在三极管Q4导通之后，将使与其连接的光耦U2不工作(光耦U2的1脚输出低电平)，PWM芯片U1上COMP脚(2脚)的电压升高(COMP脚输出高电平)，并在高于设定的过压保护电压值时，PWM芯片进入保护，即电源进入保护，从而避免输出整流管在大电流工作下遭到损坏。

本实施例的过热电源保护电路，应用于大过流点输出开关电源系统中，能够在输出整流管增加过温保护，避免其在大电流工作下遭到损坏，从而增加电源可靠性；并且，该电路的应用相较于需要通过增加输出整流管散热片面积才能对整流管进行保护的方式而言，能够有效降低设计成本和产品体积。特别的，本实施例的过热电源保护电路还可以与现有技术的恒功率电源设计或者原边功率器件MOS管过温保护设计一同配合使用，以进一步提升电源可靠性。

实施例三

本实施例在实施例二的基础上，对其电路结构做进一步优化和完善，以提高其稳定性和实用性。

具体地，请参阅图1，本实施例的控制开关电路包括三极管Q4、稳压整流管ZD2、稳压整流管ZD3、电阻R35、电阻R36和电容C18。

其中，所述稳压整流管ZD2的负极与所述输出整流电路连接，具体与输出整流管的负极连接；所述稳压整流管ZD2的正极连接至所述电阻R36之后分两路，一路与所述三极管Q4的集电极连接，另一路与所述光耦U2的输入端连接；优选地，所述光耦U2内封装有发光二极管和光敏三极管。上述与光耦U2的输入端连接的另一路具体是与光耦U2中的发光三极管的正极连接。另外，所述电阻R35并联在所述光耦U2的输入端，具体的，所述电阻R35的两端分别与所述发光二极管的正极和负极连接。所述电容C18的两端分别与所述三极管Q4的基极和发射极连接。

本实施例中的稳压整流管ZD2用于降压。U3芯片TL431最大工作电压为36V，当电源输出电压超过36V输出时，可用稳压整流管ZD2降压，防止U3上的电压超过36V，进而确保电路具备良好的稳定性。

实施例四

本实施例在实施例一至实施例三任一实施例的基础上做进一步扩展应用，提高过热电源保护电路的实用性，同时进一步增强电源可靠性。

具体而言，可以在实施例一或实施例二的基础上结合现有的原边功率器件MOS管过温保护设计或者恒功率电源设计实现。下面，将对其与原边功率器件MOS管过温保护设计同时使用的方案为例展开进行说明。

在一具体实施例方式中，设置于电源系统原边MOS管附近的NTC热敏电阻为NTC热敏电阻RT1，用于检测原边MOS管的温度，因此要求与电源系统中输入整流滤波电路的原边MOS管之间的距离一样小于预设距离。可选地，所述NTC热敏电阻RT1在电路中的连接方式可以是：一端与所述输入整流滤波电路中的输入滤波电解电容C1的负极连接，以尽可能靠近原边MOS管，即图中的MOS管Q1；另一端与电源系统中的PWM控制电路连接。

其工作原理为：当通过热敏电阻RT1检测到位于原边的MOS管Q1的温度大于设定温度时，将通过PWM控制电路使电源进入保护，此为现有技术，不过多复述。

如此，不管是原边的功率器件MOS管的温度大于其设定温度，还是副边的输出整流管的温度大于设定温度，都能够及时地使电源进入保护，从而获取双效的、更可靠的电源保护效果。

实施例五

本实施例在实施例一至实施例三任一实施例的基础上，对其进行运用，提供一种电源系统。

本实施例的电源系统属于感性负载的开关电源系统，具有输出大过流点以及需要在大过流点附近连续工作一定时长而电源不能损坏的要求。

如图2所示，本实施例的电源系统包括电压输入端、滤波电路、输入整流滤波电路、功率开关管及高频变压器电路、输出整流电路、电压反馈电路、PWM控制电路、电压输出端以及上述实施例一或实施例二或实施例三所述的过热电源保护电路。

具体而言，如图1和图3所示，所述电压输入端、所述滤波电路，所述输入整流滤波电路、所述功率开关管及高频变压器电路、所述输出整流电路和所述电压输出端依序连接；所述输出整流电路的输出端还与实施例一或实施例二或实施例三所述的过热电源保护电路连接；该过热电源保护电路再经所述电压反馈电路与所述PWM控制电路连接；所述PWM控制电路的输出端与所述功率开关管及高频变压器电路中结型场效应管的栅极连接；PWM控制电路再与供电电路连接。即言，本实施例在现有的开关电源系统的基础上，在输出整流电路和电压反馈电路之间接入输出整流过温保护电路(即实施例一至实施例三所述的过热电源保护电路)，以获取对输出整流管进行过温保护的效果。

在一具体实施方式中，如图3所示，所述电压反馈电路包括光耦U2、集成稳压器U3、稳压整流管ZD1、三极管Q3、电阻R41、电阻R38、电阻R37、电阻R40、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34和电阻R17；所述光耦U2内封装有发光二极管和光敏三极管；

所述电阻R41的一端与所述输出整流电路中整流管的负极连接，另一端分三路，第一路经所述电容C17与电耦U2内的发光二极管的负极连接，第二路先后连接所述电阻R38和所述电容C11之后再与所述发光二极管的负极连接，第三路与所述集成稳压器U3的输入端连接；所述电阻R37和所述电阻R40分别并联在所述集成稳压器U3的输入端和接地端之间；所述集成稳压器U3的输出端与所述发光二极管的负极连接；

所述电阻R33的两端分别与所述光敏三极管的发射极和集电极连接；所述光敏三极管的发射极接地；所述光敏三极管的集电极还分别与所述电阻R17的一端和所述电阻R34的一端连接；所述电阻R17的另一端与PWM控制电路的PWM芯片U1的COMP脚连接；所述电阻R34的另一端与所述三极管Q3的集电极连接；所述三极管Q3的发射极接地；所述电阻R32并联在所述三极管Q3的基极和发射极之间；所述三极管Q3的基极还经所述电阻R31与所述稳压整流管ZD1的正极连接；所述稳压整流管ZD1的负极与PWM控制电路的PWM芯片U1的VCC引脚连接。

在另一具体实施方式中，进一步地，所述电源系统中还设置有原边功率器件MOS管过温保护设计，与实施例一至实施例三所述的过热电源保护电路一同使用，能够实现更可靠的双效电源保护。具体而言，所述原边功率器件MOS管过温保护方式为：在电源系统中位于原边的MOS管Q1的附近设置NTC热敏电阻RT1，以检测原边MOS管的温度。可选地，所述NTC热敏电阻RT1在电路中的连接方式可以是一端与所述功率开关管及高频变压器电路的接地端连接，如连接至输入滤波电解电容C1的负极，另一端与电源系统中的PWM控制电路连接，以使得安装于后尽可能靠近MOS管Q1。

在其他具体实施方式中，所述电源系统中还可以同时具有恒功率电源设计，以进一步获取在输出电流大时输出电压开始下降输入功率保持不变，防止电源输入功率大损坏电源，但又不会对输出整流管造成损坏的技术效果。

本实施例提供的电源系统，既能够在大过流点输出开关电源上得到很好的应用，对输出整流管进行更好地保护，增加电源可靠性；又能同时结合恒功率电源或者原边功率器件MOS管过温保护设计一同使用，获取双效的、更可靠的电源保护；进一步地，相较于需要增加输出整流管散热片面积才能对整流管进行保护的方式而言，能够有效降低设计成本和产品体积。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种过热电源保护电路，其特征在于，包括：依序连接的NTC热敏电阻RT2、电阻R42以及控制开关电路；所述控制开关电路与电源系统中的电压反馈电路连接；所述NTC热敏电阻RT2的一端与电源正极连接，另一端与电阻R42组成分压电路；所述NTC热敏电阻RT2与电源系统中输出整流电路的输出整流管之间的距离小于预设距离；

当所述NTC热敏电阻RT2两端的电压因所述输出整流管温度的升高而降低时，将导致所述电阻R42两端的电压随之升高，并在所述电阻R42两端的电压达到预设阈值时使所述控制开关电路导通，进而使所述电压反馈电路输出高电平，控制电源进入过温保护。

2.如权利要求1所述的一种过热电源保护电路，其特征在于，所述NTC热敏电阻RT2的一端与所述输出整流管的负极连接，所述输出整流管的负极与电源正极连接。

3.如权利要求1所述的一种过热电源保护电路，其特征在于，所述控制开关电路包括三极管Q4；

所述NTC热敏电阻RT2的另一端分别连接所述三极管Q4的基极以及经所述电阻R42接地；所述三极管Q4的集电极连接电源系统中的电压反馈电路。

4.如权利要求3所述的一种过热电源保护电路，其特征在于，所述三极管Q4的集电极分别连接所述输出整流管的负极和所述电压反馈电路中光耦U2的输入端；所述光耦U2的输出端连接电源系统中PWM控制电路的PWM芯片U1的COMP脚。

5.如权利要求4所述的一种过热电源保护电路，其特征在于，所述控制开关电路包括还包括稳压整流管ZD2、稳压整流管ZD3、电阻R35、电阻R36和电容C18；

所述NTC热敏电阻RT2的另一端经所述稳压整流管ZD3连接至所述三极管Q4的基极；所述电容C18并联在所述三极管Q4的基极和发射极之间；

所述稳压整流管ZD2的负极与所述输出整流电路连接；所述稳压整流管ZD2的正极经所述电阻R36再分别与所述三极管Q4的集电极和所述光耦U2的输入端连接；所述电阻R35并联在所述光耦U2的输入端。

6.如权利要求5所述的一种过热电源保护电路，其特征在于，所述光耦U2内封装有发光二极管和光敏三极管；所述电阻R35的两端分别与所述发光二极管的正极和负极连接；所述光敏三极管的集电极连接电源系统中PWM控制电路的PWM芯片U1的COMP脚，发射极接地。

7.如权利要求1所述的一种过热电源保护电路，其特征在于，所述NTC热敏电阻RT2为贴片式热敏电阻或插件热敏电阻；

所述NTC热敏电阻RT2安装于所述输出整流管的周边。

8.如权利要求1所述的一种过热电源保护电路，其特征在于，还包括NTC热敏电阻RT1；所述NTC热敏电阻RT1与电源系统中输入整流滤波电路的原边MOS管之间的距离小于预设距离；

所述NTC热敏电阻RT1的一端与电源系统中的功率开关管及高频变压器电路的接地端连接，另一端与电源系统中的PWM控制电路连接。

9.一种电源系统，其特征在于，包括电压输入端、滤波电路、输入整流滤波电路、功率开关管及高频变压器电路、输出整流电路、电压反馈电路、PWM控制电路、电压输出端以及如权利要求1至7任意一项权利要求所述的过热电源保护电路；

所述电压输入端、所述滤波电路，所述输入整流滤波电路、所述功率开关管及高频变压器电路、所述输出整流电路和所述电压输出端依序连接；所述输出整流电路的输出端还与所述过热电源保护电路连接；所述过热电源保护电路再经所述电压反馈电路与所述PWM控制电路连接；所述PWM控制电路再与所述功率开关管及高频变压器电路中结型场效应管的栅极连接。

10.如权利要求9所述的电源系统，其特征在于，所述电源系统还包括NTC热敏电阻RT1；所述NTC热敏电阻RT1位于所述输入整流滤波电路的原边MOS管的周边；所述NTC热敏电阻RT1的一端与电源系统中的功率开关管及高频变压器电路的接地端连接，另一端与电源系统中的PWM控制电路连接。

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