CN219436643U - 一种用于开关电源电压反馈环tl431的过压保护电路 - Google Patents

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CN219436643U CN202320354163.4U CN202320354163U CN219436643U CN 219436643 U CN219436643 U CN 219436643U CN 202320354163 U CN202320354163 U CN 202320354163U CN 219436643 U CN219436643 U CN 219436643U
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张伯泽
张语轩
史明月
史春艳
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Abstract

本申请提供了一种用于开关电源电压反馈环TL431的过压保护电路，包括：电压反馈模块，包括依序串联的限流电阻R4、NPN晶体管Q1、光耦U1以及TL431稳压源U2；输出电压采样模块，并联于电压反馈模块两端，包括串联的分压电阻R2和R3，TL431稳压源U2的参考端连接到分压电阻R2与R3之间；控制模块，与NPN晶体管Q1的基极连接。本申请通过控制模块控制NPN晶体管Q1的通断，实现对电压反馈环中TL431稳压源的过压保护。同时，利用NPN晶体管Q1实现对TL431的分压，可靠性高。此外，本电路结构清晰，与现有电阻分压方式相比整机效率更高。

Description

一种用于开关电源电压反馈环TL431的过压保护电路
技术领域
本实用新型涉及过压保护技术，尤其涉及一种用于开关电源电压反馈环TL431的过压保护电路。
背景技术
TL431是一种三端可调分流并联稳压器，是开关电源及含开关电源在本体内的产品如各类充电器、家用电器、电气设备、电子类等产品必不可少的关键器件之一，为了获得稳定的电压输出，电压反馈环基本都使用TL431建立电压闭环反馈。
但是TL431的阴极-阳极之间的最大耐压为37V，而开关电源及含开关电源在本体内的产品如各类充电器、家用电器、电气设备、电子类产品等输出电压往往为48V、72V等各种相对较高的电压，这样输出电压就高于37V，超过了TL431阴极-阳极之间的耐压限值，TL431在电压反馈环中的使用就受到了限制。
为解决这一问题，目前通常的做法是使用分压电阻对输出电压进行分压，如图1所示，其中U1为光耦，对原副边信号进行隔离；U2为TL431，R1、C1为电压反馈环的补偿网络；R2、R3为开关电源的输出电压反馈采样的分压电阻。为使TL431的阴极-阳极之间承受的耐压小于37V，用电阻R4、R5对开关电源的输出电压进行分压，使电阻R5上面承担的电压即TL431承受的耐压为12V。但是，通过分压电阻R4、R5对开关电源输出电压进行分压减小TL431阴极-阳极之间承受耐压的方法存在以下缺点：
(1)分压电阻R4承受大部分电压，一直消耗较大的功率，从而电阻R4电阻发热较高，存在失效的风险；
(2)电阻R4耐压有限，一旦失效，电压环就变为开环，输出电压就不能稳定；
(3)整机效率降低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于开关电源电压反馈环TL431的过压保护电路，以实现对TL431更加可靠、高效的过压保护。
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
根据本实用新型的一方面，提供了一种用于开关电源电压反馈环TL431的过压保护电路，包括：
电压反馈模块，连接于开关电源上，包括依序串联的限流电阻R4、NPN晶体管Q1、光耦U1以及TL431稳压源U2，所述光耦U1的内部NPN晶体管的集电极输出电压反馈信号VFB到电源控制芯片的电压反馈控制脚；
输出电压采样模块，并联于所述电压反馈模块两端，包括串联的分压电阻R2和R3，所述TL431稳压源U2的参考端连接到分压电阻R2与R3之间；
控制模块，与所述NPN晶体管Q1的基极连接，当采样电压高于所述TL431稳压源U2的参考电压时，所述控制模块向所述NPN晶体管Q1的基极注入电流，所述NPN晶体管Q1导通；当所述采样电压低于所述TL431稳压源U2的参考电压时，所述控制模块没有电流流入所述NPN晶体管Q1的基极，所述NPN晶体管Q1不导通。
在一实施例中，所述控制模块包括辅助电源、NPN晶体管Q2、电阻R5、R6以及TL431稳压源U3，所述辅助电源的一路经由电阻R5与所述NPN晶体管Q2的集电极连接，所述辅助电源的另一路经由电阻R6与所述NPN晶体管Q2的基极连接，所述NPN晶体管Q2的发射极接地，所述TL431稳压源U3的参考端连接到分压电阻R2与R3之间，所述TL431稳压源U3的阴极连接到所述NPN晶体管Q2的基极，所述TL431稳压源U3的阳极接地。
在一实施例中，所述控制模块包括辅助电源、NPN晶体管Q2、电阻R5和R6，所述辅助电源的一路经由电阻R5与所述NPN晶体管Q2的集电极连接，所述辅助电源的另一路经由电阻R6与所述NPN晶体管Q2的基极连接，所述NPN晶体管Q2的发射极接地，所述NPN晶体管Q2的基极连接到所述TL431稳压源U2的阴极。
在一实施例中，所述控制模块包括辅助电源、NPN晶体管Q2、电阻R5、R6以及比较器，所述辅助电源的一路经由电阻R5与所述NPN晶体管Q2的集电极连接，所述辅助电源的另一路经由电阻R6与所述NPN晶体管Q2的基极连接，所述NPN晶体管Q2的发射极接地，所述比较器的同相端连接到分压电阻R2与R3之间，所述比较器的反相端接2.5V参考电压，所述比较器的输出端连接到所述NPN晶体管Q2的基极。
在一实施例中，该电路还包括补偿模块，所述补偿模块由电阻R1和电容C1串联构成，所述补偿模块的一端连接于分压电阻R2与R3之间，另一端连接于光耦U1与TL431稳压源U2之间。
本实用新型实施例的有益效果是：
(1)电路通过NPN晶体管Q1实现对TL431的分压和过压保护，可靠性高；
(2)电路结构清晰，容易实现；
(3)与电阻分压保护TL431的方式相比，整机效率提高。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本实用新型的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1是采用电阻分压方式保护TL431的电路图；
图2是本申请第一实施例的电路图；
图3是本申请第二实施例的电路图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本实用新型的保护范围进行任何限制。
如图2所示，本申请第一实施例提供了一种用于开关电源电压反馈环TL431的过压保护电路，包括：
电压反馈模块101，连接于开关电源上，包括依序串联的限流电阻R4、NPN晶体管Q1、光耦U1以及TL431稳压源U2。其中，光耦U1用于对原副边电压信号进行隔离，光耦U1的内部NPN晶体管的集电极输出电压反馈信号VFB到电源控制芯片的电压反馈控制脚；
输出电压采样模块102，并联于电压反馈模块两端，用于对开关电源的输出电压进行采样。输出电压采样模块102包括串联的分压电阻R2和R3，TL431稳压源U2的参考端连接到分压电阻R2与R3之间。
控制模块103，与NPN晶体管Q1的基极连接。当采样电压高于所述TL431稳压源U2的参考电压时，所述控制模块向所述NPN晶体管Q1的基极注入电流，所述NPN晶体管Q1导通；当采样电压低于TL431稳压源U2的参考电压时，控制模块没有电流流入NPN晶体管Q1的基极，NPN晶体管Q1不导通。
在本实施例中，控制模块103包括+12V的辅助电源、NPN晶体管Q2、电阻R5、R6以及TL431稳压源U3，辅助电源的一路经由电阻R5与NPN晶体管Q2的集电极连接，辅助电源的另一路经由电阻R6与NPN晶体管Q2的基极连接，NPN晶体管Q2的发射极接地，TL431稳压源U3的参考端连接到分压电阻R2与R3之间，TL431稳压源U3的阴极连接到NPN晶体管Q2的基极，TL431稳压源U3的阳极接地。
此外，该电路还包括补偿模块104，补偿模块由电阻R1和电容C1串联构成，补偿模块的一端连接于分压电阻R2与R3之间，另一端连接于光耦U1与TL431稳压源U2之间。
当电阻R3上面的反馈电压高于TL431稳压源U2、U3内部的2.5V参考电压时，TL431稳压源U2、U3的阴极即脚1为低电平，NPN晶体管Q2的基极接到地，Q2的基极没有电流注入从而不导通；此时，辅助电源+12V通过限流电阻R5向NPN晶体管Q1的基极注入电流，NPN晶体管Q1导通，同时因TL431稳压源U2的阴极即脚1为低电平，光耦U1内部发光二极管有前向电流流过从而点亮，光耦U1内部NPN晶体管的集电极为低电平，即原边得到的电压反馈信号VFB为低电平，VFB送到电源控制芯片电压反馈控制脚，此时电源控制芯片关掉功率开关管MOS管的驱动信号，实现对占空比的调节。
当分压电阻R3上面的反馈电压低于TL431稳压源U2、U3内部2.5V参考电压时，TL431稳压源U2、U3的阴极即脚1为高电平，辅助电源+12V通过限流电阻R6向NPN晶体管Q2的基极注入电流，NPN晶体管Q2导通，从而NPN晶体管Q1的基极被拉到接近为地的低电平，从而没有电流注入Q1的基极，NPN晶体管Q1不导通，此时晶体管Q1与TL431稳压源U2一起承受开关电源的输出电压，因NPN晶体管Q1的存在，使TL431稳压源U2不会因为输出电压高于U2的阴极-阳极耐压导致击穿。此时，因TL431稳压源U2的阴极即脚1为高电平，光耦U1内部发光二极管没有前向电流流过从而不点亮，光耦U1内部NPN晶体管的集电极为浮空，VFB送到电源控制芯片电压反馈控制脚，此时电源控制芯片开启功率开关管MOS管的驱动信号，实现对占空比进行调节。
为了节省器件、降低成本，在本申请的第二实施例中，可以省去一个TL431稳压源U3，如图3所示，将NPN晶体管Q2的基极接到TL431稳压源U3的阴极，其工作原理与第一实施例基本一致，也是利用TL431稳压源的阴极来控制晶体管Q2的基极。
在另一可能的实施例中，也可以用一个比较器来控制NPN晶体管Q2的基极，比较器的同相端接接电压反馈信号，比较器的反相端接2.5V参考电压，用该比较器的输出端控制NPN晶体管Q2的基极即可实现同样的工作原理。
综上所述，本申请实施例提供的用于开关电源电压反馈环TL431的过压保护电路，通过控制模块控制NPN晶体管Q1的通断，实现对电压反馈环中TL431稳压源的保护。同时，利用NPN晶体管Q1实现对TL431的分压，可靠性高。此外，本电路结构清晰，容易实现，并且与现有电阻分压方式相比，提高了整机效率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
以上所述仅为本申请的较佳实例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种用于开关电源电压反馈环TL431的过压保护电路，其特征在于，包括：
电压反馈模块，连接于开关电源上，包括依序串联的限流电阻R4、NPN晶体管Q1、光耦U1以及TL431稳压源U2，所述光耦U1的内部NPN晶体管的集电极输出电压反馈信号VFB到电源控制芯片的电压反馈控制脚；
输出电压采样模块，并联于所述电压反馈模块两端，包括串联的分压电阻R2和R3，所述TL431稳压源U2的参考端连接到分压电阻R2与R3之间；
控制模块，与所述NPN晶体管Q1的基极连接，当采样电压高于所述TL431稳压源U2的参考电压时，所述控制模块向所述NPN晶体管Q1的基极注入电流，所述NPN晶体管Q1导通；当所述采样电压低于所述TL431稳压源U2的参考电压时，所述控制模块没有电流流入所述NPN晶体管Q1的基极，所述NPN晶体管Q1不导通。
2.根据权利要求1所述的用于开关电源电压反馈环TL431的过压保护电路，其特征在于，所述控制模块包括辅助电源、NPN晶体管Q2、电阻R5、R6以及TL431稳压源U3，所述辅助电源的一路经由电阻R5与所述NPN晶体管Q2的集电极连接，所述辅助电源的另一路经由电阻R6与所述NPN晶体管Q2的基极连接，所述NPN晶体管Q2的发射极接地，所述TL431稳压源U3的参考端连接到分压电阻R2与R3之间，所述TL431稳压源U3的阴极连接到所述NPN晶体管Q2的基极，所述TL431稳压源U3的阳极接地。
3.根据权利要求1所述的用于开关电源电压反馈环TL431的过压保护电路，其特征在于，所述控制模块包括辅助电源、NPN晶体管Q2、电阻R5和R6，所述辅助电源的一路经由电阻R5与所述NPN晶体管Q2的集电极连接，所述辅助电源的另一路经由电阻R6与所述NPN晶体管Q2的基极连接，所述NPN晶体管Q2的发射极接地，所述NPN晶体管Q2的基极连接到所述TL431稳压源U2的阴极。
4.根据权利要求1所述的用于开关电源电压反馈环TL431的过压保护电路，其特征在于，所述控制模块包括辅助电源、NPN晶体管Q2、电阻R5、R6以及比较器，所述辅助电源的一路经由电阻R5与所述NPN晶体管Q2的集电极连接，所述辅助电源的另一路经由电阻R6与所述NPN晶体管Q2的基极连接，所述NPN晶体管Q2的发射极接地，所述比较器的同相端连接到分压电阻R2与R3之间，所述比较器的反相端接2.5V参考电压，所述比较器的输出端连接到所述NPN晶体管Q2的基极。
5.根据权利要求1所述的用于开关电源电压反馈环TL431的过压保护电路，其特征在于，还包括补偿模块，所述补偿模块由电阻R1和电容C1串联构成，所述补偿模块的一端连接于分压电阻R2与R3之间，另一端连接于光耦U1与TL431稳压源U2之间。
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