CN220273517U - 一种拓扑结构的开路保护电路及灯具 - Google Patents

Abstract

本申请涉及开关电源控制的技术领域，特别涉及一种拓扑结构的开路保护电路及灯具。其包括开关电源、用于导通所述开关电源内部电路的开关模块、用于检测所述开关电源输出电压大小是否在阈值范围的信号检测模块以及用于根据所述信号检测模块的电平信号控制所述开关模块的驱动模块。本申请实现了开关电源在输入输出电压相等的极限条件下进行连续开关机时使输出端开路电压受控的效果。

Description

一种拓扑结构的开路保护电路及灯具

技术领域

本申请涉及开关电源控制的技术领域，特别涉及一种拓扑结构的开路保护电路及灯具。

背景技术

随着LED开关电源的市场需求逐渐增多，用户对灯具的要求也越来越高。目前，LED开关电源一般采用BOOST+BUCK两级拓扑结构的低成本开关电源，这种拓扑结构的开关电源主要通过芯片来控制电压输出，若在输入输出电压相等的极限条件下连续开关机时，会出现输出端开路电压不受控的情况，不仅容易造成输出电解电容失效，更有甚者会损坏车间的老化设备。

实用新型内容

本申请为了解决背景技术中所述的开关电源在连续开关机的条件下存在开路电压不受控的技术问题，提供了一种拓扑结构的开路保护电路及灯具。

第一方面，本申请提供了一种拓扑结构的开路保护电路，包括开关电源、用于导通所述开关电源内部电路的开关模块、用于检测所述开关电源输出电压大小是否在阈值范围的信号检测模块以及用于根据所述信号检测模块的电平信号控制所述开关模块的驱动模块；

所述开关电源包括用于与外接电源连接的电源输入端、用于调整电压比例输出的拓扑控制模块和用于与用电设备连接的电压输出端，所述电源输入端的正极与所述拓扑控制模块的正极输入端连接，负极与所述拓扑控制模块的负极输入端连接；所述拓扑控制模块的正极输出端与所述电压输出端的正极连接，负极输出端通过所述开关模块与所述电压输出端的负极连接；所述信号检测模块包括第一电阻、第二电阻和精密稳压源，所述驱动模块包括第一三极管、第二三极管和第一光耦，所述精密稳压源的参考极通过所述第一电阻与所述拓扑控制模块的正极输入端连接，阴极与所述第一三极管的基极连接，阳极接地；所述第二电阻并联在所述精密稳压源的参考极和阳极之间；所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的基极连接，发射极接地；所述第二三极管的集电极与所述第一光耦的第二脚连接，发射极接地；所述第一三极管的基极、第二三极管的基极、第一光耦的第一脚均与所述拓扑控制模块的正极输入端连接；所述第一光耦的第三脚与所述开关模块的控制端连接，第四脚与所述拓扑控制模块的正极输出端连接。

在一些优选地实施例中，所述开关模块至少包括第一MOS管，所述第一MOS管的源极与所述拓扑控制模块的负极输出端连接，漏极与所述电压输出端的负极连接，栅极与所述第一光耦的第三脚连接。

在一些优选地实施例中，所述开关模块还包括第三电阻、第四电阻和第一电容，所述第三电阻并联在所述第一MOS管的源极与栅极之间；所述第四电阻连接在所述第一MOS管的栅极与所述第一光耦的第三脚之间；所述第一电容连接在所述第一MOS管的源极与所述第一光耦的第三脚之间。

在一些优选地实施例中，所述第一MOS管为N沟道MOS管。

在一些优选地实施例中，所述第一三极管和所述第二三极管均为NPN型三极管。

在一些优选地实施例中，所述精密稳压源为三端可调分流基准源。

在一些优选地实施例中，所述驱动模块还包括第五电阻，所述第五电阻并联在所述第一三极管的基极与发射极之间。

在一些优选地实施例中，所述开关电源还包括用于将交流电压转换成单向的直流脉动电压的桥式整流器，所述桥式整流器的设置在所述电源输入端与所述拓扑控制模块之间。

在一些优选地实施例中，所述拓扑控制模块包括BOOST拓扑模块和BUCK拓扑模块，所述电源输入端依次通过所述BOOST拓扑模块和所述BUCK拓扑模块与所述电压输出端连接。

第二方面，本申请提供一种灯具，包括如第一方面所述的拓扑结构的开路保护电路。

本申请的有益效果在于：

本申请通过控制开关模块的导通来控制开关电源输出可控的电压。通过信号检测模块的第一电阻、第二电阻和精密稳压源配合检测开关电源输出电压的大小是否在阈值范围，然后驱动模块根据精密稳压源的输出的信号来驱动控制开关模块的导通，从而可以控制开关电源的电压输出端的电压输出。本申请实现了开关电源在输入输出电压相等的极限条件下进行连续开关机时使输出端开路电压受控的效果。

附图说明

图1为本申请实施例提供的拓扑结构的开路保护电路的结构框图。

图2为本申请实施例提供的拓扑结构的开路保护电路的电路图。

图3为本申请实施例提供的开关电源的电路图。

图4为本申请实施例提供的拓扑控制模块的电路图。

图5为本申请实施例提供的灯具的结构框图。

其中：10-开关电源、11-电源输入端、12-拓扑控制模块、121-BOOST拓扑模块、122-BUCK拓扑模块、13-电压输出端、14-桥式整流器；

20-信号检测模块、R1-第一电阻、R2-第二电阻、U1-精密稳压源；

30-驱动模块、Q1-第一三极管、Q2-第二三极管、U2-第一光耦、R5-第五电阻；

40-开关模块、T1-第一MOS管、R3-第三电阻、R4-第四电阻、C1-第一电容；1-灯具、2-拓扑结构的开路保护电路。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的较佳实施例进行详细阐述，以使本申请的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本申请的保护范围作出更为清楚的界定。

请参照图式，其中相同的组件符号代表相同的组件，本申请的原理是以实施在一适当的运算环境中来举例说明。以下的说明是基于所例示的本申请具体实施例，其不应被视为限制本申请未在此详述的其它具体实施例。

本文所使用的术语“模块”可为在该运算系统上执行的软件或硬件对象。本文所述的不同组件、模块、引擎及服务可为在该运算系统上的实施对象。而本文所述的装置及方法可以以软件的方式进行实施，当然也可在硬件上进行实施，均在本申请保护范围之内。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例一

请参阅图1，图1示出了本申请实施例提供的一种拓扑结构的开路保护电路的结构框图。其包括开关电源10、信号检测模块20、驱动模块30以及开关模块40。其中，开关模块40主要用于导通开关电源10的内部电路。信号检测模块20主要用于检测开关电源10输出电压的大小是否在阈值范围。驱动模块30主要用于根据信号检测模块20的电平信号控制开关模块40。

具体的，请参考图2～3。图2示出了本申请实施例提供的一种拓扑结构的开路保护电路的电路图。

图3示出了本申请实施例提供的开关电源10的电路图。

开关电源10包括电源输入端11、拓扑控制模块12和电压输出端13，电源输入端11的正极与拓扑控制模块12的正极输入端连接，负极与拓扑控制模块12的负极输入端连接；拓扑控制模块12的正极输出端与电压输出端13的正极连接，负极输出端通过开关模块40与电压输出端13的负极连接。电源输入端11主要用于与外接电源连接。拓扑控制模块12主要用于调整电压比例输出，即调整电压输出端13的电压输出大小。电压输出端13主要用于与用电设备连接，即给用电设备供电。

信号检测模块20包括第一电阻R1、第二电阻R2和精密稳压源U1。精密稳压源U1的参考极通过第一电阻R1与拓扑控制模块12的正极输入端连接，阴极与驱动模块30的控制端连接，阳极接地。第二电阻R2并联在精密稳压源U1的参考极和阳极之间。其中，第一电阻R1和第二电阻R2主要用于给精密稳压源U1提供分压作用。精密稳压源U1主要用于检测拓扑控制模块12的正极输入端的电压，并将信号传递给驱动模块30。

驱动模块30包括第一三极管Q1、第二三极管Q2和第一光耦U2。第一三极管Q1的基极与精密稳压源U1的阴极连接，集电极与第二三极管Q2的基极连接，发射极接地。第二三极管Q2的集电极与第一光耦U2的第二脚U2_2连接，发射极接地。第一三极管Q1主要用于将精密稳压源U1的信号传递给第二三极管Q2。第二三极管Q2主要用于拉低第一光耦U2的第二脚U2_2电压，使第一光耦U2的第一脚U2_1和第二脚U2_2导通。

在本实施例中，第一三极管Q1的基极、第二三极管Q2的基极和第一光耦U2的第一脚U2_1均与拓扑控制模块12的正极输入端连接。拓扑控制模块12的正极输入端用于给第一三极管Q1的基极、第二三极管Q2的基极和第一光耦U2的第一脚U2_1供电。

第一光耦U2的第三脚U2_3与开关模块40的控制端连接，第四脚U2_4与拓扑控制模块12的正极输出端连接。拓扑控制模块12的正极输出端用于给第一光耦U2的第四脚U2_4供电。当第一光耦U2的第一脚U2_1和第二脚U2_2导通时，即其内部的二极管导通，从而其内部的三极管也导通，即第四脚U2_4和第三脚U2_3导通。

在本实施例中，精密稳压源U1的内部参考基准电压为2.5V。

通过上述的结构连接，本申请的工作原理可以为：

当拓扑控制模块12的正极输入端的电压小于或等于开关电源10的电压输出端13的开路电压时，精密稳压源U1的参考极电压小于其内部参考基准电压2.5V，精密稳压源U1的阴极输出高电平，令第一三极管Q1导通，从而使第二三极管Q2截止，第一光耦U2的第一脚U2_1和第二脚U2_2之间没有电流流过，使第一光耦U2的第三脚U2_3和第四脚U2_4之间也没有电流流过，从而开关模块40的控制端没有电压信号而关断，使开关电源10的电压输出端13没有电压输出。

当拓扑控制模块12的正极输入端的电压大于开关电源10的电压输出端13的开路电压时，精密稳压源U1的参考极电压大于其内部参考基准电压2.5V，精密稳压源U1的阴极输出低电平，令第一三极管Q1截止，从而使第二三极管Q2导通，第一光耦U2的第一脚U2_1和第二脚U2_2之间导通而有电流流过，使第一光耦U2的第三脚U2_3和第四脚U2_4之间也导通而有电流流过，从而开关模块40的控制端有电压信号而导通，使开关电源10的电压输出端13有电压输出。

通过以上的结构设计，避免了在开关电源10的输入输出电压相等的极限条件下进行连续开关机时，电压输出端13开路电压不受控的情况。

实施例二

在上一实施例的基础上，本实施例的不同点在于：

本实施例中的开关模块40至少包括第一MOS管T1、第三电阻R3、第四电阻R4和第一电容C1，第一MOS管T1的源极拓扑控制模块12的负极输出端连接，漏极与电压输出端13的负极连接，栅极与第一光耦U2的第三脚U2_3连接。第三电阻R3并联在第一MOS管T1的源极与栅极之间。第四电阻R4连接在第一MOS管T1的栅极与第一光耦U2的第三脚U2_3之间。第一电容C1连接在第一MOS管T1的源极与第一光耦U2的第三脚U2_3之间。第一MOS管T1主要起到开关导通的作用。第三电阻R3和第四电阻R4主要起到分压的作用。第一电容C1主要起到滤波的作用。

在本实施例中，第一MOS管T1为N沟道MOS管。第一三极管Q1和第二三极管Q2均为NPN型三极管。

在本实施例中，精密稳压源U1为三端可调分流基准源，其型号可以为TL431。第一光耦U2的信号可以为PC817。

在本实施例中，驱动模块30还包括第五电阻R5，第五电阻R5并联在第一三极管Q1的基极与发射极之间。第五电阻R5主要起到分压的作用。

开关电源10还包括桥式整流器14，桥式整流器14的设置在电源输入端11与拓扑控制模块12之间。桥式整流器14主要用于将交流电压转换成单向的直流脉动电压。

如图4所示，图4示出了本申请实施例提供的拓扑控制模块12的电路图。

拓扑控制模块12包括BOOST(Boost Chopper，升压斩波电路)拓扑模块121和BUCK(降压式变换电路)拓扑模块122，电源输入端11依次通过BOOST拓扑模块121和BUCK拓扑模块122与电压输出端13连接。BOOST拓扑模块121和BUCK拓扑模块122主要用于控制电压输出。

通过上述的结构连接，本申请的工作原理可以为：

当BUCK拓扑模块122的正极输入端的电压Vin小于或等于开关电源10的电压输出端13的开路电压时，精密稳压源U1的参考极电压小于其内部参考基准电压2.5V，精密稳压源U1的阴极输出高电平，令第一三极管Q1导通，从而使第二三极管Q2截止，第一光耦U2的第一脚U2_1和第二脚U2_2之间没有电流流过，使第一光耦U2的第三脚U2_3和第四脚U2_4之间也没有电流流过，从而第一MOS管T1的栅极没有电压信号而关断，使开关电源10的电压输出端13没有电压输出。

当BUCK拓扑模块122的正极输入端的电压Vin大于开关电源10的电压输出端13的开路电压时，精密稳压源U1的参考极电压大于其内部参考基准电压2.5V，精密稳压源U1的阴极输出低电平，令第一三极管Q1截止，从而使第二三极管Q2导通，第一光耦U2的第一脚U2_1和第二脚U2_2之间导通而有电流流过，使第一光耦U2的第三脚U2_3和第四脚U2_4之间也导通而有电流流过，从而第一MOS管T1的栅极有电压信号而导通，使开关电源10的电压输出端13有电压输出。

实施例三

如图5所示，本申请提供一种灯具1，包括如实施例一或实施例二所述的拓扑结构的开路保护电路2。

在本实施例中，拓扑结构的开路保护电路2至少包括开关电源10、信号检测模块20、驱动模块30以及开关模块40。其中，开关模块40主要用于导通开关电源10的内部电路。信号检测模块20主要用于检测开关电源10输出电压的大小是否在阈值范围。驱动模块30主要用于根据信号检测模块20的电平信号控制开关模块40。

上面结合附图对本申请的实施方式作了详细说明，但是本申请并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种改变。

Claims (10)

1.一种拓扑结构的开路保护电路，其特征在于，包括开关电源、用于导通所述开关电源内部电路的开关模块、用于检测所述开关电源输出电压大小是否在阈值范围的信号检测模块以及用于根据所述信号检测模块的电平信号控制所述开关模块的驱动模块；

所述开关电源包括用于与外接电源连接的电源输入端、用于调整电压比例输出的拓扑控制模块和用于与用电设备连接的电压输出端，所述电源输入端的正极与所述拓扑控制模块的正极输入端连接，负极与所述拓扑控制模块的负极输入端连接；所述拓扑控制模块的正极输出端与所述电压输出端的正极连接，负极输出端通过所述开关模块与所述电压输出端的负极连接；所述信号检测模块包括第一电阻R1、第二电阻R2和精密稳压源U1，所述驱动模块包括第一三极管Q1、第二三极管Q2和第一光耦U2，所述精密稳压源U1的参考极通过所述第一电阻R1与所述拓扑控制模块的正极输入端连接，阴极与所述第一三极管Q1的基极连接，阳极接地；所述第二电阻R2并联在所述精密稳压源U1的参考极和阳极之间；所述第一三极管Q1的集电极与所述第二三极管Q2的基极连接，发射极接地；所述第二三极管Q2的集电极与所述第一光耦U2的第二脚U2_2连接，发射极接地；所述第一三极管Q1的基极、第二三极管Q2的基极、第一光耦U2的第一脚U2_1均与所述拓扑控制模块的正极输入端连接；所述第一光耦U2的第三脚U2_3与所述开关模块的控制端连接，第四脚U2_4与所述拓扑控制模块的正极输出端连接。

2.根据权利要求1所述的拓扑结构的开路保护电路，其特征在于，所述开关模块至少包括第一MOS管T1，所述第一MOS管T1的源极与所述拓扑控制模块的负极输出端连接，漏极与所述电压输出端的负极连接，栅极与所述第一光耦U2的第三脚U2_3连接。

3.根据权利要求2所述的拓扑结构的开路保护电路，其特征在于，所述开关模块还包括第三电阻R3、第四电阻R4和第一电容C1，所述第三电阻R3并联在所述第一MOS管T1的源极与栅极之间；所述第四电阻R4连接在所述第一MOS管T1的栅极与所述第一光耦U2的第三脚U2_3之间；所述第一电容C1连接在所述第一MOS管T1的源极与所述第一光耦U2的第三脚U2_3之间。

4.根据权利要求2所述的拓扑结构的开路保护电路，其特征在于，所述第一MOS管T1为N沟道MOS管。

5.根据权利要求1所述的拓扑结构的开路保护电路，其特征在于，所述第一三极管Q1和所述第二三极管Q2均为NPN型三极管。

6.根据权利要求1所述的拓扑结构的开路保护电路，其特征在于，所述精密稳压源U1为三端可调分流基准源。

7.根据权利要求1所述的拓扑结构的开路保护电路，其特征在于，所述驱动模块还包括第五电阻R5，所述第五电阻R5并联在所述第一三极管Q1的基极与发射极之间。

8.根据权利要求1所述的拓扑结构的开路保护电路，其特征在于，所述开关电源还包括用于将交流电压转换成单向的直流脉动电压的桥式整流器，所述桥式整流器的设置在所述电源输入端与所述拓扑控制模块之间。

9.根据权利要求1所述的拓扑结构的开路保护电路，其特征在于，所述拓扑控制模块包括BOOST拓扑模块和BUCK拓扑模块，所述电源输入端依次通过所述BOOST拓扑模块和所述BUCK拓扑模块与所述电压输出端连接。

10.一种灯具，其特征在于，包括如权利要求1～9任意一项所述的拓扑结构的开路保护电路。