CN2800617Y - 过电压保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种过电压保护装置，包括一振荡器输出一时钟信号，同时，使用一过电压信号撷取比较单元撷取一感测信号与一临界信号，经比较运算感测信号与临界信号后，输出一保护信号。保护信号被传送到一累进触发单元，累进触发单元依据时钟信号来累进计数该保护信号，等该保护信号的计数到达一默认值后，输出一截止信号到一闩锁单元。闩锁单元受控于截止信号，用来产生一闩锁信号到一驱动信号产生单元，用以停止输出一驱动信号到功率开关，以实现过电压之保护。

Description

过电压保护装置

技术领域

本实用新型涉及一种过电压保护装置，特别涉及一种应用于电源的过电压保护装置。

背景技术

目前各种的电源已经能够提供稳定调整的电压与电流。为了符合安全(safety)的考虑，电源必须提供过电压保护功能，以确保发生反馈开路时造成输出电压过高的故障，通过限制电源的输出电压，以达到保护电源本身与电源系统端。

参考图1，为现有的电源示意图。该电源包含一个切换式控制器U₁，用来控制电源。电阻R_ST与电容C_ST提供一个初始的电源，用来激活切换式控制器U₁。为了稳定调整电源的输出电压V_O，切换式控制器U₁产生切换信号V_PWM供给功率开关Q₁，用来切换变压器T₁。该变压器T₁包含辅助绕组N_A、一次侧绕组N_P与二次侧绕组N_S。

在变压器T₁切换后，辅助绕组N_A产生一反射电压V_AUX经由二极管整流器D_A进一步提供电源给该切换式控制器U₁。由于反射电压V_AUX与输出电压V_O有密切的关系，因此在供应端VDD上的供应电压V_DD也与输出电压V_O有密切的关系。在切换式控制器U₁的反馈端FB，依照反馈信号V_FB使得切换信号V_PWM的脉冲宽度得到稳定调整。一误差放大器80连接到电源的输出端以取得输出电压V_O，输出电压V_O通过光耦合器90以取得该反馈信号V_FB，切换式控制器U₁依照反馈信号V_FB让该电源的输出电压V_O得到稳定调整。供应电压V_DD可以表示成：

$V_{\mathrm{DD}}\≈[\frac{{\mathrm{TN}}_{\mathrm{AUX}}}{{\mathrm{TN}}_S}\×(V_O+V_F)]-V_D---\left(1\right)$

其中V_F为输出二极管整流器D_o的顺向压降；V_D为二极管整流器D_A的顺向压降；N_AUX为变压器T₁的辅助绕组N_AUX的绕组匝数；TN_S为变压器T₁的二次侧绕组N_S的绕组匝数。

发明内容

有鉴于此，本实用新型涉及一种过电压保护装置，安装于电源供电器中，通过不同的比较电位确认电源有反馈开路与供应电压过高的故障产生，再经由累进计数误动作发生的持续时间，当发生的持续时间到达一默认值，本实用新型过电压保护装置可周期性截止电源的驱动信号，来限制输出电压，并可提供闩锁截止电源的驱动信号，来闩锁截止输出电压，用来进行保护动作。

本实用新型过电压保护装置包括有一振荡器输出一时钟信号，同时，使用一过电压信号撷取比较单元撷取一感测信号与一临界信号，经比较运算感测信号与临界信号后，输出一保护信号。保护信号被传送到一累进触发单元。累进触发单元累进计数该保护信号，等该保护信号的计数达一默认值后，即输出一截止信号到一闩锁单元，闩锁单元产生一闩锁信号到一驱动信号产生单元，用来停止输出驱动信号到功率开关。

本实用新型过电压保护装置不仅提供电源于反馈开路与供应电压过高时，促使电源产生保护动作，更可通过累进计数误动作发生的持续时间，用来避免负载端于特定时间内需较大输出电压时进行不当的保护。因此本实用新型过电压保护电路实可提供电源供应最完备的保护方案。

附图说明

图1为现有的电源示意图；

图2为本实用新型电路架构示意图；

图3为本实用新型第一实施例电路方块示意图；

图4为本实用新型电路波形示意图；

图5为本实用新型第二实施例电路方块示意图；

图6为本实用新型第三实施例电路方块示意图；

图7为本实用新型累进触发单元的电路方块示意图；

图8为本实用新型的重置单元电路方块示意图。

其中，附图标记：

现有技术：

T₁-变压器                       U₁-切换式控制器

R_S-感测电阻                     V_CS-电流感测信号

V_FB-反馈信号                    V_AUX-反射电压

Q₁-功率开关                     V_IN-供应电压

本实用新型：

21-闩锁单元                      22-振荡器

23-过电压信号撷取比较单元        24-重置单元

25-驱动信号控制单元              28-累进触发单元

V_CS-电流感测信号                V_FB-电压反馈感测信号

V_T2-第二临界信号                RST-重置信号

10-驱动信号产生单元              CLK-时钟信号

V_PWM-驱动信号                   Q₁-功率开关

S_PT-保护信号                    S_OFF-截止信号

LATCH-闩锁信号                   V_DD-供应电压

231-电流比较器                   V_T1-第一临界信号

S_PT1-第一保护信号               232-电压比较器

V_T3-第三临界信号                S_PT2-第二保护信号

233-连接单元                     282-上下计数单元

284-维持单元                     2842、2844-D型触发器

2401、2402、2403、2412、2414-晶体管

2404、2405、2417-反相器

2413-电容                        2411-恒定电流源

2415、2416-NAND门                2418-计时器

CLR-清除信号

具体实施方式

参看图2，为本实用新型电路架构示意图。本实用新型过电压保护装置使用于电源中，包括有：一过电压信号撷取比较单元23通过一分压器(由电阻R_A与电阻R_B所组成)撷取一感测信号并把它和一临界信号进行比较运算，用来产生一保护信号S_PT；一累进触发单元28连接于过电压信号撷取比较单元23与一振荡器22，根据一时钟信号CLK(clock)用来接收保护信号S_PT，用来累进计数保护信号S_PT。

当保护信号S_PT的计数到达一默认值后，累进触发单元28会输出一截止信号S_OFF；一闩锁单元21连接于累进触发单元28，接收截止信号S_OFF，以产生一闩锁信号LATCH；一驱动信号产生单元10连接于闩锁单元21与振荡器22，接收时钟信号CLK与闩锁信号LATCH，用来停止输出一驱动信号V_PWM到一功率开关Q₁，用来闩锁截止输出电压V_O，以达到过电压保护；还有一驱动信号控制单元25连接于驱动信号产生单元10，接收一供应电压感测信号V_B与一第二临界信号V_T2，第二临界信号V_T2为电源的峰值输出电压V_O的限制值。当供应电压感测信号V_B上升到第二临界信号V_T2时，驱动信号控制单元25输出一清除信号CLR到驱动信号产生单元10，用来周期性截止驱动信号V_PWM到功率开关Q₁，电源的峰值输出电压V_O因而得到限制，以达到过电压保护。

再参考图2，其中本实用新型过电压保护装置进一步包括有一重置单元24连接于一供应电压V_DD、闩锁单元21与振荡器22，接收时钟信号CLK与闩锁信号LATCH，并于接收闩锁信号LATCH后一设定时间内，输出一重置信号RST到闩锁单元21，用来重置闩锁单元21的输出。重置单元24进一步连接一供应电压VDD，并于供应电压V_DD提供的电压量不足时，接收一低电压信号，以输出重置信号RST到闩锁单元21。

配合图2，图3为本实用新型第一实施例电路方块示意图。其中该过电压信号撷取比较单元23为一过电压比较器231，过电压比较器231的一输入端接收一第一临界信号V_T1，另一输入端接收一供应电压感测信号V_B，比较运算第一临界信号V_T1与供应电压感测信号V_B，以输出一第一保护信号S_PT1到累进触发单元28。

当电源发生反馈开路而造成输出电压V_O过高时，由于反射电压V_AUX与输出电压V_O有密切的关系，因此在供应端V_DD上的供应电压V_DD也会随的升高，进而使得供应电压感测信号V_B的值也相对提高，因此在本第一实施例中是利用此对应关系，使用一过电压比较器231作为过电压信号撷取比较单元23，同时设计第一临界信号V_T1的值来调整电源输出电压的临界限制。当供应电压感测信号V_B的值大于第一临界信号V_T1时，过电压比较器231会输出第一次的第一保护信号S_PT1到该累进触发单元28，此时累进触发单元28则进行第一保护信号S_PT1的累进计数，当累进触发单元28计数第一保护信号S_PT1到达一默认值后，即输出一截止信号S_OFF到该闩锁单元21，以对驱动信号产生单元10进行闩锁，使得驱动信号产生单元10停止输出驱动信号V_PWM到功率开关Q₁，用来避免负载端于特定时间内需较大输出电压时进行不当的保护，达到电源实际的过电压保护。其中该默认值为一计数周期T_COUNT。

配合图3，图4为本实用新型电路波形示意图。当电源发生反馈开路而造成输出电压V_O过高时，在时间T₁～T₂，供应电压V_DD也随的增加。在时间T₂时，供应电压感测信号V_B会达到第一临界信号V_T1，此时过电压比较器231输出一低电位的第一保护信号S_PT1到累进触发单元28。接着，累进触发单元28开始进行累进计数的动作，以准备对驱动信号产生单元10进行闩锁。再则，在时间T₂～T₃时，反馈开路使得供应电压感测信号V_B继续上升，并于时间T₃时，供应电压感测信号V_B会达到第二临界信号V_T2，此时驱动信号控制单元25会输出低电位的清除信号CLR到驱动信号产生单元10，使驱动信号V_PWM为低电位，进而使功率开关Q₁截止，用来提供周期性截止电源的驱动信号来限制输出电压。

上述说明中，本实用新型第一实施例是在电源发生反馈开路而造成输出电压V_O过高时，通过供应电压感测信号V_B达到第一临界信号V_T1的持续时间到达累进触发单元28的默认值(即计数周期T_COUNT)后，本实用新型过电压保护装置即会停止输出驱动信号V_PWM到功率开关Q₁，以闩锁截止输出电压V_O，用来达到电源实际的过电压保护。

配合图2，图5为本实用新型第二实施例电路方块示意图。其中该过电压信号撷取比较单元23为一反馈比较器232，反馈比较器232的一输入端接收一第三临界信号V_T3，另一输入端接收一电压反馈感测信号V_FB，比较运算该第三临界信号V_T3与该电压反馈感测信号V_FB，以输出一第二保护信号S_PT2到该累进触发单元28。

当电源发生反馈开路而造成输出电压V_O过高时，电压反馈感测信号V_FB的值也会相对的提高，因此在本第二实施例中是利用此对应关系，使用一反馈比较器232，同时设计该第三临界信号V_T3的值来限制电源的峰值输出电压。当电压反馈感测信号V_FB的值大于第三临界信号V_T3时，反馈比较器232会输出第一次的第二保护信号S_PT2到该累进触发单元28，此时累进触发单元28则进行第二保护信号S_PT2的累进计数。当累进触发单元28计数第二保护信号S_PT2到达一默认值后，即输出一截止信号S_OFF到该闩锁单元21，以对驱动信号产生单元10进行闩锁，使得驱动信号产生单元10停止输出驱动信号V_PWM到功率开关Q₁，用来避免负载端于特定时间内需较大输出电压时进行不当的保护，达到电源实际的过电压保护。

上述说明中，本实用新型第二实施例是在电源提供输出功率给负载使用时，通过电压反馈感测信号V_FB达到第三临界信号V_T3的持续时间到达累进触发单元28的默认值(即计数周期T_COUNT)后，本实用新型过电压保护装置是会停止输出驱动信号V_PWM到功率开关Q₁，以闩锁截止输出电压V_O，用来达到电源实际的过电压保护。

再则，本实用新型第二实施例的电路动作原理及其波形相较于第一实施例，仅在累进触发单元28接收的保护信号S_PT来源不同外，其余是都相同的，在此不加赘述。

配合图2，图6为本实用新型第三实施例电路方块示意图。其中该过电压信号撷取比较单元23为一过电压比较器231、一反馈比较器232与一连接单元233所组成。过电压比较器231比较运算一第一临界信号V_T1与一供应电压感测信号V_B，用来产生一第一保护信号S_PT1；反馈比较器232比较运算一第三临界信号V_T3与一电压反馈感测信号V_FB，用来产生一第二保护信号S_PT2；连接单元233连接于该过电压比较器231、该反馈比较器232与该累进触发单元28，是将该第一保护信号S_PT1与该第二保护信号S_PT2传送到该累进触发单元28。

当电源发生输出端开路而造成输出电压V_O过高时，供应电压感测信号V_B与电压反馈感测信号V_FB的值也会相对的提高，因此在本第三实施例中是利用此对应关系，使用一由过电压比较器231、反馈比较器232与连接单元233所组成的过电压信号撷取比较单元23，同时设计该第一临界信号V_T1与该第三临界信号V_T3的值来调整电源输出电压的临界限值。

当供应电压感测信号V_B的值大于第一临界信号V_T1，过电压比较器231产生第一保护信号S_PT1；或当电压反馈感测信号V_FB的值大于第三临界信号V_T3时，反馈比较器232也会产生第二保护信号S_PT2。第一保护信号S_PT1与第二保护信号S_PT2通过连接单元233形成保护信号S_PT，然后被传送到该累进触发单元28，此时累进触发单元28则进行保护信号S_PT的累进计数。当保护信号SPT计数到达一默认值(即计数周期T_COUNT)后，即输出一截止信号S_OFF到该闩锁单元21，以对驱动信号产生单元10进行闩锁，使得驱动信号产生单元10停止输出驱动信号V_PWM到功率开关Q1，用来避免负载端于特定时间内需较大输出电压时进行不当的保护，达到电源实际的过电压保护。

上述说明中，本实用新型第三实施例是在电源提供输出功率给负载使用时，通过供应电压感测信号V_B达到第一临界信号V_T1的持续时间，并且电压反馈感测信号V_FB达到第三临界信号V_T3的持续时间来判断电源是否有过电压的现象，若是持续时间到达累进触发单元28的默认值(即计数周期T_COUNT)后，本实用新型过电压保护装置是会停止输出驱动信号V_PWM到功率开关Q₁，以闩锁截止输出电压V_O，以达到电源实际的过电压保护。

配合图2，图7为本实用新型累进触发单元的一实施例电路方块示意图。累进触发单元28包括有：一维持单元284连接至过电压信号撷取比较单元23与振荡器22，是接收保护信号S_PT与时钟信号CLK，以延迟保护信号S_PT的状态，并输出一上下信号UP/DOWN。一上下计数单元282连接至维持单元284与振荡器22，接收上下信号UP/DOWN与时钟信号CLK以进行计数运算。上下计数单元282根据上下信号UP/DOWN的启用(ON)而使得上下计数单元282可向上计数，并根据上下信号UP/DOWN的停用(OFF)而使得上下计数单元282可向下计数，并于向下计数结束时停止计数，于向上计数结束时输出高电位的截止信号S_OFF。其中，时钟信号CLK用来决定驱动信号V_PWM的切换频率与维持单元284的维持时间。

上述说明中的维持单元284是由两个D型触发器2842与2844来实现，当维持单元284接收到低电位的保护信号S_PT时。为了防止接收到瞬间的接地弹跳(ground bounce)或切换突波(switching spike)的噪声，维持单元284需要配合振荡器22产生的时钟信号CLK，用来延迟保护信号S_PT的状态，并输出高电位的上下信号UP/DOWN。

再参考图二，闩锁单元21是可通过一个D型触发器来实现，其时钟端是连接到累进触发单元28，接收高电位的截止信号S_OFF以输出低电位的闩锁信号LATCH。低电位的闩锁信号LATCH是连接至驱动信号产生单元10中的一D型触发器101的D输入端，使得D型触发器的D输入端为低电位，进而使得驱动信号产生单元10闩锁截止驱动信号V_PWM，以达到闩锁保护的目的。当电源受到闩锁保护时，其输出端所耦接的电子装置将无法正常运作。

配合图2，参考图8，是为本实用新型的重置单元电路方块示意图。本实用新型过电压保护装置所使用的重置单元24连接至闩锁单元21，是可以通过两种方式来达到输出低电位的重置信号RST，以重置闩锁单元21。重置单元24是可以依据电源的重新激活电源而使得供应电源V_DD重新激活，来输出重置信号RST，用来进行重置闩锁单元21。该重置单元24也可以根据闩锁信号LATCH产生后一设定时间内，输出重置信号RST，用来进行重置该闩锁单元21。

该重置单元24包含彼此串联连接的晶体管2401、2402与2403所组成的分压电阻，用来输出可反映较低的供应电压V_DD的低电压信号V_LV。通过反相器2405，该低电压信号V_LV控制晶体管2412的导通或截止。一旦可以获得供应电压V_DD，并且晶体管2412是为截止状态，恒恒定电流源2411对重置电容2413进行充电。两个NAND门2415与2416组成一SR缓存器。NAND门2415与2416的第一输入端分别连接到NAND门2416与2415的输出端。NAND门2416的第二输入端连接到重置电容2413。通过反相器2404，NAND门2415的第二输入端连接到振荡器22的时钟信号CLK。在NAND门2415的输出端，依据重置电容2413上的低电位产生低电位的重置信号RST。当重置电容2413充电到高电位后，重置信号RST为停用，并且产生时钟信号CLK。重置电容2413的电容值与恒恒定电流源2411的电流值决定重置信号RST的脉冲宽度。

重置单元24又包含晶体管2414、反相器2417与计时器2418。晶体管2414与重置电容2413并联连接，用来对重置电容2413进行放电。计时器2418的输出端控制晶体管2414的导通或截止。计时器2418的时钟端连接到时钟信号CLK，依照时钟信号CLK的时间基准用来产生该时间延迟。通过反相器2417，计时器2418的重置端连接到闩锁信号LATCH，依据闩锁信号LATCH的停用(高电位)，计时器2418的重置端为低电位，计时器2418的输出为低电位，晶体管2414为截止。一旦闩锁信号LATCH为启用(低电位)，计时器2418的重置端为高电位，计时器2418也将为启用。当计时器2418达到它的设定时间，计时器2418的输出为高电位，晶体管2414将导通来对重置电容2413进行放电，并产生重置信号RST来重置闩锁单元21。

综上所述，本实用新型过电压保护装置不仅提供电源于反馈开路与供应电压过高时，促使电源产生保护动作，更可通过累进计数误动作发生的持续时间，用来避免负载端于特定时间内需较大输出电压时进行不当的保护。因此本实用新型过电压保护电路可提供电源供应最完备的保护方案。

以上，虽然公开了本实用新型优选实施例，但是所述内容并非用于限定本实用新型，任何本领域熟练技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，可以对本实用新型进行适当的修改和改进，因此本实用新型的保护范围应该以所附的权利要求所界定范围为准。

Claims (7)

1、一种过电压保护装置，安装于一电源供应器中，取得一感测信号，其特征在于，所述电压保护装置包括：

一振荡器，输出一时钟信号；

一过电压信号撷取比较单元，撷取该感测信号并将的与一临界信号进行比较运算，用来输出一保护信号；

一累进触发单元，连接于该过电压信号撷取比较单元与该振荡器，接收该保护信号与该时钟信号，并累进计数该保护信号，等该保护信号的计数到达一默认值后，即输出一截止信号；

一闩锁单元，连接于该累进触发单元，接收该截止信号，输出一闩锁信号；

一驱动信号产生单元，连接于该闩锁单元与该振荡器，接收该时钟信号与该闩锁信号，用来停止输出一驱动信号到一功率开关；及

一驱动信号控制单元，连接于该驱动信号产生单元，接收该感测信号与一第二临界信号，当该感测信号上升到该第二临界信号时，驱动信号控制单元输出一清除信号到该驱动信号产生单元，用来截止该驱动信号到该功率开关；

其中，该闩锁单元控制该驱动信号产生单元，用来闩锁截止该驱动信号到该功率开关。

2、根据权利要求1所述的过电压保护装置，其特征在于，进一步包括一重置单元连接于该闩锁单元与该振荡器，接收该时钟信号与该闩锁信号，并于接收该闩锁信号后一设定时间内，输出一重置信号到该闩锁单元，用来进行重置该闩锁单元。

3、根据权利要求2所述的过电压保护装置，其特征在于，所述重置单元进一步连接一供应电压，根据该电源重新激活电源后接收一低电压信号，以输出一重置信号到该闩锁单元，用来进行重置该闩锁单元。

4、根据权利要求1所述的过电压保护装置，其特征在于，所述过电压信号撷取比较单元为一过电压比较器，比较运算一第一临界信号与一供应电压感测信号，用来输出一第一保护信号到该累进触发单元。

5、根据权利要求1所述的过电压保护装置，其特征在于，所述过电压信号撷取比较单元为一反馈比较器，比较运算一第三临界信号与一电压反馈感测信号，用来输出一第二保护信号到该累进触发单元。

6、根据权利要求1所述的过电压保护装置，其特征在于，该过电压信号撷取比较单元包括：

一过电压比较器，比较运算一第一临界信号与一供应电压感测信号，用来输出一第一保护信号；

一反馈比较器，比较运算一第三临界信号与一电压反馈感测信号，用来输出一第二保护信号；及

一连接单元，连接于该过电压比较器、该反馈比较器与该累进触发单元，将该第一保护信号与该第二保护信号传送到该累进触发单元。

7、根据权利要求1所述的过电压保护装置，其特征在于，其中该累进触发单元，包括有：

一维持单元，连接至该过电压信号撷取比较单元与该振荡器，接收该保护信号与该时钟信号，用来延迟该保护信号的状态，并输出一上下信号；及

一上下计数单元，连接至该维持单元与该振荡器，接收该上下信号与该时钟信号以进行计数运算，根据该上下信号的启用而向上计数，并根据该上下信号的停用而向下计数，并于向下计数结束时停止计数，于向上计数结束时输出该截止信号。

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