電源過壓保護電路及電源的製作方法
2024-03-24 00:58:05
本實用新型涉及電源的技術領域，更具體地說，涉及一種電源過壓保護電路及電源。
背景技術：
隨著科技的進步及發展，在LED電源技術領域，驅動電源的過壓問題一直是人們不可忽視的問題。在現有的傳統小信號過壓保護電路中通常只是藉助普通的穩壓二極體來解決電源過壓的問題，但是常規的電路設計方式在解決電源過壓問題的同時存在一定的缺陷，例如，精度較低，通常只能達到±5％，且帶載能力差，在輸入電壓高於穩壓值較多的時候電路損耗大，這與目前的低功耗要求相違背，且當電源自身溫度增高時，常規穩壓二極體的穩壓值易受溫度的影響進而出現漂移的現象。因此，需提出一種改進的過壓保護電路。
技術實現要素：
本實用新型要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述缺陷，提供一種電源過壓保護電路及電源。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是：構造一種電源過壓保護電路，包括：
與所述電源的輸出端連接，基於所述輸出電壓輸出採樣電壓的採樣電路；
與所述採樣電路連接，對所述採樣電壓與基準電壓進行比較並在所述採樣電壓超過所述基準電壓時導通的比較控制電路；所述基準電壓為所述比較控制電路內部的基準電壓；
與所述比較控制電路連接，在所述比較控制電路導通時啟動並輸出反饋信號的反饋電路；
與所述反饋電路連接，基於所述反饋信號輸出控制信號以關斷所述電源的PWM控制電路。
在本實用新型所述的電源過壓保護電路中，優選地，還包括連接在所述電源的輸出端與所述比較控制電路之間的門限電路，所述門限電路設定有門限電壓，並在所述電源輸出端的輸出電壓分流至所述門限電路的電壓達到所述門限電壓時導通。
在本實用新型所述的電源過壓保護電路中，優選地，所述門限電路包括第一穩壓二極體ZD1；
所述第一穩壓二極體ZD1的陰極與所述電源的輸出端連接，所述第一穩壓二極體ZD1的陽極連接至所述比較控制電路；
所述第一穩壓二極體ZD1在所述電源的輸出端分流至所述門限電路的電壓達到所述第一穩壓二極體ZD1的穩壓值時，所述第一穩壓二極體ZD1導通。
在本實用新型所述的電源過壓保護電路中，優選地，所述採樣電路包括第一採樣電阻R3、第二採樣電阻R4以及第三採樣電阻R5，所述第一採樣電阻R3的第一端與所述電源的輸出端連接，所述第一採樣電阻R3的第二端與所述第二採樣電阻R4的第一端連接，所述第二採樣電阻R4的第二端與所述第三採樣電阻R5的第一端連接，所述第三採樣電阻R5的第二端連接第一參考地；所述第二採樣電阻R4與所述第三採樣電阻R5之間的節點還連接至所述比較控制電路；
所述第一採樣電阻R3、所述第二採樣電阻R4以及所述第三採樣電阻R5 對所述電源的輸出電壓進行採樣輸出採樣電壓，其中所述採樣電壓為所述第二採樣電阻R4與所述第三採樣電阻R5之間的節點電壓。
在本實用新型所述的電源過壓保護電路中，優選地，所述比較控制電路包括第二穩壓二極體U2，所述第二穩壓二極體U2包括第一端、第二端以及第三端，其中，
所述第二穩壓二極體U2的第一端為參考極，所述第二穩壓二極體U2的第二端為陽極，所述第二穩壓二極體U2的第三端為陰極；
所述第二穩壓二極體U2的陰極與所述門限電路連接，所述第二穩壓二極體U2的陽極連接第一參考地，所述第二穩壓二極體U2的參考極連接在所述第二採樣電阻R4與所述第三採樣電阻R5之間的節點；
所述第二穩壓二極體U2的參考極用於監測所述第二採樣電阻R4與所述第三採樣電阻R5之間的節點電壓，對所述節點電壓、所述基準電壓進行比較並在所述節點電壓超過所述基準電壓時，導通所述第二穩壓二極體U2的陽極和陰極，所述第二穩壓二極體U2導通。
在本實用新型所述的電源過壓保護電路中，優選地，所述第二穩壓二極體U2為三端可編程的穩壓二極體。
在本實用新型所述的電源過壓保護電路中，優選地，所述反饋電路包括光電耦合器U1；所述光電耦合器U1包括初級發光二極體U1-A和次級接收源U1-B次級接收源U1-B；
所述初級發光二極體U1-A的陽極與限流電阻R1的第二端連接，所述初級發光二極體U1-A的陰極與所述第二穩壓二極體U2的陰極連接；
所述次級接收源U1-B的輸出端與所述PWM控制電路連接，所述次級接收源U1-B的接地端連接第二參考地。
在本實用新型所述的電源過壓保護電路中，優選地，所述PWM控制電路包括控制晶片，所述控制晶片包括信號檢測引腳和控制引腳，所述信號檢測引腳與所述光電耦合器U1的輸出端連接，所述控制引腳與所述電源的輸入端連接；
所述控制晶片在所述信號檢測引腳接收所述光電耦合器U1的輸出端輸出的反饋信號時，控制所述控制引腳輸出控制信號至所述電源的輸入端關斷所述電源。
在本實用新型所述的電源過壓保護電路中，優選地，還包括旁路電容C1，所述旁路電容C1與所述第三採樣電阻R5並聯，用於對所述第三採樣電阻R5 上的電壓進行濾波。
本實用新型還提供了一種電源，包括上述的過壓保護電路。
實施本實用新型的電源過壓保護電路及電源，具有以下有益效果：本實用新型的電源過壓保護電路包括與所述電源的輸出端連接，基於所述輸出電壓輸出採樣電壓的採樣電路；與所述採樣電路連接，對所述採樣電壓與基準電壓進行比較並在所述採樣電壓超過所述基準電壓時導通的比較控制電路；所述基準電壓為所述比較控制電路內部的基準電壓；與所述比較控制電路連接，在所述比較控制電路導通時啟動並輸出反饋信號的反饋電路；與所述反饋電路連接，基於所述反饋信號輸出控制信號以關斷所述電源的PWM控制電路。本技術方案可在電源出現過壓時及時關斷電源，有效保護電源及功率器件，同時還可改善電源工作在極低溫度環境或高溫時的漂移，增強了電源的穩定性、安全性，減緩負載老化衰退時間，延長了電源及產品的使用壽命。
附圖說明
下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中：
圖1是本實用新型電源過壓保護電路的結構示意圖；
圖2是本實用新型電源過壓保護電路第一實施例的電路原理圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。
針對現有技術存在的問題，本實用新型提出了一種電源過壓保護電路，該電源過壓保護電路通過在電源輸出端與比較控制電路之間設置門限電路，在輸出電壓超過預設值、分流至門限電路的電壓達到門限電路設定的門限電壓時，門限電路導通，同時採樣電路輸出的採樣電壓也超過了比較控制電路中的基準電壓，此時比較控制電路根據該採樣電壓導通並啟動反饋電路，通過反饋電路向PWM控制電路輸出反饋信號，由PWM控制電路根據反饋信號控制電源的輸入端進而關斷電源，從而確保了電源在出現過壓時及時關斷電源，有效的保護了電源，避免了電源因過壓工作而損壞電源及功率器件。提高了電源的穩定性及安全性。
如圖1所示，在本實用新型的電源過壓保護電路的結構示意圖中，該電源過壓保護電路包括設定有門限電壓的門限電路100；與電源的輸出端連接，基於輸出電壓輸出採樣電壓的採樣電路200；分別與門限電路100、採樣電路 200連接，在採樣電壓超過基準電壓時導通的比較控制電路300；與比較控制電路300連接用於在比較控制電路300基於採樣電壓導通時啟動並輸出反饋信號的反饋電路400；與反饋電路400連接，基於反饋信號輸出控制信號的 PWM控制電路500。可以理解地，本實用新型的電源過壓保護電路可應用於 LED領域，如可作為LED驅動電源的過壓保護電路，負載可為LED燈，可為單燈、整燈或串燈等。
優選地，本實施例中的電源輸出電壓的預設值即為電源設計時電源所能承受的最大值，該最大值可根據負載的需求及電路的相關設計要求進行確定，例如，可以為36V、42V等。可以理解地，本實用新型對電源輸出電壓的預設值並不限於所列的具體數值。
門限電路100設定有門限電壓，其設置在電源輸出端與比較控制電路300 之間，用於對比較控制電路300進行保護。當電源輸出端的輸出電壓分流至門限電路100的電壓達到門限電壓時，門限電路100導通。可以理解地，門限電路100的門限電壓值由具體的門限電路決定。優選地，門限電路100可包括穩壓二極體，由穩壓二極體對電源輸出電壓進行監測，當分流至穩壓二極體的電壓達到穩壓二極體的穩壓值時，穩壓二極體導通。在本實施例中，門限電路100的門限電壓可設為18V，當分流至穩壓二極體的電壓達到18V 時，穩壓二極體導通。可以理解地，在本實施例中，門限電路100對比較控制電路產生保護作用，如在電源出現過壓時，由於有門限電路100在導通後對分流電壓進行分壓從而使流至比較控制電路300的電壓不會超過比較控制電路300的閾值而使比較控制電路300可在正常工作電壓內工作而得到保護不被損壞。另外，穩壓二極體的串聯分壓可以使本實施例整體的電路不受比較控制電路300最高工作電壓的限定。
採樣電路200用於對電源輸出端的輸出電壓進行採樣，並輸出採樣電壓至比較控制電路300。可以理解地，該採樣電壓作為比較控制電路300導通的啟動信號，當電源的輸出電壓超出預設值時，採樣電壓超過比較控制電路300 的基準電壓，此時比較控制電路300就會導通。優選地，採樣電路200可由不同阻值的電阻串聯組成，且所採用的電阻的數量及阻值可根據實際電路進行選擇確定。本實用新型對此不作限定。
比較控制電路300主要用於監測採樣電路200產生的採樣電壓，同時啟動反饋電路400，即比較控制電路300通過對採樣電路200輸出的採樣電壓與比較控制電路300內部的基準電壓進行比較，根據比較結果進行控制，當監測到採樣電壓超過基準電壓時導通，反饋電路400在比較控制電路300導通時啟動，在反饋電路400啟動後由反饋電路400輸出反饋信號。可以理解地，比較控制電路300在輸出電壓超出預設值、且電源的輸出電壓分流至門限電路100的電壓達到門限電壓時，比較控制電路300根據採樣電路輸出的採樣電壓超過基準電壓時導通。具體地，當電源輸出端的輸出電壓超出預設值時，例如，輸出電壓的預設值為42V，門限電壓為18V，即當輸出電壓大於42V 時，假設本實施例的電路設計中，此時分流至門限電路100的門限電壓達到 18V，則門限電路100導通，分流的電壓信號流經門限電路100；同時，比較控制電路300監測到採樣電路200輸出的採樣電壓超過比較控制電路300的基準電壓，此時由於比較控制電路300自身的特性，當比較控制電路300的參考極所接收到的電壓值大於參考極的基準電壓時，比較控制電路300導通。在本實施例中，比較控制電路300優選具有三端可編程的穩壓二極體，其型號可選用TL431B。TL431B參考極的電壓可設為2.5V～36V，優選2.5V。若參考極的基準電壓設為2.5V時，當採樣電壓的電壓值大於2.5V時，比較控制電路300導通。
在本實施例中，比較控制電路300選用型號為TL431B的三端可編程的穩壓二極體，TL431B包括陰極、陽極和參考極三個電極，通常參考極的基準電壓可任意設為2.5V～36V。該穩壓二極體的電壓參考誤差為±0.4V，且動態輸出阻抗只有0.22歐姆。採用該穩壓二極體可以實現全額定的工作溫度範圍，全溫度範圍內溫度特性平坦，即當電源出現較高溫度時，不會因溫度的影響而產生漂移現象，且在低溫環境工作時由於TL431B的特性(即低溫環境工作性能不受影響)，因此可應用於極低的工作環境。因此，本實用新型的電源選用該三端可編程的穩壓二極體使電源可在極低的溫度環境中工作且不會產生漂移現象，提高了電源的穩定性及精度。另外，該三端可編程的穩壓二極體價格便宜，進一步降低了電源的材料成本。
可以理解地，在電源處於正常工作範圍時，門限電路100及比較控制電路300均不導通，對電源的工作不產生影響。
反饋電路400，用於在比較控制電路300導通時被啟動，同時在啟動後向 PWM控制電路500輸出反饋信號。例如，在電源處於正常工作範圍時，比較控制電路300不導通，即比較控制電路300處於斷開狀態，此時由於比較控制電路300的作用，反饋電路400不工作。當電源輸出電壓超出預設值時，即電源出現過壓的情況，此時比較控制電路300的參考極監測到採樣電壓大於基準電壓，即比較控制電路300檢測出電源出現過壓，由比較控制電路300 的特性，當接收到的採樣電壓大於參考極的基準電壓時，比較控制電路300 導通，進而導通反饋電路400，即反饋電路400被啟動，並輸出反饋信號。可以理解地，該反饋信號即用於反應電源的過壓情況。
優選地，反饋電路400可包括光電耦合器。光電耦合器因其獨特的結構特點，因此在實際使用時具有使信號現場與主控制端在電氣上完全隔離，可以在不同電位和不同阻抗之間傳輸電信號，開關速度快、體積小，使用方便的特點，因此，在本實施例中，選用光電耦合器作為反饋電路即不會影響負載的工作，也可以在電源出現過壓時快速地將信號反饋給控制電路及時反應電源的狀態。
PWM控制電路500用於根據反饋信號輸出控制信號控制電源的輸入端以在電源過壓時及時關斷電源。
如圖2所示，在電源過壓保護電路的電路原理圖的示意圖中：
門限電路100包括第一穩壓二極體ZD1。第一穩壓二極體ZD1的陰極與電源的輸出端連接，第一穩壓二極體ZD1的陽極與連接至比較控制電路300。如圖2所示，該電源過壓保護電路還包括限流電阻R1和偏置電阻R2，限流電阻R1和偏置電阻R2串聯在門限電阻100與比較控制電路300之間。當電源輸出端的輸出電壓分流至門限電路100的門限電壓時，門限電路100導通，分流的電壓經限流電阻R1進行限流後流至偏置電阻R2，經偏置電阻R2向比較控制電路300提供穩定的靜態工作電流。可以理解地，在本實施例中，限流電阻R1與偏置電阻R2進一步對比較控制電路300提供了保護作用，以避免在門限電阻100導通時對比較控制電路300產生過衝影響而損壞比較控制電路300。
採樣電路200包括第一採樣電阻R3、第二採樣電阻R4以及第三採樣電阻R5。第一採樣電阻R3的第一端與電源的輸出端連接，第一採樣電阻R3的第二端與第二採樣電阻R4的第一端連接；第二採樣電阻R4的第二端與第三採樣電阻R5的第一端連接，第三採樣電阻R5的第二端連接第一參考地。可以理解地，採樣電路200對電源的輸出電壓進行分壓並產生採樣電壓，該採樣電壓為第二採樣電阻R4與第三採樣電阻R5之間的節點電壓。優選地，該採樣電壓傳送至比較控制電路300的參考極，由比較控制電路300的參考極對採樣電壓(即第二採樣電阻R4與第三採樣電阻R5之間的節點電壓)進行監測。
比較控制電路300包括第二穩壓二極體U2，第二穩壓二極體U2包括第一端、第二端以及第三端，其中，第二穩壓二極體U2的第一端為參考極R，第二穩壓二極體U2的第二端為陽極A，第二穩壓二極體U2的第三端為陰極 K。第二穩壓二極體U2的陰極K與偏置電阻R2的第二端連接(即通過偏置電阻與門限電阻100連接)，第二穩壓二極體U2的陽極A連接第一參考地，第二穩壓二極體U2的參考極R連接在第二採樣電阻R4與第三採樣電阻R5 之間的節點。可以理解地，第二穩壓二極體U2的參考極R2接收採樣電路200 輸出的採樣電壓(即第二採樣電阻R4與第三採樣電阻R5之間的節點電壓)，基於該節點電壓監測其是否超過參考極R的基準電壓，當監測到節點電壓超過參考極R的基準電壓時，第二穩壓二極體U2導通，進而啟動反饋電路400。在本實施例中，第二穩壓二極體U2優選三端可編程的穩壓二極體，型號可選用TL431B的三端可編程穩壓二極體。TL431B參考極的基準電壓可任意設為 2.5V～36V。在本實施例中TL431B穩壓二極體參考極R的基準電壓優選2.5V。
反饋電路400包括光電耦合器U1。如圖2所示，光電耦合器U1包括初級發光二極體U1-A和次接收源U1-B。初級發光二極體U1-A的陽極與限流電阻R1的第二端連接，初級發光二極體U1-A的陰極與第二穩壓二極體U2 的陰極K連接。次級接收源U1-B的輸出端與PWM控制電路500連接，次級接收源U1-B的接地端連接第二參考地。可以理解地，反饋電路400在第二穩壓二極體U2導通時，初級發光二極體U1-A被導通並發光，則次級接收源 U1-B接收源在初級發光二極體U1-A發光時根據光源強度導通，輸出端 LATCH輸出反饋信號至PWM控制電路500。優選地，在本實施例中，該反饋信號為低電平信號。
PWM控制電路500(在圖2中未具體表示)包括控制晶片(未示出)。控制晶片包括信號檢測引腳和控制引腳，信號檢測引腳與光電耦合器U1的輸出端LATCH連接，控制引腳與電源的輸入端連接。可以理解地，控制晶片在信號檢測引腳接收到光電耦合器U1的輸出端LATCH輸出的低電平反饋信號後，根據該低電平反饋信號控制控制引腳輸出控制信號至電源的輸入端，進而關斷電源，實現了在電源過壓時及時快速地關閉電源，使電源停止工作，有效地保護了電源及負載。
進一步地，在本實施例中，電源過壓保護電路還包括旁路電容C1，該旁路電容C1與第三採樣電阻R5並聯，用於對第三採樣電阻R5上的電壓進行濾波。可以理解地，在第三採樣電阻R5上並聯旁路電容C1，可以及時濾除第三採樣電阻R5上的幹擾成分，預防誤動作，即避免第二穩壓二極體U2參考極R的監測錯誤。
以下根據圖2對過壓保護電路的具體工作原理進行說明。
例如，在本實施例中，電源輸出電壓的最大值為42V，根據電路的設計要求，為使電壓流至比較控制電路300的安全工作範圍，取門限電路100的門限電壓為18V，比較控制電路300選用TL431B三端可編程的穩壓二極體，其參考極R的基準電壓設為2.5V。
可以理解地，當電源輸出電壓在小於42V時，即電源正常工作，保護電路無電流通過對電源的工作不產生影響；當電源的輸出電壓大於42V時，保護電路被啟動對電源產生保護作用。具體地：
當電源的輸出電壓超過42V，即電源過壓，電源輸出電壓分流至第一穩壓二極體U1上的電壓達到第一穩壓二極體U1的穩壓值18V，第一穩壓二極體U1導通，同時經第一採樣電阻R3、第二採樣電阻R4以及第三採樣電阻 R5採樣所產生的採樣電壓，即第二採樣電阻R4與第三採樣電阻R5之間的節點電壓大於2.5V，此時，第二穩壓二極體U2的參考極R監測到第二採樣電阻R4與第三採樣電阻R5之間的節點電壓(採樣電壓)大於2.5V，第二穩壓二極體U2的陰極K與陽極A導通，即第二穩壓二極體U2被導通，經第一穩壓二極體U1的電流通過限流電阻R1流經光電耦合器U1的初級發光二極體 U1-A，並通過第二穩壓二極體U2連接至第一參考地。當光電耦合器U1的初級發光二極體U1-A被導通時，初級發光二極體U1-A產生光源，光電耦合器 U1的次級接收源U1-B根據初級發光二極體U1-A的光源強度導通，將輸出端(即LATCH腳)的電平拉低，即LATCH腳向PWM控制電路500中的控制晶片的信號檢測引腳發送一個低電平的反饋信號，使控制晶片根據信號檢測引腳檢測到的反饋信號輸出控制信號至電源的輸入端進而關斷電源，使電源停止工作，從而及時快速的關閉電源，實現了對電源的過壓保護。
進一步地，上述只是本實用新型的優選實施例，當運用在其他型號的電源或場合需要不同的輸出電壓時，可選用不同的穩壓二極體，並更改第一採樣電阻R3、第二採樣電阻R4以及第三採樣電阻R5的電阻值及三者的電阻比值，使採樣電路200達到需要的數值，滿足電路的設計要求。
可以理解地，本實用新型通過在電源的輸出端加入過壓保護電路，即加入TL431B的三端可編程的穩壓二極體，提高了對電源輸出電壓的監測精度，可有效改善電源工作在極低溫度環境，同時避免了電源處於較高溫度時所產生的漂移現象，同時在電源出現過壓時及時關斷電源，使電源及時停止供電，增強了電源的穩定性、可靠性及安全性，而且減緩負載如LED燈珠老化衰退的時間，延長了電源及產品的使用壽命。
本實用新型還提供了一種電源，該電源包括前述電源過壓保護電路，通過應用該電源過壓保護電路可提高電源的穩定性、安全性及可靠性，延長電源的壽命。
以上實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容並據此實施，並不能限制本實用新型的保護範圍。凡跟本實用新型權利要求範圍所做的均等變化與修飾，均應屬於本實用新型權利要求的涵蓋範圍。
應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本實用新型所附權利要求的保護範圍。