一種用於開關電源的過壓保護電路的製作方法

2023-12-09 17:40:41

本實用新型涉及一種過壓保護電路，具體涉及一種用於開關電源的過壓保護電路。

背景技術：

開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源廣泛應用於工業自動化控制、軍工設備、科研設備、LED照明、工控設備、通訊設備、電力設備、儀器儀表、醫療設備和半導體製冷制熱等領域。

在開關電源中，由於其輸入端輸入電壓不穩定，電壓波動較大，如果輸入電壓過大，則有可能導致其開關管通過電流過大，進而燒毀開關管。因此在開關管電源的控制電路中一般均包含有過壓保護電路，過壓保護電路的作用是在輸入端電壓超限時關斷主晶片的電源，使電路停止工作以保護開關電源。

目前針對開關電源輸入過壓保護，主要應用的電路為直接使用電壓基準晶片作為採樣和控制部分，結構簡單，存在一些問題。當輸入電壓不穩定，突然不停地增大或者減小時，所述開關電源也會跟著開通或者關斷，不停地切換，這樣，很容易導致開關電源或者負載的燒壞，更嚴重地，還會產生安全隱患。

技術實現要素：

針對現有技術中的缺陷，本實用新型提供一種用於開關電源的過壓保護電路，以能夠避免因電壓不穩造成的開關電源的頻繁開通關斷的不穩定狀態。

本實用新型採用的技術方案是：

本實用新型提供一種用於開關電源的過壓保護電路，包括：採樣電路、邏輯控制電路、回差電路；

所述採樣電路的輸入端與電源相連；

所述採樣電路的輸出端與所述邏輯控制電路的輸出端相連；

所述回差電路的一端連接在採樣電路上，另一端連接在邏輯控制電路上；所述回差電路用於對所述過壓保護電路的臨界電壓的範圍進行控制，所述邏輯控制電路用於控制開關電源的開通和關斷。

可選的，所述採樣電路，包括：第一電阻、第二電阻和電壓基準晶片；

所述第一電阻的第一端與電源連接；

所述第一電阻的第二端與所述第二電阻的第一端連接；

所述第二電阻的第一端與所述電壓基準晶片的參考極連接；所述第二電阻的第二端與所述電壓基準晶片的陽極連接，並接地；所述電壓基準晶片的陰極與所述邏輯控制電路連接；

當所述第二電阻兩端的電壓不低於所述電壓基準晶片的基準電壓時，所述電壓基準晶片導通；當所述第二電阻兩端的電壓低於所述電壓基準晶片的基準電壓時，所述電壓基準晶片不導通。

可選的，所述邏輯控制電路，包括：第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻；

所述第三電阻的第一端與內置電源連接，所述第三電阻的第二端與所述第四電阻的第一端連接；

所述第三電阻的第二端與所述電壓基準晶片的陰極連接，所述第四電阻的第二端與所述電壓基準晶片的陽極連接，並接地；

所述第五電阻的第一端與所述內置電源連接，所述第五電阻的第二端與所述第六電阻的第一端連接，所述第六電阻的第二端與所述第四電阻的第二端連接，並接地。

可選的，所述邏輯控制電路，包括：第一開關控制器、第二開關控制器；

所述第一開關控制器採用NPN三極體或N溝道MOS管；

所述第二開關控制器採用NPN三極體或N溝道MOS管。

可選的，所述第一開關控制器採用NPN三極體；

所述第一開關控制器的基極與所述第四電阻的第一端連接；所述第一開關控制器的集電極與所述第五電阻的第二端連接；所述第一開關控制器的發射極與所述第四電阻的第二端連接，並接地；

當所述電壓基準晶片導通時，所述第一開關控制器不導通；當所述電壓基準晶片不導通時，所述第一開關控制器導通。

可選的，所述第二開關控制器採用NPN三級管；

所述第二開關控制器的基極與所述第六電阻的第一端連接；所述第二開關控制器的集電極與控制晶片連接；所述第二開關控制器的發射極與所述第六電阻的第二端連接，並接地；

當所述電壓基準晶片導通時，所述第一開關控制器不導通，所述第二開關控制器導通，所述開關電源呈保護狀態；當所述電壓基準晶片不導通時，所述第一開關控制器導通，所述第二開關控制器不導通，所述開關電源呈正常工作狀態。

可選的，所述邏輯控制電路，還包括：第一電容；

所述第一電容與所述第六電阻並聯連接。

可選的，所述回差電路，包括：第七電阻、二極體；

所述第七電阻與所述二極體串聯連接，所述二極體的正極與所述第七電阻的第一端連接，所述第七電阻的第二端與所述第二電阻的第一端連接，所述二極體的負極與所述第五電阻的第二端連接；

當所述第一開關控制器導通時，所述回差電路導通，所述回差電路與所述第二電阻並聯；當所述第一開關控制器不導通時，所述回差電路不導通。

可選的，所述電壓基準晶片採用低電壓精密可調參考源或可編程精密參考源。

可選的，所述採樣電路，還包括：第二電容；

所述第二電容與所述第二電阻並聯連接。

本實用新型提供了一種用於開關電源的過壓保護電路，包括：採樣電路、邏輯控制電路、回差電路；所述採樣電路的輸入端與電源相連；所述採樣電路的輸出端與所述邏輯控制電路的輸出端相連；所述回差電路的一端連接在採樣電路上，另一端連接在邏輯控制電路上；所述回差電路用於對所述過壓保護電路的臨界電壓的範圍進行控制，所述邏輯控制電路用於控制開關電源的開通和關斷。

當所述電源的輸入電壓低於一定的臨界電壓時，所述開關電源開通，處於正常工作的狀態；當所述電源的輸入電壓高於一定的臨界電壓時，所述開關電源關斷，呈保護狀態。所述回差電路可以用於對所述過壓保護電路的臨界電壓的範圍進行控制，當輸入電壓不穩，有電壓波動時，如果電壓的波動範圍在所述回差電路控制的臨界電壓的範圍之內，則所述過壓保護電路就會維持所述開關電源當前的狀態；如果超出所述範圍，所述過壓保護電路就會將所述開關電源切換到另一種狀態。因此，所述過壓保護電路可以避免因輸入電壓不穩造成的開關電源頻繁開通關斷的不穩定狀態。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。在所有附圖中，類似的元件或部分一般由類似的附圖標記標識。附圖中，各元件或部分並不一定按照實際的比例繪製。

圖1為本實用新型提供的一種用於開關電源的過壓保護電路的示意圖；

圖2為本實用新型提供的一種含有N溝道MOS管的用於開關電源的過壓保護電路的示意圖。

其中，R1表示第一電阻，R2表示第二電阻，R3表示第三電阻，R4表示第四電阻，R5表示第五電阻，R6表示第六電阻，R7表示第七電阻，R8表示第八電阻，R9表示第九電阻，HV表示電源，VCC表示內置電源，VD1表示二極體，N1表示電壓基準晶片，VT1表示第一開關控制器是NPN三極體，VT2表示第二開關控制器是NPN三級管，VM1表示第二開關控制器是N溝道MOS管，FB表示控制晶片，SGND表示接地。

具體實施方式

這裡，要說明的是，本實用新型涉及的功能、方法等僅僅是現有技術的常規適應性應用。因此，本實用新型對於現有技術的改進，實質在於硬體之間的連接關係，而非針對功能、方法本身，也即本實用新型雖然涉及一點功能、方法，但並不包含對功能、方法本身提出的改進。本實用新型對於功能、方法的描述，是為了更好的說明本實用新型，以便更好的理解本實用新型。

下面將結合附圖對本實用新型技術方案的實施例進行詳細的描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本實用新型的技術方案，因此只作為示例，而不能以此來限制本實用新型的保護範圍。

需要注意的是，除非另有說明，本申請使用的技術術語或者科學術語應當為本實用新型所屬領域技術人員所理解的通常意義。

請參考圖1，圖1為本實用新型具體實施例提供的一種用於開關電源的過壓保護電路的示意圖，本實施例提供的用於開關電源的過壓保護電路，包括：採樣電路、邏輯控制電路、回差電路。

所述採樣電路的輸入端與電源相連；所述採樣電路的輸出端與所述邏輯控制電路的輸出端相連；所述回差電路的一端連接在採樣電路上，另一端連接在邏輯控制電路上；所述回差電路用於對所述過壓保護電路的臨界電壓的範圍進行控制，所述邏輯控制電路用於控制開關電源的開通和關斷。

所述過壓保護電路的作用是：當所述輸入電壓低於一定的臨界電壓時，所述開關電源開通，處於正常工作的狀態；當所述輸入電壓高於一定的臨界電壓時，所述開關電源關斷，呈保護狀態。所述回差電路可以用於對所述過壓保護電路的臨界電壓的範圍進行控制，當輸入電壓不穩，有電壓波動時，如果電壓的波動範圍在所述回差電路控制的臨界電壓的範圍之內，則所述過壓保護電路就會維持所述開關電源當前的狀態；如果超出所述範圍，所述過壓保護電路就會將所述開關電源切換到另一種狀態。因此，所述過壓保護電路可以避免因輸入電壓不穩造成的開關電源頻繁開通關斷的不穩定狀態。

在本實用新型提供的一個實施例中，所述採樣電路，可以包括：第一電阻R1、第二電阻R2和電壓基準晶片N1。

所述第一電阻R1的第一端與電源連接；所述第一電阻R1的第二端與所述第二電阻R2的第一端連接；所述第二電阻R2的第一端與所述電壓基準晶片N1的參考極連接；所述第二電阻R2的第二端與所述電壓基準晶片N1的陽極連接，並接地；所述電壓基準晶片N1的陰極與所述邏輯控制電路連接。

當所述第二電阻R2兩端的電壓不低於所述電壓基準晶片N1的基準電壓時，所述電壓基準晶片N1導通；當所述第二電阻R2兩端的電壓低於所述電壓基準晶片N1的基準電壓時，所述電壓基準晶片N1不導通。

所述電壓基準晶片N1可以採用低電壓精密可調參考源或可編程精密參考源。如圖1中所示，所述電壓基準晶片N1採用的是可編程精密參考源(TL431)，所述可編程精密參考源可以採用2.5V的TL431。

所述第一電阻R1遠遠大於所述第二電阻R2，所述第二電阻R2的電阻大小由所述電壓基準晶片N1的基準電壓決定，所述第一電阻R1用來分擔所述電源輸出的高電壓。

在本實用新型提供的一個實施例中，所述採樣電路，還可以包括：第二電容C2。

所述第二電容C2與所述第二電阻R2並聯連接，可以用來過濾所述電源輸出的電壓信號的小的波動、尖峰等，可以過濾掉所述電壓信號中的一些幹擾信號，可以避免所述幹擾信號對所述電壓基準晶片N1的影響。

在本實用新型提供的一個實施例中，所述邏輯控制電路，可以包括：第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6。

所述第三電阻R3的第一端與內置電源VCC連接，所述第三電阻R3的第二端與所述第四電阻R4的第一端連接；所述第三電阻R3的第二端與所述電壓基準晶片N1的陰極連接，所述第四電阻R4的第二端與所述電壓基準晶片N1的陽極連接，並接地；所述第五電阻R5的第一端與所述內置電源VCC連接，所述第五電阻R5的第二端與所述第六電阻R6的第一端連接，所述第六電阻R6的第二端與所述第四電阻的第二端連接，並接地。

所述第三電阻R3和所述第五電阻R5連接的內置電源VCC可以是一個電源，也可以是兩個不同的電源。

在本實用新型提供的一個實施例中，所述邏輯控制電路，還可以包括：第一電容C1。

所述第一電容C1與所述第六電阻R6並聯連接。所述第一電容C1可以用於過濾所述內置電源VCC的輸出的電壓信號的小的波動和尖峰，可以過濾掉一些幹擾信號，可以避免所述幹擾信號對所述第二開關控制器開通或關斷的影響。

在本實用新型提供的一個實施例中，所述邏輯控制電路，還可以包括：第八電阻R8和/或第九電阻R9。

所述第八電阻R8的第一端與所述第三電阻R3的第二端連接，所述第八電阻R8的第二端與所述第四電阻R4的第一端連接，所述第八電阻R8串聯在所述第三電阻R3和所述第四電阻R4之間；所述第九電阻R9的第一端與所述第五電阻R5的第二端連接，所述第九電阻R9的第二端與所述第六電阻R6的第一端連接，所述第九電阻R9串聯在所述第五電阻R5和所述第六電阻R6之間。所述第八電阻R8和所述第九電阻R9可以作為分壓電阻，可以使電路調節更方便。

在本實用新型提供的一個實施例中，所述邏輯控制電路，包括：第一開關控制器、第二開關控制器。

所述第一開關控制器可以採用NPN三極體或N溝道MOS管；所述第二開關控制器可以採用NPN三極體或N溝道MOS管。

當所述第一開關控制器採用NPN三極體VT1時，所述第一開關控制器的基極與所述第四電阻R4的第一端連接；所述第一開關控制器的集電極與所述第五電阻R5的第二端連接；所述第一開關控制器的發射極與所述第四電阻R4的第二端連接，並接地。這裡的第四電阻R4也可以換成是多個電阻的串聯和/或並聯，都在本實用新型的保護範圍之內。無論所述第四電阻R4怎樣替換，所述第一開關控制器的發射極都接地連接。

由於所述電壓基準晶片的陰極與所述第三電阻R3的第二端連接，所述電壓基準晶片的陽極接地，所以，當所述電壓基準晶片導通時，就可以拉低所述第三電阻R3的第二端的電壓，進而使所述第四電阻R4的第一端的電壓降低，產生低電平，所述低電平不足以驅動所述第一開關控制器，則所述第一開關控制器不導通；當所述電壓基準晶片不導通時，與所述電壓基準晶片導通時相比，所述第四電阻R4的第一端呈高電平，所述高電平可以驅動所述第一開關控制器，則所述第一開關控制器導通。

當所述第一開關控制器採用N溝道MOS管時，所述第一開關控制器的連接方式應該符合N溝道MOS管的連接方式。

當所述第二開關控制器採用NPN三級管VT2時，所述第二開關控制器的基極與所述第六電阻R6的第一端連接；所述第二開關控制器的集電極與控制晶片FB連接；所述第二開關控制器的發射極與所述第六電阻R6的第二端連接，並接地。所述控制晶片FB可以用來執行所述開關電源的開通和關斷的操作。

當所述第二開關控制器採用N溝道MOS管VM1，如圖2所示，所述N溝道MOS管VM1的柵極與所述第六電阻R6的第一端連接，所述N溝道MOS管VM1的源極與所述第六電阻R6的第二端連接，並接地，所述N溝道MOS管VM1的漏極與控制晶片FB連接。

這裡所述的第六電阻R6可以用多個電阻的串聯和/或並聯替換，都在本實用新型的保護範圍內。無論所述第六電阻R6怎樣替換，所述第一開關控制器的發射極都接地連接。

當所述電壓基準晶片不導通時，所述第一開關控制器導通，由於所述第一開關控制器的發射極接地，所述第一開關控制器的電阻很小，當所述第一開關控制器導通時，可以將所述第五電阻R5的第二端的電壓拉低，進而將所述第六電阻R6的第一端的電壓拉低，使所述第六電阻R6的第一端呈低電平，所述低電平不足以驅動所述第二開關控制器，則所述第二開關控制器不導通，所述開關電源呈正常工作狀態。

當所述電壓基準晶片導通時，所述第一開關控制器不導通，與所述電壓基準晶片不導通時相比，所述第六電阻R6的第一端的電壓呈高電平，所述高電平可以驅動所述第二開關控制器，則所述第二開關控制器導通，可以驅動所述控制晶片FB，使所述開關電源斷開，電路呈保護狀態。由於所述第二開關控制器的發射極接地，相較於現有技術，所述第二開關控制器可以輸出一個較低的低電平，進而拉低控制晶片FB的控制電壓，使電路呈保護狀態，通過這種連接方式，可以使具有較低驅動電壓的控制晶片FB應用於所述過壓保護電路，能夠增加所述過壓保護電路的應用範圍。

在本實用新型提供的一個實施例中，所述回差電路，包括：第七電阻R7、二極體VD1。

所述第七電阻R7與所述二極體VD1串聯連接，所述二極體VD1的正極與所述第七電阻R7的第一端連接，所述第七電阻R7的第二端與所述第二電阻R2的第一端連接，所述二極體VD1的負極與所述第五電阻R5的第二端連接。

在本申請中，提到的電阻都可以用多個電阻組合來替換，都在本實用新型的保護範圍內。

由於所述二極體VD1是單向導通的，當所述第一開關控制器不導通時，所述第五電阻R5的第二端的電壓呈高電平，即所述二極體VD1的負極呈高電平，所以，所述回差電路不導通；當所述第一開關控制器導通時，所述第五電阻R5的第二端的電壓呈低電平，即所述二極體VD1的負極呈低電平，則所述回差電路導通，進而使所述第七電阻R7、所述二極體VD1和所述第一開關控制器形成的電路與所述第二電阻R2並聯，由於所述第一開關控制器的電阻很小，所以，可以將所述並聯看成是所述回差電路與所述第二電阻R2並聯；當所述回差電路與所述第二電阻R2並聯後，相較於所述回差電路不導通時，所述第二電阻R2兩端的電壓明顯低於所述回差電路不導通時第二電阻R2兩端的電壓，兩種狀態下第二電阻R2兩端的電壓差值就是回差電壓。

當所述輸入電壓在第二電阻R2上分的電壓的波動在所述回差電壓範圍內時，所述過壓保護電路就會維持所述開關電源當前的狀態；當所述輸入電壓在第二電阻R2上分的電壓的波動不在所述回差電壓範圍內時，所述過壓保護電路就會將所述開關電源切換到另一種狀態。當所述開關電源由工作狀態向保護狀態切換時，所述過壓保護電路會存在回差電壓；當所述開關電源由保護狀態向工作狀態切換時，所述過壓保護電路也可以存在回差電壓。通過這種連接方式，可以避免因輸入電壓不穩而造成的開關電源頻繁開通和關斷的不穩定狀態；同時，這種連接方式還可以提高所述過壓保護電路的精度，可以避免所述開關電源受環境溫度影響對輸入電壓產生的誤判，可以提高所述開關電源的可靠性和穩定性。

當所述電源的輸入電壓低於設定的電壓時，所述第二電阻R2兩端的電壓低於所述電壓基準晶片的基準電壓，則所述電壓基準晶片不導通；當所述電壓基準晶片不導通時，所述第一開關控制器導通，所述回差電路導通，所述回差電路與所述第二電阻R2並聯；由於所述第一開關控制器的發射極接地，當所述第一開關控制器導通時，可以將所述第五電阻R5的第二端的電壓拉低，進而將所述第六電阻R6的第一端的電壓拉低，使所述第六電阻R6的第一端呈低電平，所述低電平不足以驅動所述第二開關控制器，則所述第二開關控制器不導通，所述開關電源呈正常工作狀態。

當所述電源的輸入電壓高於設定的電壓時，所述第二電阻R2兩端的電壓高於所述電壓基準晶片的基準電壓，則所述電壓基準晶片導通，當所述電壓基準晶片導通時，所述第一開關控制器不導通，進而，所述第五電阻R5的第二端的電壓呈高電平，則所述回差電路不導通，所述第六電阻R6的第一端的電壓呈高電平，所述第二開關控制器導通，可以驅動所述控制晶片FB，使所述開關電源斷開，電路呈保護狀態。

當所述電源的輸入電壓降低，可以使所述電壓基準晶片不導通，能夠啟動所述回差電路時，所述第一開關控制器導通，進而，所述第二開關控制器關斷，所述開關電源恢復輸出。

以上，為本實用新型提供的一種用於開關電源的過壓保護電路。

在本申請的描述中，需要理解的是，術語「第一」、「第二」等僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。在本實用新型的描述中，「多個」的含義是兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本申請中，除非另有明確的規定和限定，術語「相連」、「連接」、「固定」等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

本實用新型的說明書中，說明了大量具體細節。然而，能夠理解，本實用新型的實施例可以在沒有這些具體細節的情況下實踐。在一些實例中，並未詳細示出公知的方法、系統和技術，以便不模糊對本說明書的理解。

在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、系統、材料或者特點包含於本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、系統、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。

最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求和說明書的範圍當中。