一種開關電源的保護裝置及方法
2023-06-06 09:21:06 1
專利名稱：一種開關電源的保護裝置及方法
技術領域：
本發明涉及電路保護技術領域，特別是指一種開關電源的保護裝置及方法。
背景技術：
現代電力電子技術中，開關電源是利用脈衝寬度調製(P麗，Pulse Width Modulation)控制開關管開通和關斷的時間比率，並通過反饋使變壓器的輸出繞組實現穩 定輸出電壓的一種電源。隨著電力電子技術的發展和創新，開關電源技術也在不斷地創新， 開關電源與線性電源相比具有較低的成本的特點，而且具有高頻化、小型化和輕便化的特 點，使開關電源在節約能源、節約資源及保護環境方面都具有重要的意義，具有廣闊的發展 空間。 在實際應用中，當開關電源的輸出負載超過額定範圍，即開關電源過載時，開關電 源內部電路會產生較大的電流，從而產生較大的熱量，很可能對開關電源內部器件造成損 壞。 現有技術中，為了防止開關電源內部器件因過熱而造成的損壞，常用的電路保護 措施是在開關電源的輸入迴路和每一個輸出迴路中設置保護電路，一般是通過繼電器的 斷開與閉合來控制開關電源的工作；當開關電源出現過載，使電路中產生較大的電流時，繼 電器自動斷開，使開關電源停止工作，從而保護了電源內部器件不受損壞。這種方法的缺 點是，對於多個輸出迴路而言，需要在變壓器的每個輸出繞組均設置一個保護電路，成本較 高沮繼電器斷開時，由於開關電源並沒有下電，當過載故障恢復後，繼電器會自動閉合，開 關電源即會恢復工作，因而對於間斷性出現的過載故障，上述方法無法實現對開關電源的 鎖定保護。
發明內容
有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種開關電源的保護裝置及方法，以較低 的成本實現對開關電源的鎖定保護。 為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的 本發明提供了一種開關電源的保護裝置，該裝置包括保護電路；其中，該保護電路 包括穩壓管、控制器件及晶閘管電路； 所述保護電路，用於當開關電源出現過載時，穩壓管反嚮導通，晶閘管電路進入深 度飽和狀態，控制器件導通，使P麗晶片的VCOMP端降為低電平，P麗晶片停止工作，使開關 電源停止工作。 上述方案中，所述保護電路的供電電源由開關電源的變壓器的其中一個輸出繞組 提供，保護電路中晶閘管電路的輸出端通過控制器件與P麗晶片的VC0MP端相連；所述繞組 設置為無反饋穩壓功能。 上述方案中，所述穩壓管的擊穿電壓不大於P麗晶片的最高工作電壓以及開關電 源的開關管的最高工作驅動電壓；和/或，
所述控制器件的反向漏電流要求不影響VC0MP端的電壓。
上述方案中，所述控制器件為二極體或光耦。 上述方案中，所述控制器件為光耦時，所述保護電路進一步包括與光耦相連的限 流電阻。 本發明還提供了一種開關電源的保護方法，保護電路包括穩壓管、控制器件及晶 閘管電路；該方法包括 當開關電源出現過載時，穩壓管反嚮導通，晶閘管電路進入深度飽和狀態，控制器 件導通，使P麗晶片的VC0MP端降為低電平，P麗晶片停止工作，使開關電源停止工作。
上述方案中，所述保護電路的供電電源由開關電源的變壓器的其中一個輸出繞組 提供，保護電路中晶閘管電路的輸出端通過控制器件與P麗晶片的VCOMP端相連；所述繞組 設置為無反饋穩壓功能。 上述方案中，所述穩壓管的擊穿電壓不大於P麗晶片的最高工作電壓以及開關電 源的開關管的最高工作驅動電壓；和/或， 所述控制器件的反向漏電流要求不影響VCOMP端的電壓。
上述方案中，所述控制器件為二極體或光耦。 本發明所提供的一種開關電源的保護裝置及方法，通過設計一個保護電路，將變 壓器的其中一個輸出繞組VCC作為保護電路的供電電源，並將保護電路中晶閘管電路的輸 出端通過控制器件與P麗晶片的VCOMP端相連；VCC設置為無反饋穩壓功能，對於多個輸出 迴路而言，當開關電源出現過載，VCC的電壓大於保護電路中穩壓管的擊穿電壓時，穩壓管 反嚮導通，晶閘管電路進入深度飽和狀態，控制器件導通，使VCOMP端降為低電平，P麗晶片 停止工作，從而使開關電源停止工作。 本發明所提供的裝置及方法，在保護電路動作後，須使開關電源下電，在排除過載 故障後重新上電，才可使開關電源恢復正常工作，從而實現了對開關電源的鎖定保護；當 輸出負載在額定範圍內時，保護電路不動作，控制器件對P麗晶片的工作狀態起到了隔離 和保護的作用，不會影響開關電源的正常工作；當開關電源出現過載時，僅通過一個保護電 路就可以實現對開關電源的鎖定保護，可靠性較高，大大降低了設計成本，具有實際應用價 值。
圖1為本發明開關電源保護裝置的組成結構示意圖；
圖2為本發明開關電源保護裝置的保護電路設計原理圖；
圖3為本發明開關電源保護方法的流程圖； 圖4為本發明開關電源保護裝置的保護電路的一種改進電路圖；
圖5為本發明開關電源保護裝置的保護電路的另一種改進電路圖。
具體實施例方式
本發明的基本思想是通過設計一個保護電路，將變壓器的其中一個輸出繞組 VCC作為保護電路的供電電源，並將保護電路中晶閘管電路的輸出端通過控制器件與P麗 晶片的VCOMP端相連；VCC設置為無反饋穩壓功能，當開關電源出現過載，VCC的電壓大於保護電路中穩壓管的擊穿電壓時，穩壓管反嚮導通，晶閘管電路進入深度飽和狀態，控制器件 導通，使VCOMP端降為低電平，P麗晶片停止工作，從而使開關電源停止工作。
所述控制器件可以為二極體或光耦。 下面以二極體為例，結合具體實施例，對本發明所提供的裝置及方法做以詳細描 述。 本發明提供了一種開關電源的保護裝置，該裝置主要包括保護電路，該保護電路 與開關電源內部各模塊之間的連接關係如圖1所示，變壓器的其中一個輸出繞組VCC作為 該保護電路和P麗晶片的供電電源，變壓器的其他輸出繞組作為開關電源的輸出，通過P麗 晶片輸出的脈寬信號來控制開關管的開通和關斷，以實現開關電源的穩定輸出；這裡VCC 無反饋穩壓功能，其他輸出繞組有反饋穩壓功能，即根據變壓器的能量轉換原理，當輸出負 載增大時，VCC的電壓會隨之升高，而其他輸出繞組的電壓會因反饋而保持穩定。
該保護電路的設計原理圖，如圖2所示，該電路的供電電源由變壓器的其中一個 輸出繞組VCC提供，電路中的二極體D2連接P麗晶片的VCOMP端，由於VCC無反饋穩壓功 能，隨著輸出負載的增加，VCC也隨之增加。其中，VCOMP端的特點是，當P麗晶片正常工作 時，VCOMP端產生輸出電壓；當VCOMP端為低電平時，P麗晶片不能正常工作。
PNP型三極體Ql及NPN型三極體Q2組成了一個晶閘管(SCR， SiliconControlled Rectifier)電路，SCR電路的輸入端與穩壓管Dl相連，SCR電路的輸出端通過二極體D2與 P麗晶片的VCOMP端相連；由SCR電路的特點可知，當Q2導通，Ql隨即導通，由於Ql及Q2 組成了一個正反饋電路，所以一個微小的電流都會使得Ql及Q2快速達到深度飽和狀態，使 Q2集電極電壓降為低電平。 當輸出負載在額定範圍內時，VCC電壓小於穩壓管D1的擊穿電壓，則D1截止，R1、 D1、R2及R3通路沒有電流通過，因而三級管Q1、Q2截止，Q2的集電極即SCR電路輸出端電 壓為高電平，此時P麗晶片正常工作時，其VC0MP端的電壓一般在2 3V，不滿足二極體D2 導通的條件，故D2截止，整個保護電路不工作；因D2處於截止狀態，所以該保護電路不會對 VC0MP端的電壓造成影響，也不會對P麗晶片的工作狀態造成影響，進而不會影響開關電源 的正常工作，也就是說D2對P麗晶片的工作狀態起到了隔離和保護作用。
當開關電源出現過載、甚至當輸出短路時，由於VCC無反饋穩壓功能，使得VCC的 電壓隨之升高，會在電源內部產生較大的電流。當VCC電壓大於穩壓管D1的擊穿電壓時， Dl反嚮導通，R1、D1、R2及R3通路導通，Q2的基極電壓滿足Q2導通的條件，Q2導通，Ql隨 即導通，由於SCR電路的特點，使Ql及Q2快速達到深度飽和狀態，則Q2的集電極即SCR電 路輸出端電壓降為低電平，因P麗晶片正常工作時，VC0MP端的電壓一般在2 3V，滿足二 極管D2導通條件，根據二極體的導通原理，D2導通後，VC0MP端會立即降為低電平，不能使 P麗晶片正常工作，輸出脈寬信號為零，使得開關電源不工作，開關電源輸出為零，防止因電 路電流過大而造成的內部器件過熱損壞，對開關電源的內部器件起到了保護作用。
根據SCR電路的特點，此時，因Ql及Q2處於深度飽和狀態，即使過載或短路故障 排除，也不能夠自動退出飽和，VC0MP端的電壓仍為低電平，開關電源仍不能工作，只有將開 關電源下電，將輸出負載降到額定範圍內、或排除短路故障後，將開關電源重新上電，才可 以使開關電源恢復正常工作，對開關電源起到了鎖定保護作用。 在二極體的參數選擇中，D1的擊穿電壓應不大於P麗晶片的最高工作電壓以及開關管的最高工作驅動電壓；由於D2的反向漏電流會隨著溫度升高而增大，當溫度升高，D2 反嚮導通時，會使Ql及Q2導通，從而影響VC0MP端的電壓，因此，二極體D2在選擇時要保 證反向漏電流非常小，以防止電源正常工作時VCC對VC0MP端電平的影響。
基於上述裝置，本發明提供了一種開關電源的保護方法，如圖3所示，該方法包括 如下步驟 步驟300 :將變壓器的一個輸出繞組VCC作為P麗晶片的供電電源，並將變壓器的 其他輸出繞組作為開關電源的輸出； 本步驟中，變壓器的一個輸出繞組VCC設置為無反饋穩壓功能，其他輸出繞組設 置為有反饋穩壓功能，即當輸出負載增大時，只有VCC的電壓會隨之升高，而其他輸出繞組 的電壓因反饋會保持穩定。 步驟301 :設計一個保護電路，將變壓器的一個輸出繞組VCC作為該保護電路的供 電電源，保護電路中晶閘管電路的輸出端通過二極體D2連接P麗晶片的VC0MP端；當VCC 的電壓大於穩壓管D1的擊穿電壓，則轉至步驟302 ;當VCC的電壓小於穩壓管D1的擊穿電 壓，則轉至步驟303; 本步驟中，變壓器的其中一個輸出繞組VCC作為該保護電路的供電電源，保護電 路中晶閘管電路的輸出端連接P麗晶片的VCOMP端；所述VCOMP端的特點是當P麗晶片正 常工作時，VCOMP端產生輸出電壓；當VCOMP端為低電平時，P麗晶片不能正常工作。
圖2中，PNP型三極體Ql及NPN型三極體Q2組成了一個SCR電路，由該電路的特 點可知，當Q2導通，Q1隨即導通，由於Ql及Q2組成了一個正反饋電路，一個微小的電流就 可以使Q1及Q2快速達到深度飽和狀態，使Q2集電極即SCR電路的輸出端電壓降為低電平。 在二極體的參數選擇中，Dl的擊穿電壓應不大於P麗晶片的最高工作電壓以及開關管的最 高工作驅動電壓；由於D2的反向漏電流會隨著溫度升高而增大，可能會使VCC對VCOMP端 的電平造成影響，因此在選擇D2時要保證反向漏電流非常小。其中，各元器件的參數可根 據實際應用具體設置，這裡VCC電壓工作範圍為12V 15V，較佳地，可以取電阻Rl為1K Q ， 穩壓管D1的穩定電壓為18V，電阻R2為15KQ ;電阻R4為1KQ ，電阻R5為15KQ ，電阻R6 為1KQ ;C1、R2、R3、C2組成濾波電路，其中，電阻R3為1KQ ，電容Cl為0. 1UF，C2為IOUF。
當VCC電壓大於D1的擊穿電壓時，轉至步驟302 ;當VCC電壓小於穩壓管D1的擊 穿電壓，則轉至步驟303。 步驟302 :保護電路判斷VCC電壓是否大於穩壓管Dl的擊穿電壓；當VCC電壓大 於穩壓管Dl的擊穿電壓，VCOMP端的電壓降為低電平，P麗晶片停止工作，開關電源停止工 作，結束當前流程； 本步驟中，當開關電源出現過載、甚至輸出短路時，由於VCC無反饋穩壓功能，使 得VCC的電壓升高，當VCC電壓大於穩壓管D1的擊穿電壓時，Dl反嚮導通，R1、D1、R2及 R3通路導通，Q2的基極電壓滿足Q2導通的條件，Q2導通，根據SCR電路的特點，Ql隨即導 通，Q1及Q2快速達到深度飽和狀態，則Q2的集電極即SCR電路輸出端的電壓降為低電平； 當P麗晶片正常工作時，VCOMP端為高電平，其電壓一般在2 3V，滿足二極體D2導通的條 件，D2導通後，根據二極體的導通原理，VCOMP端降為低電平，使P麗晶片不能正常工作、停 止輸出脈寬信號，使得開關電源停止工作，開關電源輸出為零，防止開關電源的內部器件因 輸出電流過大而造成的過熱損壞，對開關電源的內部器件起到了保護作用。
根據SCR電路的特點，此時，因Ql及Q2處於深度飽和狀態，即使過載或短路故障 排除，也不能夠自動退出飽和，VCOMP端的電壓仍為低電平，開關電源仍不能工作，須將開關 電源下電，將輸出負載降到額定範圍內、或排除短路故障後，將開關電源重新上電，才可以 使開關電源恢復正常工作，對開關電源起到了鎖定保護作用。 步驟303 :變壓器輸出繞組VCC電壓小於穩壓管D1的擊穿電壓，VCOMP端的電壓不 受影響，P麗晶片正常工作，開關電源正常工作。 本步驟中，當輸出負載在額定範圍內，VCC電壓小於穩壓管D1的擊穿電壓，則D1截 止，R1、D1、R2及R3通路沒有電流通過，因而三級管Q1、Q2截止，Q2的集電極為高電平，大 於P麗晶片正常工作時的VC0MP端的電平，不滿足二極體D2導通的條件，故D2截止，整個 保護電路不工作；因D2處於截止狀態，所以VCC不會對VC0MP端的電平造成影響，即D2對 P麗晶片的工作狀態起到了隔離和保護作用，P麗晶片正常工作，開關電源正常工作。
本發明所述的方案可以廣泛的應用於開關電源的過電流保護，根據具體情況調整 變壓器繞組的匝數以及穩壓管Dl的擊穿電壓等參數，以實現對開關電源的保護。
上述方案中，因為二極體D2的反向漏電流會隨溫度升高而增大，為了防止VCC對 VC0MP端電平的影響，可以採用光耦D2替代二極體作為保護電路的改進電路，如圖4及圖 5所示，根據光耦本身的特點，可以對VC0MP端的電平起到更好的隔離和保護作用。在圖5 中，電阻R7對光耦起到了限流作用。 綜上所述，本發明所述的裝置及方法，僅運用一個保護電路就可以實現開關電源
的鎖定保護，可靠性較高，且大大降低了設計成本，具有實際應用價值。 以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍，凡在
本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護
範圍之內。
權利要求
一種開關電源的保護裝置，其特徵在於，該裝置包括保護電路；其中，該保護電路包括穩壓管、控制器件及晶閘管電路；所述保護電路，用於當開關電源出現過載時，穩壓管反嚮導通，晶閘管電路進入深度飽和狀態，控制器件導通，使PWM晶片的VCOMP端降為低電平，PWM晶片停止工作，使開關電源停止工作。
2. 根據權利要求1所述的保護裝置，其特徵在於，所述保護電路的供電電源由開關電 源的變壓器的其中一個輸出繞組提供，保護電路中晶閘管電路的輸出端通過控制器件與 P麗晶片的VCOMP端相連；所述繞組設置為無反饋穩壓功能。
3. 根據權利要求l所述的保護裝置，其特徵在於，所述穩壓管的擊穿電壓不大於P麗晶片的最高工作電壓以及開關電源的開關管的最 高工作驅動電壓；和/或，所述控制器件的反向漏電流要求不影響VCOMP端的電壓。
4. 根據權利要求1至3任一項所述的保護裝置，其特徵在於，所述控制器件為二極體或 光耦。
5. 根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述控制器件為光耦時，所述保護電路進 一步包括與光耦相連的限流電阻。
6. —種開關電源的保護方法，其特徵在於，保護電路包括穩壓管、控制器件及晶閘管 電路；該方法包括當開關電源出現過載時，穩壓管反嚮導通，晶閘管電路進入深度飽和狀態，控制器件導 通，使P麗晶片的VC0MP端降為低電平，P麗晶片停止工作，使開關電源停止工作。
7. 根據權利要求6所述的保護方法，其特徵在於，所述保護電路的供電電源由開關電 源的變壓器的其中一個輸出繞組提供，保護電路中晶閘管電路的輸出端通過控制器件與 P麗晶片的VC0MP端相連；所述繞組設置為無反饋穩壓功能。
8. 根據權利要求6所述的保護方法，其特徵在於，所述穩壓管的擊穿電壓不大於P麗晶片的最高工作電壓以及開關電源的開關管的最 高工作驅動電壓；和/或，所述控制器件的反向漏電流要求不影響VC0MP端的電壓。
9. 根據權利要求6至8任一項所述的保護方法，其特徵在於，所述控制器件為二極體或 光耦。
全文摘要
本發明公開了一種開關電源的保護裝置及方法，通過設計一個保護電路，將變壓器的其中一個輸出繞組VCC作為保護電路的供電電源，並將保護電路中晶閘管電路的輸出端通過控制器件與PWM晶片的VCOMP端相連；VCC設置為無反饋穩壓功能，隨輸出負載的增大而增大，當VCC的電壓大於保護電路中穩壓管的擊穿電壓時，穩壓管反嚮導通，晶閘管電路進入深度飽和狀態，控制器件導通，使VCOMP端降為低電平，PWM晶片停止工作，從而使開關電源停止工作。採用本發明所提供的裝置及方法，通過一個保護電路不僅可以實現對開關電源的鎖定保護，還大大降低了成本，具有實際應用價值。
文檔編號H02H7/122GK101699686SQ200910223800
公開日2010年4月28日 申請日期2009年11月19日 優先權日2009年11月19日
發明者閻建法 申請人:中興通訊股份有限公司