一種多路輸出電源的短路保護電路及電子設備的製作方法
2023-10-06 18:22:24
專利名稱：一種多路輸出電源的短路保護電路及電子設備的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電路技術領域，尤其涉及一種多路輸出電源的短路保護電路及電子設備。
背景技術：
目前直接連接到交流電網的AC-DC(交流轉換直流)多路輸出的電源廣泛的使用在各種電子產品中，比如電視機、機頂盒等產品。在產品實際應用中，由於各種不可預見原因，當連接到電源輸出端的負載異常短路時，電源能否實現短路保護至關重要，如果無法實現短路保護，則可能引起設備和電源燒壞，更為嚴重的情況則可能引起火災造成嚴重的後果。在多路輸出電源中出現短路的概率比出現在單路的概率更大(多路輸出電源指兩路或 兩路以上輸出電源)，且因多路輸出電源的反饋迴路只有一到兩路，其它沒有反饋迴路的輸出的短路保護實現比單路電源要困難得多。現有技術I中，發生短路時，以初級過功率保護來實現，目前的電源晶片過短路保護的檢測方法一般採用以下兩種一是通過晶片檢測時序控制開關元件連接的採樣電阻上的電壓，當採樣電壓超過晶片內定閥值Vth時觸發晶片保護；二是晶片檢測主反饋迴路引腳上的電壓超過晶片內定的閥值Vfb電壓時觸發晶片保護。但是現有技術I的方案要實現電源正常的工作，則採樣電阻要取小，當沒有反饋迴路的輸出發生短路時，可能因多路變壓器的耦合情況不佳，漏感偏大等原因，耦合到主反饋迴路上的電壓不夠低，從而使初級電流不夠大，不能達到晶片的Vth或Vfb上電壓保持在一定的水平未達到閥值，因此不能進入到短路保護，使初級開關管等器件電壓、電流應力過大，發生短路的輸出整流管或電感等器件的電流應力過大，對電源本身及其連接設備或電路有可能造成損壞。現有技術2中，當次級短路時以初級控制晶片VCC (供電電壓)欠壓保護方式進行。其工作原理是當某一路輸出短路時，此路輸出繞組電壓下降，從而導致主晶片(以下以IC代替主晶片)的VCC供電繞組感應電壓下降，導致VCC電壓下降，當VCC電壓低於IC欠壓電平時，IC關斷，電源停止提供能量給輸出。但是現有技術2的方案因為電源的啟動電平比欠壓電平要大，所以當電源輸出短路時，VCC電容電壓放電到IC欠壓電平的時間會比較長。在電源未進入保護時，主反饋迴路檢測到輸出電壓偏低，會反饋到初級進一步加大輸出功率，此時初級開關管等器件電壓、電流應力都會比較大，對電源本身及其連接設備或電路有可能造成損壞。另外，在多路輸出反激電源，因為變壓器繞組較多，當輸出某一路短路時，因為漏感很大，造成IC的VCC繞組寄生振蕩電壓幅度大，導致VCC電壓維持或者電壓上升，電路不能實現輸出短路保護，最終導致電源失效或其連接設備或電路損壞。發明內容本實用新型的目的在於提供一種多路輸出電源的短路保護電路，旨在解決現有技術存在的問題，使電源所用元件的電壓、電流應力比現有2種技術方案大大減小,在多路輸出電源應用中，從短路保護方面可不用考慮變壓器各繞組間的耦合問題，可靠實現電源主路和輔路輸出短路保護。本實用新型的目的還在於提供一種電子設備，包括應用了上述多路輸出電源的短路保護電路，旨在解決現有技術中存在的問題，以極低成本的方式增強電源的可靠性，提供可靠實現電源主路和輔路輸出短路保護的電子設備。為解決以上現有技術的問題，本實用新型公開一種多路輸出電源的短路保護電路，包括電源輸入端、與電源輸入端連接的變壓模塊、控制變壓模塊的開關時序控制模塊以及與變壓模塊連接的多路輸出模塊，所述多路輸出模塊包括主路輸出模塊、輔路輸出模塊，其特徵在於，還包括 短路檢測模塊，該模塊的個數與所述輔路輸出模塊包括的輸出路數一致，所述輔路輸出模塊的每一路輸出端分別經短路檢測模塊連接至受控開關模塊；受控開關模塊，該模塊與所述短路檢測模塊、基準比較模塊連接，用以根據短路檢測模塊的信號來控制基準比較模塊；基準比較模塊，該模塊與所述受控開關模塊、所述主路輸出模塊、隔離反饋模塊連接，用以根據主路輸出模塊的採樣電壓、受控開關模塊的開關來控制隔離反饋模塊；隔離反饋模塊，該模塊與所述開關時序控制模塊、所述基準比較模塊連接，用以根據所述基準比較模塊的比較結果反饋信號至所述開關時序控制模塊；其中，所述變壓模塊包括變壓器；所述輔路輸出模塊包括第一路輸出模塊、……、第N路輸出模塊，其中，N為大於等於I的正整數。進一步，所述開關時序控制模塊包括控制晶片、開關元件；所述控制晶片的輸入端連接所述隔離反饋模塊，輸出端連接所述開關元件的控制端;所述開關元件的選通端連接所述變壓器的初級繞組。進一步，所述開關元件包括第一 MOS管、第一電阻；所述第一 MOS管的柵極經過所述第一電阻連接至所述控制晶片的輸出端，漏極連接所述變壓器的初級繞組，源極接地。進一步，所述開關時序控制模塊還包括反饋子模塊；所述反饋子模塊包括第二電阻、第三電阻、第四電阻、第一電容；所述第一 MOS管的源極經所述第二電阻接地；所述第三電阻一端連接所述第一 MOS管的柵極，一端連接所述第一 MOS管的源極；所述第四電阻一端連接所述控制晶片的電源檢測輸入端，一端連接所述第一 MOS管的源極；所述第一電容一端連接所述控制晶片的電源檢測輸入端，一端接地。進一步，所述隔離反饋模塊包括光電耦合器、第五電阻、第一穩壓管、第二電容；所述光電耦合器的發光二極體的陽極經過所述第五電阻連接至所述主路輸出模塊，陰極連接所述基準比較模塊；[0029]所述光電耦合器的受光三極體的發射極接地，集電極連接所述控制晶片的輸入端;所述第一穩壓管陽極接地，陰極連接所述受光三極體的集電極；所述第二電容一端接地，一端連接所述受光三極體的集電極。進一步，所述基準比較模塊包括三端穩壓器、第六電阻、第七電阻，所述第六電阻串聯所述第七電阻，所述三端穩壓器的陰極連接所述隔離反饋模塊，陽極連接所述受控開關模塊，參考端經所述第六電阻連接至所述主路輸出模塊的輸出端、經所述第七電阻接地。進一步，所述三端穩壓器的陰極與參考端之間連接一補償電路，所述補償電路包括電阻串聯電容組合。進一步，所述受控開關模塊包括第二 MOS管、第八電阻、第九電阻；·[0035]所述第二 MOS管的柵極經第八電阻連接至所述短路檢測模塊，經第九電阻接地，漏極連接基準比較模塊，源極接地。進一步，所述短路檢測模塊為穩壓管的陰極串聯電阻，所述電阻的另一端連接所述輔路輸出模塊的一路輸出端，所述穩壓管的陽極連接所述受控開關模塊。為解決本實用新型的技術問題，本實用新型還公開了一種電子設備，包括應用了上述多路輸出電源的短路保護電路。採用本實用新型所提提供的技術方案，不僅解決現有技術存在的問題，使電源所用元件的電壓、電流應力比現有技術2中的大大減小，在多路輸出電源應用中，從短路保護方面可不用考慮變壓器各繞組間的耦合問題，可靠實現電源主路和輔路輸出短路保護，還提供了一種以低成本增強多路輸出電源可靠性的電子設備。
圖I是本實用新型提供的多路輸出電源的短路保護電路的模塊結構示意圖；圖2是本實用新型實例提供的一種多路輸出電源的短路保護電路示意圖。
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。應當理解，此處所描述的具體實例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。如圖I所示，為本實用新型實施例提供的多路輸出電源的短路保護電路的模塊結構示意圖，包括電源輸入端110，與電源輸入端110連接的變壓模塊120、控制變壓模塊120的開關時序控制模塊130，與變壓模塊120連接的多路輸出模塊150，多路輸出模塊包括主路輸出模塊151、輔路輸出模塊152，還包括短路檢測模塊180，該模塊的個數與輔路輸出模塊152包括的輸出路數一致，輔路輸出模塊152的每一路輸出端分別經一短路檢測模塊180連接至受控開關模塊170 ；受控開關模塊170，該模塊與基準比較模塊160、短路檢測模塊180連接，用以根據短路檢測模塊180的信號控制開關；基準比較模塊160，該模塊與隔離反饋模塊140、受控開關模塊170、主路輸出模塊151連接，用以根據主路輸出模塊151的採樣電壓、受控開關模塊170的開關控制隔離反饋模塊140 ；隔離反饋模塊140，該模塊與開關時序控制模塊130、基準比較模塊160連接，用以根據基準比較模塊160的比較結果反饋信號至開關時序控制模塊130 ；其中，變壓模塊120包括變壓器；輔路輸出模塊152包括第一路輸出模塊1521、……、第N路輸出模塊152N，其中，N為大於等於I的正整數。當短路檢測模塊180檢測到發生短路時，通過受控開關模塊170切斷基準比較模塊160的工作迴路，使其連接的隔離反饋模塊140觸發開關時序控制模塊130進入系統保護狀態，從而達到保護的目的。主路輸出模塊151實現閉環控制，輔路輸出模塊152在短路時使反饋環路開環，觸發開關時序控制模塊130進入系統保護狀態，從而可靠實現電源主路輸出和輔路輸出的短路保護。·[0050]如圖2所示，為本實用新型實例提供的一種多路輸出電源的短路保護電路示意圖，本實施例中採用三路電源輸出模式加以說明，其中VOUTl路為主路輸出，以下將結合上述模塊圖加以闡述本實用新型，本實施例中開關管均採用了 NMOS管，但本實用新型不僅限於此。開關時序控制模塊包括控制晶片U3、開關元件採用NMOS管Q1、電阻Rl，NMOS管Ql的柵極經電阻Rl連接至控制晶片U3的PWM輸出端GATE腳，源極接地，漏極連接至變壓器Tl初級繞組的輸入端。開關時序控制模塊還包括反饋子模塊，包括電阻R2，NM0S管Ql的源極經電阻R2接地；電阻R3，一端連接NMOS管Ql的柵極，一端連接NMOS管Ql的源極；電阻R4，一端連接控制晶片U3的電源檢測輸入端SENSE腳，一端連接NMOS管Ql的源極；電容Cl，一端連接控制晶片U3的電源檢測輸入端SENSE腳，一端接地。其中，電阻R4、電容Cl實現對電阻R2兩端檢測電壓進行RC濾波。與開關時序控制模塊連接的隔離反饋模塊包括光電耦合器U2，其中光電耦合器U2的發光二極體U2-A的陽極經電阻R5連接至主路輸出模塊，陰極連接基準比較模塊的三端穩壓器Ul的陰極；光電耦合器U2的受光三極體U2-B的發射極接地，集電極連接開關時序控制模塊的控制晶片U3的輸入端FB腳；穩壓管ZD1，陽極接地，陰極連接受光三極體U2-B的集電極；電容C2，一端接地，一端連接受光三極體U2-B的集電極。基準比較模塊包括三端穩壓器U1，其陰極連接隔離反饋模塊的發光二極體U2-A的陰極，陽極連接受控開關模塊的NMOS管Q2的漏極，參考端經電阻R6連接至主路輸出模塊的輸出端V0UT1、經電阻R7接地，電阻R6與電阻R7串聯。為了加強三端穩壓器Ul的穩定工作，在三端穩壓器Ul的陰極與參考端之間連接一補償電路，補償電路包括電阻Rll串聯電容Cll的組合，當然補充電路也可以為單個電容或者其他公知技術方案。為了加強三端穩壓器Ul的穩定工作，還可以在三端穩壓器Ul的陰極通過一電阻RlO連接至主路輸出模塊，因為三端穩壓器有最小工作電流要求，有時電阻R5和發光二級管U2-A串聯後提供的電流比較小，不足於讓Ul穩定工作，因此可以通過RlO給三端穩壓器Ul提供工作電流。由於上述輔助三端穩壓器穩定工作的技術方案屬於本領域技術人員易想到的內容，因此對於上述輔助方式的本領域公知的等同替換方案並不脫離本實用新型的保護範圍。受控開關模塊包括NM0S管Q2、電阻R8、電阻R9 ；NM0S管Q2的柵極經電阻R8連接至短路檢測模塊，經電阻R9接地，漏極連接基準比較模塊的三端穩壓器Ul的陽極，源極接地。短路檢測模塊為穩壓管的陰極串聯電阻的組合模式，輔路輸出模塊的輸出端V0UT2.V0UT3分別經過一組短路檢測模塊並經過受控開關模塊的電阻R8連接至NMOS管Q2的柵極，具體為第一路輸出模塊的輸出端V0UT2經電阻R37連接至穩壓管ZD2的陰極，穩壓管ZD2的陽極通過受控開關模塊的電阻R8連接至NMOS管Q2的柵極；第二路輸出模塊的輸出端V0UT3經電阻R38連接至穩壓管ZD3的陰極，穩壓管ZD3的陽極通過受控開關模塊的電阻R8連接至NMOS管Q2的柵極。本實施例中採用三路電源輸出加以說明，本實用新型包括的多路輸出模式可以為兩路輸出或多於兩路輸出的模式，由於原理相同，均可以上述方式類推得出。以下將結合圖2對本實用新型的工作原理加以說明。電源有3路輸出VOUTl、V0UT2、V0UT3，其中VOUTl是主路輸出，實現閉環控制，V0UT2、V0UT3為輔路輸出。其工作過程與短路保護工作原理如下由電源輸入端HVIN輸入上電時，電源進入上電啟動過程，輸出電壓逐漸升高，此時控制晶片U3的FB腳電平允許保持一定時間的高電壓，使電源反饋環路能夠正常建立。各路輸出電壓按變壓器Tl圈數的匝比的不同升高，其間各電壓升高速率有所不同，此處假設當V0UT2(也可以為其它路輸出)電壓升高到超過穩壓管ZD2的導通電壓，使穩壓管ZD2導通，通過電阻R8、電阻R9提供NMOS管Q2的驅動電壓，使NMOS管Q2導通，進而使三端穩壓管Ul到地的工作電路接通，三端穩壓管Ul正常工作，通過光電耦合器U2反饋信號控制控制晶片U3的FB腳電壓，反饋環路即開始工作。主路輸出電壓經R6、R7分壓後接到三端穩壓器Ul的參考端，和三端穩壓器Ul的內部基準電壓進行比較，從而控制三端穩壓器Ul的輸出端電壓，使流過光電耦合器U2的發光二極體U2-A上的電流變化，達到控制發光二極體U2-A發光亮度的變化，引起受光三極體U2-B的集電極端電壓變化，從而控制晶片U3通過連接受光三極體U2-B的集電極的FB腳的電壓變化控制GATE腳佔空比的變化來控制NMOS管Q2的導通或截止狀態，使電源系統保持穩態工作。當電源輸出負載發生短路時，本實施例採用V0UT2為例加以說明，當V0UT2輸出發生短路時，穩壓管ZD2負極的電壓快速降低到接近0V，穩壓管ZD2即退出穩壓，並使其正極電壓鉗位，經電阻R8、電阻R9，NM0S管Q2基極電位不足以使其導通，則NMOS管Q2截止，三端穩壓管Ul輸入端與輸出端之間的壓差不足以使其導通正常工作，則使光電耦合器U2中的發光二極體U2-A沒有電流流過，無法引起發光二極體U2-A進入發光狀態，進而控制受光三極體U2-B截止，則控制晶片U3的FB腳為高電位，控制晶片U3經過適當的延時後，觸發保護，進入保護狀態，系統工作處於保護狀態(打嗝或鎖定)。當保護狀態解除後，系統再次進入上述啟動狀態，而後進入穩態工作。上述輔路輸出的短路保護方式是通過控制控制晶片U3的FB腳電壓觸發控制晶片U3進入保護狀態，當主路輸出負載發生短路時，原理同上述一致，以下將具體舉例說明。[0068]基準比較模塊可以具體採用TL431器件，當主路短路時，TL431參考端的REF腳的電壓接近0V，內部REF電壓高於REF腳電壓，內部比較器輸出低電位，致使TL431內部三極體截止，使連接到其輸出端CATHODE腳的發光二極體U2-A的內部LED沒有電流流過致使不發光，受光三極體U2-B則截止，控制晶片U3的FB腳即為高電位，控制晶片U3經過適當的延時後，觸發保護，進入保護狀態，系統工作處於保護狀態(打嗝或鎖定)。當保護狀態解除後，系統再次進入上述啟動狀態，而後進入穩態工作。上述實施例中，採用NMOS管Ql作為基準比較模塊工作的控制端，但本實用新型受控開關模塊的元件不局限於NMOS管，也可以是其它的器件，例如三極體、繼電器和GTO等器件，不同的器件代用Ql會使原Ql周邊器件和檢測器件(1 8、1 9、202、203、1 37、1 38)的組合電路根據Ql的方式發生變化，但只要是在輸出短路時以控制基準比較模塊關斷工作，使光電耦合器無工作電流的方式，就在本發明的保護範圍內。 本實用新型所提供的技術方案，不僅解決現有技術存在的問題，使電源所用元件的電壓、電流應力比現有技術2中的大大減小，在多路輸出電源應用中，從短路保護方面可不用考慮變壓器各繞組間的耦合問題，可靠實現電源主路和輔路輸出短路保護。本實用新型還公開了一種電子設備，包括應用了上述多路輸出電源的短路保護電路，由於其運用在電子設備中的工作原理同上述一致，此處就不再贅述。電子設備為，但不限於，機頂盒或數位電視一體機或網絡協議電視。本實用新型的提供的一種電子設備，以低成本可靠實現電源主路和輔路輸出短路保護。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種多路輸出電源的短路保護電路，包括電源輸入端、與電源輸入端連接的變壓模塊、控制變壓模塊的開關時序控制模塊以及與變壓模塊連接的多路輸出模塊，所述多路輸出模塊包括主路輸出模塊、輔路輸出模塊，其特徵在於，還包括 短路檢測模塊，該模塊的個數與所述輔路輸出模塊包括的輸出路數一致，所述輔路輸出模塊的每一路輸出端分別經短路檢測模塊連接至受控開關模塊； 受控開關模塊，該模塊與所述短路檢測模塊、基準比較模塊連接，用以根據短路檢測模塊的信號來控制基準比較模塊； 基準比較模塊，該模塊與所述受控開關模塊、所述主路輸出模塊、隔離反饋模塊連接，用以根據主路輸出模塊的採樣電壓、受控開關模塊的開關來控制隔離反饋模塊； 隔離反饋模塊，該模塊與所述開關時序控制模塊、所述基準比較模塊連接，用以根據所述基準比較模塊的比較結果反饋信號至所述開關時序控制模塊； 其中，所述變壓模塊包括變壓器；所述輔路輸出模塊包括第一路輸出模塊、……、第N路輸出模塊，其中，N為大於等於I的正整數。
2.如權利要求I所述的短路保護電路，其特徵在於，所述開關時序控制模塊包括控制晶片、開關元件； 所述控制晶片的輸入端連接所述隔離反饋模塊，輸出端連接所述開關元件的控制端； 所述開關元件的選通端連接所述變壓器的初級繞組。
3.如權利要求2所述的短路保護電路，其特徵在於，所述開關元件包括第一MOS管、第一電阻；所述第一 MOS管的柵極經過所述第一電阻連接至所述控制晶片的輸出端，漏極連接所述變壓器的初級繞組，源極接地。
4.如權利要求3所述的短路保護電路，其特徵在於，所述開關時序控制模塊還包括反饋子模塊； 所述反饋子模塊包括第二電阻、第三電阻、第四電阻、第一電容； 所述第一 MOS管的源極經所述第二電阻接地； 所述第三電阻一端連接所述第一 MOS管的柵極，一端連接所述第一 MOS管的源極；所述第四電阻一端連接所述控制晶片的電源檢測輸入端，一端連接所述第一 MOS管的源極； 所述第一電容一端連接所述控制晶片的電源檢測輸入端，一端接地。
5.如權利要求2所述的短路保護電路，其特徵在於，所述隔離反饋模塊包括光電耦合器、第五電阻、第一穩壓管、第二電容； 所述光電耦合器的發光二極體的陽極經過所述第五電阻連接至所述主路輸出模塊，陰極連接所述基準比較模塊； 所述光電耦合器的受光三極體的發射極接地，集電極連接所述控制晶片的輸入端； 所述第一穩壓管陽極接地，陰極連接所述受光三極體的集電極； 所述第二電容一端接地，一端連接所述受光三極體的集電極。
6.如權利要求I所述的短路保護電路，其特徵在於，所述基準比較模塊包括三端穩壓器、第六電阻、第七電阻，所述第六電阻串聯所述第七電阻，所述三端穩壓器的陰極連接所述隔離反饋模塊，陽極連接所述受控開關模塊，參考端經所述第六電阻連接至所述主路輸出模塊的輸出端、經所述第七電阻接地。
7.如權利要求6所述的短路保護電路，其特徵在於，所述三端穩壓器的陰極與參考端之間連接一補償電路，所述補償電路包括電阻串聯電容組合。
8.如權利要求I所述的短路保護電路，其特徵在於，所述受控開關模塊包括第二MOS管、第八電阻、第九電阻； 所述第二 MOS管的柵極經第八電阻連接至所述短路檢測模塊，經第九電阻接地，漏極連接基準比較模塊，源極接地。
9.如權利要求I所述的短路保護電路，其特徵在於，所述短路檢測模塊為穩壓管的陰極串聯電阻，所述電阻的另一端連接所述輔路輸出模塊的一路輸出端，所述穩壓管的陽極連接所述受控開關模塊。
10.一種電子設備，其特徵在於，包括權利要求1-9任意一項所述的多路輸出電源的短路保護電路。
專利摘要本實用新型適用於電路技術領域，提供了一種多路輸出電源的短路保護電路及電子設備，實施例中提供的一種多路輸出電源的短路保護電路包括電源輸入端，與電源輸入端連接的變壓模塊、控制變壓模塊的開關時序控制模塊，與變壓模塊連接的多路輸出模塊，還包括隔離反饋模塊、基準比較模塊、受控開關模塊、短路檢測模塊。當短路檢測模塊檢測到發生短路時，通過受控開關模塊切斷基準比較模塊的工作迴路，使其連接的隔離反饋模塊觸發開關時序控制模塊進入系統保護狀態，從而達到保護的目的。本實用新型的技術方案可靠實現電源主路和輔路輸出短路保護，還提供了一種以低成本增強多路輸出電源可靠性的電子設備。
文檔編號H02H7/125GK202696122SQ201220293590
公開日2013年1月23日 申請日期2012年6月21日 優先權日2012年6月21日
發明者邱光明 申請人:深圳市同洲電子股份有限公司