CN105305797A - 一种dc/dc电源输出过压欠压保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种DC/DC电源输出过压欠压保护电路，包括过压欠压检测电路、反馈电路、参考电源电路和MOS管；反馈电路包括：正常电压反馈电路和过压欠压反馈电路；MOS管的栅极与过压欠压检测电路连接，当DC/DC电源输出正常工作电压时，过压欠压检测电路输出开启MOS管，负载正常供电，同时通过正常电压反馈电路形成电压反馈；当DC/DC电源出现过压或欠压时，过压欠压检测电路输出关断MOS管，负载断电，由过压欠压反馈电路形成电压反馈，DC/DC电源在MOS管源极端保持空载情况下继续工作。本发明能够避免因过压欠压频繁启动DC/DC电源导致DC/DC电源及负载损坏，提高DC/DC电源的可靠性，实现自动在线检查与切换。
Description
技术领域
本发明涉及一种DC/DC电源输出过压欠压保护电路，属于电源技术领域。
背景技术
现有DC/DC电源输出过压或欠压保护电路多采用打嗝式保护电路，在DC/DC电源输出出现过压或欠压时，在过压或欠压状态解除前，电源始终处于启动、保护、再启动的循环中，时间长了会对电源模块以及负载设备可能造成损坏。目前较多输出过压保护装置是通过关断原边控制器来实现的，分故障时永久关断输出和故障时振荡输出脉冲两种保护形式。振荡输出脉冲，不断造成电源重新启动，对电源本身产生可靠性影响，不能在线检查负载故障。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种DC/DC电源输出过压欠压保护电路，解决现有技术中过压或欠压状态下频繁启动DC/DC电源导致电源及负载易损坏的技术问题，同时解决现有技术中导致振荡输出脉冲过压保护形式导致DC/DC电源可靠性不高的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种DC/DC电源输出过压欠压保护电路，包括过压欠压检测电路、反馈电路、为过压欠压检测电路提供参考电压的参考电源电路和串联在DC/DC电源与负载之间的MOS管；
所述反馈电路包括：正常电压反馈电路和过压欠压反馈电路；
所述MOS管的栅极与过压欠压检测电路连接，当DC/DC电源输出正常工作电压时，过压欠压检测电路输出开启MOS管，负载正常供电，同时通过正常电压反馈电路形成电压反馈；当DC/DC电源出现过压或欠压时，过压欠压检测电路输出关断MOS管，负载断电，由过压欠压反馈电路形成电压反馈，DC/DC电源在MOS管源极端保持空载情况下继续工作。
所述过压欠压检测电路包括电压比较器U1A、电压比较器U1B、三极管Q3、三极管Q4、电阻R6、电阻R7、电阻R17和电阻R18；
电阻R6一端与参考电源电压输出端REF连接，另一端串联电阻R17后接地；
电阻R7一端与DC/DC电源输出端VO连接，另一端串联电阻R18后接地；
所述电压比较器U1A的同相输入端与电阻R6和电阻R17连接的电节点连接，反相输入端与电阻R7和电阻R18连接的电节点连接；
所述电压比较器U1B的同相输入端与电阻R7和电阻R18连接的电节点连接，反相输入端与参考电源电压输出端REF连接；
所述电压比较器U1A的输出端、电压比较器U1B的输出端分别与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极接地，集电极串联电阻R16后与电源VC连接；
三极管Q4的基极反向串联二极管D7后，再串联电阻R16与电源VC连接，三极管Q4的集电极串联电阻R13、电阻R14后与电源VO连接、三极管Q4的发射极接地，电阻R13和电阻R14连接的电节点与MOS管的栅极G1连接；
当电压比较器U1A输出低电平，同时电压比较器U1B输出高电平时，表明DC/DC电源处于过压状态，此时三极管Q3导通，三极管Q4关断，则MOS管关断，DC/DC电源通过过压欠压反馈电路在MOS管源极端保持空载情况下继续工作；
当电压比较器U1A输出高电平，同时电压比较器U1B输出低电平时，表明DC/DC电源处于欠压状态，此时三极管Q3导通，三极管Q4关断，则MOS管关断，DC/DC电源通过过压欠压反馈电路在MOS管源极端保持空载情况下继续工作；
当电压比较器U1A输出低电平，同时电压比较器U1B也输出低电平时，表明DC/DC电源输出正常工作电压，此时三极管Q3关断，三极管Q4导通，则MOS管导通，DC/DC电源为负载供电。
所述电压比较器U1A的输出端串联电阻R3和二极管D5后与三极管Q3的基极连接；
所述电压比较器U1B的输出端串联电阻R4和二极管D6后与三极管Q3的基极连接。
所述三极管Q3的基极与发射极之间还连接有阻容滤波电路，所述阻容滤波电路由并联连接的电阻R15、电容C13组成。
所述反馈回路包括由二极管D4、电阻R11、电阻R12、三端可调分流基准源V3和光耦Q1组成的正常电压反馈电路，和由二极管D3、电阻R9、电阻R11、电阻R12、三端可调分流基准源V3和光耦Q1组成的过压欠压反馈电路；
所述电阻R11的两端并联电容C15，所述三端可调分流基准源V3的参考端与电阻R12和电阻R11连接的电节点连接，阳极与电阻R12的另一端连接并接地，阴极串联电容C16后与电阻R12和电阻R11连接的电节点连接，同时与光耦Q1的发光二极管反向串联后与DC/DC电源输出端VO连接；
当三端可调分流基准源V3的参考端电压高于设定值，三端可调分流基准源V3导通，光耦Q1的发光二极管发光，光耦Q1的三极管导通，形成反馈信号；
当DC/DC电源输出正常工作电压，即MOS管导通时，正常电压反馈电路工作；
当DC/DC电源处于过压或欠压状态时，即MOS管关断时，过压欠压反馈电路工作，DC/DC电源在MOS管源极端保持空载情况下继续运行。
所述参考电源电路包括二极管D2、稳压二极管V1、三端可调分流基准源V2、电阻R1、电阻R2和电阻R5；二极管D2的阳极与DC/DC电源连接，阴极串联电阻R1、电阻R2和电阻R5后连接参考电源电路的输出端REF；
稳压二极管V1的阳极接地，阴极与电阻R1和电阻R2的电节点连接；稳压二极管V1的阳极和阴极之间还连接有并联连接的电容C2和电容C5；
三端可调分流基准源V2的阳极接地，阴极和参考端均与电阻R2和电阻R5的电节点连接，三端可调分流基准源V2的阳极和阴极之间并联电容C3。
所述MOS管采用P型MOS管。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：在DC/DC电源输出端与负载之间串联MOS管作为电子开关，在MOS管S、D两端分别设计一个输出电压反馈回路，使用过压和欠压采样电路输出实现MOS管控制，当DC/DC电源输出正常时，MOS管导通，使用正常电压反馈回路，确保输出电压精确；当输出电压出现过压或欠压，MOS管关断，此时负载无供电电压，过压欠压反馈回路开始工作，使得DC/DC电源在MOS管源极端保持空载状态下工作，一旦过压或欠压状态解除，MOS管重新导通，输出电压恢复正常工作；本发明能够在DC/DC电源发生过压或欠压时自动将电路切换至过压欠压反馈电路，避免DC/DC电源处于启动、保护、再启动的恶循环中，防止损坏DC/DC电源，及时有效的保护负载，提高DC/DC电源的可靠性；在DC/DC电源恢复至正常工作电压时，能够自动切换至正常工作状态，实现自动在线检查与切换，提高了DC/DC电源的工作效率。
附图说明
图1是DC/DC电源与参考电源电路、反馈电路及负载的连接关系图。
图2是过压欠压检测电路的连接关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，DC/DC电源输出过压欠压保护电路，包括过压欠压检测电路、反馈电路、为过压欠压检测电路提供参考电压的参考电源电路和串联在DC/DC电源与负载之间的MOS管Q2，MOS管Q2的栅极与过压欠压检测电路连接，作为本发明的最佳实施例，MOS管Q2采用P型MOS管。反馈电路包括：正常电压反馈电路和过压欠压反馈电路。当DC/DC电源输出正常工作电压时，过压欠压检测电路输出开启MOS管Q2，负载正常供电，同时通过正常电压反馈电路形成电压反馈；当DC/DC电源出现过压或欠压时，过压欠压检测电路输出关断MOS管Q2，负载断电，由过压欠压反馈电路形成电压反馈，DC/DC电源在MOS管Q2源极端保持空载情况下继续工作。
正常电压反馈电路由二极管D4、电阻R11、电阻R12、三端可调分流基准源V3和光耦Q1组成，电阻R11的两端并联电容C15，三端可调分流基准源V3的参考端与电阻R12和电阻R11连接的电节点连接，阳极与电阻R12的另一端连接并接地，阴极串联电容C16后与电阻R12和电阻R11连接的电节点连接，同时与光耦Q1的发光二极管反向串联后与DC/DC电源输出端VO连接。
过压欠压反馈电路由二极管D3、电阻R9、电阻R11、电阻R12、三端可调分流基准源V3和光耦Q1组成，二极管D3的阴极串联电阻R9后与二极管D4的阴极连接。
当DC/DC电源输出正常工作电压，即MOS管Q2导通时，正常电压反馈电路工作，当三端可调分流基准源V3的参考端电压高于设定值，三端可调分流基准源V3导通，光耦Q1的发光二极管发光，光耦Q1的三极管导通，形成反馈信号。同理，当DC/DC电源处于过压或欠压状态时，即MOS管Q2关断时，过压欠压反馈电路工作，DC/DC电源在MOS管Q2源极端保持空载情况下继续运行。
反馈电路的FB端连接脉宽调制解调器，若DC/DC电源输出电压高于设定值，FB信号使脉宽调制解调器输出占空比变小，使得DC/DC电源输出电压达到设定值要求；若DC/DC电源输出电压低于设定值，FB信号使脉宽调制解调器输出占空比变大，使得DC/DC电源输出电压达到设定值要求。
参考电源电路包括二极管D2、稳压二极管V1、三端可调分流基准源V2、电阻R1、电阻R2和电阻R5；二极管D2的阳极与DC/DC电源连接，阴极串联电阻R1、电阻R2和电阻R5后连接参考电源电路的输出端REF。稳压二极管V1的阳极接地，阴极与电阻R1和电阻R2的电节点连接。稳压二极管V1的阳极和阴极之间还连接有并联连接的电容C2和电容C5。三端可调分流基准源V2的阳极接地，阴极和参考端均与电阻R2和电阻R5的电节点连接，三端可调分流基准源V2的阳极和阴极之间并联电容C3。
如图2所示，过压欠压检测电路包括电压比较器U1A、电压比较器U1B、三极管Q3、三极管Q4、电阻R6、电阻R7、电阻R17和电阻R18。电阻R6一端与参考电源电压输出端REF连接，另一端串联电阻R17后接地。电阻R7一端与DC/DC电源输出端VO连接，另一端串联电阻R18后接地。电压比较器U1A的同相输入端与电阻R6和电阻R17连接的电节点连接，反相输入端与电阻R7和电阻R18连接的电节点连接。电压比较器U1B的同相输入端与电阻R7和电阻R18连接的电节点连接，反相输入端与参考电源电压输出端REF连接。电压比较器U1A的输出端、电压比较器U1B的输出端分别与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极接地，集电极串联电阻R16后与电源VC连接。三极管Q4的基极反向串联二极管D7后，再串联电阻R16与电源VC连接，三极管Q4的集电极串联电阻R13、电阻R14后与电源VO连接、三极管Q4的发射极接地，电阻R13和电阻R14连接的电节点与MOS管Q2的栅极G连接。
电压比较器U1A的同相输入端电压反相输入端电压电压比较器U1B的同相输入端电压U1B+＝U1A-，反相输入端电压U1B-＝UREF，不存在电压比较器U1A、电压比较器U1B同时输出高电平的情况，下面就两电压比较器输出高低电平的其余三种结合进行分析说明：
当电压比较器U1A输出低电平，同时电压比较器U1B输出高电平时，即且U1B+＝U1A-＞U1B-＝UREF时，表明DC/DC电源处于过压状态，此时三极管Q3导通，三极管Q4关断，则MOS管Q2关断，DC/DC电源通过过压欠压反馈电路在MOS管Q2源极端保持空载情况下继续工作。
当电压比较器U1A输出高电平，同时电压比较器U1B输出低电平时，即且U1B+＝U1A-＜U1B-＝UREF时，表明DC/DC电源处于欠压状态，此时三极管Q3导通，三极管Q4关断，则MOS管Q2关断，DC/DC电源通过过压欠压反馈电路在MOS管Q2源极端保持空载情况下继续工作。
当电压比较器U1A输出低电平，同时电压比较器U1B也输出低电平时，即且U1B+＝U1A-＜U1B-＝UREF时，表明DC/DC电源输出正常工作电压，此时三极管Q3关断，三极管Q4导通，则MOS管Q2导通，DC/DC电源为负载供电。
电压比较器U1A的输出端串联电阻R3和二极管D5后与三极管Q3的基极连接。电压比较器U1B的输出端串联电阻R4和二极管D6后与三极管Q3的基极连接。
三极管Q3的基极与发射极之间还连接有阻容滤波电路，阻容滤波电路由并联连接的电阻R15、电容C13组成。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种DC/DC电源输出过压欠压保护电路，其特征在于，包括过压欠压检测电路、反馈电路、为过压欠压检测电路提供参考电压的参考电源电路和串联在DC/DC电源与负载之间的MOS管；
所述反馈电路包括：正常电压反馈电路和过压欠压反馈电路；
所述MOS管的栅极与过压欠压检测电路连接，当DC/DC电源输出正常工作电压时，过压欠压检测电路输出开启MOS管，负载正常供电，同时通过正常电压反馈电路形成电压反馈；当DC/DC电源出现过压或欠压时，过压欠压检测电路输出关断MOS管，负载断电，由过压欠压反馈电路形成电压反馈，DC/DC电源在MOS管源极端保持空载情况下继续工作。
2.根据权利要求1所述的DC/DC电源输出过压欠压保护电路，其特征在于，所述过压欠压检测电路包括电压比较器U1A、电压比较器U1B、三极管Q3、三极管Q4、电阻R6、电阻R7、电阻R17和电阻R18；
电阻R6一端与参考电源电压输出端REF连接，另一端串联电阻R17后接地；
电阻R7一端与DC/DC电源输出端VO连接，另一端串联电阻R18后接地；
所述电压比较器U1A的同相输入端与电阻R6和电阻R17连接的电节点连接，反相输入端与电阻R7和电阻R18连接的电节点连接；
所述电压比较器U1B的同相输入端与电阻R7和电阻R18连接的电节点连接，反相输入端与参考电源电压输出端REF连接；
所述电压比较器U1A的输出端、电压比较器U1B的输出端分别与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极接地，集电极串联电阻R16后与电源VC连接；
三极管Q4的基极反向串联二极管D7后，再串联电阻R16与电源VC连接，三极管Q4的集电极串联电阻R13、电阻R14与电源VO连接、三极管Q4的发射极接地，电阻R13和电阻R14连接的电节点与MOS管的栅极G1连接；
当电压比较器U1A输出低电平，同时电压比较器U1B输出高电平时，表明DC/DC电源处于过压状态，此时三极管Q3导通，三极管Q4关断，则MOS管关断，DC/DC电源通过过压欠压反馈电路在MOS管源极端保持空载情况下继续工作；
当电压比较器U1A输出高电平，同时电压比较器U1B输出低电平时，表明DC/DC电源处于欠压状态，此时三极管Q3导通，三极管Q4关断，则MOS管关断，DC/DC电源通过过压欠压反馈电路在MOS管源极端保持空载情况下继续工作；
当电压比较器U1A输出低电平，同时电压比较器U1B也输出低电平时，表明DC/DC电源输出正常工作电压，此时三极管Q3关断，三极管Q4导通，则MOS管导通，DC/DC电源为负载供电。
3.根据权利要求2所述的DC/DC电源输出过压欠压保护电路，其特征在于，所述电压比较器U1A的输出端串联电阻R3和二极管D5后与三极管Q3的基极连接；
所述电压比较器U1B的输出端串联电阻R4和二极管D6后与三极管Q3的基极连接。
4.根据权利要求2所述的DC/DC电源输出过压欠压保护电路，其特征在于，所述三极管Q3的基极与发射极之间还连接有阻容滤波电路，所述阻容滤波电路由并联连接的电阻R15、电容C13组成。
5.根据权利要求1所述的DC/DC电源输出过压欠压保护电路，其特征在于，所述反馈回路包括由二极管D4、电阻R11、电阻R12、三端可调分流基准源V3和光耦Q1组成的正常电压反馈电路，和由二极管D3、电阻R9、电阻R11、电阻R12、三端可调分流基准源V3和光耦Q1组成的过压欠压反馈电路；
所述电阻R11的两端并联电容C15，所述三端可调分流基准源V3的参考端与电阻R12和电阻R11连接的电节点连接，阳极与电阻R12的另一端连接并接地，阴极串联电容C16后与电阻R12和电阻R11连接的电节点连接，同时与光耦Q1的发光二极管反向串联后与DC/DC电源输出端VO连接；
当三端可调分流基准源V3的参考端电压高于设定值，三端可调分流基准源V3导通，光耦Q1的发光二极管发光，光耦Q1的三极管导通，形成反馈信号；
当DC/DC电源输出正常工作电压，即MOS管导通时，正常电压反馈电路工作；
当DC/DC电源处于过压或欠压状态时，即MOS管关断时，过压欠压反馈电路工作，DC/DC电源在MOS管源极端保持空载情况下继续运行。
6.根据权利要求1所述的DC/DC电源输出过压欠压保护电路，其特征在于，所述参考电源电路包括二极管D2、稳压二极管V1、三端可调分流基准源V2、电阻R1、电阻R2和电阻R5；二极管D2的阳极与DC/DC电源连接，阴极串联电阻R1、电阻R2和电阻R5后连接参考电源电路的输出端REF；
稳压二极管V1的阳极接地，阴极与电阻R1和电阻R2的电节点连接；稳压二极管V1的阳极和阴极之间还连接有并联连接的电容C2和电容C5；
三端可调分流基准源V2的阳极接地，阴极和参考端均与电阻R2和电阻R5的电节点连接，三端可调分流基准源V2的阳极和阴极之间并联电容C3。
7.根据权利要求1所述的DC/DC电源输出过压欠压保护电路，其特征在于，所述MOS管采用P型MOS管。
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