CN113746065A

CN113746065A - 欠压和过压保护电路、开关电源

Info

Publication number: CN113746065A
Application number: CN202110953968.6A
Authority: CN
Inventors: 王旷; 鲁德元; 芮华政
Original assignee: Shenzhen Xinpeng Electronics Co ltd
Current assignee: Shenzhen Xinpeng Electronics Co ltd
Priority date: 2021-08-19
Filing date: 2021-08-19
Publication date: 2021-12-03

Abstract

一种欠压和过压保护电路、开关电源，欠压和过压保护电路包括：电源管理芯片、正向压降单元以及第三采样电阻，其中：电源管理芯片，其欠压和过压保护触发端子与第一采样电阻的第二端、第二采样电阻的第一端耦接，适于获取采样电压，并根据采样电压确定是否触发欠压和过压保护；正向压降单元，其第一端与第二采样电阻的第一端耦接，其第二端与第三采样电阻的第一端耦接；正向压降单元存在正向压降，且正向压降大于用于触发欠压保护的欠压保护触发电压，小于用于触发过压保护的过压保护触发电压；第三采样电阻的第二端与第二采样电阻的第二端耦接。上述方案，能够实现市电过欠压保护比例的灵活调整，避免因市电异常欠压或异常过压对开关电源的影响。

Description

欠压和过压保护电路、开关电源

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种欠压和过压保护电路、开关电源。

背景技术

市电电网的电压可能会存在异常的情况。在使用市电电网进行供电时，电网电压异常会对开关电源的可靠性造成影响。若输入的交流电压异常欠压，则可能会引起输入整流电路的过温损坏；若输入的交流电压异常过压，则可能会引起电解电容过压损坏。

为了提高开关电源的可靠性，在一些电源管理芯片中集成有市电欠压和过压保护电路，通过电源管理芯片的两个引脚分别实现欠压保护功能和过压保护功能。但是，集成功率开关管的电源管理芯片的引脚数通常有限，且***器件较多，因此，考虑使用电源管理芯片的一个引脚来实现欠压和过压保护功能。

但是，现有技术中的电源管理芯片，由于Vbulk采样网络共用，导致电源管理芯片的市电过欠压保护比例固定，无法对市电过欠压保护比例进行调节。

发明内容

本发明实施例解决的是无法实现市电过欠压保护比例的灵活调整。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种欠压和过压保护电路，应用于开关电源，所述开关电源包括整流电路、DCDC转换电路、第一采样电阻以及第二采样电阻，所述欠压和过压保护电路包括：电源管理芯片、正向压降单元以及第三采样电阻，其中：所述电源管理芯片，其欠压和过压保护触发端子与所述第一采样电阻的第二端、所述第二采样电阻的第一端耦接，适于获取采样电压，并根据所述采样电压确定是否触发欠压和过压保护；所述正向压降单元，其第一端与所述第二采样电阻的第一端耦接，其第二端与所述第三采样电阻的第一端耦接；所述正向压降单元存在正向压降，且所述正向压降大于用于触发欠压保护的欠压保护触发电压，小于用于触发过压保护的过压保护触发电压；所述第三采样电阻，其第二端与所述第二采样电阻的第二端耦接。

可选的，所述正向压降单元的正向压降小于用于触发过压保护的过压保护触发电压，且所述正向压降单元包括：具有PN结特性的电子器件。

可选的，所述具有PN结特性的电子器件的个数为1个或多个。

可选的，当所述具有PN结特性的电子器件的个数为多个时，多个所述具有PN结特性的电子器件串联，且多个所述具有PN结特性的电子器件对应的正向压降的总和小于预设的过压保护触发电压。

可选的，所述具有PN结特性的电子器件包括以下任一种：二极管、MOS管、双极结型晶体管。

可选的，所述电源管理芯片，其电源端子、反馈端子以及开关端子均与所述DCDC转换电路的对应端子耦接，其接地端子与地耦接，其电流端子与电流侦测电阻的第一端耦接；所述电流侦测电阻的第二端接地。

可选的，所述欠压和过压保护电路还包括：第二电容，所述第二电容的第一端与所述第二采样电阻的第一端、所述欠压和过压保护触发端子耦接，其第二端与所述第二采样电阻的第二端耦接且接地。

本发明实施例还提供了一种开关电源，包括上述任一种所述的欠压和过压保护电路，以及：保险电路、整流电路、第一采样电阻、第二采样电阻、电解电容以及DCDC转换电路。

可选的，所述整流电路包括以下任一种：全波整流电路、半波整流电路。

可选的，所述开关电源还包括：压敏电阻，耦接在交流电的第一输入端与第二输入端之间。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

当采样电压小于正向压降时，正向压降单元与第三采样电阻形成的串联支路不参与欠压保护；当采样电阻大于正向电压时，正向压降单元与第三采样电阻形成的串联支路参与过压保护，第三采样电阻与第二采样电阻并联。通过调整第三采样电阻的阻值，即可实现市电过欠压保护比例的灵活调整。

附图说明

图1是现有的一种具有欠压和过压保护功能的开关电源的结构示意图；

图2是现有的另一种具有欠压和过压保护功能的开关电源的结构示意图；

图3是本发明实施例中的一种开关电源的结构示意图；

图4是本发明实施例中的另一种开关电源的结构示意图；

图5是本发明实施例中的又一种开关电源的结构示意图；

图6是本发明实施例中的再一种开关电源的结构示意图。

具体实施方式

参照图1，公开了现有的一种具有欠压和过压保护功能的开关电路的结构示意图。

图1中，开关电源可以包括保险电路F1、整流电路BD1、电解电容C1、DCDC转换电路、电源管理芯片U1、采样电阻R1、采样电阻R2、采样电阻R4、采样电阻R5以及电流侦测电阻Rcs，开关电源还可以包括压敏电阻MOV1。通过开关电源的L端和N端，输入交流电压Vac。

电源管理芯片U1包括电源端子VDD、反馈端子FB、开关端子SW、过压保护端子OV、欠压保护端子BR、电流端子CS以及接地端子GND。

图1中，电源管理芯片U1的过压保护端子OV获取采样电阻R5与采样电阻R4之间的采样电压，来确定是否触发过压保护。电源管理芯片U1的欠压保护端子BR获取采样电阻R1与采样电阻R2之间的采样电压，来确定是否触发欠压保护。

可见，图1中，实现市电过欠压保护所需的***器件(采样电阻R1、R2、R4、R5)较多，且电源管理芯片U1需要至少7个端子，故其端子利用效率较低。

针对上述问题，现有技术中还提供了另一种具有欠压和过压保护功能的开关电源，参照图2。与图1相比，电源管理芯片U1将过压保护功能与欠压保护功能集成在一个端子，即欠压和过压保护触发端子(BR/OV)。可见，相对于图1，图2中的开关电源的***仅需要采样电阻R1和采样电阻R2，且电源管理芯片U1仅需要6个端子即可实现欠压和过压保护。

但是，由于Vbulk采样网络共用，导致电源管理芯片U1的市电过欠压保护比例固定。在实际应用中，需要根据具体的电源***规格定制电源管理芯片U1的市电过欠压保护比例，导致其应用范围有限。

在本发明实施例中，当采样电压小于正向压降时，正向压降单元与第三采样电阻形成的串联支路不参与欠压保护；当采样电阻大于正向电压时，正向压降单元与第三采样电阻形成的串联支路参与过压保护，第三采样电阻与第二采样电阻并联。通过调整第三采样电阻的阻值，即可实现市电过欠压保护比例的灵活调整。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明实施例提供了一种欠压和过压保护电路，该欠压和过压保护电路可以应用在开关电源中。参照图3，给出了本发明实施例中的一种开关电源的结构示意图。

在具体实施中，开关电源可以包括整流电路BD1、DCDC转换电路、第一采样电阻R1、第二采样电阻R2、电解电容C1、保险电路F1等。开关电源还可以包括压敏电阻MOV1。通过开关电源的L端和N端，输入交流电压Vac。

在本发明实施例中，欠压和过压保护电路可以包括电源管理芯片U1、正向压降单元以及第三采样电阻R3，下面对上述的欠压和过压保护电路进行详细说明。

在具体实施中，电源管理芯片U1可以包括欠压和过压保护触发端子BR/OV；欠压和过压保护触发端子BR/OV可以与第一采样电阻R1的第二端、第二采样电阻R2的第一端均耦接。

在本发明实施例中，第二采样电阻R2的第一端上的电压即为采样电压。因此，欠压和过压保护触发端子BR/OV上输入采样电压。电源管理芯片U1可以根据欠压和过压保护触发端子BR/OV上输入的采样电压，来确定是否触发欠压保护和过压保护。

在电源管理芯片U1中，可以分别设置有过压保护触发电路以及欠压保护触发电路。当欠压和过压保护触发端子BR/OV上输入采样电压时，过压保护触发电路和欠压保护触发电路可以分别对输入的采样电压进行比较，以确定是否触发欠压保护和过压保护。

具体而言，过压保护触发电路可以包括一比较器，该比较器的正输入端输入采样电压，负输入端输入预设的过压保护触发电压。当正输入端输入的采样电压大于过压保护触发电压，且该状态的持续时长达到预设的第一时长时，可以确定触发过压保护。

相应地，欠压保护触发电路可以包括一比较器，该比较器的负输入端输入采样电压，正输入端输入预设的欠压保护触发电压。当负输入端输入的采样电压小于欠压保护触发电压，且该状态的持续时长达到预设的第二时长时，可以确定触发欠压保护。

在本发明实施例中，欠压保护触发电压和过压保护触发电压的具体值可以根据具体的应用场景设定，其具体的取值实质上并不会对本发明的保护范围造成影响。

在本发明实施例中，欠压和过压保护触发端子BR/OV可以为电源管理芯片U1的一个端子，也即通过该端子BR/OV，能够实现欠压保护和过压保护的触发。由于欠压和过压保护触发端子BR/OV集成为一个端子，故能够提高电源管理芯片U1的端子利用效率。

在具体实施中，正向压降单元的第一端可以与第二采样电阻R2的第一端耦接，正向压降单元的第二端可以与第三采样电阻R3的第一端耦接。第三采样电阻R3的第二端与第二采样电阻R2的第二端耦接，且均接地。也就是说，正向压降单元可以与第三采样电阻R3串联，且该串联支路与第二采样电阻R2并联。

在本发明实施例中，正向压降单元存在正向压降。也就是说，正向压降单元的输入端电压与输出端电压存在一定的差值，该差值即为正向压降单元的正向压降。

例如，正向压降单元为二极管，二极管的阴极与阳极之间的正向压降为0.7V。

在本发明实施例中，正向压降单元的正向压降可以大于预设的欠压保护触发电压。例如，正向压降单元的正向压降为0.7V，预设的欠压保护触发电压为0.6V。

当采样电压小于预设的欠压保护触发电压时，触发欠压保护。此时，由于正向压降单元的正向压降大于欠压保护触发电压，因此，正向压降单元实质上处于断开状态，也即正向压降单元与第三采样电阻R3所形成的串联支路实质上处于断路状态。

也就是说，当采样电压小于预设的欠压保护触发电压时，由于正向压降单元处于断开状态，因此第三采样电阻R3并未参与欠压保护。

在具体实施中，正向压降单元可以包括具有PN结特性的电子器件。具有PN结特性的电子器件具备正向导通反向截止的特征，且其在正向压降达到一定值时方可导通。

在本发明实施例中，正向压降单元对应的正向电压小于预设的过压保护触发电压。正向压降单元所包含的具有PN结特性的电子器件的个数可以为1个，也可以为多个。当正向压降单元包括多个具有PN结特性的电子器件时，多个电子器件可以串联。并且，多个具有PN结特性的电子器件对应的正向压降的总和小于预设的过压保护触发电压。

例如，预设的过压保护触发电压为2.5V。正向压降单元包括2个具有PN结特性的电子器件，2个具有PN结特性的电子器件对应的正向压降的总和为1.4V，小于预设的过压保护触发电压。

在本发明实施例中，通过设置正向压降单元的正向压降小于过压保护触发电压，正向压降单元在采样电压达到过压保护触发电压之前导通，进而使得第三采样电阻R3实质上与第二采样电阻R2并联，也即第三采样电阻R3参与分压。

在本发明实施例中，具有PN结特性的电子器件可以为二极管，也可以为MOS管，还可以为双极结型晶体管或其他具有PN结特性的电子器件。

在本发明一实施例中，具有PN结特性的电子器件为二极管。参照图4，给出了本发明实施例中的另一种开关电源的结构示意图。

图4中，正向压降单元包括二极管D1。图4中仅示出正向压降单元包括一个二极管的情形。在具体应用中，正向压降单元还可以包括多个二极管，且多个二极管串联。

参照图5，给出了本发明实施例中的又一种开关电源的结构示意图。图5中，正向压降单元包括n个二极管，依次为二极管D1a、……、二极管D1n。

在本发明实施例中，开关电源的整流电路可以为全波整流电路，也可以为半波整流电路。如图1～图5中所示，整流电路均为全波整流电路。

参照图6，给出了本发明实施例中的另一种开关电源的结构示意图。图6中，整流电路为半波整流电路，半波整流电路包括二极管D2与二极管D3，且二极管D2与二极管D3串联。

需要说明的是，本发明实施例中所述的第一采样电阻、第二采样电阻等，并没有对采样电阻的具体个数进行限定。如图6中所示，其中的电阻R1a、R1b实质上为第一采样电阻的具体实现，也即第一采样电阻可以由两个或更多个电阻串联组成。

由本发明上述实施例可知，当触发欠压保护时，第三采样电阻R3对应的串联支路断开，不参与第二采样电阻的分压；当触发过压保护时，第三采样电阻R3对应的串联支路导通，参与第二采样电阻的分压。

此时，实际触发欠压保护的电压值为：

实际触发过压保护的电压值为：

因此，市电过欠压保护比例为：

其中，V_{REF_BR}为预设的欠压保护触发电压，V_{REF_OV}为预设的过压保护触发电压，VF为正向压降单元的正向压降，k＝V_{REF_OV}/V_{REF_BR}，且k为定值。

由上述的市电过欠压保护比例的表达式可见，其与第三采样电阻R3的取值及正向压降单元的正向压降VF相关。因此，可通过调整第三采样电阻R3的阻值，对市电过欠压保护比例进行调整。

由此可见，本发明实施例中，当采样电压小于正向压降时，正向压降单元与第三采样电阻形成的串联支路不参与欠压保护；当采样电阻大于正向电压时，正向压降单元与第三采样电阻形成的串联支路参与过压保护，第三采样电阻与第二采样电阻并联。通过调整第三采样电阻的阻值，即可实现市电过欠压保护比例的灵活调整。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种欠压和过压保护电路，应用于开关电源，所述开关电源包括整流电路、第一采样电阻以及第二采样电阻，其特征在于，所述欠压和过压保护电路包括：电源管理芯片、正向压降单元以及第三采样电阻，其中：

所述电源管理芯片，其欠压和过压保护触发端子与所述第一采样电阻的第二端、所述第二采样电阻的第一端耦接，适于获取采样电压，并根据所述采样电压确定是否触发欠压和过压保护；

所述正向压降单元，其第一端与所述第二采样电阻的第一端耦接，其第二端与所述第三采样电阻的第一端耦接；所述正向压降单元存在正向压降，且所述正向压降大于用于触发欠压保护的欠压保护触发电压，小于用于触发过压保护的过压保护触发电压；

所述第三采样电阻，其第二端与所述第二采样电阻的第二端耦接。

2.如权利要求1所述的欠压和过压保护电路，其特征在于，所述正向压降单元包括：具有PN结特性的电子器件。

3.如权利要求2所述的欠压和过压保护电路，其特征在于，所述具有PN结特性的电子器件的个数为1个或多个。

4.如权利要求3所述的欠压和过压保护电路，其特征在于，当所述具有PN结特性的电子器件的个数为多个时，多个所述具有PN结特性的电子器件串联，且多个所述具有PN结特性的电子器件对应的正向压降的总和小于预设的过压保护触发电压。

5.如权利要求2～4任一项所述的欠压和过压保护电路，其特征在于，所述具有PN结特性的电子器件包括以下任一种：二极管、MOS管、双极结型晶体管。

6.如权利要求1所述的欠压和过压保护电路，其特征在于，所述电源管理芯片，其电源端子、反馈端子以及开关端子均与DCDC转换电路的对应端子耦接，其接地端子与地耦接，其电流端子与电流侦测电阻的第一端耦接；所述电流侦测电阻的第二端接地。

7.如权利要求6所述的欠压和过压保护电路，其特征在于，还包括：第二电容，所述第二电容的第一端与所述第二采样电阻的第一端、所述欠压和过压保护触发端子耦接，其第二端与所述第二采样电阻的第二端耦接且接地。

8.一种开关电源，其特征在于，包括：如权利要求1～7任一项所述的欠压和过压保护电路，以及：保险电路、整流电路、第一采样电阻、第二采样电阻、电解电容以及DCDC转换电路。

9.如权利要求8所述的开关电源，其特征在于，所述整流电路包括以下任一种：全波整流电路、半波整流电路。

10.如权利要求8所述的开关电源，其特征在于，还包括：压敏电阻，耦接在交流电的第一输入端与第二输入端之间。