CN205070404U - 短路保护电路及开关电源电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种短路保护电路，包括参考电压采集端、短路保护输出端、接地端、参考电压分压电路和电压基准IC，通过参考电压采集端获取电路中因发生短路而产生大电流造成的异常电压信号，控制电压基准IC导通与否，将短路或正常的信息通过短路保护输出端输出，电路结构简单，能及时、有效地触发保护功能。本实用新型还公开一种利用上述短路保护电路的开关电源电路，该开关电源电路中的开关电源控制芯片具有低压触发保护端，上述短路保护输出端与该低压触发保护端连接，在电源输出端或变压器短路时，短路保护电路提供低压信号给低压触发保护端，及时关断开关管，防止过大的电流损坏开关管，保护了电源电路。

Description

短路保护电路及开关电源电路

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种短路保护电路及开关电源电路。

背景技术

电源电路作为电子产品的供电线路，除了性能要满足应用要求外，其自身的保护措施也非常重要，如过压、过流、过热保护等。一旦电子产品的供电线路输出端短路，必须及时关闭其输入电流，才能保护电路中的电子零件不被烧毁，否则可能引起电子产品的进一步损坏，甚至引起安全性问题。

现有技术中为了保证电路的稳定性、可靠性，通常会对输入或输出电流进行采样监控，将采样信号输入电路的控制单元中，实时控制电路运作，即可以在输出端发生短路时，根据采样信号获得异常信息，控制电路输入电流减小，保持稳定。但采样信号往往要经过滤波后才可传入控制单元，滤波电路通常具有延时；并且采样电路可输出幅值不同的多个数值，控制单元对采样信号的处理比较复杂，不能简单、快速地获取短路或正常的信号并触发保护功能。

如图1所示的常见的开关电源电路，电源输入端与变压器T1的初级线圈的第一端连接，电源输出端和变压器T1的次级线圈连接，变压器T1的初级线圈的第二端连接开关管Q1的第一端，开关管Q1的第二端连接采样电路Rs的第一端，采样电路Rs的第二端接地，开关管Q1受开关电源控制芯片输出的矩形波控制，开关电源控制芯片通过获取采样电路Rs第一端上的电压值，调整输出矩形波的占空比以减小或增大开关管的导通时间，维持输出电流的稳定。为了防止电路中干扰信号造成采样电路Rs输出的信号波形带有尖刺，保证采样的准确性，采样电路Rs通常通过低通滤波电路连接开关电源控制芯片。当电源输出端或变压器短路时，电流急剧上升，由于低通滤波电路输出波形一般较输入波形有延时，并且开关电源控制芯片内部对采样信号的处理也有延时，不能快速触发开关电源芯片，驱动开关管Q1断开，因此变压器T1的初级线圈、开关管Q1、采样电路Rs的电流支路上的电流会比正常工作时大很多，很容易导致开关管Q1损坏，从而引起电源损坏。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种短路保护电路和开关电源电路，克服电路中因发生短路而导致电流增大，造成电子零件损坏、电源损坏的问题，提高电路工作的稳定性、可靠性。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种短路保护电路，包括参考电压采集端、短路保护输出端、接地端、参考电压分压电路和电压基准IC；

所述参考电压分压电路包括第一端、分压结点和第二端；所述参考电压分压电路的第一端连接所述参考电压采集端，所述参考电压分压电路的第二端连接所述接地端；

所述电压基准IC包括阴极、阳极和参考极；所述电压基准IC的参考极连接所述参考电压分压电路的分压结点，所述电压基准IC的阴极连接所述短路保护输出端，所述电压基准IC的阳极连接所述接地端。

优选地，所述参考电压分压电路包括串联的第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的第一端为所述参考电压分压电路的第一端，所述第一电阻的第二端连接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端为所述参考电压分压电路的第二端；所述第一电阻与第二电阻的连接点为所述分压结点。

优选地，所述短路保护电路还包括第一电容，所述第一电容连接于所述电压基准IC的阴极与参考极之间。

进一步地，所述短路保护电路还包括第三电阻；所述电压基准IC的阴极连接所述短路保护输出端，具体为：所述电压基准IC的阴极通过所述第三电阻连接所述短路保护输出端。

同时，本实用新型还提供一种开关电源电路，包括电源输入端、电源输出端、变压器、开关管、开关电源控制芯片、采样电路、低通滤波电路以及上述的短路保护电路；

所述电源输入端和所述变压器的初级线圈的第一端连接，所述电源输出端和所述变压器的次级线圈连接；

所述变压器的初级线圈的第二端连接所述开关管的第一端，所述开关管的第二端连接所述采样电路的第一端，所述采样电路的第二端接地；

所述开关电源控制芯片包括驱动信号输出端、电流采样输入端和低压触发保护端；所述驱动信号输出端连接所述开关管的控制端；

所述低通滤波电路的输入端连接采样电路的第一端，所述低通滤波电路的输出端连接所述电流采样输入端；

所述短路保护电路的参考电压采集端连接所述低通滤波电路的输出端，所述短路保护电路的短路保护输出端连接所述低压触发保护端，所述短路保护电路的接地端接地。

优选地，所述开关管是N型场效应管，所述N型场效应管的栅极为所述开关管的控制端，所述N型场效应管的漏极为所述开关管的第一端，所述N型场效应管的源极为所述开关管的第二端。

实施本实用新型，有如下有益效果：

本实用新型提供的短路保护电路，通过参考电压采集端获取电路中因发生短路而产生大电流造成的异常电压信号，控制电压基准IC导通与否，将短路或正常的信息通过短路保护输出端输出，电路结构简单，能及时、有效地触发保护功能。

本实用新型提供的开关电源电路，由开关电源控制芯片获取采样电路第一端上的电压值，调整开关管导通和截止的时间比例，维持稳定的输出信号；当电源输出端或变压器短路时，短路保护电路通过参考电压采集端获得过高的电压信号，并将该信号转化为低压信号传送到开关电源芯片的低压触发保护端，从而使开关电源芯片及时关断开关管，防止电流继续增大损坏开关管，保护了电源，提高电路的稳定性、可靠性。

附图说明

图1是现有的开关电源电路的电路原理图；

图2是本实用新型提供的短路保护电路的一个实施例的原理图；

图3是本实用新型提供的开关电源电路的电路方框图；

图4是本实用新型提供的开关电源电路的一个实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图2，是本实用新型提供的短路保护电路的一个实施例的原理图；

短路保护电路201包括参考电压采集端b、短路保护输出端c、接地端d、第一电阻R1、第二电阻R2、电压基准ICU2、第一电容C1、第三电阻R3。第一电阻R1与第二电阻R2串联形成参考电压分压电路，该参考电压分压电路包括第一端、分压结点e和第二端；第一电阻R1的第一端为该参考电压分压电路的第一端，第一电阻的第二端连接第二电阻R2的第一端，第二电阻R2的第二端为该参考电压分压电路的第二端；参考电压分压电路的第一端连接所述参考电压采集端b，参考电压分压电路的第二端连接接地端d；第一电阻R1、第二电阻R2串联对参考电压进行分压，第一电阻R1和第二电阻R2的连接点为分压结点e；电压基准ICU2包括阴极K、阳极A和参考极R，参考极R连接该分压结点e，获得参考电压分压值。电压基准ICU2的阴极K通过第三电阻R3连接短路保护输出端c，阳极连接接地端d。第一电容C1连接于电压基准ICU2的阴极与参考极之间，第一电容C1对电压基准ICU2起补偿作用，提高电压基准IC的响应速度。

当电路正常工作和发生短路时，分压结点e上的电压与电压基准ICU2的电压基准值比较会有不同的结果，因此会控制电压基准ICU2导通或截止，即能及时、准确地控制短路保护输出端在两种情形下输出两个不同的电压值。

本实用新型提供的短路保护电路，通过参考电压采集端获取电路中因发生短路而产生大电流造成的异常电压信号，控制电压基准IC导通与否，将短路或正常的信息通过短路保护输出端输出，电路结构简单，能及时、有效地触发保护功能。

参见图3，是本实用新型提供的开关电源电路的电路方框图。

该开关电源电路包括电源输入端Vin、电源输出端Vout、变压器T1、开关管Q1、开关电源控制芯片U1、采样电路Rs、低通滤波电路202和短路保护电路201；

所述电源输入端Vin和所述变压器T1的初级线圈的第一端连接，所述电源输出端Vout和所述变压器T1的次级线圈连接；

所述变压器T1的初级线圈的第二端连接所述开关管Q1的第一端，所述开关管Q1的第二端连接所述采样电路Rs的第一端，所述采样电路Rs的第二端接地；

所述开关电源控制芯片包括驱动信号输出端GATE、电流采样输入端CS和低压触发保护端NC；所述驱动信号输出端连接所述开关管Q1的控制端；

所述低通滤波电路202的输入端连接采样电路Rs的第一端，所述低通滤波电路202的输出端连接所述电流采样输入端CS；

所述短路保护电路201的参考电压采集端b连接所述低通滤波电路202的输出端，所述短路保护输出端c连接所述低压触发保护端NC，所述接地端接地。

开关电源控制芯片具有低压触发保护端NC，正常工作状态下低压触发保护端应被设计为连接高电压，当电路异常时，低压触发保护端NC连接低电压，从而触发开关电源控制芯片U1的保护功能，使开关管Q1断开，本实用新型中由短路保护电路201提供电压信号给低压触发保护端NC。当电源输出端或变压器短路时，短路保护电路201通过参考电压采集端b获得采样电路Rs上过高的电压信号，并将该信号转化为低压信号传送到开关电源芯片U1的低压触发保护端NC，使开关电源控制芯片U1无输出，从而开关管Q1断开，防止电流继续增大损坏开关管Q1，保护了电源，提高电路的稳定性、可靠性。

参见图4，是本实用新型提供的开关电源电路的一个实施例的电路原理图。如图4所示，开关管Q1为N型场效应管，开关管的控制端、第一端及第二端，对应于N型场效应管的栅极、漏极、源极。开关电源控制芯片U1的工作原理为：开关电源控制芯片U1的驱动信号输出端GATE的输出受控于电流采样输入端CS的电压与某一电压阈值的比较结果，输出矩形波信号，若电流采样输入端CS电压越高于电压阈值，则驱动信号输出端GATE输出信号的占空比(正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值)越小，反之则越大。

本实施例中低通滤波电路202为RC滤波电路，包括第四电阻R4与第二电容C2，第四电阻R4的第一端为低通滤波电路202的输入端，第二端为低通滤波电路202的输出端，第二电容C2的第一端连接低通滤波电路202的输出端，第二端接地。

在本实施例中，短路保护电路201中的第一电阻R1、第二电阻R2串联对参考电压进行分压，实质为第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4串联后与采样电路Rs并联，对采样电路Rs进行分压，分压结点e获得采样电路Rs的分压值。当电路正常工作时，分压结点上e的电压低于电压基准ICU2的电压基准值，因此电压基准ICU2截止，由于低压触发保护端NC在开关电源控制芯片内部连接有电压源，此时低压触发保护端NC的电压值为该电压源的电压值，高于开关电源控制芯片U1的内部参考电压，因此不触发保护功能，电路正常工作；

当电源输出端或变压器短路时，变压器T1的初级线圈、开关管Q1、采样电路Rs的电流支路上的电流会比正常工作时大很多，分压结点上的电压高于电压基准ICU2的电压基准值，因此电压基准ICU2导通，此时内部电压源连接第三电阻R3、电压基准ICU2之后接地，低压触发保护端NC的电压值被拉低，因此触发芯片的保护功能，开关电源控制芯片U1无输出，开关管Q1断开，避免了电流持续增大。

需要说明的是，上述实施例提供的开关电源电路中，开关管Q1为N型场效应管，仅仅为其中的一种实施方式，在其他实施方式中，开关管Q1还可以替换为NPN型三极管或其它三端控制开关器件或其派生器件，在不同的应用场合中，视实际电路的功耗、成本、驱动功率以及与开关管的驱动控制元件参数匹配等要求合理选用和设置，选用和设置开关管是现有技术的常用设计过程，在此不进行赘述；低通滤波电路202为RC滤波电路也仅仅为其中一种实施方式，在其他实施方式中，还可以替换为LC滤波电路等其他低通滤波电路，当采用LC滤波电路时，仅需将上述实施例中的第四电阻R4替换为电感元件，这些低通滤波电路结构采用的都是现有技术的常用设计，在此不一一赘述。

本实用新型提供的开关电源电路，由开关电源控制芯片获取采样电路第一端上的电压值，调整开关管导通和截止的时间比例，维持稳定的输出信号；当电源输出端或变压器短路时，短路保护电路通过参考电压采集端获得过高的电压信号，并将该信号转化为低压信号传送到开关电源芯片的低压触发保护端，从而使开关电源芯片及时关断开关管，防止电流继续增大损坏开关管，保护了电源，提高电路的稳定性、可靠性。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种短路保护电路，其特征在于，包括参考电压采集端、短路保护输出端、接地端、参考电压分压电路和电压基准IC；

所述参考电压分压电路包括第一端、分压结点和第二端；所述参考电压分压电路的第一端连接所述参考电压采集端，所述参考电压分压电路的第二端连接所述接地端；

所述电压基准IC包括阴极、阳极和参考极；所述电压基准IC的参考极连接所述参考电压分压电路的分压结点，所述电压基准IC的阴极连接所述短路保护输出端，所述电压基准IC的阳极连接所述接地端。

2.如权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述参考电压分压电路包括串联的第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的第一端为所述参考电压分压电路的第一端，所述第一电阻的第二端连接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端为所述参考电压分压电路的第二端；所述第一电阻与第二电阻的连接点为所述分压结点。

3.如权利要求1或2所述的短路保护电路，其特征在于，所述短路保护电路还包括第一电容，所述第一电容连接于所述电压基准IC的阴极与参考极之间。

4.如权利要求1或2所述的短路保护电路，其特征在于，所述短路保护电路还包括第三电阻；

所述电压基准IC的阴极连接所述短路保护输出端，具体为：所述电压基准IC的阴极通过所述第三电阻连接所述短路保护输出端。

5.一种开关电源电路，其特征在于，包括电源输入端、电源输出端、变压器、开关管、开关电源控制芯片、采样电路、低通滤波电路以及如权利要求1至4任一项所述的短路保护电路；

所述电源输入端和所述变压器的初级线圈的第一端连接，所述电源输出端和所述变压器的次级线圈连接；

所述变压器的初级线圈的第二端连接所述开关管的第一端，所述开关管的第二端连接所述采样电路的第一端，所述采样电路的第二端接地；

所述开关电源控制芯片包括驱动信号输出端、电流采样输入端和低压触发保护端；所述驱动信号输出端连接所述开关管的控制端；

所述低通滤波电路的输入端连接采样电路的第一端，所述低通滤波电路的输出端连接所述电流采样输入端；

所述短路保护电路的参考电压采集端连接所述低通滤波电路的输出端，所述短路保护电路的短路保护输出端连接所述低压触发保护端，所述短路保护电路的接地端接地。

6.如权利要求5所述的开关电源电路，其特征在于，所述开关管是N型场效应管，所述N型场效应管的栅极为所述开关管的控制端，所述N型场效应管的漏极为所述开关管的第一端，所述N型场效应管的源极为所述开关管的第二端。