CN220692829U - 一种辅助电源保护电路及辅助电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电源保护电路技术领域，具体涉及一种辅助电源保护电路及辅助电源。其中的保护电路包括欠电压保护模块，欠电压保护模块包括控制芯片以及第一分压支路；控制芯片用于连接辅助电源的控制开关的受控端，第一分压支路用于连接至辅助电源输入端和地之间；第一分压支路上从辅助电源输入端到地依次串有第一分压单元和第二分压单元，第一分压单元和第二分压单元的分压点与控制芯片的供电端连接，第一分压单元的阻值需保证当输入端的电压低于欠电压阈值时，第二分压单元两端分得的电压低于控制芯片的启动电压。采用本实用新型的辅助电源保护电路可以降低辅助电源保护电路对控制开关的耐压要求，从而降低了保护电路的生产成本。

Description

一种辅助电源保护电路及辅助电源

技术领域

本实用新型属于电源保护电路技术领域，具体涉及一种辅助电源保护电路及辅助电源。

背景技术

辅助电源包括用于向负载供电的变压器。若辅助电源输入电源(外部输入电源)的电压过高，会对辅助电源和逆变器内部器件造成损坏；若辅助电源的输入电压过低，则会引起辅助电源反复启动，从而降低逆变器的使用寿命。传统的辅助电源为了实现低压下无法启动，需要精确的设计变压器励磁电感，使辅助电源在低于设定电压的情况下不能启动。或者使用欠压保护芯片、数字控制芯片或利用三极管、稳压管以及阻容器件搭建电路网络实现辅助电源的欠压保护，电路结构复杂，可靠性低，在1000V输入电压以上的高压辅助电源的应用场景下，需要考量器件的耐电压能力，选择高耐压产品，生产成本较高。类似的，过压保护也是通过类似的过压保护芯片、数字控制芯片或通过三极管、稳压管以及阻容器件搭建电路网络实现过压保护。其设计较为复杂，在1000V输入电压以上的高压辅助电源的应用场景下，需要考量器件的耐电压能力，选择高耐压产品，进而导致现有方案使用的器件较多，生产成本较高。

授权公告号为CN203562766U的中国实用新型专利说明书中公开了一种过压及欠压保护电路中提及了一种过压及欠压保护电路，其通过稳压管、三极管、MOS管、电阻和电容构建了一个无源网络，实现了开关电源的过压和欠压保护，但是其方案实现较为复杂，可靠性低，应用在高压领域需要高耐压的MOS管，整体成本较高。

授权公告号为CN212323990U的中国实用新型专利说明书中公开了一种电源控制电路，其通过半母线电容取电的方式，降低了输入电压对保护器件的耐压要求，但其只实现了欠压保护，未实现过压保护，且此方案中存在器件失效后故障扩散的风险，安全性较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种辅助电源保护电路及辅助电源，用以解决现有技术中的辅助电源保护电路应用在高压领域对辅助电源进行欠电压保护时对保护器件的耐压要求高，进而导致保护电路的成本高以及电路结构复杂的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种辅助电源保护电路，包括欠电压保护模块，所述的欠电压保护模块包括控制芯片以及第一分压支路；控制芯片用于连接辅助电源的控制开关的受控端，以使辅助电源和负载之间连接或断开，所述第一分压支路用于连接至辅助电源输入端和地之间；所述第一分压支路上从辅助电源输入端到地依次串有第一分压单元和第二分压单元，第一分压单元和第二分压单元的分压点与所述控制芯片的供电端连接，所述第一分压单元的阻值需保证当所述输入端的电压低于欠电压阈值时，第二分压单元两端分得的电压低于所述控制芯片的启动电压；所述控制开关用于连接或断开辅助电源的输出。

其有益效果为：控制芯片自身具有启动电压阈值，在其供电端电压达到其启动电压阈值时，控制芯片才会启动，控制所述控制开关导通，进而接通辅助电源输入端的电源。通过将第一分压单元和第二分压单元的分压点与控制芯片的供电端连接，使得控制芯片的供电端的电压等于第二分压单元两端的电压，依据预设的辅助电源的欠电压阈值和辅助电源控制芯片的启动电压阈值，合理设置第一分压单元和第二分压单元的阻抗大小，可使辅助电源的输入端电压低于其欠电压阈值时，第二分压单元两端的电压小于辅助电源控制芯片的启动电压阈值，控制芯片无法启动进而使控制开关关断，从而实现对辅助电源的欠电压保护；通过采用电阻分压的方式，无需考虑半导体器件的耐压要求，通过串联更多的分压电阻来实现更高电压的欠电压和过电压保护需求；因此，采用本实用新型的辅助电源保护电路可以降低对控制开关的耐压要求，从而降低了保护电路的生产成本；此外，本实用新型的辅助电源保护电路结构简单，电路工作更加可靠。

优选地，所述的欠电压保护模块还包括并联在所述第二分压单元两端的第一稳压二极管，所述第一稳压二极管的阴极与所述控制芯片的供电端连接。

其有益效果为：通过在第二分压单元两端并联第一稳压二极管，可以对第二分压单元两端电压进行钳位，使其两端电压不超过控制芯片的引脚耐压值，从而对控制芯片进行有效保护，进一步提高了辅助电源保护电路工作的可靠性。

优选地，所述的欠电压保护模块还包括并联在所述第二分压单元两端的第一滤波电容。

其有益效果为：通过在第二分压单元两端并联电容，可以保证在控制芯片启动时为其提供足够的能量，使其能够正常启动，从而进一步提高了辅助电源保护电路工作的可靠性。

优选地，所述控制芯片为电源控制芯片，还包括过电压保护模块，所述的过电压保护模块包括用于连接辅助电源输入端和地的第二分压支路；所述第二分压支路上从辅助电源输入端到地依次串有第三分压单元和第四分压单元，第三分压单元和第四分压单元的分压点连接至所述电源控制芯片的过流保护引脚；第四分压单元的阻值需保证当所述输入端的电压高于过电压阈值时，第二分压单元两端分得的电压大于所述电源控制芯片的过流保护引脚的过流保护电压阈值。

其有益效果为：辅助电源控制芯片包括过流保护引脚，在过流保护引脚的电压高于其过流保护电压阈值时，辅助电源控制芯片会快速关断其驱动信号输出，从而使与辅助电源控制芯片输出端连接的控制开关断开，从而断开辅助电源输入端的电源。由于设置有第三分压单元和第四分压单元对辅助电源输入端的电压进行分压，依据辅助电源的过电压阈值和过流保护引脚的过流保护电压阈值，通过选择合适阻值的第三分压单元和第四分压单元，可保障在辅助电源输入端的电压高于其过电压阈值时，第四分压单元两端的电压高于辅助电源控制芯片的过流保护电压阈值，快速关断辅助电源控制芯片的驱动信号输出，使得控制开关断开。。通过采用电阻分压的方式，无需考虑半导体器件的耐压要求，通过串联更多的分压电阻即可实现更高电压的欠电压和过电压保护需求，从而降低对控制开关的耐压要求低，进而降低了保护电路的生产成本。此外，过压保护模块设置在主功率侧，不与变压器隔离的副边连接，省去了光电隔离器件，且过电压保护模块结构简单，从而大大降低了成本，提高了辅助电源保护电路的可靠性。采用本实用新型的辅助电源保护电路不仅可以实现对辅助电源的欠电压保护，也可以实现对辅助电源的过电压保护。

优选地，所述的过电压保护模块还包括并联在第四分压单元两端的第二滤波电容。

其有益效果为：通过设置第二滤波电容，可以滤除干扰信号，防止控制开关误动作。

优选地，所述的过电压保护模块还包括并联在第四分压单元两端的第二稳压二极管，所述第二稳压二极管的阴极与所述过流保护引脚连接。

其有益效果为：通过设置第二稳压二极管可以对辅助电源控制芯片过流保护引脚的电压进行钳位，防止过压尖峰导致芯片损坏。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供了一种辅助电源，包括用于连接或断开辅助电源的输出的控制开关以及辅助电源保护电路；所述辅助电源保护电路包括欠电压保护模块，所述的欠电压保护模块包括控制芯片以及第一分压支路；控制芯片用于连接辅助电源的控制开关的受控端，以使辅助电源和负载之间连接或断开，所述第一分压支路用于连接至辅助电源输入端和地之间；所述第一分压支路上从辅助电源输入端到地依次串有第一分压单元和第二分压单元，第一分压单元和第二分压单元的分压点与所述控制芯片的供电端连接，所述第一分压单元的阻值需保证当所述输入端的电压低于欠电压阈值时，第二分压单元两端分得的电压低于所述控制芯片的启动电压；所述控制开关用于连接或断开辅助电源的输出。

其有益效果为：控制芯片自身具有启动电压阈值，在其供电端电压达到其启动电压阈值时，控制芯片才会启动，控制所述控制开关导通，进而接通辅助电源输入端的电源。通过将第一分压单元和第二分压单元的分压点与控制芯片的供电端连接，使得控制芯片的供电端的电压等于第二分压单元两端的电压，依据预设的辅助电源的欠电压阈值和辅助电源控制芯片的启动电压阈值，合理设置第一分压单元和第二分压单元的阻抗大小，可使辅助电源的输入端电压低于其欠电压阈值时，第二分压单元两端的电压小于辅助电源控制芯片的启动电压阈值，控制芯片无法启动进而使控制开关关断，从而实现对辅助电源的欠电压保护；通过采用电阻分压的方式，无需考虑半导体器件的耐压要求，通过串联更多的分压电阻来实现更高电压的欠电压和过电压保护需求；因此，本实用新型的辅助电源无需采用高耐压值的控制开关即可实现对辅助电源的欠电压保护和过电压保护，从而降低了辅助电源的生产成本；此外，本实用新型的辅助电源结构简单，电路工作更加可靠。

优选地，所述的欠电压保护模块还包括并联在所述第二分压单元两端的第一稳压二极管。

优选地，所述的欠电压保护模块还包括并联在所述第二分压单元两端的第一滤波电容。

优选地，所述控制芯片为电源控制芯片，还包括过电压保护模块，所述的过电压保护模块包括用于连接辅助电源输入端和地的第二分压支路；所述第二分压支路上从辅助电源输入端到地依次串有第三分压单元和第四分压单元，第三分压单元和第四分压单元的分压点连接至所述电源控制芯片的过流保护引脚；第四分压单元的阻值需保证当所述输入端的电压高于过电压阈值时，第二分压单元两端分得的电压大于所述电源控制芯片的过流保护引脚的过流保护电压阈值。

附图说明

图1是本实用新型的辅助电源保护电路的电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

辅助电源保护电路实施例：

如图1所示，辅助电源包括用于连接电源的输入端Vin以及用于为负载供电的输出端，输入端串接变压器原边绕组后通过控制开关Q2和第十一电阻R11接地。本实用新型的辅助电源保护电路包括用于在辅助电源输入端Vin的电压低于欠电压阈值时抑制控制开关闭合的欠电压保护模块以及用于在辅助电源输入端的电压超过过电压阈值时使控制开关断开的过电压保护模块。

欠电压保护模块包括用于控制控制开关断开或闭合的辅助电源控制芯片U1以及用于连接辅助电源输入端和地GND1的第一分压支路；第一分压支路上从辅助电源输入端到地依次串有第一分压单元和第二分压单元，第一分压单元和第二分压单元的分压点与辅助电源控制芯片的供电端VCC连接，辅助电源控制芯片的信号输出端控制连接控制开关的受控端。为了对第二分压单元两端电压进行钳位，使其两端电压不超过辅助电源控制芯片的引脚耐压值，对辅助电源控制芯片进行有效保护，在第二分压单元两端并联第一稳压二极管。为了保证在辅助电源控制芯片启动时为其提供足够的能量，使其能够正常启动，在第二分压单元两端并联第一滤波电容。辅助电源控制芯片的供电端连接至第一二极管D2的阴极，第一二极管的阳极用于通过Vccin端口连接辅助电源自身的供电绕组，用于电源启动后的长期供电。第一分压单元和第二分压单元的分压点用于辅助电源初次启动时为辅助电源控制芯片供电，并通过本文所述的方式为控制辅助电源提供驱动电压。在辅源电源正常工作以后，Vccin端口连接的电源(即辅助电源自身的供电绕组)通过第一二极管D2为辅助电源控制芯片供电，一般设计时，Vccin端口连接的的电源的电压会高于第一分压单元和第二分压单元的分压点的电压。因此，正常工作时，会使用Vccin端口连接的的电源为辅助电源控制芯片进行供电。

第二分压单元两端分别并联有第一稳压二极管D1和第一滤波电容C1，第一稳压二极管的阴极与控制芯片的供电端连接。第一分压单元包括互相串接在一起的第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5，第二分压单元包括第一电阻R1。

辅助电源控制芯片自身具有启动电压阈值，在其供电端电压达到其启动电压阈值时，辅助电源控制芯片才会启动，控制控制开关导通，进而接通辅助电源输入端的电源。通过将第一分压单元和第二分压单元的分压点与辅助电源控制芯片的供电端连接，使得辅助电源控制芯片的供电端的电压等于第二分压单元两端的电压，依据预设的辅助电源的欠电压阈值和辅助电源控制芯片的启动电压阈值，合理设置第一分压单元和第二分压单元的阻抗大小，可使辅助电源的输入端电压低于其欠电压阈值时，第二分压单元两端的电压小于辅助电源控制芯片的启动电压阈值，使辅助电源控制芯片无法启动进而使控制开关断开，从而使辅助电源与负载之间断开，从而实现对辅助电源的欠电压保护。

通过欠压启动保护模块，可以方便的利用辅助电源控制芯片U1的启动电压阈值，通过调整第一分压单元和第二分压单元的阻抗大小来调整辅助电源的欠电压阈值。在辅助电源启动之后，可通过外部供电绕组或电源为辅助电源控制芯片U1供电。

以常用的型号为UC3844的辅助电源控制芯片为例，以典型输入电压1500V为例，可以通过以下公式设计辅助电源的欠电压阈值：

其中：R_U1为辅助控制芯片U1的内阻，对于UC3844来说，其内阻为47kΩ；Vcc为辅助电源控制芯片的启动电压，典型值为16V，V_in为辅助电源输入端的电压，R1、R2、R3、R4和R5分别为第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及第五电阻的阻值。

若要求辅助电源的启动电压不小于850V，则将欠电压阈值设置为850V，Vcc＝16V，R_U1＝47kΩ，V_in＝850V，令V_in等于850V，取R₂+R₃+R₄+R₅＝600kΩ代入公式(1)后，计算出需要的R₁＝15kΩ。

为了同时对辅助电源进行过流保护，将辅助电源控制芯片的过流保护引脚连接至R8与控制开关Q2的连接点。

过电压保护模块包括用于连接辅助电源输入端和地的第二分压支路；第二分压支路上从辅助电源输入端到地依次串有第三分压单元和第四分压单元，第三分压单元和第四分压单元的分压点连接至第二二极管D3的阳极，第二二极管的阴极连接至辅助电源控制芯片的过流保护引脚ISENSE，辅助电源控制芯片的过流保护引脚通过接地电阻R11接地。为了滤除干扰信号，防止控制开关误动作，在第四分压单元两端并联有第二滤波电容C2。为了对辅助电源控制芯片过流保护引脚的电压进行钳位，防止过压尖峰导致芯片损坏，在第四分压单元两端并联有第二稳压二极管D4，第二稳压二极管的阴极与过流保护引脚连接。第三分压单元包括互相串接在一起的第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8以及第九电阻R9，第四分压单元包括第十电阻R10。

辅助电源控制芯片包括过流保护引脚，在过流保护引脚的电压高于其过流保护电压阈值时，辅助电源控制芯片会快速关断其驱动信号输出，从而使与辅助电源控制芯片输出端连接的控制开关断开，从而断开辅助电源输入端的电源。由于设置有第三分压单元和第四分压单元对辅助电源输入端的电压进行分压，依据辅助电源的过电压阈值和过流保护引脚的过流保护电压阈值，通过选择合适阻值的第三分压单元和第四分压单元，可保障在辅助电源输入端的电压高于其过电压阈值时，第四分压单元两端的电压高于辅助电源控制芯片的过流保护电压阈值，快速关断辅助电源控制芯片的驱动信号输出，使得控制开关断开，从而使辅助电源与负载之间断开。通过设置第二二极管，可以避免主功率电流采样信号和过压保护信号冲突，导致过流保护功能无法实现，进而导致对辅助电源的过电压保护无法实现的问题。采用本实用新型的辅助电源保护模块可对辅助电源进行逐周期的过压保护。

可以通过以下公式(2)设计辅助电源的过电压保护值：

其中：V_sense为芯片过流保护引脚的过流保护电压阈值，典型值为1V；V_D3为第二二极管D3的正向管压降，典型值为0.3V；V_oc为设计的过电压阈值，R6、R7、R8、R9和R10分别为第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻以及第十电阻的阻值。

若要求过电压阈值为1600V，假设R₆+R₇+R₈+R₉＝600kΩ。则通过公式2可以计算出分压电阻R₁₀＝263Ω。

通过采用电阻分压的方式，无需考虑半导体器件的耐压要求，通过串联更多的分压电阻来实现更高电压的欠电压和过电压保护需求，可以应用在10kV的高压环境下使用。

需要说明的是：本实施例中记载的辅助电源保护电路的结构为最佳实施例。辅助电源控制芯片属于电源控制芯片的一种；对辅助电源进行欠压保护时，除了采用辅助电源控制芯片还可以选择其它种类的电源控制芯片，或者选择除了电源控制芯片之外的其它合适的控制芯片。对辅助电源进行欠压保护时，除了选择辅助电源控制芯片，还可以选择其它种类的电源控制芯片。由于辅助电源本身就连接有辅助电源控制芯片，为了减小保护电路的成本，本实施中直接选择辅助电源控制芯片来对控制开关的工作状态进行控制，同时实现辅助电源的过电压保护和欠电压保护。

采用本实用新型的辅助电源保护电路不仅可以实现对辅助电源的欠电压保护，也可以实现对辅助电源的过电压保护。此外，实用新型的辅助电源保护电路的欠电压保护模块和过压保护模块均设计在主功率侧，不与变压器隔离的副边连接，省去了光电隔离器件，大大降低了成本；再者，本实用新型的辅助电源保护电路结构简单，从而提高了其工作的可靠性高。

辅助电源实施例：

本实用新型的辅助电源包括用于连接电源的输入端、用于为负载供电的输出端以及辅助电源保护电路，输入端依次串接变压器原边绕组、控制开关以及第十一电阻后接地；辅助电源保护电路包括用于在辅助电源的输入端的电压低于欠电压阈值时控制控制开关断开的欠电压保护模块以及用于在辅助电源输入端的电压超过过电压阈值时使控制开关断开的过电压保护模块，欠电压保护模块包括控制连接至控制开关的受控端以控制控制开关闭合或断开的辅助电源控制芯片以及用于连接辅助电源输入端和地的第一分压支路；第一分压支路上从辅助电源输入端到地依次串有第一分压单元和第二分压单元，第一分压单元和第二分压单元的分压点与辅助电源控制芯片的供电端连接，第一分压单元的阻值需保证当输入端的电压低于欠电压阈值时，第二分压单元两端分得的电压低于辅助电源控制芯片的启动电压。在第二分压单元两端还分别并联有第一稳压二极管和第一滤波电容。过电压保护模块包括用于连接辅助电源输入端和地的第二分压支路；第二分压支路上从辅助电源输入端到地依次串有第三分压单元和第四分压单元，第三分压单元和第四分压单元的分压点连接至电源控制芯片的过流保护引脚；第四分压单元的阻值需保证当所述输入端的电压高于过电压阈值时，第二分压单元两端分得的电压大于所述电源控制芯片的过流保护引脚的过流保护电压阈值。

本实施例中的辅助电源的结构为优选结构，在其它实施例中控制开关和变压器也可以设置在其它合适位置。

采用本实用新型的辅助电源无需采用高耐压值的控制开关即可实现对辅助电源的欠电压保护和过电压保护，从而降低了辅助电源的生产成本；此外，本实用新型的辅助电源结构简单，电路工作更加可靠。本实用新型的辅助电源的辅助电源保护电路的具体细节和有益效果已在辅助电源保护电路实施例中详细陈述，此处不再赘述。

Claims (10)

1.一种辅助电源保护电路，包括欠电压保护模块，其特征在于，所述的欠电压保护模块包括控制芯片以及第一分压支路；控制芯片用于连接辅助电源的控制开关的受控端，以使辅助电源和负载之间连接或断开，所述第一分压支路用于连接至辅助电源输入端和地之间；所述第一分压支路上从辅助电源输入端到地依次串有第一分压单元和第二分压单元，第一分压单元和第二分压单元的分压点与所述控制芯片的供电端连接，所述第一分压单元的阻值需保证当所述输入端的电压低于欠电压阈值时，第二分压单元两端分得的电压低于所述控制芯片的启动电压；所述控制开关用于连接或断开辅助电源的输出。

2.如权利要求1所述的辅助电源保护电路，其特征在于，所述的欠电压保护模块还包括并联在所述第二分压单元两端的第一稳压二极管，所述第一稳压二极管的阴极与所述控制芯片的供电端连接。

3.如权利要求1所述的辅助电源保护电路，其特征在于，所述的欠电压保护模块还包括并联在所述第二分压单元两端的第一滤波电容。

4.如权利要求1～3任意一项所述的辅助电源保护电路，其特征在于，所述控制芯片为电源控制芯片，还包括用于过电压保护模块，所述的过电压保护模块包括用于连接辅助电源输入端和地的第二分压支路；所述第二分压支路上从辅助电源输入端到地依次串有第三分压单元和第四分压单元，第三分压单元和第四分压单元的分压点连接至所述电源控制芯片的过流保护引脚；第四分压单元的阻值需保证当所述输入端的电压高于过电压阈值时，第二分压单元两端分得的电压大于所述电源控制芯片的过流保护引脚的过流保护电压阈值。

5.如权利要求4所述的辅助电源保护电路，其特征在于，所述的过电压保护模块还包括并联在第四分压单元两端的第二滤波电容。

6.如权利要求5所述的辅助电源保护电路，其特征在于，所述的过电压保护模块还包括并联在第四分压单元两端的第二稳压二极管，所述第二稳压二极管的阴极与所述过流保护引脚连接。

7.一种辅助电源，包括用于连接或断开辅助电源的输出的控制开关以及辅助电源保护电路；所述辅助电源保护电路包括欠电压保护模块，其特征在于，所述的欠电压保护模块包括控制芯片以及第一分压支路；控制芯片用于连接辅助电源的控制开关的受控端，以使辅助电源和负载之间连接或断开，所述第一分压支路用于连接至辅助电源输入端和地之间；所述第一分压支路上从辅助电源输入端到地依次串有第一分压单元和第二分压单元，第一分压单元和第二分压单元的分压点与所述控制芯片的供电端连接，所述第一分压单元的阻值需保证当所述输入端的电压低于欠电压阈值时，第二分压单元两端分得的电压低于所述控制芯片的启动电压；所述控制开关用于连接或断开辅助电源的输出。

8.如权利要求7所述的辅助电源，其特征在于，所述的欠电压保护模块还包括并联在所述第二分压单元两端的第一稳压二极管。

9.如权利要求7所述的辅助电源，其特征在于，所述的欠电压保护模块还包括并联在所述第二分压单元两端的第一滤波电容。

10.如权利要求7～9任意一项所述的辅助电源，其特征在于，所述控制芯片为电源控制芯片，还包括过电压保护模块，所述的过电压保护模块包括用于连接辅助电源输入端和地的第二分压支路；所述第二分压支路上从辅助电源输入端到地依次串有第三分压单元和第四分压单元，第三分压单元和第四分压单元的分压点连接至所述电源控制芯片的过流保护引脚；第四分压单元的阻值需保证当所述输入端的电压高于过电压阈值时，第二分压单元两端分得的电压大于所述电源控制芯片的过流保护引脚的过流保护电压阈值。