开关电源电压型输出短路保护电路的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种开关电源电压型输出短路保护电路，包括比较器U1、开关二极管D2和非极性电容C2，以及电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5；开关二极管D2的阳极和电阻R1的一端相接且为输出短路保护电路的输入端V‑IN，开关二极管D2的阴极与非极性电容C2的一端和电阻R3的一端相接，电阻R3的另一端与比较器U1的反相输入端相接，电阻R1和电阻R2的连接端以及电阻R5的一端均与比较器U1的同相输入端相接，比较器U1的输出端为输出短路保护电路的输出端V‑OUT；本发明专利技术还公开了一种开关电源电压型输出短路保护电路的设计方法。本发明专利技术可实现打嗝式短路保护，具有自恢复功能，实用性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及开关电源
，尤其是涉及一种开关电源电压型输出短路保护电路及其设计方法。
技术介绍
随着电子技术的快速发展，开关电源保护电路成为电路设计中至关重要的一部分。目前，电源或开关电源常用的保护方案有很多：(1)根据取样信号的不同分为：电流型保护电路和电压型保护电路。一般保护电路中大部分采用电流型保护电路，该类型需要电流采样电阻，在电阻上会流过很大的电流，若采用小阻值电流采样电阻，则需将信号进行处理、放大，这样会使得电路复杂，增加成本。也可以采用电流传感器或者霍尔传感器等来进行电流取样，但由于电流传感器价格较高，且许多电流传感器需要另外加电源才能正常工作，这又使得电路结构复杂，成本增加。而电压型保护电路，无需采样电流，只需采样电压，通过大阻值电阻进行分压就可实现，结构简单，功耗小，成本低。(2)根据对输出电流的控制分为：限流型保护电路、截流型或减流型保护电路、彻底关断型保护电路及可彻底关断开关管的自恢复型保护电路。①限流型保护电路是当电源输出端过载或短路时，输出电压下降而将输出电流限制在一定范围内。该保护方式的优点是：保护范围大，抗干扰能力强，其电路一般较为简单，故障排除后电源容易恢复。缺点是：保护速度慢，输出短路保护时，仍有较大的电流流过，功耗大。②截流型或减流型保护电路：在开关变换器输出过载或短路时，保护电路立即动作，可使输出电流和电压迅速减小。该保护电路的优点是：保护动作速度快、效果好、功率损耗小，适用于输出功率较大的电源。缺点是：该保护电路比较复杂，电路调试比较麻烦，故障排除后电源不易自恢复。③彻底关断型保护电路，即一旦保护电路动作后，即使过流或短路故障消除，电源仍一直处在关断状态，必须要先关断电源、重启系统才能恢复工作，电路不能实现自恢复，无法满足本安电源的要求。④可彻底关断开关管的自恢复型保护电路,这类保护电路通常需要电流检测电路、短路或过载判断电路、延时电路等组成，电路较为复杂；而一般的可恢复型保护电路在主电路出现故障后，虽然可以将输出电压限制在比较低的范围内，但此时电流却很大，因为开关电源其实还在工作。因此，对于应用于危险环境的本安防爆电源，短路故障产生的火花能量相当可观，很有可能引爆易燃、易爆气体及其混合物，难以实现本安输出。目前我国煤矿数量众多，瓦斯爆炸事故屡见不鲜，给人民的生命安全造成了重大威胁。因此，设计一种适用于危险性环境的电压型输出短路保护电路意义重大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电路结构简单、成本低廉、操作便捷、可实现打嗝式短路保护、具有自恢复功能、实用性强、便于推广使用的开关电源电压型输出短路保护电路。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种开关电源电压型输出短路保护电路，其特征在于：包括比较器U1、开关二极管D2和非极性电容C2，以及电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5；所述开关二极管D2的阳极和电阻R1的一端相接且为所述开关电源电压型输出短路保护电路的输入端V-IN，所述开关电源电压型输出短路保护电路的输入端V-IN与开关电源的正极电压输出端相接，所述开关二极管D2的阴极与非极性电容C2的一端和电阻R3的一端相接，所述电阻R1的另一端通过电阻R2接地，所述非极性电容C2的另一端接地，所述电阻R3的另一端与比较器U1的反相输入端相接，且通过电阻R4接地，所述电阻R1和电阻R2的连接端以及电阻R5的一端均与比较器U1的同相输入端相接，所述比较器U1的电源端和电阻R5的另一端均与供电电源的输出端VCC相接，所述比较器U1的接地端接地，所述比较器U1的输出端为所述开关电源电压型输出短路保护电路的输出端V-OUT，所述开关电源电压型输出短路保护电路的输出端V-OUT与PWM控制与驱动电路的输入端相接。上述的开关电源电压型输出短路保护电路，其特征在于：所述比较器U1由芯片LM393构成，所述比较器U1的输出端通过电阻R6与供电电源的输出端VCC相接。上述的开关电源电压型输出短路保护电路，其特征在于：所述开关电源包括BUCK变换器电路，所述BUCK变换器电路包括PMOS开关管VT1、电感L1、开关二极管D1和极性电容C1，所述PMOS开关管VT1的栅极与PWM控制与驱动电路的输出端相接，所述PMOS开关管VT1的漏极为开关电源的电压输入端Vi，所述PMOS开关管VT1的源极与开关二极管D1的阴极和电感L1的一端相接，所述电感L1的另一端与极性电容C1的正极相接且为开关电源的正极电压输出端Vo+，所述开关二极管D1的阳极和极性电容C1的负极相接且为开关电源的负极电压输出端Vo-，所述开关电源的负极电压输出端Vo-接地，所述开关电源的正极电压输出端Vo+与负极电压输出端Vo-之间接有负载RL。本专利技术还提供了一种方法步骤简单、实现方便、实用性强的开关电源电压型输出短路保护电路的设计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、选择合适参数的非极性电容C2以及电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5，其具体过程如下：步骤101、根据公式 1 kΩ ≤ R 2 ≤ 10 kΩ V + 1 = VCC R 5 + R 1 R 2 R 1 + R 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源电压型输出短路保护电路，其特征在于：包括比较器U1、开关二极管D2和非极性电容C2，以及电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5；所述开关二极管D2的阳极和电阻R1的一端相接且为所述开关电源电压型输出短路保护电路(1)的输入端V‑IN，所述开关电源电压型输出短路保护电路(1)的输入端V‑IN与开关电源的正极电压输出端相接，所述开关二极管D2的阴极与非极性电容C2的一端和电阻R3的一端相接，所述电阻R1的另一端通过电阻R2接地，所述非极性电容C2的另一端接地，所述电阻R3的另一端与比较器U1的反相输入端相接，且通过电阻R4接地，所述电阻R1和电阻R2的连接端以及电阻R5的一端均与比较器U1的同相输入端相接，所述比较器U1的电源端和电阻R5的另一端均与供电电源的输出端VCC相接，所述比较器U1的接地端接地，所述比较器U1的输出端为所述开关电源电压型输出短路保护电路(1)的输出端V‑OUT，所述开关电源电压型输出短路保护电路(1)的输出端V‑OUT与PWM控制与驱动电路(3)的输入端相接。

【技术特征摘要】
1.一种开关电源电压型输出短路保护电路，其特征在于：包括比较器
U1、开关二极管D2和非极性电容C2，以及电阻R1、电阻R2、电阻R3、
电阻R4和电阻R5；所述开关二极管D2的阳极和电阻R1的一端相接且为
所述开关电源电压型输出短路保护电路(1)的输入端V-IN，所述开关电
源电压型输出短路保护电路(1)的输入端V-IN与开关电源的正极电压输
出端相接，所述开关二极管D2的阴极与非极性电容C2的一端和电阻R3
的一端相接，所述电阻R1的另一端通过电阻R2接地，所述非极性电容C2
的另一端接地，所述电阻R3的另一端与比较器U1的反相输入端相接，且
通过电阻R4接地，所述电阻R1和电阻R2的连接端以及电阻R5的一端均
与比较器U1的同相输入端相接，所述比较器U1的电源端和电阻R5的另
一端均与供电电源的输出端VCC相接，所述比较器U1的接地端接地，所
述比较器U1的输出端为所述开关电源电压型输出短路保护电路(1)的输
出端V-OUT，所述开关电源电压型输出短路保护电路(1)的输出端V-OUT
与PWM控制与驱动电路(3)的输入端相接。
2.按照权利要求1所述的开关电源电压型输出短路保护电路，其特征
在于：所述比较器U1由芯片LM393构成，所述比较器U1的输出端通过电
阻R6与供电电源的输出端VCC相接。
3.按照权利要求1所述的开关电源电压型输出短路保护电路，其特征
在于：所述开关电源包括BUCK变换器电路(2)，所述BUCK变换器电路
(2)包括PMOS开关管VT1、电感L1、开关二极管D1和极性电容C1，所
述PMOS开关管VT1的栅极与PWM控制与驱动电路(3)的输出端相接，所
述PMOS开关管VT1的漏极为开关电源的电压输入端Vi，所述PMOS开关管
VT1的源极与开关二极管D1的阴极和电感L1的一端相接，所述电感L1
的另一端与极性电容C1的正极相接且为开关电源的正极电压输出端Vo+，
所述开关二极管D1的阳极和极性电容C1的负极相接且为开关电源的负极
电压输出端Vo-，所述开关电源的负极电压输出端Vo-接地，所述开关电

\t源的正极电压输出端Vo+与负极电压输出端Vo-之间接有负载RL。
4.一种如权利要求1所述的开关电源电压型输出短路保护电路的设计
方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、选择合适参数的非极性电容C2以及电阻R1、电阻R2、电阻
R3、电阻R4和电阻R5，其具体过程如下：
步骤101、根据公式 1 kΩ < R 2 ≤ 10 kΩ V + 1 = VCC R 5 + R 1 R 2 R 1 + R 2 · R 1 R 2 R 1 + R 2 V + 2 = VCC R 5 + R 1 R 2 R 1 + R 2 · R 1 R 2 R 1 + R 2 + V o R 1 + R 2 R 5 R 2 + R 5 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘树林，郭星，邓俊青，赵亚娟，李青青，聂燊，汪子为，王肖，张琼，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61