开关电源的输出保护电路制造技术

一种开关电源的保护电路，包括高频变压器、辅助供电单元，稳压单元以及开关单元，其特征在于，在开关电源工作时所述的供电单元耦合开关电源的高频变压器的能量经其内部整流滤波后输出一个直流电压，该电压经过稳压单元稳压后输送到开关单元上用于给开关单元提供辅助供电，使开关单元导通，开关电源正常给输出充电；在开关电源不工作时，供电单元不工作，没有足够高的驱动电压施加到开关单元上，使开关单元同步可靠关断，保护开关电源不被可能存在的因输出端超级电容极性反接或者其他形式造成的负向电压而损坏。

Output protection circuit of switching power supply

The protection circuit of a switching power supply, including the high frequency transformer, auxiliary power unit, power unit and a switch unit, which is characterized in that the high-frequency transformer power supply unit coupled to the switching power supply in the switching power supply of energy by the internal rectification and filtering the output of a DC voltage, the voltage stabilized voltage unit after delivery to switch on the auxiliary power supply unit for supplying the switch unit, the switch unit is switched on, the switching power supply to normal charging output; in switching power supply power supply unit does not work, do not work, not the driving voltage applied to the switching unit is high enough, the switch unit synchronous reliable shutdown protection switching power supply is not possible the output end of the super capacitor reverse polarity or other forms of the negative voltage and damage.

【技术实现步骤摘要】
开关电源的输出保护电路
本技术涉及一种开关电源的保护电路，特别涉及一种应用于为超级电容单体充电的开关电源的输出保护电路。
技术介绍
常见的超级电容具有充放电电流大、效率高、对环境污染小、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点而得到广泛应用，比如新能源汽车或者轨道列车的储能系统中，储存能量后用来驱动大电流、短时间工作的负载；然而，由于工艺原因，超级电容的额定电压一般比较低，单体超级电容的额定工作电压一般在2.8V左右，所以大多数情况下需要串联使用；又由于串联回路每个单体容量很难保证100％相同，也很难保证每个单体漏电也相同，使用或者放置一段时间后超级电容组内的单体与单体之间会存在一定的电压差问题，这就是电压不均衡问题，因此，一般情况下需要在超级电容组中给电容组内的各单体放置一个均衡模块，该均衡模块一般为DC/DC功率变换器，可以为超级电容组中电压较低的单体进行小电流(比如10A)充电(这里的小电流是相对于超级电容组的充电电流来说的，超级电容组的充电电流范围一般是500A乃至更高)，使该单体电压上升至一定电压值以保持与超级电容组中的其他单体电压相对均衡。然而，在大电流放电时，由于各单体的容值存在差异，在超级电容组放电过程中，超级电容组内部的电容量小的单体，有可能会因为过放电而出现负压，该负压同时施加在作为均衡模块的DC/DC功率变换器的输出端；由于作为均衡模块的DC/DC功率变换器的输出端为一个整流电路，常见的是二极管整流或者使用MOS管进行同步整流，上述的负压达到一定值后会使整流二极管或者MOS管的体二极管导通，如果该负压的电压值较大的话，对应的电流就大，有可能会烧坏作为均衡模块的DC/DC功率变换器的输出端，严重者将会导致火灾事故，甚至会导致使新能源列车造成车毁人亡的安全事故。针对上述问题，其中一个现有的解决方法是在均衡模块的输出端与超级电容组中对应单体之间串联一个保险丝，这种方案在出现上述负压的情况下，当电流超过一定值后熔断，断开通电回路，可以有效对开关电源模块进行保护，但是该方案有个缺陷就是，保险丝通过额定电流后熔断不能自恢复，需要重新换装一个保险丝上去才能使均衡模块给单体均衡，浪费了人力、时间以及物料成本去维护。其中另一种方法是使用继电器作为防反接保护器件，然而，若开关电源输出给超级电容充电的电流较大时，则需使用体积较大继电器作为防反接保护器件，对应的成本和产品体积均会增加。还有一种现有的开关电源输出保护电路，见图1，包括驱动电路、检测电路和防反接MOS管TR1。为了防止输出端的超级电容单体Cn反接带来的负压(以超级电容单体Cn的负端为电压参考点，超级电容单体Cn的正端电压小于0V)施加在开关电源的输出端而烧坏开关电源，解决措施是在开关电源模块的输出端接一个防反接MOS管TR1连接在超级电容单体的负端和开关电源模块的输出-Vo端之间，检测电路检测开关电源输出端的电池(即超级电容单体)的电压极性，若无反接(即以超级电容单体Cn的负端为电压参考点，超级电容单体Cn的正端电压大于0V)则使能驱动电路，从开关电源的输出端经驱动电路给防反接MOS管的栅极提供一个电压使其导通，若检测电路检测到输出端的超级电容单体Cn反接(即以超级电容单体Cn的负端为电压参考点，超级电容单体Cn的正端电压小于0V)，则提供一个使能信号，使驱动电路停止工作，防反接MOS管TR1关断，起到防反接的保护作用。然而，实际应用中，采用该保护电路进行防止超级电容单体Cn出现负压或者极性反接保护时，由于提供给超级电容单体充电的开关电源输出电压为0～2.7V之间，最大为3V，在超级电容单体Cn未极性反接或者未出现负压时，开关电源正常工作，其输出正端+Vo输出的电压最大为3V，而一般的MOS管开启电压VGS(th)为2.5V～4V之间，因此就算忽略驱动电路的分压，3V的输出电压施加在MOS管的栅极-源极上，MOS管并未导通或者导通状态处于导通电阻较大的水平，而不能进入饱和导通状态。因此造成开关电源不能正常给超级电容单体充电或者充电损耗大的情况，虽然依然具备防反接功能，但是开关电源的充电功能不能高效率的实现。
技术实现思路
有鉴于此，本技术要解决现有技术中的输出防反接保护电路中成本高，体积大，防反接开关管因驱动电压不足而不能导通或者导通电阻大的问题，提出一种开关电源的输出保护电路，能够在开关电源工作时，该保护电路同步低耗开通，开关电源模块正常为超级电容单体充电进行均衡，在开关电源不工作时，该保护电路能够同步可靠关断，防止开关电源的输出端存在的负压或者反接情况造成的损坏问题。为了实现上述目的，本技术的技术方案如下：一种开关电源的保护电路，包括高频变压器、辅助供电单元，稳压单元以及开关单元，在开关电源工作时所述的辅助供电单元耦合开关电源的高频变压器的能量经其内部整流滤波后输出一个直流电压，该电压经过稳压单元稳压后输送到开关单元上用于给开关单元提供辅助供电，使开关单元导通，开关电源正常给输出充电；在开关电源不工作时，辅助供电单元不工作，没有足够高的驱动电压施加到开关单元上，使开关单元同步可靠关断，保护开关电源不被可能存在的因输出端超级电容极性反接或者其他形式造成的负向电压而损坏；所述的高频变压器包括原边绕组、副边绕组以及包括第三绕组，优选的，高频变压器的原边绕组和主功率开关串联，副边绕组和副边整流开关串联，第三绕组用做辅助供电单元的第三绕组；所述的辅助供电单元包括第三绕组、第一二极管和第一电容组成；其中第三绕组的同名端连接第一二极管的阳极，第一二极管的阴极与第一电容的一端连接并记为辅助供电单元的输出端A，第三绕组的异名端与第一电容的另一端相连并连接并记为辅助供电单元的输出参考点B；所述的稳压单元包括第一电阻、第二电阻、第二电容，第一稳压二极管，第一NPN三极管；其中第一、第二电阻的一端相连并连接到辅助供电单元的输出端A，第一NPN三极管的集电极连接第一电阻的另一端，第一NPN三极管基极连接第二电阻的另一端和第一稳压二极管的阴极，第一NPN三极管发射极连接连接到第二电容的一端并记为稳压单元的输出端，第二电容的另一端与第一稳压二极管的阳极相连并连接到辅助供电单元的输出参考点B；所述的开关单元包括第三电阻和第一MOS管以及端口D；其中第三电阻连接在第一MOS管的栅极和漏极之间，第一MOS管的栅极连接到稳压单元的输出端C，第一MOS管的源极连接到辅助供电单元的输出参考点B，第一MOS管的漏极与连接端口D。优选的，MOS管TR1为N沟道增强型MOS管。本技术还提供一种开关电源的输出保护电路，用于设置在开关电源与超级电容单体之间，包括辅助供电单元，稳压单元以及开关单元，开关单元包括MOS管TR1，辅助供电单元包括与开关电源的功率变压器耦合的绕组N3；在开关电源工作时，辅助供电单元的绕组N3耦合开关电源的功率变压器的能量并输出给稳压单元，经过稳压单元稳压后输送到开关单元，用以通过辅助供电单元提高开关单元的电压至满足MOS管TR1的饱和导通要求，保障开关单元工作在低导通电阻的工作状态；在开关电源不工作时，辅助供电单元不工作，使开关单元同步可靠关断。优选的，所述的辅助供电单元，还包括二极管D1和电容C1，绕组N3的同名端连接二极管D1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电源的输出保护电路，用于设置在开关电源与超级电容单体之间，其特征在于：包括辅助供电单元，稳压单元以及开关单元，开关单元包括MOS管TR1，辅助供电单元包括与开关电源的功率变压器耦合的绕组N3；在开关电源工作时，辅助供电单元的绕组N3耦合开关电源的功率变压器的能量并输出给稳压单元，经过稳压单元稳压后输送到开关单元，用以通过辅助供电单元提高开关单元的电压至满足MOS管TR1的饱和导通要求，保障开关单元工作在低导通电阻的工作状态；在开关电源不工作时，辅助供电单元不工作，使开关单元同步可靠关断。

【技术特征摘要】
1.一种开关电源的输出保护电路，用于设置在开关电源与超级电容单体之间，其特征在于：包括辅助供电单元，稳压单元以及开关单元，开关单元包括MOS管TR1，辅助供电单元包括与开关电源的功率变压器耦合的绕组N3；在开关电源工作时，辅助供电单元的绕组N3耦合开关电源的功率变压器的能量并输出给稳压单元，经过稳压单元稳压后输送到开关单元，用以通过辅助供电单元提高开关单元的电压至满足MOS管TR1的饱和导通要求，保障开关单元工作在低导通电阻的工作状态；在开关电源不工作时，辅助供电单元不工作，使开关单元同步可靠关断。2.根据权利要求1所述的开关电源的输出保护电路，其特征在于：所述的辅助供电单元，还包括二极管D1和电容C1，绕组N3的同名端连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极与电容C1的一端连接并作为辅助供电单元的输出正端，绕组N3的异名端与电容C1的另一端相连并共同连接副边地端。3.根据权利要求1所述的开关电源的输出保护电路，其特征在于：所述的稳压单元，包括电阻R1、电阻R2、电容C2、稳压二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永昌，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44