反激开关电源通用型隔离短路保护电路制造技术

本发明专利技术公开了一种反激开关电源通用型隔离短路保护电路，包括隔离采样模块、分压延时模块和泄流模块。本发明专利技术直接以反激开关电源输出端的电压为短路保护的触发信号，可以准确地响应电路的短路状况。本发明专利技术的短路保护电路通过控制电源芯片的供电电压，来达到在输出短路时快速关断电源芯片，并阻止电源芯片重新启动的目的，因而该保护电路对于电源芯片没有特殊的管脚要求，具有很强的通用性；同时本发明专利技术还具有结构简单，调试方便，功耗小，成本低等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种短路保护电路，具体涉及一种反激开关电源通用型隔离短路保护 电路。
技术介绍
随着反激开关电源使用的越来越广泛，用户对其可靠性要求也越来越高。这就要 求反激开关电源在各种异常情况下，能够保护自身及负载设备的安全。其中，短路保护是开 关电源的一项非常重要的保护功能。反激开关电源的输出短路时，电源电路有以下特征 1.输出回路上的电流很大，功率器件发热严重；2.输出端电压很小，几乎为零，电流或电压 反馈环路无法正常工作。3.功率开关导通占空比增加，初级侧电流峰值增加。反激开关电源常用的短路保护方法是利用专门的短路保护电路，来监测电源电路 中是否存在短路特征，如果出现短路特征，则短路保护电路向电源控制芯片发出短路发生 信号，从而使电源控制芯片停止工作。芯片关断法对短路的响应比较快，且具有断电后自动 恢复的特点。目前短路保护电路的工作机制如下根据在输出端短路时输入侧功率开关的峰值 电流会变大这一现象，当检测到功率开关的峰值电流超过某一阈值时，即判断为输出短路。 但是在反激开关电源正常工作时，如果输入电压或者负载变化时，功率开关的峰值电流也 会变化。在输入电压或负载出现突变(仍在工作范围内)时，功率开关的峰值电流有可能 会上升到保护阈值，这将会导致短路保护电路的误操作。另外，目前短路保护电路的输出都是接在电源芯片的某一个具有特殊功能的引 脚，如芯片遥控引脚(on/off端)。在出现短路状况时，短路保护电路通过向电源的特殊功 能引脚输出一个高低数字信号或者降低该引脚的电压，来达到关闭电源芯片的目的。由于 很多电源控制芯片不带有遥控端(on/off端)，对于输出端连接到芯片遥控引脚的短路保 护电路，其实使用范围有一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在解决现有反激开关电源短路保护电路的技术缺陷，特别是解决 间接短路故障监测方案中可能致使短路电路误操作的问题以及短路保护电路对不同反激 开关电源芯片适应性差的问题。为了达到上述目的，本专利技术提供一种反激开关电源通用型隔离短路保护电路，该 短路保护电路直接测量输出电压变化，通过控制电源芯片的供电电压来实现短路保护，可 以用在大多数反激开关电源方案中。如附附图说明图1所示，所述短路保护电路由隔离采样模块、分 压延时模块和泄流模块组成。其中所述隔离采样模块直接采集的输出电压信号，并通过隔 离耦合的方式，得到隔离电流信号；所述分压延时模块将所述隔离电流信号，转变为泄流控 制信号；所述泄流模块在所述泄流控制信号的控制下，产生泄放电流，对电源芯片的供电电 压进行控制。本专利技术所述反激开关电源通用型隔离短路保护电路包括以下具体的隔离采样模 块、分压延时模块和泄流模块，如附图2所示。所述泄流模块由电阻Rl和NPN型三极管Ql组成电阻Rl的b端与三极管Ql的 集电极相连；电阻Rl的a端与电源芯片供电电容的正端相连；三极管Ql的发射极与电源芯 片供电电容的负端相连。所述分压延时模块由电阻R2、电阻R3和电容Cl组成电阻R2与电阻R3串联连 接，电阻R2的d端与电阻R3的e端相接；电容Cl与电阻R3并联连接，电容Cl的正端接电 阻R3的e端，电容Cl的负端接电阻R3的f端；电阻R2的c端与所述泄流模块中电阻Rl 的a端相接；电阻R3的e端与所述泄流模块中三极管Ql的基极相接。所述隔离采样模块由光耦Ul和电阻R4组成电阻R4的h端与光耦Ul的输入二 极管的正极相接；电阻R4的g端与反激开关电源输出的正端相接；光耦Ul的输入二极管的 负极与反激开关电源输出的负端相接；光耦Ul的输出的正端与所述分压延时模块中电容 Cl的正端相接；光耦Ul的输出的负端与所述分压延时模块中电容Cl的负端相接。本专利技术所述反激开关电源通用型隔离短路保护电路的工作原理如下电源的输出 电压Vo该输出电压在电阻R4和光耦Ul输入二极管上的产生信号电流，该信号电流在光耦 Ul的耦合输出隔离电流。在电源正常工作时，电源的输出电压较高，则隔离电流也较大。该 隔离电流是分压延时模块的电源输入端(附图2中的Vcc端)经过电阻R2流出，隔离电流 大，R2上的压降就高，则分压延时网络中电阻R3上的电压(电容Cl上的电压)会被拉低。 在输出电压处于正常范围时，合理匹配电路的各参数，使得电阻R3两端的电压比因而泄流 模块中三极管Ql的基射极导通电压低，三极管Ql没有基极电流，三极管Ql不导通。则芯 片供电电容不通过三极管Ql放电，芯片供电电容的电压可以维持，电源芯片正常工作。当 反激开关电源的输出短路或者输出端电压很低时，输出电压Vo很小，光耦Ul输入二极管上 产生的信号电流就很小，从而光耦Ul输出的隔离电流也很小。隔离电流很小时，对分压延 时模块中各电阻的分压几乎没有影响。此时在分压延时模块中电阻R2上压降会降低，电阻 R3上的压降会上升。当电阻R3上的电压升至三极管Ql的基射极导通电压时，三极管Ql导 通，泄流模块对芯片供电电容放电，当供电电容电压降低到电源芯片的关断电压时，芯片关 断。在芯片关断之后，芯片的启动电路会继续向芯片供电电容充电。通过合理设计分 压延时模块中电阻R2和R3的比值，保证芯片供电电容的电压降到芯片关断电压后，电阻R3 上的压降仍能够维持三极管Ql导通，并且使泄流模块300上的放电电流大于等于芯片启动 电路提供的电流，则电源芯片将一直保持在关断状态。在电源输出端的短路情况排除后，应 当断开电源的输入端，等待电容Cl通过R3放电完成，方能重新启动。电源重新启动时，由 于分压延时模块有一定的充电时间，所以三级管Ql不会立刻导通，电源芯片的供电不受影 响。若电路输出端状态正常时，输出端电压Vo将会很快建立，则本专利技术的短路保护电路不 动作；若分压延时模块的充电时间到之后，输出端电压Vo还没有达到正常值，则认为电路 异常(短路或者欠压)，本专利技术的短路保护电路动作，拉低芯片供电电压，将电源芯片关闭。附图2的电路原理图中各元件参数的选定规则下文公式中各参数表示vshut为 电源芯片的关断电压值，\ 为电源芯片在电路工作正常时，芯片供电电容的电压值。、为 三极管Ql的电流放大倍数，Vb为三极管的基射极导通电压。Ii2为光耦Ul的电流传输比，Vf为光耦Ul的输入二极管的导通前向压降。V。为电源正常工作时输出电压的下限值。14为 流过电阻R4的电流，is为光耦Ul的输出电流，I1为流过电阻Rl的电流，i2为流过电阻R2 的电流，i3为流过电阻R3的电流，ib为三极管Ql的基极电流。Ieh为电源启动电路对芯片 供电电容的充电电流。图2中各电容电阻的值，在下文中均采用对应字母的小写加对应序号的下标表 示，如T1表示Rl的值，C1表示Cl的值等。今规则1.在输出电压为V。时，应当保证短路保护电路不工作。则相应的参数关系 应当如公式⑴和公式(2)所示。所述规则1含义是合理调整各元件参数，使得按(1)式计算出来的电流i2、込及 is，它们之间的关系应当满足⑵式。权利要求1. 一种反激开关电源通用型隔离短路保护电路，由隔离采样模块、分压延时模块和泄 流模块组成，其特征在于所述泄流模块由电阻Rl和NPN型三极管Ql组成，其中电阻Rl的b端与NPN型三极管 Ql的集电极相连，电阻Rl的a端与电源芯片供电电容的正端相连，三极管Ql的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反激开关电源通用型隔离短路保护电路，由隔离采样模块、分压延时模块和泄流模块组成，其特征在于：所述泄流模块由电阻Ｒ１和ＮＰＮ型三极管Ｑ１组成，其中电阻Ｒ１的ｂ端与ＮＰＮ型三极管Ｑ１的集电极相连，电阻Ｒ１的ａ端与电源芯片供电电容的正端相连，三极管Ｑ１的发射极与电源芯片供电电容的负端相连；所述分压延时模块由电阻Ｒ２、电阻Ｒ３和电容Ｃ１组成，其中电阻Ｒ２与电阻Ｒ３串联连接，电阻Ｒ２的ｄ端与电阻Ｒ３的ｅ端相接，电容Ｃ１与电阻Ｒ３并联连接，电容Ｃ１的正端接电阻Ｒ３的ｅ端，电容Ｃ１的负端接电阻Ｒ３的ｆ端，电阻Ｒ２的ｃ端与电阻Ｒ１的ａ端相接，电阻Ｒ３的ｅ端与三极管Ｑ１的基极相接；所述的隔离采样模块由光耦Ｕ１和电阻Ｒ４组成，其中电阻Ｒ４的ｈ端与所述光耦Ｕ１的输入二极管的正极相接，电阻Ｒ４的ｇ端与反激开关电源输出的正端相接，光耦Ｕ１的输入二极管的负极与反激开关电源输出的负端相接，光耦Ｕ１的输出的正端与电容Ｃ１的正端相接，光耦Ｕ１的输出的负端与电容Ｃ１的负端相接；当电源输出端短路时，所述隔离采样模块中的光耦Ｕ１的输出端不输出电流，所述分压延时模块的电阻Ｒ３上的分压使所述泄流模块中的三极管Ｑ１导通，所述泄流模块产生泄放电流对芯片供电电容放电，芯片供电电容电压降低，电源芯片关断；当电源输出正常时，所述隔离采样模块中的光耦Ｕ１的输出端输出电流，该输出电流拉低所述分压延时模块的电阻Ｒ３上的分压，使所述泄流模块中的三极管Ｑ１关断，则所述泄流模块不对芯片供电电容放电，电源芯片工作正常。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈苏广，张涛，董硕，刘石神，袁士东，何斌峰，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]