专利名称：一种开关电源的保护装置及方法
技术领域：
本发明涉及电路保护技术领域，特别是指一种开关电源的保护装置及方法。
背景技术：
现代电力电子技术中，开关电源是利用脉冲宽度调制(P丽，Pulse Width Modulation)控制开关管开通和关断的时间比率，并通过反馈使变压器的输出绕组实现稳 定输出电压的一种电源。随着电力电子技术的发展和创新，开关电源技术也在不断地创新， 开关电源与线性电源相比具有较低的成本的特点，而且具有高频化、小型化和轻便化的特 点，使开关电源在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义，具有广阔的发展 空间。 在实际应用中，当开关电源的输出负载超过额定范围，即开关电源过载时，开关电 源内部电路会产生较大的电流，从而产生较大的热量，很可能对开关电源内部器件造成损 坏。 现有技术中，为了防止开关电源内部器件因过热而造成的损坏，常用的电路保护 措施是在开关电源的输入回路和每一个输出回路中设置保护电路，一般是通过继电器的 断开与闭合来控制开关电源的工作；当开关电源出现过载，使电路中产生较大的电流时，继 电器自动断开，使开关电源停止工作，从而保护了电源内部器件不受损坏。这种方法的缺 点是，对于多个输出回路而言，需要在变压器的每个输出绕组均设置一个保护电路，成本较 高沮继电器断开时，由于开关电源并没有下电，当过载故障恢复后，继电器会自动闭合，开 关电源即会恢复工作，因而对于间断性出现的过载故障，上述方法无法实现对开关电源的 锁定保护。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种开关电源的保护装置及方法，以较低 的成本实现对开关电源的锁定保护。 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的 本发明提供了一种开关电源的保护装置，该装置包括保护电路；其中，该保护电路 包括稳压管、控制器件及晶闸管电路； 所述保护电路，用于当开关电源出现过载时，稳压管反向导通，晶闸管电路进入深 度饱和状态，控制器件导通，使P丽芯片的VCOMP端降为低电平，P丽芯片停止工作，使开关 电源停止工作。 上述方案中，所述保护电路的供电电源由开关电源的变压器的其中一个输出绕组 提供，保护电路中晶闸管电路的输出端通过控制器件与P丽芯片的VC0MP端相连；所述绕组 设置为无反馈稳压功能。 上述方案中，所述稳压管的击穿电压不大于P丽芯片的最高工作电压以及开关电 源的开关管的最高工作驱动电压；和/或，
所述控制器件的反向漏电流要求不影响VC0MP端的电压。
上述方案中，所述控制器件为二极管或光耦。 上述方案中，所述控制器件为光耦时，所述保护电路进一步包括与光耦相连的限 流电阻。 本发明还提供了一种开关电源的保护方法，保护电路包括稳压管、控制器件及晶 闸管电路；该方法包括 当开关电源出现过载时，稳压管反向导通，晶闸管电路进入深度饱和状态，控制器 件导通，使P丽芯片的VC0MP端降为低电平，P丽芯片停止工作，使开关电源停止工作。
上述方案中，所述保护电路的供电电源由开关电源的变压器的其中一个输出绕组 提供，保护电路中晶闸管电路的输出端通过控制器件与P丽芯片的VCOMP端相连；所述绕组 设置为无反馈稳压功能。 上述方案中，所述稳压管的击穿电压不大于P丽芯片的最高工作电压以及开关电 源的开关管的最高工作驱动电压；和/或， 所述控制器件的反向漏电流要求不影响VCOMP端的电压。
上述方案中，所述控制器件为二极管或光耦。 本发明所提供的一种开关电源的保护装置及方法，通过设计一个保护电路，将变 压器的其中一个输出绕组VCC作为保护电路的供电电源，并将保护电路中晶闸管电路的输 出端通过控制器件与P丽芯片的VCOMP端相连；VCC设置为无反馈稳压功能，对于多个输出 回路而言，当开关电源出现过载，VCC的电压大于保护电路中稳压管的击穿电压时，稳压管 反向导通，晶闸管电路进入深度饱和状态，控制器件导通，使VCOMP端降为低电平，P丽芯片 停止工作，从而使开关电源停止工作。 本发明所提供的装置及方法，在保护电路动作后，须使开关电源下电，在排除过载 故障后重新上电，才可使开关电源恢复正常工作，从而实现了对开关电源的锁定保护；当 输出负载在额定范围内时，保护电路不动作，控制器件对P丽芯片的工作状态起到了隔离 和保护的作用，不会影响开关电源的正常工作；当开关电源出现过载时，仅通过一个保护电 路就可以实现对开关电源的锁定保护，可靠性较高，大大降低了设计成本，具有实际应用价 值。
图1为本发明开关电源保护装置的组成结构示意图；
图2为本发明开关电源保护装置的保护电路设计原理图；
图3为本发明开关电源保护方法的流程图； 图4为本发明开关电源保护装置的保护电路的一种改进电路图；
图5为本发明开关电源保护装置的保护电路的另一种改进电路图。
具体实施例方式
本发明的基本思想是通过设计一个保护电路，将变压器的其中一个输出绕组 VCC作为保护电路的供电电源，并将保护电路中晶闸管电路的输出端通过控制器件与P丽 芯片的VCOMP端相连；VCC设置为无反馈稳压功能，当开关电源出现过载，VCC的电压大于保护电路中稳压管的击穿电压时，稳压管反向导通，晶闸管电路进入深度饱和状态，控制器件 导通，使VCOMP端降为低电平，P丽芯片停止工作，从而使开关电源停止工作。
所述控制器件可以为二极管或光耦。 下面以二极管为例，结合具体实施例，对本发明所提供的装置及方法做以详细描 述。 本发明提供了一种开关电源的保护装置，该装置主要包括保护电路，该保护电路 与开关电源内部各模块之间的连接关系如图1所示，变压器的其中一个输出绕组VCC作为 该保护电路和P丽芯片的供电电源，变压器的其他输出绕组作为开关电源的输出，通过P丽 芯片输出的脉宽信号来控制开关管的开通和关断，以实现开关电源的稳定输出；这里VCC 无反馈稳压功能，其他输出绕组有反馈稳压功能，即根据变压器的能量转换原理，当输出负 载增大时，VCC的电压会随之升高，而其他输出绕组的电压会因反馈而保持稳定。
该保护电路的设计原理图，如图2所示，该电路的供电电源由变压器的其中一个 输出绕组VCC提供，电路中的二极管D2连接P丽芯片的VCOMP端，由于VCC无反馈稳压功 能，随着输出负载的增加，VCC也随之增加。其中，VCOMP端的特点是，当P丽芯片正常工作 时，VCOMP端产生输出电压；当VCOMP端为低电平时，P丽芯片不能正常工作。
PNP型三极管Ql及NPN型三极管Q2组成了一个晶闸管(SCR， SiliconControlled Rectifier)电路，SCR电路的输入端与稳压管Dl相连，SCR电路的输出端通过二极管D2与 P丽芯片的VCOMP端相连；由SCR电路的特点可知，当Q2导通，Ql随即导通，由于Ql及Q2 组成了一个正反馈电路，所以一个微小的电流都会使得Ql及Q2快速达到深度饱和状态，使 Q2集电极电压降为低电平。 当输出负载在额定范围内时，VCC电压小于稳压管D1的击穿电压，则D1截止，R1、 D1、R2及R3通路没有电流通过，因而三级管Q1、Q2截止，Q2的集电极即SCR电路输出端电 压为高电平，此时P丽芯片正常工作时，其VC0MP端的电压一般在2 3V，不满足二极管D2 导通的条件，故D2截止，整个保护电路不工作；因D2处于截止状态，所以该保护电路不会对 VC0MP端的电压造成影响，也不会对P丽芯片的工作状态造成影响，进而不会影响开关电源 的正常工作，也就是说D2对P丽芯片的工作状态起到了隔离和保护作用。
当开关电源出现过载、甚至当输出短路时，由于VCC无反馈稳压功能，使得VCC的 电压随之升高，会在电源内部产生较大的电流。当VCC电压大于稳压管D1的击穿电压时， Dl反向导通，R1、D1、R2及R3通路导通，Q2的基极电压满足Q2导通的条件，Q2导通，Ql随 即导通，由于SCR电路的特点，使Ql及Q2快速达到深度饱和状态，则Q2的集电极即SCR电 路输出端电压降为低电平，因P丽芯片正常工作时，VC0MP端的电压一般在2 3V，满足二 极管D2导通条件，根据二极管的导通原理，D2导通后，VC0MP端会立即降为低电平，不能使 P丽芯片正常工作，输出脉宽信号为零，使得开关电源不工作，开关电源输出为零，防止因电 路电流过大而造成的内部器件过热损坏，对开关电源的内部器件起到了保护作用。
根据SCR电路的特点，此时，因Ql及Q2处于深度饱和状态，即使过载或短路故障 排除，也不能够自动退出饱和，VC0MP端的电压仍为低电平，开关电源仍不能工作，只有将开 关电源下电，将输出负载降到额定范围内、或排除短路故障后，将开关电源重新上电，才可 以使开关电源恢复正常工作，对开关电源起到了锁定保护作用。 在二极管的参数选择中，D1的击穿电压应不大于P丽芯片的最高工作电压以及开关管的最高工作驱动电压；由于D2的反向漏电流会随着温度升高而增大，当温度升高，D2 反向导通时，会使Ql及Q2导通，从而影响VC0MP端的电压，因此，二极管D2在选择时要保 证反向漏电流非常小，以防止电源正常工作时VCC对VC0MP端电平的影响。
基于上述装置，本发明提供了一种开关电源的保护方法，如图3所示，该方法包括 如下步骤 步骤300 :将变压器的一个输出绕组VCC作为P丽芯片的供电电源，并将变压器的 其他输出绕组作为开关电源的输出； 本步骤中，变压器的一个输出绕组VCC设置为无反馈稳压功能，其他输出绕组设 置为有反馈稳压功能，即当输出负载增大时，只有VCC的电压会随之升高，而其他输出绕组 的电压因反馈会保持稳定。 步骤301 :设计一个保护电路，将变压器的一个输出绕组VCC作为该保护电路的供 电电源，保护电路中晶闸管电路的输出端通过二极管D2连接P丽芯片的VC0MP端；当VCC 的电压大于稳压管D1的击穿电压，则转至步骤302 ;当VCC的电压小于稳压管D1的击穿电 压，则转至步骤303; 本步骤中，变压器的其中一个输出绕组VCC作为该保护电路的供电电源，保护电 路中晶闸管电路的输出端连接P丽芯片的VCOMP端；所述VCOMP端的特点是当P丽芯片正 常工作时，VCOMP端产生输出电压；当VCOMP端为低电平时，P丽芯片不能正常工作。
图2中，PNP型三极管Ql及NPN型三极管Q2组成了一个SCR电路，由该电路的特 点可知，当Q2导通，Q1随即导通，由于Ql及Q2组成了一个正反馈电路，一个微小的电流就 可以使Q1及Q2快速达到深度饱和状态，使Q2集电极即SCR电路的输出端电压降为低电平。 在二极管的参数选择中，Dl的击穿电压应不大于P丽芯片的最高工作电压以及开关管的最 高工作驱动电压；由于D2的反向漏电流会随着温度升高而增大，可能会使VCC对VCOMP端 的电平造成影响，因此在选择D2时要保证反向漏电流非常小。其中，各元器件的参数可根 据实际应用具体设置，这里VCC电压工作范围为12V 15V，较佳地，可以取电阻Rl为1K Q ， 稳压管D1的稳定电压为18V，电阻R2为15KQ ;电阻R4为1KQ ，电阻R5为15KQ ，电阻R6 为1KQ ;C1、R2、R3、C2组成滤波电路，其中，电阻R3为1KQ ，电容Cl为0. 1UF，C2为IOUF。
当VCC电压大于D1的击穿电压时，转至步骤302 ;当VCC电压小于稳压管D1的击 穿电压，则转至步骤303。 步骤302 :保护电路判断VCC电压是否大于稳压管Dl的击穿电压；当VCC电压大 于稳压管Dl的击穿电压，VCOMP端的电压降为低电平，P丽芯片停止工作，开关电源停止工 作，结束当前流程； 本步骤中，当开关电源出现过载、甚至输出短路时，由于VCC无反馈稳压功能，使 得VCC的电压升高，当VCC电压大于稳压管D1的击穿电压时，Dl反向导通，R1、D1、R2及 R3通路导通，Q2的基极电压满足Q2导通的条件，Q2导通，根据SCR电路的特点，Ql随即导 通，Q1及Q2快速达到深度饱和状态，则Q2的集电极即SCR电路输出端的电压降为低电平； 当P丽芯片正常工作时，VCOMP端为高电平，其电压一般在2 3V，满足二极管D2导通的条 件，D2导通后，根据二极管的导通原理，VCOMP端降为低电平，使P丽芯片不能正常工作、停 止输出脉宽信号，使得开关电源停止工作，开关电源输出为零，防止开关电源的内部器件因 输出电流过大而造成的过热损坏，对开关电源的内部器件起到了保护作用。
根据SCR电路的特点，此时，因Ql及Q2处于深度饱和状态，即使过载或短路故障 排除，也不能够自动退出饱和，VCOMP端的电压仍为低电平，开关电源仍不能工作，须将开关 电源下电，将输出负载降到额定范围内、或排除短路故障后，将开关电源重新上电，才可以 使开关电源恢复正常工作，对开关电源起到了锁定保护作用。 步骤303 :变压器输出绕组VCC电压小于稳压管D1的击穿电压，VCOMP端的电压不 受影响，P丽芯片正常工作，开关电源正常工作。 本步骤中，当输出负载在额定范围内，VCC电压小于稳压管D1的击穿电压，则D1截 止，R1、D1、R2及R3通路没有电流通过，因而三级管Q1、Q2截止，Q2的集电极为高电平，大 于P丽芯片正常工作时的VC0MP端的电平，不满足二极管D2导通的条件，故D2截止，整个 保护电路不工作；因D2处于截止状态，所以VCC不会对VC0MP端的电平造成影响，即D2对 P丽芯片的工作状态起到了隔离和保护作用，P丽芯片正常工作，开关电源正常工作。
本发明所述的方案可以广泛的应用于开关电源的过电流保护，根据具体情况调整 变压器绕组的匝数以及稳压管Dl的击穿电压等参数，以实现对开关电源的保护。
上述方案中，因为二极管D2的反向漏电流会随温度升高而增大，为了防止VCC对 VC0MP端电平的影响，可以采用光耦D2替代二极管作为保护电路的改进电路，如图4及图 5所示，根据光耦本身的特点，可以对VC0MP端的电平起到更好的隔离和保护作用。在图5 中，电阻R7对光耦起到了限流作用。 综上所述，本发明所述的装置及方法，仅运用一个保护电路就可以实现开关电源
的锁定保护，可靠性较高，且大大降低了设计成本，具有实际应用价值。 以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在
本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护
范围之内。
权利要求
一种开关电源的保护装置，其特征在于，该装置包括保护电路；其中，该保护电路包括稳压管、控制器件及晶闸管电路；所述保护电路，用于当开关电源出现过载时，稳压管反向导通，晶闸管电路进入深度饱和状态，控制器件导通，使PWM芯片的VCOMP端降为低电平，PWM芯片停止工作，使开关电源停止工作。
2. 根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述保护电路的供电电源由开关电 源的变压器的其中一个输出绕组提供，保护电路中晶闸管电路的输出端通过控制器件与 P丽芯片的VCOMP端相连；所述绕组设置为无反馈稳压功能。
3. 根据权利要求l所述的保护装置，其特征在于，所述稳压管的击穿电压不大于P丽芯片的最高工作电压以及开关电源的开关管的最 高工作驱动电压；和/或，所述控制器件的反向漏电流要求不影响VCOMP端的电压。
4. 根据权利要求1至3任一项所述的保护装置，其特征在于，所述控制器件为二极管或 光耦。
5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述控制器件为光耦时，所述保护电路进 一步包括与光耦相连的限流电阻。
6. —种开关电源的保护方法，其特征在于，保护电路包括稳压管、控制器件及晶闸管 电路；该方法包括当开关电源出现过载时，稳压管反向导通，晶闸管电路进入深度饱和状态，控制器件导 通，使P丽芯片的VC0MP端降为低电平，P丽芯片停止工作，使开关电源停止工作。
7. 根据权利要求6所述的保护方法，其特征在于，所述保护电路的供电电源由开关电 源的变压器的其中一个输出绕组提供，保护电路中晶闸管电路的输出端通过控制器件与 P丽芯片的VC0MP端相连；所述绕组设置为无反馈稳压功能。
8. 根据权利要求6所述的保护方法，其特征在于，所述稳压管的击穿电压不大于P丽芯片的最高工作电压以及开关电源的开关管的最 高工作驱动电压；和/或，所述控制器件的反向漏电流要求不影响VC0MP端的电压。
9. 根据权利要求6至8任一项所述的保护方法，其特征在于，所述控制器件为二极管或 光耦。
全文摘要
本发明公开了一种开关电源的保护装置及方法，通过设计一个保护电路，将变压器的其中一个输出绕组VCC作为保护电路的供电电源，并将保护电路中晶闸管电路的输出端通过控制器件与PWM芯片的VCOMP端相连；VCC设置为无反馈稳压功能，随输出负载的增大而增大，当VCC的电压大于保护电路中稳压管的击穿电压时，稳压管反向导通，晶闸管电路进入深度饱和状态，控制器件导通，使VCOMP端降为低电平，PWM芯片停止工作，从而使开关电源停止工作。采用本发明所提供的装置及方法，通过一个保护电路不仅可以实现对开关电源的锁定保护，还大大降低了成本，具有实际应用价值。
文档编号H02H7/122GK101699686SQ200910223800
公开日2010年4月28日 申请日期2009年11月19日 优先权日2009年11月19日
发明者阎建法 申请人:中兴通讯股份有限公司