短路保护电路的制作方法

本实用新型涉及开关电源领域，特别涉及一种开关电源输出短路保护电路。

背景技术：

开关电源是通过控制功率开关管的开通与闭合，实现电能转化的装置，具有体积小，效率高，重量轻，可靠性高等特点。随着电力电子的发展，开关电源广泛应用于各种电子设备中，其可靠性越来越受关注。开关电源的可靠性主要体现于通过自身实现输出过流、输出过压、短路保护功能。

当开关电源的输出功率较大时，短路保护是一个设计难点。受所选的电源变换器方案的限制，一些开关电源的开关最大占空比须＜50％。现有短路保护电路方案，一般采用的是主控IC的FB脚(即反馈引脚)电平限制(最大占空比限制)+输出电流控制环+单片机控制，来实现输出短路保护，过于复杂。为实现小体积和低成本要求，需想办法简化电路。

主控IC驱动引脚输出占空比必须小于50％。传统的做法是将反馈引脚限制在一定电平(小于反馈引脚触发短路保护的阈值)以下。当反馈引脚达到最大限制电平时，占空比不会再增大，电源以恒功率输出。但因为该方法限制了反馈引脚的电平，使其无法根据反馈引脚电平变化来触发短路保护。所以需要外加短路保护电路。

常见的短路保护方式还可以通过输出恒流限制实现，但对于大功率的开关电源，需要将输出电流的值限制得比较大，在长期短路保护时，二极管的温升很高，实现难度比较大。

技术实现要素：

为解决上述的问题，本实用新型提供一种采用检测输出电压的有无来判断输出是否短路的短路保护电路。

为了实现上述发明目的，本实用新型提供一种短路保护电路，包括短路保护开关和光耦反馈电路，光耦反馈电路，包括光耦OC201；短路保护开关，包括N-MOS管TR202，N-MOS管TR202的栅极分别通过电阻R203与辅助电源连接，通过电阻R205接地，还通过光耦OC201的光敏三极管接地；N-MOS管TR202的漏极作为短路保护开关的输出端，用于与主控IC的使能端连接；N-MOS管TR202的源极接地。在开关电源短路或掉电时，光耦OC201的光敏三极管截止，由辅助电源供电至短路保护开关，使短路保护开关导通；在开关电源正常工作时，光耦OC201的光敏三极管导通，使短路保护开关断开，不影响主控芯片的正常工作。

优选的，所述短路保护电路，还包括延时单元，延时单元串入辅助电源与电阻R203之间，包括电阻R201、电阻R202、稳压管D201、电容C201和电容C202，电阻R201的一端作为延时单元的输入端，用于与辅助电源连接；电阻R201的另一端通过电阻R202与稳压管D201的阴极连接，电阻R201还通过电容C201接地；稳压管D201的阳极通过电容C202接地，稳压管D201的阳极还作为延时单元的输出端，通过电阻R203为短路保护开关提供辅助电源。

优选的，所述短路保护电路，还包括回滞单元，回滞单元串入N-MOS管TR202的栅极与电阻R203之间，包括P-MOS管TR201和电阻R204，P-MOS管TR201的栅极与N-MOS管TR202的漏极连接；P-MOS管TR201的源极与电阻R204的一端连接，作为回滞单元的输入端；P-MOS管TR201的漏极与电阻R204的另一端连接，并作为回滞单元的输出端，用于与N-MOS管TR202的栅极连接。

优选的，所述光耦反馈电路，还包括采样电路，采样电路包括串联的电阻R206、电阻R207和电阻R208，输出电压端依次通过电阻R206、电阻R207及电阻R208接地；光耦OC201的发光二极管与电阻R207并联，其中光耦OC201的发光二极管的阳极接电阻R206，光耦OC201的发光二极管的阴极接电阻R208。

本实用新型还提供一种短路保护电路，包括短路保护开关和光耦反馈电路，短路保护开关串联在主控芯片的使能端与地之间，在输出短路时，光耦反馈电路不工作，辅助电源供电至短路保护开关，使短路保护开关导通，用以拉低主控芯片的使能端SS的电压，控制主控芯片不工作；在开关电源有输出电压时，光耦反馈电路工作，使短路保护开关断开，用以保持主控芯片的使能端SS的高电平状态，维持主控芯片的正常工作。

优选的，所述短路保护开关采用MOS管，在短路时，辅助电源供电至短路保护开关，短路保护开关导通；在开关电源有输出电压时，短路保护开关的栅极电压Vgs被光耦反馈电路拉低为低电平，短路保护开关被关断。

优选的，所述光耦反馈电路，包括光耦OC201；所述短路保护开关，包括MOS管TR202，MOS管TR202的栅极分别通过电阻R203与辅助电源连接、通过电阻R205接地、及通过光耦OC201的光敏三极管接地；MOS管TR202的漏极作为短路保护开关的输出端，用于与主控IC的使能端连接；MOS管TR202的源极接地。

优选的，所述光耦反馈电路，还包括采样电路，采样电路包括串联连接的电阻R206、电阻R207和电阻R208，输出电压端依次通过电阻R206、电阻R207及电阻R208接地；光耦OC201的发光二极管与电阻R207并联，其中光耦OC201的发光二极管的阳极接电阻R206，光耦OC201的发光二极管的阴极接电阻R208。

优选的，所述短路保护电路，还包括延时单元，延时单元串入辅助电源与电阻R203之间，包括电阻R201、电阻R202、稳压管D201、电容C201和电容C202，电阻R201的一端作为延时单元的输入端，用于与辅助电源连接；电阻R201的另一端通过电阻R202与稳压管D201的阴极连接，电阻R201还通过电容C201接地；稳压管D201的阳极通过电容C202接地，稳压管D201的阳极还作为延时单元的输出端，用于向短路保护开关提供辅助电源。

优选的，所述短路保护电路，还包括回滞单元，回滞单元串入N-MOS管TR202的栅极与电阻R203之间，包括P-MOS管TR201和电阻R204，P-MOS管TR201的栅极与N-MOS管TR202的漏极连接；P-MOS管TR201的源极与电阻R204的一端连接，还作为回滞单元的输入端；P-MOS管TR201的漏极与电阻R204的另一端连接，并作为回滞单元的输出端，用于与N-MOS管TR202的栅极连接。

本实用新型的短路保护电路，当输出发生短路时，短路保护电路检测并迅速反馈给主控IC，触发IC的保护功能，关断功率开关管，间隔一段时间后，尝试重新启动(自恢复)。自恢复时间可以通过电路调节，进而可以很好地控制长期短路时的平均功率，降低功率元件的温升。

附图说明

图1为主控IC的FB脚电平限制电路的电路原理图；

图2为本实用新型短路保护电路的电路原理图。

具体实施方式

为解决上述问题，本发明人开始使用的是原边峰值功率限制+主控IC自身的短路保护方案：当过载(过功率)、输出短路或副边反馈环路断开时，光耦不从FB端口吸收电流，从而导致FB端口电压VFB大于4.5V。若FB端口电压VFB大于4.5V持续了32.5ms，则确认为工作异常，进入输出短路/开环保护状态，GATE端口停止输出，并且主控IC内部的计时器开始计时；当主控IC内部的计时器计时到1.67s时，芯片又重新尝试启机，有软启动过程；重复上述过程，直至短路异常排除。

采用这种方式的弊端是：FB脚不能限制，在关机再立即开机时，主控IC各引脚电压仍充足，此时将以最大占空比运行(＞50％)，开关管的电压应力严重超规格，有炸机风险。

本发明人也尝试使用输出恒流限制，将输出电流最大值限制在15A左右，但需要额外增加辅助电源绕组，电流检测电阻、运放比较器等，受布局空间的限制，较难实现；另外，在长期短路保护时，输出二极管的温升很大，并不可行。

经过深入研究电路系统的短路保护机制后，发明人发现，可采用检测输出电压的有无来判断输出是否短路，当输出短路异常发生时，反馈给主控IC，关断驱动。并间隔一段时间(可调)后，尝试重启。这样一来，即可不依靠主控IC的FB脚电平来完成短路保护的触发，便可以增加FB脚电压限制电路，达到控制最大占空比及最大功率的作用，确保双管正激的主功率电电路安全运行。同时，又可由主控IC的FB脚实现对主控IC的短路保护控制。且通过调节重启间隔时间，可以很好的控制在输出长期短路时的输入平均功率。

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面结合附图进一步说明。

如图1所示，占空比限制电路是由精准校准器U101(AZ431L)及电阻R101、电阻R102组成。电阻R101一端连接在U101(AZ431L)的1脚(基准脚)，另一端连接在U101(AZ431L)的2脚(阴极)，电阻R102一端连接在U101(AZ431L)的1脚(基准脚)，另一端连接在U101(AZ431L)的3脚，连接到地。U101(AZ431L)的2脚(阴极)连接到主控IC的反馈引脚(FB脚)。

主控IC反馈引脚(FB脚)的电压经电阻R101和电阻R102分压，当电阻R102的电压小于U101(AZ431L)的基准电压V_ref(1.24V)时，U101(AZ431L)截至，占空比限制电路不起作用；当电阻R102的电压大于U101(AZ431L)的基准电压V_ref(1.24V)时，U101(AZ431L)导通，电阻R102的电压会被钳在基准电压V_ref(1.24V)，主控IC反馈引脚(FB脚)的电压会被钳在(1+R1/R2)*V_ref，从而实现占空比限制。

如图2所示，本实用新型短路保护电路由控制单元、检测单元、延时单元、回滞单元组成。

使能端口ss连接在主控IC的使能引脚，当使能引脚为高电平时，主控IC正常工作，当使能引脚为低电平时，主控IC停止工作。Vcc连接在辅助电源绕组整流后的端口。Vo1连接在电源输出电压的正端。光耦用于隔离初次级，其3脚连接初级地，2脚通过电阻R208连接次级地。

控制单元包括N-MOS管TR202和电阻R205，N-MOS管TR202的栅极接有三条支路，一路通过电阻R203与辅助电源连接，一路通过电阻R205接地，另一路通过光耦OC201的光敏三极管接地；N-MOS管TR202的漏极作为短路保护开关的输出端，用于与主控IC的使能端连接；N-MOS管TR202的源极接地。N-MOS管TR202通过开通与关断来控制主控IC的工作。

检测单元是采用光耦反馈输出电压的光耦反馈电路，包括电阻R206、电阻R207、电阻R208及光耦芯片OC201，输出电压端依次通过电阻R206、电阻R207及电阻R208接地形成输出电压的采样电路；光耦OC201的发光二极管与电阻R207并联，其中光耦OC201的发光二极管的阳极接电阻R206，光耦OC201的发光二极管的阴极接电阻R208。当开关电源有输出电压时，光耦1、2脚有电流流过，使3、4脚导通，拉低N-MOS管TR202的G极，N-MOS管TR202截止，使能端口ss处于高电平，主控IC正常工作。当开关电源短路或掉电时，光耦3、4脚截止，N-MOS管TR202的G极为高电平，N-MOS管TR202导通，拉低使能端口ss，主控IC停止工作。

延时单元串入辅助电源与电阻R203之间，包括电阻R201、电容C201、电阻R202、稳压二极管D201和电容C202，电阻R201的一端作为延时单元的输入端，用于与辅助电源连接；电阻R201的另一端通过电阻R202与稳压管D201的阴极连接，电阻R201还通过电容C201接地；稳压管D201的阳极通过电容C202接地，稳压管D201的阳极还作为延时单元的输出端，用于向短路保护开关输出辅助电源。电阻R201、电容C201、电阻R202、稳压二极管D201的作用是延迟建立电容C202的电压，确保其电压建立的时间长于输出电压建立的时间，保证模块的正常开机。另一方面，调节电阻R201、电容C201、电阻R202、电容C202的值，可以调节自恢复时间，控制长期短路时的平均功率。

回滞单元串入N-MOS管TR202的栅极与电阻R203之间，包括P-MOS管TR201和电阻R204，P-MOS管TR201的栅极与N-MOS管TR202的漏极连接；P-MOS管TR201的源极与电阻R204的一端连接，还作为回滞单元的输入端；P-MOS管TR201的漏极与电阻R204的另一端连接，并作为回滞单元的输出端，用于与N-MOS管TR202的栅极连接。P-MOS管TR201起到延长回滞时间的作用。当触发短路保护后，使能端口ss被拉低，P-MOS管TR201导通，电阻R204被短路，N-MOS管TR202的基极1脚分压更大，使能端口ss会被持续拉低；同时，电容C202由于失去能量来源，两端电压开始下降，只有当电容C202两端电压降到更低时，使能端口ss才会被释放；然后模块重新起机，如果短路故障仍存在，则重复上述过程，如果短路故障消除，模块恢复正常工作。

由以上方案可以看出，该实用新型提供一种开关电源的短路保护电路，仅由电阻、电容、稳压二极管、MOS管和光耦构成，并通过检测次级电路的输出状态来控制主控IC，实现输出短路的保护功能，解决主控IC由于占空比电平限制而不能实现自我短路保护功能的问题，因此，本实用新型短路保护电路的电路结构简单，反应迅速、准确，且短路功耗小。相较于输出恒流限制的保护方案，具有电路简单，成本低廉，短路功耗更小的优点。相较于主控IC的开环保护方案，具有应用范围更广，重启周期灵活可调的优点，特别适用于占空比不能超过50％的功率拓扑。且具有低成本、高可靠性，应用广泛的优点，并可有效提高开关电源的寿命。