开关电源电压保护电路及电压转换设备的制作方法

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种开关电源电压保护电路及电压转换设备。

背景技术：

开关电源可以为电子设备中所有部件提供其所需要的电能。开关电源功率的大小，电流和电压是否稳定，将直接影响电子设备的工作性能和使用寿命。当开关电源过压时，不仅会造成电子元器件的损伤，还可能会烧坏电子设备。因此，对开关电源输出电压异常情况进行保护处理，显的极为重要。

目前的多级开关电源中，在多级开关电源输出电压异常时，通常通过控制二级电压变换器中的开关元件，关断二级电路的输出，以进行电压保护。

但是，上述通过控制关断二级电压变换器输出，进行电压保护的方式，无法实现多级开关电源彻底断电，增加了开关电源能量的消耗，使开关电源安全性差。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种开关电源电压保护电路，通过利用电压检测支路，检测二级电压变换器的输出电压，并根据该电压，控制一级电压变换器中第一开关器件的工作状态，进而控制整个开关电源的工作状态，实现了在开关电源输出电压异常时，可以快速关断一级电压变换器中的第一开关器件，从而使整个开关电源都断电，避免了开关电源能量的消耗，提高了开关电源的安全性。

本发明的第二个目的在于提出一种电压转换设备。

为达到上述目的，本发明实施例提出的一种开关电源电压保护电路，包括：一级电压变换器、二级电压变换器，电压检测支路及控制支路；

所述一级电压变换器的输入端与所述开关电源的输入端连接，所述一级电压变换器的输出端与所述二级电压变换器的输入端连接；

所述二级电压变换器的输出端与所述电压检测支路的输入端连接；

所述电压检测支路的输出端与所述控制支路的输入端连接；

所述控制支路的输出端与所述一级电压变换器中的第一开关器件的控制端连接，用于根据所述二级电压变换器的输出电压，控制所述第一开关器件的工作状态。

本申请实施例提供的开关电源电压保护电路，包括：一级电压变换器、二级电压变换器，电压检测支路及控制支路；一级电压变换器的输入端与开关电源的输入端连接，一级电压变换器的输出端与二级电压变换器的输入端连接；二级电压变换器的输出端与电压检测支路的输入端连接；电压检测支路的输出端与控制支路的输入端连接；控制支路的输出端与一级电压变换器中的第一开关器件的控制端连接，用于根据二级电压变换器的输出电压，控制第一开关器件的工作状态。由此，通过利用电压检测支路，检测二级电压变换器的输出电压，并根据该电压，控制一级电压变换器中第一开关器件的工作状态，进而控制整个开关电源的工作状态，实现了在开关电源输出电压异常时，可以快速关断一级电压变换器中的第一开关器件，从而使整个开关电源都断电，避免了开关电源能量的消耗，提高了开关电源的安全性。

此外，本发明实施例还提出了一种电压转换设备，包括如上所述的开关电源电压保护电路。

本申请实施例提供的电压转换设备中，开关电源电压保护电路包括：一级电压变换器、二级电压变换器，电压检测支路及控制支路；一级电压变换器的输入端与开关电源的输入端连接，一级电压变换器的输出端与二级电压变换器的输入端连接；二级电压变换器的输出端与电压检测支路的输入端连接；电压检测支路的输出端与控制支路的输入端连接；控制支路的输出端与一级电压变换器中的第一开关器件的控制端连接，用于根据二级电压变换器的输出电压，控制第一开关器件的工作状态。由此，通过利用电压检测支路，检测二级电压变换器的输出电压，并根据该电压，控制一级电压变换器中第一开关器件的工作状态，进而控制整个开关电源的工作状态，实现了在开关电源输出电压异常时，可以快速关断一级电压变换器中的第一开关器件，从而使整个开关电源都断电，避免了开关电源能量的消耗，提高了开关电源的安全性。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请一个实施例的开关电源电压保护电路的结构示意图；

图2为本申请另一个实施例的开关电源电压保护电路的结构示意图；

图3为本申请另一个实施例的开关电源电压保护电路的结构示意图；

图4为本申请另一个实施例的开关电源电压保护电路的结构示意图；

图5为本申请另一个实施例的开关电源电压保护电路的结构示意图；

图6为本申请另一个实施例的开关电源电压保护电路的结构示意图；

图7为本申请一个实施例的电压转换设备的结构示意图。

附图标记说明：

一级电压变换器-11；第一开关器件-111；电容-112；

二级电压变换器-12；整流二极管-121；电容-122；

电压检测支路-13；第一电阻131；第二开关器件-132；

驱动组件-133；第一稳压二极管-1331；第二电阻-1332；

二极管-1333；第二稳压二极管-1334；电容-1335；

第三电阻-1336；第四电阻-1337；控制支路-14；

隔离支路-15；电压转换设备-70；开关电源电压保护电路-71。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

具体的，本申请各实施例针对现有的多级开关电源的电压保护方式，通过控制关断二级电压变换器输出，进行电压保护，无法实现多级开关电源彻底断电，增加了开关电源能量的消耗，使开关电源安全性差的问题，提出一种包含电压检测支路和控制支路的开关电源电压保护电路，当电压检测支路检测到开关电源输出欠压或过压时，通过控制支路快速关断一级电压变换器中的第一开关器件，使整个开关电源断电，从而避免了开关电源能量的消耗，提高了开关电源的安全性。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的开关电源电压保护电路及电压转换设备。

图1为本申请一个实施例的开关电源电压保护电路的结构示意图。

如图1所示，开关电源电压保护电路，包括：一级电压变换器11、二级电压变换器12，电压检测支路13及控制支路14。

具体的，所述一级电压变换器11的输入端与所述开关电源的输入端连接，所述一级电压变换器11的输出端与所述二级电压变换器12的输入端连接；

所述二级电压变换器12的输出端与所述电压检测支路13的输入端连接；

所述电压检测支路13的输出端与所述控制支路14的输入端连接；

所述控制支路14的输出端与所述一级电压变换器11中的第一开关器件111的控制端连接，用于根据所述二级电压变换器12的输出电压，控制所述第一开关器件111的工作状态。

其中，一级电压变换器11，可以是交流-直流变换器，也可以是直流-直流变换器，另外，一级电压变换器11可以为任意拓扑形式，比如，可以是推挽、正激、反激等形式。

二级电压变换器12，可以是直流-直流变换器，另外，二级电压变换器12可以为任意拓扑形式，比如，可以是推挽、正激、反激、buck、boost等形式。

控制支路14，可以为电源管理芯片，例如ncp1236、hip6301、is6537等，此处不作限制。

在本申请提供的开关电源电压保护电路中，通过电压检测支路13，检测二级电压变换器12的输出电压，进而通过控制支路14根据二级电压变换器12的输出电压，控制一级电压变换器11中的第一开关器件111的工作状态，从而使得当电压检测支路13检测的二级电压变换器12的输出电压异常时，可以快速关断一级电压变换器11中的第一开关器件111，从而使整个开关电源都断电，避免了开关电源能量的消耗，提高了开关电源的安全性。

具体的，当二级电压变换器12的输出电压正常时，控制支路14可以通过控制第一开关器件111导通，使开关电源正常输出；当二级电压变换器12的输出电压欠压或过压时，控制支路14可以通过控制第一开关器件111关断，使开关电源停止输出，从而避免了能量的消耗，提高了开关电源的稳定性和安全性。

另外，为了保护开关电源电压保护电路中的元件不被损坏，在本申请实施例中，如图2所示，开关电源电压保护电路中还可以包括：隔离支路15。

具体的，所述隔离支路15的输入端与所述电压检测支路13的输出端连接，所述隔离支路15的输出端与所述控制支路14的输入端连接。

其中，隔离支路15可以由变压器、光耦等具有隔离作用的元器件组成，用于将控制支路14与电压检测支路13进行电气隔离。

需要说明的是，隔离支路15的位置可以根据需要进行设置，比如可以设置在如图2所示的位置，也可以设置在二级电压变换器12和电压检测支路13之间，或者，还可以设置在一级电压变换器11和控制支路14之间，此处不作限制。

本申请实施例提供的开关电源电压保护电路，包括一级电压变换器、二级电压变换器，电压检测支路及控制支路，通过利用电压检测支路，检测二级电压变换器的输出电压，并根据该电压，控制一级电压变换器中第一开关器件的工作状态，进而控制整个开关电源的工作状态，实现了在开关电源输出电压异常时，可以快速关断一级电压变换器中的第一开关器件，从而使整个开关电源都断电，避免了开关电源能量的消耗，提高了开关电源的安全性。

上述实施例对本申请实施例提供的开关电源电压保护电路的整体结构进行了说明，下面结合图3，对本申请实施例提供的开关电源电压保护电路中的电压检测支路13进行具体说明。

图3为本申请另一个实施例的开关电源电压保护电路的结构示意图。

如图3所示，所述电压检测支路13包括：第一电阻131、第二开关器件132及驱动组件133。

具体的，所述第一电阻131的一端与所述二级电压变换器12的正输出端连接，所述第一电阻131的另一端与所述控制支路14的输入端、所述第二开关器件132的一端及所述驱动组件133的输入端连接；

所述第二开关器件132的另一端接地；

所述驱动组件133的输出端与所述第二开关器件132的控制端连接，用于在所述二级电压变换器12的输出电压高于预设值u1时，控制所述第二开关器件132导通。

其中，预设值u1，用来表征开关电源输出电压正常时的最高电压，若开关电源输出电压高于预设值u1，则可能会造成电子元器件的损伤，或者烧坏电子设备。

第一电阻131，用来限制从二级电压变换器12输出端流入电压检测支路13的电流大小，以避免电流过大时对后级电路中的电子元器件造成的损伤。

第二开关器件132可以为以下任意器件中的一种：三极管、金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，简称mosfet)、光耦、继电器。

可以理解的是，在本申请实施例中，可以根据控制支路14的特性，及第二开关器件132的特征，预先对驱动组件133进行设置，使驱动组件133在二级电压变换器12的输出电压不同时，对第二开关器件132的工作状态进行相应的控制，从而使控制支路14的输入电压发生变化，进而使控制支路14对第一开关器件111的工作状态进行控制。

具体的，控制支路14可以选用具有高低压检测功能的电源管理芯片，其某一引脚vh具有高低压检测功能，当该引脚的电压高于预设值u2时，电源管理芯片正常工作，当该引脚的电压低于预设值u2时，电源管理芯片停止工作，从而可以根据引脚vh的输入电压，控制第一开关器件111的工作状态。

其中，预设值u2，可以根据控制支路14的特性进行设置。

具体的，当开关电源输出电压正常时，驱动组件133控制第二开关器件132断开，此时电源管理芯片的vh引脚的输入电压大于预设值u2，电源管理芯片正常工作，从而控制第一开关器件111工作，使开关电源正常输出；当开关电源输出电压欠压时，电源管理芯片的vh引脚的输入电压小于预设值u2，此时，电源管理芯片停止工作，从而控制第一开关器件111断开，使开关电源停止输出；当开关电源输出电压过压时，驱动组件133可以控制第二开关器件132闭合，此时电源管理芯片的vh引脚的输入电压被拉低到小于预设值u2，电源管理芯片停止工作，从而控制第一开关器件111断开，使开关电源停止输出。

需要说明的是，本申请实施例以第二开关器件断开，电源管理芯片的vh引脚的输入电压高于预设值u2，第二开关器件闭合，电源管理芯片的vh引脚的输入电压低于预设值u2为例进行说明，在实际运用中，也可以以第二开关器件断开，电源管理芯片的vh引脚的输入电压低于预设值u2，第二开关器件闭合，电源管理芯片的vh引脚的输入电压高于预设值u2进行设计，此处不作限制。

另外，本申请采用的电源管理芯片为某一引脚电压高于预设值u2时，电源管理芯片正常工作，某一引脚电压低于预设值u2时，电源管理芯片停止工作的逻辑，在实际运用中，也可以选用具有其它逻辑的芯片进行设计，此处不作限制。

下面以一级电压变换器11为全桥整流器，二级电压变换器12为单端反激式，控制支路14为电源管理芯片ncp1236为例，对本申请实施例提供的开关电源电压保护电路，进行具体说明。

图4为本申请另一个实施例的开关电源电压保护电路的结构示意图。

其中，电容112用于滤除全桥整流器输出的电压中的交流成分，其可以为多个电容的串联或并联，也可以为单个电容。图4中以电容112包含单个电容进行示意。

整流二极管121与电容122用于对变压器输出的电压进行整流和滤波，以使多极开关电源输出的电压更为平稳。

电源管理芯片ncp1236，其vh引脚具有高低压检测功能，当vh引脚的电压高于预设值u2时，电源管理芯片ncp1236正常工作，当vh引脚的电压低于预设值u2时，电源管理芯片ncp1236停止工作。

需要说明的是，本申请中的参考附图均为示意性说明，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

如图4所示，第二开关器件132为光耦时，驱动组件133可以包括：第一稳压二极管1331及第二电阻1332。

其中，所述稳压二极管1331的阴极与所述第一电阻131的另一端连接；

所述稳压二极管1331的阳极与所述第二电阻1332的一端连接；

所述第二电阻1332的另一端与所述第二开关器件132的控制端连接。

需要说明的是，第一开关器件111可以是一级电压变换器11中的任一三极管，图4中以左上角的三极管为第一开关器件111进行示意。

具体的，当开关电源输出电压正常时，第一稳压二极管1331反向截止，第二开关器件132中的发光二极管不发光，第二开关器件132中的光敏三极管截止，此时，电源管理芯片ncp1236的vh引脚的输入电压大于预设值u2，电源管理芯片ncp1236正常工作，从而可以控制第一开关组件111导通，使开关电源正常输出；当开关电源输出欠压时，电源管理芯片ncp1236的vh引脚的输入电压小于预设值u2，电源管理芯片ncp1236停止工作，从而可以控制第一开关组件111截止，使开关电源停止输出；当开关电源输出过压时，第一稳压二极管1331反向导通，第二开关器件132中的发光二极管发光，第二开关器件132中的光敏三极管导通，从而可以将电源管理芯片ncp1236的vh引脚的输入电压拉低，此时，电源管理芯片ncp1236的vh引脚的输入电压小于预设值u2，电源管理芯片ncp1236停止工作，从而可以控制第一开关组件111截止，使开关电源停止输出。

进一步的，第二开关器件132为继电器时，如图5所示，驱动组件133包括第一稳压二极管1331和第二电阻1332。其中，继电器可以为常开继电器。

具体的，当开关电源输出电压正常时，第一稳压二极管1331反向截止，继电器线圈不得电，继电器开关断开，此时，电源管理芯片ncp1236的vh引脚的输入电压大于预设值u2，电源管理芯片ncp1236正常工作，从而可以控制第一开关组件111导通，使开关电源正常输出；当开关电源输出欠压时，电源管理芯片ncp1236的vh引脚的输入电压小于预设值u2，电源管理芯片ncp1236停止工作，从而可以控制第一开关组件111截止，使开关电源停止输出；当开关电源输出过压时，第一稳压二极管1331反向导通，继电器线圈得电，继电器开关闭合，从而将电源管理芯片ncp1236的vh引脚的输入电压拉低，此时电源管理芯片ncp1236的vh引脚的输入电压小于预设值u2，电源管理芯片ncp1236停止工作，从而控制第一开关组件111截止，使开关电源停止输出。

另外，因为继电器线圈在失电的一瞬间会产生一个很强的反向电动势，可能会对其它元件有影响，因此，在本实施例中，驱动组件133还包括二极管1333。

其中，所述二极管1333的阴极与所述继电器的线圈的一端及所述第二电阻1332的另一端连接，所述二极管1333的阳极与所述继电器线圈的另一端及地连接。

通过在继电器线圈两端反向并联二极管1333，来消耗继电器线圈断电时产生的反向电动势，从而避免对电路中的其它元器件的影响。

需要说明的是，本实施例中，若开关电源的输出电压较高，稳压二极管的反向稳压值较小，那么由开关电源输出的电压经过第一电阻131及稳压二极管1331后加载在第二开关器件132的驱动电压就较高，因此，如图4和图5所示，驱动组件133中还可以包括第二电阻1332，用于对开关电源输出的电压进行分压，及限制流入第二开关器件132的控制端的电流大小，以保护第二开关器件132不被烧毁。

进一步的，第二开关器件132为三极管或mosfet管时，如图6所示，驱动组件133可以包括：第二稳压二极管1334、电容1335及第三电阻1336。图6以第二开关器件132为npn型三极管进行示意。

其中，所述第二稳压二极管1334的阴极与所述第一电阻131的另一端连接；

所述第二稳压二极管1334的阳极，与所述第二开关器件132的控制端、所述电容1335的一端及所述第三电阻1336的一端连接；

所述电容1335的另一端与所述第三电阻1336的另一端及地连接。

在本实施例中，电容1335，可用于对加载在第二开关器件132上的驱动电压进行稳压控制，从而避免第二开关器件132的控制端被瞬态高压冲坏，提高了第二开关器件132的可靠性和安全性。

第三电阻1336，与电容1335并联，从而可以对电容1335进行放电。另外，当开关电源输出过压时，第二稳压二极管1334导通，由第一电阻131和第三电阻1336对开关电源输出电压进行分压后，用于驱动第二开关器件132的导通。

另外，第二稳压二极管1334和第一稳压二极管1331，可以为相同的稳压二极管，也可以为不同的稳压二极管，此处不作限制。

具体的，当开关电源输出电压正常时，第二稳压二极管1334反向截止，第二开关器件132截止，此时，电源管理芯片ncp1236的vh引脚的输入电压大于预设值u2，电源管理芯片ncp1236正常工作，从而可以控制第一开关组件111导通，使开关电源正常输出；当开关电源输出欠压时，电源管理芯片ncp1236的vh引脚的输入电压小于预设值u2，电源管理芯片ncp1236停止工作，从而可以控制第一开关组件111截止，使开关电源停止输出；当开关电源输出过压时，第二稳压二极管1334反向导通，第二开关器件132导通，从而可以将电源管理芯片ncp1236的vh引脚的输入电压拉低，此时电源管理芯片ncp1236的vh引脚的输入电压小于预设值u2，电源管理芯片ncp1236即可停止工作，使第一开关组件111截止，从而使开关电源停止输出。

另外，在本申请实施例中，如图6所示，开关电源电压保护电路还可以包括第四电阻1337。图4和图5中未示出。

其中，所述第四电阻1337的一端与所述第一电阻131的另一端、及所述控制支路14的输入端连接；

所述第四电阻1337的另一端与所述第二开关器件132的一端连接。

通过在第二开关器件132的一端连接第四电阻1337，可以限制流入第二开关器件132的电流大小，避免第二开关器件132被损坏。

申请实施例提供的开关电源电压保护电路，包括：一级电压变换器、二级电压变换器，电压检测支路及控制支路；一级电压变换器的输入端与开关电源的输入端连接，一级电压变换器的输出端与二级电压变换器的输入端连接；二级电压变换器的输出端与电压检测支路的输入端连接；电压检测支路的输出端与控制支路的输入端连接；控制支路的输出端与一级电压变换器中的第一开关器件的控制端连接，用于根据二级电压变换器的输出电压，控制第一开关器件的工作状态。由此，通过利用电压检测支路，检测二级电压变换器的输出电压，并根据该电压，控制一级电压变换器中第一开关器件的工作状态，进而控制整个开关电源的工作状态，实现了在开关电源输出电压异常时，可以快速关断一级电压变换器中的第一开关器件，从而使整个开关电源都断电，避免了开关电源能量的消耗，提高了开关电源的安全性。

为了实现上述实施例，本申请还提出一种电压转换设备。

图7为本申请一个实施例的电压转换设备的结构示意图。

如图7所示，该电压转换设备70包括：开关电源电压保护电路71。

其中，所述开关电源电压保护电路71的结构和工作原理可参照上述各实施例的解释说明，此处不再赘述。

本申请实施例提供的电压转换设备中，开关电源电压保护电路包括：一级电压变换器、二级电压变换器，电压检测支路及控制支路；一级电压变换器的输入端与开关电源的输入端连接，一级电压变换器的输出端与二级电压变换器的输入端连接；二级电压变换器的输出端与电压检测支路的输入端连接；电压检测支路的输出端与控制支路的输入端连接；控制支路的输出端与一级电压变换器中的第一开关器件的控制端连接，用于根据二级电压变换器的输出电压，控制第一开关器件的工作状态。由此，通过利用电压检测支路，检测二级电压变换器的输出电压，并根据该电压，控制一级电压变换器中第一开关器件的工作状态，进而控制整个开关电源的工作状态，实现了在开关电源输出电压异常时，可以快速关断一级电压变换器中的第一开关器件，从而使整个开关电源都断电，避免了开关电源能量的消耗，提高了开关电源的安全性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“面积”、“宽度”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的m个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。