一种保护电路及电源设备的制作方法

1.本实用新型涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种保护电路及电源设备。


背景技术：

2.开关电源作为一种电源设备，通过将输入电源进行转换处理以得到可供各种用电设备使用的供电电源。在开关电源应用中，通过会加入各种保护电路以确保开关电源安全、可靠和稳定运行。举例而言，通过加入输出短路保护电路来应对输出端可能会出现的短路情况，从而避免设备过度发热或电路中器件因短路而影响寿命，甚至损坏。目前，主流的输出短路保护的方式包括打嗝保护或锁死保护。
3.所谓打嗝保护是指开关电源工作过程中，若检测到输出短路，则启动保护，此时控制开关电源停止输出，然后，经过预设时长后，控制开关电源重新输出，若检测到输出还短路，则继续保护，这样开关电源间歇输出，也就是打嗝。出现短时的输出短路时，由打嗝保护的机制可以知道，一旦检测到输出短路就停止电源输出，并且可在短路消除后恢复电源输出，因此此种方式能够很好地应对短时输出短路情况，然而，当出现持续长时间的输出短路(例如电路持续搭接或器件损坏)时，在打嗝保护过程中，将会产生持续性的间歇大电流，对开关电源造成不利影响。因此，打嗝保护在输出短路应用中存在一定的局限性。
4.所谓锁死保护是指开关电源工作过程中，若检测到输出短路，直接控制开关电源停止输出，因此，此种方式可应对短时或持续长时间的输出短路。但是，我们希望短时的输出短路可以恢复，持续长时间的输出短路才需要锁死，根据锁死保护的机制可以知道，其并不能在短时的输出短路后及时恢复，从而破坏了设备运行的持续性，影响用户体验。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种保护电路及电源设备，能够解决现有技术中输出短路保护机制不能在应对各种输出短路情况时存在局限性的技术问题。
6.本实用新型实施例为解决上述技术问题提供了如下技术方案：
7.在第一方面，本实用新型实施例提供一种保护电路，应用于电源电路，所述保护电路包括主控制器、短路检测电路、电压检测电路及计时控制电路；所述短路检测电路分别与所述电源电路的输出端及所述主控制器连接，所述短路检测电路用于检测所述电源电路的输出端短路时，向所述主控制器输出短路信号；所述主控制器与所述电源电路连接，用于接收到来自所述短路检测电路的短路信号时，控制所述电源电路停止输出；所述电压检测电路分别与所述控制器及所述电源电路的输出端连接，用于检测所述电源电路的输出端的输出电压，并且向所述主控制器输出对应的电压检测信号；所述主控制器包括使能输入端及指示输出端，所述主控制器在根据所述输出电压信号确定所述输出电压落入预设电压范围内时，控制所述指示输出端输出第一电平信号，所述主控制器的使能输入端在输入第二电平信号时，控制所述电源电路不启动输出；所述计时控制电路分别与所述主控制器的使能输入端和指示输出端连接，用于累计接收到所述第一电平信号的时长，当所述时长大于预
设时长时，向所述主控制器的使能输入端输出所述第二电平信号，以使所述主控制器控制所述电源电路不启动输出。
8.可选的，所述计时控制电路包括第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路及储能电路；所述储能电路分别与所述第一开关电路、所述第二开关电路及所述第三开关电路连接，所述第一开关电路还用于与辅助电源及所述主控制器的指示输出端连接，所述第二开关电路还与所述主控制器的指示输出端连接，所述第三开关电路还与所述主控制器的使能输入端连接；在所述主控制器的指示输出端输出所述第一电平信号时，所述第一开关电路导通，所述辅助电源通过所述第一开关电路为所述储能电路充电，当所述储能电路所储存的电压大于第一预设电压时，所述第二开关电路导通以使所述第一开关电路持续导通，当所述储能电路所存储的电压大于第二预设电压时，所述第三开关电路导通并向所述主控制器的使能输入端输出所述第二电平信号，以使所述主控制器控制所述电源电路不启动输出。
9.可选的，所述第一开关电路包括电路包括pnp型三极管；所述pnp 型三极管的基极与所述主控制器的指示输出端连接，所述pnp型三极管的发射极与所述辅助电源连接，所述pnp型三极管的集电极与所述储能电路连接。
10.可选的，所述第一开关电路还包括第一电阻及第二电阻及第一电容；所述第一电阻的一端与所述指示输出端连接，所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的一端、所述第一电容的一端及所述pnp型三极管的基极共同连接，所述第二电阻的另一端及所述第一电容的另一端用于与辅助电源连接。
11.可选的，所述储能电路包括第二电容；所述第二电容的第一端分别与所述pnp型三极管的集电极及所述第二开关电路连接，所述第二电容的第二端用于接地。
12.可选的，所述储能电路还包括第三电阻、第四电阻及第一二极管；所述第三电阻的一端与所述pnp型三极管的集电极连接，所述第三电阻的另一端与所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极及所述第四电阻的一端与所述第二电容的第一端连接，所述第四电阻另一端用于接地。
13.可选的，所述第二开关电路包括第五电阻、第六电阻、第三电容、第二二极管及第一npn三极管；所述第五电阻的一端与所述第二电容的第一端连接，所述第五电阻的另一端与所述第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极、所述第六电阻的一端、所述第三电容的一端及所述第一npn三极管的基极共同连接，所述第一npn三极管的集电极与所述主控制器的指示输出端连接，所述第一npn三极管的发射极、所述第六电阻的另一端及所述第三电容的另一端用于接地。
14.可选的，所述第三开关电路包括第二npn型三极管；所述第二npn 型三极管的基极与所述第二电容的第一端连接，所述第二npn型三极管的集电极与所述主控制器的使能输入端连接，所述第二npn型三极管的发射极用于接地。
15.可选的，所述第三开关电路还包括第七电阻、第八电阻及第四电容；所述第七电阻的一端与所述第二电容的第一端连接，所述第七电阻的另一端、所述第八电阻的一端、所述第四电容的一端及所述第二npn型三极管的基极共同连接，所述第八电阻的另一端及所述第四电容的另一端用于接地。
16.在第二方面，本实用新型实施例提供一种电源设备，包括电源电路和如上所述的
保护电路，所述电源电路与所述保护电路连接。
17.本实用新型实施例的有益效果是：区别于现有技术，提供一种保护电路及电源设备。保护电路应用于电源电路，保护电路包括主控制器、短路检测电路、电压检测电路及计时控制电路，主控制器分别与短路检测电路、电压检测电路及计时控制电路连接，主控制器通过短路检测电路来判断电源电路的输出端短路时，停止电源电路的输出，并且，主控制器通过电压检测电路检测电源电路的输出电压落在预设电压范围内时，向计时控制电路输出一个电平信号，计时控制电路统计接收到该电平信号的时长，当该时长大于预设时长时，向主控制器输出一个使能信号，以使主控制器根据该使能信号控制电源电路停止输出。因此，通过此种方式，能够对电源电路发生的输出短路情况进行较好的保护。
附图说明
18.一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片仅作为示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
19.图1是本实用新型实施例提供一种电源设备的结构示意图；
20.图2是本实用新型实施例提供一种保护电路的原理框图；
21.图3是本实用新型实施例提供一种保护电路的电路结构示意图。
具体实施方式
22.为了便于理解本技术，下面结合附图和具体实施方式，对本技术进行更详细的说明。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
24.请参阅图1，图1是本实用新型实施例提供一种电源设备的结构示意图。如图1所示，电源设备100包括保护电路10和电源电路20，保护电路10与电源电路20连接。电源电路20用于将输入电源进行转换并输出供电电源，从而为用电设备供电。
25.在本实施例中，保护电路10在检测到电源电路20的输出端发生短路时，先停止电源电路20的输出，然后在检测到电源电路20的输出端电压落在预设范围内时，累计输出端电压落在预设范围内的时长，当该时长大于预设时长时，控制电源电路20彻底停止输出，从而在电源电路20的输出端持续发生短路时，对电路系统进行保护以确保安全。
26.具体的，如图2所示，保护电路10包括主控制器11、短路检测电路12、电压检测电路13及计时控制电路14。
27.短路检测电路12分别与电源电路20的输出端以及主控制器11连接，短路检测电路12检测到电源电路20的输出端短路时，向主控制器 11输出短路信号。一般而言，电源电路20的输出端发生短路时，输出端的电流或电压较正常输出且未发生短路时存在较大偏差，
例如，发生短路时的输出端电流比正常输出时的输出端电流要大得多，发生短路时的输出端电压也比正常输出时存在一定偏差，因此，在本实施例中，短路检测电路12可以通过检测输出端电流满足预设条件时，向主控制器 11输出一个短路信号，或者，短路检测电路12同时检测电源电路20输出端电流和电压，当输出端电流和电压均满足预设条件时，向主控制器11输出一个短路信号。
28.主控制器11与电源电路20连接，用于接收到来自短路检测电路12 的短路信号时，控制电源电路20停止输出。可以理解的是，主控制器 11未接收到短路检测电路的短路信号时，控制电源电路20正常输出。
29.电压检测电路12分别与电源电路20的输出端以及主控制器11连接，其用来检测电源电路20的输出电压，以向主控制器11发送与输出电压对应的输出电压信号。
30.主控制器11包括使能输入端en及指示输出端pgood。
31.主控制器11输出接收来自短路检测电路12的短路信号时，停止电源电路20的输出，此时，电源电路20的输出电压将会降低。主控制器 11接收来自电压检测电路13的输出电压信号，在根据输出电压信号确定输出电压落入第一预设电压范围(较低输出电压范围)内时，控制指示输出端pgood输出第一电平信号(例如为低电平信号)，在根据输出电压信号确定输出电压落入第二预设电压范围(较高输出电压范围)内时，控制指示输出端pgood输出不同于第一电平信号的电平信号(例如为高电平信号)。
32.主控制器11与电源电路20连接，主控制器11可根据使能输入端 en的输入情况对电源电路20的输出进行控制：使能输入端en在输入第二电平信号(例如为低电平信号)时，主控制器11控制电源电路20不启动输出。
33.计时控制电路14分别与主控制器11的使能输入端en和指示输出端pgood连接，用来接收第一电平信号，并且累计接收到该第一电平信号的时长，当累计的时长大于预设时长时，向主控制器的11使能输入端en输出第二电平信号，此时，主控制器11控制电源电路20不启动输出，并使得电源电路20的输出被锁死。值得说明的是，计时控制电路14接收到的第一电平信号可以由主控制器11的指示输出端pgood产生，也可以不由主控制器11的指示输出端pgood产生。
34.因此，本实施例不会在输出短路发生时刻就完全锁死电源电路20 的输出，而是当输出短路发生的时间大于一定值时，才会完全锁死电源电路20的输出，从而使得电源电路20即使发生短时输出短路也可以继续运行，实现设备运行的连续性，并且在发生长时间的输出短路时完全锁死电源的输出，从而确保电路系统的安全。
35.值得说明的是，本实施例可结合打嗝保护机制对输出短路的情况进行有效保护：当发生短时输出短路时，主控制器11启动保护，控制电源电路20停止输出，经过预设时长后，输出短路解除，于是，主控制器11恢复电源电路20正常输出，由于发生输出短路的时间较短，未能通过保护电路10触发电源锁死，从而实现发生短时输出短路后及时恢复电源输出；当发生较长时间的输出短路时，首先会通过打嗝保护机制执行打嗝保护，即在输出短路发生时控制电源停止输出，经过预设时长后，又恢复电源输出，由于输出短路时间较长，此时还会检测到输出短路仍未解除，于是继续进行保护，控制电源停止输出，这样，电源间歇输出，由于保护电路10具有输出短路的计时功能，当输出短路的时间大于预设值时，锁死电源的输出，打嗝保护机制也随之失效。这样，可使得电源电路20在发生长时间的输出短路
时，先通过打嗝保护机制执行打嗝保护，打嗝保护进行一段时间后，彻底锁死电源输出，从而消除因发生长时间的输出短路所产生的不利影响。可以理解的是，由于打嗝保护在长时间的输出短路时会产生持续性的间歇大电流，因此，可以通过缩短可指示短路发生时长的预设时长来缩短打嗝保护的持续时间，从而将触发电源锁死的时刻提前，进而减小因发生持续输出短路时所产生的持续性的间歇大电流对电路系统造成的损害。
36.在一些实施例中，如图3所示，计时控制电路14包括第一开关电路141、第二开关电路142、第三开关电路143及储能电路144。
37.储能电路144分别与第一开关电路141、第二开关电路142及第三开关电路143连接，第一开关电路141还与辅助电源vcc及主控制器11 的指示输出端pgood连接，第二开关电路142还与主控制器11的指示输出端连接，第三开关电路143还与主控制器11的使能输入端连接。
38.在主控制器11的指示输出端pgood输出第一电平信号(例如为低电平信号)时，第一开关电路141导通，辅助电源vcc通过第一开关电路141为储能电路144充电，当储能电路144所储存的电压大于第一预设电压时，第二开关电路142导通以使第一开关电路141持续导通(使得第一开关电路141持续接收到第一电平信号)，这样，辅助电源vcc 持续为储能电路144充电，储能电路144所存储的电压继续抬升，当储能电路144所存储的电压大于第二预设电压时，第三开关电路143导通并向第三开关电路143向主控制器11的使能输入端en输出第二电平信号(例如为低电平信号)，以使主控制器11控制电源电路20不启动输出。其中，第一预设电压和第二预设电压可根据实际需求而定，并且第二预设电压大于第一预设电压。
39.值得说明的是，在第二开关电路142导通之前，若主控制器11的指示输出端pgood输出与第一电平信号不同的电平信号(例如为高电平信号)时，第一开关电路141关断，辅助电源vcc停止为储能电路144 充电。并且，在第二开关电路142导通后，无论主控制器11的指示输出端pgood输出第一电平信号还是不输出第一电平信号，第一开关电路 141都可通过在第二开关电路142导通时得到第一电平信号，从而使得在第二开关电路142导通后，进而使得第一开关电路141持续导通。
40.如图3所示，第一开关电路141包括pnp型三极管q1、第一电阻 r1、第二电阻r2及第一电容c1。
41.第一电阻r1的一端与主控制器11的指示输出端pgood连接，第一电阻r1的另一端、第二电阻r2的一端、第一电容c1的一端及pnp型三极管q1的基极共同连接,第二电阻r2的另一端、第一电容c1的另一端及pnp型三极管q1的发射极共同与辅助电源vcc连接，pnp型三极管 q1的集电极与储能电路144连接。
42.在一些实施例中，第一电阻r1、第二电阻r2及第一电容c1中的一个或多个可以被忽略。
43.如图3所示，储能电路144包括第二电容c2、第三电阻r3、第四电阻r4及第一二极管d1。
44.第三电阻r3的一端与pnp型三极管q1的集电极连接,第三电阻r3 的另一端与第一二极管d1的阳极连接，第一二极管d1的阴极及第四电阻r4的一端与第二电容c2的第一端连接，第四电阻r4另一端及第二电容c2的第二端共同接地。
45.在一些实施例中，第三电阻r3、第四电阻r4及第一二极管d1中的一个或多个可以
被忽略。
46.如图3所示，第二开关电路142包括第五电阻r5、第六电阻r6、第三电容c3、第二二极管d2及第一npn三极管q2。
47.第五电阻r5的一端与第二电容c2的第一端连接，第五电阻r5的另一端与第二二极管d2的阳极连接，第二二极管d2的阴极、第六电阻 r6的一端、第三电容c3的一端及第一npn三极管q2的基极共同连接，第一npn三极管q2的集电极与主控制器11的指示输出端pgood连接，第一npn三极管q2的发射极、第六电阻r6的另一端及第三电容c3的另一端接地。
48.在一些实施例中，第五电阻r5、第六电阻r6、第三电容c3及第二二极管d2中的一个或多个可以被忽略。
49.如图3所示，第三开关电路143包括第二npn型三极管q3、第七电阻r7、第八电阻r8及第四电容c4。
50.第七电阻r7的一端与第二电容c2的第一端连接，第七电阻r7的另一端、第八电阻r8的一端、第四电容c4的一端及第二npn型三极管 q3的基极共同连接，第二npn型三极管q3的集电极与主控制器11的使能输入端en连接，第二npn型三极管q3的发射极、第八电阻r8的另一端及第四电阻r4的另一端共同接地。
51.在一些实施例中，第七电阻r7、第八电阻r8及第四电容c4中的一个或多个可以被忽略。
52.下面对图3所示的实施例进行详细阐述。
53.当主控制器11的指示输出端pgood输出低电平时，pnp型三极管 q1导通，辅助电源vcc通过pnp型三极管q1、第三电阻r3和第一二极管d1为第二电容c2充电，只要第一npn型三极管q2导通，辅助电源 vcc就为第二电容c2充电，若电源电路20的输出端发生持续短路，主控制器11的指示输出端pgood累计输出低电平的时间较长，那么，pnp 型三极管q1导通的时间也较长，从而使得第二电容c2两端的电压不断抬升，当第二电容c2两端的电压满足第一npn型三极管q2的导通条件时，第一npn型三极管q2导通，第一npn型三极管q2的集电极电压被拉低，从而pnp型三极管q1的基极被施加低电平，pnp型三极管q1导通，辅助电源vcc为第二电容c2充电，从而第二电容c2两端电压继续抬升，第一npn型三极管q2也因此维持导通状态，这样，辅助电源vcc 持续为第二电容c2充电。当第二电容c2两端的电压满足第二npn型三极管q3的导通条件时，第二npn型三极管q3导通，第二npn型三极管 q3的集电极电压被拉至低电平，主控制器11的使能输入端en接收到该低电平时，控制电源电路20不启动输出。
54.可以理解的是，一旦主控制器11的使能输入端en接收到该低电平时，便会完全锁死电源电路20的输出，这是因为：第一npn型三极管 q2导通时开始，辅助电源vcc持续为第二电容c2充电，从而第二电容 c2两端的电压持续上升而不会下降，那么，第二电容c2两端的电压上升至足以导通第二npn型三极管q3的导通电压时，第二npn型三极管 q3导通，由于第一npn型三极管q2持续导通，pnp型三极管q1也持续导通，因而导通电压并不会下降，从而第二npn型三极管q3也会维持导通状态，此时第二npn型三极管q3的集电极持续被拉至低电平，主控制器11的使能输入端en持续接收到该低电平，因此，电源电路20 被强制持续性停止输出，从而实现锁死电源电路20的输出。
55.并且，在电源电路20的输出被锁死的过程中，若电源设备100停机，使得辅助电源vcc失电，那么，第二电容c2储存的能量将通过第四电阻r4泄放掉，第二电容c2两端的电压
将重新变为低电压，从而可以在下次电源电路20开机时，重新进行输出短路保护，即重新对输出短路发生的时间进行计时。
56.最后要说明的是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且在本实用新型的思路下，上述各技术特征继续相互组合，并存在如上所述的本实用新型不同方面的许多其它变化，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。