专利名称：一种开关管保护电路及电源电路和电视机的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电源控制电路技术领域，具体地说，是涉及一种用于抑制过冲电流的开关管保护电路以及采用所述开关管保护电路设计的电源电路和基于所述电源电路设计的电视机。
背景技术：
在目前的很多家电设备中，其电源模块在对市电进行整流、滤波处理后，通常会需要通过变压器转换输出两路或者两路以上的电压。以液晶电视产品为例进行说明，参见图 1所示，其中一路电压Vl作为待机电源，并兼为液晶电视机内部的信号主板供电；另外一路或者几路电压V2通过开关管输出给功放或者液晶屏等负载，为所述负载供电。在整机系统待机时，用作待机电源的电压Vl仅为信号主板供电，另外一路或几路电压V2不输出。而在电视系统遥控开机时，信号主板发出开机控制信号STB，由开关管控制电源电路使其他各路电压V2也带上负载，由此达到降低待机功耗的目的。但是，当信号主板发出开机控制信号 STB后，由于在开关管的输出侧通常会连接有电容等储能元件，在开关管控制电源电路给功放、液晶屏等负载供电的过程中，通过开关管输出的电流就会对这些电容进行瞬间充电，由于电容在上电瞬间具有虚短的特性，因此会产生很大的暂态电流，瞬间产生较大的功率，从而极易造成开关管的损坏。针对上述问题，目前的解决方案主要有两种一种是通过提高开关管的参数指标来防止其被击穿，但是这种方法并不能从根本上解决过冲电流的问题；另外一种是采用在开机控制信号输出端与用于控制所述开关管通断的三极管之间增设RC延时电路的方式来抑制过冲电流，如图1所示，具体电路构建参见图2所示。图2中，当电视机系统开机时，信号主板发出开机控制信号STB经过电阻R3对电容C7充电，待电容C7两端的电压达到三极管Ql的导通电压之后，三极管Ql导通。由于三极管Ql工作于放大区，随着其基极电流的逐渐增大，其集电极的电流也逐渐增大，故P型 MOS管Q2 (即前述的开关管)的栅级电压将被逐渐拉低。待MOS管Q2的栅源极电压Ves降低到其阈值电压后，MOS管Q2开通，漏极电流Il开始流过。在MOS管Q2进入饱和区之前， 随着Ves电压的持续降低，电流Il缓慢增加，此时电容C6两端的电压也缓慢增加，实现了对瞬间过冲电流的抑制。当MOS管Q2的漏源级电压Vds减至最小值，到达饱和区时，MOS管Q2 完全导通，开始为负载供电。在此过程中，起到延缓作用的主要是电阻R3和电容C7，但是由于三极管Ql的阈值电压很小，因此充电达到该阈值电压的时间很短，不能精准地控制瞬间过冲电流和三极管Ql的开通时间。即使增大电容C7的容量，也会迅速达到三极管Ql的阈值电压，使整个电路导通，因此对过冲电流的抑制能力非常薄弱。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种开关管保护电路，以抑制过冲电流，防止开关管因电流过大而损坏。[0007]为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现[0008]一种开关管保护电路，所述开关管连接在直流电压与负载之间，用于控制直流电压向负载的供电；在所述直流电压与开关管之间连接有一用于控制所述开关管的导通程度缓慢变化的RC延时电路，所述RC延时电路连接控制电路，所述控制电路接收开关控制信号，并根据接收到的开关控制信号控制所述RC延时电路充电或者放电。[0009]进一步的，所述开关管为一 P型MOS管，其源极连接直流电压；漏极连接储能电容， 并与所述的负载相连接；所述RC延时电路中的电容连接在所述MOS管的源极与栅极之间， RC延时电路中的电阻连接在MOS管的栅极与所述控制电路之间。[0010]优选的，在所述MOS管的漏极与栅极之间优选再连接一路电容，作为小反馈以稳定通过开关管输出的电压。[0011]为了对RC延时电路中保存的电荷进行泄放，将所述RC延时电路中电容的正极通过泄放电阻连接一二级管的阳极，所述二极管的阴极连接MOS管的栅极，所述二极管与RC 延时电路中的电阻相并联。[0012]又进一步的，在所述控制电路中包含有一开关元件，所述开关元件的开关通路连接在RC延时电路与地之间，开关元件的控制端接收所述的开关控制信号，通过控制开关元件通断实现对RC延时电路的充放电控制。[0013]优选的，所述开关元件优选采用一颗NPN型三极管，所述三极管的集电极连接RC 延时电路中的电阻，发射极接地，基极接收所述的开关控制信号。[0014]基于上述开关管保护电路结构，本实用新型又提供了一种采用所述开关管保护电路设计的电源电路，所述电源电路输出至少一路直流电压，包括开关管，所述开关管连接在直流电压与负载之间，用于控制直流电压向负载的供电；在所述直流电压与开关管之间连接有一用于控制所述开关管的导通程度缓慢变化的RC延时电路，所述RC延时电路连接控制电路，所述控制电路接收开关控制信号，并根据接收到的开关控制信号控制所述RC延时电路充电或者放电。[0015]进一步的，所述电源电路采用反激式拓扑结构进行设计，输出多路直流电压，其中一路直流电压为待机电压直接连接负载，其余各路直流电压各自通过一路所述的开关管以及开关管保护电路连接负载。[0016]基于上述电源电路，本实用新型还提供了一种采用所述电源电路设计的电视机， 包括主板、显示屏以及为所述主板和显示屏供电的电源电路，所述电源电路输出至少一路直流电压，包括开关管，所述开关管连接在直流电压与负载之间，用于控制直流电压向负载的供电；在所述直流电压与开关管之间连接有一用于控制所述开关管的导通程度缓慢变化的RC延时电路，所述RC延时电路连接控制电路，所述控制电路接收开关控制信号，并根据接收到的开关控制信号控制所述RC延时电路充电或者放电。[0017]进一步的，所述控制电路连接主板，接收主板输出的开机/待机控制信号，即所述的开关控制信号。[0018]与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是本实用新型通过在电源的输出电压与开关管之间增设RC电路，利用RC电路的延时作用控制开关管缓慢导通，进而对流过开关管的电流起到了有效的抑制作用，防止了开关管因电流过大而造成的损坏，有效保护了开关管，增强了电路的安全性和稳定性。将其应用于电视机等电器设备的电源电路设计中，可以增强电源电路运行的可靠性，提高产品的整机品质。结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
图1是现有电源模块为抑制开关管过冲电流而设计的一种电路原理框图；图2是图1所示电源模块的电路原理图；图3是本实用新型所提出的开关管保护电路的一种实施例的电路原理框图；图4是图3中开关管保护电路的一种实施例的电路原理图；图5是采用图4所示开关管保护电路设计的电源电路的一种实施例的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细地说明。实施例一，参见图3所示，本实施例的开关管保护电路为了抑制过冲电流，在为负载提供供电电源的直流电压V2与开关管之间增设RC延时电路，利用RC电路的充电延时特性，控制开关管在系统开机过程中缓慢导通，使流过开关管的电流缓慢升高，从而避免了过冲电流的产生，有效保护了开关管。对于RC电路的充放电时序，可以采用一个控制电路连接在所述的RC电路上，进而根据系统产生的开关控制信号控制RC电路通电进入充电过程或者切断RC电路的通电回路控制RC电路放电的硬件设计方式实现。在控制RC电路充电的过程中，开关管受控逐渐开通，控制直流电压V2为负载供电；在控制RC电路放电的过程中， 开关管受控逐渐关断，停止直流电压V2向负载的供电，由此在确保开关管工作安全的基础上，实现了对负载的开关控制，满足了系统的工作要求。图4是所述开关管保护电路的一种具体电路组建形式，其中，开关管采用一颗P型 MOS管Q2 ；RC延时电路采用一颗电阻R5和一颗电容C8组成；控制电路采用一颗NPN型三极管Ql进行电路设计。将MOS管Q2的源极连接输出电压V2，漏极连接负载，并通过储能电容ClO接地。将电容C8连接在MOS管Q2的源极与栅极之间，电阻R5连接在MOS管Q2的栅极与三极管Ql的集电极之间，三极管Ql的发射极接地，基极接收开关控制信号。对于电视系统来说，所述开关控制信号具体指主板输出的开机/待机控制信号STB，通过限流电阻 R7作用到所述三极管Ql的基极上，以控制三极管Ql通断。以电视产品为例阐述一下所述开关管保护电路的工作原理当电视机的信号主板发出开机控制信号STB后，三极管Ql的基极电压被拉高至阈值电压而导通，建立起RC电路的通电回路。此时，输出电压V2对电容C8进行充电，在电容C8的电压逐渐升高的过程中， P型MOS管Q2的栅级电压被逐渐拉低，其栅源极电压Ves逐渐减小。当MOS管Q2的栅源极电压Ves减小到MOS管Q2的阈值电压时，MOS管Q2开始导通，漏极电流Il开始流过，并在进入饱和区之前，随着栅源极电压Ves的持续降低，漏极电流Il缓慢增加，为储能电容ClO 充电，进而使储能电容ClO两端的电压也缓慢升高，实现了对瞬间过冲电流的抑制。MOS管 Q2漏极电压缓慢增大，也即漏源极电压缓慢减小，直至降低到最小值时，MOS管Q2到达饱和区，此时MOS管Q2完全导通，开始给负载供电。[0029]为了使输出到负载的电压Vout更加稳定，本实施例优选在MOS管Q2的漏极与栅极之间再连接一路电容C9，如图4所示，形成反馈支路。在MOS管Q2导通有漏极电流Il流过时，漏极电流Il同时为电容C9充电。在对电容C9进行充电的过程中，同时增加了流过电阻R5的电流，使MOS管Q2的栅极电压上升，进一步放慢了 MOS管Q2的打开速度，从而使 MOS管Q2漏极电流Il的增长速度也随之放缓，实现了漏极电流Il的稳定变化，进一步抑制了过冲电流的产生。[0030]在系统关机时，为了实现电容C8中储存电荷的快速泄放，本实施例采用一颗泄放电阻R6和一颗二极管Dl设计放电电路，如图4所示。将泄放电阻R6跨接在RC电路的两端，即连接在电容C8的正极与三极管Ql的集电极之间；二极管Dl并联在电阻R5的两端， 且阴极连接MOS管Q2的栅极。当电视机的信号主板发出待机控制信号STB时，三极管Ql 的基极电压降低，当低于三极管的导通电压时，三极管Ql关断。此时，电容C5中的电荷通过泄放电阻R2输出至二极管Dl的阳极，控制Dl导通进行放电。电容C5的放电一方面使 MOS管Q2的栅极电压升高，当超过MOS管Q2的阈值电压时，MOS管Q2关断，切断输出电压 V2向负载的供电；另一方面，为下次开机充电延缓开通做准备。[0031]本实施例采用RC电路的充电延时作用控制开关管减缓打开供电电路的速度，从而起到遏制上电瞬间产生冲击电流的目的，有效地保护了开关管，延长了开关管的使用寿命。在实际应用过程中，通过改变RC电路中电阻R5以及电容C8的参数值，即可调节RC电路的充电时间，进而调整开关管的导通时间，最终得到最佳抑制过冲电流的效果。[0032]当然，在设计所述开关管保护电路时，所述控制电路也可以采用除NPN型三极管 Ql以外的其他开关元件设计实现，比如可控硅、继电器等，只需将开关元件的开关通路连接在RC延时电路与地之间，控制端连接系统主板，并在系统主板发出的开关控制信号的作用下实现快速通断，即可完成电路设计。[0033]将本实施例所提出的开关管保护电路应用在电源电路的设计中，比如采用反激式拓扑结构设计的电源电路，通过开关管控制电源电路向负载的供电，进而完成对电器设备的开关机控制。[0034]以电视机等家电产品中广泛使用的反激式电源电路为例进行说明，参见图3、图5 所示，包括变压器Tl和整流、滤波电路。由于通过反激式电源电路输出的直流电压通常包括两路或者两路以上，因此需要在变压器Tl的次级设计多路次级线圈，通过每一路次级线圈转换输出的交变电压各自经由一路整流、滤波电路进行整形处理后(整流电路可以采用整流二极管VD1、VD2设计实现；滤波电路可以采用由电感L1/L2和电容C1/C2、C3/C4组成的Π型滤波网络实现)，输出系统中各用电负载所需的直流工作电压。在通过所述电源电路输出的多路直流电压中，其中一路作为系统所需的待机电压，例如直流电压VI，可以直接连接系统主板，在系统待机时为系统中的待机电路供电；其余各路直流电压，比如直流电压 V2，可以各自通过一路本实施例所提出的开关管以及开关管保护电路连接后级负载，比如电视系统中的功放或者显示屏等，仅在系统发出开机控制信号后为负载供电，以实现整机的开关机控制。[0035]当然，本实施例所提出的开关管保护电路也可以应用在除反激式电源电路以外的其他需要使用开关管、且开关管在通断过程中易受过流冲击的电源电路或者其他硬件电路的设计中，本实施例对此不进行具体限制。 应当指出的是，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种开关管保护电路，所述开关管连接在直流电压与负载之间，用于控制直流电压向负载的供电；其特征在于在所述直流电压与开关管之间连接有一用于控制所述开关管的导通程度缓慢变化的RC延时电路，所述RC延时电路连接控制电路，所述控制电路接收开关控制信号，并根据接收到的开关控制信号控制所述RC延时电路充电或者放电。
2.根据权利要求1所述的开关管保护电路，其特征在于所述开关管为一P型MOS管， 其源极连接直流电压；漏极连接储能电容，并与所述的负载相连接；所述RC延时电路中的电容连接在所述MOS管的源极与栅极之间，RC延时电路中的电阻连接在MOS管的栅极与所述控制电路之间。
3.根据权利要求2所述的开关管保护电路，其特征在于在所述MOS管的漏极与栅极之间还连接有另一电容。
4.根据权利要求2所述的开关管保护电路，其特征在于所述RC延时电路中电容的正极通过泄放电阻连接一二级管的阳极，所述二极管的阴极连接MOS管的栅极，所述二极管与RC延时电路中的电阻相并联。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的开关管保护电路，其特征在于在所述控制电路中包含有一开关元件，所述开关元件的开关通路连接在RC延时电路与地之间，开关元件的控制端接收所述的开关控制信号。
6.根据权利要求5所述的开关管保护电路，其特征在于所述开关元件为一NPN型三极管，所述三极管的集电极连接RC延时电路中的电阻，发射极接地，基极接收所述的开关控制信号。
7.一种电源电路，输出至少一路直流电压，其特征在于包括开关管以及如权利要求1 至6中任一项权利要求所述的开关管保护电路。
8.根据权利要求7所述的电源电路，其特征在于所述电源电路采用反激式拓扑结构， 输出多路直流电压，其中一路直流电压为待机电压直接连接负载，其余各路直流电压各自通过一路所述的开关管以及开关管保护电路连接负载。
9.一种电视机，包括主板、显示屏以及为所述主板和显示屏供电的电源电路，其特征在于所述电源电路采用如权利要求7或8中任一项权利要求所述的电源电路。
10.根据权利要求9所述的电视机，其特征在于所述控制电路连接主板，接收主板输出的表示开机或者待机的开关控制信号。
专利摘要本实用新型公开了一种开关管保护电路及电源电路和电视机，所述开关管连接在直流电压与负载之间，用于控制直流电压向负载的供电；在所述直流电压与开关管之间连接有一用于控制所述开关管的导通程度缓慢变化的RC延时电路，所述RC延时电路连接控制电路，所述控制电路接收开关控制信号，并根据接收到的开关控制信号控制所述RC延时电路充电或者放电。本实用新型利用RC电路的延时作用控制开关管缓慢导通，进而对流过开关管的电流起到了有效的抑制作用，防止了开关管因电流过大而造成的损坏，有效保护了开关管，增强了电路的安全性和稳定性。将其应用于电视机等电器设备的电源电路设计中，可以增强电源电路运行的可靠性，提高产品的整机品质。
文档编号H04N5/63GK202261593SQ20112034128
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月13日 优先权日2011年9月13日
发明者刘海丰, 王潇 申请人:青岛海信电器股份有限公司