电源过压保护电路及电源的制作方法

本实用新型涉及电源的技术领域，更具体地说，涉及一种电源过压保护电路及电源。

背景技术：

随着科技的进步及发展，在LED电源技术领域，驱动电源的过压问题一直是人们不可忽视的问题。在现有的传统小信号过压保护电路中通常只是借助普通的稳压二极管来解决电源过压的问题，但是常规的电路设计方式在解决电源过压问题的同时存在一定的缺陷，例如，精度较低，通常只能达到±5％，且带载能力差，在输入电压高于稳压值较多的时候电路损耗大，这与目前的低功耗要求相违背，且当电源自身温度增高时，常规稳压二极管的稳压值易受温度的影响进而出现漂移的现象。因此，需提出一种改进的过压保护电路。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种电源过压保护电路及电源。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电源过压保护电路，包括：

与所述电源的输出端连接，基于所述输出电压输出采样电压的采样电路；

与所述采样电路连接，对所述采样电压与基准电压进行比较并在所述采样电压超过所述基准电压时导通的比较控制电路；所述基准电压为所述比较控制电路内部的基准电压；

与所述比较控制电路连接，在所述比较控制电路导通时启动并输出反馈信号的反馈电路；

与所述反馈电路连接，基于所述反馈信号输出控制信号以关断所述电源的PWM控制电路。

在本实用新型所述的电源过压保护电路中，优选地，还包括连接在所述电源的输出端与所述比较控制电路之间的门限电路，所述门限电路设定有门限电压，并在所述电源输出端的输出电压分流至所述门限电路的电压达到所述门限电压时导通。

在本实用新型所述的电源过压保护电路中，优选地，所述门限电路包括第一稳压二极管ZD1；

所述第一稳压二极管ZD1的阴极与所述电源的输出端连接，所述第一稳压二极管ZD1的阳极连接至所述比较控制电路；

所述第一稳压二极管ZD1在所述电源的输出端分流至所述门限电路的电压达到所述第一稳压二极管ZD1的稳压值时，所述第一稳压二极管ZD1导通。

在本实用新型所述的电源过压保护电路中，优选地，所述采样电路包括第一采样电阻R3、第二采样电阻R4以及第三采样电阻R5，所述第一采样电阻R3的第一端与所述电源的输出端连接，所述第一采样电阻R3的第二端与所述第二采样电阻R4的第一端连接，所述第二采样电阻R4的第二端与所述第三采样电阻R5的第一端连接，所述第三采样电阻R5的第二端连接第一参考地；所述第二采样电阻R4与所述第三采样电阻R5之间的节点还连接至所述比较控制电路；

所述第一采样电阻R3、所述第二采样电阻R4以及所述第三采样电阻R5 对所述电源的输出电压进行采样输出采样电压，其中所述采样电压为所述第二采样电阻R4与所述第三采样电阻R5之间的节点电压。

在本实用新型所述的电源过压保护电路中，优选地，所述比较控制电路包括第二稳压二极管U2，所述第二稳压二极管U2包括第一端、第二端以及第三端，其中，

所述第二稳压二极管U2的第一端为参考极，所述第二稳压二极管U2的第二端为阳极，所述第二稳压二极管U2的第三端为阴极；

所述第二稳压二极管U2的阴极与所述门限电路连接，所述第二稳压二极管U2的阳极连接第一参考地，所述第二稳压二极管U2的参考极连接在所述第二采样电阻R4与所述第三采样电阻R5之间的节点；

所述第二稳压二极管U2的参考极用于监测所述第二采样电阻R4与所述第三采样电阻R5之间的节点电压，对所述节点电压、所述基准电压进行比较并在所述节点电压超过所述基准电压时，导通所述第二稳压二极管U2的阳极和阴极，所述第二稳压二极管U2导通。

在本实用新型所述的电源过压保护电路中，优选地，所述第二稳压二极管U2为三端可编程的稳压二极管。

在本实用新型所述的电源过压保护电路中，优选地，所述反馈电路包括光电耦合器U1；所述光电耦合器U1包括初级发光二极管U1-A和次级接收源U1-B次级接收源U1-B；

所述初级发光二极管U1-A的阳极与限流电阻R1的第二端连接，所述初级发光二极管U1-A的阴极与所述第二稳压二极管U2的阴极连接；

所述次级接收源U1-B的输出端与所述PWM控制电路连接，所述次级接收源U1-B的接地端连接第二参考地。

在本实用新型所述的电源过压保护电路中，优选地，所述PWM控制电路包括控制芯片，所述控制芯片包括信号检测引脚和控制引脚，所述信号检测引脚与所述光电耦合器U1的输出端连接，所述控制引脚与所述电源的输入端连接；

所述控制芯片在所述信号检测引脚接收所述光电耦合器U1的输出端输出的反馈信号时，控制所述控制引脚输出控制信号至所述电源的输入端关断所述电源。

在本实用新型所述的电源过压保护电路中，优选地，还包括旁路电容C1，所述旁路电容C1与所述第三采样电阻R5并联，用于对所述第三采样电阻R5 上的电压进行滤波。

本实用新型还提供了一种电源，包括上述的过压保护电路。

实施本实用新型的电源过压保护电路及电源，具有以下有益效果：本实用新型的电源过压保护电路包括与所述电源的输出端连接，基于所述输出电压输出采样电压的采样电路；与所述采样电路连接，对所述采样电压与基准电压进行比较并在所述采样电压超过所述基准电压时导通的比较控制电路；所述基准电压为所述比较控制电路内部的基准电压；与所述比较控制电路连接，在所述比较控制电路导通时启动并输出反馈信号的反馈电路；与所述反馈电路连接，基于所述反馈信号输出控制信号以关断所述电源的PWM控制电路。本技术方案可在电源出现过压时及时关断电源，有效保护电源及功率器件，同时还可改善电源工作在极低温度环境或高温时的漂移，增强了电源的稳定性、安全性，减缓负载老化衰退时间，延长了电源及产品的使用寿命。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型电源过压保护电路的结构示意图；

图2是本实用新型电源过压保护电路第一实施例的电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

针对现有技术存在的问题，本实用新型提出了一种电源过压保护电路，该电源过压保护电路通过在电源输出端与比较控制电路之间设置门限电路，在输出电压超过预设值、分流至门限电路的电压达到门限电路设定的门限电压时，门限电路导通，同时采样电路输出的采样电压也超过了比较控制电路中的基准电压，此时比较控制电路根据该采样电压导通并启动反馈电路，通过反馈电路向PWM控制电路输出反馈信号，由PWM控制电路根据反馈信号控制电源的输入端进而关断电源，从而确保了电源在出现过压时及时关断电源，有效的保护了电源，避免了电源因过压工作而损坏电源及功率器件。提高了电源的稳定性及安全性。

如图1所示，在本实用新型的电源过压保护电路的结构示意图中，该电源过压保护电路包括设定有门限电压的门限电路100；与电源的输出端连接，基于输出电压输出采样电压的采样电路200；分别与门限电路100、采样电路 200连接，在采样电压超过基准电压时导通的比较控制电路300；与比较控制电路300连接用于在比较控制电路300基于采样电压导通时启动并输出反馈信号的反馈电路400；与反馈电路400连接，基于反馈信号输出控制信号的 PWM控制电路500。可以理解地，本实用新型的电源过压保护电路可应用于 LED领域，如可作为LED驱动电源的过压保护电路，负载可为LED灯，可为单灯、整灯或串灯等。

优选地，本实施例中的电源输出电压的预设值即为电源设计时电源所能承受的最大值，该最大值可根据负载的需求及电路的相关设计要求进行确定，例如，可以为36V、42V等。可以理解地，本实用新型对电源输出电压的预设值并不限于所列的具体数值。

门限电路100设定有门限电压，其设置在电源输出端与比较控制电路300 之间，用于对比较控制电路300进行保护。当电源输出端的输出电压分流至门限电路100的电压达到门限电压时，门限电路100导通。可以理解地，门限电路100的门限电压值由具体的门限电路决定。优选地，门限电路100可包括稳压二极管，由稳压二极管对电源输出电压进行监测，当分流至稳压二极管的电压达到稳压二极管的稳压值时，稳压二极管导通。在本实施例中，门限电路100的门限电压可设为18V，当分流至稳压二极管的电压达到18V 时，稳压二极管导通。可以理解地，在本实施例中，门限电路100对比较控制电路产生保护作用，如在电源出现过压时，由于有门限电路100在导通后对分流电压进行分压从而使流至比较控制电路300的电压不会超过比较控制电路300的阈值而使比较控制电路300可在正常工作电压内工作而得到保护不被损坏。另外，稳压二极管的串联分压可以使本实施例整体的电路不受比较控制电路300最高工作电压的限定。

采样电路200用于对电源输出端的输出电压进行采样，并输出采样电压至比较控制电路300。可以理解地，该采样电压作为比较控制电路300导通的启动信号，当电源的输出电压超出预设值时，采样电压超过比较控制电路300 的基准电压，此时比较控制电路300就会导通。优选地，采样电路200可由不同阻值的电阻串联组成，且所采用的电阻的数量及阻值可根据实际电路进行选择确定。本实用新型对此不作限定。

比较控制电路300主要用于监测采样电路200产生的采样电压，同时启动反馈电路400，即比较控制电路300通过对采样电路200输出的采样电压与比较控制电路300内部的基准电压进行比较，根据比较结果进行控制，当监测到采样电压超过基准电压时导通，反馈电路400在比较控制电路300导通时启动，在反馈电路400启动后由反馈电路400输出反馈信号。可以理解地，比较控制电路300在输出电压超出预设值、且电源的输出电压分流至门限电路100的电压达到门限电压时，比较控制电路300根据采样电路输出的采样电压超过基准电压时导通。具体地，当电源输出端的输出电压超出预设值时，例如，输出电压的预设值为42V，门限电压为18V，即当输出电压大于42V 时，假设本实施例的电路设计中，此时分流至门限电路100的门限电压达到 18V，则门限电路100导通，分流的电压信号流经门限电路100；同时，比较控制电路300监测到采样电路200输出的采样电压超过比较控制电路300的基准电压，此时由于比较控制电路300自身的特性，当比较控制电路300的参考极所接收到的电压值大于参考极的基准电压时，比较控制电路300导通。在本实施例中，比较控制电路300优选具有三端可编程的稳压二极管，其型号可选用TL431B。TL431B参考极的电压可设为2.5V～36V，优选2.5V。若参考极的基准电压设为2.5V时，当采样电压的电压值大于2.5V时，比较控制电路300导通。

在本实施例中，比较控制电路300选用型号为TL431B的三端可编程的稳压二极管，TL431B包括阴极、阳极和参考极三个电极，通常参考极的基准电压可任意设为2.5V～36V。该稳压二极管的电压参考误差为±0.4V，且动态输出阻抗只有0.22欧姆。采用该稳压二极管可以实现全额定的工作温度范围，全温度范围内温度特性平坦，即当电源出现较高温度时，不会因温度的影响而产生漂移现象，且在低温环境工作时由于TL431B的特性(即低温环境工作性能不受影响)，因此可应用于极低的工作环境。因此，本实用新型的电源选用该三端可编程的稳压二极管使电源可在极低的温度环境中工作且不会产生漂移现象，提高了电源的稳定性及精度。另外，该三端可编程的稳压二极管价格便宜，进一步降低了电源的材料成本。

可以理解地，在电源处于正常工作范围时，门限电路100及比较控制电路300均不导通，对电源的工作不产生影响。

反馈电路400，用于在比较控制电路300导通时被启动，同时在启动后向 PWM控制电路500输出反馈信号。例如，在电源处于正常工作范围时，比较控制电路300不导通，即比较控制电路300处于断开状态，此时由于比较控制电路300的作用，反馈电路400不工作。当电源输出电压超出预设值时，即电源出现过压的情况，此时比较控制电路300的参考极监测到采样电压大于基准电压，即比较控制电路300检测出电源出现过压，由比较控制电路300 的特性，当接收到的采样电压大于参考极的基准电压时，比较控制电路300 导通，进而导通反馈电路400，即反馈电路400被启动，并输出反馈信号。可以理解地，该反馈信号即用于反应电源的过压情况。

优选地，反馈电路400可包括光电耦合器。光电耦合器因其独特的结构特点，因此在实际使用时具有使信号现场与主控制端在电气上完全隔离，可以在不同电位和不同阻抗之间传输电信号，开关速度快、体积小，使用方便的特点，因此，在本实施例中，选用光电耦合器作为反馈电路即不会影响负载的工作，也可以在电源出现过压时快速地将信号反馈给控制电路及时反应电源的状态。

PWM控制电路500用于根据反馈信号输出控制信号控制电源的输入端以在电源过压时及时关断电源。

如图2所示，在电源过压保护电路的电路原理图的示意图中：

门限电路100包括第一稳压二极管ZD1。第一稳压二极管ZD1的阴极与电源的输出端连接，第一稳压二极管ZD1的阳极与连接至比较控制电路300。如图2所示，该电源过压保护电路还包括限流电阻R1和偏置电阻R2，限流电阻R1和偏置电阻R2串联在门限电阻100与比较控制电路300之间。当电源输出端的输出电压分流至门限电路100的门限电压时，门限电路100导通，分流的电压经限流电阻R1进行限流后流至偏置电阻R2，经偏置电阻R2向比较控制电路300提供稳定的静态工作电流。可以理解地，在本实施例中，限流电阻R1与偏置电阻R2进一步对比较控制电路300提供了保护作用，以避免在门限电阻100导通时对比较控制电路300产生过冲影响而损坏比较控制电路300。

采样电路200包括第一采样电阻R3、第二采样电阻R4以及第三采样电阻R5。第一采样电阻R3的第一端与电源的输出端连接，第一采样电阻R3的第二端与第二采样电阻R4的第一端连接；第二采样电阻R4的第二端与第三采样电阻R5的第一端连接，第三采样电阻R5的第二端连接第一参考地。可以理解地，采样电路200对电源的输出电压进行分压并产生采样电压，该采样电压为第二采样电阻R4与第三采样电阻R5之间的节点电压。优选地，该采样电压传送至比较控制电路300的参考极，由比较控制电路300的参考极对采样电压(即第二采样电阻R4与第三采样电阻R5之间的节点电压)进行监测。

比较控制电路300包括第二稳压二极管U2，第二稳压二极管U2包括第一端、第二端以及第三端，其中，第二稳压二极管U2的第一端为参考极R，第二稳压二极管U2的第二端为阳极A，第二稳压二极管U2的第三端为阴极 K。第二稳压二极管U2的阴极K与偏置电阻R2的第二端连接(即通过偏置电阻与门限电阻100连接)，第二稳压二极管U2的阳极A连接第一参考地，第二稳压二极管U2的参考极R连接在第二采样电阻R4与第三采样电阻R5 之间的节点。可以理解地，第二稳压二极管U2的参考极R2接收采样电路200 输出的采样电压(即第二采样电阻R4与第三采样电阻R5之间的节点电压)，基于该节点电压监测其是否超过参考极R的基准电压，当监测到节点电压超过参考极R的基准电压时，第二稳压二极管U2导通，进而启动反馈电路400。在本实施例中，第二稳压二极管U2优选三端可编程的稳压二极管，型号可选用TL431B的三端可编程稳压二极管。TL431B参考极的基准电压可任意设为 2.5V～36V。在本实施例中TL431B稳压二极管参考极R的基准电压优选2.5V。

反馈电路400包括光电耦合器U1。如图2所示，光电耦合器U1包括初级发光二极管U1-A和次接收源U1-B。初级发光二极管U1-A的阳极与限流电阻R1的第二端连接，初级发光二极管U1-A的阴极与第二稳压二极管U2 的阴极K连接。次级接收源U1-B的输出端与PWM控制电路500连接，次级接收源U1-B的接地端连接第二参考地。可以理解地，反馈电路400在第二稳压二极管U2导通时，初级发光二极管U1-A被导通并发光，则次级接收源 U1-B接收源在初级发光二极管U1-A发光时根据光源强度导通，输出端 LATCH输出反馈信号至PWM控制电路500。优选地，在本实施例中，该反馈信号为低电平信号。

PWM控制电路500(在图2中未具体表示)包括控制芯片(未示出)。控制芯片包括信号检测引脚和控制引脚，信号检测引脚与光电耦合器U1的输出端LATCH连接，控制引脚与电源的输入端连接。可以理解地，控制芯片在信号检测引脚接收到光电耦合器U1的输出端LATCH输出的低电平反馈信号后，根据该低电平反馈信号控制控制引脚输出控制信号至电源的输入端，进而关断电源，实现了在电源过压时及时快速地关闭电源，使电源停止工作，有效地保护了电源及负载。

进一步地，在本实施例中，电源过压保护电路还包括旁路电容C1，该旁路电容C1与第三采样电阻R5并联，用于对第三采样电阻R5上的电压进行滤波。可以理解地，在第三采样电阻R5上并联旁路电容C1，可以及时滤除第三采样电阻R5上的干扰成分，预防误动作，即避免第二稳压二极管U2参考极R的监测错误。

以下根据图2对过压保护电路的具体工作原理进行说明。

例如，在本实施例中，电源输出电压的最大值为42V，根据电路的设计要求，为使电压流至比较控制电路300的安全工作范围，取门限电路100的门限电压为18V，比较控制电路300选用TL431B三端可编程的稳压二极管，其参考极R的基准电压设为2.5V。

可以理解地，当电源输出电压在小于42V时，即电源正常工作，保护电路无电流通过对电源的工作不产生影响；当电源的输出电压大于42V时，保护电路被启动对电源产生保护作用。具体地：

当电源的输出电压超过42V，即电源过压，电源输出电压分流至第一稳压二极管U1上的电压达到第一稳压二极管U1的稳压值18V，第一稳压二极管U1导通，同时经第一采样电阻R3、第二采样电阻R4以及第三采样电阻 R5采样所产生的采样电压，即第二采样电阻R4与第三采样电阻R5之间的节点电压大于2.5V，此时，第二稳压二极管U2的参考极R监测到第二采样电阻R4与第三采样电阻R5之间的节点电压(采样电压)大于2.5V，第二稳压二极管U2的阴极K与阳极A导通，即第二稳压二极管U2被导通，经第一稳压二极管U1的电流通过限流电阻R1流经光电耦合器U1的初级发光二极管 U1-A，并通过第二稳压二极管U2连接至第一参考地。当光电耦合器U1的初级发光二极管U1-A被导通时，初级发光二极管U1-A产生光源，光电耦合器 U1的次级接收源U1-B根据初级发光二极管U1-A的光源强度导通，将输出端(即LATCH脚)的电平拉低，即LATCH脚向PWM控制电路500中的控制芯片的信号检测引脚发送一个低电平的反馈信号，使控制芯片根据信号检测引脚检测到的反馈信号输出控制信号至电源的输入端进而关断电源，使电源停止工作，从而及时快速的关闭电源，实现了对电源的过压保护。

进一步地，上述只是本实用新型的优选实施例，当运用在其他型号的电源或场合需要不同的输出电压时，可选用不同的稳压二极管，并更改第一采样电阻R3、第二采样电阻R4以及第三采样电阻R5的电阻值及三者的电阻比值，使采样电路200达到需要的数值，满足电路的设计要求。

可以理解地，本实用新型通过在电源的输出端加入过压保护电路，即加入TL431B的三端可编程的稳压二极管，提高了对电源输出电压的监测精度，可有效改善电源工作在极低温度环境，同时避免了电源处于较高温度时所产生的漂移现象，同时在电源出现过压时及时关断电源，使电源及时停止供电，增强了电源的稳定性、可靠性及安全性，而且减缓负载如LED灯珠老化衰退的时间，延长了电源及产品的使用寿命。

本实用新型还提供了一种电源，该电源包括前述电源过压保护电路，通过应用该电源过压保护电路可提高电源的稳定性、安全性及可靠性，延长电源的寿命。

以上实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据此实施，并不能限制本实用新型的保护范围。凡跟本实用新型权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

应当理解的是，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。