电流过冲保护电路及开关电源电路的制作方法

本实用新型涉及电子电路技术领域，具体涉及电流过冲保护电路及开关电源电路。

背景技术：

目前，开关电源在电视背光电路中得到广泛的应用，但当电路出现故障时，可能会出现电流过冲的现象，使流经背光LED电路的电流过大，影响LED寿命，更可能会造成LED损坏。同时，由于背光LED电路是由多个LED组成，因而在部分LED发生短路时，也会使流经背光LED电路的电流增大，存在损坏其他LED的风险。然而，现有的开关电源电路中并没有针对电流过冲或负载短路现象为电路提供有效的保护。

技术实现要素：

本实用新型实施例要解决的技术问题是，提供一种电流过冲保护电路及开关电源电路，能在负载电流过大或负载短路时保护并锁定电路。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种电流过冲保护电路。所述电流过冲保护电路具有第一直流电输入端、用于与负载的正极连接的电压检测端、用于与负载的负极连接的输出电流检测端以及用于与开关电源电路中的PWM控制芯片的过压保护引脚连接的电压输出端；所述电流过冲保护电路包括输出电流采样单元、第一分压单元、第二分压单元以及导通单元；

所述输出电流采样单元的第一端与所述输出电流检测端连接，所述输出电流采样单元的第二端接地；所述第一分压单元的第一端与所述输出电流采样单元的第一端连接，所述第一分压单元的第二端与所述第一直流电输入端连接，所述第一分压单元的分压节点与所述导通单元的控制端连接；所述导通单元的第一端与所述第一直流电输入端连接，所述导通单元的第二端与所述第二分压单元的分压节点连接；所述第二分压单元的第一端与所述电压检测端连接，所述第二分压单元的第二端接地；所述第二分压单元的分压节点与所述电压输出端连接。

在一种可选的实施方式中，所述输出电流采样单元包括第一电阻；所述第一电阻的第一端与所述输出电流采样单元的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述输出电流采样单元的第二端连接。

在一种可选的实施方式中，所述第一分压单元包括第二电阻以及第三电阻；所述第二电阻的第一端与所述第一分压单元的第一端连接，所述第二电阻的第二端通过所述第三电阻与所述第一分压单元的第二端连接，所述第二电阻的第二端与所述第一分压单元的分压节点连接。

在一种可选的实施方式中，所述第二分压单元包括第四电阻以及第五电阻；所述第四电阻的第一端与所述第二分压单元的第一端连接，所述第四电阻的第二端通过所述第五电阻与所述第二分压单元的第二端连接，所述第四电阻的第二端与所述第二分压单元的分压节点连接。

在一种可选的实施方式中，所述导通单元包括PNP型三极管、TL431芯片、第六电阻以及第七电阻；所述PNP型三极管的发射极通过所述第六电阻与所述导通单元的第一端连接，所述PNP型三极管的集电极与所述导通单元的第二端连接，所述PNP型三极管的基极通过所述第七电阻与所述导通单元的第一端连接；所述PNP型三极管的基极与所述TL431芯片的阴极连接，所述TL431芯片的参考极与所述导通单元的控制端连接，所述TL431芯片的阳极接地。

在另一种可选的实施方式中，所述导通单元包括PNP型三极管、NPN型三极管、第六电阻以及第七电阻；所述PNP型三极管的发射极通过所述第六电阻与所述导通单元的第一端连接，所述PNP型三极管的集电极与所述导通单元的第二端连接，所述PNP型三极管的基极通过所述第七电阻与所述导通单元的第一端连接；所述PNP型三极管的基极与所述NPN型三极管的集电极连接，所述NPN型三极管的基极与所述导通单元的控制端连接，所述NPN型三极管的发射极接地。

为了实现相同的目的，本实用新型实施例还提供了一种开关电源电路。所述开关电源电路具有第二直流电输入端以及用于与负载的正极连接的负载连接端；所述开关电源电路包括功率变换单元、PWM控制芯片以及如上所述的电流过冲保护电路；

所述功率变换单元的输入端与所述第二直流电输入端连接，所述功率变换单元的输出端与所述负载连接端连接；所述负载连接端与所述电流过冲保护电路的电压检测端连接；所述电流过冲保护电路的电压输出端与所述PWM控制芯片的过压保护引脚连接；所述功率变换单元的PWM信号输入端与所述PWM控制芯片的PWM信号输出引脚连接。

在一种可选的实施方式中，所述功率变换单元包括电感、MOS管、二极管以及第一电容；所述电感的第一端与所述功率变换单元的输入端连接，所述电感的第二端与所述二极管的阳极连接；所述二极管的阴极通过所述第一电容接地，所述二极管的阴极与所述功率变换单元的输出端连接；所述MOS管的漏极与所述电感的第二端连接，所述MOS管的栅极与所述功率变换单元的PWM信号输入端连接，所述MOS管的源极接地。

在一种可选的实施方式中，所述电流过冲保护电路的输出电流采样单元的第一端与所述PWM控制芯片的电压反馈引脚连接。

在一种可选的实施方式中，所述功率变换单元还具有输入电流检测端，所述输入电流检测端与所述PWM控制芯片的电流检测引脚连接；

所述功率变换单元还包括第八电阻；所述第八电阻的第一端与所述MOS管的源极连接，所述第八电阻的第二端接地，所述第八电阻的第一端与所述功率变换单元的输入电流检测端连接。

相比于现有技术，本实用新型实施例的有益效果在于：本实用新型实施例提供了电流过冲保护电路及开关电源电路，所述电流过冲保护电路具有第一直流电输入端、用于与负载的正极连接的电压检测端、用于与负载的负极连接的输出电流检测端以及用于与开关电源电路中的PWM控制芯片的过压保护引脚连接的电压输出端；所述电流过冲保护电路包括输出电流采样单元、第一分压单元、第二分压单元以及导通单元；所述输出电流采样单元的第一端与所述输出电流检测端连接，所述输出电流采样单元的第二端接地；所述第一分压单元的第一端与所述输出电流采样单元的第一端连接，所述第一分压单元的第二端与所述第一直流电输入端连接，所述第一分压单元的分压节点与所述导通单元的控制端连接；所述导通单元的第一端与所述第一直流电输入端连接，所述导通单元的第二端与所述第二分压单元的分压节点连接；所述第二分压单元的第一端与所述电压检测端连接，所述第二分压单元的第二端接地；所述第二分压单元的分压节点与所述电压输出端连接。通过以上结构，本实用新型实施例能利用开关电源电路中的PWM控制芯片的过压保护引脚实现过压保护的前提下，同时实现电流过冲保护，当负载电流过冲时，所述输出电流采样单元的分压增大，使所述第一分压单元的分压节点的分压也随之增大并达到所述导通单元的阈值电压，所述导通单元导通，所述第一直流电输入端通过所述导通单元连接到所述第二分压单元的分压节点，将所述第二分压单元的分压节点的电压增大至PWM控制芯片的过压保护引脚的过压保护电压值，使PWM控制芯片停止输出PWM信号，保护并锁定电路。

附图说明

图1是本实用新型提供的电流过冲保护电路的一实施例的结构示意图；

图2是本实用新型提供的电流过冲保护电路的另一实施例的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的开关电源电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，其是本实用新型提供的电流过冲保护电路的一实施例的结构示意图。本实用新型实施例提供一种电流过冲保护电路100，所述电流过冲保护电路100具有第一直流电输入端Vdc1、用于与负载的正极连接的电压检测端A、用于与负载的负极连接的输出电流检测端B以及用于与开关电源电路中的PWM控制芯片的过压保护引脚连接的电压输出端Vout1；所述电流过冲保护电路100包括输出电流采样单元101、第一分压单元102、第二分压单元103以及导通单元104；

所述输出电流采样单元101的第一端与所述输出电流检测端B连接，所述输出电流采样单元101的第二端接地；所述第一分压单元102的第一端与所述输出电流采样单元101的第一端连接，所述第一分压单元102的第二端与所述第一直流电输入端Vdc1连接，所述第一分压单元102的分压节点与所述导通单元104的控制端连接；所述导通单元104的第一端与所述第一直流电输入端Vdc1连接，所述导通单元104的第二端与所述第二分压单元103的分压节点连接；所述第二分压单元103的第一端与所述电压检测端A连接，所述第二分压单元103的第二端接地；所述第二分压单元103的分压节点与所述电压输出端Vout1连接。

本实用新型实施例的工作原理是：

当电路正常工作时，流经负载的电流在正常范围内，所述输出电流采样单元101检测流经负载的电流，此时所述输出采样单元的分压在正常范围内，所述第一分压单元102的分压节点电压处在所述导通单元104的阈值电压以下，所述导通单元104截止；所述第二分压单元103用于检测输出电压，此时所述第二分压单元103的分压节点的分压处在PWM控制芯片的过压保护引脚的过压保护电压值以下；

当输出电压过大时，所述第二分压单元103的分压节点电压增大并达到PWM控制芯片的过压保护引脚的过压保护电压值，使所述PWM控制芯片停止输出PWM信号，起到保护电路的作用；

当负载发生短路或因电路故障导致电流过冲时，流经负载的电流增大，所述输出电流采样单元101检测流经负载的电流，此时所述输出电流采样单元101的分压增大，使所述第一分压单元102的分压节点的分压随之增大并达到所述导通单元104的阈值电压，所述导通单元104导通，致使所述第二分压单元103的分压节点的电压增大并达到PWM控制芯片的过压保护引脚的过压保护电压值，PWM控制芯片停止输出PWM信号，进而停止对负载供电，起到保护电路的作用。

本实用新型实施例能在不影响对输出电压检测的基础上，通过PWM控制芯片的过压保护引脚实现负载电流过冲保护。

在一种可选的实施方式中，所述输出电流采样单元101包括第一电阻R1；所述第一电阻R1的第一端与所述输出电流采样单元101的第一端连接，所述第一电阻R1的第二端与所述输出电流采样单元101的第二端连接。所述第一电阻R1用于检测流经负载的电流，并根据电流大小产生相应的分压。

在具体实施方式中，所述输出电流采样单元101也可以是多个电阻的串并联组合体。

在一种可选的实施方式中，所述第一分压单元102包括第二电阻R2以及第三电阻R3；所述第二电阻R2的第一端与所述第一分压单元102的第一端连接，所述第二电阻R2的第二端通过所述第三电阻R3与所述第一分压单元102的第二端连接，所述第二电阻R2的第二端与所述第一分压单元102的分压节点连接。所述第二电阻R2与所述第三电阻R3用于与所述输出电流采样单元101组合，对所述第一直流电输入端Vdc1的输入电压进行分压；由于所述第二电阻R2与所述第三电阻R3组成的分压单元的的第一端及第二端分别与所述输出电流采样单元101的第一端及所述第一直流电输入端Vdc1连接，因此当输出电流采样单元101的分压增大时，所述第一分压单元102的分压节点的分压也随之增大。

在一种可选的实施方式中，所述第二分压单元103包括第四电阻R4以及第五电阻R5；所述第四电阻R4的第一端与所述第二分压单元103的第一端连接，所述第四电阻R4的第二端通过所述第五电阻R5与所述第二分压单元103的第二端连接，所述第四电阻R4的第二端与所述第二分压单元103的分压节点连接。当所述导通单元104截止时，所述第四电阻R4与所述第五电阻R5用于对所述电压检测端A的电压进行分压，并将所述分压节点的电压值传输到PWM控制芯片的过压保护引脚，起到过压保护的作用；当所述导通单元104导通时，所述第五电阻R5与所述导通单元104组合，对所述第一直流电输入端Vdc1的输入电压进行分压，并将此时所述第二分压单元103的分压节点的分压值传输到PWM控制芯片的过压保护引脚，起到电流过冲保护的作用。

在一种可选的实施方式中，所述导通单元104包括PNP型三极管Q1、TL431芯片U1、第六电阻R6以及第七电阻R7；所述PNP型三极管Q1的发射极通过所述第六电阻R6与所述导通单元104的第一端连接，所述PNP型三极管Q1的集电极与所述导通单元104的第二端连接，所述PNP型三极管Q1的基极通过所述第七电阻R7与所述导通单元104的第一端连接；所述PNP型三极管Q1的基极与所述TL431芯片U1的阴极连接，所述TL431芯片U1的参考极与所述导通单元104的控制端连接，所述TL431芯片U1的阳极接地。所述导通单元104的工作原理是：当所述TL431芯片U1的参考极的电压值低于所述TL431芯片U1的导通阈值时，所述TL431芯片U1截止，由于所述PNP型三极管Q1的基极通过所述第七电阻R7连接到所述第一直流电输入端Vdc1，所述PNP型三极管Q1的基极的电压被拉高，所述PNP型三极管Q1截止，所述导通单元104的第一端与第二端之间不导通，因此所述导通单元104截止；当所述TL431芯片U1的参考极的电压值达到所述TL431芯片U1的导通阈值时，所述TL431芯片U1导通，因所述TL431芯片U1导通，所述PNP型三极管Q1的基极电压被拉低，所述PNP型三极管Q1导通，即所述导通单元104的第一端与第二端导通，所述导通单元104导通；当所述PNP型三极管Q1导通时，所述第一直流电输入端Vdc1的输入电压通过所述第六电阻R6与所述第五电阻R5进行分压，使所述第二分压单元103的分压节点的分压增大至PWM控制芯片的过压保护引脚的过压保护电压值，并将此时所述第二分压单元103的分压节点的电压值传输到所述PWM控制芯片的过压保护引脚，以使所述PWM控制芯片停止输出PWM信号，起到保护电路的作用。

在另一种可选的实施方式中，所述导通单元104包括PNP型三极管Q1、NPN型三极管Q2、第六电阻R6以及第七电阻R7；所述PNP型三极管Q1的发射极通过所述第六电阻R6与所述导通单元104的第一端连接，所述PNP型三极管Q1的集电极与所述导通单元104的第二端连接，所述PNP型三极管Q1的基极通过所述第七电阻R7与所述导通单元104的第一端连接；所述PNP型三极管Q1的基极与所述NPN型三极管Q2的集电极连接，所述NPN型三极管Q2的基极与所述导通单元104的控制端连接，所述NPN型三极管Q2的发射极接地。请参阅图2，其是本实用新型提供的电流过冲保护电路的另一实施例的结构示意图。在本实施例中，利用所述NPN型三极管Q2替代上一实施例中的所述TL431芯片U1，所述NPN型三极管Q2在所述导通单元104中的作用与所述TL431芯片U1相同，具体为：当所述NPN型三极管Q2的基极的电压值低于所述NPN型三极管Q2的导通阈值时，所述NPN型三极管Q2截止，所述PNP型三极管Q1截止，使所述导通单元104截止；当所述NPN型三极管Q2的基极的电压值达到所述NPN型三极管Q2的导通阈值时，所述NPN型三极管Q2导通，使所述PNP型三极管Q1的基极的电压被拉低，所述PNP型三极管Q1导通，所述导通单元104导通。

为了实现相同的目的，本实用新型实施例还提供了一种开关电源电路。请参阅图3，其是本实用新型实施例提供的开关电源电路的结构示意图。所述开关电源电路具有第二直流电输入端Vdc2以及用于与负载的正极连接的负载连接端Vout2；所述开关电源电路包括功率变换单元200、PWM控制芯片U2以及如上所述的电流过冲保护电路100；

所述功率变换单元200的输入端与所述第二直流电输入端Vdc2连接，所述功率变换单元200的输出端与所述负载连接端Vout2连接；所述负载连接端Vout2与所述电流过冲保护电路100的电压检测端A连接；所述电流过冲保护电路100的电压输出端Vout1与所述PWM控制芯片U2的过压保护引脚OVP连接；所述功率变换单元200的PWM信号输入端与所述PWM控制芯片U2的PWM信号输出引脚GATE连接。

本实用新型实施例的工作原理是：

当所述开关电源电路正常工作时，流经负载的电流在正常范围内，所述电流过冲保护电路100的电压输出端Vout1的电压值处在所述PWM控制芯片U2的过压保护引脚OVP的过压保护电压值以下，所述PWM控制芯片U2的PWM信号输出引脚GATE输出PWM信号；

当所述开关电源电路的输出电压过大时，所述电流过冲保护电路100的电压检测端A电压过大，使所述电流过冲保护电路100的电压输出端Vout1输出电压增大并达到所述PWM控制芯片U2的过压保护引脚OVP的过压保护电压值，所述PWM控制芯片U2的PWM信号输出引脚GATE停止输出PWM信号，进而停止对负载供电，达到保护电路的效果；

当所述开关电源电路的输出电流过大或负载发生短路时，流经负载的电流增大，使所述电流过冲保护电路100的电压输出端Vout1的电压增大并达到所述PWM控制芯片U2的过压保护引脚OVP的过压保护电压值，所述PWM控制芯片U2的PWM信号输出引脚GATE停止输出PWM信号，进而停止对负载供电，达到保护电路的效果。

本实用新型实施例能在不影响对输出电压检测的基础上，通过PWM控制芯片U2的过压保护引脚OVP实现负载电流过冲保护。

需要说明的是，当PWM控制芯片U2的过压保护引脚OVP的电压达到过压保护电压值时，所述PWM控制芯片U2的PWM信号输出引脚GATE停止输出PWM信号，即所述PWM控制芯片U2U进入锁定状态，需要将所述PWM控制芯片U2的电源端(图中未示)的电压拉低再升高后才能解除锁定状态。

在一种可选的实施方式中，所述功率变换单元200包括电感L、MOS管FET、二极管D以及第一电容C1；所述电感L的第一端与所述功率变换单元200的输入端连接，所述电感L的第二端与所述二极管D的阳极连接；所述二极管D的阴极通过所述第一电容C1接地，所述二极管D的阴极与所述功率变换单元200的输出端连接；所述MOS管FET的漏极与所述电感L的第二端连接，所述MOS管FET的栅极与所述功率变换单元200的PWM信号输入端连接，所述MOS管FET的源极接地。

所述功率变换单元200为BOOST变换器，所述MOS管FET的开关受控与所述PWM控制芯片U2的PWM信号输出引脚GATE输出的PWM信号的电平高低；所述BOOST变换器的工作原理是本领域技术人员的公知常识，此处将不再赘述。

需要说明的是，所述功率变换单元200为BOOST变换器仅仅是本实用新型的一种优选实施方式，不是全部实施方式。所述功率变换单元200还可以为隔离式的变换器，如反激式变换器。

在一种可选的实施方式中，所述电流过冲保护电路100的输出电流采样单元101的第一端与所述PWM控制芯片U2的电压反馈引脚FB连接。

所述PWM控制芯片U2的电压反馈引脚FB用于根据所述输出电流采样单元101的分压大小调整所述PWM控制芯片U2的PWM信号输出的占空比，实现恒流。具体原理为：当所述输出电流采样单元101检测到流经负载的电流减小时，所述输出电流采样单元101的分压减小，所述PWM控制芯片U2的电压反馈引脚FB的电压减小，所述PWM控制芯片U2的PWM信号输出引脚GATE输出的PWM信号的占空比增大，进而使负载连接端Vout2的电流增大；当所述输出电流采样单元101检测到流经负载的电流增大时，所述输出电流采样单元101的分压增大，所述PWM控制芯片U2的电压反馈引脚FB的电压增大，所述PWM控制芯片U2的PWM信号输出引脚GATE输出的PWM信号的占空比减小，进而使负载连接端Vout2的电流减小；通过以上负反馈机理实现恒流。

在一种可选的实施方式中，所述功率变换单元200还具有输入电流检测端，所述输入电流检测端与所述PWM控制芯片U2的电流检测引脚CS连接；

所述功率变换单元200还包括第八电阻R8；所述第八电阻R8的第一端与所述MOS管FET的源极连接，所述第八电阻R8的第二端接地，所述第八电阻R8的第一端与所述功率变换单元200的输入电流检测端连接。

所述第八电阻R8用于检测所述MOS管FET的导通电流，电流流经所述第八电阻R8时，会产生相应的分压并传输到所述PWM控制芯片U2的电流检测引脚CS，所述PWM控制芯片U2根据所述电流检测引脚CS的输入电压不断调整PWM信号的占空比，稳定所述负载连接端Vout2的输出电流。其具体工作原理为：若所述电流检测引脚CS的输入电压高于所述PWM控制芯片U2的补偿控制引脚COMP的电压，则所述PWM控制芯片U2的PWM信号输出引脚GATE输出的PWM信号的占空比减少；若所述电流检测引脚CS的输入电压低于所述PWM控制芯片U2的补偿控制引脚COMP的电压，则所述PWM控制芯片U2的PWM信号输出引脚GATE输出的PWM信号的占空比增大。

在一种可选的实施方式中，所述功率变换单元200还包括第二电容C2以及第九电阻R9；所述第二电容C2的第一端与所述MOS管FET的漏极连接，所述第二电容C2的第二端通过所述第九电阻R9与所述MOS管FET的源极连接。所述第二电容C2和所述第九电阻R9组成与所述MOS管FET并联的RC吸收回路，有效减少所述MOS管FET在快速开关过程中产生的电磁干扰。

在一种可选的实施方式中，所述开关电源电路还包括第三电容C3以及第十电阻R10；所述第三电容C3的第一端通过所述第十电阻R10与所述PWM控制芯片U2的补偿控制引脚COMP连接，所述第三电容C3的第二端接地。所述第三电容C3以及所述第十电阻R10组成RC环路补偿电路，实现快速、精确、稳定的环路调节。

相比于现有技术，本实用新型实施例的有益效果在于：本实用新型实施例提供了电流过冲保护电路及开关电源电路，所述电流过冲保护电路具有第一直流电输入端、用于与负载的正极连接的电压检测端、用于与负载的负极连接的输出电流检测端以及用于与开关电源电路中的PWM控制芯片的过压保护引脚连接的电压输出端；所述电流过冲保护电路包括输出电流采样单元、第一分压单元、第二分压单元以及导通单元；所述输出电流采样单元的第一端与所述输出电流检测端连接，所述输出电流采样单元的第二端接地；所述第一分压单元的第一端与所述输出电流采样单元的第一端连接，所述第一分压单元的第二端与所述第一直流电输入端连接，所述第一分压单元的分压节点与所述导通单元的控制端连接；所述导通单元的第一端与所述第一直流电输入端连接，所述导通单元的第二端与所述第二分压单元的分压节点连接；所述第二分压单元的第一端与所述电压检测端连接，所述第二分压单元的第二端接地；所述第二分压单元的分压节点与所述电压输出端连接。通过以上结构，本实用新型实施例能利用开关电源电路中的PWM控制芯片的过压保护引脚实现过压保护的前提下，同时实现电流过冲保护，当负载电流过冲时，所述输出电流采样单元的分压增大，使所述第一分压单元的分压节点的分压也随之增大并达到所述导通单元的阈值电压，所述导通单元导通，所述第一直流电输入端通过所述导通单元连接到所述第二分压单元的分压节点，将所述第二分压单元的分压节点的电压增大至PWM控制芯片的过压保护引脚的过压保护电压值，使PWM控制芯片停止输出PWM信号，保护并锁定电路。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。