一种过温过流保护电路及包含该电路的开关电源的制作方法

本发明涉及保护电路领域，特别涉及一种过温过流保护电路及包含该电路的开关电源。

背景技术：

开关电源作为现代电能变换技术的核心组成部分，已被广泛应用在各种用电场合，开关电源能否安全稳定的运行，直接关系到电路安全、设备安全甚至人身安全，因此在开关电源设计中，通常都会加入保护电路以保障电源的安全稳定运行。

开关电源在使用过程中，输出功率超出其额定功率时，无法保证其内部各器件的可靠性，因此在设计过程中常常会给开关电源加入输出过流保护及输出短路保护电路，其保护方法通常分为两种方式：打嗝式过流保护电路及非打嗝式过流保护电路。打嗝式保护电路工作原理为：开关电源启机时，开关电源开始有功率输出，当电源持续工作一段时间后，若输出电压不能达到额定输出电压，或输出电流持续大于最大输出电流一段时间后，保护电路判定电源工作在输出过流或输出短路状态，此时保护电路将开关电源关断，电源不再有功率输出，保护电路开始计时，当保护电路计时达到一定时间后，保护电路退出保护状态，即开关电源重新启动，进入下一个启动过程，完成一个打嗝保护周期，打嗝保护工作方式因功耗低、可靠性强等优点，被广泛应用在许多开关电源中，尤其是大功率开关电源设备中；非打嗝式过流保护电路工作原理通常为：开关电源输出过流或短路状态下，电源仍存在一定的功率输出，其输出功率大小视具体电路而不同，通常小于产品额定输出功率，以保证开关电源在输出过流或短路状态下不会因过功率而损坏，待输出过流或短路故障消除后开关电源重新进入正常工作状态。

开关电源为功率电路，温度是影响开关电源元器件可靠性和稳定性的非常重要的因素，温度过高将会导致许多半导体器件(如mos管、三极管)、电容等元器件损坏，尤其在环境温度较高时，再加上开关电源本身的发热量，很容易使电子元器件工作于高温情况，加速电源老化甚至损坏，因此在开关电源电路中通常加入过温保护电路，使开关电源元器件的工作温度控制在允许的范围之内，以保证它的可靠性和稳定性。过温保护电路通常采用采集热敏感器件的外部电压或电流信号，通过比较等方式以转换为可控制电源开关的电信号，且通常加入一定的滞回，即在开关电源温度超过某较高的设定温度时，开关电源停止输出，当开关电源温度降低至另一较低的设定温度时，开关电源重新开始工作。

常用的过温、过流保护电路因各自都需要存在滞回，通常采用两个电路单独实现，常用的方法为采用两个比较器来实现，存在成本较高、占板面积大等缺点。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明克服以上不足，提供一种过温过流保护电路及包含该电路的开关电源，包括过流打嗝保护电路、过温保护电路、补偿电平输入端、控制端、供电端、地线端。

供电端同时连接过流打嗝保护电路和过温保护电路；过流打嗝保护电路的输入端即为补偿电平输入端，过流打嗝保护电路的输出端即为控制端；

过温保护电路通过其触发端与过流打嗝保护电路的被触发端相连接，过温保护电路还通过其被下拉端与过流打嗝保护电路的下拉端相连接；过流打嗝保护电路内部设置第一设定值和第二设定值；

当补偿电平输入端电平升高至大于或等于第一设定值时，过流打嗝保护电路的输出端输出低电平，直至补偿电平输入端电平降低至小于第二设定值时，过流打嗝保护电路的输出端呈现高阻态或悬空，完成一次过流打嗝保护；

当温度升高至大于或等于第一设定值时，过温保护电路触发端触发过流打嗝保护电路，使得过流打嗝保护电路的输出端的电平由高电平翻转为低电平，此时过流打嗝保护电路通过其下拉端将过温保护电路被下拉端电平拉低，即过温保护电路进入深度保护状态；当温度降低至第二设定值时，过温保护电路触发端呈现高阻态或悬空，而过流打嗝保护电路的输出端维持低电平设定时长后才退出保护状态，即此时过流打嗝保护电路的输出端呈现高阻态或悬空，完成一次过温保护。

优选的，第一设定值大于第二设定值。

优选的，过流打嗝保护电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一运算放大器、第一电容；所述补偿电平输入端连接所述第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极经所述第一电阻连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述第一运算放大器反相输入端通过所述第三电阻连接地线端，所述第一运算放大器反相输入端还经所述第一电容连接地线端，所述第一运算放大器电源端连接所述供电端，所述第一运算放大器电源地连接所述地线端，所述供电端还经所述第二电阻连接所述第一运算放大器同相输入端，所述第一运算放大器同相输入端经所述第四电阻连接地线端，所述第一运算放大器同相输入端还经所述第五电阻连接所述第三二极管的阳极，所述第三二极管的阴极连接所述第一运算放大器输出端，所述第一运算放大器输出端连接所述第二二极管阴极，所述第二二极管阳极连接所述控制端，第一运算放大器反向输入端为过流打嗝保护电路的被触发端，第一运算放大器输出端为过流打嗝保护电路的下拉端。

优选的，作为过温保护电路的第一种方案，包括：第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一热敏电阻、第四二极管、第五二极管、第一三端稳压器，供电端经第六电阻连接第一三端稳压器阴极，第一三端稳压器阴极连接第四二极管阳极，第一三端稳压器阳极连接地线端，供电端还经第七电阻连接第五二极管的阳极，第五二极管阳极经第八电阻连接第一三端稳压器的参考端，第一三端稳压器的参考端经第一热敏电阻连接地线端，第四二极管的阴极为过温保护电路的触发端，第五二极管的阴极连接第九电阻一端，第九电阻另一端为过温保护电路的被下拉端；第一热敏电阻为负温度系数热敏电阻，即温度升高时，热敏电阻阻值减小，相反温度降低时，热敏电阻阻值增大。

优选的，作为过温保护电路第一种方案的改进，还包括第十电阻，所述的第十电阻与第一热敏电阻串联，即第一三端稳压器的参考端经第一热敏电阻、第十电阻连接地线端。

优选的，作为过温保护电路第一种方案的另一改进，还包括第二电容，第二电容一端连接第一三端稳压器的参考端，第二电容的另一端连接地线端。

优选的，作为过温保护电路的第二种方案，包括：第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第二热敏电阻、第四二极管、第五二极管、第一三端稳压器，供电端经第六电阻连接第一三端稳压器阴极，第一三端稳压器阴极连接第四二极管阳极，第一三端稳压器阳极连接地线端，供电端还经第二热敏电阻连接第五二极管的阳极，第五二极管阳极经第八电阻连接第一三端稳压器的参考端，第一三端稳压器的参考端经第七电阻连接地线端，第四二极管的阴极为过温保护电路的触发端，第五二极管的阴极连接第九电阻一端，第九电阻另一端为过温保护电路的被下拉端；第二热敏电阻为正温度系数热敏电阻，即温度升高时，热敏电阻阻值增大，相反温度降低时，热敏电阻阻值减小。

优选的，作为过温保护电路第二种方案的改进，还包括第二电容，第二电容一端连接第一三端稳压器的参考端，第二电容的另一端连接地线端。

对应地，本申请提供的包含上述过温过流保护电路的开关电源，其特征在于：

补偿电平输入端在开关电源输出短路或过流时电平升高，在输出电流减小时电平降低；

控制端为低电平时开关电源停止工作，为高电平时开关电源恢复工作。

应用本发明过流保护电路的开关电源工作原理说明：

在常用的开关变换器电路中，均存在与电压环相关的补偿电平输入端comp(或表示为fb)，其特点为：在稳定状态下，补偿电平输入端电平为一个稳定直流电压，在电源输出电流增大时，补偿电平输入端comp(或fb)端电平相应的升高，相反，在输出电流减小时，补偿电平输入端comp(或fb)端电平相应降低。

在本发明中，过流打嗝保护电路通过检测补偿电平输入端comp(或表示为fb)的电压，与其内部的基准电压进行比较，当电源输出电流过大时，补偿电平输入端电平高于过流打嗝保护电路中的内部基准电压，过流打嗝保护电路的控制端输出低电平，电源停止输出，即进入保护状态；过流打嗝保护电路具有计时功能，在过流打嗝保护电路进入保护状态以后，经过一定时间后，过流打嗝保护电路的控制端输出表现为悬空状态，即控制端电压为高电平或高阻态，电源重新进入工作状态。

在温度升高至第一设定值时，过温保护电路触发过流打嗝保护电路，过流打嗝保护电路控制端输出低电平，同时使过温保护电路进入深度保护状态，开关电源停止工作；当温度降低至第二设定值时，过温保护电路退出深度保护状态，同时触发过流打嗝保护电路，使过流打嗝保护电路的所述控制端高电平或悬空，开关电源重新开始工作。

本发明的有益效果：

1、过温保护电路采用三端稳压器进行采样控制，精度高。

2、过温保护电路利用过流打嗝保护电路引入滞回，设计时可分别设计过温保护及退出保护的温度值，设计回差调节方便。

3、电路采用一个普通运算放大器和一个三端稳压器即可实现两种保护，电路简单，成本低。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明第一实施例的原理图；

图3为本发明第二实施例的原理图。

具体实施方式

本发明的技术构思提供了一种电源过温过流保护技术方案，其特点为采用一个过流打嗝保护电路和一个过温保护电路，过流打嗝保护电路可实现电源输出过流或短路条件下的打嗝保护，过温保护工作特点为在产品过温时，过温保护电路能够触发过流打嗝保护电路，利用过流打嗝保护电路将电源关断，同时利用过流打嗝保护电路将过温保护电路加入滞回，即产品温度降低至比过温保护更低的温度时，过温保护电路才退出保护状态，电源重新开始工作。

使本发明更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当指出，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

第一实施例

如图2所示为本发明第一实施例的原理图，一种开关电源过温过流保护电路，其特征在于：包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5、第一运算放大器ar1、第一电容c1、第二电容c2、第一三端稳压器tl431、第一热敏电阻rn；

本实施例中的过流打嗝保护电路包括的元器件为：第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第一运算放大器ar1、第一电容c1；过温保护电路包括的元器件为：第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第一热敏电阻rn、第四二极管d4、第五二极管d5、第二电容c2、第一三端稳压器tl431。

本实施例的连接关系为：补偿电平输入端comp连接第一二极管d1的阳极，第一二极管d1的阴极经第一电阻r1连接第一运算放大器ar1的反相输入端，第一运算放大器ar1反相输入端通过第三电阻r3连接地线端，第一运算放大器ar1反相输入端还经第一电容c1连接地线端，第一运算放大器ar1电源端连接供电端vcc，第一运算放大器ar1电源地连接地线端，供电端vcc还经第二电阻连接第一运算放大器ar1同相输入端，第一运算放大器ar1同相输入端经第四电阻r4连接地线端，第一运算放大器ar1同相输入端还经第五电阻r5连接第三二极管d3的阳极，第三二极管d3的阴极连接第一运算放大器ar1输出端，第一运算放大器ar1输出端连接第二二极管d2阴极，第二二极管d2阳极连接控制端ctrl，供电端vcc经第六电阻r6连接第一三端稳压器tl431阴极，第一三端稳压器tl431阴极连接第四二极管d4阳极，第四二极管d4阴极连接第一运算放大器ar1反相输入端，第一三端稳压器tl431阳极连接地线端，供电端vcc还经第七电阻r7连接第五二极管d5的阳极，第五二极管d5的阴极经第九电阻r9连接第一运算放大器ar1的输出端，第五二极管d5阳极经第八电阻r8连接第一三端稳压器tl431的参考端，第一三端稳压器tl431的参考端经第一热敏电阻rn连接地线端，第一三端稳压器tl431的参考端还经第二电容c2连接地线端。

其工作原理为：

过流打嗝保护电路工作原理为，在电源输出电流增大时，补偿电平输入端comp电压升高，其通过二极管d1、电阻r1给电容c1充电，当电容c1两端电压高于电阻r2与r4之间的电压时，运算放大器ar1输出端电压由高电平变为低电平，控制端ctrl电平变为低电平，电源停止工作；此时因电阻r5及二极管d3的作用，运算放大器ar1同相输入端端电压被拉至较低的电压，由于电阻r3与电容c1并联，电容c1两端的电荷会通过电阻r3慢慢消耗掉，因此电容c1两端电压缓慢下降，当其电压下降至低于运算放大器ar1同相输入端电压时，运算放大器ar1输出高电平，电源重新启动，完成一次过流打嗝保护。

过温保护电路工作原理为，热敏电阻rn具有负温度系数，即在温度升高时，热敏电阻阻值减小，相反，当温度降低时，热敏电阻阻值增大。由于电阻r7、电阻r8与热敏电阻串联，在温度较低时，热敏电阻rn阻值较大，热敏电阻rn两端分得的的电压大于三端稳压器tl431内部参考电压(通常为2.5v或1.25v)，从三端稳压器tl431阴极流入阳极的电流较大，又因为电阻r6与三端稳压器tl431串联，电阻r6上分的的电压较高，因此三端稳压器tl431阴极电压表现为低电平，二极管d4处于反向截止状态，运算放大器ar1的反相输入端电压不受过温保护电路影响，在非过流保护状态下，运算放大器ar1输出高电平，控制端ctrl未被拉低，电源处于工作状态；当温度升高时，热敏电阻rn阻值减小，rn两端的电压降低，当rn两端电压降低至小于三端稳压器tl431内部参考电压时，三端稳压器tl431处于截止状态，即三端稳压器tl431阴极流入的电流非常小，从vcc经电阻r6流出的电流会经二极管d4给电容c1充电，电容c1两端的电压逐渐升高，当c1两端的电压升高至大于运算放大器ar1的同相输入端电压时，运算放大器ar1输出低电平，控制端ctrl电压会被运算放大器ar1输出端经二极管d2拉至低电平，电源停止工作，即进入过温保护状态，此时由于运算放大器ar1输出端为低电平，流经电阻r7的部分电流会经二极管d5及电阻r9流入运算放大器ar1输出端，此时电阻r7上的电流增大，电阻r7上的电压增大，此时电阻r8及热敏电阻rn上的电压降低，即使热敏电阻rn上的电压进一步降低，电路进入深度过温保护状态；由于二极管d5及电阻r9的分流作用，流经热敏电阻rn上的电流减小，电路若要退出过温保护状态，热敏电阻的阻值需增大至比过温保护时更大的阻值，即温度降低至低于过温保护的温度时，热敏电阻两端电压大于三端稳压器tl431内部参考电压，三端稳压器tl431阴极电压降低，电容c1上的电压在电阻r3的消耗作用下逐渐降低，一直降低至小于运算放大器ar1的同相输入端电压，产品退出保护状态，电源重新开始工作。

在本实施例的基础上，可以去掉电容c2，其他元器件的连接关系不变，也能实现本发明的目的。还可以增加一个电阻r10，电阻r10与第一热敏电阻串联，即第一三端稳压器的参考端经第一热敏电阻、电阻r10连接地线端，也同样能实现本发明的目的。

第二实施例

如图3所示为本发明第二实施例的原理图，一种开关电源过温过流保护电路，其特征在于：包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5、第一运算放大器ar1、第一电容c1、第二电容c2、第一三端稳压器tl431、第二热敏电阻rp；

本实施例中的过流打嗝保护电路包括的元器件为：第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第一运算放大器ar1、第一电容c1；过温保护电路包括的元器件为：第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第二热敏电阻rp、第四二极管d4、第五二极管d5、第二电容c2、第一三端稳压器tl431。

本实施例的连接关系为：补偿电平输入端comp连接第一二极管d1的阳极，第一二极管d1的阴极经第一电阻r1连接第一运算放大器ar1的反相输入端，第一运算放大器ar1反相输入端通过第三电阻r3连接地线端，第一运算放大器ar1反相输入端还经第一电容c1连接地线端，第一运算放大器ar1电源端连接供电端vcc，第一运算放大器ar1电源地连接地线端，供电端vcc还经第二电阻连接第一运算放大器ar1同相输入端，第一运算放大器ar1同相输入端经第四电阻r4连接地线端，第一运算放大器ar1同相输入端还经第五电阻r5连接第三二极管d3的阳极，第三二极管d3的阴极连接第一运算放大器ar1输出端，第一运算放大器ar1输出端连接第二二极管d2阴极，第二二极管d2阳极连接控制端ctrl，供电端vcc经第六电阻r6连接第一三端稳压器tl431阴极，第一三端稳压器tl431阴极连接第四二极管d4阳极，第四二极管d4阴极连接第一运算放大器ar1反相输入端，第一三端稳压器tl431阳极连接地线端，供电端vcc还经第二热敏电阻rp连接第五二极管d5的阳极，第五二极管d5的阴极经第九电阻r9连接第一运算放大器ar1的输出端，第五二极管d5阳极经第八电阻r8连接第一三端稳压器tl431的参考端，第一三端稳压器tl431的参考端经第七电阻r7连接地线端，第一三端稳压器tl431的参考端还经第二电容c2连接地线端。

过流打嗝保护电路部分电路工作原理与第一实施例原理相同，这里不再赘述，与第一实施例不同之处在于，供电端vcc经第二热敏电阻rp连接第五二极管d5的阳极，第一三端稳压器tl431的参考端经第七电阻r7连接地线端，热敏电阻rp为负温度系数热敏电阻，当温度升高时，热敏电阻rp的阻值增大，由于热敏电阻rp与电阻r8及电阻r7为串联关系，热敏电阻rp阻值增大，流经热敏电阻rp、电阻r8及电阻r7的电流减小，电阻r7上的电压减小，当温度升高至第一设定值时，电阻r7上的电压降低至三端稳压器tl431的内部参考以下，三端稳压器的阴极电压升高，过温保护电路触发过流打嗝保护电路，电源进入过温保护；当温度降低至第二设定值时，电阻r7上的电压降低至三端稳压器tl431的内部参考以下，三端稳压器的阴极电压降低，过温保护电路退出保护状态，电源重新启动。

在本实施例的基础上，可以去掉电容c2，其他元器件的连接关系不变，也能实现本发明的目的。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，这里不再用实例赘述，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。