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CN1430314A - 一种短路保护电路 - Google Patents

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王满堂
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Abstract

一种短路保护电路，涉及开关电源领域，本发明包括延时电路、短路电流阈值设定电路、短路过流检测电路以及滞回电路；其中：延时电路，用于将PWM开关电源的主功率回路输出的电流取样电平保持一段时间并缓慢下降，成为一个连续的信号；电流阈值设定电路，用于产生阈值电平；过流检测电路，用于比较延时电路输出的电流取样电平与电流阈值设定电路所产生的阈值电平并判断；滞回电路，形成窗式比较电路，延长发出短路保护信号到下次恢复正常工作的时间；并将输出的短路保护信号反馈到阈值设定电路，使得电流阈值设定电路降低阈值电平，并增强过流检测电路的抗干扰能力；本发明由于延时和滞回功能的引入，有效地降低短路保护时开关电源的工作电流和损耗，提高可靠性。

Description

一种短路保护电路
技术领域
本发明涉及开关电源领域，具体涉及电流型脉宽调制(PWM)开关电源。
背景技术
目前开关电源的应用越来越广泛，在开关电源的保护功能中，一般都需要短路保护电路，以防止开关电源在短路时工作电流过大而损坏电源以及负载。而短路保护电路性能的好坏直接影响着整个电源的可靠性。目前，开关电源中的短路保护电路大都采用脉宽调制芯片内部的电流峰值限制电路来检测变压器原边的工作电流，限制其峰值来达到短路保护的功能。由于这种方案只是限制主回路的电流峰值，在短路状态下一直频繁保护与恢复，主回路的工作电流仍然很大，存在着开关电源短路输出残余电压高，损耗大，可靠性低的问题。
美国专利US5,400,206“Short circuit and overload protection circuitwhich allows a predetermined number of reconnection attempts”中采用了一种可预设短路试尝恢复次数的短路保护电路，使用一个可设置计数器来限制短路试尝恢复次数及时间的电路，当保护动作超过一定设置数后，保护装置锁死，一直处于保护状态，这种方案能够解决开关电源短路损耗大的问题，但是在短路去除后不能够自动恢复，而需要手动重置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺点，提出一种短路保护电路，以降低短路保护时开关电源的工作电流和损耗，提高电源的可靠性，并能够在短路去除后自动恢复工作。
本发明的技术方案如下：包括延时电路、短路电流阈值设定电路、短路过流检测电路以及滞回电路；其中：
延时电路，用于将PWM开关电源的主功率回路输出的电流取样电平保持一段时间(该时间由电源的应用环境决定)并缓慢下降，成为一个连续的信号；
电流阈值设定电路，用于产生阈值电平；
过流检测电路，用于比较延时电路输出的电流取样电平与电流阈值设定电路所产生的阈值电平并判断；当电流取样电平超过设定的阈值电平时，产生短路保护信号；当电流取样电平下降到低于阈值电平后，撤销短路保护信号；
滞回电路，形成窗式比较电路，延长发出短路保护信号到下次恢复正常工作的时间；并将输出的短路保护信号反馈到阈值设定电路，使得电流阈值设定电路降低阈值电平，并增强过流检测电路的抗干扰能力。
短路保护信号可用来控制脉宽调制芯片的供电，或者拉低脉宽调制芯片的电压反馈端，停止开关电源的工作。短路保护后，延时电路所输出的电流取样电平处于在不断的缓慢下降过程中，当下降到低于阈值电平后，过流检测电路撤销短路保护信号，开关电源尝试恢复工作；如果开关电源还处于短路状态，本发明的保护电路又重复短路保护过程，转入保护状态，如果开关电源的短路已经去除，则本保护电路停止输出短路保护信号，恢复开关电源的正常工作状态。
采用本发明所提供的装置，与背景技术部分提到的依靠脉宽调制芯片内部的电流峰值限制电路来进行短路保护的方案相比，由于延时和滞回功能的引入，有效地降低了短路保护时开关电源的工作电流和损耗，提高了电源装置的可靠性。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
图2是实现本发明装置的具体电路图。
具体实施方式
下面结合图1、2对本发明作进一步说明：
由图2中的第一个电容C1和电阻R2组成的并联支路跨接在二极管VD1的阴极和地之间构成了延时电路101；第二电容C2和电阻R4组成的并联支路与电阻R5串联后跨接在VREF电源端和地之间构成了阈值设定电路102；滞回电路104可由电阻R3实现；短路过流检测电路103可比较器D1实现；
VCC端口为比较器D1供电并提供上拉电平，D1为集电极开路的比较器，通过上拉电阻R1接VCC端口，如果使用非集电极开路的比较器或者运放时，上拉电阻R1可以去掉；
VREF为稳定直流电压，用于给电流阈值设定电路102供电；
延时电路101中的二极管VD1的阳极连接到开关电源100的主功率回路电流取样电阻或者电流互感器上，图2中是从PWM开关电源的主功率回路中的电流取样电阻R6上取得该回路的电流取样信号，该信号经过延时电路101后，即使R6上的电流取样信号消失，由于延时电路101中C1的积分作用，电流取样电平也能保持一段时间并缓慢下降，电流取样电平送入过流检测电路103，和电流阈值设定电路102产生的阈值电平在过流检测电路103中的比较器D1处进行比较判断，当C1上的电流取样电平超过设定的阈值电平时，D1产生短路保护信号，输出低电平，由于滞回电路R3的作用，形成窗式比较电路，延长了短路保护到再次恢复正常工作的时间。短路保护信号CTL在保护状态时为低电平，可用于驱动三极管或MOS管控制PWM芯片的供电，也可以用来拉低脉宽调制芯片的电压反馈端(如COM端)，停止开关电源的工作，直到C1放电到R3、R4、R5产生的恢复阈值，比较器才翻转，输出为高阻态，恢复脉宽调制电路的正常工作。
其中，延时电路101中的C1和R2的取值应该大一些，这样使延时时间长一些，对降低短路保护时的电源损耗有积极作用；
滞回电路R3影响阈值设定电路102所产生的阈值电压的降低程度，阻值越小，滞回作用越强烈，阈值电压的降低程度越大，短路保护到恢复的时间也越长。
本文所公开的具有延时和滞回功能的短路保护控制电路可广泛用于各类开关电源系统中，特别是对电源短路保护时损耗小，可靠性高的场合。

Claims (1)

1、一种短路保护电路，包括延时电路(101)、短路电流阈值设定电路(102)、短路过流检测电路(103)以及滞回电路(104)；
所述的延时电路(101)，用于将PWM开关电源的主功率回路输出的电流取样电平保持一段时间并缓慢下降，成为一个连续的信号；
所述的电流阈值设定电路(102)，用于产生阈值电平；
所述的过流检测电路(103)，用于比较延时电路输出的电流取样电平与电流阈值设定电路所产生的阈值电平并判断；当电流取样电平超过设定的阈值电平时，产生短路保护信号；当电流取样电平下降到低于阈值电平后，撤销短路保护信号；
所述的滞回电路(104)，形成窗式比较电路，延长发出短路保护信号到下次恢复正常工作的时间；并将输出的短路保护信号反馈到阈值设定电路，使得电流阈值设定电路降低阈值电平，并增强过流检测电路的抗干扰能力。
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