專利名稱：具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源及保護方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種保護電路，尤其涉及一種具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源及保護方法。
背景技術：
在工業(yè)自動化控制等許多領域，開關電源使用越來越廣泛，其可靠性也越來越重要。而為了滿足高可靠性的要求，在開關電源必須集成多種保護功能。在開關電源的各種保護功能中，短路保護(或過流保護)是保障電子產(chǎn)品可靠性的一項極其重要的功能。開關電源在短路時，半導體功率器件將會流過非常大的電流，使功率器件因流過大電流或溫升過高而損壞。同時，開關電源短路時，會導致控制系統(tǒng)工作不正常而產(chǎn)生各種故障，甚至損壞昂貴的后級設備。所以，在開關電源的設計過程中，短路保護電路的設計是非常重要的，對于開關電源和負載設備的可靠性有著很大的影響。 目前，低壓輸出電路的短路保護電路主要有以下幾種具體保護方式一、自鎖型，即輸出短路后立即封鎖電源，需要重新啟動電源或手動復位后才會有輸出，此類對用戶來說操作極為不便。二、限制型，即限制輸出電流或輸出功率，當輸出電流或輸出功率達到一定值后，控制電路降低輸出電壓，使電路輸出維持在最大電流或最大功率狀態(tài)。此模式一般運用電路本身的功率限制來達到保護目的，輸入輸出電流極大，主功率管和整流管一直維持在最大占空比，因此此類一般不具備真正意義上的短路保護，不能持續(xù)短路或短路功耗非常大。三、打嗝型，即輸出電流達到保護點時延遲非常短的時間后封鎖輸出，再延遲較長的一段時間后重新開啟輸出。在這種保護方式下，電源只工作幾個開關周期，然后就進入很長時間的啟動過程，因此功率開關的電流應力很小，平均功耗低，即使長時間輸出短路也不會導致電源的熱損壞。目前大部分采用此模式。而對于短路狀態(tài)的檢測一般基于以下兩種方式一種是檢測短路時大電流。在放電回路中串聯(lián)采樣電阻，放電時電流會在采樣電阻上產(chǎn)生壓降，放電電流越大則采樣電阻上的壓降越大，將該壓降值與設定的閾值進行比較，超過閾值則視為短路，從而輸出短路保護控制信號至后級開關器件切斷放電回路，實現(xiàn)短路保護功能。其缺點是檢測電阻本身功耗比較大。另一種是檢測短路時的電壓。當輸出過載或短路時，輸出電壓降低，當檢測電壓低于設定的閾值，則視為過流或短路，從而輸出短路保護控制信號至后級開關器件切斷放電回路，實現(xiàn)短路保護功能。此方法檢測簡單，檢測功耗小，目前常采用此方式，如目前通用的TL431加隔離光耦的方式。傳統(tǒng)的多路輸出反激電源變換器，是通過在同一個變壓器耦合多個繞組以得到多個不同的輸出，由于具有電路結構簡單及制造成本低的優(yōu)點，廣泛應用于需要多種供電電源的復雜電子系統(tǒng)中。然而目前對于傳統(tǒng)的多路輸出反激電源變換器的短路保護，都是通過主控PWM芯片進行集中式保護(如公開號為CN101034798A的中國發(fā)明專利公開的一種電源變換器輸出保護電路)，電源正常工作，保護電路不工作，當電源電路發(fā)生短路時，短路引起的電壓異常使保護電路開始工作，并將故障反饋給電源的反饋電路，通過電源的反饋電路傳輸?shù)诫娫吹目刂颇K，關閉電源的輸出模塊，從而達到停止元件工作，切斷電源輸出，保護電源電路元件不發(fā)生燒毀和過熱，不發(fā)生高溫和爆炸的情況。這對于具有同時多路輸出直流電壓的開關電源來說，只要有一路輸出短路，就會影響到其它各路輸出電源的正常工作。對于設備中的核心控制部分，其供電電源必須非常穩(wěn)定，否則將造成嚴重的損失或人身傷害。因此，為了解決前面討論的電源變換器短路保護存在的缺陷，需要提供一種具有輸出短路保護功能的多輸出反激電源及短路保護方法，使得反激電源具有短路功耗小，電路簡單，檢測功耗小的優(yōu)點；并且每路輸出能獨立短路保護，即該輸出即使短路，也不會影響到其他輸出回路的工作狀態(tài)。

發(fā)明內容
基于此，本發(fā)明要解決的第一技術問題是提供一種具有輸出短路保護功能的多路 輸出反激電源，其每路輸出能獨立短路保護，即該輸出即使短路，也不會影響到其他輸出回路的工作狀態(tài)。本發(fā)明要解決的第二技術問題是提供一種根據(jù)上述的具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源的短路保護方法。本發(fā)明的第一目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源，包括，具有一個初級繞組和多個次級繞組的變壓器Tl ；與所述變壓器Tl初級繞組NO相連的主開關Ql ；對所述主開關Ql進行控制的PWM控制電路；與所述變壓器次級繞組相連的輸出整流濾波電路，所述輸出整流濾波電路連接負載；與所述輸出整流濾波電路連接的輸出短路保護電路；其中，所述輸出短路保護電路包括運算放大器U1、M0S管Q2、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第一電容C4以及為所述運算放大器Ul提供工作電源和基準電壓的電源電路，所述電源電路一端連接變壓器次級繞組的一端，另一端連接運算放大器Ul反相輸入端，所述電源電路還與整流濾波電路共地連接；所述第一電阻Rl —端連接輸出整流濾波電路，另一端連接運算放大器Ul同相輸入端以及第二電阻R2，第二電阻R2另一端連接電源電路，所述第一電容C4連接于運算放大器Ul同相輸入端與輸出端之間，所述第三電阻R3一端連接運算放大器Ul輸出端，另一端連接MOS管Q2柵極，所述MOS管Q2源極連接變壓器次級繞組另一端。優(yōu)選的，所述輸出整流濾波電路包括主輸出整流濾波電路以及輔輸出整流濾波電路；所述主輸出整流濾波電路與所述變壓器第一次級繞組NI相連，所述輔輸出整流濾波電路與所述變壓器第二次級繞組N2連接。優(yōu)選的，所述電源電路包括第三二極管D3、第四電阻R4、第三濾波電容C3以及穩(wěn)壓二極管ZD1，所述第三二極管D3陽極連接第二二極管D2陽極，陰極連接第三濾波電容C3正極、第四電阻R4 —端，所述第四電阻R4另一端連接穩(wěn)壓二極管ZDl陰極以及運算放大器Ul反相輸入端，所述第三濾波電容C3負極連接穩(wěn)壓二極管ZDl陽極以及第二電阻R2，并接地。優(yōu)選的，所述電源電路還包括與所述穩(wěn)壓二極管ZDl并聯(lián)的第二電容C5。優(yōu)選的，所述主開關Ql為MOS管。優(yōu)選的，所述MOS管Q2為N型MOS管。優(yōu)選的，所述主輸出整流濾波電路包括陽極與所述變壓器第一次級繞組NI—端相連的第一二極管D1，正極與第一二極管Dl陰極相連，負極與第一次級繞組NI另一端相連的第一濾波電容Cl。優(yōu)選的，所述輔輸出整流濾波電路包括陽極與所述變壓器第二次級繞組N2—端 相連的第二二極管D2，正極與第二二極管D2陰極相連，負極與第二次級繞組N2另一端相連的第二濾波電容C2。本發(fā)明的第二目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的一種根據(jù)上述的具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源的短路保護方法，包括以下步驟，S10、輸出負載正常工作，運算放大器Ul同相輸入端電壓高于反相輸入端電壓，輸出高電平，控制MOS管Q2導通，反激電源正常輸出；S20、當負載短路時，運算放大器Ul同相輸入端電壓線性下降，當?shù)陀诜聪噍斎攵穗妷簳r，運算放大器Ul輸出低電平，控制MOS管Q2關斷，該路輸出停止對負載供電；S30、當輸出停止對負載供電時，該路輸出通過輸出整流濾波電路重新充電到短路前的正常輸出電壓，運算放大器Ul同相輸入端電壓線性上升，當高于反相輸入端電壓時，輸出高電平，控制MOS管Q2導通，該路輸出重新對負載進行供電；S40、若負載仍然短路，則返回步驟SlO ;若負載短路故障已排除，則執(zhí)行步驟S50 ；S50、所述運算放大器Ul同相輸入端電壓穩(wěn)定至短路前的正常電壓，并保持高于反相輸入端電壓，該路輸出保持對負載供電。本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明中采用的輸出短路保護電路以及短路保護方法使得反激電源的短路功耗小，電路簡單，成本低；并且每路輸出能獨立短路保護，即該輸出即使短路，也不會影響到其他輸出回路的工作狀態(tài)。


為了易于說明，本發(fā)明由下述的較佳實施例及附圖作以詳細描述。圖I所示為本發(fā)明的具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源的基本框架圖；圖2所示為本發(fā)明的具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源的具體電路圖；圖3所示為本發(fā)明的具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源中的電源電路的另一種電路圖；圖4所示為本發(fā)明的具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源的電路波形圖；圖5所示為本發(fā)明的具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源的另一種框架圖6所示為本發(fā)明的具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源的短路保護方法流程圖。
具體實施例方式實施例一參閱圖I、圖2所示，本發(fā)明提供一種具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源，包括具有一個初級繞組和多個次級繞組的變壓器Tl ；與所述變壓器Tl初級繞組NO相連的主開關Ql ；對所述主開關Ql進行控制的PWM控制電路；·
與所述變壓器次級繞組相連的輸出整流濾波電路，所述輸出整流濾波電路連接負載；與所述輸出整流濾波電路連接的輸出短路保護電路；其中，所述輸出短路保護電路包括運算放大器U1、M0S管Q2、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第一電容C4以及為所述運算放大器Ul提供工作電源和基準電壓的電源電路，所述電源電路一端連接變壓器次級繞組的一端，另一端連接運算放大器Ul反相輸入端，所述電源電路還與整流濾波電路共地連接；所述第一電阻Rl —端連接輸出整流濾波電路，另一端連接運算放大器Ul同相輸入端以及第二電阻R2，第二電阻R2另一端連接電源電路，所述第一電容C4連接于運算放大器Ul同相輸入端與輸出端之間，所述第三電阻R3一端連接運算放大器Ul輸出端，另一端連接MOS管Q2柵極，所述MOS管Q2源極連接變壓器次級繞組另一端。在本發(fā)明中，所述輸出整流濾波電路包括主輸出整流濾波電路以及輔輸出整流濾波電路；所述主輸出整流濾波電路與所述變壓器第一次級繞組NI相連，所述輔輸出整流濾波電路與所述變壓器第二次級繞組N2連接；所述主輸出整流濾波電路包括陽極與所述變壓器第一次級繞組NI —端相連的第一二極管D1，正極與第一二極管Dl陰極相連，負極與第一次級繞組NI另一端相連的第一濾波電容Cl ;所述輔輸出整流濾波電路包括陽極與所述變壓器第二次級繞組N2—端相連的第二二極管D2，正極與第二二極管D2陰極相連，負極與第二次級繞組N2另一端相連的第二濾波電容C2。所述MOS管Q2為N型MOS管。其中所述電源電路主要是為運算放大器Ul提供工作電源和基準電壓的，其包括第三二極管D3、第四電阻R4、第三濾波電容C3以及穩(wěn)壓二極管ZD1，所述第三二極管D3陽極連接第二二極管D2陽極，陰極連接第三濾波電容C3正極、第四電阻R4 —端，所述第四電阻R4另一端連接穩(wěn)壓二極管ZDl陰極以及運算放大器Ul反相輸入端，所述第三濾波電容C3負極連接穩(wěn)壓二極管ZDl陽極以及第二電阻R2，并接地。所述主開關Ql為MOS管。下面通過對本發(fā)明的具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源的工作原理作介紹，來描述其如何實現(xiàn)短路保護的參閱圖2、圖4、圖6所示，使用時，反激電源的輸出端V01、V02連接負載；變壓器Tl第二次級繞組N2通過第三二極管D3給第三濾波電容C3充電，其中，第三濾波電容C3的作用是保持為運放提供穩(wěn)定的電源，并通過第四電阻R4和穩(wěn)壓二極管ZDl得到穩(wěn)定的基準電壓VA，該基準電壓VA送入運算放大器Ul的反相輸入端。
當輸出負載處于正常工作狀態(tài)時，第二濾波電容C2上的電壓處于正常的輸出電壓，第二濾波電容C2的電壓經(jīng)過第一電阻Rl和第二電阻R2分壓后送入運算放大器Ul的同相輸入端；此時運算放大器Ul同相輸入端的電壓VB高于其反向輸入端的基準電壓VA，其輸出高電平，通過第三電阻R3對MOS管Q2源極進行充電，MOS管Q2導通，反激電源正常輸出額定電壓給負載。當輸出負載短路時，第二濾波電容C2上的電壓VC2被拉至0V，運算放大器Ul輸出的高電壓通過第二電阻R2為第一電容C4充電，同時第一電容C4的電壓線性上升,第二電阻R2上的電壓VB線性下降，在Tl時刻，運算放大器Ul同相輸入端電壓VB低于反相端基準電壓VA，運算放大器Ul輸出低電平，由于第一電容C4的電壓不能突變，VB被鉗位在一個負的電位；同時MOS管Q2的源極電壓通過第三電阻R3放電，MOS管Q2迅速關斷，第二濾波電容C2重新建立起正常的輸出電壓VC2，VC2通過第一電阻Rl為第一電容C4反向充電，第二電阻R2上的電壓VB開始線性上升。由于MOS管Q2關斷，輸出電壓V02繼續(xù)保持低電平。
在Tl至T2時刻，第一電容C4被繼續(xù)反向充電，VB電壓繼續(xù)線性上升，在T2時刻，VB電壓大于基準電壓VA，運算放大器Ul輸出高電平，由于第一電容C4電壓不能突變，VB被抬高到一個比運算放大器Ul輸出電壓更高的電位。運算放大器Ul輸出的高電平通過電阻R3對MOS管Q2源極充電，MOS管Q2開通，輸出電壓V02重新獲得電壓對負載進行供電。若負載不再短路時，在T2時刻以后，第一電容C4上的電壓開始通過第一電阻Rl和第二電阻R2進行放電，VB電壓線性下降，當VB電壓下降到VC2以下，電容C4通過第二電阻R2繼續(xù)放電并被反向充電，VB電壓繼續(xù)下降，直至VB電壓下降到短路前的正常電壓，即VC2通過第一電阻Rl和第二電阻R2分壓后的電壓，此時VB電壓保持不變，并保持高于反相輸入端電壓即基準電壓VA，而MOS管Q2維持導通。若負載短路狀態(tài)再次發(fā)生，整個電路將重復前面所述的工作狀態(tài)。這樣，若輸出持續(xù)短路，整個電路將一直處于“打嗝式”的工作狀態(tài)，MOS管Q2間歇性的開通和關斷；而在MOS管Q2開通狀態(tài)下，變壓器Tl的各路輸出均被短路，電能無法傳遞給各路輸出，各路輸出依靠其濾波電容(第一濾波電容Cl、第二濾波電容C2)保持輸出電壓穩(wěn)定；在MOS管Q2關斷狀態(tài)下，由于PWM控制電路仍處于工作狀態(tài)，迅速為各輸出整流濾波電路輸出充電至額定電壓。另外，本發(fā)明通過調節(jié)第一電阻R1、第二電阻R2和第一電容C4的數(shù)值大小，可調節(jié)MOS管Q2開關的頻率和開通的占空比等參數(shù)，從而實現(xiàn)調節(jié)其它各路輸出在短路狀態(tài)下的電壓波動范圍。這樣選擇合適的數(shù)值，就可以使得在某路輸出短路的情況下，其它各路輸出也能保持對負載持續(xù)供電的狀態(tài)。實施例二參閱圖3所不,作為本發(fā)明的另外一種實施方式,其他內容均和實施例一相同,不同之處在于為了給運算放大器Ul提供更為穩(wěn)定的基準電壓VA，在電源電路中還設有一個與穩(wěn)壓二極管ZDl并聯(lián)連接的第二電容C5。以上所述之具體實施方式
為本發(fā)明的較佳實施方式，并非以此限定本發(fā)明的具體實施范圍，本發(fā)明的范圍包括并不限于本具體實施方式
，如本發(fā)明的短路保護電路可用于主輸出整流濾波電路，或適用于更多路輸出反激電源的一路或幾路輸出回路，如圖5所示。而凡依照本發(fā)明之結構所作的等效變化均包含本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
1.具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源，包括， 具有一個初級繞組和多個次級繞組的變壓器Tl ； 與所述變壓器Tl初級繞組NO相連的主開關Ql ； 對所述主開關Ql進行控制的PWM控制電路； 與所述變壓器次級繞組相連的輸出整流濾波電路，所述輸出整流濾波電路連接負載； 與所述輸出整流濾波電路連接的輸出短路保護電路； 其特征在于，所述輸出短路保護電路包括運算放大器U1、M0S管Q2、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第一電容C4以及為所述運算放大器Ul提供工作電源和基準電壓的電源電路，所述電源電路一端連接變壓器次級繞組的一端，另一端連接運算放大器Ul反相輸入端，所述電源電路還與整流濾波電路共地連接；所述第一電阻Rl —端連接輸出整流濾波電路，另一端連接運算放大器Ul同相輸入端以及第二電阻R2，第二電阻R2另一端連接電源電路，所述第一電容C4連接于運算放大器Ul同相輸入端與輸出端之間，所述第三電阻R3 —端連接運算放大器Ul輸出端，另一端連接MOS管Q2柵極，所述MOS管Q2源極連接變壓器次級繞組另一端。
2.根據(jù)權利要求I所述的具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源，其特征在于，所述輸出整流濾波電路包括主輸出整流濾波電路以及輔輸出整流濾波電路；所述主輸出整流濾波電路與所述變壓器第一次級繞組NI相連，所述輔輸出整流濾波電路與所述變壓器第二次級繞組N2連接。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源，其特征在于，所述電源電路包括第三二極管D3、第四電阻R4、第三濾波電容C3以及穩(wěn)壓二極管ZD1，所述第三二極管D3陽極連接第二二極管D2陽極，陰極連接第三濾波電容C3正極、第四電阻R4 —端，所述第四電阻R4另一端連接穩(wěn)壓二極管ZDl陰極以及運算放大器Ul反相輸入端，所述第三濾波電容C3負極連接穩(wěn)壓二極管ZDl陽極以及第二電阻R2，并接地。
4.根據(jù)權利要求3所述的具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源，其特征在于，所述電源電路還包括與所述穩(wěn)壓二極管ZDl并聯(lián)的第二電容C5。
5.根據(jù)權利要求I或2所述的具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源，其特征在于，所述主開關Ql為MOS管。
6.根據(jù)權利要求I或2所述的具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源，其特征在于，所述MOS管Q2為N型MOS管。
7.根據(jù)權利要求2所述的具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源，其特征在于，所述主輸出整流濾波電路包括陽極與所述變壓器第一次級繞組NI —端相連的第一二極管D1，正極與第一二極管Dl陰極相連，負極與第一次級繞組NI另一端相連的第一濾波電容Cl。
8.根據(jù)權利要求2所述的具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源，其特征在于，所述輔輸出整流濾波電路包括陽極與所述變壓器第二次級繞組N2 —端相連的第二二極管D2，正極與第二二極管D2陰極相連，負極與第二次級繞組N2另一端相連的第二濾波電容C2。
9.一種根據(jù)權利要求I所述的具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源的短路保護方法，其特征在于，包括以下步驟，S10、輸出負載正常工作,運算放大器Ul同相輸入端電壓高于反相輸入端電壓,輸出高電平，控制MOS管Q2導通，反激電源正常輸出； S20、當負載短路時，運算放大器Ul同相輸入端電壓線性下降，當?shù)陀诜聪噍斎攵穗妷簳r，運算放大器Ul輸出低電平，控制MOS管Q2關斷，該路輸出停止對負載供電； S30、當輸出停止對負載供電時，該路輸出通過輸出整流濾波電路重新充電到短路前的正常輸出電壓，運算放大器Ul同相輸入端電壓線性上升，當高于反相輸入端電壓時，輸出高電平，控制MOS管Q2導通，該路輸出重新對負載進行供電； S40、若負載仍然短路，則返回步驟SlO ;若負載短路故障已排除，則執(zhí)行步驟S50 ； S50、所述運算放大器Ul同相輸入端電壓穩(wěn)定至短路前的正常電壓，并保持高于反相輸入端電壓，該路輸出保持對負載供電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有輸出短路保護功能的多路輸出反激電源，包括具有一個初級繞組和多個次級繞組的變壓器；與變壓器初級繞組相連的主開關；對主開關進行控制的PWM控制電路；與變壓器次級繞組相連的輸出整流濾波電路，輸出整流濾波電路連接負載；與輸出整流濾波電路連接的輸出短路保護電路；其中，輸出短路保護電路包括運算放大器、MOS管、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第一電容以及為運算放大器提供工作電源和基準電壓的電源電路。本發(fā)明還公開一種上述反激電源的短路保護方法。本發(fā)明中采用的輸出短路保護電路以及短路保護方法使得反激電源的每路輸出能獨立實現(xiàn)短路保護功能，即該輸出即使短路，也不會影響到其他輸出回路的工作狀態(tài)。
文檔編號H02H7/12GK102882380SQ20121040593
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月22日 優(yōu)先權日2012年10月22日
發(fā)明者李景志, 盧雪明 申請人:廣州三晶電氣有限公司