(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 111786362 A(43)申请公布日 2020.10.16
(21)申请号 202010827922.5(22)申请日 2020.08.17
(71)申请人 深圳市泰昂能源科技股份有限公司
地址 518000 广东省深圳市宝安区新安街
道留仙二路鸿辉工业园1栋4、6层(72)发明人 王校军 章林 (51)Int.Cl.
H02H 7/12(2006.01)
权利要求书1页 说明书5页 附图2页
(54)发明名称
反激式输出短路保护电路及其工作方法(57)摘要
本发明涉及反激式输出短路保护电路及其工作方法，该电路包括控制单元、开关元件以及滤波单元，控制单元与滤波单元连接，滤波单元与开关元件连接，控制单元连接有供电单元；当控制单元的输出出现短路时，输入开关元件的电压下降，开关元件断开，在控制单元的控制下，供电单元通过滤波单元输出电源以使开关元件与控制单元断开连接，且输入开关元件的电压逐渐增大；当输入开关元件的电压增大至设定值，开关元件导通，开关元件与控制单元连接。本发明实现达到功率器件热平衡的目的，满足产品输出长期短路的要求。CN 111786362 ACN 111786362 A
权 利 要 求 书
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1.反激式输出短路保护电路，其特征在于，包括控制单元、开关元件以及滤波单元，所述控制单元与所述滤波单元连接，所述滤波单元与所述开关元件连接，所述控制单元连接有供电单元；当所述控制单元的输出出现短路时，输入所述开关元件的电压下降，所述开关元件断开，在所述控制单元的控制下，所述供电单元通过所述滤波单元输出电源以使所述开关元件与所述控制单元断开连接，且输入所述开关元件的电压逐渐增大；当输入所述开关元件的电压增大至设定值，所述开关元件导通，所述开关元件与所述控制单元连接。
2.根据权利要求1所述的反激式输出短路保护电路，其特征在于，所述控制单元包括主控芯片U3。
3.根据权利要求2所述的反激式输出短路保护电路，其特征在于，所述主控芯片U3的型号为UC2844AD8TR。
4.根据权利要求2所述的反激式输出短路保护电路，其特征在于，所述开关元件包括三极管Q2以及光耦合器U1，所述三极管Q2的基极与所述光耦合器U1连接，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极与所述滤波单元连接，所述三极管Q2的集电极与所述主控芯片U3连接。
5.根据权利要求4所述的反激式输出短路保护电路，其特征在于，所述滤波单元包括滤波电容C57以及滤波电阻R39，所述滤波电阻R39与所述主控芯片U3连接，所述滤波电容C57与所述滤波电阻R39连接，所述滤波电容C57的另一端接地，所述滤波电容C57的一端与所述主控芯片U3连接。
6.根据权利要求5所述的反激式输出短路保护电路，其特征在于，所述主控芯片U3连接有Mos管Q1，所述Mos管Q1的栅极与所述主控芯片U3连接，所述Mos管Q1的源极通过电阻R15接地。
7.根据权利要求6所述的反激式输出短路保护电路，其特征在于，所述主控芯片U3通过电阻R16与所述Mos管Q1的源极连接，所述电阻R16与所述主控芯片U3之间连接有一端接地的滤波电容C20。
8.根据权利要求7所述的反激式输出短路保护电路，其特征在于，所述光耦合器U1通过电阻R6与所述Mos管Q1的漏极连接。
9.根据权利要求8所述的反激式输出短路保护电路，其特征在于，所述光耦合器U1通过稳压二极管U2接地。
10.反激式输出短路保护电路的工作方法，其特征在于，包括：当控制单元的输出出现短路时，输入开关元件的电压下降，开关元件断开，在控制单元的控制下，供电单元通过滤波单元输出电源以使开关元件与控制单元断开连接，且输入开关元件的电压逐渐增大；当输入开关元件的电压增大至设定值，开关元件导通，开关元件与控制单元连接。
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CN 111786362 A
说 明 书
反激式输出短路保护电路及其工作方法
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技术领域
[0001]本发明涉及短路保护电路，更具体地说是指反激式输出短路保护电路及其工作方法。
背景技术
[0002]市场上常用的反激式电源有两种用途，一种是作为整个系统的辅助性电源使用，另外一种是以原边的采样电阻作为保护的方式使用，反激电路的输出短路情况最恶劣的条件是在高压情况下，但是高压期间的软启动电容的充电时间变短，那么MOS管的开关周期加快，MOS管发热就更厉害，因此，让反激式输出长期工作在短路状态下，以使整个反激式电源在高压工作的情况下保证输出短路时，MOS管发热在合理的温度，而低压的时候又能够正常开机。但是目前的使用方式无法兼容宽电压范围输入的反激式电源保护，因为原边采样电阻的选取难度大，导致输出长期短路时产品会损坏的局限性。[0003]因此，有必要设计一种新的电路，实现达到功率器件热平衡的目的，满足产品输出长期短路的要求。
发明内容
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供反激式输出短路保护电路及其工作方法。
[0005]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：反激式输出短路保护电路，包括控制单元、开关元件以及滤波单元，所述控制单元与所述滤波单元连接，所述滤波单元与所述开关元件连接，所述控制单元连接有供电单元；当所述控制单元的输出出现短路时，输入所述开关元件的电压下降，所述开关元件断开，在所述控制单元的控制下，所述供电单元通过所述滤波单元输出电源以使所述开关元件与所述控制单元断开连接，且输入所述开关元件的电压逐渐增大；当输入所述开关元件的电压增大至设定值，所述开关元件导通，所述开关元件与所述控制单元连接。
[0006]其进一步技术方案为：所述控制单元包括主控芯片U3。[0007]其进一步技术方案为：所述主控芯片U3的型号为UC2844AD8TR。[0008]其进一步技术方案为：所述开关元件包括三极管Q2以及光耦合器U1，所述三极管Q2的基极与所述光耦合器U1连接，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的集电极与所述滤波单元连接，所述三极管Q2的集电极与所述主控芯片U3连接。[0009]其进一步技术方案为：所述滤波单元包括滤波电容C57以及滤波电阻R39，所述滤波电阻R39与所述主控芯片U3连接，所述滤波电容C57与所述滤波电阻R39连接，所述滤波电容C57的另一端接地，所述滤波电容C57的一端与所述主控芯片U3连接。[0010]其进一步技术方案为：所述主控芯片U3连接有Mos管Q1，所述Mos管Q1的栅极与所述主控芯片U3连接，所述Mos管Q1的源极通过电阻R15接地。[0011]其进一步技术方案为：所述主控芯片U3通过电阻R16与所述Mos管Q1的源极连接，
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说 明 书
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所述电阻R16与所述主控芯片U3之间连接有一端接地的滤波电容C20。[0012]其进一步技术方案为：所述光耦合器U1通过电阻R6与所述Mos管Q1的漏极连接。[0013]其进一步技术方案为：所述光耦合器U1通过稳压二极管U2接地。[0014]本发明还提供了反激式输出短路保护电路的工作方法，包括：
当控制单元的输出出现短路时，输入开关元件的电压下降，开关元件断开，在控制单元的控制下，供电单元通过滤波单元输出电源以使开关元件与控制单元断开连接，且输入开关元件的电压逐渐增大；当输入开关元件的电压增大至设定值，开关元件导通，开关元件与控制单元连接。
[0015]本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过设置控制单元、开关元件以及滤波单元，通过调整滤波单元的时间常数，便可延长开关元件与控制单元建立连接的时间，进而改变短路时整个反激式电源使用过程的打嗝时间和打嗝周期，能够有效地降低了MOS管Q1及整流管的发热，可以满足在65℃长时间短路的需求，实现达到功率器件热平衡的目的，满足产品输出长期短路的要求。
[0016]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0018]图1为本发明具体实施例提供的反激式输出短路保护电路的示意性框图；
图2为本发明具体实施例提供的反激式输出短路保护电路的具体电路原理图；图3为本发明具体实施例提供的主控芯片U3的内部示意性框图。具体实施方式
[0019]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
[0020]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。[0021]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。[0022]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
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说 明 书
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在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等
术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0024]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。[0025]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。[0026]如图1～3所示的具体实施例，本实施例提供的反激式输出短路保护电路，可以运用在当反激式电源作为独立式电源应用时，能够满足输出长期短路不损坏的特性，以一种副边为主反馈的方式，通过适当延时开机时间的方式来改变短路时的打嗝周期和打嗝时间来达到功率器件热平衡的目的，满足产品输出长期短路的要求。[0027]请参阅图1，上述的反激式输出短路保护电路，包括控制单元10、开关元件20以及滤波单元30，控制单元10与滤波单元30连接，滤波单元30与开关元件20连接，控制单元10连接有供电单元40；当控制单元10的输出出现短路时，输入开关元件20的电压下降，开关元件20断开，在控制单元10的控制下，供电单元40通过滤波单元30输出电源以使开关元件20与控制单元10断开连接，且输入开关元件20的电压逐渐增大；当输入开关元件20的电压增大至设定值，开关元件20导通，开关元件20与控制单元10连接。[0028]通过调整滤波单元30的时间常数，便可延长开关元件20与控制单元10建立连接的时间，进而改变短路时整个反激式电源使用过程的打嗝时间和打嗝周期，能够有效地降低了MOS管Q1及整流管的发热，可以满足在65℃长时间短路的需求。[0029]在一实施例中，请参阅图2，上述的控制单元10包括主控芯片U3。[0030]在本实施例中，请参阅图3，上述的主控芯片U3的型号为UC2844AD8TR，当然，于其他实施例，上述的主控芯片U3可以为其他控制芯片。[0031]在一实施例中，请参阅图2，上述的开关元件20包括三极管Q2以及光耦合器U1，三极管Q2的基极与光耦合器U1连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极与滤波单元30连接，三极管Q2的集电极与主控芯片U3连接。[0032]在本实施例中，光耦合器U1为三极管接收型光耦，其是四脚封装，具体地，三极管Q2的基极与光耦合器U1的光敏三极管的发射极连接，光耦合器U1的光敏三极管的集电极通过电容C54连接，且该光耦合器U1的光敏三极管的集电极与主控芯片U3连接。
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说 明 书
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在一实施例中，请参阅图2，上述的滤波单元30包括滤波电容C57以及滤波电阻
R39，滤波电阻R39与主控芯片U3连接，滤波电容C57与滤波电阻R39连接，滤波电容C57的另一端接地，滤波电容C57的一端与主控芯片U3连接。
[0034]主控芯片U3将供电单元40输出电源经过滤波单元30后将电压反馈输入至主控芯片U3，由此反馈的电压来控制主控芯片U3与开关元件20的连接或断开连接。[0035]在一实施例中，请参阅图2，上述的主控芯片U3连接有Mos管Q1，Mos管Q1的栅极与主控芯片U3连接，Mos管Q1的源极通过电阻R15接地。[0036]在一实施例中，请参阅图2，上述的主控芯片U3通过电阻R16与Mos管Q1的源极连接，电阻R16与主控芯片U3之间连接有一端接地的滤波电容C20。[0037]在一实施例中，请参阅图2，上述的光耦合器U1通过电阻R6与Mos管Q1的漏极连接。
[0038]在一实施例中，请参阅图2，上述的光耦合器U1通过稳压二极管U2接地。[0039]在本实施例中，光耦合器U1的二极管的正极与电阻R6连接，光耦合器U1的二极管的负极通过稳压二极管U2接地，且稳压二极管U2通过电阻R36接地，稳压二极管U2通过电阻R32、电容C43以及电阻R37与Mos管Q1连接；上述的光耦合器U1的二极管负极通过电阻R22与光耦合器U1的二极管正极连接。[0040]在本实施例中，滤波电阻R39通过电阻R35与主控芯片U3连接，且电阻R35的两端分别连接有一端基地的电容C52以及电容C53。[0041]请参阅图2与图3，当整个反激式电源正常启动时的工作时序，当软启动电容充到主控芯片U3的门限值时，主控芯片U3开始工作，那么供电电源开始工作，且主控芯片U3的VCC端脚工作，VREF端脚也有5V，那么这时候VREF端脚通过滤波电阻R39和滤波电容C57给VFB端脚充电的同时，芯片也开始发PWM波，电路开始工作，但此时COMP端脚此时还没建立与光耦合器U1的连接，当VFB端脚的电压充到 2.5V之前，COMP端脚一定要建立起来，也就是说适当调整滤波电阻R39和滤波电容C57的时间常数要设置合理；不然整个主控芯片U3就会反复打嗝，开不起机。当输出电压即VDD5V缓缓升起时，光耦合器U1导通，流经光耦合器U1的电流将三极管Q2导通，此时，VFB端脚也就是三极管Q2的集电极被发射极拉至GND，此时，COMP端脚开始建立。那么，当主控芯片U3的输出任何一路短路时，感应电动势会传到反馈路，也就是ISNS端脚，VDD5V也会跟着下降，导致光耦合器U1无法向Q2提供足够的基极导通电流，那么三极管Q2截止时，VREF端脚通过滤波电阻R39和滤波电容C57马上给VFB端脚充电，当电压充至2.5V以上，COMP端脚被拉低，主控芯片U3开始保护模式。此时，主控芯片U3的输出没有电压，短路解除，那么VDD5V又会缓缓升起，光耦合器U1继续导通三极管Q2，COMP端脚又正常建立，因为实质上输出短路还存在，所以主控芯片U3又将进入保护状态。至此进入循环打嗝保护模式。因此通过合理调整滤波电阻R39和滤波电容C57的值，延长COMP端脚建立的时间，从而改变短路时的打嗝时间和打嗝周期，能够有效地降低了MOS管Q1及整流管的发热。可以满足在65℃长时间短路的需求。[0042]将整个电路进行实验，具体实验数据如下表1所示，常温25℃情况下，MOS管温度为58℃。
[0043]表1.实验数据
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说 明 书
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序号 输入电压 滤波电容C57 滤波电阻R39 时间常数 电容R15 Ton T 短路时MOS管Q1温度 低压90VAC开机
1 290VAC 10n 100K 1ms 0.47R 0.8ms 280ms 空 ×2 290VAC 1U 100K 100ms 0.47R 50ms 430ms 空 OK3 290VAC 0.47U 100K 47ms 0.47R 38ms 360ms 空 OK4 290VAC 0.22U 100K 22ms 0.47R 26ms 330ms 空 OK5 290VAC 0.1U 100K 10ms 0.47R 18ms 310ms 82℃ OK6 290VAC 10n 1M 10ms 0.47R 8ms 310ms 空 OK7 290VAC 4.7n 1M 4.7ms 0.47R 3.5ms 280ms 空 ×8 290VAC 2.2n 1M 2.2ms 0.47R 1.5ms 280ms 空 ×9 290VAC 1n 2.2M 2.2ms 0.47R 1.5ms 280ms 空 ×10 290VAC 4.7n 2.2M 10.34ms 0.47R 7.3ms 300ms 空 OK11 290VAC 4.7n 3M 14.1ms 0.47R 9.8ms 318ms 空 ×12 290VAC 4.7n 910K 4.277ms 0.47R 3ms 288ms 空 ×13 290VAC 10n 910K 9.1ms 0.47R 6.65ms 300ms 空 OK14 290VAC 10n 820K 8.2ms 0.47R 6ms 300ms 空 OK15 290VAC 10n 690K 6.9ms 0.47R 4.85ms 297ms 58℃ OK16 290VAC 10n 540K 5.4ms 0.47R 3.9ms 293ms 空 OK17 290VAC 10n 500k 5ms 0.47R 3.8ms 290ms 空 ×18 290VAC 10n 690K 6.9ms 2R//1R 空 空 空 ×19 290VAC 10n 1M 10ms 2R//1R 7.1ms 290ms 63℃ OK
宽范围输入的多路输出式的反激式电源作为独立电源在使用过程中，即使输出任意一路不小心短路了，产品能够自我保护不损坏。[0044]上述的反激式输出短路保护电路，通过设置控制单元10、开关元件20以及滤波单元30，通过调整滤波单元30的时间常数，便可延长开关元件20与控制单元10建立连接的时间，进而改变短路时整个反激式电源使用过程的打嗝时间和打嗝周期，能够有效地降低了MOS管Q1及整流管的发热，可以满足在65℃长时间短路的需求，实现达到功率器件热平衡的目的，满足产品输出长期短路的要求。[0045]10、反激式输出短路保护电路的工作方法，其特征在于，包括：
当控制单元10的输出出现短路时，输入开关元件20的电压下降，开关元件20断开，在控制单元10的控制下，供电单元40通过滤波单元30输出电源以使开关元件20与控制单元10断开连接，且输入开关元件20的电压逐渐增大；当输入开关元件20的电压增大至设定值，开关元件20导通，开关元件20与控制单元10连接。[0046]需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述反激式输出短路保护电路的工作方法的具体实现过程，可以参考前述反激式输出短路保护电路实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。
[0047]上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。
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说 明 书 附 图
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图 1
图 2
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说 明 书 附 图
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图 3
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