专利名称：一种保护电路和具有该保护电路的开关电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电气技术领域，更具体的说是涉及一种保护电路和具有该保护电路的开关电源。
背景技术：
在电路应用中，常常需要用控制芯片保护电路中的元器件，防止电路中的电流过大或温度过高时，造成元器件的损坏。大部分控制芯片都有电流检测引脚，能实现过流、过温保护的功能。例如，可将脉宽调制(Pulse Width Modulation, PWM)控制芯片应用于直流转直流电路中，当电流大于一定值或温度高于一定值时，PWM控制芯片自动会关断，保护电路中的元器件不被烧毀。但是现有技术中，控制芯片的过流、过温保护功能并不健全。首先，它只能在其能控制的电流保护范围内，实现过电流保护。当电流超过其保护范围，则只限功率保护，即能使被保护电路部分的电压降低，不能使被保护电路中的电流减小，在这种情况下，会造成电路中元器件的损坏。此外，控制芯片的过温保护是不可调节的，只有在控制芯片的温度高于其额定保护温度值时，才能自动关断，实现过温保护功能，当电路中温度很高，但却没有达到控制芯片的额定保护温度值时，控制芯片不能自动关断，在这种情况下，也会造成电路中元器件的损坏。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型提供一种保护电路和具有该保护电路的开关电源，来解决控制芯片在电流过高时只限功率保护，导致电流过大容易烧毁元器件的问题和电路中温度未达到控制芯片额定保护温度时，使得控制芯片不能实现过温保护，而损坏元器件的问题。为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案ー种保护电路，包括电流检测单元和过保护单元；所述过保护单元包括第一ニ极管、第二ニ极管、第一热敏电阻、第二电阻、稳压管和三极管；其中所述第一ニ极管的阳极与所述电流检测单元相连，阴极与所述第二ニ极管的阴极相连；所述第二ニ极管的阳极与所述第一热敏电阻的第一端相连；所述第一热敏电阻的第二端连接到电压输出端，所述第二电阻的第一端与所述第一热敏电阻的第一端相连，第二端接地；所述稳压管的正极与所述第一ニ极管的阴极相连，负极与所述三级管的基极相连；所述三极管的发射极接地，集电极用于与控制芯片的使能端引脚相连。优选地，所述过保护单元还包括第三电阻，所述第三电阻的第一端与所述热敏电阻的第二端相连，第二端连接到电压输出端。优选地，所述电流检测单元包括电流互感器、第三ニ极管、滤波电容、第四电阻、第五电阻和第六电阻，其中所述电流互感器的第一端用于电流的输入，第二端与所述第四电阻的第一端相连，第三端用于与控制芯片的电流检测引脚相连，第四端用于电流的输出；所述第四电阻的第二端与所述电流互感器的第三端相连；所述第三ニ极管的阳极与所述电流互感器的第二端相连，阴极与所述滤波电容的第一端相连；所述滤波电容的第二端与所述电流互感器的第三端相连；所述第五电阻的第一端与所述第三ニ极管的阴极相连，第二端接地；所述第六电阻的第一端与所述电流互感器的第三端相连，第二端接地。ー种开关电源，包括控制芯片和如上述的保护电路。优选地，所述控制芯片为脉宽调制(PWM)控 制芯片。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了ー种保护电路和具有该保护电路的开关电源，在所述保护电路中，当电路检测单元的中的电流值超过控制芯片能保护的电流范围时，流过稳压管的电流能使得三极管导通，从而拉低控制芯片使能端引脚的电压，使得控制芯片关断，实现过流保护功能，解决了现有技术中，控制芯片只能在一定的电流保护范围内实现过流保护，当超过保护范围的电流值时，只限功率保护，从而导致大电流损坏电路中元器件的问题。此外，在所述保护电路的中，第一热敏电阻的第二端连接到电压输出端，第一热敏电阻的阻值会随着温度的升高而不断的降低，由于第一热敏电阻和第二电阻的总电压是不变的，第二电阻两端的电压会随着第一热敏电阻阻值的降低而不断的升高，经过第二ニ极管后的电压使得稳压管所对应的反向导通电流越来越大，当电压达到一定值时，流经的电流会促使三极管导通，使得三极管集电极端的电压降低，进而拉低控制芯片使能端引脚的电压，使得控制芯片关断，实现过温保护功能。在所述保护电路中，可根据实际电路能承受的温度值，通过改变第一热敏电阻的第二端的电压值的大小或根据电压值的大小和被保护电路能承受的温度值来选择合适的第一热敏电阻Rl和第二电阻R2，实现对不同温度的过温保护，解决了现有技术中，当电路中的温度未达到控制芯片额定保护温度时，控制芯片不能实现过温保护功能而导致电路温度过高而损坏电路中元器件的问题。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本实用新型的一种保护电路的一种实施例的电路结构图；图2为本实用新型的一种保护电路的又一种实施例的电路结构图。
具体实施方式
[0029]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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。 參见图1，示出本实用新型的一种保护电路的一个实施例的电路结构图。结合图1，所述保护电路包括电流检测单元101和过保护单元102。其中，所述过保护单元102包括第一ニ极管D1、第二ニ极管D2、第一热敏电阻R1、第二电阻R2、稳压管Zl和三极管Ql ;其中所述第一ニ极管Dl的阳极与所述电流检测单元101相连，阴极与所述第二ニ极管D2的阴极相连；所述第二ニ极管D2的阳极与所述第一热敏电阻Rl的第一端相连；所述第一热敏电阻Rl的第二端连接到电压输出端；所述第二电阻R2的第一端与所述第一热敏电阻Rl的第一端相连，第二端接地；所述稳压管Zl的正极与所述第一ニ极管Dl的阴极相连，负极与所述三级管Ql的基极相连；所述三极管Ql的发射极接地，集电极用于与控制芯片的使能端引脚相连，即IC_EN端用于连接控制芯片的使能端引脚。其中，第一热敏电阻的第二端连接到电压输出端，所述电压输出端为所述第一热敏电阻Rl的第二端提供一定的电压值V0，具体的，所述第一热敏电阻Rl的第二端可以直接与外接电源相连，或者可以与被保护的电路中的电压源端相连。在实际应用中，所述电压值VO的大小并没有具体限定，可根据实际被保护电路能承受的温度设定电压值VO的大小；其中，若所述第一热敏电阻Rl的第二端直接连接到被保护的电路中的电压源端，则可根据所述电压源端能提供的电压值和被保护电路能承受的温度值来选择合适的第一热敏电阻Rl和第二电阻R2，使得在被保护电路中的温度高于其能承受的温度值时，所述保护电路能实现过温保护功能。其中，为了保证在所述保护电路的温度发生变化时，所述第一热敏电阻Rl的阻值变化量能够显著的改变所述第二电阻R2两端的电压大小，所述保护电路还可以包括第三电阻，所述第三电阻第一端与所述第一热敏电阻Rl的第二端相连，具体的，所述第三电阻的第二端连接到电压输出端。在所述保护电路中，随着电流检测单元中电流的増大，经过第一ニ极管的电压会使稳压管对应的反向导通电流越来越大，直至使稳压管完全反向导通，当稳压管正极端的电压达到一定值时，流过稳压管的电流会促使三极管导通，随着三极管基极与集电极两端压降的増加，集电极的端电压会随之降低，从而拉低控制芯片使能端引脚的电压，促使控制芯片关断，实现过电流保护功能，保护电路中的元器件不被大电流损坏。所述保护电路能在电流过大时，通过拉低控制芯片使能端引脚的电压，实现过电流保护，解决了现有技术中，控制芯片只能在一定的电流保护范围内实现过流保护，当超过保护范围的电流值时，只限功率保护，从而导致大电流损坏电路中元器件的问题。当所述保护电路工作时，第一热敏电阻的阻值也会随着温度的升高而不断的降低，从而使得第二电阻两端的电压不断的提高，经过第二ニ极管后的电压也会使得稳压管所对应的反向导通电流越来越大，当电压达到一定值时，流经的电流会促使三极管导通，随着三极管基极与集电极两端压降的増大，集电极端的电压也随之降低，进而拉低控制芯片的使能端引脚的电压，使得控制芯片关断，实现过温保护功能。在所述保护电路中，可根据被保护电路能承受的温度值，设定与所述第一热敏电阻第二端相连的电压输出端的电压值VO的大小；当所述电压值VO为固定值时，也可根据电压值VO的大小和被保护电路能承受的温度值来选择合适的第一热敏电阻Rl和第二电阻R2，使得在被保护电路中的温度高于其能承受的温度值时，所述保护电路能实现过温保护功能，解决了现有技术中，当电路中的温度未达到控制芯片额定保护温度时，控制芯片不能实现过温保护功能而导致电路温度过高而损坏电路中元器件的问题。本实施的保护电路中，随着流经稳压管电流的増大，使得三极管端集电极端的电压的随之减小，进而拉低控制芯片使能端引脚的电压，促使控制芯片关断，保护电路中的元器件不被大电流或高温烧损坏。在所述保护电路中，所述电流检测单元有不同的实现方式，作为ー种实施例，參见图2，示出本实用新型一种保护电路的又一实施例的电路结构图。结合图2，所述电流检测单元101包括电流互感器L1、第三ニ极管D3、滤波电容Cl、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6 ;其中所述电流互感器LI的第一端I用于电流的输入，第二端2与所述第四电阻R4的第一端相连，第三端3用于与控制芯片的电流检测引脚相连，即IC CS端用于与控制芯片的电流检测引脚相连，第四端4用于电流的输出；所述第四电阻R4的第二端与所述电流互感器LI的第三端相连；所述第三ニ极管D3的阳极与所述电流互感器LI的第二端相连，阴极与所述滤波电容Cl的第一端相连；
所述滤波电容Cl的第二端与所述电流互感器LI的第三端相连；所述第五电阻R5的第一端与所述第三ニ极管D3的阴极相连，第二端接地；所述第六电阻R6的第一端与所述电流互感器LI的第三端相连，第二端接地。其中，所述电流互感器的第一端I和第四端4可连接到需要被保护的电路中，第一端I用于电流的输入，第四端4用于电流的输出，电流互感器LI使输入的电流以一定的比例在副边得到降低，然后经过第三ニ极管D3整流、滤波电容Cl滤波后，流经第五电阻R5和第六电阻R6，其中，R6两端的电压作为电流检测信号被送入到控制芯片的电流检测引脚，用于控制芯片控制其自身的开通与关断。其中，所述电流互感器LI能将电路中原有的大电流以一定的比例转变为电流互感器副边很小的电流，减小了电流检测部分的功率损耗。在所述保护电路中，第五电阻R5两端的电压为过流或短路的检测信号，当经过所述电流互感器LI的电流很大时，第五电阻R5两端的电压也会越来越大，经过第一ニ极管Dl的电压会使稳压管Zl对应的反向导通电流越来越大，直至使稳压管完全反向导通，当稳压管正极端的电压达到一定值时，流过稳压管的电流会促使三极管Ql导通，随着三极管基极与集电极两端压降的増加，集电极的端电压会随之降低，从而拉低控制芯片的使能端引脚的电压，促使控制芯片关断，实现过电流保护功能，保护电路中的元器件不被大电流损坏。当过流或短路撤除时，所述保护电路恢复正常工作状态。而当经过所述电流互感器LI的电流不是很大时，第五电阻R5两端的电压会较小，经过稳压管的电压不足以使三极管Ql导通，则过保护单元不能起到过流保护功能。但在ー定电流范围内，控制芯片自身具有过流保护功能。在所述保护电路中，所述第一热敏电阻和所述第二电阻的总电压为V0，当电路中的温度升高时，第一热敏电阻的阻值会随之降低，所述第一热敏电阻两端承受的电压也会降低，即所述第二电阻两端的电压会升高，经过第二ニ极管后的电压也会使得稳压管所对应的反向导通电流越来越大，当稳压管的电压达到一定值时，流经的电流会促使三极管导通，随着三极管基极与集电极两端压降的増大，集电极端的·电压也随之降低，进而拉低控制芯片的使能端电压，使得控制芯片关断，实现过温保护功能。当被保护电路温度能承受的温度值未达到控制芯片的额定保护温度时，也可通过设定与所述第一热敏电阻第二端相连的电压输出端的电压值V0，使得所述保护电路实现过温保护；或者根据电压值VO的大小和被保护电路能承受的温度值来选择不同阻值的第二电阻R2，使得在被保护电路中的温度高于其能承受的温度值时，所述保护电路能实现过温保护功能。因此，可根据被保护的电路能承受的温度值的不同，通过设定电压输出端的电压值V0，或选择不同阻值的第二电阻R2，来实现对被保护电路中不同温度的过温保护功能，
简单方便。为了便于理解，以PWM (Pulse Width Modulation,脉宽调制)控制芯片为例进行说明。当将PWM控制芯片应用于某种被保护的电路中，设其PWM控制芯片能保护的电流范围在17. 5安培 33安培；设其额定保护温度为150°C。在直流转直流ECDC电路中，当通过PWM控制芯片电流检测引脚的电流小于17. 5安培吋，PWM控制芯片正常工作；当通过PWM控制芯片电流检测引脚的电流在17. 5安培和33安培之间时，PWM控制芯片能实现过流保护功能，即能自行关断，间歇保护电路，当电流值减小到17. 5安培以下时，PWM控制芯片恢复正常工作状态；而当通过PWM控制芯片电流检测引脚的电流大于33安培吋，PWM控制芯片不能正常工作，此时，PWM控制芯片只限功率保护，即只能使得输出电压降低，不能使通过的电流降低，若无过保护单元，则会烧毁电路中的元器件。此外，当PWM控制芯片工作时，只有当控制芯片的温度高于额定保护温度150°C吋，PWM控制芯片才能自行关断，实现过温保护。而当控制芯片的温度低于150°C时，不能实现过温保护功能。而在本实用新型的保护电路中，当流过所述电流互感器LI的电流不是很大时，例如在17. 5安培和33安培之间，流过稳压管Zl的电流不能促使三极管Ql导通，即此时，过保护单元并不起过流保护功能，但由于在PWM控制芯片的保护范围，可通过PWM控制芯片实现过流保护功能；当流过所述电流互感器LI的电流超过一定值时，例如33安培，在所述过保护单元中，流过稳压管Zl的电流能促使三极管Ql导通，即三极管集电极端的电压会随着电流的升高而降低，从而拉低PWM控制芯片使能端的电压，使得PWM控制芯片关断，实现过流保护功能。在所述保护电路中，由于所述第一热敏电阻的阻值会随着温度的升高而不断降低，使得所述第一热敏电阻两端的电压也不断的降低，所述第二电阻两端的电压会随之升高，可通过设定所述第一热敏电阻第二端的电压值V0，或者根据电压值VO的大小和被保护电路能承受的温度值来选择不同阻值的第二电阻R2，使得在被保护电路中的温度小于150°C时，所述保护电路也能通过拉低控制芯片的使能端电压，使得控制芯片关断，实现过温保护功能。本实施例中，通过将电流检测单元和过保护単元与控制芯片的配合使用，弥补了原有芯片的缺陷和不足，健全了电路的整体保护功能；且，过流、过温保护设计在同一电路中，用最少最简单的元器件实现此两项保护功能，节省器件成本及空间。所述保护电路可应用于开关电源中，ー种开关电源包括控制芯片和如上述实施例所述的保护电路。其中，所述控制芯片可以为PWM控制芯片。 在实际应用中，保护电路可以应用于直流转直流电路中，或是交流转直流电路中，用于防止电路中的元器件被大电流或高温损坏。其作为ー个实施例，可将所 述保护电路应用于直流转直流BUCK (降压变换)电路架构的开关电源转换器中，当系统上电后，在控制芯片的作用下，将电压在22疒32V之间的输入通过滤波电容、MOS管、电感等，变换成电压为13. 5V、额定电流为13. 5A的输出，其过流保护点的电流为17. 5A，最大过流保护点的电流为33A ；当流经所述开关电源转换器的负载电流在过流保护点17. 5A和最大过流保护点33A之间时，控制芯片可以通过控制自身的关断实现过流保护；当负载电流大于33A时，所述保护电路则可以通过拉低所述控制芯片使能端引脚的电压，实现过流保护；同时，根据开关电源转换器的实际应用以及所用元器件的性能參数，測定所能承受的温度值110°c，通过选择合适的第一热敏电阻Rl和第二电阻R2，使得所述保护电路在温度超过110°C吋，实现过温保护功能。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相參见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处參见方法部分说明即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求1.ー种保护电路，其特征在于，包括电流检测单元和过保护単元； 所述过保护单元包括第一ニ极管、第二ニ极管、第一热敏电阻、第二电阻、稳压管和三极管；其中 所述第一ニ极管的阳极与所述电流检测单元相连，阴极与所述第二ニ极管的阴极相连； 所述第二ニ极管的阳极与所述第一热敏电阻的第一端相连； 所述第一热敏电阻的第二端连接到电压输出端，所述第二电阻的第一端与所述第一热敏电阻的第一端相连，第二端接地； 所述稳压管的正极与所述第一ニ极管的阴极相连，负极与所述三级管的基极相连； 所述三极管的发射极接地，集电极用于与控制芯片的使能端引脚相连。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述过保护单元还包括第三电阻，所述第三电阻的第一端与所述热敏电阻的第二端相连，第二端连接到电压输出端。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电流检测单元包括电流互感器、第三ニ极管、滤波电容、第四电阻、第五电阻和第六电阻，其中 所述电流互感器的第一端用于电流的输入，第二端与所述第四电阻的第一端相连，第三端用于与控制芯片的电流检测引脚相连，第四端用于电流的输出； 所述第四电阻的第二端与所述电流互感器的第三端相连； 所述第三ニ极管的阳极与所述电流互感器的第二端相连，阴极与所述滤波电容的第一端相连； 所述滤波电容的第二端与所述电流互感器的第三端相连； 所述第五电阻的第一端与所述第三ニ极管的阴极相连，第二端接地； 所述第六电阻的第一端与所述电流互感器的第三端相连，第二端接地。
4.ー种开关电源，其特征在于，包括控制芯片和如权利要求广3中任意ー项所述的电路。
5.根据权利要求4所述的开关电源，其特征在于，所述控制芯片为脉宽调制(PWM)控制芯片。
专利摘要本实用新型实施例公开了一种保护电路和具有该保护电路的开关电源，所述保护电路包括电流检测单元和过保护单元；其中，所述过保护单元中，第一二极管的阳极与所述电流检测单元相连，阴极与所述第二二极管的阴极相连；第二二极管的阳极与第一热敏电阻的第一端相连；第一热敏电阻的第二端连接到电压输出端；第二电阻的第一端与所述第一热敏电阻的第一端相连，第二端接地；稳压管的正极与所述第一二极管的阴极相连，负极与所述三级管的基极相连。在所述过保护单元电路中，通过降低三极管端集电极端的电压，来拉低控制芯片使能端引脚的电压，从而促使控制芯片关断，保护电路中的元器件不被大电流或高温烧损坏。
文档编号H02H3/08GK202872324SQ201220591059
公开日2013年4月10日 申请日期2012年11月9日 优先权日2012年11月9日
发明者邢民超 申请人:北京经纬恒润科技有限公司