專利名稱：一種開關(guān)電源及其電壓保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于開關(guān)電源及其電壓保護(hù)方法。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源廣泛應(yīng)用于各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，開關(guān)電源技術(shù)也在迅速發(fā)展。目前已有開關(guān)電源設(shè)計(jì)僅依據(jù)輸入的交流電壓變化范圍設(shè)置了欠壓和過壓保護(hù)。依據(jù)美國PI公司(Power Integrations Inc.)關(guān)于開關(guān)電源芯片的《數(shù)據(jù)手冊和設(shè)計(jì)指南》，現(xiàn)有的開關(guān)電源電路如圖1所示，整流器輸出端連接的的穩(wěn)壓支路中串設(shè)有一個整流穩(wěn)壓電容，穩(wěn)壓電容的兩端輸出連接有一個開關(guān)控制電路，開關(guān)控制電路由電壓保護(hù)控制電路使能控制，判斷其是否輸出開關(guān)控制信號給開關(guān)控制電路以使開關(guān)電源工作，電壓閾值比較電路用于將設(shè)定電壓閾值與整流器輸出電壓進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果送入電壓保護(hù)控制電路作為電壓保護(hù)控制電路的控制依據(jù)，該電路只具有欠壓和過壓保護(hù)功能。當(dāng)整流器輸出的整流電源低于欠壓閾值或者高于過壓閾值時，電壓保護(hù)控制電路都將停止開關(guān)控制電路的信號輸出，從而避免開關(guān)電源輸出異常。由圖1可知，現(xiàn)有的過壓保護(hù)方式僅對開關(guān)電源的開關(guān)輸出電路進(jìn)行了電壓保護(hù)，然而，有些電源應(yīng)用場合要求有寬范圍的交流電壓輸入，因此開關(guān)電源電路的整流穩(wěn)壓電容和功率開關(guān)管都必須具有較高的耐壓值。否則，過高的輸入電壓，將對整流穩(wěn)壓電容、開關(guān)控制電路及其內(nèi)部的功率開關(guān)管等造成損壞。通常，電力系統(tǒng)設(shè)備對電源輸入電壓除了正常電壓工作范圍要求外，還有更高的耐壓要求，當(dāng)輸入電壓達(dá)到耐壓值時，要避免開關(guān)電源出現(xiàn)損壞，當(dāng)輸入電壓恢復(fù)正常電壓工作范圍后，開關(guān)電源仍需要正常工作。如果采用已有的僅具有欠壓和過壓保護(hù)的開關(guān)電源方案，就必須選擇具有高耐壓值的整流穩(wěn)壓電容和功率開關(guān)管，這將增加開關(guān)電源的成本和體積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種開關(guān)電源，以避免選擇高耐壓值的整流穩(wěn)壓電容和功率開關(guān)管，同時提供一種利用該開關(guān)電源的電壓保護(hù)方法。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所提供的開關(guān)電源的技術(shù)方案如下:一種開關(guān)電源，包括整流器及其輸出端連接的穩(wěn)壓支路中串設(shè)的整流穩(wěn)壓電容，所述整流穩(wěn)壓電容的兩端輸出連接有開關(guān)控制電路，所述開關(guān)控制電路由電壓保護(hù)控制電路使能控制，整流器輸出連接有一個電壓閾值比較電路，所述電壓閾值比較電路用于將設(shè)定電壓閾值與整流器輸出電壓進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果送入所述電壓保護(hù)控制電路作為電壓保護(hù)控制電路的控制依據(jù)，所述整流器與整流穩(wěn)壓電容的串聯(lián)支路中串設(shè)有一個接入開關(guān)，電壓保護(hù)控制電路控制該接入開關(guān)。本發(fā)明所提供的利用該開關(guān)電源的電壓保護(hù)方法的技術(shù)方案包括如下步驟:(I)電壓閾值比較電路采集整流器輸出的整流電壓并與設(shè)定的欠壓閾值、過壓閾值和耐壓閾值三種電壓閾值相比較，其中欠壓閾值小于過壓閾值，過壓閾值小于耐壓閾值；(2)電壓保護(hù)控制電路接收電壓閾值比較電路的比較結(jié)果，并根據(jù)比較結(jié)果對開關(guān)控制電路的使能狀態(tài)和接入開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行如下相應(yīng)控制:當(dāng)整流電壓未超過欠壓閾值時，閉合接入開關(guān)，并停止開關(guān)控制電路的開關(guān)控制信號的輸出；當(dāng)整流電壓超過欠壓閾值，且未超過過壓閾值時，閉合接入開關(guān)，并使能開關(guān)控制電路的開關(guān)控制信號的輸出；當(dāng)整流電壓超過過壓閾值，且未超過耐壓閾值時，閉合接入開關(guān)，并停止開關(guān)控制電路的開關(guān)控制信號的輸出；當(dāng)整流電壓超過耐壓閾值時，斷開接入開關(guān)，并停止開關(guān)控制電路的開關(guān)控制信號的輸出。本發(fā)明的開關(guān)電源及其保護(hù)方法將接入開關(guān)串入穩(wěn)壓支路，并將整流穩(wěn)壓電容的電壓接入開關(guān)控制電路，通過電壓閾值電路比較判斷整流電壓與預(yù)設(shè)的電壓閾值的比較結(jié)果，由電壓保護(hù)控制電路實(shí)現(xiàn)對開關(guān)電源的開關(guān)控制電路的使能狀態(tài)和接入開關(guān)狀態(tài)的控制，即增加了由接入開關(guān)實(shí)現(xiàn)的耐壓保護(hù)功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)欠壓、過壓、耐壓保護(hù)功能。該方法通過接入控制開關(guān)的斷開實(shí)現(xiàn)了對整流穩(wěn)壓電容、開關(guān)控制電路及其內(nèi)部功率開關(guān)管的電壓保護(hù)，降低了對這些元件的耐壓要求，減小了開關(guān)電源的成本和體積。


圖1為現(xiàn)有開關(guān)電源電路的原理圖；圖2本發(fā)明開關(guān)電源電路的原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步介紹。如圖1所示為本發(fā)明的開關(guān)電源實(shí)施例原理圖，由圖可知，包括整流器及其輸出端連接的穩(wěn)壓支路中串設(shè)的整流穩(wěn)壓電容，整流穩(wěn)壓電容的兩端輸出連接有開關(guān)控制電路，開關(guān)控制電路由電壓保護(hù)控制電路使能控制，整流器輸出連接有一個電壓閾值比較電路，電壓閾值比較電路用于將設(shè)定電壓閾值與整流器輸出電壓進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果送入電壓保護(hù)控制電路作為電壓保護(hù)控制電路的控制依據(jù)，整流器與整流穩(wěn)壓電容的串聯(lián)支路中串設(shè)有個由電壓保護(hù)控制電路控制的接入開關(guān)。利用上述開關(guān)電源的保護(hù)方法包括如下步驟:(I)電壓閾值比較電路采集整流器輸出的整流電壓并與設(shè)定的三種電壓閾值相比較，輸出電壓比較結(jié)果；設(shè)定的三種電壓閾值分別為欠壓閾值、過壓閾值和耐壓閾值，其中，欠壓閾值小于過壓閾值，過壓閾值小于耐壓閾值；欠壓閾值是設(shè)定的開關(guān)電源開關(guān)輸出電路工作電壓的下限，過壓閾值是設(shè)定的開關(guān)電源開關(guān)輸出電路工作電壓的上限，耐壓閾值是設(shè)定的開關(guān)電源的整流穩(wěn)壓電容和功率開關(guān)管的工作電壓的上限，電壓閾值比較電路將處理后輸出的電壓比較結(jié)果輸入到電壓保護(hù)控制電路中；(2)電壓保護(hù)控制電路接收電壓閾值比較電路的比較結(jié)果，并根據(jù)比較結(jié)果對開關(guān)控制電路的使能狀態(tài)和接入開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行如下相應(yīng)控制，用以實(shí)現(xiàn)對開關(guān)電源的欠壓、過壓和耐壓保護(hù)，該使能控制方法為采用觸發(fā)開關(guān)管的方式實(shí)現(xiàn)，這種控制方法為現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述:當(dāng)整流電壓未超過欠壓閾值時，閉合接入開關(guān)，并停止開關(guān)控制電路的開關(guān)控制信號的輸出，用以避免開關(guān)輸出電路因欠壓無法正常工作；當(dāng)整流電壓超過欠壓閾值，且未超過過壓閾值時，閉合接入開關(guān)，并使能開關(guān)控制電路的開關(guān)控制信號的輸出，保證開關(guān)電源正常工作；當(dāng)整流電壓超過過壓閾值，且未超過耐壓閾值時，閉合接入開關(guān)，并停止開關(guān)控制電路的開關(guān)控制信號的輸出，用以保護(hù)開關(guān)輸出電路；當(dāng)整流電壓超過耐壓閾值時，斷開接入開關(guān)，并停止開關(guān)控制電路的開關(guān)控制信號的輸出，用以保護(hù)的整流穩(wěn)壓電容、功率開關(guān)管、開關(guān)控制電路和開關(guān)輸出電路。本發(fā)明的電壓保護(hù)方法在整流電壓未超過欠壓閾值、整流電壓超過欠壓閾值未超過過壓閾值和整流電壓超過過壓閾值未超過耐壓閾值時，接入開關(guān)閉合，此時本發(fā)明的電路形式與現(xiàn)有開關(guān)電源電路形式相同，因此通過采用和現(xiàn)有方法相同的停止開關(guān)控制信號輸出的方法，實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的欠壓和過壓保護(hù)。當(dāng)整流電壓超過設(shè)定的耐壓閾值時，本發(fā)明保護(hù)電路的電壓保護(hù)控制電路將斷開接入開關(guān)，此時，即使整流電壓進(jìn)一步升高，整流穩(wěn)壓電容上的電壓值不會超過設(shè)定的耐壓閾值，接入開關(guān)將承擔(dān)整流電壓與整流穩(wěn)壓電容電壓的差值電壓。由此，與整流穩(wěn)壓電容兩端電壓相連的開關(guān)控制電路、及其內(nèi)部的功率開關(guān)管電壓不會超過設(shè)定的耐壓閾值，元件得以保護(hù)。同時，開關(guān)控制電路停止開關(guān)控制信號的輸出，開關(guān)輸出電路也得到保護(hù)。依據(jù)開關(guān)電源的耐壓參數(shù)要求，可知最大整流電壓。接入開關(guān)的耐壓值應(yīng)大于最大整流電壓和耐壓閾值之差。下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行介紹，如圖2所示，假設(shè)開關(guān)電源的輸入電壓為單相交流電壓，其正常供電范圍為交流有效值90V至300V，輸入要求的最大耐壓為450V，如果采用圖2所示的單相全橋整流器，忽略二極管導(dǎo)通壓降，則90V、300V、450V對應(yīng)的整流電壓峰值分別為127.3V、424.3V、636.4V。本實(shí)施例中，整流穩(wěn)壓電容的耐壓值為580V，功率開關(guān)管的耐壓值為800V ;欠壓閾值、過壓閾值和耐壓閾值分別設(shè)置為120V、450V和550V，顯然，耐壓閾值小于整流穩(wěn)壓電容和功率開關(guān)管的耐壓值。當(dāng)整流電壓不大于120V時，接入開關(guān)閉合，但開關(guān)控制電路停止開關(guān)控制信號輸出，開關(guān)電源停止輸出驅(qū)動。當(dāng)整流電壓大于120V、小于450V時，接入開關(guān)閉合，開關(guān)控制電路輸出開關(guān)控制信號，開關(guān)電源正常工作。當(dāng)整流電壓大于450V、小于550V時，接入開關(guān)閉合，但開關(guān)控制電路停止開關(guān)控制信號輸出，開關(guān)電源停止輸出驅(qū)動。當(dāng)整流電壓大于550V時，接入開關(guān)斷開，開關(guān)控制電路停止開關(guān)控制信號輸出，開關(guān)電源停止工作。第一種狀態(tài)和第三種狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源的欠壓和過壓保護(hù)，第二種狀態(tài)為正常工作狀態(tài)。當(dāng)交流輸入電壓達(dá)到450V時，即使整流電壓瞬時值會達(dá)到636.4V，超過了整流穩(wěn)壓電容的耐壓值580V，但因?yàn)殡妷罕Ｗo(hù)控制電路會在整流電壓達(dá)到550V時依據(jù)第四種狀態(tài)的電壓保護(hù)狀態(tài)處理斷開接入開關(guān)，由此整流穩(wěn)壓電容、開關(guān)控制電路及功率開關(guān)管的電壓將不超過550V，開關(guān)電源的元件得到保護(hù)，如果整流穩(wěn)壓電容保持550V，則接入開關(guān)將承擔(dān)最聞86.4V的電壓。本發(fā)明的電壓保護(hù)電路和保護(hù)方法通過在整流支路中串設(shè)接入開關(guān)，在電壓保護(hù)控制電路中增加耐壓保護(hù)處理，在電壓超過耐壓閾值時斷開整流支路，有效的對開關(guān)電源實(shí)施欠壓、過壓及耐壓的保護(hù)，進(jìn)一步保護(hù)了整流穩(wěn)壓電容和開關(guān)控制電路及其內(nèi)部的功率開關(guān)管，避免選擇高耐壓值的整流穩(wěn)壓電容和功率開關(guān)管以增加開關(guān)電源的成本和體積。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)電源，包括整流器及其輸出端連接的穩(wěn)壓支路中串設(shè)的整流穩(wěn)壓電容，所述整流穩(wěn)壓電容的兩端輸出連接有開關(guān)控制電路，所述開關(guān)控制電路由電壓保護(hù)控制電路使能控制，整流器輸出連接有一個電壓閾值比較電路，所述電壓閾值比較電路用于將設(shè)定電壓閾值與整流器輸出電壓進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果送入所述電壓保護(hù)控制電路作為電壓保護(hù)控制電路的控制依據(jù)，其特征在于:所述整流器與整流穩(wěn)壓電容的串聯(lián)支路中串設(shè)有一個接入開關(guān)，電壓保護(hù)控制電路控制該接入開關(guān)。
2.一種利用如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電源的電壓保護(hù)方法，其特征在于，包括如下步驟: (O電壓閾值比較電路采集整流器輸出的整流電壓并與設(shè)定的欠壓閾值、過壓閾值和耐壓閾值三種電壓閾值相比較，其中欠壓閾值小于過壓閾值，過壓閾值小于耐壓閾值； (2)電壓保護(hù)控制電路接收電壓閾值比較電路的比較結(jié)果，并根據(jù)比較結(jié)果對開關(guān)控制電路的使能狀態(tài)和接入開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行如下相應(yīng)控制: 當(dāng)整流電壓未超過欠壓閾值時，閉合接入開關(guān)，并停止開關(guān)控制電路的開關(guān)控制信號的輸出； 當(dāng)整流電壓超過欠壓閾值，且未超過過壓閾值時，閉合接入開關(guān)，并使能開關(guān)控制電路的開關(guān)控制信號的輸出； 當(dāng)整流電壓超過過壓閾值，且未超過耐壓閾值時，閉合接入開關(guān)，并停止開關(guān)控制電路的開關(guān)控制信號的輸出； 當(dāng)整流電壓超過耐壓閾值時，斷開接入開關(guān)，并停止開關(guān)控制電路的開關(guān)控制信號的輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種開關(guān)電源及其保護(hù)方法，該開關(guān)電源在整流器與整流穩(wěn)壓電容的串聯(lián)支路中串設(shè)有一個由電壓保護(hù)控制電路控制的接入開關(guān)，并將整流穩(wěn)壓電容的電壓接入開關(guān)控制電路，通過電壓閾值電路比較判斷整流電壓與預(yù)設(shè)的電壓閾值的比較結(jié)果，由電壓保護(hù)控制電路實(shí)現(xiàn)對開關(guān)電源的開關(guān)控制電路的使能狀態(tài)和接入開關(guān)狀態(tài)的控制，即增加了由接入開關(guān)實(shí)現(xiàn)的耐壓保護(hù)功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)欠壓、過壓、耐壓保護(hù)功能。該方法通過接入控制開關(guān)的斷開實(shí)現(xiàn)了對整流穩(wěn)壓電容、開關(guān)控制電路及其內(nèi)部功率開關(guān)管的電壓保護(hù)，降低了對這些元件的耐壓要求，減小了開關(guān)電源的成本和體積。
文檔編號H02H7/125GK103166199SQ20131012150
公開日2013年6月19日 申請日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者金言, 龐浩, 張長江, 黃明山 申請人:許繼集團(tuán)有限公司, 河南許繼儀表有限公司, 國家電網(wǎng)公司