一种用于PTC的开关电源及其控制方法

技术领域

本发明涉及PTC加热器的供电用开关电源领域，特别涉及一种具备过压过流保护的开关电源。

背景技术

目前新能源汽车越来越普及，纯电动汽车使用PTC也越来越多，用于PTC控制IGBT驱动使用的开关电源对PTC的可靠性非常重要。现有技术中，用于PTC等开关电源结构简单，且没有设计过压过流保护，使得整个开关电源的输出不稳定，无法保证电源系统的安全可靠输出。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于PTC的开关电源及其控制方法，用于实现一种就要有宽电压输入且具备过压保护功能的开关电源。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于PTC的开关电源，包括电源输入滤波电路、开关电源变压器电路、过压保护电路、开关电源PWM驱动电路，所述电源输入滤波电路对输入的电源进行滤波，其输出端分别连接开关电源PWM驱动电路和开关电源变压器电路，所述开关电源变压器电路的输出端输出供电，所述过压保护电路连接至开关电源变压器电路的输出端，用于获取输出供电的电压信号；所述过压保护电路的输出端连接至开关电源PWM电路的电压反馈输入端，所述开关电源PWM驱动电路的输出端连接开关电源变压器电路，用于启动变压器电路的工作。

所述电源输入滤波电路包括电阻R1、电容C1、C2、C3、C4、C5以及瞬态电压抑制二极管TVS1，电源输入滤波电路的输入端用于连接外部电源，电源输入滤波电路的输入端经相互串联的C1、C2后接地，电阻R1并联在电容C2两端；电源输入滤波电路的输入端经二极管D1后经电源输出滤波电路的输出端输出滤波后的电源；二极管D2并联在二极管D1两端；电源输入滤波电路的输入端经瞬态电压抑制二极管TVS1接地，其输出端经电容C3接地；电容C4、C5分别并联在C3两端。

所述开关电源变压器电路包括变压器TR1以及二极管D4、电容C11、电阻R8以及二极管D3、电容C13，变压器TR1的初级侧两个引脚其中一个引脚连接电源输入滤波电路的输出端，另一个引脚连接至开关电源PWM驱动电路的输入端，变压器TR1的初级侧两个引脚经过相互串联的二极管D4和电容C11连接在一起，电容C11两端并联电阻R8；变压器TR1的次级侧两个输出端子中一个经二极管D3引出输出正极，另一个输出端子引出输出负极，变压器TR1的输出正极和输出负极之间经电容C13连接。

在所述的开关电源变压器电路输出端设置开关电源输出滤波电路。

所述过压保护电路包括光耦芯片U2以及可控精密稳压源U3、U5，开关电源变压器电路的正极输出端连接至电阻R17的一端，R17的另一端经电阻R18接地，电阻R17、R18之间引出端子连接至可控精密稳压源U3的参考极，U3的阳极接地、阴极经电阻R19连接至开关电源变压器电路的正极输出端；U3的阴极连接至开关管Q1的基极，Q1的集电极接地，Q1的发射极EN连接至光耦芯片U2的负极输入引脚，U2的正极输入引脚经串联的电阻R9、R10连接至负极输入引脚，光耦芯片U2的正极输出引脚连接至电源输入滤波电路的输出端，U2的负极输出引脚输出电压反馈信号至开关电源PWM驱动电路；电阻R9、R10之间引出端子连接至开关电源变压器输出端以及电阻R11；电阻R11依次经过电阻R12、R15接地；U2的负极输入引脚连接至可控精密稳压源U5的引脚，可控精密稳压源U5的阳极接地，U5的参考极经串联的电容C12、R12接U5的阴极；U2的负极输出端经电阻R14接地。

所述开关电源PWM驱动电路包括驱动芯片U1及其外围电路，所述驱动芯片根据过压保护电路传来的电压反馈信号来驱动控制开关电源变压器电路的输出工作。

所述驱动芯片U1的电源引脚连接至电源输入滤波电路；U1的电压反馈引脚连接至过压保护电路的输出端，用于接收过压保护电路反馈的电压信号；所述驱动芯片U1的输出端分别连接电阻R5的一端、二极管D5的阴极；电子R5的另一端连接开关管Q2的栅极，Q2的漏极连接至开关电源变压器电路的输入端；Q2的源极经电阻R7接地；D5的阳极连接至Q2的栅极，Q2的栅极经电阻R6接地；开关管Q2的源极经电阻R4连接驱动芯片U1的过流保护引脚，过流保护引脚经电容C10接地。

一种用于PTC的开关电源的控制方法，所述控制方法包括：当开关电源输出电压处于过压状态时，过压保护电路对电压信号进行检测并反馈至开关电源PWM驱动电路的电压反馈引脚，开关电源PWM驱动电路在接收到电压反馈信号为过压时，控制开关管Q2截至，通过Q2截至来控制开关电源变压器停止工作。

本发明的优点在于：电路结构简单，可以对开关电源进行可靠的滤波，同时保证输出的电压可以更加可靠，可以进行过压保护，对输出电压进行检测，在过压时及时管断开关电源输出。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明电路原理图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，一种用于PTC的开关电源，包括电源输入滤波电路、开关电源变压器电路、过压保护电路、开关电源PWM驱动电路，所述电源输入滤波电路对输入的电源进行滤波，其输出端分别连接开关电源PWM驱动电路和开关电源变压器电路，所述开关电源变压器电路的输出端输出供电，所述过压保护电路连接至开关电源变压器电路的输出端，用于获取输出供电的电压信号；所述过压保护电路的输出端连接至开关电源PWM电路的电压反馈输入端，所述开关电源PWM驱动电路的输出端连接开关电源变压器电路，用于启动变压器电路的工作。

其中电源输入滤波电路包括电阻R1、电容C1、C2、C3、C4、C5以及瞬态电压抑制二极管TVS1，电源输入滤波电路的输入端用于连接外部电源，电源输入滤波电路的输入端经相互串联的C1、C2后接地，电阻R1并联在电容C2两端；电源输入滤波电路的输入端经二极管D1后经电源输出滤波电路的输出端输出滤波后的电源；二极管D2并联在二极管D1两端；电源输入滤波电路的输入端经瞬态电压抑制二极管TVS1接地，其输出端经电容C3接地；电容C4、C5分别并联在C3两端。

开关电源变压器电路包括变压器TR1以及二极管D4、电容C11、电阻R8以及二极管D3、电容C13，变压器TR1的初级侧两个引脚其中一个引脚连接电源输入滤波电路的输出端，另一个引脚连接至开关电源PWM驱动电路的输入端，变压器TR1的初级侧两个引脚经过相互串联的二极管D4和电容C11连接在一起，电容C11两端并联电阻R8；变压器TR1的次级侧两个输出端子中一个经二极管D3引出输出正极，另一个输出端子引出输出负极，变压器TR1的输出正极和输出负极之间经电容C13连接。初级侧两个引脚分别为引脚1和引脚2，引脚2连接电源输入滤波电路的输出端(12V)，引脚1连接至开关电源PWM驱动电路的输入端，变压器TR1的初级侧两个引脚经过相互串联的二极管D4和电容C11连接在一起，电容C11两端并联电阻R8；变压器TR1的次级侧两个输出端子中一个引脚9经二极管D3引出输出正极，另一个输出端子引脚10引出输出负极，变压器TR1的输出正极和输出负极之间经电容C13连接。

在开关电源变压器电路输出端设置开关电源输出滤波电路。滤波电路主要用于变压器输出的15V电压进行滤波，滤波电路包括互感滤波电感L1、电容C14、C15，变压器TR1的两个输出端分别连接L1的两个输入端，L1两个输出端并联C14，电容C14两端并联C15。

过压保护电路包括光耦芯片U2(K1010芯片)以及可控精密稳压源U3(TL431芯片)、U5(TL431芯片)，开关电源变压器电路的正极输出端输出15V电压的电源，用于为PTC提供供电，其输出的15电源的端子连接至电阻R17的一端，R17的另一端经电阻R18接地，电阻R17、R18之间引出端子连接至可控精密稳压源U3的参考极，U3的阳极接地、阴极经电阻R19连接至开关电源变压器电路的正极输出端；U3的阴极连接至开关管Q1的基极，Q1的集电极接地，Q1的发射极EN连接至光耦芯片U2的负极输入引脚，U2的正极输入引脚经串联的电阻R9、R10连接至负极输入引脚，光耦芯片U2的正极输出引脚连接至电源输入滤波电路的输出端，U2的负极输出引脚输出电压反馈信号至开关电源PWM驱动电路；电阻R9、R10之间引出端子连接至开关电源变压器输出端以及电阻R11；电阻R11依次经过电阻R12、R15接地；U2的负极输入引脚连接至可控精密稳压源U5的引脚，可控精密稳压源U5的阳极接地，U5的参考极经串联的电容C12、R12接U5的阴极；U2的负极输出端经电阻R14接地。光耦U2的两个输入引脚分别为正极输入引脚1、负极输入引脚2，正极输出引脚4负极输出引脚3。

开关电源PWM驱动电路包括驱动芯片U1及其外围电路；驱动芯片根据过压保护电路传来的电压反馈信号来驱动控制开关电源变压器电路的输出工作。芯片U1采用UC2842芯片，驱动芯片U1的电源引脚连接至电源输入滤波电路；U1的电压反馈引脚连接至过压保护电路的输出端，用于接收过压保护电路反馈的电压信号；所述驱动芯片U1的输出端分别连接电阻R5的一端、二极管D5的阴极；电子R5的另一端连接开关管Q2的栅极，Q2的漏极连接至开关电源变压器电路的输入端；Q2的源极经电阻R7接地；D5的阳极连接至Q2的栅极，Q2的栅极经电阻R6接地；开关管Q2的源极经电阻R4连接驱动芯片U1的过流保护引脚，过流保护引脚经电容C10接地。U1的7号引脚连接至电源输入滤波输出的12V电源，6号引脚经电阻R5连接至Q2的栅极，Q2的漏极连接至变压器电路的D4的阳极；Q2的源极经电阻R7接地，以及经电阻R4连接至U1的3号引脚。

一种用于PTC的开关电源的控制方法，所述控制方法是指开关电源的过压保护方法，包括：当开关电源输出电压处于过压状态时，过压保护电路对电压信号进行检测并反馈至开关电源PWM驱动电路的电压反馈引脚，开关电源PWM驱动电路在接收到电压反馈信号为过压时，控制开关管Q2截至，通过Q2截至来控制开关电源变压器停止工作。过流保护方法包括U1芯片通过采集3号引脚的电流信号与设置的电流进行对比，当电流大于设定的电流值时，判断为过流状态，此时U16号引脚驱动Q2截至。

本发明提供一种具有宽电压输入，过流保护过压保护功能，抗震动低纹波高可靠性的开关电源。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

①滤波电路：输入电压9-18V DC，经C6,C11高频滤波后过防反接二极管D1,D2,D26,进行低频滤波，D3为TVS管是电源具有防静电功能。

②驱动电路：输入电压经滤波电路滤波后一路经开关变压器流至MOS管漏极，另一路至PWM驱动芯片的第7脚，此芯片能把有推挽电路，外围有RC震荡电路，有第3脚ISEN引脚的电压来控制第6脚输出PWM的占空比，PWM信号由芯片第6脚输出至MOS管。

③开关变压器：此开关变压器设计为升压变压器初级为15圈9.5uH，次级为30圈55uH.反馈为13圈左右。

(1)电源输入滤波电路：电源经C1,C2,R1,高频滤波后经D1.D2防反接二极管流至C3.C4.C5进行二次滤波。

(2)开关电源驱动电路:滤波后的12V一路经U1的第7脚给芯片供电，另一路给给变压器第2脚供电。芯片的第2脚VFB为电压反馈引脚用于调节输出电压的精度，芯片的第3脚ISen为过流保护引脚。芯片的第4脚为RC震荡电路，芯片的第8脚为芯片内部基准电压，芯片的第6脚为PWM输出。

(3)电源输出过压保护电路：输出电压经R17和R18电阻分压的至U3的第2脚当电压超过设计值时U3第一脚的向U3第3脚导通故Q1的基极为低电平，导致Q1导通，Q1导通U2的第2脚电压被拉低U24脚像3脚导通此时U1第2脚VFB电压过高使芯片第6脚PWM输出截至，从而实现过压过流的保护。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。