一种开关电源的浪涌电压保护电路、开关电源及电机

摘要

本发明属于开关电源领域，公开了一种开关电源的浪涌电压保护电路、开关电源及电机。在本发明实施例中，通过控制模块将开关电源中第一开关管的输入端所产生的浪涌电压进行钳位控制并蓄积电能，并通过转移模块在所述微处理器检测所述控制模块的输出端对地的电压并相应地输出控制信号时，根据所述控制信号将所述控制模块所蓄积的电能转移至所述第二电容使得浪涌电压得到转移，进而保护开关电源中元器件不受浪涌电压的破坏，提高了开关电源的稳定性。

说明书

技术领域

本发明属于开关电源领域，尤其涉及一种开关电源的浪涌电压保护电路、开关电源及电机。

背景技术

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

但是，目前的开关电源还存在浪涌电压的干扰因素，浪涌电压会对开关电源中的元器件造成损害，破坏开关电源的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开关电源的浪涌电压保护电路，旨在       目前开关电源由于浪涌电压造成元器件损坏以及破坏稳定性的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的，一种开关电源的浪涌电压保护电路，与所述开关电源中的耦合电感T1、第一开关管、第三二极管D3、第二电容C2及微处理器连接，所述耦合电感T1的初级线圈的异名端和次级线圈的同名端共接于所述第一开关管的输入端，所述第一开关管的输入端在所述第一开关管关断时会产生浪涌电压；所述微处理器控制所述第一开关管的通断；所述第三二极管D3的阴极和所述第二电容C2的正极共接向负载的输入正端供电；所述第二电容C2的负极连接所述负载的输入负端；

所述浪涌电压保护电路包括：

将所述第一开关管的输入端所产生的浪涌电压进行钳位控制并蓄积电能的控制模块；以及

    在所述微处理器检测所述控制模块的输出端对地的电压并相应地输出控制信号时，根据所述控制信号将所述控制模块所蓄积的电能转移至所述第二电容C2的转移模块；

所述控制模块的输入端连接所述第一开关管的输入端、所述耦合电感T1的初级线圈的异名端和次级线圈的同名端，所述控制模块的输出端连接所述微处理器，所述控制模块的地端与所述第一开关管的输出端共接于地，所述转移模块的输入端连接所述控制模块的输出端，所述转移模块的输出端连接所述第二电容C2的正极，所述转移模块的控制端连接所述微处理器，所述转移模块的地端与所述第二电容C2的负极共接于地。

本发明还提供了一种包括所述浪涌电压保护电路的开关电源。

本发明还提供了一种包括所述开关电源的电机。

在本发明实施例中，通过控制模块将开关电源中第一开关管的输入端所产生的浪涌电压进行钳位控制并蓄积电能，并通过转移模块在所述微处理器检测所述控制模块的输出端对地的电压并相应地输出控制信号时，根据所述控制信号将所述控制模块所蓄积的电能转移至所述第二电容C2使得浪涌电压得到转移，进而保护开关电源中元器件不受浪涌电压的破坏，提高了开关电源的稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的开关电源的浪涌电压保护电路的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的开关电源的浪涌电压保护电路的电路结构图；

图3是本发明实施例提供的开关电源的浪涌电压保护电路的示例结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明实施例提供的包括浪涌电压保护电路的开关电源的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分，详述如下：

开关电源包括耦合电感T1、第一开关管200、第三二极管D3、第二电容C2及微处理器300，耦合电感T1的初级线圈的同名端1接入直流电DC，耦合电感T1的初级线圈的的异名端3和次级线圈的同名端2共接于第一开关管200的输入端，耦合电感T1的次级线圈的异名端4连接第三二极管D3的阳极，第一开关管200的控制端和地端分别连接微处理器300和地，第一开关管200的输入端在第一开关管200关断时会产生浪涌电压；微处理器300控制第一开关管200的通断；第三二极管D3的阴极和第二电容C2的正极共接向负载400的输入正端供电；第二电容C2的负极连接负载400的输入负端。

开关电源还包括浪涌电压保护电路100，浪涌电压保护电路100与耦合电感T1、第一开关管200、第三二极管D3、第二电容C2及微处理器300连接。

浪涌电压保护电路100包括：

将第一开关管200的输入端所产生的浪涌电压进行钳位控制并蓄积电能的控制模块101；以及

    在微处理器300检测控制模块101的输出端对地的电压并相应地输出控制信号时，根据该控制信号将控制模块101所蓄积的电能转移至第二电容C2的转移模块102。

控制模块101的输入端连接第一开关管200的输入端、耦合电感T1的初级线圈的异名端3和次级线圈的同名端2，控制模块101的输出端连接微处理器300，控制模块101的地端与第一开关管200的输出端共接于地，转移模块102的输入端连接控制模块101的输出端，转移模块102的输出端连接第二电容C2的正极，转移模块102的控制端连接微处理器300，转移模块102的地端与第二电容C2的负极共接于地。

图2示出了本发明实施例提供的包括浪涌电压保护电路的开关电源的电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分，详述如下：

作为本发明一实施例，第一开关管200可以是三极管、MOS管、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）或其他具备开关特性的半导体器件；如图3所示，当第一开关管200为NMOS管Q1时，NMOS管Q1的栅极、漏极和源极分别为第一开关管200的控制端、输入端和输出端，则浪涌电压就是产生于NMOS管Q1的漏极，同时该浪涌电压会使NMOS管Q1的漏极与源极之间的电压应力变大，并进而增大NMOS管Q1的开关损耗。

作为本发明一实施例，控制模块101包括第一半导体开关1011和第一电容C1，第一半导体开关1011的输入端为控制模块101的输入端，第一半导体开关1011的输出端与第一电容C1的第一端的共接点为控制模块101的输出端，第一电容C1的第二端为控制模块101的地端。

其中，第一半导体开关1011具体可以是二极管、三极管、MOS管、IGBT或其他具备开关特性的半导体器件；如图3所示，当第一半导体开关1011为二极管D1时，二极管D1的阳极和阴极分别为第一半导体开关1011的输入端和输出端；而当第一半导体开关1011为三极管、MOS管、IGBT或其他具备开关特性的半导体器件时，第一半导体开关1011还连接微处理器300，并由微处理器300进行通断控制（即微处理器300控制第一半导体开关1011的通断），并以实现二极管特性为目的确定所选用的半导体器件的端极与第一半导体开关1011的输入端和输出端的对应关系。

作为本发明一实施例，转移模块102包括：

电感L1、第二开关管1021以及第二半导体开关管1022；

电感L1的第一端为转移模块102的输入端，电感L1的第二端与第二开关管1021的输入端共接于第二半导体开关管1022的输入端，第二半导体开关管1022的输出端为转移模块102的输出端，第二开关管1021的控制端和输出端分别为转移模块102的控制端和地端。

其中，第二开关管1021具体可以是三极管、MOS管、IGBT或其他具备开关特性的半导体器件；如图3所示，当第二开关管1021为NMOS管Q2时，NMOS管Q2的栅极、漏极和源极分别为第二开关管1021的控制端、输入端和输出端。

第二半导体开关1022具体可以是二极管、三极管、MOS管、IGBT或其他具备开关特性的半导体器件；如图3所示，当第二半导体开关1022为二极管D2时，二极管D2的阳极和阴极分别为第二半导体开关1022的输入端和输出端；而当第二半导体开关1022为三极管、MOS管、IGBT或其他具备开关特性的半导体器件时，第二半导体开关1022还连接微处理器300，并由微处理器300进行通断控制（即微处理器300控制第一半导体开关1011的通断），并以实现二极管特性为目的确定所选用的半导体器件的端极与第二半导体开关1022的输入端和输出端的对应关系。

以下结合图3对浪涌电压保护电路100在开关电源中的工作原理进行说明：

在开关电源工作时，由于耦合电感T1的初级线圈的异名端3和次级线圈的同名端2存在漏感和引线电感等干扰因素，使得NMOS管Q1在关断时其漏极会产生较高的浪涌电压，这会无形中增大NMOS管Q1的漏极与源极之间的电压应力，进而使NMOS管Q1的开关损耗增大，并大大缩短其使用寿命。

由于浪涌电压保护电路100的存在，NMOS管Q1的漏极的浪涌电压会通过二极管D1被钳位为第一电容C1的电压，同时第一电容C1会将抑制浪涌电压所获得的电能进行蓄积，这样就等于将浪涌电压进行了有效的吸收以降低NMOS管Q1的漏极与源极之间的电压应力；在此过程中，微处理器300会对第一电容C1两端的电压进行检测，并相应地输出控制信号使NMOS管Q2实现相应的通断。由电感L1、NMOS管Q2及二极管D2组成的电能转移电路将第一电容C1所蓄积的电能转移至第二电容C2，最后再由第二电容C2将这部分电能输出为负载400供电。因此，通过上述浪涌电压保护电路100对NMOS管Q1漏极的浪涌电压进行抑制和吸收，降低了NMOS管Q1的漏极与源极之间的电压应力，减小了NMOS管Q1的开关损耗，有利于延长NMOS管的使用寿命，进而使开关电源的直流电转换效率和可靠性得到显著的提高。

此外，从上述内容可知，第一开关管200（如NMOS管Q1）的输入端与输出端之间的电压（即NMOS管Q1的漏极-源极电压V_DS）减小，这就使得在对第一开关管200进行选型时可以选择漏极-源极电压应力更小、导通电阻更小且成本较低的半导体开关器件以实现相同的开关功能，能够降低电路成本。

本发明实施例还提供了一种包括上述开关电源的电机，该电机可以是将市电转换为直流电的交直转换系统或者新能源发电系统，其中，新能源发电系统可以是太阳能发电系统、风能发电系统或地热能发电系统等对可再生能源进行利用以实现电力输出的发电系统。

在本发明实施例中，通过控制模块将开关电源中第一开关管的输入端所产生的浪涌电压进行钳位控制并蓄积电能，并通过转移模块在所述微处理器检测所述控制模块的输出端对地的电压并相应地输出控制信号时，根据所述控制信号将所述控制模块所蓄积的电能转移至所述第二电容C2使得浪涌电压得到转移，进而保护开关电源中元器件不受浪涌电压的破坏，提高了开关电源的稳定性。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。