[实用新型]开关电源的输出保护电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种开关电源的保护电路，特别涉及一种应用于为超级电容单体充电的开关电源的输出保护电路。

背景技术

常见的超级电容具有充放电电流大、效率高、对环境污染小、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点而得到广泛应用，比如新能源汽车或者轨道列车的储能系统中，储存能量后用来驱动大电流、短时间工作的负载；然而，由于工艺原因，超级电容的额定电压一般比较低，单体超级电容的额定工作电压一般在2.8V左右，所以大多数情况下需要串联使用；又由于串联回路每个单体容量很难保证100％相同，也很难保证每个单体漏电也相同，使用或者放置一段时间后超级电容组内的单体与单体之间会存在一定的电压差问题，这就是电压不均衡问题，因此，一般情况下需要在超级电容组中给电容组内的各单体放置一个均衡模块，该均衡模块一般为DC/DC功率变换器，可以为超级电容组中电压较低的单体进行小电流(比如10A)充电(这里的小电流是相对于超级电容组的充电电流来说的，超级电容组的充电电流范围一般是500A乃至更高)，使该单体电压上升至一定电压值以保持与超级电容组中的其他单体电压相对均衡。然而，在大电流放电时，由于各单体的容值存在差异，在超级电容组放电过程中，超级电容组内部的电容量小的单体，有可能会因为过放电而出现负压，该负压同时施加在作为均衡模块的DC/DC功率变换器的输出端；由于作为均衡模块的DC/DC功率变换器的输出端为一个整流电路，常见的是二极管整流或者使用MOS管进行同步整流，上述的负压达到一定值后会使整流二极管或者MOS管的体二极管导通，如果该负压的电压值较大的话，对应的电流就大，有可能会烧坏作为均衡模块的DC/DC功率变换器的输出端，严重者将会导致火灾事故，甚至会导致使新能源列车造成车毁人亡的安全事故。

针对上述问题，其中一个现有的解决方法是在均衡模块的输出端与超级电容组中对应单体之间串联一个保险丝，这种方案在出现上述负压的情况下，当电流超过一定值后熔断，断开通电回路，可以有效对开关电源模块进行保护，但是该方案有个缺陷就是，保险丝通过额定电流后熔断不能自恢复，需要重新换装一个保险丝上去才能使均衡模块给单体均衡，浪费了人力、时间以及物料成本去维护。

其中另一种方法是使用继电器作为防反接保护器件，然而，若开关电源输出给超级电容充电的电流较大时，则需使用体积较大继电器作为防反接保护器件，对应的成本和产品体积均会增加。

还有一种现有的开关电源输出保护电路，见图1，包括驱动电路、检测电路和防反接MOS管TR1。为了防止输出端的超级电容单体Cn反接带来的负压(以超级电容单体Cn的负端为电压参考点，超级电容单体Cn的正端电压小于0V)施加在开关电源的输出端而烧坏开关电源，解决措施是在开关电源模块的输出端接一个防反接MOS管TR1连接在超级电容单体的负端和开关电源模块的输出-Vo端之间，检测电路检测开关电源输出端的电池(即超级电容单体)的电压极性，若无反接(即以超级电容单体Cn的负端为电压参考点，超级电容单体Cn的正端电压大于0V)则使能驱动电路，从开关电源的输出端经驱动电路给防反接MOS管的栅极提供一个电压使其导通，若检测电路检测到输出端的超级电容单体Cn反接(即以超级电容单体Cn的负端为电压参考点，超级电容单体Cn的正端电压小于0V)，则提供一个使能信号，使驱动电路停止工作，防反接MOS管TR1关断，起到防反接的保护作用。然而，实际应用中，采用该保护电路进行防止超级电容单体Cn出现负压或者极性反接保护时，由于提供给超级电容单体充电的开关电源输出电压为0～2.7V之间，最大为3V，在超级电容单体Cn未极性反接或者未出现负压时，开关电源正常工作，其输出正端+Vo输出的电压最大为3V，而一般的MOS管开启电压V_GS(th)为2.5V～4V之间，因此就算忽略驱动电路的分压，3V的输出电压施加在MOS管的栅极-源极上，MOS管并未导通或者导通状态处于导通电阻较大的水平，而不能进入饱和导通状态。因此造成开关电源不能正常给超级电容单体充电或者充电损耗大的情况，虽然依然具备防反接功能，但是开关电源的充电功能不能高效率的实现。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决现有技术中的输出防反接保护电路中成本高，体积大，防反接开关管因驱动电压不足而不能导通或者导通电阻大的问题，提出一种开关电源的输出保护电路，能够在开关电源工作时，该保护电路同步低耗开通，开关电源模块正常为超级电容单体充电进行均衡，在开关电源不工作时，该保护电路能够同步可靠关断，防止开关电源的输出端存在的负压或者反接情况造成的损坏问题。