CN101610026B

CN101610026B - 一种用于电源变换器的平衡电路的保护电路

Info

Publication number: CN101610026B
Application number: CN 200810128696
Authority: CN
Inventors: 肖学礼; 林清森; 陈勇兵
Original assignee: Liebert Corp
Current assignee: Vertiv Corp
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2028-06-18
Also published as: CN101610026A

Abstract

本发明涉及一种用于电源变换器的平衡电路的保护电路，包括控制芯片，还包括反映正母线侧电流的信号采样装置、反映负母线侧电流的信号采样装置，以及与所述反映正母线侧电流的信号采样装置相连以限制平衡电路中流过开关管电流强度的限流装置；所述反映负母线侧电流的信号采样装置获取反映负母线侧电流的采样信号，并叠加所述反映正母线侧电流的采样信号和反映负母侧电流的采样信号以生成叠加采样信号，所述控制芯片从所述反映负母线侧电流的信号采样装置获取所述叠加采样信号，并根据所述叠加采样信号对所述平衡电路中的开关管进行关断控制。实施本发明的用于电源变换器的平衡电路的保护电路，可及时地对开关管进行逐波限流保护，提高电路可靠性。

Description

一种用于电源变换器的平衡电路的保护电路

技术领域

本发明涉及保护电路，更具体地说，涉及一种用于电源变换器的平衡电路的保护电路。

背景技术

目前，在中大功率输出的变换器（包括直流/直流变换器和交流/交流变换器）中，一般会采用两个相同变换器的原边串联技术来扩大输出功率的容量。但是实际电路中由于两路变换器的参数离散性引起的驱动脉宽不一致、效率不一致等原因，都会造成两个变换器的输出功率不相等，从而导致输入直流母线电容的电压不等，即出现不平衡。这种情况在轻载下尤其严重。因此，有人提出了一种用于电源变换器的平衡电路，以实现变换器中各个单元之间的均压，使其母线电容电压稳定，且各元件不易损毁。其原理图如图1所示。

从电路原理图可以看出，平衡电路工作时，开关管Q4、Q5与同相驱动电压相连，因此它们同时导通同时截止。根据分析，平衡电路存在三种工作方式：如图2所示为平衡电路在开关管导通时的三种等效电路，其中，T1为充电器的主变压器，LK1和LK2分别为两个原边绕组的漏感，Iload为输出功率对应的电流，Iph为平衡电流，因此，总电流Itotal＝Iph+Iload。

①当Vbus+＞Vbus-时，平衡电流的流向如图2（a）所示，而且Iph＝（Vbus+-Vbus-）*Ton/LK2。此时，正母线侧开关管流过总电流Itotal，而负母线侧开关管内部集成的反并联二极管流过平衡电流Iph。由于变压器的漏感比较小，因此一般地平衡电流会比较大。

②当Vbus-＞Vbus+时，平衡电流的流向如图2（b）所示，而且Iph＝（Vbus--Vbus+）*Ton/LK1。此时，正母线侧开关管内部集成的反并联二极管流过平衡电流Iph，而负母线侧开关管流过总电流Itotal。

③当Vbus+＝Vbus-时，不存在平衡电流，电流的流向如图2（c）所示。此时，正负母线侧各分担总输出功率的一半，因此，正负母线侧开关管流过的电流均为0.5*Itotal。

这种用于电源变换器的平衡电路的缺陷在于，输入正负母线电压的关系在很大程度上决定了开关管流过的电流，控制芯片只能对一个开关管进行逐波限流保护，使得电路中的另一开关管可能流过较大电流而导致损坏。

因此，需要一种用于电源变换器的平衡电路的保护电路，其可采用一个控制芯片对两个开关管进行逐波限流保护。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的用于电源变换器的平衡电路，控制芯片只能对一个开关管进行逐波限流保护，使得开关管可能流过较大电流而导致损坏的缺陷，提供一种用于电源变换器的平衡电路的保护电路，其可采用一个控制芯片对两个开关管进行逐波限流保护。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于电源变换器的平衡电路的保护电路，包括控制芯片，还包括反映正母线侧电流的信号采样装置、反映负母线侧电流的信号采样装置，以及与所述反映正母线侧电流的信号采样装置相连以限制平衡电路中流过开关管电流强度的限流装置；所述反映正母线侧电流的信号采样装置获取反映正母线侧电流的采样信号，所述反映负母线侧电流的信号采样装置获取反映负母线侧电流的采样信号，并叠加所述反映正母线侧电流的采样信号和所述反映负母线侧电流的采样信号以生成叠加采样信号；所述控制芯片从所述反映负母线侧电流的信号采样装置获取所述叠加采样信号，并根据所述叠加采样信号对所述平衡电路中的开关管进行关断控制。

在本发明的用于电源变换器的平衡电路的保护电路中，所述反映正母线侧电流的信号采样装置包括串联到所述平衡电路的正母线侧电路中的采样电阻R129。

在本发明的用于电源变换器的平衡电路的保护电路中，所述反映负母线侧电流的信号采样装置包括：电流互感器T3、采样电阻R38、二极管D11；所述电流互感器T3的原边串联到负母线侧电路，所述电流互感器T3的副边与所述电阻R38串联，所述二极管D11的阳极连接到所述电流互感器T3的副边A端、所述二极管的阴极通过所述电阻R38连接到所述电流互感器T3的副边B端。

在本发明的用于电源变换器的平衡电路的保护电路中，所述限流装置包括其阳极连接中线端，其阴极连接到所述电流互感器T3的副边B端的二极管D100。

在本发明的用于电源变换器的平衡电路的保护电路中，所述二极管D100是肖特基二极管或者是快恢复二极管。

在本发明的用于电源变换器的平衡电路的保护电路中，还包括去磁电阻R39，所述电阻R39连接到所述电流互感器T3的副边A端和中线端之间。

在本发明的用于电源变换器的平衡电路的保护电路中，还包括二极管D12，所述二极管D12的阳极经所述电阻R39连接到中线端，二极管D12的阴极连接到所述电流互感器T3的副边A端。

在本发明的用于电源变换器的平衡电路的保护电路中，所述控制芯片采用逐波限流的方式控制开关管的关断。

在本发明的用于电源变换器的平衡电路的保护电路中，所述电源变换器包括变压器T1，所述变压器T1的副边采用并联输出或单独输出。

本发明解决其技术问题所采用的又一技术方案是：构造一种用于电源变换器的平衡电路的保护电路，包括控制芯片和平衡电路，其中还包括采样电阻R129、电流互感器T3、采样电阻R38、二极管D11、二极管D100；其中所述采样电阻R129串联在所述平衡电路的正母线侧电路中，所述电流互感器T3的原边串联到负母线侧电路，所述电流互感器T3的副边与所述电阻R38串联，所述二极管D11的阳极连接到所述电流互感器T3的副边A端、所述二极管D11的阴极通过所述电阻R38连接到所述电流互感器T3的副边B端，所述二极管D100的阳极连接中线端、阴极连接到所述电流互感器T3的副边B端；所述控制芯片从位于所述二极管D11的阴极和所述电阻R38之间的信号端获取采样信号，并根据所述采样信号对所述平衡电路中的开关管进行关断控制。

实施本发明的用于电源变换器的平衡电路的保护电路，可以比较准确的检测出流过开关管的电流，及时地对开关管进行逐波限流保护，并可以防止平衡电路在极限工况因流过开关管的电流过大而炸机，从而提高电路可靠性，提高产品竞争力。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术的用于电源变换器的平衡电路的电路原理图；

图2是图1所示的用于电源变换器的平衡电路在开关管Q4、Q5导通时的三种等效电路图；

图3是本发明的用于电源变换器的平衡电路的保护电路的电路原理框图；

图4是本发明的用于电源变换器的平衡电路的保护电路的第一实施例的电路原理图；

图5是本发明的用于电源变换器的平衡电路的保护电路的第二实施例的电路原理图。

具体实施方式

图3是本发明的用于电源变换器的平衡电路的保护电路的电路原理框图。如图3所示，一种用于电源变换器的平衡电路的保护电路，包括控制芯片101、反映正母线侧电流的信号采样装置103、反映负母线侧电流的信号采样装置104，以及与所述反映正母线侧电流的信号采样装置103相连以限制平衡电路106中流过开关管电流强度的限流装置102；所述反映负母线侧电流的信号采样装置104获取反映负母线侧电流的采样信号，并叠加所述反映正母线侧电流的采样信号和反映负母线侧电流的采样信号以生成叠加采样信号，所述控制芯片101从所述反映负母线侧电流的信号采样装置104获取所述叠加采样信号，并根据所述叠加采样信号对所述平衡电路106中的开关管进行关断控制。

在本发明的实施例中，所述反映正母线侧电流的信号采样装置103可以通过采样电阻R129，或者电流互感器，或者霍尔传感器来实现采样功能。反映负母线侧电流的信号采样装置104可以通过电流互感器或者霍尔传感器来实现采样功能。当采用电流互感器或者霍尔传感器实现采样功能时，可分别将其串联在所述平衡电路的这个正负母线侧电路中的任意位置。

在本发明的一个典型实施例中，提供了一种用于电源变换器的平衡电路的保护电路，包括控制芯片101，平衡电路106，其中，还包括采样电阻R129、电流互感器T3、采样电阻R38、二极管D11、二极管D100；其中所述采样电阻R129串联在所述平衡电路（106）的正母线侧电路中，所述电流互感器T3的原边串联到所述负母线侧电路，所述电流互感器T3的副边与所述电阻R38串联，所述二极管D11的阳极连接到所述电流互感器T3的副边A端、所述二极管D11的阴极通过所述电阻R38连接到所述电流互感器T3的副边B端，所述二极管D100的阳极连接中线端OUT_N、阴极连接到所述电流互感器T3的副边B端；所述控制芯片101从位于所述二极管D11的阴极和所述电阻R38之间的信号端Ipeak端获取采样信号，并根据所述采样信号对所述平衡电路106中的开关管进行关断控制。在本实施例中，所述采样信号是叠加所述反映正母线侧电流的采样信号和反映负母线侧电流的采样信号以生成叠加采样信号。

图4是本发明的用于电源变换器的平衡电路的保护电路的第一实施例的电路原理图。如图所示，电容C1的正负极分别与正母线和中线相连；电容C2的正负极分别与中线和负母线相连。开关管Q5的漏极通过变压器T1的原边绕组a连接到正母线，源极通过采样电阻R129连接到电容C1的负极。在本发明的其他实施例中，开关管Q5的漏极可直接连接到电容C1的正极，其源极通过变压器T1的原边绕组a和采样电阻R129连接到电容C1的负极。

采样电阻R129两端反并联一个肖特基二极管D100，在图4所示的实施例中，所述肖特基二极管D100的阴极与开关管Q5的源极连接，阳极与电容C1的负极相连。在本发明的其它实施例中，可使用其它二极管，如普通二极管、快恢复二极管等。二极管D12的阳极通过去磁电阻R39连接到肖特基二极管D100的阳极，阴极连接到二极管D11的阳极，二极管D11的阴极通过电阻R38连接到肖特基二极管D100的阴极。电流互感器T3的副边A端连接到二极管D11的阳极，副边B端连接到肖特基二极管D100的阴极。电流互感器T3的原边A端通过变压器T1的原边绕组b连接到电容C2的正极，原边B端连接到开关管Q4的漏极，开关管Q4的源极连接到电容C2的负极。在本发明的其它实施例中，所述开关管Q4的漏极可直接连接电容C2的正极，源极通过电流互感器T3原边和变压器T1的原边绕组b连接到电容C2的负极。也可通过电流互感器T3原边将开关管Q4的漏极连接到电容C2的正极，通过变压器T1的原边绕组b原边将开关管Q4的源极连接到电容C2的负极。在图4示出的电流互感器T3中，所述原边A端和副边A端为同名端，所述原边B端和副边B端为同名端，所述原边A端与副边B端为异名端，所述原边B端和副边A端为异名端。

如图4所示，正母线侧通过采样电阻R129采样，得到反映正母线侧电流的电压采样信号Vr129，负母线侧通过电流互感器T3采样，得到反映负母线侧电流的电压采样信号Vr38。因此，反映总电流的电压采样信号VIpeak为正负母线侧电压采样信号的叠加。在图4的实施例中，VIpeak的采样点位于二极管D11的负极和电阻R38之间。

①当Vbus+＞Vbus-时，根据对图2的分析，正母线侧开关管Q5流过总电流Itotal，而负母线侧开关管Q4内部集成的反并联二极管流过平衡电流Iph。因此，Vr38＝0V，VIpeak＝Vr129＞0V，反映总电流的电压采样信号VIpeak反映的几乎全部为总电流Itotal。只要控制芯片101根据反映总电流的电压采样信号VIpeak决定是否发波关断开关管Q4、Q5，开关管中就不会流过很大的电流。

②当Vbus-＞Vbus+时，根据对图2的分析，正母线侧开关管Q5内部集成的反并联二极管流过平衡电流Iph，而负母线侧开关管Q4流过总电流Itotal。因此，Vr38＞0V，Vr129＜0V，VIpeak＝Vr38+Vr129，反映总电流的电压采样信号VIpeak反映的只是Iload。可见，如果没有D100，而且此时的平衡电流Iph很大，则开关管将流过很大的电流而不会及时进行逐波限流，

由于在采样电阻R129两端反并联一个肖特基二极管D100，因此当采样电阻R129上面流过的平衡电流Iph大到一定程度，D100将承受正压而导通，从而限制住平衡电流Iph，避免开关管Q5流过很大的电流。

通过在实际产品中应用此电流检测和保护电路后发现，当Vbus-＞Vbus+时，增加钳位二极管D100前开关管Q5在II区的最大电流为13.5A，增加钳位二极管D100后开关管Q5在II区的最大电流为7.8A，可见钳位二极管D100确实限制住了平衡电流Iph，可以避免开关管Q5因为过流而损坏。

③当Vbus+＝Vbus-时，根据对图2的分析，正负母线侧开关管流过的电流均为0.5*Itotal。因此，Vr38＞0V，Vr129＞0V，VIpeak＝Vr38+Vr129。反映总电流的电压采样信号VIpeak反映的为总电流Itotal。只要控制芯片101根据反映总电流的电压采样信号决定是否发波关断开关管Q4、Q5，开关管中就不会流过很大的电流。

图5是本发明的用于电源变换器的平衡电路的保护电路的第二实施例的电路原理图。在本实施例中，如图5所示，所述变压器T1的副边采用并联输出。

虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims

1.一种用于电源变换器的平衡电路的保护电路，包括控制芯片（101），其特征在于，还包括反映正母线侧电流的信号采样装置（103）、反映负母线侧电流的信号采样装置（104），以及与所述反映正母线侧电流的信号采样装置（103）相连以限制平衡电路（106）中流过开关管电流强度的限流装置（102）；所述反映正母线侧电流的信号采样装置（103）获取反映正母线侧电流的采样信号，所述反映负母线侧电流的信号采样装置（104）获取反映负母线侧电流的采样信号，并叠加所述反映正母线侧电流的采样信号和所述反映负母线侧电流的采样信号以生成叠加采样信号，所述控制芯片（101）从所述反映负母线侧电流的信号采样装置（104）获取所述叠加采样信号，并根据所述叠加采样信号对所述平衡电路（106）中的开关管进行关断控制。

2.根据权利要求1所述的用于电源变换器的平衡电路的保护电路，其特征在于，所述反映正母线侧电流的信号采样装置（103）包括串联到所述平衡电路（106）的正母线侧电路中的采样电阻R129。

3.根据权利要求1所述的用于电源变换器的平衡电路的保护电路，其特征在于，所述反映负母线侧电流的信号采样装置（104）包括：电流互感器T3、采样电阻R38、二极管D11；所述电流互感器T3的原边串联到负母线侧电路，所述电流互感器T3的副边与所述电阻R38串联，所述二极管D11的阳极连接到所述电流互感器T3的副边A端、所述二极管D11的阴极通过所述电阻R38连接到所述电流互感器T3的副边B端。

4.根据权利要求1所述的用于电源变换器的平衡电路的保护电路，其特征在于，所述限流装置（102）包括其阳极连接中线端（OUT_N），其阴极连接到所述电流互感器T3的副边B端的二极管D100。

5.根据权利要求4所述的用于电源变换器的平衡电路的保护电路，其特征在于，所述二极管D100是肖特基二极管或者是快恢复二极管。

6.根据权利要求1所述的用于电源变换器的平衡电路的保护电路，其特征在于，所述用于电源变换器的平衡电路的保护电路还包括去磁电阻R39，所述电阻R39连接到所述电流互感器T3的副边A端和中线端（OUT_N）之间。

7.根据权利要求6所述的用于电源变换器的平衡电路的保护电路，其特征在于，所述用于电源变换器的平衡电路的保护电路还包括二极管D12，所述二极管D12的阳极经所述电阻R39连接到中线端（OUT_N），所述二极管D12的阴极连接到所述电流互感器T3的副边A端。

8.根据权利要求1所述的用于电源变换器的平衡电路的保护电路，其特征在于，所述控制芯片（101）采用逐波限流的方式控制开关管的关断。

9.根据权利要求1所述的用于电源变换器的平衡电路的保护电路，其特征在于，所述电源变换器包括变压器T1，所述变压器T1的副边采用并联输出或单独输出。

10.一种用于电源变换器的平衡电路的保护电路，包括控制芯片（101）和平衡电路（106），其特征在于，还包括采样电阻R129、电流互感器T3、采样电阻R38、二极管D11、二极管D100；其中所述采样电阻R129串联在所述平衡电路（106）的正母线侧电路中，所述电流互感器T3的原边串联到负母线侧电路，所述电流互感器T3的副边与所述电阻R38串联，所述二极管D11的阳极连接到所述电流互感器T3的副边A端、所述二极管D11的阴极通过所述电阻R38连接到所述电流互感器T3的副边B端，所述二极管D100的阳极连接中线端（OUT_N）、阴极连接到所述电流互感器T3的副边B端；所述控制芯片（101）从位于所述二极管D11的阴极和所述电阻R38之间的信号端（Ipeak端）获取采样信号，并根据所述采样信号对所述平衡电路（106）中的开关管进行关断控制。