CN102013802B - 一种具有短路保护功能的boost电路 - Google Patents
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Abstract
一种具有短路保护功能的BOOST电路，其包括电源VCC、输出端OUT、BOOST电路模块、电流或电压采样回路模块和短路保护电路模块，所述BOOST电路模块的输入端与电源VCC相连，其输出端与第二稳压二极管D2的负极和所述短路保护电路模块相连，所述第二稳压二极管D2的正极与所述电流或电压采样回路模块一端相连，所述电流或电压采样回路模块另一端与第六电阻R6的一端连接，第六电阻R6的另一端与电源VCC相连。所述BOOST电路，通过电路中的短路保护电路模块，可以实现开路状态或带负载工作状态下输出端口对电源和对地的短路保护，并且在故障去除后，在不需要重新上电的情况下自动恢复正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，具体来说涉及一种具有短路保护功能的BOOST电路（开关直流升压电路，它的特点是其输出电压可以比输入电压高），特别适合应用在基于电源升压的BOOST电路中。
背景技术
在标准的BOOST电路中，由于主回路中从电源到输出回路中没有开关器件，所以一旦发生短路是无法耐抗的。在很多范例中，会在BOOST电路中从电源到输出回路串联开关器件，通过微控制系统、专用芯片实施对输出回路电流的检测，然后控制此开关器件的开关，这样做的成本会比较高，而且保护控制依赖于主控制电路，没有通用性；也有用一次性保险丝、可恢保险丝串接在回路中的，但这种保护要么不能恢复，要么有短路时间的限制。
在电路设计上我们对产品功能的可靠性要求越来越高，常常面临各种难题，例如在各大汽车的通用电子控制零件的试验标准中，明确提出短路试验的要求，并且在试验标准的更新过程中，对短路试验的要求越来越高，例如GM3172-2010版本要求控制器在整个工作的电压范围，高温和低温的工作环境，都能够耐抗住输出端口对地和对电源的短路试验，并且在短路故障去除后能够自动恢复工作。
这在BOOST电路的设计中，特别是一些中小功率的BOOST控制电路，按照传统做法，无疑需要增加成本。设计一种保护完善，控制电路成本低，通用性强的控制电路具有重要作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种具有短路保护功能的BOOST电路，其可以实现开路状态下输出端口对电源正极或对地短路保护，也可以实现带负载工作状态下输出端口对电源正极和对地的短路保护，而且所述BOOST电路结构简单，不需要附加限流电路，所以节约了成本。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种具有短路保护功能的BOOST电路，其包括电源VCC、第一输出端OUT、BOOST电路模块、电流或电压采样回路模块和短路保护电路模块，其特征在于：
所述BOOST电路模块的输入端与电源VCC相连，其输出端与第二稳压二极管D2的负极和所述短路保护电路模块相连，所述第二稳压二极管D2的正极与所述电流或电压采样回路模块一端相连，所述电流或电压采样回路模块另一端与第六电阻R6的一端连接，第六电阻R6的另一端与电源VCC相连。
其中，所述BOOST电路模块包括电感L1、第一二极管D1、NMOS管Q1和第一电容C1，所述电感L1的一端接电源VCC，另一端与第一二极管D1的正极和NMOS管Q1的漏极连接，NMOS管Q1的源极接地，其栅极与所述电流或电压采样回路模块相连，所述第一二极管D1的负极与第一电容C1连接，第一电容C1的另一端与电源VCC相连。
其所述短路保护电路模块包括PMOS管Q3、三极管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6，所述第一电阻R1一端与第二电阻R2一端和PMOS管Q3的源极连接，第一电阻R1的另一端与第三二极管D3、第四二极管D4和第五二极管D5的正极连接，所述PMOS管Q3的栅极与第二电阻R2的另一端和第三电阻R3一端连接，PMOS管Q3的漏极接第一输出端OUT1，所述三极管Q2的基极与第四电阻R4一端连接，其集电极与第三电阻R3的另一端连接，其发射极连接电源VCC，所述第三二极管D3的负极与第四电阻R4的另一端相连，所述第四二极管D4的负极接第一输出端OUT1，所述第五二极管D5的负极与第六二极管D6的正极和第二输出端OUT2连接，所述第六二极管D6的负极与所述电流或电压采样回路模块相连。
根据本发明所述的BOOST电路，较好的是在所述BOOST电路模块的输出端与所述电流或电压采样回路模块之间还设计有PWM控制回路模块。
根据本发明所述的BOOST电路，较好的是在所述BOOST电路模块的输入端与电源VCC之间还设计有第一滤波电路模块1。同理，在所述BOOST电路模块的输出端与所述短路保护电路模块之间还设计有第二滤波电路模块2。
本发明所述的具有短路保护功能的BOOST电路，通过电路中的短路保护电路模块，可以实现开路状态下输出端口对电源正和对地短路保护，也可以实现带负载工作状态下输出端口对电源和对地的短路保护，并且在故障去除后，在不需要重新上电的情况下自动恢复正常工作，电路结构简单，可以配合任意方式控制的基于电源升压的BOOST控制电路，从而具有很强的经济性和实用性。
附图说明
图1为本发明所述BOOST电路的电路模块图。
具体实施方式
以下，用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。本实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。
实施例
如图1所示，为本发明所述BOOST电路的电路模块图。所述BOOST电路包括电源VCC、输出端OUT、BOOST电路模块、电流或电压采样回路模块和短路保护电路模块，所述BOOST电路模块的输入端与电源VCC相连，其输出端与第二稳压二极管D2的负极和所述短路保护电路模块相连，所述第二稳压二极管D2的正极与所述电流或电压采样回路模块一端相连，所述电流或电压采样回路模块另一端与第六电阻R6的一端连接，第六电阻R6的另一端与电源VCC相连。其中，所述电流或电压采样回路模块，可以对负载电流和电压进行采样，并与从其g端口输入的基准电压Vcc进行比较后，放大成合适的信号从d端口输出给BOOST电路模块，这样BOOST电路就能基于Vcc升压了。所述第六电阻R6为采样电阻，提供负载电压或电流信号。所述第二稳压二极管D2为电路最高升压限制，当电路空载时，电路的输出电压将维持在设定最高电压值。
所述BOOST电路中各模块及元器件具体连接关系为：所述BOOST电路模块包括电感L1、第一二极管D1、NMOS管Q1和第一电容C1，所述电感L1的一端接电源VCC，另一端与第一二极管D1的正极和NMOS管Q1的漏极连接，NMOS管Q1的源极接地，其栅极与所述电流或电压采样回路模块相连，所述二极管D1的负极与第一电容C1连接，第一电容C1的另一端与电源VCC相连；所述短路保护电路模块包括PMOS管Q3、三极管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6，所述第一电阻R1一端与第二电阻R2一端和PMOS管Q3的源极连接，第一电阻R1的另一端与第三二极管D3、第四二极管D4和第五二极管D5的正极连接，所述PMOS管Q3的栅极与第二电阻R2的另一端和第三电阻R3一端连接，PMOS管Q3的漏极接第一输出端OUT1，所述三极管Q2的基极与第四电阻R4一端连接，其集电极与第三电阻R3的另一端连接，其发射极连接电源VCC，所述第三二极管D3的负极与第四电阻R4的另一端相连，所述第四二极管D4的负极接第一输出端OUT1，所述第五二极管D5的负极与第六二极管D6的正极和第二输出端OUT2连接，所述第六二极管D6的负极与所述电流或电压采样回路模块相连。
优选的是，在所述BOOST电路模块的输出端与所述电流或电压采样回路模块之间还设计有PWM控制回路模块。其通过电流或电压采样回路模块d端口输入的电流或电压的采样信号，对NMOS管Q1进行占空比的控制，以稳定输出电压或电流。
优选的是，在所述BOOST电路模块的输入端与电源VCC之间还设计有第一滤波电路模块1，其为BOOST电路输入滤波单元，可以根据电路设计需要进行配置。同理，在所述BOOST电路模块的输出端与所述短路保护电路模块之间还设计有第二滤波电路模块2，其可以为BOOST电路升压后的输出波形整形，保证了电路后端器件的稳定工作。
其中，所述BOOST电路的工作过程如下：
如图1所示，当电路开始工作时，j点电压Vj将升高，导致b点电压Vb升高，达到Q2的导通条件后，Q2导通，然后Q3导通，OUT1输出升压电压。由于D4的反向截至作用，i点电位将不会受到OUT1电压升高的影响。
当OUT1、OUT2开路时，OUT1出端电压将维持在由D2决定地最高升压值。此时发生OUT1对电源正端Vcc短路时，D4会将i点电位Vi钳位在Vcc+VD4(D4正向压降)左右，这样三极管Q2的b点电压Vb将小于e点电位Vcc，不能满足Q2的导通条件，Q2断开，随即Q3断开，此时输出回路断开，j点电压Vj将升高，维持在由D2决定的最高升压值。当短路故障去除后，b点电压Vb重新升高，达到Q2的导通条件，随即Q3导通，OUT1输出升压信号，此时如果接上负载，可以立即恢复工作。
当电路通电且OUT1、OUT2接负载工作且OUT1对电源正端短路时，与上述OUT1、OUT2开路OUT1对电源正端短路时的短路保护过程相同。
当电路通电工作，而OUT1、OUT2开路时，OUT1出端电压将维持在由D2决定地最高升压值。
如果发生OUT1对电源地短路时，D4会将i电位Vi钳位在VD4(D4正向压降)左右，这样三极管Q2的b点电压Vb将远远小于e点电位Vcc，不能满足Q2的导通条件，Q2断开，随即Q3断开，此时j点电压Vj将升高，维持在由D2决定地最高升压值。短路故障去除后，b点电压Vb重新升高，达到Q2的导通条件后，Q3导通，OUT1输出升压信号，此时如果接上负载，可以立即恢复工作。
当电路通电且OUT1、OUT2接负载工作时，OUT1对电源端地短路时，与上述OUT1、OUT2开路时OUT1对地短路保护过程相同。
当电路通电且OUT1、OUT2开路，OUT2对电源正短路Vcc时，D6的反向截止功能将防止电流从R6、D6反向流动，另外由于D5的钳位作用，D5会将i点电位Vi钳位在Vcc+VD5(D5正向压降)左右，这样三极管Q2的b点电压Vb将小于e点电位Vcc，不能满足Q2的导通条件，Q2断开，随即Q3断开，此时输出回路断开，j点电压Vj将升高，维持在由D2决定的最高升压值。当短路故障去除后，b点电压Vb重新升高，达到Q2的导通条件，随即Q3导通，OUT1输出升压信号，恢复工作。
当电路通电且OUT1、OUT2接负载工作，OUT2对电源正端短路时，与上述OUT1、OUT2开路OUT2对电源正端短路时的短路保护过程相同。
当电路通电工作，而OUT1、OUT2开路，OUT2对电源地短路时，D6的反向截止功能将防止电流从R6、D6反向流动，另外由于D5的钳位作用，D5会将i点电位Vi钳位在VD5(D5正向压降)左右，这样三极管Q2的b点电压Vb将远远小于e点电位Vcc，不能满足Q2的导通条件，Q2断开，随即Q3断开，此时输出回路断开，j点电压Vj将升高，维持在由D2决定的最高升压值。当短路故障去除后，b点电压Vb重新升高，达到Q2的导通条件，随即Q3导通，OUT1输出升压信号，恢复工作。
其中，D3的作用为刚性降低VD3的正向压降，使k点的电位在OUT1短路时，近似等同于OUT1的电位，还能够增加Q2的Vbe耐压，由于Q2的e点直接连接电源正Vcc，而Q2的Vbe一般都很低，电路中加入D3后，电路的反向耐压能力和抗电源冲击能力都大大提高。
R4为Q2的基极限流电阻，可以加快短路时Q2的动作速度，同时也就加快的Q3切断主回路的速度，保证了短路保护的可靠性。
R2和R3将负载输出电压分压，可以保证Q3和Q2的可靠工作。
另外，在选型上D3，D4，D5应该选择同样类型的二极管，这样导通压降相同，温度变化趋势相同，保护效果会更好。
由于Q2的Vbe正向压降为0.7V，所以D6也应该是0.7正向压降的二极管，这样在温度变化时，将会有相同的变化趋势，故而能够使工作和短路保护都不受环境温度变化的影响。缺点是会影响到整个系统的工作效率。
由于Q2的e点连接外部电源电压Vcc，所以当外部电源电压变化时，Ve的电压也在变化，影响Q2导通的电压Vb也在变化，而OUT1和OUT2是针对电源正Vcc短路的，故而保护电路的相对保护动作电压是恒定的，所以保护电路的动作不受外部电压变化的影响。
短路保护电路由PMOS管Q3，三极管Q2，电阻R1、R2、R3、R4，二极管D3、D4、D5、D6组成。其动作过程和其他的电路动作没有关联，因而具有通用性。
本发明所述的具有短路保护功能的BOOST电路，通过电路中的短路保护电路模块，可以实现开路状态下输出端口对电源正和对地短路保护，也可以实现带负载工作状态下输出端口对电源和对地的短路保护，并且在故障去除后，在不需要重新上电的情况下自动恢复正常工作，电路结构简单，可以配合任意方式控制的基于电源升压的BOOST控制电路，从而具有很强的经济性和实用性。
Claims (5)
1.一种具有短路保护功能的BOOST电路，其包括电源VCC、第一输出端OUT1、BOOST电路模块、电流或电压采样回路模块和短路保护电路模块，其特征在于：
所述BOOST电路模块的输入端与电源VCC相连，其输出端与第二稳压二极管D2的负极和所述短路保护电路模块相连，所述第二稳压二极管D2的正极与所述电流或电压采样回路模块的h端相连，所述电流或电压采样回路模块的f端与第六电阻R6的一端连接，第六电阻R6的另一端与电流或电压采样回路模块的g端和电源VCC相连；
其中，所述BOOST电路模块包括电感L1、第一二极管D1、NMOS管Q1和第一电容C1，所述电感L1的一端接电源VCC，另一端与第一二极管D1的正极和NMOS管Q1的漏极连接，NMOS管Q1的源极接地，其栅极与所述电流或电压采样回路模块的d端相连，所述第一二极管D1的负极与第一电容C1连接，第一电容C1的另一端与电源VCC相连；
其所述短路保护电路模块包括PMOS管Q3、三极管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6，所述第一电阻R1一端与第二电阻R2一端和PMOS管Q3的源极连接，第一电阻R1的另一端与第三二极管D3、第四二极管D4和第五二极管D5的正极连接，所述PMOS管Q3的栅极与第二电阻R2的另一端和第三电阻R3一端连接，PMOS管Q3的漏极接第一输出端OUT1，所述三极管Q2的基极与第四电阻R4一端连接，其集电极与第三电阻R3的另一端连接，其发射极连接电源VCC，所述第三二极管D3的负极与第四电阻R4的另一端相连，所述第四二极管D4的负极接第一输出端OUT1，所述第五二极管D5的负极与第六二极管D6的正极和第二输出端OUT2连接，所述第六二极管D6的负极与所述电流或电压采样回路模块的f端相连。
2.根据权利要求1所述的具有短路保护功能的BOOST电路，其特征在于：在所述BOOST电路模块的输出端与所述电流或电压采样回路模块之间还设计有PWM控制回路模块。
3.根据权利要求1所述的具有短路保护功能的BOOST电路，其特征在于：在所述BOOST电路模块的输入端与电源VCC之间还设计有第一滤波电路模块（1）。
4.根据权利要求1所述的具有短路保护功能的BOOST电路，其特征在于：在所述BOOST电路模块的输出端与所述短路保护电路模块之间还设计有第二滤波电路模块（2）。
5.根据权利要求1~3中任一项所述的具有短路保护功能的BOOST电路，其特征在于：在所述BOOST电路模块的输出端与所述短路保护电路模块之间还设计有第二滤波电路模块（2）。
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