CN102769270A

CN102769270A - Dc-dc升压电源输出电路

Info

Publication number: CN102769270A
Application number: CN2012102252794A
Authority: CN
Inventors: 戴辉
Original assignee: 李冬
Current assignee: SHENZHEN CHUANGREN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-07-02
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2032-07-02
Also published as: CN102769270B

Abstract

本发明提供了一种DC-DC升压电源输出电路，包括升压电路和短路保护电路；所述升压电路包括第一电感、第一电容、整流管、第一MOS管、用于外接电源的输入正接线端子及输入负接线端子、用于产生PWM脉冲的PWM控制芯片；所述短路保护电路包括输出正接线端子、输出负接线端子、第一开关单元、第一采样单元、第二开关单元和第二采样单元，本发明电路结构简单易集成于其他电路、生产成本低便于工业化成产，整个电路的故障率较低便于维护，元器件功率消耗低不会影响电源正常的输出功率，特别是对于小功率的升压电源，低消耗的短路保护电路必不可少，整个电路具有较佳的市场应用前景。

Description

DC-DC升压电源输出电路

技术领域

本发明涉及DC-DC升压电源领域，尤其涉及一种DC-DC升压电源输出电路。

背景技术

随着升压电源技术的不断发展，目前，在很多的电子产品中，采用了直流变换电源芯片，升压DC-DC(直流电源到直流电源)的Boost电路可以将电压较低的直流电转变成电压较高的直流电输出，适用于只有低电压输入的电路，例如以5v或12v直流适配器作为电源的电路。

升压DC-DC的电路原理如图l所示，电子开关T导通瞬间，二极管D反偏截止，电感L储能，电容C给负载R提供能量；T断开瞬间，二极管D导通，电感L通过二极管D给电容C充电，并向负载R提供能量。但是，该类电路的缺陷在于，当负载R短路，电流io很大的时候，为了获得充足的电压电流输出，T会处于常闭状态，L将磁饱和，成了一截导线的作用，这时候相当于电源Ud长时间对地短路，这样必然影响到前级电源，从而导致电源掉电。由于DC-DC升压型电源的拓扑结构决定了输出短路保护这个功能无法用主动芯片来完成，目前市场上几乎所有的升压电源都不具备输出短路保护功能，而这个功能是必要的，否则容易造成由输出短路引起的电源损坏或烧毁等问题。

2011年10月12日公开的申请号为201120059161.X的中国专利一种升压DC-DC的短路保护电路，包括二极管D1、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、MOS管M1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，其中，所述二极管D1的负极连接至升压DC-DC高电压输出端和负载，所述二极管D1的正极连接至三极管Q1的射极，所述三极管Q1的基极连接至通路开关ON/OFF，三极管Q1的集电极连接至三极管Q2的基极，所述三极管Q2的射极连接至电源VCC，三极管Q2的集电极连接至三极管Q3的基极，所述三极管Q3的射极接地，三极管Q3的集电极连接至三极管Q4的基极，所述三极管Q4的射极接地，三极管Q4的集电极连接至MOS管M1的栅极，所述MOS管M1的源极连接至前级电源，MOS管M1的漏极连接至升压DC-DC低电压输入端，所述通路开关ON/OFF连接至三极管Q4的基极，同时连接至三极管Q1的基极，所述三极管Q2的基极与三极管Q1的集电极之间设有电阻R1，所述三极管Q2的基极与三极管Q2的集电极之间设有电阻R2，所述三极管Q4的集电极与MOS管M1的栅极之间设有电阻R3，所述MOS管M1的栅极与MOS管M1的源极之间设有电阻R4，所述升压DC-DC输出端通过电阻R5接地。上述电路虽然具有一定的短路保护功能，但其受限于电路结构较复杂，生产成本较高，整个电路的维护难度大，元器件对电能的消耗较大，不利于与其它电路的集成等因素的影响，致使其应用范围较低。

发明内容

本发明主要提供了一种DC-DC升压电源输出电路，解决现有技术中DC-DC升压电源的短路保护电路的电路中，堆砌大量的电路元器件，而造成的整个电路结构较复杂，生产成本较高，整个电路的维护难度大，元器件对电能的消耗较大，不利于与其它电路的集成等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种DC-DC升压电源输出电路，包括升压电路和短路保护电路；所述升压电路包括第一电感、第一电容、整流管、第一MOS管、用于外接电源的输入正接线端子及输入负接线端子、用于产生PWM脉冲的PWM控制芯片；所述第一电感的一端连接输入正接线端子，其另一端连接整流管的正极端，所述第一电容的正极端连接整流管的负极端，所述第一电容的负极端连接输入负接线端子；所述PWM控制芯片的输入端连接输入正接线端子，其输出端连接第一MOS管的栅极，所述第一MOS管的漏极连接至第一电感与整流管连接的公共接点，所述第一MOS管的源极连接至输入负接线端子；所述短路保护电路包括输出正接线端子、输出负接线端子、第一开关单元、第一采样单元、第二开关单元和第二采样单元；所述第一开关单元和第二开关单元均具有第一端、第二端和受控端；所述输出正接线端子连接至所述整流管的负端；所述第一采样单元串接于输出负接线端子与输入负接线端子之间，且与所述第一开关单元的受控端连接，用于控制第一开关单元第一端和第二端的导通或截止；所述第一开关单元的第一端连接至输入负接线端子，所述第一开关单元的第二端连接至第二开关单元的受控端，所述第二开关单元的第一端连接至输入负接线端子，所述第一开关单元的第二端连接输出负接线端子；所述第二采样单元连接输入负接线端子与输出正接线端子，且与第二开关单元的受控端连接，用于控制第二开关单元第一端和第二端的导通或截止。

其中，所述第一采样单元包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻与第二电阻串接于输出负接线端子与输入负接线端子之间，所述第一开关的受控端连接至第一电阻与第二电阻连接的公共接点。

其中，所述第二采样单元包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻与第四电阻串接于输出正接线端子与输入负接线端子之间，所述第二开关的受控端连接至第三电阻与第四电阻连接的公共接点。

其中，所述第二开关单元为第二MOS管，所述第二MOS管的栅极均与第二开关单元的第二端和第三电阻与第四电阻连接的公共接点连接，其漏极连接输出负接线端子，其源极连接输入负接线端子。

其中，所述第一开关单元为第一三极管，所述第一三极管的基极连接第一电阻与第二电阻连接的公共接点，其集电极连接第二MOS管的栅极，其发射极连接输入负接线端子。

其中，所述第一MOS管与第二MOS管均为增强型N沟道MOS管。

其中，所述升压电路还包括第五电阻和第六电阻，所述第五电阻和第六电阻串联连接后与所述第一电容并联，且所述第五电阻与第六电阻连接的公共接点与PWM控制芯片U1连接。

本发明的有益技术效果是：区别于现有技术中DC-DC升压电源的短路保护电路的电路中，堆砌大量的电路元器件，而造成的整个电路结构较复杂，生产成本较高，整个电路的维护难度大，元器件对电能的消耗较大，不利于与其它电路的集成等因素的影响，致使其应用范围较低的问题，本发明提供了一种DC-DC升压电源输出电路，通过采用将短路保护电路与升压电路分成独立的两个电路，升压电路对短路保护电路影响小，能够减少短路保护电路的故障率，从而有利于充分保护电源。短路保护电路具体包括第一采样单元、第二采样单元、第一开关单元和第二开关单元，正常工作时，第二采样单元正常采样，并控制第二开关单元使其闭合状态，而第一采样单元电流或电压值很小，使得第一开关单元断开，第二开关单元的内阻很小，对电能的消耗很低，几乎不影响整个电路的输出功率；当电源输出正接线端子OUT+与输出负接线端子OUT-短接时，第二开关单元直接跨接于电源正极与地之间，第一采样单元正常采样，并使处于断开状态的第一开关单元闭合，第一开关单元闭合后第二开关单元断开，从而使电源输入正接线端子INPUT+与输入负接线端子INPUT-处于断开状态，这样就实现了短路保护的功能。本发明中的短路保护电路结构简单易集成于其他电路、生产成本低便于工业化成产，整个电路的故障率较低便于维护，元器件功率消耗低不会影响电源正常的输出功率，特别是对于小功率的升压电源，低消耗的短路保护电路必不可少，因而整个电路具有较佳的市场应用前景。

附图说明

图1是现有技术中升压DC-DC电路原理图；

图2是本发明DC-DC升压电源输出电路的电路结构图。

标号说明：

INPUT+-输入正接线端子，INPUT--输入负接线端子，R1-第一电阻，R2-第二电阻，R3-第三电阻，R4-第四电阻，R5-第五电阻，R6-第六电阻，L1-第一电感，C1-第一电容，D1-整流管，Q1-第一MOS管，Q2-第二MOS管，Q3-第一三极管，OUT+-输出正接线端子，OUT--输出负接线端子，U1-PWM控制芯片。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图2，本实施例中提供了一种DC-DC升压电源输出电路，包括升压电路和短路保护电路；其中，所述升压电路包括第一电感L1、第一电容C1、整流管D1、第一MOS管Q1、用于外接电源的输入正接线端子INPUT+及输入负接线端子INPUT-、用于产生PWM脉冲的PWM控制芯片U1；所述第一电感L1的一端连接输入正接线端子INPUT+，其另一端连接整流管D1的正极端，所述第一电容C1的正极端连接整流管D1的负极端，所述第一电容C1的负极端连接输入负接线端子INPUT-；所述PWM控制芯片U1的输入端连接输入正接线端子INPUT+，其输出端连接第一MOS管Q1的栅极，所述第一MOS管Q1的漏极连接至第一电感L1与整流管D1连接的公共接点，所述第一MOS管Q1的源极连接至输入负接线端子INPUT-。

所述短路保护电路包括输出正接线端子OUT+、输出负接线端子OUT-、第一开关单元、第一采样单元、第二开关单元和第二采样单元；所述第一开关单元和第二开关单元均具有第一端、第二端和受控端。所述输出正接线端子OUT+连接至所述整流管D1的负端；所述第一采样单元串接于输出负接线端子OUT-与输入负接线端子INPUT-之间，且第一采样单元与所述第一开关单元的受控端连接，用于控制第一开关单元第一端和第二端的导通或截止；所述第一开关单元的第一端连接至输入负接线端子INPUT-，所述第一开关单元的第二端连接至第二开关单元的受控端，所述第二开关单元的第一端连接至输入负接线端子INPUT-，所述第二开关单元的第二端连接输出负接线端子OUT-；所述第二采样单元连接于输入负接线端子INPUT-与输出正接线端子OUT+之间，且第二采样单元与第二开关单元的受控端连接，用于控制第二开关单元第一端和第二端的导通或截止。

在一优选的实施例中，所述第一采样单元包括第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1与第二电阻R2串接于输出负接线端子OUT-与输入负接线端子INPUT-之间，所述第一开关的受控端连接至第一电阻R1与第二电阻R2连接的公共接点。所述第二采样单元包括第三电阻R3和第四电阻R4，所述第三电阻R3与第四电阻R4连接于输出正接线端子OUT+与输入负接线端子INPUT-之间。所述第二开关的受控端连接至第三电阻R3与第四电阻R4连接的公共接点。所述第二开关单元为第二MOS管Q2，所述第一开关单元为第一三极管Q3，所述第二MOS管Q2的栅极连接第一三极管Q3的集电极，并且该栅极还和第三电阻R3与第四电阻R4连接的公共接点连接，第二MOS管Q2漏极连接输出负接线端子OUT-，第二MOS管Q2源极连接输入负接线端子INPUT-。所述第一三极管Q3的基极连接第一电阻R1与第二电阻R2连接的公共接点，第一三极管Q3集电极连接第二MOS管Q2的栅极，第一三极管Q3发射极连接输入负接线端子INPUT-。其中，第一开关单元与第二开关单元也可为其他类型的场效应管，只要满足在电路正常时第二开关单元处于导通状态，第一开关单元处于截止状态，电源输出短接时，第一开关单元处于导通状态而使第二开关单元处于截止状态的条件，均为本实施例的可执行方案。

上述实施例中，第一电阻R1与第二电阻R2为分压电阻，当输出正接线端子OUT+与输出负接线端子OUT-短接时，第一电阻R1与第二电阻R2能够给第一三极管Q3的基极提供第一启动电压，第一启动电压大于0.7v，使截止状态的第一三极管Q3处于导通状态，进而使第二MOS管Q2的栅极接地而处于截止状态，避免输入正接线端子INPUT+与输入负接线端子INPUT-的短接而烧坏电源，上述第一电阻R1及第二电阻R2均可为多个串接的电阻。

上述实施例中，第三电阻R3与第四电阻R4也为分压电阻，电路正常工作时，第三电阻R3与第四电阻R4能够给第二MOS管Q2的栅极提供第二启动电压，第二启动电压处于4v-12v之间，使第二MOS管Q2处于饱和导通状态，上述第三电阻R3及第四电阻R4均可为多个串接的电阻。

上述实施例中，升压电路还包括第五电阻R5和第六电阻R6，所述第五电阻R5和第六电阻R6串联连接后与所述第一电容C1并联，且所述第五电阻R5与第六电阻R6连接的公共接点与PWM控制芯片U1连接，所述第五电阻R5与第六电阻R6起着保护电容的作用。上述的电路中的第一MOS管Q1与第二MOS管Q2均为增强型N沟道MOS管，当然，其他类型的MOS管或场效应管能满足在输出正接线端子OUT+与输出负接线端子短接时截止，在其正常工作时导通，均为可实施的方案。

本发明区别于现有技术中DC-DC升压电源的短路保护电路的电路中，堆砌大量的电路元器件，而造成的整个电路结构较复杂，生产成本较高，整个电路的维护难度大，元器件对电能的消耗较大，不利于与其它电路的集成等因素的影响，致使其应用范围较低的问题，本发明提供了一种DC-DC升压电源输出电路，通过采用将短路保护电路与升压电路分成独立的两个电路，升压电路对短路保护电路影响小，能够减少短路保护电路的故障率，从而有利于充分保护电源。短路保护电路具体包括第一采样单元、第二采样单元、第一开关单元和第二开关单元，正常工作时，第二采样单元正常采样，并控制第二开关单元使其闭合状态，而第一采样单元电流或电压值很小，使得第一开关单元断开，第二开关单元的内阻很小，对电能的消耗很低，几乎不影响整个电路的输出功率；当电源输出正接线端子OUT+与输出负接线端子OUT-短接时，第二开关单元直接跨接于电源正极与地之间，第一采样单元正常采样，并使处于断开状态的第一开关单元闭合，第一开关单元闭合后第二开关单元断开，从而使电源输入正接线端子INPUT+与输入负接线端子INPUT-处于断开状态，这样就实现了短路保护的功能。本发明中的短路保护电路结构简单易集成于其他电路、生产成本低便于工业化成产，整个电路的故障率较低便于维护，元器件功率消耗低不会影响电源正常的输出功率，特别是对于小功率的升压电源，低消耗的短路保护电路必不可少，因而整个电路具有较佳的市场应用前景。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种DC-DC升压电源输出电路，其特征在于，包括升压电路和短路保护电路；

所述升压电路包括第一电感、第一电容、整流管、第一MOS管、用于外接电源的输入正接线端子及输入负接线端子、用于产生PWM脉冲的PWM控制芯片；所述第一电感的一端连接输入正接线端子，其另一端连接整流管的正极端，所述第一电容的正极端连接整流管的负极端，所述第一电容的负极端连接输入负接线端子；所述PWM控制芯片的输入端连接输入正接线端子，其输出端连接第一MOS管的栅极，所述第一MOS管的漏极连接至第一电感与整流管连接的公共接点，所述第一MOS管的源极连接至输入负接线端子；

所述短路保护电路包括输出正接线端子、输出负接线端子、第一开关单元、第一采样单元、第二开关单元和第二采样单元；所述第一开关单元和第二开关单元均具有第一端、第二端和受控端；所述输出正接线端子连接至所述整流管的负端；所述第一采样单元串接于输出负接线端子与输入负接线端子之间，且与所述第一开关单元的受控端连接，用于控制第一开关单元第一端和第二端的导通或截止；所述第一开关单元的第一端连接至输入负接线端子，所述第一开关单元的第二端连接至第二开关单元的受控端，所述第二开关单元的第一端连接至输入负接线端子，所述第二开关单元的第二端连接输出负接线端子；所述第二采样单元连接输入负接线端子与输出正接线端子，且与第二开关单元的受控端连接，用于控制第二开关单元第一端和第二端的导通或截止。

2.根据权利要求1所述的DC-DC升压电源输出电路，其特征在于，所述第一采样单元包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻与第二电阻串接于输出负接线端子与输入负接线端子之间，所述第一开关的受控端连接至第一电阻与第二电阻连接的公共接点。

3.根据权利要求1所述的DC-DC升压电源输出电路，其特征在于，所述第二采样单元包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻与第四电阻串接于输出正接线端子与输入负接线端子之间，所述第二开关的受控端连接至第三电阻与第四电阻连接的公共接点。

4.根据权利要求3所述的DC-DC升压电源输出电路，其特征在于，所述第二开关单元为第二MOS管，所述第二MOS管的栅极均与第二开关单元的第二端和第三电阻与第四电阻连接的公共接点连接，其漏极连接输出负接线端子，其源极连接输入负接线端子。

5.根据权利要求2-4任一项所述的DC-DC升压电源输出电路，其特征在于，所述第一开关单元为第一三极管，所述第一三极管的基极连接第一电阻与第二电阻连接的公共接点，其集电极连接第二MOS管的栅极，其发射极连接输入负接线端子。

6.根据权利要求5所述的DC-DC升压电源输出电路，其特征在于，所述第一MOS管与第二MOS管均为增强型N沟道MOS管。

7.根据权利要求6所述的DC-DC升压电源输出电路，其特征在于，所述升压电路还包括第五电阻和第六电阻，所述第五电阻和第六电阻串联连接后与所述第一电容并联，且所述第五电阻与第六电阻连接的公共接点与PWM控制芯片U1连接。