CN103187710A

CN103187710A - 限电流和过电流双电流环保护电路

Info

Publication number: CN103187710A
Application number: CN2012105250150A
Authority: CN
Inventors: 张兴龙
Original assignee: JIANGSU JIAYU NEW POWER TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIANGSU JIAYU NEW POWER TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2032-12-10
Also published as: CN103187710B

Abstract

本发明公开一种功率变换器的限电流和过电流双电流环保护电路，由限电流电流环保护电路和过流电流环保护电路连接组成，一个电流环为限电流保护，环路响应较慢，另外一个电流环为过电流保护，响应速度较快，在过电流保护电路中也包含短路保护，是短路保护响应速度大大加快。克服了传统过流和限流保护电路的保护单一性，在发生故障时，能更好的保护功率变换器，避免受损。

Description

限电流和过电流双电流环保护电路

技术领域

本发明是直流-直流功率变换器（DC/DC CONVERTERS)或交流-直流功率变换器（AC/DC CONVERTERS)的保护电路。

背景技术

目前在功率变换器领域，高功率密度、高效率、高可靠性是所有功率变换器的要求，对输出电流的保护尤为重要，但目前普遍采用的是单一电流环控制，要么是限流保护，要么是过电流保护，或者就是短路保护。

功率变换器主电路部分如图1所示，Vout+和Vout-为功率变换器的输出，C11为输出滤波电容，Rs为高精度采样电阻，Iofeed为电流采样信号，R15和C12构成电流采样信号的滤波器，可以滤除杂讯。

常见的电流保护电路如图2所示，X3为比较器，电阻R17和电阻R19构成分压器，在电阻R17和电阻R19的连接处设置过流保护值，当功率变换器输出发生过流时，亦即R16上产生的电流检测信号Iofeed大于或等于Ioset值时，6处的电压大于或等于Ioset处的电压，比较器发生偏转，比较器输出5处为低电平0V，将Protect point处的电压拉低，电源控制闭锁，无驱动输出，从而在功率变化器发生过流时能迅速保护，避免损失。这种常见电流保护电路的优点是保护迅速有效，缺点是保护模式单一，在负载电流稍微过载时，就可能导致芯片闭锁，整个功率变换器都停止工作。

发明内容

针对目前功率变换器输出电流保护电路的不足，本发明提出了一种过电流限电流双电流环保护电路。

本发明采用的技术方案是：由限电流电流环保护电路和过流电流环保护电路连接组成，所述限电流电流环保护电路包括运算放大器X1，设定限流值电压信号通过电阻R1连接到运算放大器X1的同相输入端，负电压信号通过串联电阻R2和电阻R3接运算放大器X1的同相输入端，串联的电阻R5、电容C3与电容C4后连接运算放大器X1的反相输入端和输出端；运算放大器X1的输出端连接二极管D1负极；所述过流电流环保护电路包括运算放大器X2，输出电流采样电压信号通过电阻R7连接运算放大器X2的同相输入端，输出电压采样信号通过二极管D3接PNP三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接运算放大器X2的同相输入端，Q1的集电极直接接参考地；电阻R6一端接运算放大器X2的反相输入端，另一端接参考地；电阻R10与电容C5串联后与电容C8并联再接在运算放大器X2的反相输入端和输出端之间，二极管D2连接在运算放大器保护点电压的输出和所述二极管D1正极之间。

本发明的输出电流保护具备双电流环，一为限电流保护，环路响应较慢，另外一个电流环为过电流保护，响应速度较快，另外在过电流保护电路中也包含短路保护，是短路保护响应速度大大加快。克服了传统过流和限流保护电路的保护单一性，在发生故障时，能更好的保护功率变换器，避免受损。

附图说明

图1是现有功率变化器主电路输出电流采样电路图；

图2是现有常用的电流保护电路；

图3是功率变换器输出部分和电压电流检测电路图；

图4是本发明电路图。

具体实施方式

如图3，功率变换器输出部分和电压电流检测电路中，Vout+和Vout-为功率变换器的输出，C9为输出滤波电容，Rs2为高精度采样电阻，Iofeed为电流采样信号，电阻R11和电容C10构成电流采样信号的滤波器，可以滤除杂讯。电阻R9和电阻R12在输出电压Vout+，Vout-处构成分压器，输出电压采样信号Vofeed。

本发明结构如图4所示，由限电流电流环保护电路和过流电流环保护电路连接组成。图4的上半部分为限电流电流环保护电路，具体描述如下：X1为集成运算放大器，Ioset为设定限流值电压信号，通过电阻R1连接到运算放大器X1的同相输入端，Iofeed为输出电流采样信号，如图3所示，为负电压信号，通过串联在一起的电阻R2和电阻R3连接到运算放大器X1的同相输入端，C1，C2为滤波电容，可以滤除干扰信号，电阻R4为运算放大器X1的反相端对地电阻，VCC为运算放大器X1，X2的直流工作电压，电阻R5，电容C3串联后与电容C4并联，然后接到运算放大器X1的反相输入端和输出端上，形成运算放大器X1的补偿网络，可以使系统更稳定。二极管D1为小信号二极管，运算放大器X1的输出端连接二极管D1负极，经二极管D1正极至Protect point，Protect point为控制ic的保护点电压（具体反映在控制ic的某一引脚上），假设在3V以上芯片正常工作，在1.5V到3V之间会改变PWM控制器的输出驱动脉冲，低于1.5V芯片停止工作，闭锁输出驱动脉冲。

限电流电路的工作原理分析如下，通过合理设置二极管R1、R2、R3和Rs2的值，可以得到需要的限流点，设流过高精度采样电阻Rs2的电流为Io，限电流为Iolimit，那么可以得到如下关系式：

Iolimit*Rs2/ (R2+R3)= Ioset/ R1，

整理上式，可得Ioset和Iolimit之间的函数关系式如下：

Ioset（Iolimit）=R1*Rs1*Iolimit/ (R1+R2)，

若令Rs2=0.01Ω；R1=100KΩ；R2=1KΩ；R3=1KΩ，则可得如下关系式：

Ioset（Iolimit）=0.5Iolimit。

图4的下半部分电路图为过电流（短路）电流环保护电路，其中电阻R8连接在运算放大器X2的同相输入端，Iofeed为功率变换器输出电流采样电压，此值为一负电压信号，Iofeed信号通过电阻R7也连接在运算放大器X2的同相输入端，电容C6，C7为滤波电容，可以滤除干扰信号和电压毛刺；Vofeed为功率变换器输出电压采样信号，可参考图3，Vofeed信号通过一个反向的小信号二极管D3接到PNP三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接在运算放大器X2的同相输入端，三极管Q1的集电极直接接参考地；Vcc信号通过电阻R13接在信号Vofeed上，电阻R6一端接运算放大器X2的反相输入端，另一端接参考地；电阻R10与电容C5串联在一起，然后与电容C8并联后共同接在运算放大器X2的反相输入端和输出端之间，形成运算放大器的补偿网络；D2为小信号二极管，D2连接在运算放大器保护点电压的输出和二极管D1正极即信号protect point之间。

过电流（短路）电路的主体部分和限电流电路的原理相同，通过不同的电容R6、R7和Rs2的设置组合，并且通过运算放大器反馈网络的不同配置，可将过流点设置得比限流点高，而且响应速度要高于限流环路，这里不再赘述。

下面说明一下过电流保护电路在功率变换器输出发生短路的情况：当输出发生短路时，电阻Rs2流过大电流，使Iofeed迅速降低（因为Iofeed为负电压信号），同时由于输出短路，所以Vofeed迅速下降，二极管D3和三极管Q1导通，运算放大器的同相输入端迅速拉低，从而促使运算放大器X2输出0电平，二极管D2也导通，protect point被拉低至1.5V以下，控制芯片停止工作，无驱动脉冲波形输出，从而避免损坏功率变换器。

在功率变换器输出没有短路发生时，Vofeed（可通过输出分压电阻R9和电阻R12设置）始终比运算放大器的同相输入端电压高，故二极管D3，三极管Q1无法导通，运算放大器X1无动作。

Claims

1.一种限电流和过电流双电流环保护电路，由限电流电流环保护电路和过流电流环保护电路连接组成，其特征是：所述限电流电流环保护电路包括运算放大器X1，设定限流值电压信号通过电阻R1连接到运算放大器X1的同相输入端，负电压信号通过串联电阻R2和电阻R3接运算放大器X1的同相输入端，串联的电阻R5、电容C3与电容C4后连接运算放大器X1的反相输入端和输出端；运算放大器X1的输出端连接二极管D1负极；所述过流电流环保护电路包括运算放大器X2，输出电流采样电压信号通过电阻R7连接运算放大器X2的同相输入端，输出电压采样信号通过二极管D3接PNP三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接运算放大器X2的同相输入端，Q1的集电极直接接参考地；电阻R6一端接运算放大器X2的反相输入端，另一端接参考地；电阻R10与电容C5串联后与电容C8并联再接在运算放大器X2的反相输入端和输出端之间，二极管D2连接在运算放大器保护点电压的输出和所述二极管D1正极之间。