CN103904619A

CN103904619A - 一种开关dc-dc电源输出过压保护电路

Info

Publication number: CN103904619A
Application number: CN201210580894.7A
Authority: CN
Inventors: 余湘涛
Original assignee: Beijing Aeonmed Co Ltd
Current assignee: Beijing Aeonmed Co Ltd
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-07-02

Abstract

本发明公开了一种开关DC-DC电源输出过压保护电路，该电路包括：开关DC-DC电源单元，用于将外来输入电压变换至稳定的输出电压，包括输入电压端、输出电压端、使能端；输入电压端用于接收外来输入电压的输入；输出电压用于提供输出电压；使能端用于控制切断开关DC-DC电源单元供电；输出电压采样单元，用于采集开关DC-DC电源单元输出电压端的输出电压；保护控制单元，用于根据输出电压采样单元采集的输出电压，控制开关DC-DC电源单元的使能端，进而实现开关DC-DC电源单元输出电压过压时的保护。本发明提出的技术方案能够在反馈电路发生故障时，有效控制输出电压在设计保护电压的范围之内，保护了后级电路。

Description

一种开关DC-DC电源输出过压保护电路

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种开关DC-DC电源输出过压保护电路。

背景技术

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。现代开关电源通常分为两种：一种是直流开关电源，另一种是交流开关电源。直流开关电源的功能是将电能质量较差的原生态电源转换成满足设备要求的质量较高的直流电压。直流开关电源的核心是DC/DC（Direct Current power/Direct Current power，直流电源/直流电源）转换器。

开关DC-DC电源芯片已在现在的电路系统中普遍运用。因采购和减少物料的考虑，设计人员会比较倾向选择可调式输出的开关电源芯片。但是，大多数典型设计中未设有过压保护电路，在反馈电路出现故障时，会导致开关DC-DC电源芯片的输出电压升高：对于降压电路，输出将升至输入电压；对于升压电路，则会升高至可输出的最高电压。输出电压的升高会导致后级电路损坏或发生火灾，非常危险。

发明内容

本发明的目的在于提出一种开关DC-DC电源输出过压保护电路，能够在反馈电路发生故障时，有效保护输出电压在设定的保护电压的范围之内，且该保护电压对后级电路来说而言是安全的，不会造成芯片的损坏。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种开关DC-DC电源输出过压保护电路，所述电路包括：

开关DC-DC电源单元，用于将外来输入电压变换至稳定的输出电压，包括输入电压端、输出电压端、使能端；所述输入电压端，用于接收所述外来输入电压的输入；所述输出电压端，用于提供所述稳定的输出电压；所述使能端用于控制切断所述开关DC-DC电源单元供电；

输出电压采样单元，用于采集所述开关DC-DC电源单元输出电压端的输出电压；

保护控制单元，用于根据所述输出电压采样单元采集的输出电压，控制所述开关DC-DC电源单元的使能端，进而实现所述开关DC-DC电源单元输出电压过压时的保护。

进一步地，所述开关DC-DC电源单元包括一个开关DC-DC电源芯片；

所述开关DC-DC电源芯片优选为LM22676系列芯片；

进一步地，所述输出电压采样单元包括两个电阻，分别为第一电阻、第二电阻；

所述第一电阻的一端与所述开关DC-DC电源单元的输出电压端连接，另一端与所述第二电阻串联连接后接地；

所述输出电压采样单元在所述第一电阻和第二电阻的串联节点处采集所述开关DC-DC电源单元输出电压端的输出电压。

优选地，所述保护控制单元包括一个NPN型三极管，所述三极管的集电极与所述开关DC-DC电源单元的使能端连接，发射极接地，基极与所述输出电压采样单元中第一电阻和第二电阻的串联节点处连接；

所述保护控制单元根据所述输出电压采样单元采集的输出电压，控制所述三极管的导通与截止，进而控制所述开关DC-DC电源单元的使能端。

优选地，所述保护控制单元包括一个NPN型三极管，所述三极管的集电极与所述开关DC-DC电源单元的使能端连接，发射极接地，基极串联一个第三电阻后与所述输出电压采样单元中第一电阻和第二电阻的串联节点处连接；

进一步地，所述第一电阻的阻值大于所述第二电阻的阻值。

本发明所提出的技术方案通过输出电压采样单元和保护控制单元来控制开关DC-DC电源单元的使能端，使得当输出电压端的电压高于设定的保护电压时，使能端关闭开关DC-DC电源芯片的输出，从而能够在反馈电路发生故障时，有效保护开关DC-DC电源单元的输出电压在设计保护电压的范围之内，且该保护电压对后级电路来说而言是安全的，不会造成芯片的损坏。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的一种开关DC-DC电源输出过压保护电路原理图；

图2是本发明具体实施方式提供的一种开关DC-DC电源单元电路图；

图3是本发明具体实施方式提供的一种开关DC-DC电源输出过压保护的实际运用电路图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

图1是本发明具体实施方式提供的一种开关DC-DC电源输出过压保护电路原理图。参见图1，开关DC-DC电源输出过压保护电路包括：开关DC-DC电源单元1、输出电压采样单元2、保护控制单元3。其中，开关DC-DC电源单元1，用于将外来输入电压变换至稳定的输出电压，包括输入电压端VIN、输出电压端VOUT、使能端EN：输入电压端VIN用于接收外来输入电压的输入；输出电压VOUT用于向后级电路提供稳定的输出电压；使能端EN用于控制切断所述开关DC-DC电源单元1供电。输出电压采样单元2，用于采集开关DC-DC电源单元1输出电压端的输出电压。保护控制单元3，用于根据输出电压采样单元2采集的输出电压控制开关DC-DC电源单元1的使能端，进而实现开关DC-DC电源单元1输出电压过压时的保护。

图2是本发明具体实施方式提供的一种开关DC-DC电源单元电路图。参见图2，开关DC-DC电源单元1包括一个开关DC-DC电源芯片，本发明具体实施方式中以LM22676系列芯片中的LM22676-ADJ芯片作为开关DC-DC电源芯片，对开关DC-DC电源单元1进行阐述。LM22676系列芯片提供了以最少外部元器件实现高效的高电压降压稳压器所有必要功能，集成了一个输出电流能力为3A的42V的N沟道开关，输出电压选项为：ADJ(输出低至1.285V)、5.0(固定5V输出)。LM22676系列芯片能够实现将一定范围内的外来输入电压变换至稳定的输出电压。

对于LM22676-ADJ芯片，第一引脚（开关DC-DC电源单元1的输入电压端）VIN，用于接收外来输入电压至LM22676-ADJ芯片，可在4.5V至42V之间操作；第二引脚FB用于将输入转化到内部电压误差放大器；第三引脚BOOT用于提供高压侧NFET的触发电压；第四引脚（ADJ输出电压端）SW，用于将降压变换后的输出电压经电感L2发送至输出电压端VOUT；第五引脚（开关DC-DC电源单元1的使能端）EN，被拉至低位时，LM22676-ADJ芯片关闭，停止工作；第六引脚GND接地。

对于LM22676-ADJ的外部元器件，电容C1用于限制第一引脚VIN处的纹波电压；电容C2和电感L2用于限制第四引脚SW处的输出纹波电压；第三引脚BOOT和第四引脚SW之间的电容C3提供导通LM22676-ADJ芯片中N沟道MOSFET的栅极电流；电阻R01的一端接地，另一端与第二引脚连接，同时与电阻R02串联连接，电阻R01、电阻R02构成一个电阻分压器，与第四引脚SW的输出电压共同作用，在开关DC-DC电源单元1的输出电压端VOUT生成1.285V以外的输出电压，如果输出电压端VOUT需要1.285V电压，则不使用所述电阻分压器就可实现，此时输出电压端VOUT应直接连接到第二引脚FB；稳压二极管D1采用肖特基回流二极管，肖特基二极管的反向恢复特性决定了每个周期中当N沟道MOSFET导通时电流浪涌的持续时间；输出电压端VOUT与后级电路连接。

第五引脚EN可以用来切断LM22676-ADJ芯片供电。当给第五引脚EN施加小于1.6V的电压或者接地时，LM22676-ADJ芯片将会被完全关断。关断状态消耗的功率主要由一个连接到第一引脚VIN内部的2MΩ电阻决定。第五引脚EN有一个内部上拉电流源，电流约为6μA。当驱动第五引脚EN时，导通高电平不能超过6V的绝对最大极限。当不需要第五引脚EN控制时，第五引脚EN悬空。

参见图1，输出电压采样单元2具体包括第一电阻R1、第二电阻R2。第一电阻R1的一端与开关DC-DC电源单元1的输出电压端VOUT连接，另一端与第二电阻R2串联连接后接地。输出电压采样单元2在第一电阻R1和第二电阻R2的串联节点A处采集开关DC-DC电源单元1输出电压端VOUT的输出电压。

保护控制单元3具体包括一个优选的NPN型三极管Q1，三极管Q1的集电极与开关DC-DC电源单元1的使能端EN连接，发射极接地，基极串联一个第三电阻R3后，与输出电压采样单元1中第一电阻R1和第二电阻R2的串联节点A处连接。其中，第三电阻R3是优选的，目的是为了更有效地保护三极管Q1。

保护控制单元3根据输出电压采样单元2采集的输出电压，控制三极管Q1的导通与截止，进而控制开关DC-DC电源单元1的使能端EN。

上述第一电阻R1、第二电阻R1、第三电阻R1均可以用其它多个电阻等效替换。第一电阻R1的阻值较第二电阻R2的阻值大。

输出电压采样单元2、保护控制单元3对开关DC-DC电源单元1输出电压的保护过程具体为：

当输出电压端VOUT的电压低于设定的保护电压时，串联节点A处的电压通常很低，三极管Q1的基极电压很小，使得三极管Q1呈截止状态，使能端EN高电平有效，开关DC-DC电源单元正常工作；当输出电压端VOUT的电压升高至设定的保护电压时，串联节点A处的电压将升高，三极管Q1的基极电压也将随之升高，使得三极管Q1呈导通状态，此时使能端EN近似接地，开关DC-DC电源单元1中的LM22676-ADJ芯片被完全关断，停止工作，从而关闭了开关DC-DC电源单元1的电压输出，保护了后级电路。

第三电阻R3起限流作用，有效地保护三极管Q1。第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3的大小与设定的保护电压、三极管Q1参数有关。

图3是本发明具体实施方式提供的一种开关DC-DC电源输出过压保护的实际运用电路图。参见图3，在该实际运用电路中：

开关DC-DC电源单元，采用与图2功能相同的开关DC-DC电源单元，包括：开关DC-DC电源芯片、电容C10、电感L1、电容C11、电容C4、稳压二极管D3、电阻R11，电阻R12；开关DC-DC电源芯片采用LM22676-ADJ芯片中订购号为LM22676IJE-ADJ的芯片；电阻R11、电阻R12构成的电阻分压器，与ADJ输出电压端SW共同作用，向开关节点VOUT输出3.3V的输出电压，其中电阻R11、电阻R12的阻值与开关节点VOUT的电压及引脚FB的电压有关；

当开关节点VOUT后级开关P1按下时，3.3V的电压驱动绿色发光二极管D1正常发光；

输出电压采样单元包括：电阻R120、电阻R121。保护控制单元由一个三极管Q18、电阻R118构成。图3中的输出电压采样单元、保护控制单元与图2中对应的输出电压采样单元、保护控制单元功能相同，这里不再赘述。

上述开关DC-DC电源输出过压保护的实际运用电路，实现了将LM22676IJE-ADJ芯片的输入电压端VIN上24V的电压经开关DC-DC电源单元变换为3.3V的输出电压，使绿色发光二极管D1正常发光，并且当输入电压端VIN上的电压超过24V，达到设定的保护电压时，该电路将完全关断LM22676IJE-ADJ芯片输出，能够对后级电路起到很好的保护作用。

本发明所提出的技术方案通过输出电压采样单元和保护控制单元来控制开关DC-DC电源单元的使能端，使得当输出电压端的电压高于设定的保护电压时，使能端关闭开关DC-DC电源芯片输出，从而能够在反馈电路发生故障时，有效保护开关DC-DC电源单元的输出电压在设定的保护电压范围之内，且该保护电压对后级电路来说而言是安全的，不会造成芯片的损坏。

以上涉及的以LM22676-ADJ芯片为例，来描述的开关DC-DC电源输出过压保护电路，其原理同样适用于其它LM22676系列芯片。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种开关DC-DC电源输出过压保护电路，其特征在于，所述电路包括：

2.根据权利要求1所述的开关DC-DC电源输出过压保护电路，其特征在于，所述开关DC-DC电源单元包括一个开关DC-DC电源芯片；

所述开关DC-DC电源芯片优选为LM22676系列芯片。

3.根据权利要求1所述的开关DC-DC电源输出过压保护电路，其特征在于，

所述输出电压采样单元包括两个电阻，分别为第一电阻、第二电阻；

4.根据权利要求3所述的开关DC-DC电源输出过压保护电路，其特征在于，

所述保护控制单元包括一个NPN型三极管，所述三极管的集电极与所述开关DC-DC电源单元的使能端连接，发射极接地，基极与所述输出电压采样单元中第一电阻和第二电阻的串联节点处连接；

5.根据权利要求3所述的开关DC-DC电源输出过压保护电路，其特征在于，所述保护控制单元包括一个NPN型三极管，所述三极管的集电极与所述开关DC-DC电源单元的使能端连接，发射极接地，基极串联一个第三电阻后与所述输出电压采样单元中第一电阻和第二电阻的串联节点处连接；

6.根据权利要求4或5所述的开关DC-DC电源输出过压保护电路，其特征在于，所述第一电阻的阻值大于所述第二电阻的阻值。