CN104659751A - 一种整流电路的保护电路及电源 - Google Patents

Abstract

在本发明实施例中提供了一种整流电路的保护电路及电源，该保护电路利用检测电路，比较电路，驱动电路将原有整流电路中所有整流管关闭来防止反灌电流，这样减少了保护电路的设计成本，降低了保护电路的功耗，另外本发明实施例中提供的整流保护电路通过电流方向来区分正常工作电流还是反灌电流，不会受到器件的安装位置的影响，并且该保护电路还具有检测灵敏度高、响应速度快、可防止变压器副边驱动直通等优点。

Description

一种整流电路的保护电路及电源

技术领域

本发明涉及电路设计技术领域，尤其涉及一种整流电源的保护电路及电源。

背景技术

电源行业对高转换效率的不断追求，使得越来越多的直流电源产品输出侧采用同步整流（Synchronous Rectification，简称SR）技术。不同于传统的超快恢复二极管或肖特基二极管整流，同步整流技术借助MOS管沟道旁路掉一部分体二极管的续流电流。由于现代MOS管工艺的进步，沟道的导通电阻压降往往远低于体二极管的正向导通压降，因此同步整流技术具有导通损耗更低、器件封装更小、控制灵活等优点，在传统的12V、5V甚至更低电压输出的POL(Point of Load负载端)电源中被广泛使用。然而，同步整流技术本身也有一定局限性。

首先，同步整流的驱动方案相比二极管整流更复杂，器件数量更多，存在驱动紊乱或失效的概率更大。其次，与二极管的单向导通特性不同，同步整流管的沟道在驱动为高电平时，具有双向导通能力。正常工作时，沟道和体二极管可同时流过电流；而当外电路出现异常，发生电流反向倒灌时，若沟道不能迅速关闭，反灌电流将通过沟道形成回路，导致器件失效或故障扩大。再次，相比高压MOS管，低压的同步整流管沟道开启门槛值更低，更容易受到电磁噪声的影响发生误开通。

为了解决回路上的反灌电流，当前的解决方案是在输出侧串联反堵二极管（如图1所示）或者是反堵MOS管（如图2所示）。但是增加反堵器件不仅增加了成本和板路面积，而且还引入额外的损耗，若是采用反堵MOS管还需要设计专用驱动电路。

另外一种方式则是在输出侧串联若干熔丝（如图3所示），但是熔丝并不完全可靠，其熔断特性曲线有较大的离散性，并且与熔丝温度、安装位置、反灌电流值都有关系，特别的，由于电源内部故障点的阻抗并不确定，如果反灌电流值不足以达到熔丝分断条件，则会引起电源故障。

因此，当前对于电源输出回路中采用反堵器件或熔丝来防止反灌电流的方式可靠性较低并且设计成本较高。

发明内容

本发明实施例提供了一种整流电路的保护电路及电源，用以解决现有技术中电源输出回路采用反堵器件或熔丝防止反灌电流的方式可靠性较低并设计成本较高的问题。

其具体的技术方案如下：

一种整流电路的保护电路，包括：

检测电路，用于检测整流电路的输出电流，并生成表征输出电流方向的采样信号；

比较电路，用于判定所述采样信号是否表征输出电流为反向输出电流，当所述采样信号表征输出电流为反向输出电流时，生成驱动关闭信号；

驱动电路，用于驱动整流电路，在接收到所述驱动关闭信号时，关闭对所述整流电路的全部驱动。

可选的，所述检测电路为电路传感器、霍尔元件或巨磁阻传感器。

可选的，所述比较电路具体为微控制芯片，用于判定所述检测电路生成的采样信号是否为表征了所述输出电流为反向电流的数字信号，当所述采样信号表征输出电流为反向电流时，生成驱动关闭信号。

可选的，所述检测电路为串联在输出回路上的电阻时，还包括：

放大电路，所述放大电路的输入端与所述检测电路连接，输出端与比较电路连接，用于将所述电阻两端的采样电压进行放大处理，并将放大处理后的放大信号发送至所述比较电路。

可选的，所述放大电路为差分放大电路，所述差分放大电路中运放的第一输入端与串联在回路上的电阻的一端连接，所述运放的第二输入端与串联在回路上的电阻的另一端连接，所述运放的第二输入端接入偏置电压，所述运放的输出端接入所述比较电路。

可选的，所述比较电路为电压比较器，所述电压比较器的一个输入端与所述放大电路的输出端连接，所述电压比较器的另一输入端接入具有预设电压的电源，所述电压比较器的输出端与所述驱动电路连接。

可选的，所述驱动电路中还设置一互锁电路，所述互锁电路第一输入端接收所述整流电路中第一整流管源极与漏极之间的压降，第二输入端接收所述整流电路中第二整流管源极与漏极之间的压降，所述互锁电路的第一输出端连接所述第一整流管的栅极，第二输出端连接所述第二整流管的栅极，所述互锁电路用于根据所述第一整流管的压降以及所述第二整流管的压降，周期性向所述第一整流管以及所述第二整流管发送互补驱动信号。

可选的，所述检测电路设置于滤波电路与整流电路之间，用于检测整流电路与滤波电路之间的输出电流，并生成表征输出电流方向的采样信号。

一种电源，包括：

交变电源；

整流电路，接入到所述交变电源的输出回路；

如上述实施例中所述电路。

在本发明实施例中提供了一种整流保护电路，该保护电路利用检测电路，比较电路，驱动电路将原有整流电路中所有整流管关闭来防止反灌电流，这样减少了保护电路的设计成本，降低了保护电路的功耗。另外本发明实施例中提供的整流保护电路通过电流方向来区分正常工作电流还是反灌电流，不会受到器件的安装位置的影响，并且该保护电路还具有检测灵敏度高、响应速度快，可以防止变压器副边驱动直通等优点。

附图说明

图1为现有技术中通过二极管防止反灌电流的电路图；

图2为现有技术中通过MOS管防止反灌电流的电路图；

图3为现有技术中通过熔丝防止反灌电流的电路图；

图4为本发明实施例中一种整流电路的保护电路的电路图；

图5为本发明实施例中驱动电路中互锁电路的电路图；

图6为本发明实施例中另一种整流电路的保护电路的电路图；

图7为本发明实施例中另一种整流电路的保护电路的电路图；

图8为本发明实施例中放大电路的具体电路图；

图9为本发明实施例中一种整流电路的信号时序图；

图10为本发明实施例中一种容性滤波整流电路的示意图；

图11为本发明实施例中一种容性滤波整流保护电路的示意图。

具体实施方式

下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明。

实施例一：

首先来讲，本发明实施例中的保护电路可以但不限于应用到直流电源中，该电源可以是隔离电源也可以是非隔离电源，在电源的输出回路上接入同步整流电路，在本发明实施例中整流电路可以是桥式整流、半波整流、全波整流、倍流整流等拓扑，在本发明实施例中不作具体限定。

在同步整流电路中至少包含了第一整流管SR1以及第二整流管SR2，SR1以及SR2具体可以是N沟道MOS管，当然为了驱动整流电路中的整流管，还设置有驱动电路，该驱动电路为整流管的栅极提供驱动信号，控制整流管的沟道是否导通。当栅极接收到的驱动信号V_gs为高电平时，沟道开通，则正向电流可以流过沟道以及寄生体二极管，反灌电流可以流过沟道，但是不能流过寄生体二极管；当栅极接收到的驱动信号V_gs为低电平时，沟道关闭，正向电流可以流过寄生体二极管，反灌电流将完全被阻断。

为了防止反灌电流通过整流管的沟道形成回路，并对回路上的元器件造成损害，本发明实施例提供了一种整流电路的保护电路，如图4所示为本发明实施例中一种整流电路的保护电路，该电路包括：检测电路401、比较电路402以及驱动电路403，其连接关系和功能如下：

检测电路401可以是直接串联在输出回路中的检测元件或不直接串联的非介入式检测元件，并且检测电路401通过上述的检测元件检测输出回路上的电流，具体为检测电流的幅值以及电流方向，然后根据电流幅值以及电流方向得到采样信号，检测电路401会根据采样信号生成一数字信号。

具体来讲，检测电路401生成的数字信号可以用0、1表征，比如说当检测电路401检测到输出回路上为正常工作电流I₁时，则检测电路401生成的数字信号可以为0，当检测到输出回路上存在反灌电流时I₂，则检测电路401生成的数字信号可以是1。又比如检测电路401输出的数字信号也可以是用0和1代表的调制信号。

比较电路402，用于判定采样信号是否表征输出电流为反向输出电流，当采样信号表征输出电流为反向输出电流时，生成驱动关闭信号。

具体来讲，比较电路402可以是一微控制芯片，微控制芯片的输入端与检测电路401连接，微控制芯片的输出端与驱动电路403连接，若是得到检测电路401传输来的数字信号为表征输出回路上存在反灌电流时，则比较电路402生成驱动关闭信号，并且将该驱动关闭信号发送至驱动电路403。

驱动电路403，用于根据驱动关闭信号，关闭对整流电路的驱动。

具体来讲，驱动电路403中具有一互锁电路501（如图5所示），互锁电路501的第一输入端接收整流电路中第一整流管源极与漏极之间的压降，第二输入端接收第二整流管源极与漏极之间的压降，互锁电路的第一输出端与第一整流管的栅极连接，第二输出端与第二整流管的栅极连接，所述互锁电路根据第一输入端以及第二输入端的压降来向第一整流管发送高电平驱动信号还是向第二整流管发送高电平驱动信号，即向SR1发送驱动信号时就不会向SR2发送驱动信号，向SR2发送驱动信号时就不会向SR1发送驱动信号，这样就保证了SR1和SR2不会同时导通。

当然在本发明实施例中在发送驱动信号时还需要结合比较电路402发送的信号，若是比较电路402发送关闭驱动信号时，则发送至第一整流管以及第二整流管的都是低电平信号。

当整流管SR1以及SR2发送的驱动信号都是低电平V_gs时，整流电路中的整流管SR1以及SR2中的沟道都将关闭，从而反灌电流将无法通过整流管沟道以及整流管中的寄生体二极管，则反灌电流将无法形成回路，这就防止了反灌电流对元器件的损害。因此在本发明实施例中没有在回路上增加任何反堵元件的情况下，通过整流电路中整流管自身的寄生体二极管来防止反灌电流，降低电路设计成本。

实施例二：

为了避免反灌电流对电路造成的损害，本发明实施例还提供了另一种整流电路的保护电路，如图6所示为本发明实施例中另一种整流电路的保护电路的示意图，该电路包括：检测电路601，比较电路602，驱动电路603，其具体的连接关系以及功能如下：

其中，检测电路601为串联在输出回路上的电阻，通过该电阻可以将输出回路上的电流转换为采样电压，该采样电压表征了输出回路上电流的方向。

具体来讲，检测电路601将电源回路上的电流值转换为电压值V₁，若以电源或者负载端GND为参考地，当正常的工作电流I₁流过分流器Rs时，检测电路601得到的电压值V₁是负信号，当反灌电流I₂流过分流器Rs时，则检测电路601将得到的电压值V₁是正信号，将得到的电压值V₁传输至比较电路602的输入端

当然，在本发明实施例中检测电路601除了可以是串联在输出回路上的电阻之外，还可以是电流传感器、霍尔元件或者是巨磁阻传感器，在本发明实施例中并不限定使用何种检测元件，只要是能够检测输出回路上的电流方向以及幅值的检测元件都在本发明实施例保护范围内，并且检测电路601通过上述的检测元件检测回路电流之后仍然会输出电压值V₁。

比较电路602，该比较电路602具体为电压比较器，电压比较器的一个输入端连接到检测电路601的输出端，即得到检测电路601输出的采样电压，电压比较器的另一输入端则是接入预定电压，从而通过检测电路601将得到的电压值V₁与设定电压值V_ref进行比较，判断输出回路上是否出现反灌电流。若是则比较电路602将生成关闭驱动信号，并将关闭驱动信号发送至驱动电路603的输入端。

驱动电路603，该驱动电路603的输入端与比较电路602连接，驱动电路603的输出端与整流电路连接，用于根据比较电路602生成的驱动关闭信号，关闭输出回路上接入的整流管SR1以及SR2的驱动，这里驱动电路603的工作原理与实施例一中驱动电路的工作原理完全相同，在此不再赘述。

在上述实施例中通过检测电路601检测回路上的电压V₁，并将电压V₁发送至比较电路602，比较电路602为电压比较器，电压比较器将采集到的电压V₁设定电压V_ref进行比较判定采集到的电压V₁是否为反灌电流对应的电压，若是则比较电路602生成驱动关闭信号，并将驱动关闭信号发送至驱动电路603，由驱动电路603根据驱动关闭信号，关闭整流电路中整流管SR1以及SR2的驱动，这样保证了回路出现反灌电流时能够及时关闭整流管SR1以及SR2，从而通过整流管SR1以及SR2中寄生的体二极管防止反灌电流对回路上元件的损害。

最重要的是在本发明实施例中不需要在回路上增加任何反堵元件，比如说不需要在回路上增加反堵二极管或者是反堵MOS管，而是利用整流电路中的整流管的寄生体二极管来防止反灌电流I₂，这样避免了反堵元件的使用，降低了电路的成本、板路面积和额外的导通损耗。

进一步，如图7所示，为了降低检测电路601电阻上的损耗，在本发明实施例中，电阻使用低阻值元件。为确保检测精度，整流保护电路中还提供了放大电路701，放大电路701的输入端与检测电路601连接，放大电路701的输出端与比较电路602连接。具体来讲，本发明实施例中的放大电路701可以是差分放大电路（如图8所示），该差分放大电路包括了第一电阻10，第二电阻20，第三电阻30，第四电阻40和运放50，第一电阻10和第二电阻20的阻值相同，第三电阻30和第四电阻40的阻值相同，第一电阻10的一端与检测电路601中的电阻R_S的一端连接，第一电阻10的另一端与运放50的负端连接，第二电阻20的一端与电阻RS的另一端连接，第二电阻20的另一端与运放50的正端连接，第三电阻30的一端与运放50的负端连接，第三电阻30的另一端与运放50的输出端连接，第四电阻40的一端与运放50的正端连接，第四电阻40的另一端接参考端。

为了使得单电源供电的运放50能够处理正信号以及负信号，在运放50的正端与参考端连接，而参考端接入偏置电压V_bs。基于上述的这些条件，将检测电路601发送来的电压信号进一步放大到电压V_f。

另外，在本发明实施例中并不限定差分放大电路，也可是同相或者反相放大电路，甚至数字滤波和放大器。

下面通过保护电路中的各电路所产生的信号来说明本发明实施例的实施例过程，如图9所示为本发明实施例中保护电路的时序图。

在图9中当SR2驱动发生异常时，检测电路601检测到的V₁将由负向转变为正向，此时说明回路上出现了反灌电流I₂，经过放大电路701放大后的电压V_f将小于设定电压V_ref，此时比较电路602将生成关闭驱动信号SR_Close，最后将关闭驱动信号SR_Close发送至驱动电路603，然后驱动电路603根据关闭驱动信号SR_Close关闭对SR1以及SR2的驱动。

另外，在本发明实施例中驱动电路603并不限定于副边自驱动，也可以接收来自原边的同步驱动信号。

另外，在本发明实施例中检测电路、放大电路、比较电路和驱动电路可以是分立器件，也可部分或者全部使用集成芯片或者微控制器实现，在本发明实施例中并不限定只使用一种方式。

在本发明实施例中的整流保护电路利用了原有整流电路中整流管的寄生体二极管单向导通特性来防止反灌电流的功能，这样减少了保护电路的设计成本，降低了保护电路的功耗，另外本发明实施例中提供的整流保护电路通过电流方向来区分正常工作电流还是反灌电流，这样不会受到器件的安装位置的影响，并且该保护电路还具有检测灵敏度高、响应速度快等优点。

特别的，在容性滤波整流电路中（如图10所示），当正常本应关闭的整流管因驱动故障出现误开通时，滤波电容801会通过误开通的整流管沟道放电。由于滤波电容801更靠近整流电路，而整流电路的回路阻抗又很小，在来自输出母线的反向电流还未来得及增大前，电容瞬间放电电流就足以损坏误开通的整流管，造成不可恢复的变压器副边直通。

因此，在直流母线与整流电路之间存在容性滤波电路时，检测电路401应尽量靠近整流电路输出端（如图11所示），即位于整流电路和滤波电容801之间。当关闭的整流管因驱动故障出现误开通时，滤波电容801会先于直流母线或电池灌入的反向电流之前通过误开通的整流管沟道放电。这样，检测电路401可以通过检测到滤波电容的反向放电电流，判断出变压器副边整流出现异常，从而发出驱动关闭信号将所有整流管全部关闭。因此检测电路401放在滤波电容与整流电路之间，不仅能检测来自直流母线或电池灌入的反向电流，还能通过检测到滤波电容801输出的反向电流，实现对电路以及变压器副边驱动直通的保护。

另外，本发明实施例还提供了一种电源，如图，包括：

交变电源；

整流电路，接入到交变电源的输出回路中；

如上述实施例中的整流电路的保护电路。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种整流电路的保护电路，其特征在于，包括：

检测电路，用于检测整流电路的输出电流，并生成表征输出电流方向的采样信号；

比较电路，用于判定所述采样信号是否表征输出电流为反向输出电流，当所述采样信号表征输出电流为反向输出电流时，生成驱动关闭信号；

驱动电路，用于驱动整流电路，在接收到所述驱动关闭信号时，关闭对所述整流电路的全部驱动。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述检测电路为电流传感器、霍尔元件或巨磁阻传感器。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述比较电路具体为微控制芯片，用于判定所述检测电路生成的采样信号是否为表征了所述输出电流为反向电流的数字信号，当所述采样信号表征输出电流为反向电流时，生成驱动关闭信号。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述检测电路为串联在输出回路上的电阻时，还包括：

放大电路，所述放大电路的输入端与所述检测电路连接，输出端与比较电路连接，用于将所述电阻两端的采样电压进行放大处理，并将放大处理后的放大信号发送至所述比较电路。

5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述放大电路为差分放大电路，所述差分放大电路中运放的第一输入端与串联在回路上的电阻的一端连接，所述运放的第二输入端与串联在回路上的电阻的另一端连接，所述运放的第二输入端接入偏置电压，所述运放的输出端接入所述比较电路。

6.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述比较电路为电压比较器，所述电压比较器的一个输入端与所述放大电路的输出端连接，所述电压比较器的另一输入端接入具有预设电压的电源，所述电压比较器的输出端与所述驱动电路连接。

7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述驱动电路中还设置一互锁电路，所述互锁电路第一输入端接收所述整流电路中第一整流管源极与漏极之间的压降，第二输入端接收所述整流电路中第二整流管源极与漏极之间的压降，所述互锁电路的第一输出端连接所述第一整流管的栅极，第二输出端连接所述第二整流管的栅极，所述互锁电路用于根据所述第一整流管的压降以及所述第二整流管的压降，周期性向所述第一整流管以及所述第二整流管发送互补的驱动信号。

8.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述检测电路设置于滤波电路与整流电路之间，用于检测整流电路与滤波电路之间的输出电流，并生成表征输出电流方向的采样信号。

9.一种电源，其特征在于，包括：

交变电源；

整流电路，接入到所述交变电源的输出回路；

如权利要求1～7中任一权项所述电路。