CN105119233A - 一种保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种保护电路，应用于电感型升压转换器中，所述电感型升压转换器包括传输电路和充电电路，所述保护电路包括检测电路和控制电路，所述检测电路的输入端与所述传输电路的输出端相连接，所述检测电路的第一输出端与所述充电电路的输入端相连接，所述检测电路的第二输出端与所述控制电路的输入端相连接；所述检测电路检测所述传输电路输入的电流是否为短路电流，当检测结果为是时，将所述检测结果传输至所述控制电路，所述控制电路断开所述充电电路与地极的连接，防止所述充电电路存储的电荷倒灌至所述电感型升压转换器的输入端。本发明实施例能够有效地防止电流倒灌至输入端，提高电感型升压转化器的安全性。

Description

一种保护电路
技术领域
本发明涉及电源转换技术领域，具体涉及一种保护电路。
背景技术
目前，电感型升压转换器的应用已非常广泛，主要应用在为白光发光二极管(LightEmittingDiode，LED)供电，该白光LED能为电池供电系统的液晶显示(LiquidCrystalDisplay，LCD)面板提供背光。电感型升压转换器的输出电压高于输入电压，包括电感、二极管、电容以及控制开关，闭合控制开关会引起通过电感的电流增加；打开控制开关会促使电流通过二极管流向输出电容。因为电容存储来自电感的电流，多个开关周期以后输出电容的电压升高，使得输出电压高于输入电压。但是，一旦二极管短路，那么输出电容中存储的大量电荷便会通过电感倒灌至输入端。输入端以脉冲宽度调制(Pulse-WidthModulation，PWM)发生器为例，PWM发生器内存在集成电路，倒灌至输入端的电荷会烧坏PWM发生器内部的集成电路，影响PWM发生器正常工作，严重地可能引起冒烟、火苗等，存在一定的安全隐患。
发明内容
本发明实施例提供一种保护电路，能够有效地防止电流倒灌至输入端，提高电感型升压转化器的安全性。
本发明实施例第一方面提供一种保护电路，应用于电感型升压转换器中，所述电感型升压转换器包括传输电路和充电电路，所述保护电路包括：
检测电路和控制电路，所述检测电路的输入端与所述传输电路的输出端相连接，所述检测电路的第一输出端与所述充电电路的输入端相连接，所述检测电路的第二输出端与所述控制电路的输入端相连接；
所述检测电路检测所述传输电路输入的电流是否为短路电流，当检测结果为是时，将所述检测结果传输至所述控制电路，所述控制电路断开所述充电电路与地极的连接，防止所述充电电路存储的电荷倒灌至所述电感型升压转换器的输入端。
其中，所述传输电路包括电感和二极管，所述传输电路的电感的一端与所述电感型升压转换器的输入端相连接，所述电感的另一端与所述二极管的正极相连接；所述充电电路包括至少一个电容，所述至少一个电容中的各个电容相互并联，所述充电电路的并联输出端作为所述电感型升压转换器的输出端；
所述传输电路传输电荷至所述充电电路，所述充电电路存储所述传输电路传输的电荷并产生输出电压，所述输出电压的电压值高于所述输入端的输入电压的电压值。
其中，所述检测电路包括光耦合器，所述光耦合器包括发光二极管和三极管，所述发光二极管的正极与所述传输电路的二极管的负极相连接，所述发光二极管的负极与所述充电电路的输入端相连接；
所述发光二极管检测所述传输电路输入的电流是否为所述短路电流，当检测结果为是时，所述发光二级管发送光信号触发所述三极管产生光电流，以导通所述三极管。
其中，所述三极管为NPN管，所述三极管的基极由所述发光二级管控制，所述三极管的集电极接入恒定电压，所述三极管的发射极为所述检测电路的第二输出端，与所述控制电路的输入端相连接；
当所述三极管接收到所述光信号时，产生所述光电流并将所述光电流输入至所述控制电路的输入端。
其中，所述控制电路包括分流电阻、比较器和场效应管，所述分流电阻的一端与所述地极相连接，所述分流电阻的另一端与所述检测电路的第二输出端相连接；
所述分压电阻对流入所述控制电路的输入端的所述光电流进行分流。
其中，所述比较器包括同相输入端、反相输入端、接恒定电压端、接地端以及输出端，所述比较器的反相输入端与所述检测电路的第二输出端相连接，所述比较器的同相输入端接入基准电压，所述比较器的输出端与所述场效应管的栅极相连；
所述比较器的反相输入端在接收到分流后的所述光电流时，所述比较器比较所述比较器的反相输入端的电压与所述基准电压的大小，当所述比较器的反相输入端的电压大于所述基准电压时，所述比较器的输出端输出低电平至所述场效应管的栅极。
其中，所述场效应管为P沟道增强型场效应管，所述场效应管的漏极连接至所述充电电路，所述场效应管的源极连接至所述地极；
当所述场效应管接收到所述比较器输出的所述低电平时，所述场效应管关闭，断开所述充电电路与所述地极的连接，防止所述充电电路存储的电荷倒灌至所述电感型升压转换器的输入端。
其中，当检测结果为否时，所述比较器的反相输入端的电压小于所述基准电压，所述比较器的输出端输出高电平，将所述充电电路连接至所述地极，以使所述充电电路存储所述传输电路传输的电荷并产生所述输出电压。
其中，所述电感型升压转换器的输入端为脉冲宽度调制PWM发生器。
本发明实施例第二方面提供一种电感型升压转换器，包括第一方面提供的所述保护电路。
在本发明实施例中，通过检测电路检测传输电路输入的电流是否为短路电流，并当检测结果为是时，控制电路断开充电电路与地极的连接，从而有效地防止充电电路存储的电荷倒灌至输入端，避免烧坏输入端的集成电路，提高电感型升压转化器的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种保护电路的结构示意图；
图2为常用的电感型升压转换器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一中保护电路的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种保护电路的电路图；
图5为本发明实施例提供的一种电感型升压转换器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1，为本发明实施例提供的一种保护电路的结构示意图，所述保护电路包括检测电路2和控制电路3，所述检测电路2和所述控制电路3连接在常用电感型升压电路中的传输电路1和充电电路4之间。所述常见电感型升压电路的具体结构示意图请参见图2。
所述检测电路2的输入端与所述传输电路1的输出端相连接，所述检测电路2的第一输出端与所述充电电路4的输入端相连接，所述检测电路2的第二输出端与所述控制电路3的输入端相连接。
具体实现中，所述检测电路2连接在所述传输电路1和所述充电电路4之间，具体的，所述检测电路2的输入端与所述传输电路1的输出端相连接。所述检测电路2包括第一输出端和第二输出端，其中，所述检测电路2的第一输出端与所述充电电路4的输入端相连接，所述检测电路2的第二输出端与所述控制电路3的输入端相连接。所述传输电路1和所述充电电路4的具体结构请参见图2所示的常用电感型升压电路的结构示意图。
请参见图2，所述传输电路1包括电感11、二极管12和控制开关13。所述电感11为将电能和磁场能相互转换的能量转换器件，当所述控制开关13闭合时，所述电感11将电能转换为磁场能储存起来，当所述控制开关13断开时所述电感11将存储的磁场能转换为电能，且该电能在和输入端输入的电压叠加后通过所述二极管12和所述充电电路中的电容41的滤波后得到平滑的直流电压提供给输出端，由于这个电压是由输入端的电压和所述电感11的磁砀能转换为电能叠加后形成的，因此输出端的电压高于输入端的电压，所述常用电感型升压转换器完成升压过程。所述二极管12的正极与所述电感11的输出端相连接，所述二极管12的负极与所述电容41相连接。
可选的，所述二极管12为肖特基二极管，主要起隔离作用，即在所述控制开关闭合时，所述二极管12的正极电压比负极电压低，此时所述二极管12反偏截止，使所述电感11的储能过程不影响所述电容41对输出端的正常供电。因为在所述控制开关13断开时，两种叠加后的能量通过二极向负载供电，此时所述二极管12正向导通，要求其正向压降越小越好，尽量使更多的能量供给到输出端。但是一旦所述二极管12发生短路，产生短路电流，此时所述二极管12反向导通，在电路中相当于一根导线，所述电容41中存储的电荷就或通过电感倒灌至输入端，烧坏输入端中的集成电路，因此本发明实施例在所述传输电路1与所述充电电路4之间增加所述检测电路2和所述控制电路3，以防止所述充电电路中的电荷倒灌至输入端。
所述检测电路2检测所述传输电路1输入的电流是否为短路电流，当检测结果为是时，将所述检测结果传输至所述控制电路3，所述控制电路3断开所述充电电路4与地极的连接，防止所述充电电路4存储的电荷倒灌至所述电感型升压转换器的输入端。
具体实现中，所述检测电路2检测所述传感电路1输入的电流是否为短路电路。当检测结果为是时，所述保护电路将所述检测结果传输至所述控制电路3，所述控制电路3根据所述检测结果断开所述充电电路4与地极的连接，使得所述充电电路4处于悬空状态，从而防止所述充电电路4存储的电荷倒灌至所述电感型升压转换器的输入端。当所述检测结果为否时，所述充电电路4存储所述传输电路1输入的电荷，正常充电以输出电压值高于输入电压的输出电压。
在本发明实施例中，通过检测电路检测传输电路输入的电流是否为短路电流，并当检测结果为是时，控制电路断开充电电路与地极的连接，从而有效地防止充电电路存储的电荷倒灌至输入端，避免烧坏输入端的集成电路，提高电感型升压转化器的安全性。
请参见图3，为本发明实施例提供的另一种保护电路的结构示意图，图3是对图1所示保护电路的更进一步描述。所述保护电路中的检测电路2包括发光二级管21和三极管22，所述保护电路中的控制电路3包括分流电阻31、比较器32和场效应管33。
传输电路1包括电感11和二极管12，所述电感11的一端与所述电感型升压转换器的输入端相连接，所述电感11的另一端与所述二极管12的正极相连接。在本发明实施例中所述充电电路4内不止一个电容，包括至少一个电容，对应图3中的电容41到电容4N，所述至少一个电容中的各个电容相互并联，所述充电电路4的并联输出端作为所述电感型升压转换器的输出端。所述传输电路1还包括控制开关，未在图3中标注，所述控制开关的作用与图2所示的控制开关13相同。可选的，所述电感型升压转换器的输入端为脉冲宽度调制PWM发生器。可选的，可将控制开关集成在所述PWM发生器中。
所述传输电路1传输电荷至所述充电电路4，所述充电电路存储所述传输电路传输的电荷并产生输出电压，所述输出电压的电压值高于所述输入端的输入电压的电压值。
所述检测电路2为光耦合器，所述光耦合器包括发光二极管21和三极管22，所述发光二极管21的正极与所述传输电路1的所述二极管12的负极相连接，所述发光二极管21的负极与所述充电电路4的输入端相连接。可选的，所述三极管22为光敏三极管。
具体实现中，所述发光二极管21检测所述传输电路1输入的电流是否为所述短路电流，可以理解的是所述发光二极管21检测所述二极管12是否发生短路，当所述二极管12发生短路时，所述发光二极管21可检测到短路电路。具体的，在所述光耦合器中，当流过所述发光二极管21的电流值大于预设阈值时，触发所述发光二极管发光，产生光能照射到所述三极管22上，所述三极管22在接收到光能时通过光电效应产生光电流，以导通所述三极管22。一般情况下，所述二极管12的短路电流可触发所述发光二极管21发光。当所述发光二极管21的检测结果为是时，所述发光二级管21发送光信号触发所述三极管产生光电流，以导通所述三极管。
其中，所述三极管为NPN管，所述三极管22的基极由所述发光二级管控制，所述三极管22的集电极接入恒定电压，所述三极管22的发射极为所述检测电路2的第二输出端，与所述控制电路3的输入端相连接。
具体实现中，当所述三极管22接收到所述光信号时，产生所述光电流并将所述光电流输入至所述控制电路的输入端。
所述控制电路3包括分流电阻31、比较器32和场效应管33，所述分流电阻31的一端与所述地极相连接，所述分流电阻31的另一端与所述检测电路的第二输出端相连接。所述分压电阻31对流入所述控制电路3的输入端的所述光电流进行分流。
其中，所述比较器32包括同相输入端、反相输入端、接恒定电压端、接地端以及输出端，所述比较器32的反相输入端与所述检测电路2的第二输出端相连接，所述比较器32的同相输入端接入基准电压，所述比较器32的输出端与所述场效应管的栅极相连。
具体实现中，所述比较器32的反相输入端在接收到分流后的所述光电流时，所述比较器32比较所述比较器的反相输入端的电压与所述基准电压的大小，当所述比较器32的反相输入端的电压大于所述基准电压时，所述比较器32的输出端输出低电平至所述场效应管33的栅极。
其中，所述场效应管33为P沟道增强型场效应管，所述场效应管33的漏极连接至所述充电电路4，所述场效应管33的源极连接至所述地极；
具体实现中，当所述场效应管33接收到所述比较器32输出的所述低电平时，所述场效应管33关闭，从而断开所述充电电路4与所述地极的连接，防止所述充电电路4存储的电荷倒灌至所述电感型升压转换器的输入端。
当所述检测结果为否时，所述比较器32的反相输入端无电压输入，因此所述比较器32的反相输入端的电压小于所述基准电压，所述比较器32的输出端输出高电平，将所述充电电路4连接至所述地极，以使所述充电电路4存储所述传输电路1传输的电荷并产生所述输出电压。
请参见图4，为本发明实施例提供的一种保护电路的电路图，虚线部分即为所述保护电路所使用的元器件，包括光耦合器G、分流电阻R、比较器B和场效应管Q。
光耦合器G串联在二极管D和并联电容组之间，所述并联电容组包括C1、C2和C3。所述光耦合器G中的发光二极管的正极与所述二极管D的负极相连接，所述光耦合器G中的发光二极管的负极与所述并联电容组的输入端相连接。所述光耦合器G中的三极管的基极接收所述发光二极管发送的光信号，所述光耦合器G中的三极管的发射极与所述比较器B的反相输入端相连接，所述光耦合器G中的三极管的集电极接恒定电压VCC。其中，所述耦合器G中的三极管的发射极即为图3所示实施例中的检测电路的第二输出端，所述光耦合器G中的发光二极管的负极即为即为图3所示实施例中的检测电路的第一输出端，所述光耦合器G中的发光二极管的正极即为即为图3所示实施例中的检测电路的输入端。
所述分流电阻R的一端与所述耦合器G中的三极管的发射极相连接，所述分流电阻R的另一端与地极相连接。
所述比较器B的正相输入端接基准电压VREF，所述VREF在不同的电路中取值不同，但是所述VREF为一个定值。所述比较器B还包括接恒定电压端和接地端，所述接恒定电压端接入恒定电压VCC，所述比较器B的接地端与所述场效应管Q的源极一同接入地极。
所述电感L和所述二极管D组成的电路对应于图3所示实施例中的所述传输电路1，所述并联电容组对应于图3所示实施例中的所述充电电路4。
在工作中，当所述二极管D发生短路时，产生短路电流传输至所述光耦合器G中的发光二极管，所述短路电流高于触发所述发光二极管发光的电流阈值，因此所述发光二极管在检测到所述短路电流时，产生光信号照射在所述光耦合器G中的三极管，所述三极管将光能转化为电能产生光电流，并使所述三极管处于导通状态，所述三极管便通过发射极将所述光电流传输至所述分流电阻R和所述比较器B。
当所述光电流较大时，所述分流电阻R对所述光电流进行分流，避免大电流损伤所述比较器B。分流后的另一部分光电流传输至所述比较器的反相输入端，所述比较器B比较反相输入端的电压与所述VREF的大小，当所述反相输入端的电压小于所述VREF时，所述比较器的输出端输出高电平；当所述反相输入端的电压大于所述VREF时，所述比较器的输出端输出低电平。在本发明实施例中，当所述二级管D短路时，所述比较器B的反相输入端的电压大于所述VREF，从而使得所述比较器B的输出端输出低电平至所述场效应管Q的栅极。
所述场效应管Q为P沟道增强型场效应管，所述场效应管Q的源极与地级相连接，所述场效应管Q的漏极与所述并联电容组相连接。所述场效应管Q控制所述并联电容组与所述地级的连接。当所述场效应管Q处于导通状态时，所述并联电容组与所述地级相连接；当所述场效应管Q处于关闭状态时，即截止状态时，所述并联电容组与所述地级之间的连接断开，所述并联电容组处于悬空状态，所述并联电容组存储的电荷将不会向所述电感L的方向移动。当所述场效应管Q的栅极与源极的电压Vgs小于预设值时，所述场效应管Q导通，通常所述预设值为负值。
当所述场效应管Q的栅极接收到所述比较器B的输出端输出的低电平时，由于所述场效应管Q的源极与所述地级相连接，因此Vg与Vs的电压均为零，使得此时的Vgs大于所述预设值，所述场效应管处于关闭状态，使得所述并联电容组与所述地极之间的连接断开处于悬空状态，使得所述并联电容组存储的电荷无法倒灌至所述电感型升压转换器的输入端。
当所述二极管D正常工作时，所述光耦合器G中的发光二极管不发光，所述光耦合器G中的三极管便不会产生所述光电流，所述比较器B的反相输入端的电压便为零，小于所述VREF，因此所述比较器B的输出端输出高电平至所述场效应管Q的栅极，使得所述场效应管Q处于导通状态，从而将所述并联电容组连接至与所述地级。此时所述并联电容组可以正常存储所述电感传输的电荷并产生输出电压。
在本发明实施例中，通过增加光耦合器、分流电阻、比较器和场效应管，能够防止并联电容组存储的电荷倒灌至输入端，避免烧坏输入端的集成电路，提高电感型升压转化器的安全性。
请参见图5，为本发明实施例提供的一种电感型升压转换器的结构示意图，所述电感型升压转换器包括PWM发生器、传输电路5、保护电路6、充电电路7以及输出端。
所述PWM发生器为所述电感型升压转换器提供输入电压，PWM发生器是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而为所述电感型升压转换器所处的电路提供稳定的电压。
所述传输电路5和所述充电电路7的具体结构和实现过程可参见图2所示实施例中的所述传输电路1和所述充电电路4的描述，在此不再赘述。
所述保护电路6的具体结构和实现过程可参见图3所示实施例中的所述保护电路的具体描述，在此不再赘述。
图5所示实施例提供的电感型升压转换器可以有效地防止充电电路存储的电荷倒灌至PWM发生器中，避免倒灌电流烧坏PWM发生器内部的集成电路，从而提高电感型升压转换器的安全性。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种保护电路，应用于电感型升压转换器中，所述电感型升压转换器包括传输电路和充电电路，其特征在于：
所述保护电路包括检测电路和控制电路，所述检测电路的输入端与所述传输电路的输出端相连接，所述检测电路的第一输出端与所述充电电路的输入端相连接，所述检测电路的第二输出端与所述控制电路的输入端相连接；
所述检测电路检测所述传输电路输入的电流是否为短路电流，当检测结果为是时，将所述检测结果传输至所述控制电路，所述控制电路断开所述充电电路与地极的连接，防止所述充电电路存储的电荷倒灌至所述电感型升压转换器的输入端。
2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述传输电路包括电感和二极管，所述传输电路的电感的一端与所述电感型升压转换器的输入端相连接，所述电感的另一端与所述二极管的正极相连接；所述充电电路包括至少一个电容，所述至少一个电容中的各个电容相互并联，所述充电电路的并联输出端作为所述电感型升压转换器的输出端；
所述传输电路传输电荷至所述充电电路，所述充电电路存储所述传输电路传输的电荷并产生输出电压，所述输出电压的电压值高于所述输入端的输入电压的电压值。
3.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述检测电路包括光耦合器，所述光耦合器包括发光二极管和三极管，所述发光二极管的正极与所述传输电路的二极管的负极相连接，所述发光二极管的负极与所述充电电路的输入端相连接；
所述发光二极管检测所述传输电路输入的电流是否为所述短路电流，当检测结果为是时，所述发光二级管发送光信号触发所述三极管产生光电流，以导通所述三极管。
4.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述三极管为NPN管，所述三极管的基极由所述发光二级管控制，所述三极管的集电极接入恒定电压，所述三极管的发射极为所述检测电路的第二输出端，与所述控制电路的输入端相连接；
当所述三极管接收到所述光信号时，产生所述光电流并将所述光电流输入至所述控制电路的输入端。
5.根据权利要求4所述的保护电路，其特征在于，所述控制电路包括分流电阻、比较器和场效应管，所述分流电阻的一端与所述地极相连接，所述分流电阻的另一端与所述检测电路的第二输出端相连接；
所述分压电阻对流入所述控制电路的输入端的所述光电流进行分流。
6.根据权利要求5所述的保护电路，其特征在于，所述比较器包括同相输入端、反相输入端、接恒定电压端、接地端以及输出端，所述比较器的反相输入端与所述检测电路的第二输出端相连接，所述比较器的同相输入端接入基准电压，所述比较器的输出端与所述场效应管的栅极相连；
所述比较器的反相输入端在接收到分流后的所述光电流时，所述比较器比较所述比较器的反相输入端的电压与所述基准电压的大小，当所述比较器的反相输入端的电压大于所述基准电压时，所述比较器的输出端输出低电平至所述场效应管的栅极。
7.根据权利要求6所述的保护电路，其特征在于，所述场效应管为P沟道增强型场效应管，所述场效应管的漏极连接至所述充电电路，所述场效应管的源极连接至所述地极；
当所述场效应管接收到所述比较器输出的所述低电平时，所述场效应管关闭，断开所述充电电路与所述地极的连接，防止所述充电电路存储的电荷倒灌至所述电感型升压转换器的输入端。
8.根据权利要求7所述的保护电路，其特征在于，当检测结果为否时，所述比较器的反相输入端的电压小于所述基准电压，所述比较器的输出端输出高电平，将所述充电电路连接至所述地极，以使所述充电电路存储所述传输电路传输的电荷并产生所述输出电压。
9.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述电感型升压转换器的输入端为脉冲宽度调制PWM发生器。
10.一种电感型升压转换器，包括所述传输电路和所述充电电路，其特征在于，还包括权利要求1-9任一项所述保护电路。
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