CN105896475B - 一种多级直流转换电路保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级直流转换电路保护电路，至少包括初级直流转换电路和次级直流转换电路，所述初级直流转换电路的输出端通过第一电感与所述次级的直流转换电路的输入端连接，还包括第一开关电路、第一选频电路、以及第一触发器，所述初级直流转换电路的输入端通过所述第一开关电路连接电源适配器的输出端，所述第一选频电路的输入端与所述次级直流转换电路的输出端连接，所述第一选频电路的输出端分别与所述第一触发器的两个输入端连接，所述第一触发器的输出端与所述第一开关电路的控制端连接。本发明技术实现难度不大，成本不高，却能实现各级直流转换电路的互相保护的功能，既保证直流转换电路所在电路板的安全也确保了整体价格的合理控制。

Description

一种多级直流转换电路保护电路

技术领域

本发明涉及一种电源电路保护电路，具体的说，涉及一种多级直流转换电路保护电路。

背景技术

当前电视机芯板上的多颗DC-DC芯片大都是单独工作的，如：5V转3V，3V转为1.8V，1.8V再转为1V，但是当后级的转换芯片（如1.8V转1V）损坏时，可能上级的DC-DC芯片还在进行工作，从而会造成上级DC-DC的损坏或者直流适配器的损坏，进而造成较严重的事故，当前的解决方案大都是采用集成的数字电源芯片，但是数字电源芯片价格昂贵，是普通DC-DC价格的十倍以上，一般用于对机芯板面积要求较小的pad等产品上，而对于有足够面积的电视机芯板而言，将会增加产品成本，浪费机芯板面积，造成量产的不可行性。

发明内容

本发明为了解决现有多级直流转换电路工作时缺乏保护机制，其中一级的直流转换电路出现故障时，可能导致其他级的转换电路或者直流适配器损坏的问题，提出了一种多级直流转换电路保护电路，可以解决上述问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种多级直流转换电路保护电路，至少包括初级直流转换电路和次级直流转换电路，所述初级直流转换电路和次级直流转换电路分别输出脉冲宽度调制电压信号，所述初级直流转换电路的输出端通过第一电感与所述次级的直流转换电路的输入端连接，所述初级直流转换电路的输入端连接电源适配器的输出端，还包括第一开关电路、第一选频电路、以及第一触发器，所述初级直流转换电路的输入端通过所述第一开关电路连接电源适配器的输出端，所述第一选频电路的输入端与所述次级直流转换电路的输出端连接，所述第一选频电路的输出端分别与所述第一触发器的两个输入端连接，所述第一触发器的输出端与所述第一开关电路的控制端连接。

进一步的，还包括第二开关电路，所述第二开关电路连接在所述初级直流转换电路的输入端与所述初级直流转换电路的使能端之间，所述第二开关电路的控制端通过上拉电阻与所述初级直流转换电路的输入端连接。

进一步的，所述第一触发器的输出端通过一二极管与所述第一开关电路的控制端连接。

进一步的，还包括第三级直流转换电路、第二选频电路、第二触发器、以及第三开关电路，所述第三级直流转换电路的输入端通过第二电感与所述次级直流转换电路的输出端连接，所述次级直流转换电路的使能端通过所述第三开关电路连接电源适配器的输出端，所述第二选频电路的输入端与所述第三级直流转换电路的输出端连接，所述第二选频电路的输出端分别与所述第二触发器的两个输入端连接，所述第二触发器的输出端与所述第三开关电路的控制端连接。

进一步的，还包括与门电路，所述与门电路的其中一个输入端与所述次级直流转换电路的使能端连接，另外一个输入端与所述第二开关电路的控制端连接，所述与门电路的输出端与所述第三级直流转换电路的使能端连接。

优选的，所述第一触发器和/或第二触发器为D触发器。

优选的，所述第一开关电路、第二开关电路、以及第三开关电路分别包括一NMOS管。

进一步的，所述第一选频电路与所述第一触发器之间连接有第三电感。

进一步的，所述第二选频电路与所述第二触发器之间连接有第四电感。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的多级直流转换电路保护电路，利用直流转换电路输出不同频率调制波的特点，通过利用选频电路、触发器检测次级直流转换电路的输出的电压信号，只有当次级直流转换电路正常输出脉冲宽度调制信号时，才能控制电源适配器与初级直流转换电路之间的开关电路导通，否则关闭，将电源适配器与各级直流转换电路断开，均不工作，可以起到有效保护其他级直流转换电路及电源适配器的作用，次级直流转换电路正常输出脉冲宽度调制信号的前提是初级转换电路及次级直流转换电路均能正常工作，任一级转换电路出现故障，次级直流转换电路都不能正常输出脉冲宽度调制信号，从而实现单点出现问题，全部电源网络都停止工作进行保护的状态，使芯片损坏降到最低，本发明技术实现难度不大，成本不高，却能实现各级直流转换电路的互相保护的功能，既保证直流转换电路所在电路板的安全也确保了整体价格的合理控制。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

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是本发明所提出的多级直流转换电路保护电路的一种实施例原理方框图；

图2是是本发明所提出的多级直流转换电路保护电路的一种实施例电路原理图。

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。

实施例一，本实施例提出了一种多级直流转换电路保护电路，如图1所示，至少包括初级直流转换电路和次级直流转换电路，初级直流转换电路和次级直流转换电路的输出端分别输出脉冲宽度调制电压信号，初级直流转换电路的输出端通过第一电感与所述次级的直流转换电路的输入端连接，初级直流转换电路输出的脉冲宽度调制电压信号经第一电感稳定电平输出后形成直流电压输入至次级直流转换电路中，初级直流转换电路的输入端连接电源适配器的输出端，本实施例的保护电路还包括第一开关电路、第一选频电路、以及第一触发器，初级直流转换电路的输入端通过第一开关电路连接电源适配器的输出端，第一选频电路的输入端与次级直流转换电路的输出端连接，第一选频电路的输出端分别与所述第一触发器的两个输入端连接，由于次级直流转换电路输出脉冲宽度调制电压信号，通过设置第一选频电路与次级直流转换电路输出的脉冲宽度调制信号频率一致，只有当次级直流转换电路正常输出设定频率信号时，经第一选频电路检测才能输出触发第一触发器的信号，第一触发器的输出端与所述第一开关电路的控制端连接，第一触发器输出高电平控制第一开关电路导通，因此电源适配器正常为直流转换电路提供直流电源，否则断开电源适配器为直流转换电路供电。次级直流转换电路正常输出设定频率的脉冲宽度调制信号的前提是初级转换电路及次级直流转换电路均能正常工作，任一级转换电路出现故障，次级直流转换电路都不能正常输出所设定频率的脉冲宽度调制信号，从而实现单点出现问题，全部电源网络都停止工作进行保护的状态，使芯片损坏降到最低，本发明技术实现难度不大，成本不高，却能实现各级直流转换电路的互相保护的功能，既保证直流转换电路所在电路板的安全也不会大幅度增加成本。其中，第一触发器优选采用D触发器实现。

例如在电视机芯板直流转换电路中，电源适配器输出5V直流电至直流转换电路中，直流转换电路主要有三级直流电压转换芯片，分别是5V转3.3V，3.3V转1.8V，以及1.8V转1V，因此本实施例的多级直流转换电路还包括第三级直流转换电路、第二选频电路、第二触发器、以及第三开关电路，第三级直流转换电路输出脉宽调制电压信号，第三级直流转换电路的输入端通过第二电感与次级直流转换电路的输出端连接，次级直流转换电路的使能端通过第三开关电路连接电源适配器的输出端，第二选频电路的输入端与第三级直流转换电路的输出端连接，第二选频电路的输出端分别与第二触发器的两个输入端连接，第二触发器的输出端与第三开关电路的控制端连接。由于第三级直流转换电路也同样输出脉宽调制电压信号，因此，通过设置第二选频电路和第二触发器用于检测第三级直流转换电路是否正常输出设定频率的电压信号，由于第一触发器能够控制来自于适配器直流电压的输入，以及初级直流转换电路的使能，因此，第二触发器只需控制次级直流转换电路和第三级直流转换电路的使能即可。

有些多级直流转换电路芯片对上电时序有较高的要求，本实施例中还包括第二开关电路，第二开关电路连接在初级直流转换电路的输入端与初级直流转换电路的使能端之间，第二开关电路的控制端通过上拉电阻与初级直流转换电路的输入端连接。通过对第一开关电路、第二开关电路的开关时间的正确选型，可以实现初级直流转换电路和次级直流转换电路的上电时序，从而满足有些对上电时序有较高要求的芯片工作。

为了保护第一触发器，防止上电瞬间电源适配器输出的电流倒灌至第一触发器中而损坏其内部器件，优选第一触发器的输出端通过一二极管与第一开关电路的控制端连接，该二极管的阳极与第一开关电路的控制端连接，阴极与第一触发器的输出端连接。

为了控制第三级直流转换电路的使能端，还包括与门电路，所述与门电路的其中一个输入端与所述次级直流转换电路的使能端连接，另外一个输入端与所述第二开关电路的控制端连接，所述与门电路的输出端与所述第三级直流转换电路的使能端连接。

下面将以一个包括有三级直流转换具体电路为例，详细说明本实施例的保护电路。

如图2所示，包括初级直流转换电路U1、次级直流转换电路U2、以及第三级直流转换电路U3，电源适配器输出5V的直流电压VIN_5V，在本实施例中，第一开关电路、第二开关电路、以及第三开关电路分别采用NMOS管实现，初级直流转换电路U1通过第一NMOS管Q1与VIN_5V连接，初级直流转换电路U1的使能端通过第二NMOS管Q2与初级直流转换电路U1的输入端连接，次级直流转换电路U2的使能端通过第三NMOS管Q3与VIN_5V连接，第一触发器U7和第二触发器U4均采用D触发器，本电路的工作原理如下：

全部直流转换电路均正常工作流程：电压适配器通过VIN_5V为直流转换电路供电，由于上电瞬间，所有NMOS管瞬间导通，因此第一触发器U7的Q端输出高电平，因此第一NMOS管Q1导通，初级直流转换电路U1的VIN上电，此时第二NMOS管Q2导通，初级直流转换电路U1的EN脚使能，U1正常工作输出3.3V，因此次级直流转换电路U2的VIN上电，同样，由于和第二触发器U4的上电感应电平使第三NMOS管Q3导通，次级直流转换电路U2的EN脚使能，U2正常输出1.8V，一方面，第三级直流转换电路U3的VIN上电，由于U1及U2的EN管脚都为高电平，与门电路U6输出高电平使能U3的EN脚，U3输出1V电压给单片机U5使其工作，另外一方面，第一选频电路与次级直流转换电路U2的输出端连接，第一选频电路的工作中心频率与次级直流转换电路U2输出频率一致，因此，第一选频电路输出高电平信号，使得第一触发器U7触发输出高电平，进而控制第一NMOS管Q1常导通。在本实施例中，第一选频电路由如图2所示的第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电阻R4、第五电阻R5、以及第六电阻R6搭建而成。U2正常输出1.8V，则第三级直流转换电路U3正常工作输出1V的脉宽调制信号，一方面第五电感将该1V的脉宽调制信号的稳定电平输出1V的直流电，供给电路中的相应器件，另外一方面第二选频电路与第三级直流转换电路U3的输出端连接，第二选频电路的工作中心频率与第三级直流转换电路U3输出频率一致，因此，第二选频电路输出高电平信号，使得第二触发器U4触发输出高电平，由于第二触发器U4与次级直流转换电路U2的使能端EN连接，因此次级直流转换电路U2正常工作，次级直流转换电路U2的使能端EN同时作为与门电路U6的其中一路输入端，而且与门电路U6的另外一路输入端与第二NMOS管的栅极连接，此时也为高电平，进而与门电路U6输出高电平，使能第三级直流转换电路U3的使能端EN脚。与第一选频电路的原理相似，第二选频电路由如图2中所示的第四电容C4，第五电容C5，第六电容C6、第八电阻R8、第九电阻R9、以及第十电阻R10搭建而成，组成一个只允许特定频率范围的信号通过的滤波电路。

初级直流转换电路U1出现损坏时工作流程： 当初级直流转换电路U1损坏时，由于次级直流转换电路U2的VIN_3.3V管脚接收电平错误，次级直流转换电路U2不正常工作，假设次级直流转换电路U2输出正常调制频率为100KHZ，而第一选频电路工作中心频率也会设定为100KHZ，由于次级直流转换电路U2的输入电压不正常，会导致输出频率变化，从而使100KHZ的第一选频电路不能检测出信号，进而使第一触发器U7不能触发，将第一NMOS管Q1的栅极电压拉为低电平，第一NMOS管Q1关闭，从而全面保护了后级电路及5V电源适配器。

次级直流转换电路U2出现损坏时工作流程： 当次级直流转换电路U2出现损坏时，第三级直流转换电路U3不能正常工作，这里假设第三级直流转换电路U3输出正常调制频率为500KHZ，而第三级直流转换电路U3的选频模块也即第二选频电路工作中心频率相应设定为500KHZ，由于第三级直流转换电路U3的输入电压不正常，会导致输出频率变化，从而使500KHZ的第二选频电路不能检测到信号，进而使第二触发器U4不能触发，使第三NOMS管Q3关闭，次级直流转换电路U2的使能管脚EN拉为低电平，次级直流转换电路U2不再工作，由于次级直流转换电路U2的使能管脚EN拉为低电平，则与门电路U6输出低电平，拉低第三级直流转换电路U3的使能管脚EN，使U3停止工作，实现U3的保护，同样由于第一触发器U7不能被第一选频电路及电感L5的正常触发而使输出Q端拉低，从而断开第一NOMS管Q1，保护5V适配器。

第三级直流转换电路U3出现损坏时工作流程： 当第三级直流转换电路U3损坏时，导致输出频率变化，从而使第二选频电路不能检测到信号，进而使第二触发器U4不能触发，使第三NMOS管Q3关闭，次级直流转换电路U2的使能管脚EN拉为低电平，次级直流转换电路U2不再工作，由于次级直流转换电路U2的使能管脚EN拉为低电平，则与门电路U6输出低电平，拉低第三级直流转换电路U3的使能管脚EN，使U3停止工作；由于次级直流转换电路U2停止工作，使得第一触发器U7不能第一选频电路触发，从而使第一NMOS管Q1关闭，进而初级直流转换电路U1停止工作，从而保护了正常芯片U1及U2。其中，第一选频电路与第一触发器U7之间连接有第三电感L3，第二选频电路与第二触发器U4之间连接有第四电感L4，第三电感L3和第四电感L4用于对选频电路输出的PWM信号的稳定电平输出。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多级直流转换电路保护电路，至少包括初级直流转换电路和次级直流转换电路，所述初级直流转换电路和次级直流转换电路分别输出脉冲宽度调制电压信号，所述初级直流转换电路的输出端通过第一电感与所述次级的直流转换电路的输入端连接，所述初级直流转换电路的输入端连接电源适配器的输出端，其特征在于：还包括第一开关电路、第一选频电路、以及第一触发器，所述初级直流转换电路的输入端通过所述第一开关电路连接电源适配器的输出端，所述第一选频电路的输入端与所述次级直流转换电路的输出端连接，所述第一选频电路的输出端分别与所述第一触发器的两个输入端连接，所述第一触发器的输出端与所述第一开关电路的控制端连接，所述第一选频电路与次级直流转换电路输出的脉冲宽度调制信号频率一致，当所述次级直流转换电路输出设定频率信号时，所述第一选频电路检测输出触发第一触发器的信号，所述第一触发器输出高电平控制第一开关电路导通，否则，所述第一开关电路不导通。

2.根据权利要求1所述的多级直流转换电路保护电路，其特征在于：还包括第二开关电路，所述第二开关电路连接在所述初级直流转换电路的输入端与所述初级直流转换电路的使能端之间，所述第二开关电路的控制端通过上拉电阻与所述初级直流转换电路的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的多级直流转换电路保护电路，其特征在于：所述第一触发器的输出端通过一二极管与所述第一开关电路的控制端连接。

4.根据权利要求2所述的多级直流转换电路保护电路，其特征在于：还包括第三级直流转换电路、第二选频电路、第二触发器、以及第三开关电路，所述第三级直流转换电路的输入端通过第二电感与所述次级直流转换电路的输出端连接，所述次级直流转换电路的使能端通过所述第三开关电路连接电源适配器的输出端，所述第二选频电路的输入端与所述第三级直流转换电路的输出端连接，所述第二选频电路的输出端分别与所述第二触发器的两个输入端连接，所述第二触发器的输出端与所述第三开关电路的控制端连接。

5.根据权利要求4所述的多级直流转换电路保护电路，其特征在于：还包括与门电路，所述与门电路的其中一个输入端与所述次级直流转换电路的使能端连接，另外一个输入端与所述第二开关电路的控制端连接，所述与门电路的输出端与所述第三级直流转换电路的使能端连接。

6.根据权利要求4所述的多级直流转换电路保护电路，其特征在于：所述第一触发器和/或第二触发器为D触发器。

7.根据权利要求4所述的多级直流转换电路保护电路，其特征在于：所述第一开关电路、第二开关电路、以及第三开关电路分别包括一NMOS管。

8.根据权利要求1所述的多级直流转换电路保护电路，其特征在于：所述第一选频电路与所述第一触发器之间连接有第三电感。

9.根据权利要求4所述的多级直流转换电路保护电路，其特征在于：所述第二选频电路与所述第二触发器之间连接有第四电感。