CN108258654A - 一种dc稳压变换器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种DC稳压变换器，包括升压斩波电路、bypass通路和开关模块，所述升压斩波电路设于所述电源端及负载端间，所述DC稳压变换器还包括第一过流保护模块及第二过流保护模块；所述第一过流保护模块与所述升压斩波电流并联于所述电源端与负载端间，当所述升压斩波电路过流时，所述第一过流保护模块对所述升压斩波电路分断；所述第二过流保护模块设于所述第一过流保护模块与所述升压斩波电路的连接节点处，当所述升压斩波电路过流时，所述第二过流保护模块对所述升压斩波电路关断。采用上述技术方案后，在起停系统短路后可快速切断起停系统内的电路，且在前期研发测试时，可测试任意的参数。

Description

一种DC稳压变换器及其控制方法

技术领域

本发明涉及车辆起停控制领域，尤其涉及一种DC稳压变换器及其控制方法。

背景技术

车辆起停控制领域内，经常需要用到DC稳压变换器来在启停过程中，为后级负载比如车载娱乐设备提供持续的供电。但当起停控制系统的负载端过流/短路时，DC稳压变换器除了上报故障信息外，功率电路区域无法进行任何保护操作。具体地，DC稳压变换器由于自身无法完全断开的缺陷，导致DC稳压变换器在故障状态下不能进行任何断开的操作，由此会造成功率器件被烧毁进而引起起火冒烟。若是塑料壳体，更易在整车上引起更大范围的伤害或威胁人生安全。

因此，需要一种新型的DC稳压变换器，在起停系统短路后可快速切断起停系统内的电路，且在前期研发测试时，可测试任意的参数。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种DC稳压变换器及其控制方法。

本发明公开了一种DC稳压变换器，包括升压斩波电路、bypass通路、开关模块，所述升压斩波电路设于所述电源端及负载端间，所述DC稳压变换器还包括第一过流保护模块及第二过流保护模块；所述第一过流保护模块与所述升压斩波电流并联于所述电源端与负载端间，当所述升压斩波电路过流时，所述第一过流保护模块对所述升压斩波电路分断；所述第二过流保护模块设于所述第一过流保护模块与所述升压斩波电路的连接节点处，当所述升压斩波电路过流时，所述第二过流保护模块对所述升压斩波电路关断。

优选地，所述第一过流保护模块包括：设于所述bypass通路内的bypass开关S1；所述bypass开关S1为继电器S1或半导体器件，当所述负载端短路时，所述继电器S1或半导体器件断开。

优选地，所述第二过流保护模块包括：开关S2及采样电阻；所述开关S2和采样电阻串接在所述电源端与所述升压斩波电路间，所述开关S2根据所述采样电阻采样的电流值开启或关断。

优选地，所述开关S2和采样电阻串接在所述连接节点与所述升压斩波电路间。

优选地，所述采样电阻串接在所述连接节点与所述升压斩波电路间；所述开关S2串接在所述电源端与所述连接节点间。

优选地，所述第二过流保护模块包括：开关S2及开关S3；所述开关S2和开关S3串接在所述电源端与所述升压斩波电路间，所述开关S2及所述开关S3在所述DC稳压变换器过流时关断。

优选地，所述开关S2和开关S3串接在所述连接节点与所述升压斩波电路间。

优选地，所述开关S3串接在所述连接节点与所述升压斩波电路间；所述开关S2串接在所述电源端与所述连接节点间。

优选地，所述DC稳压变换器还包括控制单元，所述控制单元与所述采样电阻和开关S2连接，以接收所述采样电阻检测的检测电流值；所述控制单元内置一电流阈值，并将所述检测电流值与所述电流阈值比较，以发送控制指令至所述开关S2。

本发明又公开了一种DC稳压变换器控制方法，包括以下步骤：

步骤1：一第二过流保护模块对升压斩波电路进行电流/电压检测；

步骤2：当所述升压斩波电路过载时，断开所述升压斩波电路内的MOS管T1；

步骤3：当与所述升压斩波电路连接的负载端过载时，断开与所述升压斩波电路并联的第一过流保护模块；

步骤3’：当所述升压斩波电路的内部功率区域短路时，断开所述第二过流保护模块。

优选地，所述步骤3’与步骤3同步执行，且当所述步骤3’判断完毕后，继续执行步骤3。

优选地，所述步骤3’与步骤3同步执行，且所述DC稳压变换器控制方法还包括：步骤4：上报所述第一过流保护模块和所述第二过流保护模块的状态信息。

优选地，所述第二过流保护模块包括开关S2及开关S3；所述步骤3’中，断开所述开关S2；所述DC稳压变换器控制方法还包括：步骤4’：断开所述开关S3；步骤5：上报所述第一过流保护模块和所述开关S2及开关S3的状态信息。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.当bypass开关S1短路后，DC稳压变换器仍可保有短路保护的功能，不会造成过热烧毁的情况；

2.第二过流保护模块可保护升压斩波电路；

3.智能定义DC稳压变换器的保护等级。

附图说明

图1为符合本发明第一优选实施例的DC稳压变换器的电路结构示意图；

图2为符合本发明第二优选实施例的DC稳压变换器的电路结构示意图；

图3为符合本发明第三优选实施例的DC稳压变换器的电路结构示意图；

图4为符合本发明第四优选实施例的DC稳压变换器的电路结构示意图。

图5-图6为不同优选实施例中DC稳压变换器的电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

车辆起停控制系统中，DC稳压变换器向各器件提供稳定、快速的电源。其包括有升压斩波电路、bypass通路和开关模块，升压斩波电路设置于电源端与负载端间，可实现向负载输出高于电源电压的电压。在DC稳压变换器内，为了保护升压斩波电路，进一步包括有第一过流保护模块及第二过流保护模块，该第一过流保护模块与升压斩波电流并联，且并联在电源端与负载端间，升压斩波电路过流时，第一过流保护模块将对升压斩波电路进行分断，以断开升压斩波电路在DC稳压变换器中的连接。而第二过流保护模块设于第一过流保护模块与升压斩波电路的连接节点处，当升压斩波电路过流时，第二过流保护模块对升压斩波电路关断，也即对升压斩波电路的断开保护，由第一过流保护模块和第二过流保护模块组成“双保险”，且第二过流保护模块同时保护着第一过流保护模块，防止其被大电流烧坏。

本发明中，针对第一过流保护模块，均使用了由bypass开关S1组成第一过流保护模块，并将该bypass开关S1选择为继电器S1或为半导体器件，利用继电器的大电流关断效应，保证了负载端短路时，继电器S1或为半导体器件断开起到短路保护的效果。而第二过流保护模块，则由以下多个实施方式择一实现。

实施例一

参阅图1，在该实施例中，第二过流保护模块包括有开关S2及采样电阻。开关S2和采样电阻串接在电源端与升压斩波电路间，并进一步地，开关S2和采样电阻串接在第一过流保护模块与升压斩波电路的连接节点与升压斩波电路间。当继电器S1或半导体器件断开时，通常大电流将通过电源端与负载端间的升压斩波电路流通，进而烧毁升压斩波电路。通过开关S2和采样电阻的设置，开关S2可配置为在继电器S1或半导体器件断开后自动断开，或由使用者手动断开，再或是利用采样电阻的阻抗，将流至升压斩波电路的电流减小，降低其被烧坏的可能性。

实施例二

参阅图2，在该实施例中，同样设有开关S2和采样电阻。其中采样电阻的设置未发生变化，而开关S2设置的位置，则在电源端与上述连接节点间，也即继电器S1所形成的第一过流保护模块与升压斩波电路并联后，才与开关S2并联。此时开关S2可保护的功率电路区域将同时涵盖第一过流保护模块及升压斩波电路，工作时，开关S2所能承载的电流大小将大于继电器S1或半导体器件的额定电流，在开关S2未因大电流被动断开时，继电器S1或半导体器件将始终工作，则将尽可能地将升压斩波电路无法分断的特点屏蔽到最小。

实施例三

参阅图3，在该实施例中，第二过流保护模块包括有开关S2及开关S3，其中，开关S2和开关S3一同串接在电源端与升压斩波电路间，开关S2视为总保护开关及备用保护开关，而开关S3则视为功率电路的保护开关，开关S3在DC稳压变换器过流时关断，以保护升压斩波电路，而若开关S3失效时，开关S2关断，将关断整个升压斩波电路及第一过流保护模块。且该实施例中的实施方式，可对boost和bypass两条支路分别提供独立的过载保护以及双重保护功能，可保证关断升压斩波电路的同时，利用bypass继续为负载端提供电流。

实施例四

参阅图4，在该实施例中，与实施例三的区别在于，开关S2和开关S3均串接在连接节点及升压斩波电路间，为对升压斩波电路的双重保护，而bypass路的过载保护，仍由继电器S或半导体器件自身完成。当大电流流入时，开关S2和开关S3将择一地或同时地关闭，以保护升压斩波电路，而继电器S1或半导体器件将根据自身设置，保留bypass路的通路，或断开保护继电器S1或半导体器件自身。该实施例的设置，以保留电源端向负载端的连通为主，且可保证升压斩波电路不被损坏。

在上述实施例一和实施例二中，DC稳压变换器还可包括一控制单元，控制单元分别与采样电阻及开关S2连接，流过采样电阻的电流值将经由采样电阻采样后检测。随之，采样电阻将发送检测的电流值至控制单元。在控制单元内，设有一电流阈值，控制单元将会把接收的检测电流值与预设的电流阈值进行比较，当电流阈值大于检测电流值，也即流过采样电阻和升压斩波电路的电流在可接受范围内时，将不会控制开关S2断开，电流可继续流过升压斩波电路；当电流阈值小于检测电流值，也即流过采样电阻和升压斩波电路的电流过大时，将控制开关S2断开，以保护升压斩波电路。上述以软件控制形式实现的智能关断模式，也可由硬件形式的测量电路和回差比较电路来实现。

参阅图5-图6，在上述实施例三或实施例四中，均可在原有的第一过流保护模块及第二过流保护模块内设有采样电阻RS，连接在连接节点与升压斩波电路间，以实时对电流采样。

具有上述配置后，对于DC稳压变换器在短路或大电流下进行防短路控制时，以以下步骤执行：

步骤1：设置在电源端与升压斩波电路间的第二过流保护模块对升压斩波电路进行电流或电压的检测，实时地获取流经第二过流保护模块的电流。由于第二过流保护模块与升压斩波电路串接，因此，所检测的第二过流保护模块电流即为流经升压斩波电路的电流；

步骤2：若第二过流保护模块检测的电流过大，或大于预设的阈值，使得升压斩波电路过载时，升压斩波电路将启动保护机制，其内的MOS管T1将断开，使得第二过流保护模块与负载端间的通路断开，防止升压斩波电路受短路或大电流烧坏；

步骤3：若过载发生于与升压斩波电路连接的负载端时，将控制断开与升压斩波电路并联的第一过流保护模块。由于负载端通过第一过流保护模块连接的bypass支路和升压斩波电路提供的boost支路供流，因此，仅通过第二过流保护模块的控制无法完全隔离负载端，需要控制第一过流保护模块切断bypass支路，以实现过载的负载端的断流；

步骤3’：若升压斩波电路的内部功率区域短路时，将选择断开第二过流保护模块，以将升压斩波电路自DC稳压变换器内隔出，而第一过流保护模块所连接bypass支路仍将向负载端供流。

可以理解的是，上述步骤3及步骤3’为两种不同情况下所实施的保护方式，若两情况同时发生时，则依次地先执行步骤3’，将升压斩波电路隔出，而后在执行步骤3，保护负载端。且优选地，控制方法还包括有一步骤4：第一过流保护模块和第二过流保护模块断开后，各自上报自身的状态信息至设有DC稳压变换器的设备的控制单元内，使得使用者可获知其实时的状态。

在具体实现第二过流保护模块的控制时，将首先断开第二过流保护模块中串接在电源端与连接节点间的开关S2，以关闭DC稳压变换器的总路，而后再行关闭串接在连接节点与升压斩波电路间的开关S3，进一步保证升压斩波电路不再连接在电路中，并最后如上文所述的，将开关S2及开关S3开关与否的状态信息上报。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (13)

1.一种DC稳压变换器，包括升压斩波电路、bypass通路和开关模块，所述升压斩波电路设于电源端及负载端间，其特征在于，

所述DC稳压变换器还包括第一过流保护模块及第二过流保护模块；

所述第一过流保护模块与所述升压斩波电流并联于电源端与负载端间，当所述升压斩波电路过流时，所述第一过流保护模块对所述升压斩波电路分断；

所述第二过流保护模块设于所述第一过流保护模块与所述升压斩波电路的连接节点处，当所述升压斩波电路过流时，所述第二过流保护模块对所述升压斩波电路关断。

2.如权利要求1所述的DC稳压变换器，其特征在于，

所述第一过流保护模块包括：设于所述bypass通路内的bypass开关S1；

所述bypass开关S1为继电器S1或半导体器件，当所述负载端短路时，所述继电器S1或半导体器件断开。

3.如权利要求2所述的DC稳压变换器，其特征在于，

所述第二过流保护模块包括：开关S2及采样电阻；

所述开关S2和采样电阻串接在所述电源端与所述升压斩波电路间，所述开关S2根据所述采样电阻采样的电流值开启或关断。

4.如权利要求3所述的DC稳压变换器，其特征在于，

所述开关S2和采样电阻串接在所述连接节点与所述升压斩波电路间。

5.如权利要求3所述的DC稳压变换器，其特征在于，

所述采样电阻串接在所述连接节点与所述升压斩波电路间；

所述开关S2串接在所述电源端与所述连接节点间。

6.如权利要求2所述的DC稳压变换器，其特征在于，

所述第二过流保护模块包括：开关S2及开关S3；

所述开关S2和开关S3串接在所述电源端与所述升压斩波电路间，所述开关S2及所述开关S3在所述DC稳压变换器过流时关断。

7.如权利要求6所述的DC稳压变换器，其特征在于，

所述开关S2和开关S3串接在所述连接节点与所述升压斩波电路间。

8.如权利要求6所述的DC稳压变换器，其特征在于，

所述开关S3串接在所述连接节点与所述升压斩波电路间；

所述开关S2串接在所述电源端与所述连接节点间。

9.如权利要求2-8任一项所述的DC稳压变换器，其特征在于，

所述DC稳压变换器还包括控制单元，所述控制单元与所述采样电阻和开关S2连接，以接收所述采样电阻检测的检测电流值；

所述控制单元内置一电流阈值，并将所述检测电流值与所述电流阈值比较，以发送控制指令至所述开关S2。

10.一种DC稳压变换器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：一第二过流保护模块对升压斩波电路进行电流/电压检测；

步骤2：当所述升压斩波电路过载时，断开所述升压斩波电路内的MOS管T1；

步骤3：当与所述升压斩波电路连接的负载端过载时，断开与所述升压斩波电路并联的第一过流保护模块；

步骤3’：当所述升压斩波电路的内部功率区域短路时，断开所述第二过流保护模块。

11.如权利要求10所述的DC稳压变换器控制方法，其特征在于，

所述步骤3’与步骤3同步执行，且当所述步骤3’判断完毕后，继续执行步骤3。

12.如权利要求10所述的DC稳压变换器控制方法，其特征在于，

所述步骤3’与步骤3同步执行，且所述DC稳压变换器控制方法还包括：

步骤4：上报所述第一过流保护模块和所述第二过流保护模块的状态信息。

13.如权利要求10所述的DC稳压变换器控制方法，其特征在于，

所述第二过流保护模块包括开关S2及开关S3；

所述步骤3’中，断开所述开关S2；

所述DC稳压变换器控制方法还包括：

步骤4’：断开所述开关S3；

步骤5：上报所述第一过流保护模块和所述开关S2及开关S3的状态信息。