CN108322020A - 一种升压保护电路及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种升压保护电路及其控制方法，升压保护电路包括采样电路、比较控制电路，以及相应的控制方法实现BOOST升压电路当输入电压很接近升压输出电压时控制并关闭升压电路，当输入电压低于设定值时控制并打开升压电路，以解决现有BOOST升压电路中当输入电压接近升压输出电压时不能被关闭，且开关频率与占空比被降低到很低，以至于升压电路啸叫且升压电路的功率MOS管损耗发热大，易被损坏的问题，并且本发明易于设计，且可靠性高。

Description

一种升压保护电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种开关电源BOOST升压保护电路，适用于高电压、超宽输入范围的应用场合。
背景技术
近年来，随着光伏发电、超高压输电等电力行业的迅速发展，对超宽输入范围的电源需要越来越多，单级电源变换器已经很难通过设计出合适的功率器件来满足这么宽范围的输入电压。
现有技术中对于超宽输入范围的电源，往往通过在单级电源变换器的前级再增加一级如图1所示的BOOST升压电路，该升压电路由升压电感L1、升压二极管D1、升压电容C1和控制升压电容C1充放电的开关电路组成，其中控制升压电容C1充放电的开关电路为MOS管Q1，MOS管Q1由PWM控制电路控制其开通和关断。
增加BOOST升压电路的目的在于将输入电压范围为A到B之间的输入电压进行分段处理，当输入电压范围在A到C之间时通过BOOST升压电路将输入电压升到C点电压，当输入电压范围在C到B之间时BOOST升压电路的开关电路常开，输入电压经升压电感L1直接输入至后级变换器，其中三点电压的大小关系为A＜C≤B，通过这样的方法从而能减小前后两级变换器的输入电压范围。
例如，某车载控制系统要求输入电压范围为150～1000VDC，输出直流电压包括24V、220V等，总功率为数百瓦。前级变换器的控制策略为：当输入电压为150V～600V之间时通过前级BOOST升压电路将输入电压升高为600V；当输入电压为600V～1000V时，BOOST升压电路的开关电路常开，输入电压经升压电感L1直接输入至后级变换器。
但是在上述情况下，现有的BOOST升压电路在输入电压很接近输出电压点C的时候，就会出现BOOST升压电路中的升压功率MOS管Q1发热损耗大，并且出现BOOST升压电路啸叫，其原因是，当输入电压很接近输出电压点C的时候，升压电路的频率会降到很低，此时占空比也会降到很小，当输入电压越接近输出电压，这种变化的趋势越明显，当开关频率降低到一定程度的时候，人耳就能听到升压电路的啸叫声，当占空比小到一定程度时，将使MOS管无法正常导通，一直处于线性工作状态，从而导致MOS管发热损耗很严重，最终导致MOS管失效。
现有技术中一方面通过提升BOOST升压电路的开关频率，当输入电压接近输出电压点C的时候，使开关频率无法再降低到人耳能听到的范围，从而避免听到升压电路的啸叫声，但是开关频率的提升，将进一步导致占空比更小，将使MOS管的损耗进一步的加大，使MOS管发热损耗更严重；另一方面通过并联多个MOS管来分担一部分热量，从而保护MOS管不被损坏，但是将导致产品成本高，且产品尺寸更大。
因此，有必要对现有技术进行改进。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题之一为提供一种升压保护电路，以解决现有BOOST升压电路啸叫，且功率MOS发热大的问题；同时，本发明还提供一种该升压保护电路对应的控制方法，此为本发明要解决的技术问题之二。
为解决上述第一个技术问题，本发明通过以下技术措施实现：
一种升压保护电路，其特征在于包括：采样电路、比较控制电路；采样电路的一端用于连接升压电路的输入正端，采样电路的另一端用于连接升压电路的输入地；比较控制电路的输入端连接采样电路的输出端；比较控制电路的输出端用于连接升压电路的PWM控制电路；采样电路用于采样升压电路的输入电压并输出采样信号至比较控制电路，比较控制电路用于将采样信号与设定值进行比较，并输出控制信号至升压电路的PWM控制电路，控制升压电路是否工作。
优选地，设定值为升压电路的输出电压减去一个电压差。
作为上述技术方案的改进，比较控制电路还用于产生回差电压。
作为上述采样电路的具体实施方式，由多个电阻串联组成，其中一个串联点为采样电路的输出端。
作为上述比较控制电路的第一种具体的实施方式，由比较器和两只电阻组成，比较器的同相输入端串联一只电阻后连接基准电压，比较器的反相输入端为比较控制电路的输入端，比较器的输出端为比较控制电路的输出端，比较器的输出端通过串联另外一只电阻后连接到同相输入端。
作为上述比较控制电路的第二种具体的实施方式，由比较器、二极管和两只电阻组成，比较器的同相输入端串联一只电阻后连接基准电压，比较器的反相输入端为比较控制电路的输入端，比较器的输出端为比较控制电路的输出端，比较器的输出端依次经二极管的阳极、二极管的阴极和另外一只电阻后连接至比较器的同相输入端。
作为上述比较控制电路的第三种具体的实施方式，由比较器、二极管和两只电阻组成，比较器的同相输入端串联一只电阻后连接基准电压，比较器的反相输入端为比较控制电路的输入端，比较器的输出端为比较控制电路的输出端，比较器的输出端依次经另外一只电阻、二极管的阳极和二极管的阴极后连接至比较器的同相输入端。
作为上述PWM控制电路的一种具体的实施方式，由控制芯片组成。
为解决上述第二个技术问题，本发明通过以下技术措施实现：
一种上述升压保护电路的控制方法，当采样信号高于设定值时，控制并关闭升压电路；当采样信号低于设定值时，控制打开升压电路，此时升压电路正常工作。
一种上述升压保护电路改进技术方案的控制方法，当采样信号高于设定值时，控制并关闭升压电路；当采样信号低于设定值减回差电压时，控制打开升压电路，此时升压电路正常工作。
术语解释：
回差电压：电路设计时，将采样信号触发升压电路关闭的电压设计为大于采样信号触发升压电路打开的电压，这种触发信号存在差距的情况称为回差现象，这两个电压的差值则称为回差电压，设计回差电压值可用于防止比较控制电路抖动，由于其值很小，不影响升压电路的工作效果。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本方案同样可实现BOOST升压电路功能；
2、本方案可以有效保护功率管不被损坏；
3、本发明易于设计，且可靠性高。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1为现有方案BOOST升压电路图；
图2为本发明的电路原理框图；
图3为本发明实施例一的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示为本发明的电路原理框图，在现有升压电路的基础上增加：采样电路、比较控制电路。
本电路原理框图完整的连接关系为：采样电路的一端连接升压电路的输入正端，采样电路的另一端连接升压电路的输入地；比较控制电路的输入端连接采样电路的输出端；比较控制电路的输出端连接PWM控制电路。
针对比较控制电路还用于产生回差电压的改进技术方案，本发明的工作原理分析如下：
当升压电路将输入范围为A到B之间的输入电压升压到C点电压(其中A＜C≤B)时，采样电路采样升压电路的输入电压，当输入电压很接近升压电路的输出电压C值时(即升压电路的输入电压与输出电压C之间存在一个电压差ΔV，其中ΔV很小，并不影响升压电路的工作效果)，也就是当采样信号高于设定值(C-ΔV)时，比较控制电路产生回差电压并输出控制信号至PWM控制电路，控制并关闭升压电路，也就是说，升压电路的输入电压与输出电压至少会存在一个最小电压差ΔV，以至于升压电路的频率不会被降低到很小，占空比也不会被降低到很小，从而能够保证升压电路不会发出啸叫声，并且能够可靠的保护升压电路的功率管不被损坏，当采样信号低于设定值(C-ΔV)减回差电压时，比较控制电路产生回差电压并输出控制信号至PWM控制电路，控制打开升压电路，此时升压电路正常工作。
实施例一
如图3所示为本发明实施例一的电路原理图，遵循图2所示的电路原理框图，在现有升压电路的基础上增加：采样电路、比较控制电路；
其具体电路组成如下：
采样电路为：电阻R1、R2；
比较控制电路为：比较器U1、基准电压Ref、电阻R3、电阻R4；
PWM控制电路为：控制芯片；
本实施例完整的连接关系为：采样电阻R1、R2相串连的一端连接升压电路的输入正端，另一端连接升压电路的输入地，串连点为采样电路的输出端；比较器U1的反相输入端连接采样电路的输出端，同相输入端串联电阻R3后连接基准电压Ref，输出端串联电阻R4后连接比较器U1的同相输入端；比较器U1的输出端为比较控制电路的输出端；比较控制电路的输出端连接PWM控制电路；工作原理同同上，在此不赘述。
作为实施例一的简单变换，比较控制电路还包括一只二极管，此时比较器的输出端和同相输入端之间串联的则是电阻R4和该二极管，电阻R4和该二极管的位置可以互换，即包括两种串联方法：(1)比较器的输出端依次经二极管的阳极、二极管的阴极和电阻R4后连接至比较器的同相输入端；(2)比较器的输出端依次经电阻R4、二极管的阳极和二极管的阴极和后连接至比较器的同相输入端。
本发明的实施方式不限于此，按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明中具体实施电路还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种升压保护电路，其特征在于包括：采样电路、比较控制电路；采样电路的一端用于连接升压电路的输入正端，采样电路的另一端用于连接升压电路的输入地；比较控制电路的输入端连接采样电路的输出端；比较控制电路的输出端用于连接升压电路的PWM控制电路；采样电路用于采样升压电路的输入电压并输出采样信号至比较控制电路，比较控制电路用于将采样信号与设定值进行比较，并输出控制信号至升压电路的PWM控制电路，控制升压电路是否工作。
2.根据权利要求1所述的升压保护电路，期特征在于：设定值为升压电路的输出电压减去一个电压差。
3.根据权利要求2所述的升压保护电路，期特征在于：比较控制电路还用于产生回差电压。
4.根据权利要求1所述的升压保护电路，期特征在于：采样电路由多个电阻串联组成，其中一个串联点为采样电路的输出端。
5.根据权利要求1所述的升压保护电路，期特征在于：比较控制电路由比较器和两只电阻组成，比较器的同相输入端串联一只电阻后连接基准电压，比较器的反相输入端为比较控制电路的输入端，比较器的输出端为比较控制电路的输出端，比较器的输出端通过串联另外一只电阻后连接到同相输入端。
6.根据权利要求1所述的升压保护电路，期特征在于：比较控制电路由比较器、二极管和两只电阻组成，比较器的同相输入端串联一只电阻后连接基准电压，比较器的反相输入端为比较控制电路的输入端，比较器的输出端为比较控制电路的输出端，比较器的输出端依次经二极管的阳极、二极管的阴极和另外一只电阻后连接至比较器的同相输入端。
7.根据权利要求1所述的升压保护电路，期特征在于：比较控制电路由比较器、二极管和两只电阻组成，比较器的同相输入端串联一只电阻后连接基准电压，比较器的反相输入端为比较控制电路的输入端，比较器的输出端为比较控制电路的输出端，比较器的输出端依次经另外一只电阻、二极管的阳极和二极管的阴极后连接至比较器的同相输入端。
8.根据权利要求1所述的升压保护电路，期特征在于：PWM控制电路由控制芯片组成。
9.一种权利要求1至2及4至8任一项所述的升压保护电路的控制方法，其特征在于：当采样信号高于设定值时，控制并关闭升压电路；当采样信号低于设定值时，控制打开升压电路，此时升压电路正常工作。
10.一种权利要求3所述的升压保护电路的控制方法，其特征在于：当采样信号高于设定值时，控制并关闭升压电路；当采样信号低于设定值减回差电压时，控制打开升压电路，此时升压电路正常工作。
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