CN109600046B - 故障自动切换dc-dc变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及变换器，具体为故障自动切换DC‑DC变换器，包括输入模块和输出模块，输入模块包括磁复位电路和第三MOS管；输出模块包括第一MOS管、第二MOS管、第四MOS管、二极管D1、第一辅助绕组、第二辅助绕组、滤波电感L和滤波电容C；变换电路包括主变换电路和备用变换电路，主变换电路和备用变换电路之间设置有切换模块；第二MOS管的VGS电压为两组辅助绕组电压相叠加，从而解决第二MOS管的驱动电压不足的问题，另外，由于第一MOS管低于第二MOS管的栅极电压，也进一步提高了其可靠性，在主变换电路出现故障时，将主变换电路移出工作回路并将备用变换电路接入工作回路，提高工作可靠性。

Description

故障自动切换DC-DC变换器
技术领域
本发明涉及变换器，尤其是涉及故障自动切换DC-DC变换器。
背景技术
同步整流技术的出现提高故障自动切换DC-DC变换器的效率，图1是现有技术中一种典型的采用同步整流技术的故障自动切换DC-DC变换器的结构示意图。
在图1所示的实施例中，存在着以下关系公式：
VIN*D*NS/NP＝VOUT (式1)
VGS＝VOUT/(1-D) (式2)
其中，VIN：输入电压；D：该输入电压的工作占空比；NP：变压器原边匝数；NS：变压器副边匝数；VOUT：输出电压；VGS是Q2的驱动电压。
从上述式1可知，当VIN增大时，D会变小；从上述式2可知当D变小，VGS也会变小。
这样，当输入高压时，占空比D将会变小，Q3的VGS电压将会变低，存在整流管Q3的VGS电压过低，同步整流MOS管Q3不能够完全导通，使得工作效率下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有较高的效率和可靠性的故障自动切换DC-DC变换器。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：
故障自动切换DC-DC变换器，包括变换电路，所述变换电路包括通过变压器相互耦合的输入模块和输出模块；所述输入模块包括与变压器的原边并联的磁复位电路和其漏极与变压器的原边串联的第三MOS管；所述输出模块包括第一MOS管、第二MOS管、第四MOS管、二极管D1、第一辅助绕组、第二辅助绕组、滤波电感L和滤波电容C；所述第一辅助绕组和第二辅助绕组串联并与所述变压器的原边相耦合；所述第一MOS管的漏极与所述变压器的副边相耦合，其栅极分别与所述第二辅助绕组一端、第四MOS管的栅极和二极管D1的阴极耦合，其源极分别与所述第二MOS管的源极、滤波电容C的一端、第四MOS管的源极和二极管D1的阳极耦合；所述第二MOS管的漏极分别与所述变压器的副边和所述滤波电感L耦合，其栅极与所述第一辅助绕组耦合；所述滤波电容C的另一端与所述滤波电感L耦合；所述第四MOS管的漏极分别与第一辅助绕组和第二辅助绕组相耦合；所述变换电路设置有2个，分别为主变换电路和备用变换电路，所述主变换电路和备用变换电路之间设置有用于将主变换电路移出工作回路并将备用变换电路接入工作回路的切换模块。
通过采用上述技术方案，第二MOS管的VGS电压为两组辅助绕组电压相叠加，从而解决第二MOS管的驱动电压不足的问题，并且第一辅助绕组和第二辅助绕组可以分时复用，可以进一步压缩其绕组的圈数，减少其体积，另外，由于第一MOS管低于第二MOS管的栅极电压，也进一步提高了其可靠性，在主变换电路出现故障时，将主变换电路移出工作回路并将备用变换电路接入工作回路，提高工作可靠性。
本发明进一步设置为：所述切换模块包括切换电路和检测电路，所述切换电路在主变换电路无输出时将主变换电路移出工作回路并将备用变换电路接入工作回路，所述检测电路用于接收启动信号并响应于启动信号而控制切换电路的启停。
通过采用上述技术方案，在接收到启动信号后，检测电路控制切换电路启动，在出现异常而使得主变换电路无输出时，将主变换电路移出工作回路并将备用变换电路接入工作回路，由备用变换电路进行电能变换的工作，提高工作可靠性。
本发明进一步设置为：所述切换电路包括电流检测电路、第一比较器、第五MOS管和第一继电器，所述电流检测电路用于检测主变换电路输出端的电流，所述第一比较器对电流检测电路的输出值与电流预设值进行比较以控制第五MOS管的通断，所述第一继电器的线圈连接于第五MOS管，所述第一继电器的常闭触点连接于主变换电路与工作回路之间，常开触点连接于备用变换电路与工作回路之间。
通过采用上述技术方案，在主变换电路无输出时，第一比较器根据电流检测电路的输出值与电流预设值进行比较的结果控制第五MOS管导通，第一继电器得电动作，断开主变换电路与工作回路，并接通备用变换电路与工作回路，由备用变换电路进行电能变换的工作，提高工作可靠性。
本发明进一步设置为：所述检测电路包括启动开关和第二继电器，所述启动开关连接于第二继电器的通电回路，所述第二继电器的常开触点连接于第一继电器的通电回路。
通过采用上述技术方案，当需要启动自动切换备用变换电路的功能时，闭合启动开关以向第二继电器发送启动信号，第二继电器得电动作，接通第一继电器的通电回路。
本发明进一步设置为：所述检测电路还包括电压检测电路、第二比较器和第六MOS管，所述电压检测电路对工作回路的电压进行检测，所述第二比较器对电压检测电路的输出值与电压预设值进行比较以控制第六MOS管的通断，所述第六MOS管连接于第二继电器。
通过采用上述技术方案，在工作回路的前端电压过低时，第二比较器控制第六MOS管断开第二继电器的通电回路，减少电能的消耗。
本发明进一步设置为：所述第一继电器为通电延时的时间继电器。
通过采用上述技术方案，经延时后才切换到备用变换电路，确保主变换电路无输出。
本发明进一步设置为：所述第一继电器的线圈串联有切换提示灯。
通过采用上述技术方案，对备用切换电路的工作状态进行提示，并提醒工作人员及时发现异常。
本发明进一步设置为：所述第二继电器的线圈串联有工作提示灯。
通过采用上述技术方案，对检测电路的工作状态进行提示，方便了解设备的工作状态。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.第二MOS管的VGS电压为两组辅助绕组电压相叠加，从而解决第二MOS管的驱动电压不足的问题；
2.第一辅助绕组和第二辅助绕组可以分时复用，可以进一步压缩其绕组的圈数，减少其体积；
3.在主变换电路出现故障时，将主变换电路移出工作回路并将备用变换电路接入工作回路，提高工作可靠性。
附图说明
图1是现有技术中的故障自动切换DC-DC变换器的结构示意图；
图2是本实施例的结构示意图；
图3是本实施例中变换电路的结构示意图。
附图标记：1、变换电路；2、变压器；3、磁复位电路；4、第三MOS管；5、第一MOS管；6、第二MOS管；7、第四MOS管；8、第一辅助绕组；9、第二辅助绕组；10、电流检测电路；11、第一比较器；12、第五MOS管；13、第一继电器；14、启动开关；15、第二继电器；16、电压检测电路；17、第六MOS管；18、第二比较器；19、切换提示灯；20、工作提示灯。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图2，为本发明公开的故障自动切换DC-DC变换器，包括变换电路1，变换电路1共设置有2个，分别为主变换电路1和备用变换电路1，主变换电路1连接于工作回路中，工作回路的前端连接用于为变换电路1提供直流电的电源，工作回路的后端连接变换电路1的输出端，为后续用电器提供变换后的电能。
工作回路的前端连接有电压检测电路16，对工作回路前端的电压进行检测，电压检测电路16具体为电压互感器，电压检测电路16的输出端电连接有第二比较器18，第二比较器18将电压检测电路16的输出值与第二预设值Vref2进行比较，并且在电压检测电路16的输出值小于第二预设值Vref2时，第二比较器18输出高电平信号。
第二比较器18的输出端与一第六MOS管17的栅极电连接，第六MOS管17的源极接地，漏极与电源VCC之间电连接有第二继电器15，第二继电器15的线圈K2与电源VCC之间电连接有工作提示灯20，工作提示灯20为LED灯，在工作提示灯20与电源VCC之间电连接有自锁型的启动开关14，闭合启动开关14，在第二比较器18输出高电平信号时，第六MOS管17导通，第二继电器15动作，工作提示灯20开启。
工作回路的后端连接有电流检测电路10，对工作回路输后端的电流进行检测，电流检测电路10具体为电流互感器，电流检测电路10的输出端电连接有第一比较器11，第一比较器11将电流检测电路10的输出值与第一预设值Vref1进行比较，并且在电流检测电路10的输出值小于第一预设值Vref1时，第一比较器11输出高电平信号。
第一比较器11的输出端与一第五MOS管12的栅极电连接，第五MOS管12的源极接地，漏极与电源VCC之间电连接有第一继电器13，第一继电器13为通电延时的时间继电器，第一继电器13的线圈K1与电源VCC之间电连接有切换提示灯19，切换提示灯19为LED灯，第二继电器15的常开触点K2-1电连接于切换提示灯19与电源VCC之间，第一继电器13的延时断开常闭触点K1-1和K1-3分别电连接于主变换电路1的输出端和输入端，其延时闭合常开触点K1-2和K1-3分别连接于备用变换电路1的输出端和延时断开常闭触点K1-1远离主变换电路1的端部以及备用变换电路1的输入端和延时断开常闭触点K1-3远离主变换电路1的端部。在第一比较器11输出高电平信号时，第五MOS管12导通，第一继电器13动作，切换提示灯19开启。
如图3所示，变换电路1包括通过变压器2相互耦合的输入模块和输出模块，其中输入模块包括与变压器2的原边并联的磁复位电路3和其漏极与变压器2的原边串联的第三MOS管4；输出模块包括第一MOS管5、第二MOS管6、第四MOS管7、二极管D1、第一辅助绕组8、第二辅助绕组9、滤波电感L和滤波电容C。
第一辅助绕组8和第二辅助绕组9串联并与变压器2的原边相耦合；第一MOS管5的漏极与变压器2的副边相耦合，其栅极分别与第二辅助绕组9一端、第四MOS管7的栅极和二极管D1的阴极耦合，其源极分别与第二MOS管6的源极、滤波电容C的一端、第四MOS管7的源极和二极管D1的阳极耦合；第二MOS管6的漏极分别与变压器2的副边和滤波电感L耦合，其栅极与第一辅助绕组8耦合；滤波电容C的另一端与滤波电感L耦合；第四MOS管7的漏极分别与第一辅助绕组8和第二辅助绕组9相耦合。
具体工作过程：按下启动开关14，启动自动切换变换电路1的功能，工作提示灯20开启，在主变换电路1正常工作时，第五MOS管12关断，第六MOS管17关断，由主变换电路1进行电能转换。
在主变换电路1出现异常而无输出时，第五MOS管12导通，第一继电器13经延时后动作，对检测电路的工作状态进行提示，方便了解设备的工作状态。
将主变换电路1移出工作回路并将备用变换电路1接入工作回路，由备用变换电路1进行电能转换，提高可靠性，同时切换提示灯19开启，对备用切换电路的工作状态进行提示，并提醒工作人员及时发现异常。
在工作回路的前端电压过低时，第六MOS管17断开第二继电器15的通电回路，第二继电器15复位，断开第一继电器13的通电回路，减少电能的消耗，同时工作提示灯20和切换提示灯19熄灭。
切换电路在工作时，当辅助绕组的正同名端电压高于负同名端时，第四MOS管7的栅极电压高于源极电压，源极和漏极相通，辅助绕组的抽头被第四MOS管7钳位到地，二极管D1反向截止。辅助绕组正同名端的高电压给第一MOS管5的栅极供电，使其源极和漏极导通；第二MOS管6的栅极电压为负电压，其源极和漏极截止。
当辅助绕组的正同名端电压低于负同名端时第四MOS管7的源极和漏极之间截止，辅助绕组的正同名端被二极管D1钳位到地，第一MOS管5的源极和漏极之间截止；辅助绕组的负同名端给第二MOS管6的栅极供电，使其源极和漏极导通。
以上过程构成一个完整的开关周期，第二MOS管6的栅源极电压为两组辅助绕组电压相叠加，从而解决第二MOS管6的驱动电压不足的问题；第一辅助绕组8和第二辅助绕组9可以分时复用，可以进一步压缩其绕组的圈数，减少其体积。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.故障自动切换DC-DC变换器，其特征在于：包括变换电路(1)，所述变换电路(1)包括通过变压器(2)相互耦合的输入模块和输出模块；
所述输入模块包括与变压器(2)的原边并联的磁复位电路(3)和其漏极与变压器(2)的原边串联的第三MOS管(4)；
所述输出模块包括第一MOS管(5)、第二MOS管(6)、第四MOS管(7)、二极管D1、第一辅助绕组(8)、第二辅助绕组(9)、滤波电感L和滤波电容C；
所述第一辅助绕组(8)和第二辅助绕组(9)串联并与所述变压器(2)的原边相耦合；所述第一MOS管(5)的漏极与所述变压器(2)的副边相耦合，其栅极分别与所述第二辅助绕组(9)一端、第四MOS管(7)的栅极和二极管D1的阴极耦合，其源极分别与所述第二MOS管(6)的源极、滤波电容C的一端、第四MOS管(7)的源极和二极管D1的阳极耦合；所述第二MOS管(6)的漏极分别与所述变压器(2)的副边和所述滤波电感L耦合，其栅极与所述第一辅助绕组(8)耦合；所述滤波电容C的另一端与所述滤波电感L耦合；所述第四MOS管(7)的漏极分别与第一辅助绕组(8)和第二辅助绕组(9)相耦合；
所述变换电路(1)设置有2个，分别为主变换电路(1)和备用变换电路(1)，所述主变换电路(1)和备用变换电路(1)之间设置有用于将主变换电路(1)移出工作回路并将备用变换电路(1)接入工作回路的切换模块；
所述切换模块包括切换电路和检测电路，所述切换电路在主变换电路(1)无输出时将主变换电路(1)移出工作回路并将备用变换电路(1)接入工作回路，所述检测电路用于接收启动信号并响应于启动信号而控制切换电路的启停；
所述切换电路包括电流检测电路(10)、第一比较器(11)、第五MOS管(12)和第一继电器(13)，所述电流检测电路(10)用于检测主变换电路(1)输出端的电流，所述第一比较器(11)对电流检测电路(10)的输出值与电流预设值进行比较以控制第五MOS管(12)的通断，所述第一继电器(13)的线圈连接于第五MOS管(12)，所述第一继电器(13)的常闭触点连接于主变换电路(1)与工作回路之间，常开触点连接于备用变换电路(1)与工作回路之间；
所述检测电路包括启动开关(14)和第二继电器(15)，所述启动开关(14)连接于第二继电器(15)的通电回路，所述第二继电器(15)的常开触点连接于第一继电器(13)的通电回路；
所述检测电路还包括电压检测电路(16)、第二比较器(18)和第六MOS管(17)，所述电压检测电路(16)对工作回路的电压进行检测，所述第二比较器(18)对电压检测电路(16)的输出值与电压预设值进行比较以控制第六MOS管(17)的通断，所述第六MOS管(17)连接于第二继电器(15)；
所述第一继电器(13)为通电延时的时间继电器。
2.根据权利要求1所述的故障自动切换DC-DC变换器，其特征在于：所述第一继电器(13)的线圈串联有切换提示灯(19)。
3.根据权利要求1所述的故障自动切换DC-DC变换器，其特征在于：所述第二继电器(15)的线圈串联有工作提示灯(20)。
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