CN110492441A - 一种配置有故障检测电路的dc/dc变换器及故障检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配置有故障检测电路的DC/DC变换器及故障检测方法，包括DC/DC变换器模块、微处理器模块、PWM输出模块、电压检测单元、电流检测单元、过压保护模块、过流保护模块、故障信号传输电路和故障保护动作电路，其中，所述DC/DC变换器模块的输出与所述电压、电流检测单元的输入相连；所述微处理器模块的输出与PWM输出模块的输入相连；所述PWM输出模块的输出与所述DC/DC变换器模块的输入相连。通过采用过压、过流保护和微处理器相结合的方式实现变换器的保护，当变换器出现输入过压、输出过流的情况时，PWM模块根据保护反馈的信号类别决定直接停机或者暂缓停机，保护了变换器及其负载设备。

Description

一种配置有故障检测电路的DC/DC变换器及故障检测方法
技术领域
本发明涉及电路保护技术领域，尤其涉及一种配置有故障检测电路的DC/DC变换器及故障检测方法。
背景技术
DC/DC变换器越来越得到广泛应用，但在使用时需要确保DC/DC变换器的输入、输出符合应用场景，以防止输入、输出过载而损坏DC/DC变换器，即在遇到上述故障时需要确保DC/DC变换器能够可靠地停止和重启。
现有技术目前大多数是通过比较保护值和给定值产生保护信号，将保护信号送给微处理器，微处理器发出停机信号来实现DC/DC变换器的可靠停止。这种方法能够做到遇到故障时停止变换器的输出，但无法准确判断故障类型，并且对应不同的故障都是采用直接停止DC/DC变换器工作的模式，使得电路对不同故障情形的应对不够灵活。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种配置有故障检测电路的DC/DC变换器，通过检测故障保护动作电路的保护信号，判断故障是否为持续故障，并发送信号给微处理器进行判断，以应对故障的不同情形，避免非必要情况下直接停机造成的损伤。本发明还相应地提供了一种DC/DC变换器的故障检测方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种配置有故障检测电路的DC/DC变换器，包括DC/DC变换器模块、微处理器模块、PWM输出模块、电压检测单元、电流检测单元、过压保护模块、过流保护模块、故障信号传输电路和故障保护动作电路，其中，
所述DC/DC变换器模块的输出与所述电压、电流检测单元的输入相连；
所述电压、电流检测单元的输出与所述过压、过流保护模块的输入相连；
所述过压、过流保护模块的输出与所述故障信号传输电路的输入相连；
所述故障信号传输电路的输出分别与所述故障保护动作电路的输入和所述微处理器模块的输入相连；
所述微处理器模块的输出与PWM输出模块的输入相连；
所述PWM输出模块的输出与所述DC/DC变换器模块的输入相连。
较佳的，所述过压保护模块包括限流电阻Ⅰ、滑动变阻器Ⅰ、反馈电阻Ⅰ、运算放大器Ⅰ、钳位二极管Ⅰ、与非门Ⅰ、限流电阻Ⅱ、慢速光耦器件Ⅰ和输出接地电阻Ⅰ，其中，
所述限流电阻Ⅰ的一端作为所述过压保护模块的输入端，另一端接所述运算放大器Ⅰ的同相输入端；
所述滑动变阻器Ⅰ的一端接运算放大器Ⅰ的反相输入端，另一端接模拟地；
所述运算放大器Ⅰ的输出端通过所述钳位二极管Ⅰ接所述与非门的输入端；
所述与非门的输出端通过所述限流电阻Ⅱ接所述慢速光耦器件Ⅰ的输入端；
所述慢速光耦器件Ⅰ的输出端作为所述过压保护模块的输出端从该模块引出。
输出接地电阻Ⅰ一端作为所述过压保护模块的输出端，另外一端接地。
较佳的，所述过流保护模块包括限流电阻Ⅲ、滑动变阻器Ⅱ、反馈电阻Ⅱ、运算放大器Ⅱ、钳位二极管Ⅱ、与非门Ⅱ、限流电阻Ⅳ、慢速光耦器件Ⅱ和输出接地电阻Ⅱ，其中，
所述限流电阻Ⅲ的一端作为所述过流保护模块的输入端，另一端接运算放大器Ⅱ的同相输入端；
所述滑动变阻器Ⅱ的一端接运算放大器Ⅱ的反相输入端，另一端接模拟地
所述运算放大器Ⅱ的输出端通过所述钳位二极管Ⅱ接所述与非门Ⅱ的输入端，
所述非门Ⅱ的输出通过所述限流电阻Ⅳ接所述慢速光耦器件Ⅱ输入端；
所述慢速光耦器件Ⅱ输出端作为所述过流保护模块输出端从该模块引出。
输出接地电阻Ⅱ一端作为所述过流保护模块的输出端，另外一端接地。
较佳的，所述故障信号传输电路包括输入限流电阻Ⅴ、Ⅵ和快速光耦器件，其中，
所述限流电阻Ⅴ、Ⅵ的输入端分别连接过压保护模块和过流保护模块的输出端，另一端分别连接快速光耦器件的输入端；
所述快速光耦器件的输出端作为所述故障信号传输电路的输出端。
较佳的，所述PWM输出模块包括快速光耦器件、限流电阻Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ，所述快速光耦器件的输入端作为所述PWM输出模块的输入端，所述快速光耦器件的输出端作为所述PWM输出模块的输出端从该模块中引出，所述PWM输出模块中的PWM信号由所述微处理器模块的PWM中断提供。
较佳的，所述故障保护动作电路包括达灵顿管、中间继电器、主接触器，其中，
所述达林顿管的输入端作为所述为故障保护动作电路的输入端，所述达林顿管的输出端接所述中间继电器的输入端，所述中间继电器的输出端连接所述主接触器，所述主接触器位于所述DC/DC变换器模块的输入和输出端。
一种DC/DC变换器的故障检测方法，所述DC/DC变换器配置有微处理器模块、PWM输出模块、电压检测单元、电流检测单元、过压保护模块、过流保护模块、故障信号传输电路和故障保护动作电路，所述方法步骤包括：
当检测到故障情况时，关闭DC/DC变换器的输出开关，同时故障信号传输给微处理器；
判断所述故障信号是否为持续故障，如果所述故障信号在微处理器接受信号的下个周期还存在，则判断为持续故障信号，则微处理器关断PWM输出信号；
如果所述故障信号在微处理器接受信号的下个周期消失，则判断为非持续故障信号，则微处理器继续输出PWM信号。
较佳的，当所述微处理器模块接收到所述故障保护动作电路的保护信号后，所述微处理器进行刹车，刹车输入电平变为无效后，检测所述保护信号是否继续存在；
如果所述保护信号继续存在，则使刹车电平继续处于无效状态，禁止PWM输出信号；
如果所述保护信号消失，则下个脉冲周期自动使PWM输出信号恢复。
较佳的，所述PWM输出模块的信号输出依靠慢速光耦和快速光耦的相互配合，所述慢速光耦主要用于触发中断，并判断所述故障保护动作电路是否发生保护动作，如果保护动作发生则关断DC/DC变换器输出；所述快速光耦主要用于传递故障信号，给所述微处理器模块发送故障信息，并由所述微处理器模块判断是否需要停止PWM信号输出。
本发明的有益效果是：
1.通过采用过压、过流保护和微处理器相结合的方式实现变换器的保护，当变换器出现输入过压、输出过流的情况时，PWM模块根据保护反馈的信号类别决定直接停机或者暂缓停机，保护了变换器及其负载设备。
2.通过对故障的区别处理减少了传统保护装置直接停机重启的能量损耗。
3.通过故障检测电路能够实现DC/DC变换器遇到故障时对故障保护动作电路的快速响应。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为本发明所述DC/DC变换器的结构框图；
图2为本发明所述DC/DC变换器中过压保护模块的电路示意图；
图3为本发明所述DC/DC变换器中过流保护模块的电路示意图；
图4为本发明所述DC/DC变换器中故障保护动作电路的电路示意图；
图5为本发明所述DC/DC变换器中故障信号传输电路的电路示意图；
图6为本发明所述DC/DC变换器中PWM输出模块的电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种配置有故障检测电路的DC/DC变换器，包括DC/DC变换器模块1、微处理器模块2、PWM输出模块8、电压检测单元3、电流检测单元4、过压保护模块5、过流保护模块6、故障信号传输电路7(包括快、慢速光耦)和故障保护动作电路9(保护开关)，其中，
所述DC/DC变换器模块1的输出与所述电压、电流检测单元3、4的输入相连；
所述电压、电流检测单元3、4的输出与所述过压、过流保护模块5、6的输入相连；
所述过压、过流保护模块5、6的输出与所述故障信号传输电路7的输入相连；
所述故障信号传输电路7的输出分别与所述故障保护动作电路9的输入和所述微处理器模块2的输入相连；
所述微处理器模块2的输出与PWM输出模块8的输入相连；
所述PWM输出模块8的输出与所述DC/DC变换器模块1的输入相连。
如图2所示，进一步的上述实施例中，所述过压保护模块5包括限流电阻Ⅰ51(Rh12)、滑动变阻器Ⅰ52(Rh11)、反馈电阻Ⅰ53(Rh10)、运算放大器Ⅰ54(U1D)、钳位二极管Ⅰ55(Dg2)、与非门Ⅰ56、限流电阻Ⅱ57(Rh13)、慢速光耦器件Ⅰ58(Pc1C)和输出接地电阻Ⅰ59(Rh16)，其中，
所述限流电阻Ⅰ51的一端作为所述过压保护模块5的输入端，另一端接所述运算放大器Ⅰ54的同相输入端；
所述滑动变阻器Ⅰ52的一端接运算放大器Ⅰ54的反相输入端，另一端接模拟地；
所述运算放大器Ⅰ54的输出端通过所述钳位二极管Ⅰ55接所述与非门56的输入端；
所述与非门56的输出端通过所述限流电阻Ⅱ57接所述慢速光耦器件Ⅰ58的输入端；
所述慢速光耦器件Ⅰ58的输出端作为所述过压保护模块5的输出端从该模块引出。
输出接地电阻Ⅰ59一端作为所述过压保护模块5的输出端，另外一端接地。
如图3所示，进一步的上述实施例中，所述过流保护模块6包括限流电阻Ⅲ61(R112)、滑动变阻器Ⅱ62(R111)、反馈电阻Ⅱ63(R110)、运算放大器Ⅱ64(U2D)、钳位二极管Ⅱ65(Dg3)、与非门Ⅱ66、限流电阻Ⅳ67(R113)、慢速光耦器件Ⅱ68(Pc1A)和输出接地电阻Ⅱ69(R114)，其中，
所述限流电阻Ⅲ61的一端作为所述过流保护模块6的输入端，另一端接运算放大器Ⅱ64的同相输入端；
所述滑动变阻器Ⅱ62的一端接运算放大器Ⅱ63的反相输入端，另一端接模拟地
所述运算放大器Ⅱ64的输出端通过所述钳位二极管Ⅱ65接所述与非门Ⅱ66的输入端，
所述非门Ⅱ66的输出通过所述限流电阻Ⅳ67接所述慢速光耦器件Ⅱ68输入端；
所述慢速光耦器件Ⅱ68输出端作为所述过流保护模块6输出端从该模块引出。
输出接地电阻Ⅱ69一端作为所述过流保护模块6的输出端，另外一端接地。
如图5所示，进一步的上述实施例中，所述故障信号传输电路7包括输入限流电阻Ⅴ71、Ⅵ72和快速光耦器件73，其中，
所述限流电阻Ⅴ71、Ⅵ72的输入端分别连接过压保护模块5和过流保护模块6的输出端，另一端分别连接快速光耦器件73的输入端；
所述快速光耦器件73的输出端作为所述故障信号传输电路7的输出端。
如图6所示，进一步的上述实施例中，所述PWM输出模块8包括快速光耦器件81(PWM1)、限流电阻Ⅶ82(Rp1)、Ⅷ83(Rp3)、Ⅸ84(Rp2)、Ⅹ85(Rp4)，所述快速光耦器件81的输入端作为所述PWM输出模块8的输入端，所述快速光耦器件81的输出端作为所述PWM输出模块8的输出端从该模块中引出，所述PWM输出模块8中的PWM信号由所述微处理器模块2的PWM中断提供。
如图4所示，进一步的上述实施例中，所述故障保护动作电路9包括达灵顿管91(ULN2804)、中间继电器92(Kj1)、主接触器93(KA)，其中，
所述达林顿管91的输入端作为所述为故障保护动作电路9的输入端，所述达林顿管91的输出端接所述中间继电器92的输入端，所述中间继电器92的输出端连接所述主接触器93，所述主接触器93位于所述DC/DC变换器模块1的输入和输出端。
一种DC/DC变换器的故障检测方法，所述DC/DC变换器配置有微处理器模块、PWM输出模块、电压检测单元、电流检测单元、过压保护模块、过流保护模块、故障信号传输电路和故障保护动作电路，所述方法步骤包括：
当检测到故障情况时，关闭DC/DC变换器的输出开关，同时故障信号传输给微处理器；
判断所述故障信号是否为持续故障，如果所述故障信号在微处理器接受信号的下个周期还存在，则判断为持续故障信号，则微处理器关断PWM输出信号；
如果所述故障信号在微处理器接受信号的下个周期消失，则判断为非持续故障信号，则微处理器继续输出PWM信号。
进一步的上述方法实施例中，当所述微处理器模块接收到所述故障保护动作电路的保护信号后，所述微处理器进行刹车，刹车输入电平变为无效后，检测所述保护信号是否继续存在；
如果所述保护信号继续存在，则使刹车电平继续处于无效状态，禁止PWM输出信号；
如果所述保护信号消失，则下个脉冲周期自动使PWM输出信号恢复。
进一步的上述方法实施例中，所述PWM输出模块的信号输出依靠慢速光耦和快速光耦的相互配合，所述慢速光耦主要用于触发中断，并判断所述故障保护动作电路是否发生保护动作，如果保护动作发生则关断DC/DC变换器输出；所述快速光耦主要用于传递故障信号，给所述微处理器模块发送故障信息，并由所述微处理器模块判断是否需要停止PWM信号输出。
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的DC/DC变换器实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种配置有故障检测电路的DC/DC变换器，其特征在于，包括DC/DC变换器模块(1)、微处理器模块(2)、PWM输出模块(8)、电压检测单元(3)、电流检测单元(4)、过压保护模块(5)、过流保护模块(6)、故障信号传输电路(7)和故障保护动作电路(9)，其中，
所述DC/DC变换器模块(1)的输出与所述电压、电流检测单元(3、4)的输入相连；
所述电压、电流检测单元(3、4)的输出与所述过压、过流保护模块(5、6)的输入相连；
所述过压、过流保护模块(5、6)的输出与所述故障信号传输电路(7)的输入相连；
所述故障信号传输电路(7)的输出分别与所述故障保护动作电路(9)的输入和所述微处理器模块(2)的输入相连；
所述微处理器模块(2)的输出与PWM输出模块(8)的输入相连；
所述PWM输出模块(8)的输出与所述DC/DC变换器模块(1)的输入相连。
2.根据权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述过压保护模块(5)包括限流电阻Ⅰ(51)、滑动变阻器Ⅰ(52)、反馈电阻Ⅰ(53)、运算放大器Ⅰ(54)、钳位二极管Ⅰ(55)、与非门Ⅰ(56)、限流电阻Ⅱ(57)、慢速光耦器件Ⅰ(58)和输出接地电阻Ⅰ(59)，其中，
所述限流电阻Ⅰ(51)的一端作为所述过压保护模块(5)的输入端，另一端接所述运算放大器Ⅰ(54)的同相输入端；
所述滑动变阻器Ⅰ(52)的一端接运算放大器Ⅰ(54)的反相输入端，另一端接模拟地；
所述运算放大器Ⅰ(54)的输出端通过所述钳位二极管Ⅰ(55)接所述与非门(56)的输入端；
所述与非门(56)的输出端通过所述限流电阻Ⅱ(57)接所述慢速光耦器件Ⅰ(58)的输入端；
所述慢速光耦器件Ⅰ(58)的输出端作为所述过压保护模块(5)的输出端从该模块引出；
输出接地电阻Ⅰ(59)一端作为所述过压保护模块(5)的输出端，另外一端接地。
3.根据权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述过流保护模块(6)包括限流电阻Ⅲ(61)、滑动变阻器Ⅱ(62)、反馈电阻Ⅱ(63)、运算放大器Ⅱ(64)、钳位二极管Ⅱ(65)、与非门Ⅱ(66)、限流电阻Ⅳ(67)、慢速光耦器件Ⅱ(68)和输出接地电阻Ⅱ(69)，其中，
所述限流电阻Ⅲ(61)的一端作为所述过流保护模块(6)的输入端，另一端接运算放大器Ⅱ(64)的同相输入端；
所述滑动变阻器Ⅱ(62)的一端接运算放大器Ⅱ(63)的反相输入端，另一端接模拟地
所述运算放大器Ⅱ(64)的输出端通过所述钳位二极管Ⅱ(65)接所述与非门Ⅱ(66)的输入端，
所述非门Ⅱ(66)的输出通过所述限流电阻Ⅳ(67)接所述慢速光耦器件Ⅱ(68)输入端；
所述慢速光耦器件Ⅱ(68)输出端作为所述过流保护模块(6)输出端从该模块引出；
输出接地电阻Ⅱ(69)一端作为所述过流保护模块(6)的输出端，另外一端接地。
4.根据权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述故障信号传输电路(7)包括输入限流电阻Ⅴ、Ⅵ(71、72)和快速光耦器件(73)，其中，
所述限流电阻Ⅴ、Ⅵ(71、72)的输入端分别连接过压保护模块(5)和过流保护模块(6)的输出端，另一端分别连接快速光耦器件(73)的输入端；
所述快速光耦器件(73)的输出端作为所述故障信号传输电路(7)的输出端。
5.根据权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述PWM输出模块(8)包括快速光耦器件(81)、限流电阻Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ(82、83、84、85)，所述快速光耦器件(81)的输入端作为所述PWM输出模块(8)的输入端，所述快速光耦器件(81)的输出端作为所述PWM输出模块(8)的输出端从该模块中引出，所述PWM输出模块(8)中的PWM信号由所述微处理器模块(2)的PWM中断提供。
6.根据权利要求1所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述故障保护动作电路(9)包括达灵顿管(91)、中间继电器(92)、主接触器(93)，其中，
所述达林顿管(91)的输入端作为所述为故障保护动作电路(9)的输入端，所述达林顿管(91)的输出端接所述中间继电器(92)的输入端，所述中间继电器(92)的输出端连接所述主接触器(93)，所述主接触器(93)位于所述DC/DC变换器模块(1)的输入和输出端。
7.一种DC/DC变换器的故障检测方法，其特征在于，所述DC/DC变换器配置有微处理器模块、PWM输出模块、电压检测单元、电流检测单元、过压保护模块、过流保护模块、故障信号传输电路和故障保护动作电路，所述方法步骤包括：
当检测到故障情况时，关闭DC/DC变换器的输出开关，同时故障信号传输给微处理器；
判断所述故障信号是否为持续故障，如果所述故障信号在微处理器接受信号的下个周期还存在，则判断为持续故障信号，则微处理器关断PWM输出信号；
如果所述故障信号在微处理器接受信号的下个周期消失，则判断为非持续故障信号，则微处理器继续输出PWM信号。
8.根据权利要求7所述的故障检测方法，其特征在于，
当所述微处理器模块接收到所述故障保护动作电路的保护信号后，所述微处理器进行刹车，刹车输入电平变为无效后，检测所述保护信号是否继续存在；
如果所述保护信号继续存在，则使刹车电平继续处于无效状态，禁止PWM输出信号；
如果所述保护信号消失，则下个脉冲周期自动使PWM输出信号恢复。
9.根据权利要求7或8所述的故障检测方法，其特征在于，
所述PWM输出模块的信号输出依靠慢速光耦和快速光耦的相互配合，所述慢速光耦主要用于触发中断，并判断所述故障保护动作电路是否发生保护动作，如果保护动作发生则关断DC/DC变换器输出；所述快速光耦主要用于传递故障信号，给所述微处理器模块发送故障信息，并由所述微处理器模块判断是否需要停止PWM信号输出。
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