CN111725787A - 一种boost直流升压短路保护电路 - Google Patents

一种boost直流升压短路保护电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种BOOST直流升压短路保护电路，包括BOOST模块、与BOOST模块连接的开关模块、电压检测模块、电压限幅模块、电流采集延时模块以及状态保持模块；电压检测模块分别连接开关模块和电压限幅模块；流采集延时模块分别连接电压检测模块和状态保持模块。本发明当输入电压等于输出电压时，开关模块可关闭，使输出端无电压，从而保护电路，炸板和燃烧的风险。当负载短路时，电压限幅模块可将尖峰电压限幅后在进入BOOST模块，从而保护BOOST模块。当负载短路时，使BOOST模块关闭，从而保护BOOST模块。状态保持模块可确保输出持续短路时，BOOST模块持续低电平，并一直处于关闭状态。

Description

一种BOOST直流升压短路保护电路
技术领域
本发明涉及电力电子的技术领域，尤其涉及到一种BOOST直流升压短路保护电路。
背景技术
在电力电子技术领域，特别是 BOOST直流升压电路，由于输入至输出之间没有相关的保护器件，当输出发生短路故障时，将会损坏 BOOST直流升压电路，严重时，甚至会损坏供电电源。为保护电路，市面上大多使用专用的微控系统进行保护，但该系统价格高、通用性差，也有直接用一次性保险丝或自恢复保险丝串联在主回路中，但这种保护不能自动恢复，也不能长时间短路。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种BOOST直流升压短路保护电路。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：
一种BOOST直流升压短路保护电路，包括BOOST模块、开关模块、电压检测模块、电压限幅模块、电流采集延时模块以及状态保持模块；
其中，所述开关模块、电压检测模块、电压限幅模块、电流采集延时模块以及状态保持模块分别与BOOST模块连接；
所述电压检测模块分别连接开关模块和电压限幅模块；
所述流采集延时模块分别连接电压检测模块和状态保持模块。
进一步地，所述BOOST模块包括PWM控制器、电阻R1、升压电感L1、滤波电容C1以及滤波电容C2；
其中，所述电阻R1的一端和升压电感L1的一端均与VCC端连接；
所述PWM控制器的VDD端和滤波电容C2的正极与电阻R1的另一端连接；
所述滤波电容C2的负极接地；
所述升压电感L1的另一端和PWM控制器的SW端与滤波电容C1正极之间连接有二极管D1；
所述滤波电容C1的负极接地。
进一步地，所述开关模块包括PMOS开关管Q1、稳压二极管Z1、限流电阻R2；
其中，所述限流电阻R2的一端与VCC端连接，另一端分别与稳压二极管Z1的一端以及PMOS开关管Q1的栅极连接；
所述稳压二极管Z1的另一端与PMOS开关管Q1的源极均与BOOST模块中的滤波电容C1正极连接；
所述PMOS开关管Q1的漏极与OUT+端连接。
进一步地，所述电压限幅模块包括限流电阻R3、限幅二极管Z3、电流检测电阻R6；
其中，所述限流电阻R3的一端和限幅二极管Z3的一端与PWM控制器的FB端连接；
所述限流电阻R3的另一端和电流检测电阻R6的一端与OUT-端连接；
所述限幅二极管Z3的另一端和电流检测电阻R6的另一端接地。
进一步地，所述电流采集延时模块包括峰值电流采集二极管D3、瞬态储能电容C3、限流电阻R4以及开关三极管Q4；
其中，所述峰值电流采集二极管D3的一端与OUT-端连接，另一端分别与瞬态储能电容C3的一端和限流电阻R4的一端连接；
所述限流电阻R4的另一端与开关三极管Q4的基极连接；而开关三极管Q4的集电极与PWM控制器的EN端连接，发射极和峰值电流采集二极管D3的另一端均接地。
进一步地，所述电压检测模块包括稳压二极管Z2，该稳压二极管Z2可发生齐纳击穿，其一端与BOOST模块中滤波电容C1的正极和开关模块中的稳压二极管Z1、PMOS开关管Q1的源极连接，稳压二极管Z2的另一端与BOOST模块中PWM控制器的FB端和电压限幅模块中的限流电阻R3、限幅二极管Z3连接。
进一步地，所述状态保持模块包括单向二极管D2，该单向二极管D2的一端与OUT+端连接，另一端与BOOST模块中PWM控制器的EN端和电流采集延时模块中开关三极管Q4的集电极连接。
与现有技术相比，本方案原理及优点如下：
1.当输入电压等于输出电压时，开关模块可关闭，使输出端无电压，从而保护电路，炸板和燃烧的风险。
2.当负载短路时，电压限幅模块可将尖峰电压限幅后在进入BOOST模块，从而保护BOOST模块。
3.当负载短路时，电流采集延时模块可将BOOST模块变成低电平，使BOOST模块关闭，从而保护BOOST模块。
4.状态保持模块可确保输出持续短路时，BOOST模块持续低电平，并一直处于关闭状态。
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服务作简单地介绍，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为本发明一种BOOST直流升压短路保护电路的模块示意图。
图2为本发明一种BOOST直流升压短路保护电路的电路图。
附图标记：
1-BOOST模块；2-开关模块；3-电压检测模块；4-电压限幅模块；5-电流采集延时模块；6-状态保持模块。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种BOOST直流升压短路保护电路，包括BOOST模块1、开关模块2、电压检测模块3、电压限幅模块4、电流采集延时模块5以及状态保持模块6。
其中，开关模块2、电压检测模块3、电压限幅模块4、电流采集延时模块5以及状态保持模块6分别与BOOST模块1连接。
电压检测模块3分别连接开关模块2和电压限幅模块4。
流采集延时模块5分别连接电压检测模块3和状态保持模块6。
具体地，如图2所示，BOOST模块1包括PWM控制器、电阻R1、升压电感L1、滤波电容C1以及滤波电容C2；其中，电阻R1的一端和升压电感L1的一端均与VCC端连接；PWM控制器的VDD端和滤波电容C2的正极与电阻R1的另一端连接；滤波电容C2的负极接地；升压电感L1的另一端和PWM控制器的SW端与滤波电容C1正极之间连接有二极管D1；滤波电容C1的负极接地。
开关模块2包括PMOS开关管Q1、稳压二极管Z1、限流电阻R2；其中，限流电阻R2的一端与VCC端连接，另一端分别与稳压二极管Z1的一端以及PMOS开关管Q1的栅极连接；稳压二极管Z1的另一端与PMOS开关管Q1的源极均与BOOST模块1中的滤波电容C1正极连接；PMOS开关管Q1的漏极与OUT+端连接。
电压限幅模块4包括限流电阻R3、限幅二极管Z3、电流检测电阻R6；其中，限流电阻R3的一端和限幅二极管Z3的一端与PWM控制器的FB端连接；限流电阻R3的另一端和电流检测电阻R6的一端与OUT-端连接；限幅二极管Z3的另一端和电流检测电阻R6的另一端接地。
电流采集延时模块5包括峰值电流采集二极管D3、瞬态储能电容C3、限流电阻R4以及开关三极管Q4；其中，峰值电流采集二极管D3的一端与OUT-端连接，另一端分别与瞬态储能电容C3的一端和限流电阻R4的一端连接；限流电阻R4的另一端与开关三极管Q4的基极连接；而开关三极管Q4的集电极与PWM控制器的EN端连接，发射极和峰值电流采集二极管D3的另一端均接地。
电压检测模块3包括稳压二极管Z2，该稳压二极管Z2的一端与BOOST模块1中滤波电容C1的正极和开关模块2中的稳压二极管Z1、PMOS开关管Q1的源极连接，稳压二极管Z2的另一端与BOOST模块1中PWM控制器的FB端和电压限幅模块4中的限流电阻R3、限幅二极管Z3连接。
状态保持模块6包括单向二极管D2，该单向二极管D2的一端与OUT+端连接，另一端与BOOST模块（1）中PWM控制器的EN端和电流采集延时模块（5）中开关三极管Q4的集电极连接。
本实施例的工作原理如下：
当VCC通电后，电压通过电阻R1向PWM控制器供电，PWM控制器开始工作，PMOS开关管Q1导通。
开关模块2中的稳压二极管Z1钳位PMOS开关管Q1栅极电压，限流电阻R2提供PMOS开关管Q1栅极电流。
当BOOST模块1未工作时，开关模块2处于关闭状态，此时输出端无电压，可保护电路，如果没有开关模块2，输出电压等于输入电压，短路时，将有炸板和燃板的风险。
当滤波电容C1上的电压上升到稳压二极管Z2时，Z2齐纳击穿，PWM控制器的FB端检测到输出反馈电压后，使输出电压OUT+、OUT-两端电压等于Z2两端电压，实现输出恒压。
当负载短路（OUT+与OUT-之间短路）时，瞬态电压在电流检测电阻R6上形成很高的尖峰电压，尖峰电压一部份通过限流电阻R3 和限幅二极管Z3限幅后，进入PWM控制器的FB端，从而保护PWM控制器；另一部分尖峰电压通过峰值电流采集二极管D3向瞬态储能电容C3充电，同时，尖峰电压经过限流电阻R4进入开关三极管Q4，使开关三极管Q4导通，使EN端变为低电平，从而使PWM控制器关闭。
随着短路时间延长，电阻R6两端电压低于峰值电流采集二极管D3与开关二极管Q4，开启电压时，峰值电流采集二极管D3截止，瞬态储能电容C3电压通过限流电阻R4向开关三极管Q4基极提供电流，开关三极管Q4持续导通，PWM控制器EN端电压通过开关三极管Q4集电，并下拉至低电平，使PWM控制器维持关闭状态。
当OUT+上电压下降至VCC电压时，PMOS栅极电压为0，PMOS开关管Q1关闭无输出电压，由于电流检测电阻R6无电流通过，电流检测电阻R6上无电压，PWM控制器EN端电压通过单向二极管D2持续保持低电平，使PWM控制器一直保持关闭状态。
当电路故障解除后，单向二极管D2因开环截止，PWM控制器EN端自行恢复至高电平，PWM控制器重启，使整个电路回复到正常工作状态。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种BOOST直流升压短路保护电路，其特征在于，包括BOOST模块（1）、开关模块（2）、电压检测模块（3）、电压限幅模块（4）、电流采集延时模块（5）以及状态保持模块（6）；
其中，所述开关模块（2）、电压检测模块（3）、电压限幅模块（4）、电流采集延时模块（5）以及状态保持模块（6）分别与BOOST模块（1）连接；
所述电压检测模块（3）分别连接开关模块（2）和电压限幅模块（4）；
所述流采集延时模块（5）分别连接电压检测模块（3）和状态保持模块（6）。
2.根据权利要求1所述的一种BOOST直流升压短路保护电路，其特征在于，所述BOOST模块（1）包括PWM控制器、电阻R1、升压电感L1、滤波电容C1以及滤波电容C2；
其中，所述电阻R1的一端和升压电感L1的一端均与VCC端连接；
所述PWM控制器的VDD端和滤波电容C2的正极与电阻R1的另一端连接；
所述滤波电容C2的负极接地；
所述升压电感L1的另一端和PWM控制器的SW端与滤波电容C1正极之间连接有二极管D1；
所述滤波电容C1的负极接地。
3.根据权利要求2所述的一种BOOST直流升压短路保护电路，其特征在于，所述开关模块（2）包括PMOS开关管Q1、稳压二极管Z1、限流电阻R2；
其中，所述限流电阻R2的一端与VCC端连接，另一端分别与稳压二极管Z1的一端以及PMOS开关管Q1的栅极连接；
所述稳压二极管Z1的另一端与PMOS开关管Q1的源极均与BOOST模块（1）中的滤波电容C1正极连接；
所述PMOS开关管Q1的漏极与OUT+端连接。
4.根据权利要求3所述的一种BOOST直流升压短路保护电路，其特征在于，所述电压限幅模块（4）包括限流电阻R3、限幅二极管Z3、电流检测电阻R6；
其中，所述限流电阻R3的一端和限幅二极管Z3的一端与PWM控制器的FB端连接；
所述限流电阻R3的另一端和电流检测电阻R6的一端与OUT-端连接；
所述限幅二极管Z3的另一端和电流检测电阻R6的另一端接地。
5.根据权利要求4所述的一种BOOST直流升压短路保护电路，其特征在于，所述电流采集延时模块（5）包括峰值电流采集二极管D3、瞬态储能电容C3、限流电阻R4以及开关三极管Q4；
其中，所述峰值电流采集二极管D3的一端与OUT-端连接，另一端分别与瞬态储能电容C3的一端和限流电阻R4的一端连接；
所述限流电阻R4的另一端与开关三极管Q4的基极连接；而开关三极管Q4的集电极与PWM控制器的EN端连接，发射极和峰值电流采集二极管D3的另一端均接地。
6.根据权利要求5所述的一种BOOST直流升压短路保护电路，其特征在于，所述电压检测模块（3）包括稳压二极管Z2，该稳压二极管Z2的一端与BOOST模块（1）中滤波电容C1的正极和开关模块（2）中的稳压二极管Z1、PMOS开关管Q1的源极连接，稳压二极管Z2的另一端与BOOST模块（1）中PWM控制器的FB端和电压限幅模块（4）中的限流电阻R3、限幅二极管Z3连接。
7.根据权利要求6所述的一种BOOST直流升压短路保护电路，其特征在于，所述状态保持模块（6）包括单向二极管D2，该单向二极管D2的一端与OUT+端连接，另一端与BOOST模块（1）中PWM控制器的EN端和电流采集延时模块（5）中开关三极管Q4的集电极连接。
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