CN111917287A - 降压式变换电路及其过压保护装置、驱动方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及过压保护技术领域，提出一种降压式变换电路过压保护装置，该装置包括第一电阻、电压检测单元、第二开关元件、第二电阻、控制单元。第一电阻连接于降压式变换电路的电压输出端和接地端之间；电压检测单元连接于降压式变换电路的电压输出端与接地端之间，用于检测降压式变换电路输出端电压；第二开关元件第一端连接降压式变换电路的电压输出端；第二电阻连接于开关元件第二端与降压式变换电路接地端之间；控制单元连接第一开关元件的控制端、第二开关元件的控制端以及电压检测单元，用于根据电压检测单元检测到的电压控制第一开关元件、第二开关元件的断通。本公开提供的过压保护装置可以实现对降压式变换电路输出电压的保护。

Description

降压式变换电路及其过压保护装置、驱动方法

技术领域

本发明涉及过压保护技术领域，尤其涉及一种降压式变换电路过压保护装置及其过压保护装置、驱动方法。

背景技术

降压式变换电路是一种用于将高电压变换为低电压的电路，降压式变换电路应用在各种技术领域。例如，随着电力机车上电气设备越来越多样性和电路结构越来越复杂，机车上使用的电源为从几伏特到几十千伏特直流电压。此时，就需要通过降压式变换电路实现将直流高电压转换直流低电压。

然而，在降压式变换电路工作过程中，由于输入电压波动、负载突变、电路参数不匹配或控制软件问题很容易出现直流输出电压过电压问题。直流输出过电压严重时会导致设备故障、电容器受损、线路绝缘损伤等问题。

需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降压式变换电路及其过压保护装置、驱动方法。本公开提供的降压式变换电路过压保护装置能够解决相关技术中，降压式变换电路输出的过电压导致设备故障、电容器受损、线路绝缘损伤等技术问题。

本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。

根据本发明的一个方面，提供一种降压式变换电路过压保护装置，所述降压式变换电路包括电压输出端、电压输入端、接地端以及连接于所述电压输入端与所述电压输出端之间的第一开关元件，所述保护装置包括：第一电阻、电压检测单元、第二开关元件、第二电阻以及控制单元。第一电阻连接于所述降压式变换电路的电压输出端和接地端之间；电压检测单元连接于所述降压式变换电路的电压输出端与接地端之间，用于检测所述降压式变换电路输出端电压；第二开关元件的第一端连接所述降压式变换电路的电压输出端；第二电阻连接于所述第二开关元件第二端与所述降压式变换电路接地端之间；控制单元连接所述第一开关元件的控制端、所述第二开关元件的控制端以及所述电压检测单元，用于根据所述电压检测单元检测到的电压控制所述第一开关元件、所述第二开关元件的断通。

本发明的一种示例性实施例中，所述第一开关元件包括第一绝缘栅双极型晶体管，第一绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述电压输入端连接，发射极与所述电压输出端连接，栅极与所述控制单元连接。

本发明的一种示例性实施例中，所述第二开关元件包括第二绝缘栅双极型晶体管，第二绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述电压输出端连接，发射极与所述接地端连接，栅极与所述控制单元连接。

根据本发明的一个方面，提供一种降压式变换电路，该降压式变换电路包括上述的降压式变换电路过压保护装置。

根据本发明的一个方面，提供一种降压式变换电路过压保护装置的驱动方法，用于驱动上述的降压式变换电路过压保护装置，该方法包括：

利用所述电压检测单元检测所述电压输出端与所述接地端之间的输出电压；

利用所述控制单元判断所述输出电压的大小，并根据所述输出电压的大小控制所述第一开关元件和所述第二开关元件的断通。

本发明的一种示例性实施例中，利用所述控制单元判断所述输出电压的大小，根据所述输出电压的大小控制所述第一开关元件和所述第二开关元件的断通，包括：

利用所述控制单元判断所述输出电压与第一电压、第二电压、第三电压的大小，其中，第一电压小于第二电压，第二电压小于第三电压；

当所述输出电压大于所述第一电压且小于所述第二电压时，利用所述控制单元向所述第一开关元件输出第一时长的关断信号，以关断所述第一开关元件。

本发明的一种示例性实施例中，利用所述控制单元判断所述输出电压的大小，根据所述输出电压的大小控制所述第一开关元件和所述第二开关元件的断通，包括：

利用所述控制单元判断所述输出电压与第一电压、第二电压、第三电压的大小；

当所述输出电压大于所述第二电压且小于所述第三电压时，利用所述控制单元向所述第一开关元件输出第二时长的关断信号，以关断所述第一开关元件，其中，所述第二时长大于所述第一时长。

本发明的一种示例性实施例中，利用所述控制单元向所述第一开关元件输出第二时长的关断信号，以关断所述第一开关元件之后，还包括：

利用所述控制单元判断所述输出电压与所述第一电压、第二电压的大小；

当所述输出电压大于所述第二电压时，利用所述控制单元向所述第二开关元件输出导通信号，以导通所述第二开关元件。

本发明的一种示例性实施例中，利用所述控制单元向所述第一开关元件输出第二时长的关断信号，以关断所述第一开关元件之后，还包括：

利用所述控制单元判断所述输出电压与所述第一电压、第二电压的大小；

当所述输出电压大于所述第一电压，且小于所述第二电压时，利用所述控制单元向所述第一开关元件输出所述第一时长的关断信号，以关断所述第一开关元件。

本发明的一种示例性实施例中，利用所述控制单元判断所述输出电压的大小，根据所述输出电压的大小控制所述第一开关元件和所述第二开关元件的断通，包括：

利用所述控制单元判断所述输出电压与第一电压、第二电压、第三电压的大小；

当所述输出电压大于所述第三电压时，利用所述控制单元向所述第一开关元件输出关断信号，同时利用所述控制单元向所述第二开关元件输出导通信号。

本公开提出一种降压式变换电路及其过压保护装置、驱动方法。所述降压式变换电路包括电压输出端、电压输入端、接地端以及连接于所述电压输入端与所述电压输出端之间的第一开关元件。该装置包括第一电阻、电压检测单元、第二开关元件、第二电阻、控制单元。第一电阻连接于降压式变换电路的电压输出端和接地端之间；电压检测单元连接于降压式变换电路的电压输出端与接地端之间，用于检测降压式变换电路输出端电压；第二开关元件第一端连接降压式变换电路的电压输出端；第二电阻连接于开关元件第二端与降压式变换电路接地端之间；控制单元连接第一开关元件的控制端、第二开关元件的控制端以及电压检测单元，用于根据电压检测单元检测到的电压控制第一开关元件、第二开关元件的断通。其中，控制单元可以控制第一开关元件关断，从而可以通过第一电阻消耗降压式变换电路电压输出端的电荷，进而降低降压式变换电路电压输出端的电压；此外，控制单元还可以控制第二开关元件导通，从而可以通过第二电阻消耗降压式变换电路电压输出端的电荷，进而降低降压式变换电路电压输出端的电压。一方面，本公开提供的过压保护装置可以实现对降压式变换电路输出电压的保护；另一方面，本公开提供的过压保护装置结构简单、成本较低。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。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为相关技术中降压式变换电路一种示例性实施例的电路图；

图2为本公开降压式变换电路过压保护装置一种示例性实施例的电路图；

图3为本公开降压式变换电路过压保护装置的驱动方法一种示例性实施例中的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。其他相对性的用语，例如“高”“低”“顶”“底”“左”“右”等也作具有类似含义。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

如图1所示，为相关技术中降压式变换电路一种示例性实施例的电路图。相关技术中，降压式变换电路一般包括开关元件1、电感L、电容C、二极管D。开关元件1的第一端与电压输入端VDD1连接，第二端与电感L的第一端连接，控制端连接一控制单元2；电感L的第二端与电压输出端VDD2连接，电容C连接于电压输出端VDD2与接地端GND之间，二极管D连接于电感L的第一端与接地端GND之间。开关元件1可以为绝缘栅双极型晶体管。控制单元2用于向开关元件1的控制端传输脉冲信号。当开关元件1导通时，电感L和电容C充电；当开关元件1关断时，电感向电容C放电，并结合二极管D形成环路，从而可以在电压输出端VDD2与接地端之间形成稳定的电压。然而，在降压式变换电路工作过程中，由于电压输入端VDD1电压波动、负载突变、电路参数不匹配或控制单元2输出脉冲信号等问题，容易出现电压输出端VDD2过电压问题。电压输出端VDD2过电压严重时会导致设备故障、电容器受损、线路绝缘损伤等问题。

基于此，本示例性实施例提供一种降压式变换电路过压保护装置，如图2所示，为本公开降压式变换电路过压保护装置一种示例性实施例的电路图。该过压保护装置可以应该于上述相关技术中的降压式变换电路。上述降压式变换电路包括第一开关元件1、电感L、电容C、二极管D。所述保护装置包括：第一电阻R1、电压检测单元3、第二开关元件4、第二电阻R2以及控制单元5。第一电阻R1连接于所述降压式变换电路的电压输出端VDD2和接地端GND之间；电压检测单元3连接于所述降压式变换电路的电压输出端VDD2与接地端GND之间，用于检测所述降压式变换电路输出端电压；第二开关元件4的第一端连接所述降压式变换电路的电压输出端VDD2；第二电阻R2连接于所述第二开关元件4第二端与所述降压式变换电路接地端GND之间；控制单元5连接所述第一开关元件1的控制端、所述第二开关元件4的控制端以及所述电压检测单元3，用于根据所述电压检测单元检测到的电压控制所述第一开关元件、所述第二开关元件的断通。

本示例性实施例提出一种降压式变换电路过压保护装置。该装置包括第一电阻、电压检测单元、第二开关元件、第二电阻、控制单元。第一电阻连接于降压式变换电路的电压输出端和接地端之间；电压检测单元连接于降压式变换电路的电压输出端与接地端之间，用于检测降压式变换电路输出端电压；第二开关元件第一端连接降压式变换电路的电压输出端；第二电阻连接于开关元件第二端与降压式变换电路接地端之间；控制单元连接第一开关元件的控制端、第二开关元件的控制端以及电压检测单元，用于根据电压检测单元检测到的电压控制第一开关元件、第二开关元件的断通。其中，控制单元可以控制第一开关元件关断，从而可以通过第一电阻消耗降压式变换电路电压输出端电容C的电荷，进而降低降压式变换电路电压输出端的电压；此外，控制单元还可以控制第二开关元件导通，从而可以通过第二电阻消耗降压式变换电路电压输出端电容C的电荷，进而降低降压式变换电路电压输出端的电压。一方面，本公开提供的过压保护装置可以实现对降压式变换电路输出电压的保护；另一方面，本公开提供的过压保护装置结构简单、成本较低。

应该理解的是，上述降压式变换电路还可以为其他的结构，上述降压式变换电路过压保护装置可以应用于多种降压式变换电路中。控制单元5可以共用相关技术中的控制单元2，控制单元5可以向第一开关元件输出脉冲信号以实现降压式变换电路的正常工作。控制单元5可以包括可编程控制器、计时器、比较器等元件，控制单元5可以根据所述电压检测单元检测到的电压控制所述第一开关元件、所述第二开关元件的断通。该降压式变换电路过压保护装置可以应用于电力机车。

本示例性实施例中，所述第一开关元件1可以包括第一绝缘栅双极型晶体管，第一绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述电压输入端连接，发射极与所述电压输出端连接，栅极与所述控制单元连接。所述第二开关元件2可以包括第二绝缘栅双极型晶体管，第二绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述电压输出端连接，发射极与所述接地端连接，栅极与所述控制单元连接。

本示例性实施例还提供一种降压式变换电路，该降压式变换电路包括上述的降压式变换电路过压保护装置。

本示例性实施例提供的降压式变换电路与上述的降压式变换电路过压保护装置具有相同的技术特征和工作原理，此处不再赘述。

本示例性实施例还提供一种降压式变换电路过压保护装置的驱动方法，用于驱动上述的降压式变换电路过压保护装置，如图3所示，为本公开降压式变换电路过压保护装置的驱动方法一种示例性实施例中的流程图。该方法包括：

步骤S1：利用所述电压检测单元检测所述电压输出端与所述接地端之间的输出电压；

步骤S2：利用所述控制单元判断所述输出电压的大小，并根据所述输出电压的大小控制所述第一开关元件和所述第二开关元件的断通。

以下对上述步骤进行详细说明：

本示例性实施例中，利用所述控制单元判断所述输出电压的大小，根据所述输出电压的大小控制所述第一开关元件和所述第二开关元件的断通，可以包括：

利用所述控制单元判断所述输出电压与第一电压、第二电压、第三电压的大小，其中第一电压小于第二电压，第二电压小于第三电压；

当所述输出电压大于所述第一电压且小于所述第二电压时，利用所述控制单元向所述第一开关元件输出第一时长的关断信号，以关断所述第一开关元件。

当所述输出电压大于所述第二电压且小于所述第三电压时，利用所述控制单元向所述第一开关元件输出第二时长的关断信号，以关断所述第一开关元件，其中，所述第二时长大于所述第一时长。

本示例性实施例中，利用所述控制单元向所述第一开关元件输出第二时长的关断信号，以关断所述第一开关元件之后，还可以包括：

利用所述控制单元判断所述输出电压与所述第一电压、第二电压的大小；

当所述输出电压大于所述第二电压时，利用所述控制单元向所述第二开关元件输出导通信号，以导通所述第二开关元件。

本示例性实施例中，利用所述控制单元向所述第一开关元件输出第二时长的关断信号，以关断所述第一开关元件之后，还可以包括：

利用所述控制单元判断所述输出电压与所述第一电压、第二电压的大小；

当所述输出电压大于所述第一电压，且小于所述第二电压时，利用所述控制单元向所述第一开关元件输出所述第一时长的关断信号，以关断所述第一开关元件。

本示例性实施例中，利用所述控制单元判断所述输出电压的大小，根据所述输出电压的大小控制所述第一开关元件和所述第二开关元件的断通，可以包括：

利用所述控制单元判断所述输出电压与第一电压、第二电压、第三电压的大小；

当所述输出电压大于所述第三电压时，利用所述控制单元向所述第一开关元件输出关断信号，同时利用所述控制单元向所述第二开关元件输出导通信号。

本示例性实施例提供的降压式变换电路过压保护装置的驱动方法，可以将过压保护装置的驱动方法分为三种驱动方式，即当输出电压大于第一电压小于第二电压时、当输出电压大于第二电压小于第三电压时，当输出电压大于第三电压时的三种不同驱动方式。该方法针对不同程度的过电压执行不同的保护动作，从而细化了过电压保护策略，提高了系统运行可靠性，避免部件不必要的动作。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。

Claims (10)

1.一种降压式变换电路过压保护装置，所述降压式变换电路包括电压输出端、电压输入端、接地端以及连接于所述电压输入端与所述电压输出端之间的第一开关元件，其特征在于，所述保护装置包括：

第一电阻，连接于所述降压式变换电路的电压输出端和接地端之间；

电压检测单元，连接于所述降压式变换电路的电压输出端与接地端之间，用于检测所述降压式变换电路输出端电压；

第二开关元件，第一端连接所述降压式变换电路的电压输出端；

第二电阻，连接于所述第二开关元件第二端与所述降压式变换电路接地端之间；

控制单元，连接所述第一开关元件的控制端、所述第二开关元件的控制端以及所述电压检测单元，用于根据所述电压检测单元检测到的电压控制所述第一开关元件、所述第二开关元件的断通。

2.根据权利要求1所述的降压式变换电路过压保护装置，其特征在于，所述第一开关元件包括：

第一绝缘栅双极型晶体管，集电极与所述电压输入端连接，发射极与所述电压输出端连接，栅极与所述控制单元连接。

3.根据权利要求1所述的降压式变换电路过压保护装置，其特征在于，所述第二开关元件包括：

第二绝缘栅双极型晶体管，集电极与所述电压输出端连接，发射极与所述接地端连接，栅极与所述控制单元连接。

4.一种降压式变换电路，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的降压式变换电路过压保护装置。

5.一种降压式变换电路过压保护装置的驱动方法，用于驱动权利要求1-3任一项所述的降压式变换电路过压保护装置，其特征在于，

利用所述电压检测单元检测所述电压输出端与所述接地端之间的输出电压；

利用所述控制单元判断所述输出电压的大小，并根据所述输出电压的大小控制所述第一开关元件和所述第二开关元件的断通。

6.根据权利要求5所述的降压式变换电路过压保护装置的驱动方法，其特征在于，利用所述控制单元判断所述输出电压的大小，根据所述输出电压的大小控制所述第一开关元件和所述第二开关元件的断通，包括：

利用所述控制单元判断所述输出电压与第一电压、第二电压、第三电压的大小，其中，第一电压小于第二电压，第二电压小于第三电压；

当所述输出电压大于所述第一电压且小于所述第二电压时，利用所述控制单元向所述第一开关元件输出第一时长的关断信号，以关断所述第一开关元件。

7.根据权利要求6所述的降压式变换电路过压保护装置的驱动方法，其特征在于，利用所述控制单元判断所述输出电压的大小，根据所述输出电压的大小控制所述第一开关元件和所述第二开关元件的断通，包括：

利用所述控制单元判断所述输出电压与第一电压、第二电压、第三电压的大小；

当所述输出电压大于所述第二电压且小于所述第三电压时，利用所述控制单元向所述第一开关元件输出第二时长的关断信号，以关断所述第一开关元件，其中，所述第二时长大于所述第一时长。

8.根据权利要求7所述的降压式变换电路过压保护装置的驱动方法，其特征在于，利用所述控制单元向所述第一开关元件输出第二时长的关断信号，以关断所述第一开关元件之后，还包括：

利用所述控制单元判断所述输出电压与所述第一电压、第二电压的大小；

当所述输出电压大于所述第二电压时，利用所述控制单元向所述第二开关元件输出导通信号，以导通所述第二开关元件。

9.根据权利要求7所述的降压式变换电路过压保护装置的驱动方法，其特征在于，利用所述控制单元向所述第一开关元件输出第二时长的关断信号，以关断所述第一开关元件之后，还包括：

利用所述控制单元判断所述输出电压与所述第一电压、第二电压的大小；

当所述输出电压大于所述第一电压，且小于所述第二电压时，利用所述控制单元向所述第一开关元件输出所述第一时长的关断信号，以关断所述第一开关元件。

10.根据权利要求5所述的降压式变换电路过压保护装置的驱动方法，其特征在于，利用所述控制单元判断所述输出电压的大小，根据所述输出电压的大小控制所述第一开关元件和所述第二开关元件的断通，包括：

利用所述控制单元判断所述输出电压与第一电压、第二电压、第三电压的大小；

当所述输出电压大于所述第三电压时，利用所述控制单元向所述第一开关元件输出关断信号，同时利用所述控制单元向所述第二开关元件输出导通信号。

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