CN112018729A - 一种低成本保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本保护电路，包括：欠压保护模块，用于在输入电压VIN+和切断控制信号A的控制下控制补偿信号COMP的幅值，并拉低欠压保护信号P节点电压以实现输入欠压保护；过流及短路打嗝保护模块，用于在所述补偿信号COMP过高时输出切断控制信号A至所述欠压保护模块；脉宽调制器模块，用于在所述欠压保护模块输出的欠压保护信号P和所述过流及短路打嗝保护模块输出的补偿信号COMP的控制下，开启或关闭脉宽调制控制芯片的PWM输出GS。

Description

一种低成本保护电路
技术领域
本发明涉及一种低成本保护电路，特别是涉及一种用于直流直流变换器的低成本保护电路。
背景技术
目前，由于大多数直流直流变换器的反激控制PWM芯片由于封装引脚少，不带欠压保护和长期过流打嗝保护(例如UCC28C40，ISL6840/42/43等)，一般需要用专门芯片或运放实现欠压保护和长期过流打嗝保护，成本高，效率低，电路复杂，速度慢，而且对元器件性能要求高，布板要求高。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种低成本保护电路，通过普遍应用的电阻、电容、二极管、三极管以及基准即可实现直流直流变换器的输入电压保护和过流打嗝保护，且易于调节开启或关断回差。
为达上述及其它目的，本发明提出一种低成本保护电路，包括：
欠压保护模块，用于在输入电压VIN+和切断控制信号A的控制下控制补偿信号COMP的幅值，并通过拉低欠压保护信号P节点电压以实现输入欠压保护；
过流及短路打嗝保护模块，用于在所述补偿信号COMP过高时输出切断控制信号A至所述欠压保护模块；
脉宽调制器模块，用于在所述欠压保护模块输出的欠压保护信号P和所述过流及短路打嗝保护模块输出的补偿信号COMP的控制下，开启或关闭脉宽调制控制芯片的PWM输出GS。
优选地，所述欠压保护模块包括第一分压网络、第一基准比较器(U6)、第一上拉电阻(R39)、第一偏置电阻(R45)、第二偏置电阻(R52)、第六NPN三极管(Q6)以及第二去毛刺电容(C52)，输入电压VIN+经第一分压网络输出至第一基准比较器(U6)的输入端，第一基准比较器(U6)的输出端通过第一上拉电阻(R39)连接至电源VCC，并通过第一偏置电阻(R45)连接至第六NPN三极管(Q6)的基极和第二偏置电阻(R52)的一端以及第二去毛刺电容(C52)的一端，所述第六NPN三极管Q6的发射极、第二偏置电阻R52的另一端以及第二去毛刺电容(C52)的另一端接地SGND，集电极控制所述欠压保护信号P。
优选地，所述第一分压网络包括第一分压电阻(R42)、第二分压电阻、第一去毛刺电容(C53)、第二回差电阻(R41)，所述输入电压VIN+经第一分压电阻(R42)连接至第二分压电阻的一端、第一去毛刺电容(C53)的一端、第二回差电阻(R41)的一端以及第一基准比较器(U6)的输入端，第二分压电阻的另一端、第一去毛刺电容C53的另一端接地SGND。
优选地，所述过流及短路打嗝保护模块包括第二分压网络、第二基准比较器(U7)、第三负载电阻(R40)、充放电电阻(R31)、充放电电容(C50)、第五NPN三极管(Q5)、第一限流电阻(R33)、第二限流电阻(R46)、第三限流电阻(R47)、第四负载电阻(R50)、第四去毛刺电容(C54)、第三PNP三极管(Q3)、放电二极管(D11)和隔离二极管(D14)，补偿电压COMP节点通过所述第二分压电阻连接至第二基准比较器U7的输入端，第二基准比较器(U7)的输出端即HIPCUP节点通过第三负载电阻(R40)连接至电源VCC，同时还连接至第五NPN三极管(Q5)的集电极和充放电电容(C50)的一端，所述充放电电容(C50)的另一端连接至充放电电阻(R31)的一端、放电二极管(D11)的阳极和第一限流电阻(R33)的一端，第一限流电阻(R33)的另一端连接至第三PNP三极管(Q3)的基极，第三PNP三极管(Q3)的集电极连接至第四负载电阻(R50)的一端和第二限流电阻(R46)的一端、第四去毛刺电容(C54)的一端以及第三限流电阻(R47)的一端，第二限流电阻(R46)的另一端连接至第五NPN三极管(Q5)的基极，第三限流电阻(R47)的另一端连接至隔离二极管(D14)的阳极，所述隔离二极管(D14)的阴极与第六NPN三极管(Q6)的基极和第二偏置电阻(R52)的一端以及第二去毛刺电容(C52)的一端组成切断控制信号A节点。
优选地，所述第二分压网络包括第三分压电阻(R35)、第四分压电阻(R51)、第三去毛刺电容(C55)，所述第三分压电阻(R35)的一端连接至第四分压电阻(R51)的一端、第三去毛刺电容(C55)的一端以及第二基准比较器(U7)的输入端，所述第三分压电阻R35的另一端连接至补偿电压COMP节点，所述第四分压电阻(R51)、第三去毛刺电容(C55)另一端接地SGND。
优选地，所述脉宽调制器模块包括脉宽调制控制芯片(U3)、第二PNP三极管(Q2)、第五负载电阻(R18)、第五去毛刺电容(C41)、发射极电阻(R17)、参考电压滤波电容(C42)、电源滤波电容(C18)、定时电阻(R10)、定时电容、电流检测电阻(R26)、电流检测加速电容(C44)，所述第二PNP三极管(Q2)的发射极与发射极电阻(R17)的一端以及脉宽调制控制芯片(U3)的补偿端COMP相连组成补偿电压COMP节点，参考电压滤波电容(C42)的一端与第五负载电阻(R18)的另一端、发射极电阻(R17)的另一端以及脉宽调制控制芯片(U3)的参考电压端VREF端相连组成参考电压VREF节点，电源滤波电容(C18)的一端和脉宽调制控制芯片(U3)的电源端VDD连接至电源VCC，定时电容一端与定时电阻(R10)的一端、电流检测电阻(R26)的一端、电流检测加速电容(C44)的一端连接至脉宽调制控制芯片(U3)的定时阻容端RTCT，定时电阻(R10)的另一端连接至参考电压VREF，电流检测电阻(R26)的另一端与电流检测加速电容(C44)的另一端连接至脉宽调制控制芯片(U3)的电流检测端CS，脉宽调制控制芯片(U3)的反馈端FB与地端GND以及电源滤波电容(C18)的另一端、参考电压滤波电容(C42)的另一端、第五去毛刺电容(C41)的另一端以及第二PNP三极管(Q2)的集电极、定时电容的另一端连接至地SGND，脉宽调制控制芯片(U3)的输出端OUT即PWM输出GS连接至开关管。
优选地，当所述输入电压VIN+低于输入欠压点，所述第一基准比较器(U6)的基准脚低于内部设置比较参考电压，第一基准比较器(U6)不工作，电源VCC电压通过电阻分压使第六NPN三极管(Q6)导通，从而拉低所述欠压保护信号P节点电压，进而拉低所述脉宽调制控制芯片(U3)的COMP脚电压，所述脉宽调制控制芯片(U3)停止发驱动，实现欠压保护目的。
优选地，当电源达到输出过流设定点时，所述脉宽调制控制芯片(U3)的CS脚电压大于设置门限，所述脉宽调制控制芯片(U3)内部通过提高COMP脚电压起到限功率功能，当COMP脚电压被抬高到过流保护设定点时，所述第二基准比较器(U7)导通，所述充放电电容(C50)上电压被放掉，所述第三PNP三极管Q3导通，通过所述第五NPN三极管(Q5)导通，迅速放掉所述充放电电容(C50)上存储的电压，进而高电平灌到所述欠压保护模块，使所述第六NPN三极管导通，从而拉低P点电压，进而拉低所述脉宽调制控制芯片(U3)COMP脚电压，所述脉宽调制控制芯片(U3)停止发驱动，实现过流及短路保护目的。
与现有技术相比，本发明一种低成本保护电路通过欠压保护模块在输入电压VIN+和切断控制信号A的控制下控制补偿信号COMP的幅值，并输出欠压保护信号P，利用过流及短路打嗝保护模块在所述补偿信号COMP过高时输出切断控制信号A至所述欠压保护模块，利用脉宽调制器模块在所述欠压保护模块输出的欠压保护信号P和所述过流及短路打嗝保护模块输出的补偿信号COMP的控制下，开启或关闭脉宽调制控制芯片的PWM输出GS，实现了通过利用普遍应用的电阻、电容、二极管、三极管以及基准即可达到直流直流变换器的输入电压保护和过流打嗝保护的目的，且易于调节开启或关断回差。
附图说明
图1为本发明一种低成本保护电路的电路结构图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种低成本保护电路的电路结构图。如图1所示，本发明一种低成本保护电路，应用于直流直流变换器，包括：欠压保护模块(UVP)10、过流及短路打嗝保护模块(OCP)20和脉宽调制器模块30。
其中，欠压保护模块(UVP)10由第一分压电阻R42、第二分压电阻R48/R49、第一去毛刺电容C53、第一基准比较器U6(1脚基准，2脚阴极，3脚阳极，阳极接地)、第一上拉电阻R39、第二回差电阻R41、第一偏置电阻R45、第二偏置电阻R52、NPN三极管Q6、第二去毛刺电容C52组成，用于在输入电压VIN+和切断控制信号A的控制下控制补偿信号COMP的幅值；
过流及短路打嗝保护模块(OCP)20由第三分压电阻R35、第四分压电阻R51、第三去毛刺电容C55、第二基准比较器U7、第三负载电阻R40、充放电电阻R31、充放电电容C50、NPN三极管Q5、第一限流电阻R33、第二限流电阻R46、第三限流电阻R47、第四负载电阻R50、第四去毛刺电容C54、PNP三极管Q3、放电二极管D11和隔离二极管D14组成，用于在补偿信号COMP过高时输出切断控制信号A至欠压保护模块(UVP)10；
脉宽调制器模块30由脉宽调制控制芯片U3、PNP三极管Q2、第五负载电阻R18、第五去毛刺电容C41、发射极电阻R17、参考电压VREF滤波电容C42、电源滤波电容C18、定时电阻R10、定时电容C43/C45、电流检测电阻R26、电流检测加速电容C44组成，用于在欠压保护模块(UVP)10输出的欠压保护信号P和过流及短路打嗝保护模块(OCP)20输出的补偿信号COMP的控制下，开启或关闭脉宽调制控制芯片的PWM输出GS(U3之6脚)。
具体地，输入电压VIN+经第一分压电阻R42连接至第二分压电阻R48/R49的一端、第一去毛刺电容C53的一端、第二回差电阻R41的一端和第一基准比较器U6的输入端，第一基准比较器U6的输出端通过第一上拉电阻R39连接至电源VCC，并通过第一偏置电阻R45连接至NPN三极管Q6的基极和第二偏置电阻R52的一端以及第二去毛刺电容C52的一端，第二分压电阻R48/R49的另一端、第一去毛刺电容C53的另一端、NPN三极管Q6的发射极、第二偏置电阻R52的另一端以及第二去毛刺电容C52的另一端接地SGND，第二回差电阻R41(调节欠压回差)的另一端与NPN三极管Q6的集电极和第五负载电阻R18的一端、第五去毛刺电容C41的一端以及PNP三极管Q2的基极相连组成欠压保护信号P节点；
PNP三极管Q2的发射极与发射极电阻R17的一端以及脉宽调制控制芯片U3的补偿端COMP(1脚)相连组成补偿电压COMP节点，参考电压VREF滤波电容C42的一端与第五负载电阻R18的另一端、发射极电阻R17的另一端以及脉宽调制控制芯片U3的参考电压端VREF(8脚)相连组成参考电压VREF节点，电源滤波电容C18的一端和脉宽调制控制芯片U3的电源端VDD(7脚)连接至电源VCC，定时电容C43/C45的一端与定时电阻R10的一端、电流检测电阻R26的一端、电流检测加速电容C44的一端连接至脉宽调制控制芯片U3的定时阻容端RTCT(4脚)，定时电阻R10的另一端连接至参考电压VREF，流检测电阻R26的另一端与电流检测加速电容C44的另一端连接至脉宽调制控制芯片U3的电流检测端CS(3脚)，脉宽调制控制芯片U3的反馈端FB(2脚)与地端GND(5脚)以及电源滤波电容C18的另一端、参考电压VREF滤波电容C42的另一端、第五去毛刺电容C41的另一端以及PNP三极管Q2的集电极、定时电容C43/C45的另一端连接至地SGND，脉宽调制控制芯片U3的输出端OUT(6脚)即PWM输出GS连接至开关管。
第三分压电阻R35的一端连接至第四分压电阻R51的一端、第三去毛刺电容C55的一端以及第二基准比较器U7的输入端，第三分压电阻R35的另一端连接至补偿电压COMP节点，第二基准比较器U7的输出端即HIPCUP节点通过第三负载电阻R40连接至电源VCC，同时还连接至NPN三极管Q5的集电极和充放电电容C50的一端，充放电电容C50的另一端连接至充放电电阻R31的一端、放电二极管D11的阳极和第一限流电阻R33的一端，第一限流电阻R33的另一端连接至PNP三极管Q3的基极，PNP三极管Q3的集电极连接至第四负载电阻R50的一端和第二限流电阻R46的一端、第四去毛刺电容C54的一端以及第三限流电阻R47的一端，第二限流电阻R46的另一端连接至NPN三极管Q5的基极，第三限流电阻R47的另一端连接至隔离二极管D14的阳极，隔离二极管D14的阴极与NPN三极管Q6的基极和第二偏置电阻R52的一端以及第二去毛刺电容C52的一端组成切断控制信号A节点。
本发明中，欠压保护模块(UVP)10的基本工作原理如下：当输入电压VIN+低于输入欠压点，第一基准比较器U6的基准脚低于内部设置比较参考电压2.5V，第一基准比较器U6不工作，VCC电压通过电阻分压使NPN三极管Q6导通，从而拉低欠压保护信号P节点电压，进而拉低脉宽调制控制芯片U3的COMP脚电压，芯片停止发送驱动，实现欠压保护功能。
过流及短路打嗝保护模块(OCP)20的基本工作原理如下：当电源达到输出过流设定点时，脉宽调制控制芯片U3的CS脚电压大于设置门限，芯片内部通过提高COMP脚电压起到限功率功能，但此时只有限功率功能，电源损耗很大，通过本发明电路可以大幅减小过流功耗，COMP脚电压被抬高到过流保护设定点时，第二基准比较器U7导通，充放电电容C50上电压被放掉，PNP三极管Q3导通，通过NPN三极管Q5导通，迅速放掉充放电电容C50上存储的电压，进而高电平灌到欠压保护模块10，使NPN三极管Q6导通，从而拉低P点电压，进而拉低脉宽调制控制芯片COMP脚电压，芯片停止发驱动，实现过流及短路保护功能，通过充放电电容C50的反复充放电实现过流及短路保护及恢复。
综上所述，本发明一种低成本保护电路通过欠压保护模块在输入电压VIN+和切断控制信号A的控制下控制补偿信号COMP的幅值，并输出欠压保护信号P，利用过流及短路打嗝保护模块在所述补偿信号COMP过高时输出切断控制信号A至所述欠压保护模块，利用脉宽调制器模块在所述欠压保护模块输出的欠压保护信号P和所述过流及短路打嗝保护模块输出的补偿信号COMP的控制下，开启或关闭脉宽调制控制芯片的PWM输出GS，实现了通过利用普遍应用的电阻、电容、二极管、三极管以及基准即可达到直流直流变换器的输入电压保护和过流打嗝保护的目的，且易于调节开启或关断回差。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (8)

1.一种低成本保护电路，包括：
欠压保护模块，用于在输入电压VIN+和切断控制信号A的控制下控制补偿信号COMP的幅值，并通过拉低欠压保护信号P节点电压以实现输入欠压保护；
过流及短路打嗝保护模块，用于在所述补偿信号COMP过高时输出切断控制信号A至所述欠压保护模块；
脉宽调制器模块，用于在所述欠压保护模块输出的欠压保护信号P和所述过流及短路打嗝保护模块输出的补偿信号COMP的控制下，开启或关闭脉宽调制控制芯片的PWM输出GS。
2.如权利要求1所述的一种低成本保护电路，其特征在于：所述欠压保护模块包括第一分压网络、第一基准比较器(U6)、第一上拉电阻(R39)、第一偏置电阻(R45)、第二偏置电阻(R52)、第六NPN三极管(Q6)以及第二去毛刺电容(C52)，输入电压VIN+经第一分压网络输出至第一基准比较器(U6)的输入端，第一基准比较器(U6)的输出端通过第一上拉电阻(R39)连接至电源VCC，并通过第一偏置电阻(R45)连接至第六NPN三极管(Q6)的基极和第二偏置电阻(R52)的一端以及第二去毛刺电容(C52)的一端，所述第六NPN三极管Q6的发射极、第二偏置电阻R52的另一端以及第二去毛刺电容(C52)的另一端接地SGND，集电极控制所述欠压保护信号P。
3.如权利要求2所述的一种低成本保护电路，其特征在于：所述第一分压网络包括第一分压电阻(R42)、第二分压电阻、第一去毛刺电容(C53)、第二回差电阻(R41)，所述输入电压VIN+经第一分压电阻(R42)连接至第二分压电阻的一端、第一去毛刺电容(C53)的一端、第二回差电阻(R41)的一端以及第一基准比较器(U6)的输入端，第二分压电阻的另一端、第一去毛刺电容C53的另一端接地SGND。
4.如权利要求3所述的一种低成本保护电路，其特征在于：所述过流及短路打嗝保护模块包括第二分压网络、第二基准比较器(U7)、第三负载电阻(R40)、充放电电阻(R31)、充放电电容(C50)、第五NPN三极管(Q5)、第一限流电阻(R33)、第二限流电阻(R46)、第三限流电阻(R47)、第四负载电阻(R50)、第四去毛刺电容(C54)、第三PNP三极管(Q3)、放电二极管(D11)和隔离二极管(D14)，补偿电压COMP节点通过所述第二分压电阻连接至第二基准比较器U7的输入端，第二基准比较器(U7)的输出端即HIPCUP节点通过第三负载电阻(R40)连接至电源VCC，同时还连接至第五NPN三极管(Q5)的集电极和充放电电容(C50)的一端，所述充放电电容(C50)的另一端连接至充放电电阻(R31)的一端、放电二极管(D11)的阳极和第一限流电阻(R33)的一端，第一限流电阻(R33)的另一端连接至第三PNP三极管(Q3)的基极，第三PNP三极管(Q3)的集电极连接至第四负载电阻(R50)的一端和第二限流电阻(R46)的一端、第四去毛刺电容(C54)的一端以及第三限流电阻(R47)的一端，第二限流电阻(R46)的另一端连接至第五NPN三极管(Q5)的基极，第三限流电阻(R47)的另一端连接至隔离二极管(D14)的阳极，所述隔离二极管(D14)的阴极与第六NPN三极管(Q6)的基极和第二偏置电阻(R52)的一端以及第二去毛刺电容(C52)的一端组成切断控制信号A节点。
5.如权利要求4所述的一种低成本保护电路，其特征在于：所述第二分压网络包括第三分压电阻(R35)、第四分压电阻(R51)、第三去毛刺电容(C55)，所述第三分压电阻(R35)的一端连接至第四分压电阻(R51)的一端、第三去毛刺电容(C55)的一端以及第二基准比较器(U7)的输入端，所述第三分压电阻R35的另一端连接至补偿电压COMP节点，所述第四分压电阻(R51)、第三去毛刺电容(C55)另一端接地SGND。
6.如权利要求5所述的一种低成本保护电路，其特征在于：所述脉宽调制器模块包括脉宽调制控制芯片(U3)、第二PNP三极管(Q2)、第五负载电阻(R18)、第五去毛刺电容(C41)、发射极电阻(R17)、参考电压滤波电容(C42)、电源滤波电容(C18)、定时电阻(R10)、定时电容、电流检测电阻(R26)、电流检测加速电容(C44)，所述第二PNP三极管(Q2)的发射极与发射极电阻(R17)的一端以及脉宽调制控制芯片(U3)的补偿端COMP相连组成补偿电压COMP节点，参考电压滤波电容(C42)的一端与第五负载电阻(R18)的另一端、发射极电阻(R17)的另一端以及脉宽调制控制芯片(U3)的参考电压端VREF端相连组成参考电压VREF节点，电源滤波电容(C18)的一端和脉宽调制控制芯片(U3)的电源端VDD连接至电源VCC，定时电容一端与定时电阻(R10)的一端、电流检测电阻(R26)的一端、电流检测加速电容(C44)的一端连接至脉宽调制控制芯片(U3)的定时阻容端RTCT，定时电阻(R10)的另一端连接至参考电压VREF，电流检测电阻(R26)的另一端与电流检测加速电容(C44)的另一端连接至脉宽调制控制芯片(U3)的电流检测端CS，脉宽调制控制芯片(U3)的反馈端FB与地端GND以及电源滤波电容(C18)的另一端、参考电压滤波电容(C42)的另一端、第五去毛刺电容(C41)的另一端以及第二PNP三极管(Q2)的集电极、定时电容的另一端连接至地SGND，脉宽调制控制芯片(U3)的输出端OUT即PWM输出GS连接至开关管。
7.如权利要求6所述的一种低成本保护电路，其特征在于：当所述输入电压VIN+低于输入欠压点，所述第一基准比较器(U6)的基准脚低于内部设置比较参考电压，第一基准比较器(U6)不工作，电源VCC电压通过电阻分压使第六NPN三极管(Q6)导通，从而拉低所述欠压保护信号P节点电压，进而拉低所述脉宽调制控制芯片(U3)的COMP脚电压，所述脉宽调制控制芯片(U3)停止发驱动，实现欠压保护目的。
8.如权利要求7所述的一种低成本保护电路，其特征在于：当电源达到输出过流设定点时，所述脉宽调制控制芯片(U3)的CS脚电压大于设置门限，所述脉宽调制控制芯片(U3)内部通过提高COMP脚电压起到限功率功能，当COMP脚电压被抬高到过流保护设定点时，所述第二基准比较器(U7)导通，所述充放电电容(C50)上电压被放掉，所述第三PNP三极管Q3导通，通过所述第五NPN三极管(Q5)导通，迅速放掉所述充放电电容(C50)上存储的电压，进而高电平灌到所述欠压保护模块，使所述第六NPN三极管导通，从而拉低P点电压，进而拉低所述脉宽调制控制芯片(U3)COMP脚电压，所述脉宽调制控制芯片(U3)停止发驱动，实现过流及短路保护目的。
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