CN113036721A - 升压电路的过压保护方法、保护电路及升压电路 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种升压电路的过压保护方法、保护电路及升压电路，通过辅助绕组与升压电路的电感耦合，辅助绕组一端连接检测引脚，在主功率管导通期间和续流二极管导通期间，分别采样检测引脚的电信号，根据采样得到的电信号，判断输出电压是否过压。本发明过压保护技术不需要增加额外器件及芯片引脚。

Description

升压电路的过压保护方法、保护电路及升压电路

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种升压电路的过压保护方法、保护电路及升压电路。

背景技术

传统PFC控制会通过检测FB引脚电压实现过压保护，但是FB引脚电压同时是电压闭环反馈，所以对于由分压电阻阻值错误导致的输出过压，通过FB引脚实现过压保护就不会起作用，从而影响系统安全。

如图1所示，通常需要一个专门的过压保护引脚来采样输出电压，但是控制电路外围需要增加电压采样电阻，尤其是分压的上端电阻，由于需要耐受高压，通常需要几颗电阻串联，此外，还增加了一个引脚。

发明内容

本发明的目的是提供一种不增加外围器件和额外引脚的过压保护方法、过压保护电路及开关电路，用于解决现有技术存在的在实现过压保护时需要设置额外过压保护引脚及外围器件的问题。

基于上述目的，本发明还提供一种升压电路的过压保护方法，通过辅助绕组与升压电路的电感耦合，辅助绕组一端连接检测引脚，在主功率管导通期间和续流二极管导通期间，分别采样所述检测引脚的电信号，根据采样获得的电信号判断所述升压电路的输出电压是否过压。

可选的，所述检测引脚复用为零电压检测引脚，用于对辅助绕组的电压进行检测，以控制所述主功率管的零电压开通。

可选的，在主功率管导通期间和续流二极管导通期间，分别采样流过检测引脚的电流，根据采样得到的电流采样信号，判断所述输出电压是否过压。

可选的，在主功率管导通期间和续流二极管导通期间，分别采样流过检测引脚的电流，得到第一电流采样信号和第二电流采样信号；将第一电流采样信号和第二电流采样信号逻辑处理，得到第三电流采样信号；当所述第三电流采样信号大于第一基准时，表征所述输出电压过压，开关电路启动过压保护。

可选的，在主功率管导通期间和续流二极管导通期间，分别采样检测引脚的电压，根据采样得到的电压采样信号，判断所述输出电压是否过压。

可选的，在主功率管导通期间和续流二极管导通期间，分别采样检测引脚的电压，得到第一电压采样信号和第二电压采样信号，将第一电压采样信号和第二电压采样信号逻辑处理，得到第三电压采样信号；当所述第三电压采样信号大于第二基准时，表征输出电压过压。

可选的，在主功率管导通期间采样流过检测引脚的电流，以及在续流二极管导通期间采样检测引脚的电压，根据采样得到的电流采样信号以及电压采样信号，判断所述输出电压是否过压。

可选的，在主功率管导通期间采样检测引脚的电压，以及在续流二极管导通期间采样流过检测引脚的电流，根据采样得到的电压采样信号以及电流采样信号，判断所述输出电压是否过压。

可选的，若采样的是所述检测引脚的电流，则将检测引脚的电位钳位在零电位。

本发明还提供一种过压保护电路，应用于升压电路中，辅助绕组与升压电路的电感耦合，辅助绕组一端连接检测引脚，所述过压保护电路包括：

采样电路，在主功率管导通期间和续流二极管导通期间，分别采样检测引脚的电信号，输出第一采样信号和第二采样信号；

处理器，将第一采样信号和第二采样信号进行处理，输出第三采样信号；

比较器，将第三采样信号和基准信号进行比较，当第三采样信号大于第基准信号时，判断输出电压过压。

可选的，所述检测引脚复用为零电压检测引脚，用于对辅助绕组的电压进行检测，以控制所述主功率管的零电压开通。

可选的，所述采样电路包括电压采样电路，在主功率管导通期间和续流二极管导通期间，所述电压采样电路分别采样检测引脚的电压，输出第一电压采样信号和第二电压采样信号，第一电压采样信号和第二电压采样信号分别为所述第一采样信号和所述第二采样信号；所述处理器包括加法器，所述加法器将第一电压采样信号和第二电压采样信号进行累加得到所述第三采样信号。

可选的，所述采样电路包括电流采样电路，在主功率管导通期间和续流二极管导通期间，所述电流采样电路分别采样流过检测引脚的电流，输出第一电流采样信号和第二电流采样信号，第一电流采样信号和第二电流采样信号分别为所述第一采样信号和所述第二采样信号；所述处理器包括加法器，所述加法器将第一电流采样信号和第二电流采样信号进行累加得到所述第三采样信号。

可选的，所述采样电路包括电流采样电路和电压采样电路，在主功率管导通期间，所述电流采样电路采样流过检测引脚电流，输出第一电流采样信号；在续流二极管导通期间，所述电压采样电路采样检测引脚的电压，输出第一电压采样信号；所述处理器包括转换器和加法器，所述转换器将第一电流采样信号转化为第一电压信号，第一电压信号和第一电压采样信号分别为所述第一采样信号和所述第二采样信号；所述加法器将所述第一电压采样信号和第一电压信号进行累加，输出所述第三采样信号。

可选的，所述采样电路包括电流采样电路和电压采样电路，在主功率管导通期间，所述电压采样电路采样检测引脚的电压，输出第一电压采样信号；在续流二极管导通期间，所述电流采样电路采样流过检测引脚的电流，输出第一电流采样信号；所述处理器包括转换器和加法器，所述转换器将第一电流采样信号转化为第一电压信号，所述第一电压采样信号和第一电压信号分别为所述第一采样信号和所述第二采样信号；所述加法器将所述第一电压采样信号和第一电压信号进行累加，输出所述第三采样信号。

可选的，所述过压保护电路还包括钳位电路，当所述电流采样电路采样流过检测引脚的电流时，所述钳位电路将所述检测引脚的电压钳位在零电位。

本发明还提供一种升压电路，包括集成控制器和辅助绕组，所述集成控制器包括检测引脚，所述辅助绕组与升压电路的电感耦合，所述辅助绕组的一端连接所述检测引脚，通过采样所述检测引脚的电压，或者流过所述检测引脚的电流，判断升压电路的输出电压是否过压。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过分别采样升压电路主功率管导通期间和续流二极管导通期间检测引脚的电流大小或电压大小，得到输出电压信息，实现独立于电压环路过压保护。用此方案不会增加额外的外围器件，也不会增加芯片的Pin脚，设计简洁方便灵活。

附图说明

图1为现有技术实现过压保护的原理图；

图2为本发明过压保护的实现原理图；

图3为本发明过压保护实施例一的波形图；

图4为本发明过压保护实施例二的波形图；

图5为本发明过压保护电路的实施例一原理图；

图6为本发明过压保护电路的实施例二原理图；

图7为本发明过压保护电路的实施例三原理图；

图8为本发明过压保护电路的实施例四原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。

为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图2所示，示意了本发明升压电路过压保护的实现原理图，图中LP为开关电路电感，Np为与电感LP耦合的辅助绕组，匝数比Lp/Np＝N；开关电路主功率管为M1，续流二极管为D1，输入电压为Vi，输出电压为Vo。辅助绕组Np一端连接升压电路的控制芯片的一个检测引脚，在本发明实施例中该检测引脚为零电压检测引脚ZCD，也用来实现辅助绕组(或者是电感)零电压的检测，以控制主功率关管的零电压开通。通过采样流过检测引脚的电流或者采样检测引脚的电压来判断输出电压是否过压，以实现升压电路的过压保护。

如图3所示，示意了本发明过压保护实施例一波形图，Vgs为主功率管栅源电压，Vds为主功率管漏源电压，Vaux为辅助绕组Np两端电压，V_PIN为检测引脚电压，在主功率管和续流二极管导通期间，检测引脚电压置为零点位。在主功率管M1导通Ton期间，Vaux＝-Vi/N；在续流二极管导通Tons期间，Vaux＝(Vo-Vi)/N。分别采样这两段的电压绝对值大小并相加，得到一个和输出电压相关的量Vo/N。因此，通过检测流过辅助绕组的电流也能得到和输出电压相关的量，并与内部的基准比较，当其大于基准时，标准输出过压。图4示意了本发明过压保护实施例二波形图，与实施例一的区别在于可以通过采样检测引脚的电压V_PIN得到和输出电压相关的量，以用于判断输出电压是否过压。

如图5所示，示意了本发明过压保护电路实施例一原理图，在主功率管M1导通Ton期间和续流二极管D1导通Tons期间，通过钳位电路U100将ZCD引脚电压钳位在零电位，电流采样电路U101在Ton期间采样流出ZCD引脚的电流，电流大小Ion＝(Vi/N)/R_ZCD,在Tons期间采样流进ZCD引脚的电流大小，电流大小Ions＝(Vo-Vi)/N/R_ZCD.将Ton期间采样到的电流Ion通过采样保持电路U102进行采样保持，并与Tons期间的Ions相加，IC1＝Ion+Ions＝Vo/N/R_ZCD，此电流相加的量IC1则代表输出电压信息，通过比较器U103将IC1与基准IREF1比较，当IC1大于IREF1时表征输出过压。

如图6所示，示意了本发明过压保护电路实施例二原理图，如果控制芯片设计时，ZCD引脚能承受负压，则可以直接采样ZCD引脚电压，辅助绕组Np可以直接接到ZCD引脚或通过电阻分压接到ZCD引脚，保护方法类似实施例一所示。具体的，在主功率管M1导通Ton期间和续流二极管D1导通Tons期间，通过电压采样电路U101采样Ton期间ZCD引脚的电压，电压大小Von＝Vi/N,在Tons期间电压大小Vons＝(Vo-Vi)/N.将Ton期间采样到的电压Von通过采样保持电路U102进行采样保持，并与Tons期间的Vons相加，此电压相加的量VC2则代表输出电压信息，通过比较器U103将VC2与基准VREF2比较，当VC2大于VREF1时表征输出过压。

如图7所示，示意了本发明过压保护电路实施例三原理图，在主功率管M1导通Ton期间，钳位电路将检测引脚的电位置为零点位，电流采样电路U101采样流过检测引脚的电流，并通过转换器U102转换为第一电压信号Von，采样保持电路U103对该电压信号Von进行采样保持。在续流二极管D1导通期间，电压采样电路U104采样检测引脚的电压，得到第一电压检测信号Vons，通过加法器将该第一电压检测信号Vons和第一电压信号Von累加得到VC1，此电压相加的量VC1则代表输出电压信息，通过比较器U105将VC1与基准信号VREF1比较，当VC1大于VREF1时表征输出电压过压。

如图8所示，示意了本发明过压保护电路实施例四原理图，在主功率管M1导通期间，电压采样电路U104采样检测引脚的电压，得到第一电压检测信号Von，并通过采样保持器U105进行采样保持；在续流二极管D1导通Tons期间，钳位电路将检测引脚的电位置为零点位，电流采样电路U101采样流过检测引脚的电流，并通过转换器U102转换为第一电压信号Vons。通过加法器将该第一电压检测信号Von和第一电压信号Vons累加得到VC1，此电压相加的量VC1则代表输出电压信息，通过比较器U103将VC1与基准信号VREF1比较，当VC1大于VREF1时表征输出电压过压。

虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种升压电路的过压保护方法，其特征在于：通过辅助绕组与升压电路的电感耦合，辅助绕组一端连接检测引脚，在主功率管导通期间和续流二极管导通期间，分别采样所述检测引脚的电信号，根据采样获得的电信号判断所述升压电路的输出电压是否过压。

2.根据权利要求1所述的过压保护方法，其特征在于：所述检测引脚复用为零电压检测引脚，用于对辅助绕组的电压进行检测，以控制所述主功率管的零电压开通。

3.根据权利要求1所述的过压保护方法，其特征在于：在主功率管导通期间和续流二极管导通期间，分别采样流过检测引脚的电流，根据采样得到的电流采样信号，判断所述输出电压是否过压。

4.根据权利要求3所述的过压保护方法，其特征在于：在主功率管导通期间和续流二极管导通期间，分别采样流过检测引脚的电流，得到第一电流采样信号和第二电流采样信号；将第一电流采样信号和第二电流采样信号逻辑处理，得到第三电流采样信号；当所述第三电流采样信号大于第一基准时，表征所述输出电压过压，开关电路启动过压保护。

5.根据权利要求1所述的过压保护方法，其特征在于：在主功率管导通期间和续流二极管导通期间，分别采样检测引脚的电压，根据采样得到的电压采样信号，判断所述输出电压是否过压。

6.根据权利要求5所述过压保护方法，其特征在于：在主功率管导通期间和续流二极管导通期间，分别采样检测引脚的电压，得到第一电压采样信号和第二电压采样信号，将第一电压采样信号和第二电压采样信号逻辑处理，得到第三电压采样信号；当所述第三电压采样信号大于第二基准时，表征输出电压过压。

7.根据权利要求1所述的过压保护方法，其特征在于：在主功率管导通期间采样流过检测引脚的电流，以及在续流二极管导通期间采样检测引脚的电压，根据采样得到的电流采样信号以及电压采样信号，判断所述输出电压是否过压。

8.根据权利要求1所述的过压保护方法，其特征在于：在主功率管导通期间采样检测引脚的电压，以及在续流二极管导通期间采样流过检测引脚的电流，根据采样得到的电压采样信号以及电流采样信号，判断所述输出电压是否过压。

9.根据权利要求3、7、8任一所述的过压保护方法，其特征在于：若采样的是所述检测引脚的电流，则将检测引脚的电位钳位在零电位。

10.一种过压保护电路，应用于升压电路中，其特征在于：辅助绕组与升压电路的电感耦合，辅助绕组一端连接检测引脚，所述过压保护电路包括：

采样电路，在主功率管导通期间和续流二极管导通期间，分别采样检测引脚的电信号，输出第一采样信号和第二采样信号；

处理器，将第一采样信号和第二采样信号进行处理，输出第三采样信号；

比较器，将第三采样信号和基准信号进行比较，当第三采样信号大于第基准信号时，判断输出电压过压。

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