CN202797901U - 低功耗短路保护电路及dc/dc变换器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型适用于电子电路技术领域，提供了一种低功耗短路保护电路，与DC/DC变换器中的PWM控制芯片连接，所述低功耗短路保护电路包括：第一比较器，其正相输入端与所述PWM控制芯片的补偿比较引脚连接，所述第一比较器的反相输入端输入第一基准电压；第二比较器，其正相输入端输入第二基准电压，所述第二比较器的反相输入端与二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极与所述第一比较器的输出端连接，所述DC/DC变换器短路时，所述第二比较器输出低电平，将所述PWM控制芯片的补偿比较引脚的电位拉低使得所述PWM控制芯片停止工作，简单可靠地实现了短路保护。此外，还提供了一种包括上述低功耗短路保护电路的DC/DC变换器。
Description
技术领域
本实用新型属于电子电路技术领域，尤其涉及一种低功耗短路保护电路及DC/DC变换器。
背景技术
目前，市面上大多数电子设备在应用过程中，误操作等原因会出现短路的情况，其中开关电源作为电源模块功率部分应用广泛，而传统的短路保护机制由于电子元器件较多，占的体积较大，无法满足开关电源的体积有限的问题。
此外，在开关电源中，尤其是使用到UCC180X/UCC280X/UCC380X系列低功耗电流型PWM控制芯片的开关电源，传统的短路保护机制在此不适用，因为短路时，由于主功率回路中仍有电流通路会产生比较大的短路电流，以至无法实现较小短路功耗部分的短路保护要求。
实用新型内容
本实用新型实施例的目的在于提供一种简单可靠、对较小短路功耗部分的电源功率模块有效保护的低功耗短路保护电路，旨在解决传统的短路保护机制占的体积较大，且无法实现较小短路功耗部分的短路保护要求的问题。
本实用新型实施例是这样实现的，一种低功耗短路保护电路，与DC/DC变换器中的PWM控制芯片连接，所述低功耗短路保护电路包括：
第一比较器，其正相输入端与所述PWM控制芯片的补偿比较引脚连接，所述第一比较器的反相输入端输入第一基准电压；
用于在所述DC/DC变换器短路时其输出端输出低电平，将所述PWM控制芯片的补偿比较引脚的电位拉低使得所述PWM控制芯片停止工作的第二比较器，其中，所述第二比较器的正相输入端输入第二基准电压，所述第二比较器的反相输入端与二极管D1的阴极连接，所述二极管D1的阳极与所述第一比较器的输出端连接，所述第二比较器的输出端与二极管D2的阴极连接，所述二极管D2的阳极与所述PWM控制芯片的补偿比较引脚连接。
在优选的实施例中，所述低功耗短路保护电路还包括一端均与直流电源连接的上拉电阻R1和上拉电阻R2，所述上拉电阻R1的另一端与所述第一比较器的输出端连接，所述上拉电阻R2的另一端的与所述第二比较器的输出端连接。
在优选的实施例中，所述低功耗短路保护电路还包括一端与所述直流电源连接的分压电阻R3和二极管D3，所述分压电阻R3的另一端和所述二极管D3的阳极与所述第二比较器的正相输入端连接，所述二极管D3的阴极与所述第二比较器的输出端连接。
在优选的实施例中，所述低功耗短路保护电路还包括分压网络，所述分压网络包括分压电阻R4、分压电阻R5、分压电阻R6、分压电阻R7，其中，
所述分压电阻R4一端与所述PWM控制芯片的补偿比较引脚连接、另一端与所述第一比较器的正相输入端连接并通过所述分压电阻R5接地；
所述分压电阻R6一端与所述PWM控制芯片的参考电压引脚连接、另一端与所述第一比较器的反相输入端连接并通过所述分压电阻R7接地；
其中所述PWM控制芯片的参考电压引脚提供所述第一基准电压、第二基准电压和直流电源。
在优选的实施例中，低功耗短路保护电路还包括分压模块，所述分压模块包括分压电阻R8和储能电容C1，所述分压电阻R8一端与第二比较器的反相输入端连接、另一端接地，所述储能电容C1与所述分压电阻R8并联。
本实用新型实施例的另一目的在于提供一种DC/DC变换器，所述变换器包括PWM控制芯片、MOS管、变压器及滤波模块，所述变压器的初级线圈一端与直流电源连接，利用所述PWM控制芯片控制MOS管的通断以控制变压器的工作，变压器的次级线圈输出电压经所述滤波模块滤波输出，所述DC/DC变换器还包括上所述的低功耗短路保护电路，所述低功耗短路保护电路与所述PWM控制芯片连接。
在优选的实施例中，所述PWM控制芯片为UCC1800、UCC2800或UCC3800芯片。
上述低功耗短路保护电路，经设置元器件参数的配合，DC/DC变换器正常工作状态时，PWM控制芯片的补偿比较引脚的电压比第一基准电压小，第一比较器输出低电平，二极管D1截止，第二比较器的正相输入端比反相输入端电压大输出高电平，二极管D2截止，保护电路不影响PWM控制芯片工作；DC/DC变换器的输出短路时，PWM控制芯片的补偿比较引脚的电压比第一基准电压大，第一比较器输出高电平，二极管D1导通，第二比较器的正相输入端比反相输入端电压小输出低电平，二极管D2导通，将PWM控制芯片的补偿比较引脚的电位拉低使其停止工作，实现了短路保护，由于PWM控制芯片的补偿比较引脚电压较小，如此，该短路保护电路实现了较小短路功耗部分的电源功率模块有效保护，且简单可靠。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的包括低功耗短路的保护电路DC/DC变换器的电路原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，为一DC/DC变换器的电路原理图，其包括一优选实施例中的低功耗短路保护电路100，与DC/DC变换器中的PWM控制芯片U1连接，低功耗短路保护电路100包括：
第一比较器IC1，其正相输入端与PWM控制芯片U1的补偿比较引脚1连接，第一比较器IC1的反相输入端输入第一基准电压；
用于在DC/DC变换器短路时其输出端输出低电平，将PWM控制芯片U1的补偿比较引脚1的电位拉低使得PWM控制芯片U1停止工作的第二比较器IC2，其中，第二比较器IC2的正相输入端输入第二基准电压，第二比较器IC2的反相输入端与二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极与第一比较器IC1的输出端连接，第二比较器IC2的输出端与二极管D2的阴极连接，二极管D2的阳极与PWM控制芯片U1的补偿比较引脚1连接。
上述低功耗短路保护电路100，经设置元器件参数的配合，DC/DC变换器正常工作状态时，PWM控制芯片U1的补偿比较引脚1的电压比第一基准电压小，第一比较器IC1输出低电平，二极管D1截止，第二比较器IC2的正相输入端比反相输入端电压大输出高电平，二极管D2截止，保护电路不影响PWM控制芯片工作；DC/DC变换器的输出短路时，PWM控制芯片U1的补偿比较引脚1的电压比第一基准电压大，第一比较器IC1输出高电平，二极管D1导通，第二比较器IC2的正相输入端比反相输入端电压小输出低电平，二极管D2导通，将PWM控制芯片U1的补偿比较引脚1的电位拉低使其停止工作，实现了短路保护，由于PWM控制芯片U1的补偿比较引脚1电压较小，如此，该短路保护电路实现了较小短路功耗部分的电源功率模块有效保护，且简单可靠。
在优选的实施例中，低功耗短路保护电路100还包括一端均与直流电源连接的上拉电阻R1和上拉电阻R2，上拉电阻R1的另一端与第一比较器IC1的输出端连接，上拉电阻R2的另一端的与第二比较器IC2的输出端连接。上拉电阻R1和上拉电阻R2用于让第一比较器IC1和第二比较器IC2的输入不受到干扰。
在优选的实施例中，低功耗短路保护电路100还包括一端与直流电源连接的分压电阻R3和二极管D3，分压电阻R3的另一端和二极管D3的阳极与第二比较器IC2的正相输入端连接，二极管D3的阴极与第二比较器IC2的输出端连接。二极管D3用作嵌位，当DC/DC变换器短路时，二极管D3将第二比较器IC2正相输入的第二基准电压拉低，使得保护更加彻底。
在优选的实施例中，低功耗短路保护电路100还包括分压网络，分压网络包括分压电阻R4、分压电阻R5、分压电阻R6、分压电阻R8。
分压电阻R4一端与PWM控制芯片U1的补偿比较引脚1连接、另一端与第一比较器IC1的正相输入端连接并通过分压电阻R5接地；分压电阻R6一端与PWM控制芯片U1的参考电压引脚连接、另一端与第一比较器IC1的反相输入端连接并通过分压电阻R7接地；其中PWM控制芯片U1的参考电压引脚提供第一基准电压、第二基准电压和直流电源。
在优选的实施例中，低功耗短路保护电路100还包括分压模块，分压模块包括分压电阻R8和储能电容C1，分压电阻R8一端与第二比较器IC2的反相输入端连接、另一端接地，储能电容C1与分压电阻R8并联。
在上述实施例中，每个电阻均可以使用多个电阻器串并联替换。
在优选的实施例中，PWM控制芯片U1为UCC1800、UCC2800或UCC3800芯片。在其他实施例中，PWM控制芯片U1还可以为UCC1800系列、UCC2800系列或UCC3800系列的其他芯片。
以下将结合图1以一优选实施例说明低功耗短路保护电路100的工作原理。
由于低功耗短路保护电路100是为DC/DC变换器工作的，因此以DC/DC变换器的不同工作状态表现低功耗短路保护电路100的功能原理，在本实施例中，PWM控制芯片U1以UCC1800W为例以说明。
DC/DC变换器正常工作状态：PWM控制芯片U1的补偿比较引脚1电压小于2.5V，PWM控制芯片U1的参考电压引脚8电压为5V，第一比较器IC1的反相输入端电压通过分压电阻R4、分压电阻R5分压5V，第一比较器IC1的反相输入端电压高于正相输入端电压，第一比较器IC1输出低电平，二极管D1截止；第二比较器IC2的正相输入端电压高于反相输入端电压，第二比较器IC2输出高电平，二极管D2、二极管D3截止，低功耗短路保护电路100不影响PWM控制芯片U1补偿比较引脚1的电压，DC/DC变换器处于正常工作状态。
DC/DC变换器输出短路：当输出端短路时（输出正端Vo与输出负端Go短接），输出正端Vo的电压降至零（与输出负端Go电压相等），PWM控制芯片U1的补偿比较引脚1的电压达到3.9V，此时第一比较器IC1的正相输入端电压高于反相输入端电压，第一比较器IC1翻转，输出高电平，二极管D1导通，开始对储能电容C1充电，当储能电容C1两端电压超过第二比较器IC2正相输入端的第二基准电压时，第二比较器IC2翻转，输出低电位，二极管D2、二极管D3导通，PWM控制芯片U1的补偿比较引脚1电位被拉低至1V以下时停止工作，DC/DC变换器输出短路，与此同时用作嵌位的二极管D3将第二比较器IC2正相输入的第二基准电压拉低，使得保护更加彻底。
DC/DC变换器短路恢复：当输出端短路解除时，PWM控制芯片U1的补偿比较引脚1的电压小于2.5V，第一比较器IC1的输出端输出低电平，二极管D1仍处于截止状态，储能电容C1通过分压电阻R8放电，第二比较器IC2的正相输入端电压低于反相输入端电压，第二比较器IC2输出高电平，二极管D2、二极管D3截止，低功耗短路保护电路100不影响PWM控制芯片U1的补偿比较引脚1的电压，电路恢复正常工作状态。
本实用新型实施例的另一目的在于提供一种DC/DC变换器，请参考图1，变换器包括PWM控制芯片U1、MOS管Q1、变压器T及滤波模块，变压器T的初级线圈一端与直流电源连接，利用PWM控制芯片U1控制MOS管Q1的通断以控制变压器T的工作，变压器T的次级线圈输出电压经滤波模块滤波输出，DC/DC变换器还包括上的低功耗短路保护电路100，低功耗短路保护电路100与PWM控制芯片U1连接，低功耗短路保护电路100的功能原理如上所述，这里不再赘述。
在优选的实施例中，PWM控制芯片U1为UCC1800、UCC2800或UCC3800芯片。在其他实施例中，PWM控制芯片U1还可以为UCC1800系列、UCC2800系列或UCC3800系列的其他芯片。
上述低功耗短路保护电路100，经设置元器件参数的配合，DC/DC变换器正常工作状态时，PWM控制芯片U1的补偿比较引脚1的电压比第一基准电压小，第一比较器IC1输出低电平，二极管D1截止，第二比较器IC2的正相输入端比反相输入端电压大输出高电平，二极管D2截止，保护电路不影响PWM控制芯片工作；DC/DC变换器的输出短路时，PWM控制芯片U1的补偿比较引脚1的电压比第一基准电压大，第一比较器IC1输出高电平，二极管D1导通，第二比较器IC2的正相输入端比反相输入端电压小输出低电平，二极管D2导通，将PWM控制芯片U1的补偿比较引脚1的电位拉低使其停止工作，实现了短路保护，由于PWM控制芯片U1的补偿比较引脚1电压较小，如此，该短路保护电路实现了较小短路功耗部分的电源功率模块有效保护，且简单可靠。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种低功耗短路保护电路，与DC/DC变换器中的PWM控制芯片连接，其特征在于，所述低功耗短路保护电路包括：
第一比较器，其正相输入端与所述PWM控制芯片的补偿比较引脚连接，所述第一比较器的反相输入端输入第一基准电压；
用于在所述DC/DC变换器短路时其输出端输出低电平，将所述PWM控制芯片的补偿比较引脚的电位拉低使得所述PWM控制芯片停止工作的第二比较器，其中，所述第二比较器的正相输入端输入第二基准电压，所述第二比较器的反相输入端与二极管D1的阴极连接，所述二极管D1的阳极与所述第一比较器的输出端连接，所述第二比较器的输出端与二极管D2的阴极连接，所述二极管D2的阳极与所述PWM控制芯片的补偿比较引脚连接。
2.如权利要求1所述的低功耗短路保护电路，其特征在于，所述低功耗短路保护电路还包括一端均与直流电源连接的上拉电阻R1和上拉电阻R2，所述上拉电阻R1的另一端与所述第一比较器的输出端连接，所述上拉电阻R2的另一端的与所述第二比较器的输出端连接。
3.如权利要求1所述的低功耗短路保护电路，其特征在于，所述低功耗短路保护电路还包括一端与所述直流电源连接的分压电阻R3和二极管D3，所述分压电阻R3的另一端和所述二极管D3的阳极与所述第二比较器的正相输入端连接，所述二极管D3的阴极与所述第二比较器的输出端连接。
4.如权利要求2或3所述的低功耗短路保护电路，其特征在于，所述低功耗短路保护电路还包括分压网络，所述分压网络包括分压电阻R4、分压电阻R5、分压电阻R6、分压电阻R7，其中，
所述分压电阻R4一端与所述PWM控制芯片的补偿比较引脚连接、另一端与所述第一比较器的正相输入端连接并通过所述分压电阻R5接地；
所述分压电阻R6一端与所述PWM控制芯片的参考电压引脚连接、另一端与所述第一比较器的反相输入端连接并通过所述分压电阻R7接地；
其中所述PWM控制芯片的参考电压引脚提供所述第一基准电压、第二基准电压和直流电源。
5.如权利要求1所述的低功耗短路保护电路，其特征在于，低功耗短路保护电路还包括分压模块，所述分压模块包括分压电阻R8和储能电容C1，所述分压电阻R8一端与第二比较器的反相输入端连接、另一端接地，所述储能电容C1与所述分压电阻R8并联。
6.一种DC/DC变换器，所述变换器包括PWM控制芯片、MOS管、变压器及滤波模块，所述变压器的初级线圈一端与直流电源连接，利用所述PWM控制芯片控制MOS管的通断以控制变压器的工作，变压器的次级线圈输出电压经所述滤波模块滤波输出，其特征在于，所述DC/DC变换器还包括如权利要求1至5任一项所述的低功耗短路保护电路，所述低功耗短路保护电路与所述PWM控制芯片连接。
7.如权利要求6所述的DC/DC变换器，其特征在于，所述PWM控制芯片为UCC1800、UCC2800或UCC3800芯片。
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| US20230038599A1 (en) * | 2021-08-03 | 2023-02-09 | Potens Semiconductor Corp. | Electromagnetic interference regulator by use of capacitive parameters of field-effect transistor |
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