CN203151079U - 限电流和过电流双电流环保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种功率变换器的限电流和过电流双电流环保护电路，由限电流电流环保护电路和过流电流环保护电路连接组成，一个电流环为限电流保护，环路响应较慢，另外一个电流环为过电流保护，响应速度较快，在过电流保护电路中也包含短路保护，是短路保护响应速度大大加快。克服了传统过流和限流保护电路的保护单一性，在发生故障时，能更好的保护功率变换器，避免受损。
Description
技术领域
本实用新型是直流-直流功率变换器（DC/DC CONVERTERS)或交流-直流功率变换器（AC/DC CONVERTERS)的保护电路。
背景技术
目前在功率变换器领域，高功率密度、高效率、高可靠性是所有功率变换器的要求，对输出电流的保护尤为重要，但目前普遍采用的是单一电流环控制，要么是限流保护，要么是过电流保护，或者就是短路保护。
功率变换器主电路部分如图1所示，Vout+和Vout-为功率变换器的输出，C11为输出滤波电容，Rs为高精度采样电阻，Iofeed为电流采样信号，R15和C12构成电流采样信号的滤波器，可以滤除杂讯。
常见的电流保护电路如图2所示，X3为比较器，电阻R17和电阻R19构成分压器，在电阻R17和电阻R19的连接处设置过流保护值，当功率变换器输出发生过流时，亦即R16上产生的电流检测信号Iofeed大于或等于Ioset值时，6处的电压大于或等于Ioset处的电压，比较器发生偏转，比较器输出5处为低电平0V，将Protect point处的电压拉低，电源控制闭锁，无驱动输出，从而在功率变化器发生过流时能迅速保护，避免损失。这种常见电流保护电路的优点是保护迅速有效，缺点是保护模式单一，在负载电流稍微过载时，就可能导致芯片闭锁，整个功率变换器都停止工作。
发明内容
针对目前功率变换器输出电流保护电路的不足，本实用新型提出了一种过电流限电流双电流环保护电路。
本实用新型采用的技术方案是：由限电流电流环保护电路和过流电流环保护电路连接组成，所述限电流电流环保护电路包括运算放大器X1，设定限流值电压信号通过电阻R1连接到运算放大器X1的同相输入端，负电压信号通过串联电阻R2和电阻R3接运算放大器X1的同相输入端，串联的电阻R5、电容C3与电容C4后连接运算放大器X1的反相输入端和输出端；运算放大器X1的输出端连接二极管D1负极；所述过流电流环保护电路包括运算放大器X2，输出电流采样电压信号通过电阻R7连接运算放大器X2的同相输入端，输出电压采样信号通过二极管D3接PNP三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接运算放大器X2的同相输入端，Q1的集电极直接接参考地；电阻R6一端接运算放大器X2的反相输入端，另一端接参考地；电阻R10与电容C5串联后与电容C8并联再接在运算放大器X2的反相输入端和输出端之间，二极管D2连接在运算放大器保护点电压的输出和所述二极管D1正极之间。
本实用新型的输出电流保护具备双电流环，一为限电流保护，环路响应较慢，另外一个电流环为过电流保护，响应速度较快，另外在过电流保护电路中也包含短路保护，是短路保护响应速度大大加快。克服了传统过流和限流保护电路的保护单一性，在发生故障时，能更好的保护功率变换器，避免受损。
附图说明
图1是现有功率变化器主电路输出电流采样电路图；
图2是现有常用的电流保护电路；
图3是功率变换器输出部分和电压电流检测电路图；
图4是实用新型的电路图。
具体实施方式
如图3，功率变换器输出部分和电压电流检测电路中，Vout+和Vout-为功率变换器的输出，C9为输出滤波电容，Rs2为高精度采样电阻，Iofeed为电流采样信号，电阻R11和电容C10构成电流采样信号的滤波器，可以滤除杂讯。电阻R9和电阻R12在输出电压Vout+，Vout-处构成分压器，输出电压采样信号Vofeed。
本实用新型结构如图4所示，由限电流电流环保护电路和过流电流环保护电路连接组成。图4的上半部分为限电流电流环保护电路，具体描述如下：X1为集成运算放大器，Ioset为设定限流值电压信号，通过电阻R1连接到运算放大器X1的同相输入端，Iofeed为输出电流采样信号，如图3所示，为负电压信号，通过串联在一起的电阻R2和电阻R3连接到运算放大器X1的同相输入端，C1，C2为滤波电容，可以滤除干扰信号，电阻R4为运算放大器X1的反相端对地电阻，VCC为运算放大器X1，X2的直流工作电压，电阻R5，电容C3串联后与电容C4并联，然后接到运算放大器X1的反相输入端和输出端上，形成运算放大器X1的补偿网络，可以使系统更稳定。二极管D1为小信号二极管，运算放大器X1的输出端连接二极管D1负极，经二极管D1正极至Protect point，Protect point为控制ic的保护点电压（具体反映在控制ic的某一引脚上），假设在3V以上芯片正常工作，在1.5V到3V之间会改变PWM控制器的输出驱动脉冲，低于1.5V芯片停止工作，闭锁输出驱动脉冲。
限电流电路的工作原理分析如下，通过合理设置二极管R1、R2、R3和Rs2的值，可以得到需要的限流点，设流过高精度采样电阻Rs2的电流为Io，限电流为Iolimit，那么可以得到如下关系式：
Iolimit*Rs2/ (R2+R3)= Ioset/ R1，
整理上式，可得Ioset和Iolimit之间的函数关系式如下：
Ioset（Iolimit）=R1*Rs1*Iolimit/ (R1+R2)，
若令Rs2=0.01Ω；R1=100KΩ；R2=1KΩ；R3=1KΩ，则可得如下关系式：
Ioset（Iolimit）=0.5Iolimit。
图4的下半部分电路图为过电流（短路）电流环保护电路，其中电阻R8连接在运算放大器X2的同相输入端，Iofeed为功率变换器输出电流采样电压，此值为一负电压信号，Iofeed信号通过电阻R7也连接在运算放大器X2的同相输入端，电容C6，C7为滤波电容，可以滤除干扰信号和电压毛刺；Vofeed为功率变换器输出电压采样信号，可参考图3，Vofeed信号通过一个反向的小信号二极管D3接到PNP三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接在运算放大器X2的同相输入端，三极管Q1的集电极直接接参考地；Vcc信号通过电阻R13接在信号Vofeed上，电阻R6一端接运算放大器X2的反相输入端，另一端接参考地；电阻R10与电容C5串联在一起，然后与电容C8并联后共同接在运算放大器X2的反相输入端和输出端之间，形成运算放大器的补偿网络；D2为小信号二极管，D2连接在运算放大器保护点电压的输出和二极管D1正极即信号protect point之间。
过电流（短路）电路的主体部分和限电流电路的原理相同，通过不同的电容R6、R7和Rs2的设置组合，并且通过运算放大器反馈网络的不同配置，可将过流点设置得比限流点高，而且响应速度要高于限流环路，这里不再赘述。
下面说明一下过电流保护电路在功率变换器输出发生短路的情况：当输出发生短路时，电阻Rs2流过大电流，使Iofeed迅速降低（因为Iofeed为负电压信号），同时由于输出短路，所以Vofeed迅速下降，二极管D3和三极管Q1导通，运算放大器的同相输入端迅速拉低，从而促使运算放大器X2输出0电平，二极管D2也导通，protect point被拉低至1.5V以下，控制芯片停止工作，无驱动脉冲波形输出，从而避免损坏功率变换器。
在功率变换器输出没有短路发生时，Vofeed（可通过输出分压电阻R9和电阻R12设置）始终比运算放大器的同相输入端电压高，故二极管D3，三极管Q1无法导通，运算放大器X1无动作。
Claims (1)
1.一种限电流和过电流双电流环保护电路，由限电流电流环保护电路和过流电流环保护电路连接组成，其特征是：所述限电流电流环保护电路包括运算放大器X1，设定限流值电压信号通过电阻R1连接到运算放大器X1的同相输入端，负电压信号通过串联电阻R2和电阻R3接运算放大器X1的同相输入端，串联的电阻R5、电容C3与电容C4后连接运算放大器X1的反相输入端和输出端；运算放大器X1的输出端连接二极管D1负极；所述过流电流环保护电路包括运算放大器X2，输出电流采样电压信号通过电阻R7连接运算放大器X2的同相输入端，输出电压采样信号通过二极管D3接PNP三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接运算放大器X2的同相输入端，Q1的集电极直接接参考地；电阻R6一端接运算放大器X2的反相输入端，另一端接参考地；电阻R10与电容C5串联后与电容C8并联再接在运算放大器X2的反相输入端和输出端之间，二极管D2连接在运算放大器保护点电压的输出和所述二极管D1正极之间。
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