CN210536282U - 开关电路的过压保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种开关电路的过压保护电路，所述过压保护电路包括充电电路、放电电路和第一电容，所述放电电路和第一电容组成并联电路，所述充电电路输出端连接所述并联电路高电位端；根据开关电路的拓扑结构及开关状态控制充电电路和放电电路的通断；当第一电容电压上升到第一阈值时，触发过压保护。本实用新型过压保护电路响应速度较快，便于实现不同的过压设置。

Description

开关电路的过压保护电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子领域，特别涉及一种开关电路的过压保护电路。

背景技术

现有技术的开关电路的过压保护电路原理图如图1所示，开关电路以Buck电路为例，过压保护电路包括电阻R1和电容C1。Buck电路主开关管M01导通时，表征输入电压的供电电压kVin通过第一电阻R1给第一电容C1充电；主开关管M01关断时，第一电容C1通过电阻R1放电。当第一电容C1上电压V1达到基准电压VREF1时，表征负载过压，控制主开关管M01关断，触发过压保护。

如图2示意了与图1相对应的过压保护电路的工作波形图，第一电容C1在主开关管M01导通时充电的能量大于其在主开关管M01关断时放电的能量，第一电容C1上电压V1会逐渐升高，直到达到设定值，进行过压保护。现有技术的过压保护响应速度较慢，提高过压保护响应速度会增大开关电路输出信号中的工频纹波，而为抑制更大的工频纹波就需要更大的滤波电路。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种开关电路的过压保护电路，用于解决现有技术存在的过压保护响应速度较慢的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种开关电路的过压保护电路：包括充电电路、放电电路和第一电容，所述放电电路和第一电容组成并联电路，所述充电电路输出端连接所述并联电路高电位端；根据开关电路的拓扑结构及开关状态控制充电电路和放电电路的通断；当第一电容电压上升到第一阈值时，触发过压保护。

可选的，所述充电电路和所述放电电路分别输出充电电流和放电电流，所述充电电流和开关电路的输出电压成比例，其比值为第一系数；所述放电电流和设置的过压保护值成比例，其比值为第二系数；根据开关电路的拓扑结构，设置第一系数和第二系数的比例关系。

可选的，若所述开关电路为降压电路，所述第一系数和所述第二系数相等；所述充电电路与降压电路的主开关管同步通断，所述放电电路常通。

可选的，若所述开关电路为升压电路，所述第一系数和所述第二系数相等；所述充电电路常通，所述放电电路的通断时刻和升压电路的主开关管的通断时刻相反。

可选的，若所述开关电路为升降压电路或者库克电路，所述第一系数和所述第二系数相等；所述开关电路的主开关管导通时，所述充电电路导通，所述放电电路关断；所述开关电路的主开关管关断时，所述充电电路关断，所述放电电路导通。

可选的，若所述开关电路为反激变换电路，所述第二系数和所述第一系数的比值等于反激变换电路中变压器的原副边匝数比；所述反激变换电路的主开关管导通时，所述充电电路导通，所述放电电路关断；所述反激变换电路的主开关管关断时，所述充电电路关断，所述放电电路导通。

可选的，所述充电电路包括第一电流源和第一开关，所述第一电流源和第一开关串联，所述第一电流源输出所述充电电流。

可选的，所述放电电路包括第二电流源和第二开关，所述第二电流源和所述第二开关串联，所述第二电流源输出所述放电电流。

可选的所述放电电路还包括第一电阻，所述放电电流为所述第一电阻电流的镜像电流，通过调节所述第一电阻的阻值调节过压保护值。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：放电电路和第一电容组成并联电路，充电电路输出端连接所述并联电路高电位端；根据开关电路的拓扑结构及开关状态控制充电电路和放电电路的通断；当第一电容电压上升到第一阈值时，触发过压保护；所述充电电路和所述放电电路分别输出充电电流和放电电流，所述充电电流和开关电路的输出电压成比例，其比值为第一系数；所述放电电流和所述过压保护值成比例，其比值为第二系数；根据开关电路的拓扑结构，设置第一系数和第二系数的比例关系。本实用新型过压保护电路应用范围广、响应速度较快，便于设置不同的过压保护值。

附图说明

图1为先有技术开关电路的过压保护电路原理图；

图2为先有技术的过压保护电路的工作波形图；

图3为本实用新型开关电路的过压保护电路原理图；

图4(a)为本实用新型开关电路为降压电路的实施例原理图；

图4(b)为本实用新型开关电路为升压电路的实施例原理图；

图4(c)为本实用新型开关电路为升降压电路的实施例原理图；

图4(d)为本实用新型开关电路为库克电路的实施例原理图；

图4(e)为本实用新型开关电路为反激电路的实施例原理图；

图5为本实用新型过压保护电路工作波形图；

具体实施方式

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

为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型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实用新型。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。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、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

如图3所示，示意了本实用新型开关电路的过压保护电路原理图，过压保护电路包括充电电路、放电电路、第一电容C1和第一比较器U1和驱动电路U2。其中充电电路包括第一电流源I1和开关k1组成的串联电路，其中放电电路包括第二电流源I2和第二开关k2组成的串联电路，第二电流源I2输出电压是第一电阻R1上电流的镜像电流，第二电流源I1输出电压为放电电路的输出电压，预设的过压保护值可通过调节第一电阻R1阻值来灵活设置。所述放电电路和所述第一电容C1组成并联电路，该并联电路的高电位输出端连接充电电路的输出端，该并联电路另一端接地。所述第一比较器U1同相输入端接收第一电容电压V1，其反相输入端接收第一阈值VREF1，其输出端连接所述驱动电路U2输入端，所述驱动电路U2输出端连接开关电路中主开关管M01的控制端。

第一电流源I1的输出电压为充电电流k1*Vin，k1为第一系数，Vin为开关电路输入电压；第二电流源的输出电压为放电电流k2*Vovp，k2为第二系数，Vovp为设置的过压保护值；根据开关电路的拓扑结构及开关状态，控制充电电路和放电电路的通断，即控制开关k1和开关k2的通断。

如图4(a)所示，示意了本实用新型开关电路为降压电路的实施例原理图，在开关电路为降压电路时，过压保护电路中电流系数k1＝k2，充电电路导通时刻和降压电路主开关M1的导通时刻相同，放电电路常通。充电电路导通时，充电电流k1*Vin一部分给第一电容C1充电，一部分给放电电路放电；充电电路关断时，第一电容C1向放电电路放电。根据降压电路的工作原理，输出电压满足VOUT＝VIN*D>Vovp(D为主开关管M1占空比，Vovp为过压保护值)，则有k1*VIN*ton>k2*Vovp*(ton+toff)，则有(k1*VIN-k2*Vovp)*ton>k2*Vovp*toff，则表明一个开关周期中，第一电容C1的充电量大于第一电容C1的放电量，第一电容C1上电压不断上升，当第一电容上电压V1达到第一阈值VREF1时，过压保护，主开关M1关断。

如图4(b)所示，示意了本实用新型开关电路为升压电路的实施例原理图，在开关电路为升压电路时，过压保护电路中电流系数k1＝k2，充电电路常通，放电电路导通时刻和降压电路主开关M1的导通时刻相同。放电电路导通时，充电电流k1*Vin一部分给第一电容C1充电，一部分给放电电路放电；放电电路关断时，充电电流k1*Vin给第一电容充电。根据升压电路工作原理，输出电压满足VOUT＝VIN/(1-D)>Vovp(D为主开关管M1占空比，Vovp为过压保护值)，则有k1*VIN*(ton+toff)>k2*Vovp*toff，则表明一个开关周期中，第一电容C1的充电量大于第一电容C1的放电量，第一电容C1上电压不断上升，当第一电容上电压V1达到第一阈值VREF1时，过压保护。

如图4(c)和图4(d)，分别示意了本实用新型开关电路为升降压电路和库克电路的实施例原理图，对应的过压保护电路中电流系数k1＝k2，所述开关电路的主开关管导通时，所述充电电路导通，所述放电电路关断；所述开关电路的主开关管关断时，所述充电电路关断，所述放电电路导通。根据升降压电路和库克电路的工作原理，输出电压满足VOUT＝VIN*D/(1-D)>Vovp(D为主开关管M1占空比，Vovp为过压保护值)，则有k1*VIN*ton>k2*Vovp*toff，则表明一个开关周期中，第一电容C1的充电量大于第一电容C1的放电量，第一电容C1上电压不断上升，当第一电容上电压V1达到第一阈值VREF1时，过压保护。

如图4(e)所示，示意了本实用新型开关电路为反激电路的实施例原理图，对应的过压保护电路中电流系数满足k1＝k2*(N2/N1)，N2/N1为反激电路中变压器的副边和原边的匝数比。反激电路的主开关管导通时，所述充电电路导通，所述放电电路关断；反激电路的主开关管关断时，所述充电电路关断，所述放电电路导通。根据反激电路的工作原理，输出电压满足VOUT＝VIN*(N2/N1)*D/(1-D)>Vovp，则有(N2/N1)*VIN*ton>Vovp*toff，则有，k2*(N2/N1)*VIN*ton>k2*Vovp*toff，即k1*VIN*ton>k2*Vovp*toff，则表明一个开关周期中，第一电容C1的充电量大于第一电容C1的放电量，第一电容C1上电压不断上升，当第一电容上电压V1达到第一阈值VREF1时，过压保护。

如图5所示，示意了本实用新型过压保护电路的工作波形图，图中上面的波形为开关电路中电感电流iL的工作波形，图中下面的波形为第一电容电压V1的波形。第一电容C1刚开始的充电过程中，不需要一个开关周期结束，第一电容C1的电量就被放完。当输出电压Vout大于过压保护值Vovp时，根据以上分析，第一电容上的充电量大于其放电量，第一电容C1的电压V1就会被逐步抬升起来，当第一电容C1的电压V1上升到第一阈值VREF1时，进行过压保护。

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 (9)

1.一种开关电路的过压保护电路，其特征在于：包括充电电路、放电电路和第一电容，所述放电电路和第一电容组成并联电路，所述充电电路输出端连接所述并联电路高电位端；根据开关电路的拓扑结构及开关状态控制充电电路和放电电路的通断；当第一电容电压上升到第一阈值时，触发过压保护。

2.根据权利要求1所述的开关电路的过压保护电路，其特征在于：所述充电电路和所述放电电路分别输出充电电流和放电电流，所述充电电流和开关电路的输出电压成比例，其比值为第一系数；所述放电电流和设置的过压保护值成比例，其比值为第二系数；根据开关电路的拓扑结构，设置第一系数和第二系数的比例关系。

3.根据权利要求2所述的开关电路的过压保护电路，其特征在于：若所述开关电路为降压电路，所述第一系数和所述第二系数相等；所述充电电路与降压电路的主开关管同步通断，所述放电电路常通。

4.根据权利要求2所述的开关电路的过压保护电路，其特征在于：若所述开关电路为升压电路，所述第一系数和所述第二系数相等；所述充电电路常通，所述放电电路的通断时刻和升压电路的主开关管的通断时刻相反。

5.根据权利要求2所述的开关电路的过压保护电路，其特征在于：若所述开关电路为升降压电路或者库克电路，所述第一系数和所述第二系数相等；所述开关电路的主开关管导通时，所述充电电路导通，所述放电电路关断；所述开关电路的主开关管关断时，所述充电电路关断，所述放电电路导通。

6.根据权利要求2所述的开关电路的过压保护电路，其特征在于：若所述开关电路为反激变换电路，所述第二系数和所述第一系数的比值等于反激变换电路中变压器的原副边匝数比；所述反激变换电路的主开关管导通时，所述充电电路导通，所述放电电路关断；所述反激变换电路的主开关管关断时，所述充电电路关断，所述放电电路导通。

7.根据权利要求2-6所述的任意一种开关电路的过压保护电路，其特征在于：所述充电电路包括第一电流源和第一开关，所述第一电流源和第一开关串联，所述第一电流源输出所述充电电流。

8.根据权利要求7所述的开关电路的过压保护电路，其特征在于：所述放电电路包括第二电流源和第二开关，所述第二电流源和所述第二开关串联，所述第二电流源输出所述放电电流。

9.根据权利要求8所述的开关电路的过压保护电路，其特征在于：所述放电电路还包括第一电阻，所述放电电流为所述第一电阻电流的镜像电流，通过调节所述第一电阻的阻值调节所述的过压保护值。

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