CN211377571U - 一种车载直流变换器的保护电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种车载直流变换器的保护电路，该保护电路包括：第一保护电路、第二保护电路、第三保护电路、移相全桥控制芯片和驱动芯片；第一保护电路连接移相全桥控制芯片，根据车载直流变换器的电流采样信号控制移相全桥控制芯片关断控制信号输出；第二保护电路连接驱动芯片，根据车载直流变换器的电流采样信号控制驱动芯片关闭驱动输出；第三保护电路连接移相全桥控制芯片，根据输入的过流保护信号控制移相全桥控制芯片关断控制信号输出；移相全桥控制芯片通过驱动芯片控制移相全桥电路。本实用新型中公开的保护电路为车载变换器提供三重保护，可以快速可靠地实现对车载变换器的过流保护。

Description

一种车载直流变换器的保护电路

技术领域

本申请涉及车载变换器领域，具体涉及一种车载直流变换器的保护电路。

背景技术

在汽车动力等领域，车载DC/DC变换器作为整车动力的核心部件，在控制安全方面尤为重要，目前市场上对于驾驶安全都提出了更高的要求，为使产品性能更可靠安全，在车载DC/DC变换器内部增加相应措施必不可少，车厂商也提出满足功能安全的设计要求和指标。因此，当车载DC/DC变换器发生过故障时，该变换器中的主电路开关器件必须能被快速、可靠地关断，以有效保护车辆安全。

实用新型内容

鉴于上述问题，本申请提出了一种车载直流变换器的保护电路，以便解决或者部分解决上述问题。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

本申请提供一种车载直流变换器的保护电路，该保护电路包括：第一保护电路、第二保护电路、第三保护电路、移相全桥控制芯片和驱动芯片。

所述第一保护电路连接所述移相全桥控制芯片，根据车载直流变换器的电流采样信号控制所述移相全桥控制芯片关断控制信号输出。

所述第二保护电路连接所述驱动芯片，根据车载直流变换器的电流采样信号控制所述驱动芯片关闭驱动输出。

所述第三保护电路连接所述移相全桥控制芯片，根据输入的过流保护信号控制所述移相全桥控制芯片关断控制信号输出。

所述移相全桥控制芯片通过所述驱动芯片控制移相全桥电路。

进一步地，所述移相全桥控制芯片为UCC28950控制芯片。

进一步地，所述第一保护电路包括输出电流采样电路和过流保护比较电路，所述输出电流采样电路对电流采样信号进行放大，所述过流保护比较电路将放大后的电流采样信号与电压参考值比较，根据比较结果控制所述移相全桥控制芯片。

进一步地，所述输出电流采样电路包括第一电阻、第四电阻、第五电阻、第八电阻、第一电容和第一运放。

所述第一运放的负极输入端经过所述第五电阻接地，正极输入端经过第八电阻与电流信号输入端连接，所述第一电阻、第四电阻和第一电容分别并联连接在所述第一运放的负极输入端和输出端之间。

进一步地，所述过流保护比较电路包括第二电阻、第三电阻、第六电阻、第七电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第二运放、二极管、第二电容、第三电容、第四电容和第六电容。

所述第二运放的负极输入端依次通过所述第七电阻和所述第六电阻与所述第一运放的输出端连接；所述第三电容与所述第七电阻并联；所述第四电容和所述第二电阻串联，且与所述第二电容并联连接在所述第二运放的负极输入端和输出端之间；所述第二运放的正极输入端经过所述第六电容接地，所述第十电阻与所述第六电容并联，所述第二运放的正极输入端还经过所述第十一电阻与参考电压输入端连接，所述第二运放的输出端依次经过所述第九电阻、所述二极管和所述第三电阻与所述UCC28950控制芯片的COMP引脚，且所述二极管阴极与所述第九电阻连接。

进一步地，所述驱动芯片为UCC27424D驱动芯片。

进一步地，所述第二保护电路包括第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十九电阻、第二十电阻、第七电容、第八电容、第三运放、第二MOSFET管和与非门芯片。

所述第三运放的正极输入端分别经所述第七电容连接数字地、经所述第十五电阻连接数字地、经所述第十二电阻连接供电电源以及经所述第十三电阻连接所述第三运放的输出端；所述第三运放的负极输入端分别经所述第十九电阻连接电流信号输入端、经过所述第八电容接地；所述第三运放的输出端经所述第十四电阻连接供电电源；所述与非门芯片的两个输入端共同连接所述第三运放的输出端；所述第二MOSFET管的栅极分别连接所述与非门芯片的输出端、所述第十六电阻的一端和所述第二十电阻的一端，所述第十六电阻的另一端与所述供电电源连接，所述第二十电阻的另一端和所述第二MOSFET管的源极接地，所述第二MOSFET管的漏极与所述UCC27424D驱动芯片的ENBA引脚和ENBB引脚连接。

进一步地，所述UCC27424D驱动芯片有三个，其输入引脚分别与所述移相全桥控制芯片的三组PWM控制引脚连接。

进一步地，所述UCC27424D驱动芯片的两个输出端上分别设置有第十七电阻和第十八电阻。

进一步地，所述第三保护电路包括第一MOSFET管和第五电容。

所述第一MOSFET管的栅极连接DSP控制芯片接收来自DSP控制芯片的过流保护信号，源极接地，漏极与所述UCC28950控制芯片的SS/EN引脚连接，所述第五电容连接在所述第一MOSFET管的源极与漏极之间。

采用上述车载直流变换器的保护电路具有以下优点：

本实用新型中公开的车载直流变换器的保护电路可为车载直流变换器提供三重保护，可靠、快速地保护变换器。本保护电路中第一保护电路和第二保护电路在接收到过流信号时，能快速可靠地控制移相全桥电路关断，对车载变换器起到有效的过流保护；第三保护电路的过流保护值可以灵活修改，当发生严重过流故障时，第三保护电路能通过设置较低的过流保护值，通过芯片控制移相全桥电路关断，可以防止大电流对电路开关器件和变压器的损坏，为车载变换器提供另一重保护；本实用新型中第一保护电路和第二保护电路为相互独立的硬件保护电路，采用不同的保护策略，互不影响。当发生过流故障，第一保护电路和第二保护电路中的一个不起保护作用时，另一个和第三保护功能仍会正常工作，冗余的设计大大增强了过流保护功能的可靠性。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本申请一个实施例中车载直流变换器的保护电路的连接关系示意图；

图2示出了本申请一个实施例中第一保护电路和第三保护电路的电路原理图；

图3示出了本申请一个实施例中第二保护电路的电路原理图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了本申请一个实施例中车载直流变换器的保护电路的连接关系示意图，图2示出了本申请一个实施例中第一保护电路和第三保护电路的电路原理图，图3示出了本申请一个实施例中第二保护电路的电路原理图。

如图1所示，本申请的一个实施例公开了一种车载直流变换器的保护电路，该保护电路包括：第一保护电路、第二保护电路、第三保护电路、移相全桥控制芯片和驱动芯片。

第一保护电路连接移相全桥控制芯片，根据车载直流变换器的电流采样信号控制移相全桥控制芯片关断控制信号输出。

第二保护电路连接驱动芯片，根据车载直流变换器的电流采样信号控制驱动芯片关闭驱动输出。

第三保护电路连接移相全桥控制芯片，根据输入的过流保护信号控制移相全桥控制芯片关断控制信号输出。

移相全桥控制芯片通过驱动芯片控制移相全桥电路。

第一保护电路和第二保护电路为相互独立的硬件保护方案，采用不同的保护策略，互不影响。当发生过流故障，第一保护电路和第二保护电路中的一个不起保护作用时，另一个和第三保护电路仍会正常工作，冗余的设计大大增强了过流保护功能的可靠性。

在一个实施例中，移相全桥控制芯片为UCC28950控制芯片U3。

在一个实施例中，第一保护电路包括输出电流采样电路和过流保护比较电路，输出电流采样电路对电流采样信号进行放大，过流保护比较电路将放大后的电流采样信号与电压参考值比较，根据比较结果控制移相全桥控制芯片。

在一个实施例中，输出电流采样电路包括第一电阻R1、第四电阻R4、第五电阻R5、第八电阻R8、第一电容C1和第一运放U1B。其中，第一电阻R1、第四电阻R4和第五电阻R5的作用是调节电流采样信号的增益，第一电容C1起到滤波的作用。

如图2所示，第一运放U1B的负极输入端经过第五电阻R5接地，正极输入端经过第八电阻R8与电流信号输入端连接，第一电阻R1、第四电阻R4和第一电容C1分别并联连接在第一运放U1B的负极输入端和输出端之间。LViSns为车载变换器的输出电流采样信号，变换器正常工作时，该信号为稳定的直流信号。电流采样信号LViSns经输出电流采样电路放大，得到的信号LVi，用做过流保护比较电路的输入信号。

在一个实施例中，过流保护比较电路包括第二电阻R2、第三电阻R3、第六电阻R6、第七电阻R7、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第二运放U2B、二极管D1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4和第六电容C6。其中，第二电阻R2、第六电阻R6和第七电阻R7的作用是调节信号LVi增益和响应时间，第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4的作用是调节信号LVi增益、滤波和响应时间。第三电阻R3和第九电阻R9作用为限制UCC28950控制芯片U3引脚COMP的电流，保护该引脚。二极管D1在第一保护电路起作用时，实现COMP引脚为低电平。

如图2所示，第二运放U2B的负极输入端依次通过第七电阻R7和第六电阻R6与第一运放U1B的输出端连接；第三电容C3与第七电阻R7并联；第四电容C4和第二电阻R2串联，且与第二电容C2并联连接在第二运放U2B的负极输入端和输出端之间；第二运放U2B的正极输入端经过第六电容C6接地，第十电阻R10与第六电容C6并联，第二运放U2B的正极输入端还经过第十一电阻R11与参考电压Vref输入端连接，第二运放U2B的输出端依次经过第九电阻R9、二极管D1和第三电阻R3与UCC28950控制芯片U3的COMP引脚，且二极管D1的阴极与第九电阻R9连接。当车载直流变换器的输出电流大于硬件设定的保护值，信号LVi电平大于第二运放U2B的正向输入端的参考电压Vref时，第二运放U2B输出低电平，此时，UCC28950控制芯片U3的引脚COMP为高电平，因此二极管D1会正向导通，于是UCC28950控制芯片U3的引脚COMP电平被下拉到地，即低电平。引脚COMP为低电平时，UCC28950控制芯片U3构成的闭环系统会将PWM控制引脚输出快速可靠地关闭，移相全桥主电路中的原边两条桥臂，和副边同步整流MOSFET都会关断，车载直流变换器也就停止工作了，从而实现过流保护功能。

在一个实施例中，驱动芯片为UCC27424D驱动芯片U6。

在一个实施例中，第二保护电路包括第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第七电容C7、第八电容C8、第三运放U4A、第二MOSFET管M2和与非门芯片U5A。

如图3所示，第三运放U4A的正极输入端分别经第七电容C7连接数字地、经第十五电阻R15连接数字地、经第十二电阻R12连接供电电源+3V3以及经第十三电阻R13连接第三运放U4A的输出端；第三运放U4A的负极输入端分别经第十九电阻R19连接电流信号输入端、经第八电容C8接地；第三运放U4A的输出端经第十四电阻R14连接供电电源+3V3；与非门芯片U5A的两个输入端共同连接第三运放U4A的输出端；第二MOSFET管M2的栅极分别连接与非门芯片U5A的输出端、第十六电阻R16的一端和第二十电阻R20的一端，第十六电阻R16的另一端与供电电源+3V3连接，第二十电阻R20的另一端和第二MOSFET管M2的源极接地，第二MOSFET管M2的漏极与UCC27424D驱动芯片U6的ENBA引脚和ENBB引脚连接。第二保护电路是通过采样车载直流变换器的输出电流采样信号LViSns，使其与给定的过流保护值进行比较，当LViSns电位高于设定的保护值时，第三运放U4A输出低电平，于是与非门芯片U5A输出高电平，这样与非门芯片U5A连接的第二MOSFET管M2就会导通，UCC27424D驱动芯片U6的引脚ENBA和引脚ENBB为低电平，ENBL信号下拉到地，即低电平。当UCC27424D驱动芯片U6的引脚ENBA和引脚ENBB为低电平时，输出引脚OUTA和引脚OUTB就会变成低电平，这样驱动A和驱动B也会变成低电平。进而UCC27424D驱动芯片U6控制移相全桥主电路的关断，使车载直流变换器也就停止工作，从而实现了过流保护功能。

在一个实施例中，UCC27424D驱动芯片U6有三个，其输入引脚分别与移相全桥控制芯片的三组PWM控制引脚连接。第一UCC27424D驱动芯片U6的输入引脚OUTA和引脚OUTB分别与UCC28950控制芯片U3的引脚OUTA和引脚OUTB连接，第一UCC27424D驱动芯片U6的驱动A和驱动B连接移相全桥原边桥臂中的一个；第二UCC27424D驱动芯片U6的输入引脚OUTA和引脚OUTB分别与UCC28950控制芯片U3的引脚OUTC和引脚OUTD连接，第二UCC27424D驱动芯片U6的驱动A和驱动B连接移相全桥原边桥臂中的另一个；第三UCC27424D驱动芯片U6的输入引脚OUTA和引脚OUTB分别与UCC28950控制芯片U3的引脚OUTE和引脚OUTF连接，第三UCC27424D驱动芯片U6的驱动A和驱动B连接移相全桥副边同步整流MOSFET管；第二保护电路可以有三个或一个。当第二保护电路有三个时，每个第二保护电路分别连接一个UCC27424D驱动芯片U6；当第二保护电路有一个时，三个UCC27424D驱动芯片U6的引脚ENBA和引脚ENBB都与第二保护电路中的第二MOSFET管的漏极连接。当发生过流时，第二保护电路接收到相应的信号，三个UCC27424D驱动芯片U6的驱动A和驱动B变为低电平，移相全桥电路中的原边两条桥臂和副边同步整流MOSFET管都会关断，车载直流变换器就停止工作，进而实现过流保护。

在一个实施例中，UCC27424D驱动芯片U6的两个输出端上分别设置有第十七电阻R17和第十八电阻R18。

在一个实施例中，第三保护电路包括第一MOSFET管M1和第五电容C5。

如图2所示，第一MOSFET管M1的栅极连接DSP控制芯片接收来自DSP控制芯片的过流保护信号，源极接地，漏极与UCC28950控制芯片U3的SS/EN引脚连接，第五电容C5连接在第一MOSFET管M1的源极与漏极之间。第五电容C5接到UCC28950控制芯片U3引脚SS/EN上，是UCC28950控制芯片U3设定软启动时间的电容，当UCC28950控制芯片U3控制的主电路进入正常的工作过程，其引脚SS/EN电压典型值为4.65V。当引脚SS/EN电平低于0.55V(典型值)时，UCC28950控制芯片U3就会停止工作，UCC28950控制芯片U3控制的PWM输出也会关闭。当输出电流的采样信号LViSns电平大于软件设定的电流保护值时，软件就会报过流故障，DSP控制芯片控制的信号SHDN_FB会发出高电平，于是第一MOSFET管M1导通，第五电容C5相当于被第一MOSFET管M1短路，于是UCC28950控制芯片U3的SS/EN引脚会被下拉到地，即低电平，当电平低于0.55V(典型值)，UCC28950控制芯片U3就会停止工作，UCC28950控制芯片U3控制的PWM输出变为低电平，这样移相全桥主电路中的原边两条桥臂，和副边同步整流MOSFET都会关断，车载直流变换器也就停止工作，从而实现过流保护功能。第三保护电路设定的过流值较第一保护电路和第二保护电路设定的过流保护值要小。当严重过流故障发生时，第三保护电路可以提前快速响应，严重过流导致的开关器件和变压器的损坏。第三保护电路通过软件设定过流保护值，虽然保护速度较第一保护电路和第二保护电路保护的慢，但是其过流保护值修改更为方便灵活。

综上所述，本申请公开了一种车载直流变换器的保护电路，该保护电路包括：第一保护电路、第二保护电路、第三保护电路、移相全桥控制芯片和驱动芯片；第一保护电路连接移相全桥控制芯片，根据车载直流变换器的电流采样信号控制移相全桥控制芯片关断控制信号输出；第二保护电路连接驱动芯片，根据车载直流变换器的电流采样信号控制驱动芯片关闭驱动输出；第三保护电路连接移相全桥控制芯片，根据输入的过流保护信号控制移相全桥控制芯片关断控制信号输出；移相全桥控制芯片通过驱动芯片控制移相全桥电路。本实用新型中公开的保护电路为车载变换器提供三重保护，可以快速可靠地实现对车载变换器的过流保护。本保护电路中第一保护电路和第二保护电路在接收到过流信号时，能快速可靠地控制移相全桥电路关断，对车载变换器起到有效的过流保护；第三保护电路的过流保护值可以灵活修改，当发生严重过流故障时，第三保护电路能通过设置较低的过流保护值，通过芯片控制移相全桥电路关断，可以防止大电流对电路开关器件和变压器的损坏，为车载变换器提供另一重保护；本实用新型中第一保护电路和第二保护电路为相互独立的硬件保护电路，采用不同的保护策略，互不影响。当发生过流故障，第一保护电路和第二保护电路中的一个不起保护作用，另一个和第三保护功能仍会正常工作，冗余的设计大大增强了过流保护功能的可靠性。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化、替换或改进，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

Claims (10)

1.一种车载直流变换器的保护电路，其特征在于，该保护电路包括：第一保护电路、第二保护电路、第三保护电路、移相全桥控制芯片和驱动芯片；

所述第一保护电路连接所述移相全桥控制芯片，根据车载直流变换器的电流采样信号控制所述移相全桥控制芯片关断控制信号输出；

所述第二保护电路连接所述驱动芯片，根据车载直流变换器的电流采样信号控制所述驱动芯片关闭驱动输出；

所述第三保护电路连接所述移相全桥控制芯片，根据输入的过流保护信号控制所述移相全桥控制芯片关断控制信号输出；

所述移相全桥控制芯片通过所述驱动芯片控制移相全桥电路。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述移相全桥控制芯片为UCC28950控制芯片。

3.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述第一保护电路包括输出电流采样电路和过流保护比较电路，所述输出电流采样电路对电流采样信号进行放大，所述过流保护比较电路将放大后的电流采样信号与电压参考值比较，根据比较结果控制所述移相全桥控制芯片。

4.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述输出电流采样电路包括第一电阻、第四电阻、第五电阻、第八电阻、第一电容和第一运放；

所述第一运放的负极输入端经过所述第五电阻接地，正极输入端经过第八电阻与电流信号输入端连接，所述第一电阻、第四电阻和第一电容分别并联连接在所述第一运放的负极输入端和输出端之间。

5.根据权利要求4所述的保护电路，其特征在于，所述过流保护比较电路包括第二电阻、第三电阻、第六电阻、第七电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第二运放、二极管、第二电容、第三电容、第四电容和第六电容；

所述第二运放的负极输入端依次通过所述第七电阻和所述第六电阻与所述第一运放的输出端连接；所述第三电容与所述第七电阻并联；所述第四电容和所述第二电阻串联，且与所述第二电容并联连接在所述第二运放的负极输入端和输出端之间；所述第二运放的正极输入端经过所述第六电容接地，所述第十电阻与所述第六电容并联，所述第二运放的正极输入端还经过所述第十一电阻与参考电压输入端连接，所述第二运放的输出端依次经过所述第九电阻、所述二极管和所述第三电阻与所述UCC28950控制芯片的COMP引脚，且所述二极管阴极与所述第九电阻连接。

6.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述驱动芯片为UCC27424D驱动芯片。

7.根据权利要求6所述的保护电路，其特征在于，所述第二保护电路包括第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十九电阻、第二十电阻、第七电容、第八电容、第三运放、第二MOSFET管和与非门芯片；

所述第三运放的正极输入端分别经所述第七电容连接数字地、经所述第十五电阻连接数字地、经所述第十二电阻连接供电电源以及经所述第十三电阻连接所述第三运放的输出端；所述第三运放的负极输入端分别经所述第十九电阻连接电流信号输入端、经过所述第八电容接地；所述第三运放的输出端经所述第十四电阻连接供电电源；所述与非门芯片的两个输入端共同连接所述第三运放的输出端；所述第二MOSFET管的栅极分别连接所述与非门芯片的输出端、所述第十六电阻的一端和所述第二十电阻的一端，所述第十六电阻的另一端与所述供电电源连接，所述第二十电阻的另一端和所述第二MOSFET管的源极接地，所述第二MOSFET管的漏极与所述UCC27424D驱动芯片的ENBA引脚和ENBB引脚连接。

8.根据权利要求6所述的保护电路，其特征在于，所述UCC27424D驱动芯片有三个，其输入引脚分别与所述移相全桥控制芯片的三组PWM控制引脚连接。

9.根据权利要求6所述的保护电路，其特征在于，所述UCC27424D驱动芯片的两个输出端上分别设置有第十七电阻和第十八电阻。

10.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述第三保护电路包括第一MOSFET管和第五电容；

所述第一MOSFET管的栅极连接DSP控制芯片接收来自DSP控制芯片的过流保护信号，源极接地，漏极与所述UCC28950控制芯片的SS/EN引脚连接，所述第五电容连接在所述第一MOSFET管的源极与漏极之间。

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