CN215419578U - 应用于大功率变换器的全硬件保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种应用于大功率变换器的全硬件保护电路，包括输入隔离电路、比较器电路、或门电路、锁存器；隔离电路的各输入端用于接电压/电流检测信号，隔离电路的各输出端输出隔离后的电压/电流检测信号；比较器电路的各同相输入端接各隔离后的电压/电流检测信号，比较器电路的各反相输入端接相应的各参考信号；比较器电路的各路输出信号接或门电路，通过或门电路产生电压/电流监测信号，并用于向MCU反馈；锁存器的R、S输入端分别接MCU产生的复位信号和或门电路产生的电压/电流监测信号，锁存器的Q非端产生控制信号，用于输出至驱动电路。本实用新型能够提升开关电源保护电路的响应速度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种保护电路，尤其是一种应用于大功率变换器的全硬件保护电路。
背景技术
在电源及电机控制中常用到输入电压电流，输出电压电流的保护功能，这需要对电流电压进行采样。同时，如果用单片机实现检测这些信号进行保护的话需要消耗大量CPU时间，随着Si基MOSFET, SiC,GaN基的MOSFET的开关速率越来越快，CPU的响应和保护动作已经严重滞后，无法起到保护作用。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种应用于大功率变换器的全硬件保护电路，响应速度快，在监测的电压/电流产生异常时，能够直接产生保护信号，令驱动电路中的开关管立即停止工作。为实现以上技术目的，本实用新型采用的技术方案是：
本实用新型的实施例提出一种应用于大功率变换器的全硬件保护电路，包括输入隔离电路、比较器电路、或门电路、锁存器；
隔离电路的各输入端用于接电压/电流检测信号，隔离电路的各输出端输出隔离后的电压/电流检测信号；
比较器电路的各同相输入端接各隔离后的电压/电流检测信号，比较器电路的各反相输入端接相应的各参考信号；比较器电路的各路输出信号接或门电路，通过或门电路产生电压/电流监测信号，并用于向MCU反馈；
锁存器的R、S输入端分别接MCU产生的复位信号和或门电路产生的电压/电流监测信号，锁存器的Q非端产生控制信号，用于输出至驱动电路。
本实用新型的优点在于：本实用新型能够简化控制逻辑，提升开关电源保护电路的响应速度，确保电路性能和功能的基础上优化电路拓扑提高可靠性，同时具备保护后的状态自检。
附图说明
图1为本实用新型实施例中的电路总体原理图。
图2为本实用新型实施例中的输入隔离电路原理图。
图3为本实用新型实施例中的比较器电路原理图。
图4为本实用新型实施例中的或门和锁存器原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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，本实用新型实施例提出的一种应用于大功率变换器的全硬件保护电路，包括输入隔离电路、比较器电路、或门电路、锁存器；
隔离电路的各输入端用于接电压/电流检测信号，隔离电路的各输出端输出隔离后的电压/电流检测信号；
比较器电路的各同相输入端接各隔离后的电压/电流检测信号，比较器电路的各反相输入端接相应的各参考信号；比较器电路的各路输出信号接或门电路，通过或门电路产生电压/电流监测信号，并用于向MCU反馈；
锁存器的R、S输入端分别接MCU产生的复位信号和或门电路产生的电压/电流监测信号，锁存器的Q非端产生控制信号，用于输出至驱动电路；
在一个实施例中，如图2所示，隔离电路包括四个隔离子电路，分别用于产生隔离后的输入电压检测信号Vin_iso+，隔离后的输出电压检测信号Vo_iso+，隔离后的输入电流检测信号ADC_Current_in，隔离后的输出电流检测信号ADC_current；图2仅显示了其中一个隔离子电路，用于产生隔离后的输出电压检测信号Vo_iso+，其余三个隔离子电路与之相同；
隔离子电路包括：输出电压检测信号feedback_Vout输入隔离芯片U1的电压输入端，隔离芯片U1的同相输出端输出隔离后的输出电压检测信号Vo_iso+；隔离芯片U1的同相输出端与反相输出端之间接电容C3；隔离芯片U1的输入侧电源端接电压VCC，隔离芯片U1的输出侧电源端接电压VCC2；隔离芯片U1的输入侧接地端接第一地，隔离芯片U1的输出侧接地端接第二地；
在一个实施例中，如图3所示，比较器电路包括四通道比较器芯片U2；
比较器芯片U2的电源端接电压VCC2；比较器芯片U2的第一通道同相输入端接隔离后的输入电流检测信号ADC_Current_in，比较器芯片U2的第二通道同相输入端接隔离后的输出电流检测信号ADC_current；电阻R5一端接电压VCC2，另一端接电阻R6一端，以及比较器芯片U2的第一通道反相输入端和比较器芯片U2的第二通道反相输入端；电阻R6的另一端接第二地；
比较器芯片U2的第三通道同相输入端接隔离后的输入电压检测信号Vin_iso+，比较器芯片U2的第四通道同相输入端接隔离后的输出电压检测信号Vo_iso+；电阻R7的一端接电压VCC2，另一端接电阻R8一端以及比较器芯片U2的第三通道反相输入端，电阻R8另一端接第二地；电阻R9一端接电压VCC2，另一端接电阻R10一端和比较器芯片U2的第四通道反相输入端，电阻R10另一端接第二地；
比较器芯片U2的第一通道输出端、第二通道输出端、第三通道输出端和第四通道输出端分别通过电阻R1、R2、R3和R4接电压VCC2；
为增强抗干扰性能，比较器芯片U2的电源端、第一通道同相输入端、第二通道同相输入端、第三通道同相输入端和第四通道同相输入端分别通过电容C4、C5、C6、C7和C8接第二地；
在一个实施例中，如图4所示，或门电路包括四通道或门芯片U3；
或门芯片U3的第一通道两个输入端分别接比较器芯片U2的第一通道输出端和第二通道输出端；
或门芯片U3的第二通道两个输入端分别接比较器芯片U2的第三通道输出端和第四通道输出端；
或门芯片U3的第一通道输出端和第二通道输出端分别接其第四通道的两个输入端；
或门芯片U3的第四通道输出端输出电压/电流监测信号Final_OR_S，用于向MCU反馈；
在一个实施例中，如图4所示，锁存器为两个与非门构成的RS锁存器；图4中的芯片U4为四通道与非门芯片；
RS锁存器的S端接或门芯片U3输出的电压/电流监测信号Final_OR_S，RS锁存器的R端接MCU输出的复位信号REST_R；RS锁存器的Q非端输出控制信号RST1_LOW，用于作用至驱动电路；
在本实施例中驱动电路为低电平有效，即控制信号RST1_LOW为0时，驱动电路中的MOSFET管导通，反之则关断；
当系统正常工作即所检测的电压/电流正常时，各电压/电流检测信号与比较器电路中各参考信号相比之后，电压/电流监测信号Final_OR_S为0；一旦系统出现异常，各电压/电流检测信号至少一个异常时，电压/电流监测信号Final_OR_S为1，RS锁存器的S端有高电平输入，RS锁存器置位并保持；RS锁存器的Q非端将输出1，作用于驱动电路后，使得MOSFET管关断，从而保护MOSFET管。
当异常保护动作完成后，MCU可以读取或门电路的输出信号Final_OR_S和RS锁存器的输出信号RST1_LOW来判断整个系统的状态。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种应用于大功率变换器的全硬件保护电路，其特征在于，包括输入隔离电路、比较器电路、或门电路、锁存器；
隔离电路的各输入端用于接电压/电流检测信号，隔离电路的各输出端输出隔离后的电压/电流检测信号；
比较器电路的各同相输入端接各隔离后的电压/电流检测信号，比较器电路的各反相输入端接相应的各参考信号；比较器电路的各路输出信号接或门电路，通过或门电路产生电压/电流监测信号，并用于向MCU反馈；
锁存器的R、S输入端分别接MCU产生的复位信号和或门电路产生的电压/电流监测信号，锁存器的Q非端产生控制信号，用于输出至驱动电路。
2.如权利要求1所述的应用于大功率变换器的全硬件保护电路，其特征在于，
隔离电路包括若干个相同的隔离子电路，其中一个隔离子电路包括：
输出电压检测信号feedback_Vout输入隔离芯片U1的电压输入端，隔离芯片U1的同相输出端输出隔离后的输出电压检测信号Vo_iso+；隔离芯片U1的同相输出端与反相输出端之间接电容C3；隔离芯片U1的输入侧电源端接电压VCC，隔离芯片U1的输出侧电源端接电压VCC2；隔离芯片U1的输入侧接地端接第一地，隔离芯片U1的输出侧接地端接第二地。
3.如权利要求2所述的应用于大功率变换器的全硬件保护电路，其特征在于，
比较器电路包括四通道比较器芯片U2；
比较器芯片U2的电源端接电压VCC2；比较器芯片U2的第一通道同相输入端接隔离后的输入电流检测信号ADC_Current_in，比较器芯片U2的第二通道同相输入端接隔离后的输出电流检测信号ADC_current；电阻R5一端接电压VCC2，另一端接电阻R6一端，以及比较器芯片U2的第一通道反相输入端和比较器芯片U2的第二通道反相输入端；电阻R6的另一端接第二地；
比较器芯片U2的第三通道同相输入端接隔离后的输入电压检测信号Vin_iso+，比较器芯片U2的第四通道同相输入端接隔离后的输出电压检测信号Vo_iso+；电阻R7的一端接电压VCC2，另一端接电阻R8一端以及比较器芯片U2的第三通道反相输入端，电阻R8另一端接第二地；电阻R9一端接电压VCC2，另一端接电阻R10一端和比较器芯片U2的第四通道反相输入端，电阻R10另一端接第二地；
比较器芯片U2的第一通道输出端、第二通道输出端、第三通道输出端和第四通道输出端分别通过电阻R1、R2、R3和R4接电压VCC2。
4.如权利要求3所述的应用于大功率变换器的全硬件保护电路，其特征在于，
比较器芯片U2的电源端、第一通道同相输入端、第二通道同相输入端、第三通道同相输入端和第四通道同相输入端分别通过电容C4、C5、C6、C7和C8接第二地。
5.如权利要求3所述的应用于大功率变换器的全硬件保护电路，其特征在于，
或门电路包括四通道或门芯片U3；
或门芯片U3的第一通道两个输入端分别接比较器芯片U2的第一通道输出端和第二通道输出端；
或门芯片U3的第二通道两个输入端分别接比较器芯片U2的第三通道输出端和第四通道输出端；
或门芯片U3的第一通道输出端和第二通道输出端分别接其第四通道的两个输入端；
或门芯片U3的第四通道输出端输出电压/电流监测信号Final_OR_S，用于向MCU反馈。
6.如权利要求5所述的应用于大功率变换器的全硬件保护电路，其特征在于，
锁存器为两个与非门构成的RS锁存器；
RS锁存器的S端接或门芯片U3输出的电压/电流监测信号Final_OR_S，RS锁存器的R端接MCU输出的复位信号REST_R；RS锁存器的Q非端输出控制信号RST1_LOW，用于作用至驱动电路2。
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| CN202121008947.9U CN215419578U (zh) | 2021-05-12 | 2021-05-12 | 应用于大功率变换器的全硬件保护电路 |
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