CN217215962U - 一种buck-全桥拓扑的保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种buck‑全桥拓扑的保护电路，包括检测单元、比较单元、控制单元，检测单元用于检测BUCK整流管的D极的短路情况，并根据检测结果对检测电容充放电，比较单元与检测单元连接，用于根据检测结果输出对比结果，控制单元与比较单元连接，用于根据比较单元的对比结果输出全桥拓扑结构的控制信号。本实用新型通过检测电路来检测BUCK整流管的短路情况，并且根据检测结果进行对比分析，同时通过控制单元控制全桥拓扑结构的关断，以实现保护电源后级装置的目的；同时，本实用新型的相应速度快，采样成本低，并且可以适用于BUCK占空比大的情况，适用范围更广。

Description

一种buck-全桥拓扑的保护电路

技术领域

本实用新型涉及电路设计技术领域，具体的说，是涉及一种buck-全桥拓扑的保护电路。

背景技术

在BUCK-全桥电路结构中，BUCK电路中整流管短路后容易影响后续全桥拓扑结构的损耗，因此，需要增设BUCK的电流短路保护结构。常规的BUCK电流短路保护结构中通常采用电流互感器，然而在BUCK电路占空比大的情况时存在磁饱和现象，此时不适应该种保护电路；采用电流采样方式对BUCK电路进行电流采样，进而对后续全桥拓扑结构进行保护，然而电流采样的方式电路结构复杂，采样成本较高。

BUCK-全桥拓扑结构中，若BUCK整流管短路保护反应不及时，会使得BUCK输出电压为输入电压，全桥输出过压容易造成损坏设备的可性能。

上述缺陷，值得改进。

发明内容

为了克服现有的技术的不足，本实用新型提供一种buck-全桥拓扑的保护电路。

本实用新型技术方案如下所述：

一种buck-全桥拓扑的保护电路，其特征在于，包括电源及与所述电源连接的检测单元、比较单元、控制单元，

所述检测单元包括检测电路、充放电电路，所述检测单元的输入端与BUCK整流管的D极连接，其输出端与所述充放电电路连接，所述BUCK整流管关断时，所述充放电电路用于对检测电容充电；

所述比较单元包括比较器和基准参考输入电路，所述检测电容与所述比较器的一输入端连接，所述基准参考输入电路与所述比较器的另一输入端连接，所述检测电容高电压状态时，所述比较器输出高电平，并对比较输出电容充电；

所述控制单元包括开关管，所述开关管的使能端与所述比较输出电容连接，所述开关管的控制端与全桥驱动电路连接，所述比较输出电容高电平时，所述开关管的控制端输出关断信号使得所述全桥驱动电路关断。

根据上述方案的本实用新型，其特征在于，在所述检测单元中，电源与第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端依次经过第一电阻、第二二极管、第一二极管与所述BUCK整流管的D极连接，所述第三电阻的另一端还分别与检测电容的一端、第二二极管的一端连接，所述检测电容的另一端、所述第二二极管的另一端均接地。

进一步的，所述第一电阻的一端与所述第三电阻的另一端连接，所述第一电阻的另一端与所述第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极与所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极与所述BUCK整流管的D极连接。

进一步的，所述检测电容还与稳压二极管连接，所述稳压二极管的阳极接地，其阴极与所述第三电阻的另一端连接。

根据上述方案的本实用新型，其特征在于，所述比较单元包括第一比较器、第一基准参考输入电路、第二比较器、第二基准参考输入电路：

所述第一比较器的同相输入端与所述第一基准参考输入电路连接，其反相输入端与所述检测电容连接，所述第一比较器的输出端与第一比较输出电容连接；

所述第二比较器的同相输入端与所述第一比较输出电容连接，其反相输入端与所述第二基准参考输入电路连接，所述第二比较器的输出端与第二比较输出电容连接。

进一步的，在所述比较单元中，电源与第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端分别与第五电阻、第一比较输入电容、第一比较器的同相输入端连接，所述第五电阻的另一端、所述第一比较输入电容的另一端接地，所述第一比较器的输出端还与第六电阻连接，所述第六电阻的另一端与所述电源连接。

进一步的，在所述比较单元中，电源与第八电阻的一端连接，所述第八电阻的另一端分别与第七电阻、第二比较输入电容、第二比较器的同相输入端连接，所述第七电阻的另一端、所述第二比较输入电容的另一端均接地，所述第二比较器的输出端还与第九电阻连接，所述第九电阻的另一端与所述电源连接。

根据上述方案的本实用新型，其特征在于，所述开关管的使能端还与第十电阻连接，所述第十电阻的另一端接地。

根据上述方案的本实用新型，其特征在于，所述开关管的控制端经过第十一电阻与所述全桥驱动电路连接。

根据上述方案的本实用新型，其特征在于，所述开关管为MOS管。

根据上述方案的本实用新型，其有益效果在于，本实用新型通过检测电路来检测BUCK整流管的短路情况，并且根据检测结果进行对比分析，同时通过控制单元控制全桥拓扑结构的关断，以实现保护电源后级装置的目的；同时，本实用新型的相应速度快，采样成本低，并且可以适用于BUCK占空比大的情况，适用范围更广。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理图；

图2为本实用新型一具体实施例的电路图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本实用新型进行进一步的描述：

如图1所示，本实用新型为了解决传统BUCK整流管短路对后续全桥拓扑结构的影响，提出一种buck-全桥拓扑的保护电路，且能够达到更快的反应速度，同时不会增加系统成本。

该buck-全桥拓扑的保护电路，包括电源VCC及与电源VCC连接的检测单元、比较单元、控制单元，其中，检测单元与BUCK电路连接，并用于检测BUCK整流管的D极的短路情况，其根据检测结果对检测电容充放电；比较单元与检测单元（检测电容）连接，用于根据检测结果输出对比结果；控制单元与比较单元连接，用于根据比较单元的对比结果输出全桥拓扑结构的控制信号。

1、检测单元

如图2所示，检测单元包括检测电路、充放电电路，检测单元的输入端与BUCK整流管的D极连接，其输出端与充放电电路连接，BUCK整流管关断时，充放电电路用于对检测电容充电。

具体的，在本实用新型中，检测单元由第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、检测电容（即第一电容C1）构成。在检测单元中，电源VCC与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端依次经过第一电阻R1、第二二极管D2、第一二极管D1与BUCK整流管的D极BUCK_D连接，第三电阻R3的另一端还分别与第一电容C1的一端、第二二极管D2的一端连接，第一电容C1的另一端、第二二极管D2的另一端均接地。

具体的，第一电阻R1的一端与第三电阻R3的另一端连接，第一电阻R1的另一端与第二二极管D2的阳极连接，第二二极管D2的阴极与第一二极管D1的阳极连接，第一二极管D1的阴极与BUCK整流管的D极BUCK_D连接。

优选的，检测电容（即第一电容C1）还与稳压二极管Z1连接，稳压二极管Z1的阳极接地，其阴极与第三电阻R3的另一端连接。通过稳压二极管Z1对第一电容C1进行稳压、滤波，保证信号检测的稳定性。

2、比较单元

如图2所示，比较单元包括比较器和基准参考输入电路，检测电容与比较器的一输入端连接，基准参考输入电路与比较器的另一输入端连接，检测电容高电压状态时，比较器输出高电平，并对比较输出电容充电。具体的，在本实用新型中，检测单元由第一比较器U1-B、第四电阻R4、第五电阻R5、第二电容C2、第六电阻R6、第三电容C3、第七电阻R7、第八电阻R8、第四电容C4、第二比较器U1-A第九电阻R9、第五电容C5组成。

该比较单元包括两级比较电路，具体的，比较单元包括第一比较器U1-B、第一基准参考输入电路、第二比较器U1-A、第二基准参考输入电路，其中：第一比较器U1-B的同相输入端与第一基准参考输入电路连接，其反相输入端与检测电容（即第一电容C1）连接，第一比较器U1-B的输出端与第一比较输出电容（即第三电容C3）连接；第二比较器U1-A的同相输入端与第三电容C3连接，其反相输入端与第二基准参考输入电路连接，第二比较器U1-A的输出端与第二比较输出电容（即第五电容C5）连接。

具体的，在比较单元的第一级比较电路中，电源VCC与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端分别与第五电阻R5、第一比较输入电容（即第二电容C2）、第一比较器U1-B的同相输入端连接，第五电阻R5的另一端、第二电容C2的另一端接地，第一比较器U1-B的输出端还与第六电阻R6连接，第六电阻R6的另一端与电源VCC连接。

具体的，在比较单元的第二级比较电路中，电源VCC与第八电阻R8的一端连接，第八电阻R8的另一端分别与第七电阻R7、第二比较输入电容（即第四电容C4）、第二比较器U1-A的同相输入端连接，第七电阻R7的另一端、第四电容C4的另一端均接地，第二比较器U1-A的输出端还与第九电阻R9连接，第九电阻R9的另一端与电源VCC连接。

3、控制单元

如图2所示，控制单元包括开关管，开关管的使能端与比较输出电容（上述比较单元中的第二比较输出电容，即第五电容C5）连接，开关管的控制端与全桥驱动电路的控制信号OFF2连接，第五电容C5高电平时，开关管的控制端输出关断信号使得全桥驱动电路关断。

该控制单元中，开关管的使能端与第十电阻R10连接，第十电阻R10的另一端接地。另外，开关管的控制端经过第十一电阻R11与全桥驱动电路连接。

优选的，开关管为MOS管，本实施例采用的是NMOS管。

另外，本实用新型中，电源VCC还经过第六电容R6接地，通过第六电容R6对电源VCC进行滤波。

本实用新型的实现原理为，

（1）检测单元中检测电路对buck整流管D极BUCK_D进行实时检测。buck整流管导通期间，依次通过第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1对检测电容（即第一电容C1）放电；buck整流管关断期间，电源VCC依次通过第三电阻R3、第二电阻R2对第一电容C1充电。检测单元可以根据第一电容C1的状态来判断buck整流管是否存在短路现象。

（2）比较单元中，第四电阻R4、第五电阻R5、第一比较输入电容（即第二电容C2）构成第一基准参考输入电路，其作为第一比较器U1-B的基准参考输入，第一比较器U1-B监测第一电容C1、第二电容C2的电压值：当第一比较器U1-B的输入正电压高于输入负电压时，电源VCC通过第六电阻R6对第一比较输出电容（即第三电容C3）充电；反之第三电容C3放电。

第八电阻R8、第七电阻R7、第二比较输入电容（即第四电容C4）构成第二基准参考输入电路，其作为第二比较器U1-A的基准参考输入，第二比较器U1-A监测第三电容C3、第四电容C4的电压值：当第二比较器U1-A的输入正电压高于输入负电压时，电源VCC通过第九电阻R9对第二比较输出电容（即第五电容C5）充电；反之第五电容C5放电。

（3）在控制单元中，第十电阻R10上的电压（即第五电容C5的电压）达到MOS管Q1的导通电压后，MOS管Q1通过第十一电阻R11拉低OFF2电压，进而控制全桥驱动关断。

该buck-全桥拓扑的保护电路在BUCK整流管短路后可以通过检查、比较、控制后对全桥驱动进行关断，停止输出，依次达到快速保护电源后级装置的目的，不会影响后续客户端的设备，并且该过程相应快速、方案成本低，可以适用于多种BUCK电路情况，应用范围更广。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

上面结合附图对本实用新型专利进行了示例性的描述，显然本实用新型专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种buck-全桥拓扑的保护电路，其特征在于，包括电源及与所述电源连接的检测单元、比较单元、控制单元，

所述检测单元包括检测电路、充放电电路，所述检测单元的输入端与BUCK整流管的D极连接，其输出端与所述充放电电路连接，所述BUCK整流管关断时，所述充放电电路用于对检测电容充电；

所述比较单元包括比较器和基准参考输入电路，所述检测电容与所述比较器的一输入端连接，所述基准参考输入电路与所述比较器的另一输入端连接，所述检测电容高电压状态时，所述比较器输出高电平，并对比较输出电容充电；

所述控制单元包括开关管，所述开关管的使能端与所述比较输出电容连接，所述开关管的控制端与全桥驱动电路连接，所述比较输出电容高电平时，所述开关管的控制端输出关断信号使得所述全桥驱动电路关断。

2.根据权利要求1所述的buck-全桥拓扑的保护电路，其特征在于，在所述检测单元中，电源与第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端依次经过第一电阻、第二二极管、第一二极管与所述BUCK整流管的D极连接，所述第三电阻的另一端还分别与检测电容的一端、第二二极管的一端连接，所述检测电容的另一端、所述第二二极管的另一端均接地。

3.根据权利要求2所述的buck-全桥拓扑的保护电路，其特征在于，所述第一电阻的一端与所述第三电阻的另一端连接，所述第一电阻的另一端与所述第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的阴极与所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极与所述BUCK整流管的D极连接。

4.根据权利要求2或3所述的buck-全桥拓扑的保护电路，其特征在于，所述检测电容还与稳压二极管连接，所述稳压二极管的阳极接地，其阴极与所述第三电阻的另一端连接。

5.根据权利要求1所述的buck-全桥拓扑的保护电路，其特征在于，所述比较单元包括第一比较器、第一基准参考输入电路、第二比较器、第二基准参考输入电路：

所述第一比较器的同相输入端与所述第一基准参考输入电路连接，其反相输入端与所述检测电容连接，所述第一比较器的输出端与第一比较输出电容连接；

所述第二比较器的同相输入端与所述第一比较输出电容连接，其反相输入端与所述第二基准参考输入电路连接，所述第二比较器的输出端与第二比较输出电容连接。

6.根据权利要求5所述的buck-全桥拓扑的保护电路，其特征在于，在所述比较单元中，电源与第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端分别与第五电阻、第一比较输入电容、第一比较器的同相输入端连接，所述第五电阻的另一端、所述第一比较输入电容的另一端接地，所述第一比较器的输出端还与第六电阻连接，所述第六电阻的另一端与所述电源连接。

7.根据权利要求5或6所述的buck-全桥拓扑的保护电路，其特征在于，在所述比较单元中，电源与第八电阻的一端连接，所述第八电阻的另一端分别与第七电阻、第二比较输入电容、第二比较器的同相输入端连接，所述第七电阻的另一端、所述第二比较输入电容的另一端均接地，所述第二比较器的输出端还与第九电阻连接，所述第九电阻的另一端与所述电源连接。

8.根据权利要求1所述的buck-全桥拓扑的保护电路，其特征在于，所述开关管的使能端还与第十电阻连接，所述第十电阻的另一端接地。

9.根据权利要求1所述的buck-全桥拓扑的保护电路，其特征在于，所述开关管的控制端经过第十一电阻与所述全桥驱动电路连接。

10.根据权利要求1或8或9所述的buck-全桥拓扑的保护电路，其特征在于，所述开关管为MOS管。

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