CN2702527Y - 能防护反驱动的反相型变换电路 - Google Patents

Abstract

一种能防护反驱动的反相型变换电路，包括脉冲宽度调制器PWM、主开关Q1、辅开关Q2、电感L1和电容C；电源+Vin经电阻连接主开关Q1的一端，该主开关Q1的另一端经电感L1接地；辅开关Q2一端连接Q1、L1的连接点，其另一端和电容C连接作为输出端－Vout；主开关Q1的受控端接至调制器PWM；另外，还包括防护反驱动电路，该电路包括另一辅开关Q3和对其进行控制的延迟倍压驱动电路(1)，以及二极管D4；所述另一辅开关Q3一端接调制器PWM，另一端接辅开关Q2的受控端；另一辅开关Q3的受控端则接至延迟倍压驱动电路(1)；二极管D4与辅开关Q2并联连接。本实用新型的技术效果在于：不仅能实现负载端驱动防护，而且不降低反相型变换器的变换效率。

Description

能防护反驱动的反相型变换电路

技术领域  本实用新型涉及基本电子电路，特别是涉及开关型电源变换电路。

背景技术  反相型变换器，又名降压-升压变换器(Buck-Boost)，其基本工作原理如图1所示，辅开关Q2可以使用二极管，但为了提高变换效率，Q2常使用场效应晶体管代替二极管。源端的控制场效应晶体管Q1和负载端控制场效应晶体管Q2是交替导通和截止的。

当Q1导通时，电流流过电感线圈L1，使之储存磁场能量。

当Q1截止时，流过电感L1的电流出现下降趋势，按照电磁感应定律，电感L1的自感电势力图维持其电流，此时Q2导通，L1中储存的磁场能量转化为电流向负载R释放，建立输出电压-Vout，电容C被充电存储电场能；当Q1再次导通时，Q2截止，由C放电维持-Vout基本不变。

由于负载上的-Vout电压极性与输入电压Vs的极性相反，故称为反极性变换器。电路中无论哪点的电流都是脉动的，但通过滤波电容C的储能作用，输出电流是连续的。

假如多个如图1所示的反相型变换器输出端并联使用，输出端先建立了外部电压，在此情况下一旦输入端加电，脉冲宽度调制器(PWM控制器)在软启动过程中，输出给Q2的导通脉冲宽度从趋近于100％逐步降低至正常值，从而导致L1饱和，使并联在输出端的其它变换器被短路，可能造成该转换器及其相关设备受损坏或使相关电路正常工作受影响。

反相型变换器在使用时，如果输出端已经建立了一定的外部电压，此时开启或关闭该电源转换器，应保证该电源转换器及其相关设备不受损坏或相关电路的正常工作不受影响，此功能称为负载端驱动(反驱动)防护(Back drive protection)功能。

现有的负载端驱动防护是通过将负载端控制器件Q2使用二极管，或在输出端加接二极管来实现，该方法的缺点是使Buck-Boost变换器的变换效率降低。

发明内容  本实用新型要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种在不降低反相型变换器的变换效率的前提下实现负载端驱动防护的电路。

本实用新型解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：设计、使用一种能防护反驱动的反相型变换电路，包括脉冲宽度调制器PWM、主开关Q1、辅开关Q2、电感L1和电容C；电源+Vin连接主开关Q1的一端，该主开关Q1的另一端经电感L1接地；辅开关Q2一端连接Q1、L1的连接点，其另一端和电容C连接作为输出端-Vout；主开关Q1的受控端接至脉冲宽度调制器PWM；另外，还包括防护反驱动电路，该电路包括另一辅开关Q3和对该辅开关Q3进行延迟启动控制的延迟倍压驱动电路，以及二极管D4；所述另一辅开关Q3一端接脉冲宽度调制器PWM，另一端接辅开关Q2的受控端；所述另一辅开关Q3的受控端则接至所述延迟倍压电路；所述二极管D4与所述辅开关Q2并联连接。

同现有技术相比较，本实用新型的技术效果在于：不仅能实现负载端驱动防护，而且不降低反相型变换器的变换效率。

附图说明

图1是反极性变换器的电路原理示意图；

图2是本实用新型用于反极性变换器的负载端驱动防护电路原理示意图。

具体实施方式  以下结合附图所示之最佳实施例作进一步详述。

本实用新型能防护反驱动的反相型变换电路，如图2所示，包括脉冲宽度调制器PWM、场效应Q1、辅开关Q2、电感L1和电容C；电源+Vin连接主开关Q1的一端，该主开关Q1的另一端经电感L1接地；辅开关Q2一端连接Q1、L1的连接点，其另一端和电容C连接作为输出端-Vout；主开关Q1的受控端接至脉冲宽度调制器PWM。

其防护反驱动电路包括另一辅开关Q3和对该辅开关Q3进行延迟启动控制的延迟倍压驱动电路1，以及二极管D4；所述另一辅开关Q3一端接脉冲宽度调制器PWM，另一端接辅开关Q2的受控端；所述另一辅开关Q3的受控端则接至所述延迟倍压电路1；所述二极管D4与所述辅开关Q2并联连接。

所述主开关Q1、辅开关Q2可以均是场效应晶体管或双极型晶体管。所述延迟倍压驱动电路1包括延迟电路和倍压电路；当主开关Q1、辅开关Q2和另一辅开关Q3均是场效应晶体管时，所述延迟倍压驱动电路1的电路连接关系如图2所示，所述延迟电路11的电阻R1和二极管D1的负极与所述脉冲宽度调制器PWM的控制端连接，电阻R1的另一端、二极管D1的正极、场效应晶体管Q4的栅极和电容C1连接，电容C1的另一端和场效应晶体管Q4的源极与负电压输出端-Vout相连，场效应晶体管Q4的漏极与电阻R2一端连接；所述倍压驱动电路12的电阻R3和三极管Q5的基极与所述电阻R2连接，电阻R3的另一端与三极管Q5的发射极、电容C3的一端、二极管D3的负极相连接，电容C3的另一端连接负电压输出端-Vout，二极管D3的正极与二极管D2的负极和电容C2的一端相连接，二极管D2的正极与正电压输入端+Vin连接，电容C2的另一端分别与所述源端控制场效应晶体管Q1和负载端控制场效应晶体管Q2的漏极相连接，三极管Q5的集电极与所述延迟启动控制场效应晶体管Q3的栅极相连接。

在图2所示的上述延迟倍压驱动电路1中，所述三极管Q5可替换为场效应晶体管。所述延迟倍压驱动电路1在现有技术中有多种实现方式，在此不再赘述。

本实用新型电路的工作原理具体如下：

1、在Q2的控制极与PWM控制器U1之间加入Q3，在U1的软启动未完成之前，让Q3、Q2均截止，仅靠D4来完成L1的放电续流工作，避免并联在输出端(GND和-Vout之间)的其它电源转换器被短路。

2、输入电压+Vin或开关端S/D对Q3的控制：在没有输入电压或开关端为关断的时候，控制端为低电平，当输入电压建立且开关端开启时，控制端为高电平，PWM控制器U1软启动过程中，C1持续通过R1被充电，当C1充电至Q4的开启电压时，PWM控制器U1软启动已经结束，此时Q4导通，使Q5随之导通；另一方面，C2、C3和D2、D3构成了一个自举倍压电路，给Q5提供2(Vin+Vout)的电压，从而使得Q3的控制极由低电平变为高电平，Q3导通，使Q2得到PWM控制器U1的正常驱动信号。

3、利用此方法延迟了Q2的导通开启时间，避免了并联在输出端(GND和-Vout之间)的其它电源转换器被短路的现象，实现了back-driver protection功能。

4、此功能的实现前提是：R1、C1的充电时间应大于PWM控制器U1的软启动时间。

5、当输入电压+Vin消失或开关端为关断时，控制端又变为低电平，C1上的电荷通过D1快速泄放，Q2～Q5快速截止，为下一次的电源开启作准备。

Claims (5)

1.一种能防护反驱动的反相型变换电路，包括脉冲宽度调制器PWM、主开关Q1、辅开关Q2、电感L1和电容C；电源+Vin连接主开关Q1的一端，该主开关Q1的另一端经电感L1接地；辅开关Q2一端连接主开关Q1和电感L1的连接点，其另一端和电容C连接作为输出端-Vout；主开关Q1的受控端接至脉冲宽度调制器PWM，其特征在于：

还包括防护反驱动电路，该电路包括另一辅开关Q3和对该辅开关Q3进行延迟启动控制的延迟倍压驱动电路(1)，以及二极管D4；

所述另一辅开关Q3一端接脉冲宽度调制器PWM，另一端接辅开关Q2的受控端；所述另一辅开关Q3的受控端则接至所述延迟倍压电路(1)；所述二极管D4与所述辅开关Q2并联连接。

2.如权利要求1所述的能防护反驱动的反相型变换电路，其特征在于：所述主开关Q1、辅开关Q2和另一辅开关Q3均是场效应晶体管。

3.如权利要求1所述的能防护反驱动的反相型变换电路，其特征在于：所述主开关Q1、辅开关Q2均是双极型晶体管。

4.如权利要求2所述的能防护反驱动的反相型变换电路，其特征在于：所述延迟倍压驱动电路(1)包括延迟电路(11)和倍压电路(12)；

所述延迟电路(11)的电阻R1和二极管D1的负极与所述脉冲宽度调制器(PWM)的控制端连接，电阻R1的另一端、二极管D1的正极、场效应晶体管Q4的栅极和电容C1连接，电容C1的另一端和场效应晶体管Q4的源极与负电压输出端(-Vout)相连，场效应晶体管Q4的漏极与电阻R2一端连接；

所述倍压电路(12)的电阻R3和三极管Q5的基极与所述电阻R2连接，电阻R3的另一端与三极管Q5的发射极、电容C3的一端、二极管D3的负极相连接，电容C3的另一端连接负电压输出端(-Vout)，二极管D3的正极与二极管D2的负极和电容C2的一端相连接，二极管D2的正极与正电压输入端(+Vin)连接，电容C2的另一端分别与所述源端控制场效应晶体管Q1和负载端控制场效应晶体管Q2的漏极相连接，三极管Q5的集电极与所述延迟启动控制场效应晶体管Q3的栅极相连接。

5.如权利要求4所述的能防护反驱动的反相型变换电路，其特征在于：所述三极管Q5替换为场效应晶体管。

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