CN101459331A - 过压保护装置、直流到直流电压转换器及过压保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种过压保护装置，其设置在一直流到直流电压转换器的一输入端及一输出端之间，其包括：一电压检测电路，连接至该输出端，用以检测该直流到直流电压转换器的输出电压大于一预设值时输出一驱动电压；一驱动元件，具有一闸端、第一导通端和第二导通端，该闸端连接至该电压检测电路，第一导通端接地，用以当其接收到该驱动电压后导通该直流至直流电压转换器的输入电压至接地端；一切断元件，设置在该输入端给该直流到直流电压转换器供电的路径上，并连接该第二导通端，用以当该驱动元件导通输入电压至接地端时，切断对该直流到直流电压转换器的供电。本发明实现对直流到直流电压转换器的过压保护。

Description

过压保护装置、直流到直流电压转换器及过压保护方法

技术领域

本发明涉及一种保护电路，特别涉及一种针对直流到直流电压转换器输出电压过大的保护电路。

背景技术

现今的电子产品对工作电压的要求越来越高，常用的一些电源电压已经无法满足许多电子产品的要求。而在现在的电源设计中，越来越多的用到直流到直流(DC—DC)电压转换器。如电源电压是以中央处理器(CPU)、DIMM(Dual Inline Memory Module，双列直插内存模块)等为负载时，往往需要将电源的输入电压转换为适合负载工作的输出电压，从而才能使负载正常工作。

但是现在的设计中往往只针对在直流到直流电压转换器还能工作的情况下进行保护，如过流或过压保护。而对于一些毁坏性的情况，即直流到直流电压转换器自身不能工作的情况下，如电压的尖峰脉冲而造成短路，电路板烧焦而造成短路，电感的短路或饱和等情况，这些情况极易造成直流到直流电压转换器所提供电压的负载的毁坏，而这些情况发生时直流到直流电压转换器本身所提供的保护就失去意义了。

中国台湾专利号为TWI277265的发明专利揭示了一种具有通电压保护功能的车用发电控制电路，配合连接于汽车发电机的激磁线圈上。请参见图1，此车用发电控制电路包括：一电压检测回路11，连接于汽车上的电池电源，用以相对于电池电源形成一预定的分压；一驱动组件21，具有一闸端G连接于电压检测回路11，以及具有二导通端，其中一导通端212接地；一切断组件31，与前述的激磁线圈相串接，且连接于驱动组件的另一导通端211，用以在驱动组件被启动时断路。借此，可达到避免车用电池被过度充电的效果，进而防止车上电子装置被过高电压烧毁的问题。

上述具有通电压保护功能的车用发电控制电路借由R1、R2将输入电压VB进行分压，当R2上的电压过大(即电压VB过大)，则齐纳二极管DZ导通，而SCR跟着导通，使得电压VB直接连接至地端。之后，让保险丝31断开，以达到过电压保护的效果。此车用发电控制电路是检测输入电压VB的大小，并且当输入电压过大时，切断输入电压的供应。

但是上述具有通电压保护功能的车用发电控制电路只适用于汽车发电机的激磁线圈上，并不适用于解决现有直流到直流电压转换器在其本身不能工作的情况下，输出电压过大而造成的负载毁坏的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种过压保护装置，以解决现有直流到直流电压转换器在其本身不能工作时极易造成负载毁坏的问题。

本发明的另一目的是提供一种直流到直流电压转换器，其能在本身无法工作时且输出电压过大时保护其负载并切断其电源供给。

本发明的再一目的是提供一种过压保护方法，其能在直流到直流电压转换器本身无法工作时且输出电压过大时保护其负载并切断其电源供给。

本发明提出一种过压保护装置，用以实现对直流到直流电压转换器的过压保护，其设置在该直流到直流电压转换器的输入端及输出端之间，过压保护装置包括电压检测电路、驱动元件和切断元件。电压检测电路连接至输出端，用以检测直流到直流电压转换器的输出电压，并当输出电压大于一预设值时输出驱动电压。驱动元件，具有闸端、第一导通端和第二导通端，闸端连接至电压检测电路，第一导通端接地，用以当其接收到电压检测电路发出的驱动电压后导通直流至直流电压转换器的输入电压至接地端。切断元件，设置在输入端给直流到直流电压转换器供电的路径上，并连接第二导通端，用以当驱动元件导通输入电压至接地端时，切断对直流到直流电压转换器的供电。

依照本发明的较佳实施例所述的电压检测电路包括第一电阻、齐纳二极管以及第二电阻。第一电阻一端连接至输出端。齐纳二极管阴极连接至第一电阻的另一端，其阳极连接至驱动元件的闸端。第二电阻一端连接至齐纳二极管的阳极，另一端接地。驱动元件为晶闸管。切断元件为保险丝。

本发明另提出一种直流到直流电压转换器，包括输入端、输出端、用以将输入端的输入电压转换为输出端较高/较低的输出电压的电压转换电路，此直流到直流电压转换器还包括过压保护装置，过压保护装置包括电压检测电路、驱动元件以及切断元件。电压检测电路连接至输出端，用以检测直流到直流电压转换器的输出电压，并当输出电压大于一个预设值时输出驱动电压。驱动元件具有闸端、第一导通端和第二导通端，闸端连接至电压检测电路，第一导通端接地，用以当其接收到电压检测电路发出的驱动电压后导通输入电压至接地端。切断元件一端连接至输入端，另一端连接第二导通端和电压转换电路，用以当该驱动元件导通输入电压至接地端时，切断对该电压转换电路的供电。

本发明再提出一种过压保护方法，用以在直流到直流电压转换器的输出电压过大时保护其负载并切断其电源供给，包括以下步骤。首先，检测直流到直流电压转换器的输出电压。其次，当直流到直流电压转换器的输出电压大于一个预设值时，将直流到直流电压转换器的输入电压接地。然后，切断电源至直流到直流电压转换器的连接。

本发明因采用了过压保护装置，在直流到直流电压转换器的输出电压过大时，不管其本身是否还在工作，都将输入电压直接接地，然后断开输入电压与直流到直流电压转换器的连接，起到了保护负载的作用。并且，本发明的过压保护装置在检测到电压过大时，能在极短的时间内直接将输入电压接地，而其结构简单，制造方便，因此是以较少的制造成本达到了很好的保护效果。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1为专利号为TWI277265的发明专利的实施例的一种车用发电控制电路的电路图；

图2为本发明实施例的一种过压保护装置结构图；

图3为本发明实施例的一种直流到直流电压转换器的结构图；

图4为本发明实施例的一种直流到直流电压转换器的电路图；

图5为本发明实施例的一种过压保护方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本发明。

请参见图2，其为本发明实施例的一种过压保护装置结构图。

此过压保护装置203设置于直流到直流电压转换器201的输入端205及输出端207之间，其包括电压检测电路211、驱动元件213以及切断元件215。电压检测电路211连接至输出端207。驱动元件具有闸端217、第一导通端221以及第二导通端219，闸端217连接至电压检测电路211。第一导通端221接地，第二导通端219连接至切断元件215。切断元件215设置在输入端205给直流电压转换器201供电的线路上。

当直流到直流电压转换器201工作时，电压检测电路211保持检测直流到直流电压转换器201的输出电压，并当输出电压大于一个预设值时向驱动元件213输出一个驱动电压。驱动元件213的闸端217接收到电压检测电路211发出的驱动电压后导通输入电压至接地端的路径。并且当驱动元件213导通输入电压至接地端的路径时，切断元件215断开输入电压与直流到直流电压转换器201及过压保护装置203的连接。

过压保护装置203可单独设置在直流到直流电压转换器201之外，但通常设置在直流到直流电压转换器201内。请参见图3，其为本发明实施例的一种直流到直流电压转换器的结构图。

此直流到直流电压转换器300，用以将通过输入端305输入的输入电压转换为通过输出端307输出的较高/较低的输出电压，其包括电压转换电路301以及过压保护装置303。电压转换电路301用以将直流到直流电压转换器300的输入电压转换为较高/较低的输出电压。过压保护装置303连接至直流到直流电压转换器300的输入端305及输出端307之间，用以检测直流到直流电压转换器300的输出电压，当输出电压大于一个预设值时，将输入电压直接接地，并断开输入端305至输出端307之间的路径，以起到保护该直流到直流电压转换器300负载的作用。

请参见图4，其为本发明实施例的一种直流到直流电压转换器的电路图。

此直流到直流电压转换器400包括降压转换电路401以及过压保护装置403。降压转换电路401用以将直流到直流电压转换器400的输入电压Vin转换为较低的输出电压Vout。在降压转换电路401工作时，输出电压Vout通过电阻R3与电阻R4分压后通过一个比较器405与一个预设的参考电压Vref作比较，并向控制电路417输出一个控制信号。控制电路417根据接收到的控制信号控制场效应管MOS的导通及截止状态。

当输出电压Vout经过分压后的电压小于参考电压Vref时，比较器405向控制电路417发送一个正信号。控制电路417接收到正信号后，控制电路417控制场效应管MOS导通输入电压Vin与降压转换电路401的连接，从而升高输出电压Vout。当输出电压Vout经过分压后的电压大于参考电压Vref时，比较器405向控制电路417发送一个负信号。控制电路417接收到负信号后，产生一个低电平发送到场效应管MOS，使场效应管MOS断开输入电压Vin与降压转换电路401的连接，从而降低输出电压Vout。此降压转换电路401通过控制场效应管MOS的开关频率来达到输出一个稳定的较低的输出电压Vout。

当降压转换电路401不能正常工作，如场效应管MOS因电压的尖峰脉冲而造成短路，电路板烧焦而造成短路，电感的短路或饱和等情况发生时，经常会产生一个过大的输出电压Vout，而过大的输出电压Vout极易造成直流到直流电压转换器400所提供电压的负载的损坏。

本实施例在直流到直流电压转换器400的输入端407及输出端409之间设置了一个过压保护装置403。过压保护装置403包括电压检测电路411、驱动元件413以及切断元件415。电压检测电路411连接至输出端409，此电压检测电路411又包括第一电阻R1、齐纳二极管Z以及第二电阻R2。第一电阻R1一端连接至输出端409，另一端连接至齐纳二极管Z的阴极。齐纳二极管Z的阳极连接至驱动元件413。第二电阻R2一端连接至齐纳二极管Z的阳极，另一端接地。驱动元件413具有闸端及二导通端，闸端连接至齐纳二极管Z的阳极。一个导通端接地，另一个导通端连接直流到直流电压转换器400的输入电压。本实施例中驱动元件413为晶闸管SCR，晶闸管SCR的阳极与阴极为驱动元件413的两个导通端，晶闸管SCR的控制极为驱动元件413的闸端。切断元件415分别连接输入端407与驱动元件413，本实施例中的切断元件415为保险丝。

电压检测电路411用以检测直流到直流电压转换器400的输出电压Vout，当输出电压Vout在正常范围内的时候，电压检测电路411中的齐纳二极管Z处于截止状态，此时的齐纳二极管Z的漏电流在第二电阻R2上产生的压降要低于晶闸管闸端的导通电压(通常为200mv)，以免晶闸管导通。当输出电压Vout超过正常范围时(即输出电压Vout可以使齐纳二极管Z反向击穿时)，齐纳二极管Z导通，此时晶闸管SCR的控制极的电压是Vout-Vz(Vz为齐纳二极管Z的导通电压)。当输出电压Vout超过设定的门槛值时，即Vout-Vz的值大于晶闸管SCR的导通电压时，则晶闸管SCR会在2微妙内导通直流到直流电压转换器400的输入端407与接地端的路径，使输入电压直接接地，以降低输出电压Vout来保护直流到直流电压转换器400的负载。这时，使保险丝F断开，关闭直流到直流电压转换器400的电源。

在本实施例中，第一电阻R1、齐纳二极管Z、第二电阻R2以及晶闸管SCR都可以根据不同的需求来进行选择设计，通过选用不同阻值的第一电阻R1以及第二电阻R2，选用不同反向击穿电压的齐纳二极管Z，以及选用不同导通电压的晶闸管SCR，都可以调整过压保护装置403对直流到直流电压转换器400的保护参数(即输出电压Vout达到多少时导通输入端至接地端的路径)。另外，本发明的过压保护装置除了可以保护上述降压型的直流到直流电压转换器以外，同样也可以保护升压型的直流到直流电压转换器。

请参见图5，其为本发明实施例的一种过压保护方法流程图。本实施例的过压保护方法用以在直流到直流电压转换器的输出电压过大时保护其负载并切断其电源供给。

S501：检测直流到直流电压转换器的输出电压。

S503：当直流到直流电压转换器的输出电压大于一个预设值时，将直流到直流电压转换器的输入电压接地。

S505：切断电源至直流到直流电压转换器的连接，以保护直流到直流电压转换器的负载。

本发明因采用了过压保护装置，因此在直流到直流电压转换器的输出电压过大时，不管其本身是否还在工作，都将输入电压直接接地，然后断开输入端到输出端的连接，以起到保护负载的作用。并且，本发明的过压保护装置在检测到电压过大时，能在极短的时间内直接将输入电压接地。而其结构简单，制造方便，因此是以较少的制造成本达到了很好的保护效果。另外，本发明的过压保护装置在直流到直流电压转换器正常工作时处于截止状态，因此也具有节省电能的优点。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1、一种过压保护装置，用以实现对一直流到直流电压转换器的过压保护，其设置在该直流到直流电压转换器的一输入端及一输出端之间，其特征在于，该过压保护装置包括：

一电压检测电路，连接至该输出端，用以检测该直流到直流电压转换器的输出电压，并当输出电压大于一预设值时输出一驱动电压；

一驱动元件，具有一闸端、第一导通端和第二导通端，该闸端连接至该电压检测电路，第一导通端接地，用以当其接收到该电压检测电路发出的该驱动电压后导通该直流至直流电压转换器的输入电压至接地端；以及

一切断元件，设置在该输入端给该直流到直流电压转换器供电的路径上，并连接该第二导通端，用以当该驱动元件导通输入电压至接地端时，切断对该直流到直流电压转换器的供电。

2、如权利要求1所述的直流到直流电压转换器，其特征在于，该电压检测电路包括一齐纳二极管，其阳极连接至该驱动元件的该闸端，其阴极连接至该输出端。

3、如权利要求2所述的直流到直流电压转换器，其特征在于，该电压检测电路还包括一第一电阻，其设置于该齐纳二极管及该输出端之间。

4、如权利要求2所述的过压保护装置，其特征在于，该电压检测电路还包括一第二电阻，其一端连接至该齐纳二极管的阳极，另一端接地。

5、如权利要求1所述的过压保护装置，其特征在于，该驱动元件为晶闸管。

6、如权利要求1所述的过压保护装置，其特征在于，该切断元件为保险丝。

7、一种直流到直流电压转换器，包括：一输入端、一输出端、用以将该输入端的输入电压转换为该输出端较高/较低的输出电压的一电压转换电路，其特征在于，该直流到直流电压转换器还包括一过压保护装置，该过压保护装置包括：

一电压检测电路，连接至该输出端，用以检测该直流到直流电压转换器的输出电压，并当输出电压大于一预设值时输出一驱动电压；

一驱动元件，具有一闸端、第一导通端和第二导通端，该闸端连接至该电压检测电路，第一导通端接地，用以当其接收到该电压检测电路发出的该驱动电压后导通输入电压至接地端；以及

一切断元件，一端连接至输入端，另一端连接第二导通端和电压转换电路，用以当该驱动元件导通输入电压至接地端时，切断对该电压转换电路的供电。

8、如权利要求7所述的直流到直流电压转换器，其特征在于，该电压检测电路包括：

一第一电阻，其一端连接至该输出端；

一齐纳二极管，其阴极连接至该第一电阻的另一端，其阳极连接至该驱动元件的该闸端；以及

一第二电阻，其一端连接至该齐纳二极管的阳极，另一端接地。

9、如权利要求7所述的直流到直流电压转换器，其特征在于，该驱动元件为晶闸管。

10、如权利要求7所述的直流到直流电压转换器，其特征在于，该切断元件为保险丝。

11、一种过压保护方法，用以在一直流到直流电压转换器的输出电压过大时保护其负载并切断其电源供给，其特征在于，包括以下步骤：

检测该直流到直流电压转换器的输出电压；

当该直流到直流电压转换器的输出电压大于一预设值时，将该直流到直流电压转换器的输入电压接地；以及

切断电源至该直流到直流电压转换器的连接。

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