CN105449642B

CN105449642B - 一种Boost电路的保护方法及电路

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Publication number: CN105449642B
Application number: CN201511027746.2A
Authority: CN
Inventors: 蓝东升; 韦敏忠
Original assignee: Mornsun Guangzhou Science and Technology Ltd
Current assignee: Mornsun Guangzhou Science and Technology Ltd
Priority date: 2015-12-30
Filing date: 2015-12-30
Publication date: 2017-11-07
Anticipated expiration: 2035-12-30
Also published as: CN105449642A

Abstract

本发明公开了一种Boost电路的保护方法及电路，包括Boost电路1、开关电路2、输入电压端口、输出电压端口、PWM驱动信号。开关电路2串联在Boost电路2的主功率回路上。正常工作时，开关电路2处于一直导通状态，相当于一条导线。当Boost电路出现输入过压、输入欠压、输出过流、输出短路等异常状态时，PWM驱动信号停止输出，开关电路2延迟一段时间后自动关断，对整个电路进行保护。当Boost电路异常消失后，开关又可进入一直导通状态，不影响整个电路的正常工作。本发明通过控制开关电路2的开通和关断，实现Boost电路的保护功能，控制电路简单，成本低，功率密度和可靠性高。

Description

一种Boost电路的保护方法及电路

技术领域

本发明涉及Boost电路，特别涉及Boost的输入过压、输入欠压、输出过流、输出短路保护方法及电路。

背景技术

随着电力电子技术的进步，开关电源不断向高功率密度、高效率、高可靠性发展，开关电源的保护功能已经成为了可靠性的一项重要指标，Boost电路作为开关电源的一种最基本的拓扑，可应用于非隔离产品中，功率密度和效率都可以做得很高。但是Boost电路在实现输入过压、输入欠压、输出过流、输出短路等保护时，电路存在固有缺陷。图1为基本的Boost电路，当Boost电路出现输入过压、输入欠压、输出过流、输出短路的异常状况时，主控制IC检测到异常信号后，将PWM驱动信号关断，主开关TR1将断开。但是由于二极管D1的存在，在上述异常状况下，输入电压可通过二极管D1直接输出到输出端，此时输出电压约等于输入电压，无法完全关断。图2为用MOS管TR0替代二极管D1的Boost电路，该电路虽然可通过同时将两个MOS管TR0、TR1关断，实现保护功能。但是在正常工作时，需要同时控制两个MOS的导通和关断，而且时序需要精确控制，使得控制变得复杂，成本升高，可靠性和功率密度降低。因此现有Boost电路实现保护功能主要存在以下缺点：

(1)采用一个MOS管和一个二极管作为Boost电路的开关管，将无法实现输入过压、输入欠压、输出过流、输出短路等保护功能。

(2)同时采用两个MOS管作为Boost电路的开关管，控制电路复杂，成本高，可靠性和功率密度低。

发明内容

有鉴如此，本发明要解决的技术问题之一是：克服现有技术中Boost电路无法在低成本、高功率密度、高可靠性条件下，实现输入过压、输入欠压、输出过流、输出短路等保护功能的缺陷，提供一种Boost电路的保护方法，所述的Boost电路的保护方法既可以实现低成本、高功率密度、高可靠性，又可以实现输入过压、输入欠压、输出过流、输出短路等保护功能。

与此相应，本发明要解决的技术问题之二是：提供一种Boost电路的保护电路。

本发明为解决上述技术问题之一，提供的技术方案是：

一种Boost电路的保护方法：在Boost主功率回路上串联一开关电路，所述的开关电路用于控制所述的Boost电路的输出；当所述的Boost电路正常工作时，所述的开关电路处于一直导通状态，相当于一条导线，不影响整个电路的正常工作；当所述的Boost电路出现输入过压、输入欠压、输出过流、输出短路等异常状态时，所述的开关电路延迟一段时间后自动关断，所述的Boost主功率电路将被切断，实现对所述的Boost电路的保护；当所述的Boost电路异常消失后，所述的开关电路又可进入一直导通状态，不影响整个电路的正常工作。

较优地，所述的开关电路的开通和关断受控于所述的Boost电路主开关管的PWM驱动信号。

较优地，所述的开关电路对所述的PWM驱动信号具有短时间的存储效应。

较优地，所述的存储效应的时间可设定。

本发明为解决上述技术问题之二，提供的技术方案是：

一种Boost电路的保护电路：包括Boost电路、开关电路；所述的开关电路串联在所述的Boost电路的主功率回路上，控制所述的Boost电路的输出；当所述的Boost电路正常工作时，所述的开关电路处于一直导通状态，相当于一条导线，不影响整个电路的正常工作；当所述的Boost电路出现输入过压、输入欠压、输出过流、输出短路等异常状态时，所述的开关电路延迟一段时间后自动关断，所述的Boost主功率电路将被切断，实现对所述的Boost电路的保护；当所述的Boost电路异常消失后，所述的开关电路又可进入一直导通状态，不影响整个电路的正常工作。

较优地，所述的存储效应的时间可设定。

优选的，所述的Boost电路包括：第一电感，第一二极管，第一电容，第一主开关管，输入正端口Vin，输入参考地GND，输出正端口+Vo，输出负端口-Vo；所述的开关电路包括第二二极管，第二电容，第二开关管，第一电阻；所述的第一电感的一端连接所述的输入正端口Vin，所述的第一电感的另一端连接所述的第一二极管的阳极和连接所述的第一主开关管的漏极；所述的第一主开关管的源极连接所述的输入参考地GND；所述的第一二极管的阴极连接所述的第一电容的一端和连接所述的输出正端口+Vo；所述的第一电容的另一端连接所述的输出负端口-Vo；所述的第二开关管的漏极连接所述的输出负端口-Vo，所述的第二开关管的源极连接所述的输入参考地GND；所述的第一主开关管的栅极连接PWM驱动信号和连接所述的第二二极管的阳极；所述的第二二极管的阴极连接所述的第二开关管的栅极；所述的第一电阻的一端连接所述的第二开关管的栅极，所述的第一电阻的另一端连接所述的输入参考地GND；所述的第二电容的一端连接所述的第二开关管的栅极，所述的第二电容的另一端连接所述的输入参考地GND。

优选的，所述的第二电容等效为所述的第二开关管的栅极和源极之间的寄生电容。

优选的，所述的Boost电路包括：第一电感，第一二极管，第一电容，第一主开关管，输入正端口Vin，输入参考地GND，输出正端口+Vo，输出负端口-Vo；所述的开关电路包括第二二极管，第二电容，第二开关管，第一电阻；所述的第一电感的一端连接所述的输入正端口Vin，所述的第一电感的另一端连接所述的第一二极管的阳极和连接所述的第一主开关管的漏极；所述的第一主开关管的源极连接所述的输出负端口-Vo；所述的第一二极管的阴极连接所述的第一电容的一端和连接所述的输出正端口+Vo；所述的第一电容的另一端连接所述的输出负端口-Vo；所述的第二开关管的漏极连接所述的输出负端口-Vo，所述的第二开关管的源极连接所述的输入参考地GND；所述的第一主开关管的栅极连接PWM驱动信号和连接所述的第二二极管的阳极；所述的第二二极管的阴极连接所述的第二开关管的栅极；所述的第一电阻的一端连接所述的第二开关管的栅极，所述的第一电阻的另一端连接所述的输入参考地GND；所述的第二电容的一端连接所述的第二开关管的栅极，所述的第二电容的另一端连接所述的输入参考地GND。

本发明的工作原理在实施例部分将会详细分析，在此不赘述。

与现有技术相比，本发明具有以下突出的优点：

(1)在Boost电路出现输入过压、输入欠压、输出过流、输出短路等异常状况时，可实现快速、可靠的保护。

(2)在实现Boost电路的输入过压、输入欠压、输出过流、输出短路等保护的同时，无需额外增加的控制电路，可实现整个电路控制简单、成本低、功率密度和可靠性高。

附图说明

图1为现有Boost电路二极管整流方案的基本原理图；

图2为现有Boost电路MOS管整流方案的基本原理图；

图3为本发明的原理框图；

图4为本发明实施例一的电路图；

图5为本发明实施例二的电路图；

图6为本发明实施例一、实施例二电路正常工作时的波形图；

图7为本发明实施例一、实施例二电路出现输出过流、输出短路等异常情况时的波形图。

具体实施方式

本发明技术的构思是，在Boost主功率电路上串联一开关电路，所述的开关电路的开通和关断受控于Boost电路主开关管的PWM驱动信号，当主控制IC检测到Boost电路出现输入过压、输入欠压、输出过流、输出短路等异常状况时，PWM驱动信号停止输出，开关电路延迟一段时间后自动关断，整个电路将完全被切断，从而对电路异常状态起到保护作用。在实现Boost电路的输入过压、输入欠压、输出过流、输出短路等保护的同时，无需额外增加的控制电路，可实现整个电路控制简单、成本低、功率密度和可靠性高。

为了更好的理解本发明的技术方案，下面将结合附图和具体实施例来对本发明进一步详细的说明。

下面结合具体实现电路进一步说明。

实施例一

图4为本发明实施例一的电路图，其包括：Boost电路1、开关电路2。开关电路1串联在Boost电路2的主功率回路上；Boost电路1包括第一电感L1，第一二极管D1，第一电容C1，第一主开关管TR1，输入正端口Vin，输入参考地GND，输出正端口+Vo，输出负端口-Vo，PWM驱动信号；开关电路2包括第二二极管D2，第二电容C2，第二开关管TR2，第一电阻R1；第一电感L1的一端连接输入正端口Vin，第一电感L1的另一端连接第一二极管D1的阳极和连接第一主开关管TR1的漏极；第一主开关管TR1的源极连接输入参考地GND；第一二极管D1的阴极连接第一电容C1的一端和连接输出正端口+Vo；第一电容C1的另一端连接输出负端口-Vo；第二开关管TR2的漏极连接输出负端口-Vo，第二开关管TR2的源极连接输入参考地GND；第一主开关管TR1的栅极连接PWM驱动信号和连接第二二极管D2的阳极；第二二极管D2的阴极连接第二开关管TR2的栅极；第一电阻R1的一端连接第二开关管TR2的栅极，第一电阻R1的另一端连接输入参考地GND；第二电容C2的一端连接第二开关管TR2的栅极，第二电容C2的另一端连接输入参考地GND；第二电容C2也可等效为第二开关管TR2的栅极和源极之间的寄生电容。

其工作原理如下：

正常工作，当PWM驱动信号输出高电平时，同时将两个开关管TR1、TR2驱动导通，当PWM驱动信号输出低电平时，主开关管TR1的驱动电平将立即被拉低，完成正常的开关动作，开关管TR2由于二极管D2的单向导电作用，其驱动电平无法直接被拉低，只能通过电阻R1慢慢释放，放电的时间(即权利要求书所述的存储效应)由电容C2和电阻R1决定，当把该放电时间设定为多个开关周期时，由于每个周期电容C2都会被PWM驱动信号再次充满，最终电容C2的电压将维持在一个高的电平上，开关管TR2将处于一直导通状态，相当于一条导线，因此加入的开关电路对正常工作状态几乎无任何影响。正常工作时开关管TR2没有开关损耗和驱动损耗，耐压值也很低，可选用的MOS管导通内阻很小，几乎可等于导线的内阻，一般可以选取体积很小的MOS管，几乎不影响整个产品的功率密度。

在产品出现输入过压、输入欠压、输出过流、输出短路等异常状况时，控制IC将停止输出PWM驱动信号或者间隔很长一段时间输出一段PWM信号，那么主开关管TR1将立即停止工作，而开关管TR2栅极和源极间的电容C2通过电阻R1放电，延迟几个开关周期后开关管TR2也将完全关断，整个电路完全关断，起到异常状况的保护作用。这种对Boost电路的保护方案可以完全复制和同步控制IC具有的所有保护功能。

当异常状态消失以后，PWM驱动信号正常输出，产品立即可恢复正常的工作状态。

实施例二

图5为本发明实施例二的电路图，其包括：Boost电路1、开关电路2。开关电路1串联在Boost电路2的主功率回路上；Boost电路1包括第一电感L1，第一二极管D1，第一电容C1，第一主开关管TR1，输入正端口Vin，输入参考地GND，输出正端口+Vo，输出负端口-Vo，PWM驱动信号；开关电路2包括第二二极管D2，第二电容C2，第二开关管TR2，第一电阻R1；第一电感L1的一端连接输入正端口Vin，第一电感L1的另一端连接第一二极管D1的阳极和连接第一主开关管TR1的漏极；第一主开关管TR1的源极连接输出负端口-Vo；第一二极管D1的阴极连接第一电容C1的一端和连接输出正端口+Vo；第一电容C1的另一端连接输出负端口-Vo；第二开关管TR2的漏极连接输出负端口-Vo，第二开关管TR2的源极连接输入参考地GND；第一主开关管TR1的栅极连接PWM驱动信号和连接第二二极管D2的阳极；第二二极管D2的阴极连接第二开关管TR2的栅极；第一电阻R1的一端连接第二开关管TR2的栅极，第一电阻R1的另一端连接输入参考地GND；第二电容C2的一端连接第二开关管TR2的栅极，第二电容C2的另一端连接输入参考地GND；第二电容C2也可等效为第二开关管TR2的栅极和源极之间的寄生电容。

其工作原理和实施例一完全一样，在此不再赘述。

本发明的实施方式不限于此，按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims

1.一种Boost电路的保护方法，在Boost主功率回路上串联一开关电路，所述的开关电路用于控制所述的Boost电路的输出；当所述的Boost电路正常工作时，所述的开关电路处于一直导通状态，相当于一条导线，不影响整个电路的正常工作；当所述的Boost电路出现输入过压、输入欠压、输出过流、输出短路等异常状态时，所述的开关电路延迟一段时间后自动关断，所述的Boost主功率电路将被切断，实现对所述的Boost电路的保护；当所述的Boost电路异常消失后，所述的开关电路又可进入一直导通状态，不影响整个电路的正常工作；其特征在于：所述的开关电路的开通和关断受控于所述的Boost电路主开关管的PWM驱动信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的开关电路对所述的PWM驱动信号具有短时间的存储效应。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的存储效应的时间可设定。

4.一种Boost电路的保护电路，包括Boost电路、开关电路；所述的开关电路串联在所述的Boost电路的主功率回路上，控制所述的Boost电路的输出；当所述的Boost电路正常工作时，所述的开关电路处于一直导通状态，相当于一条导线，不影响整个电路的正常工作；当所述的Boost电路出现输入过压、输入欠压、输出过流、输出短路等异常状态时，所述的开关电路延迟一段时间后自动关断，所述的Boost主功率电路将被切断，实现对所述的Boost电路的保护；当所述的Boost电路异常消失后，所述的开关电路又可进入一直导通状态，不影响整个电路的正常工作；其特征在于：所述的开关电路的开通和关断受控于所述的Boost电路主开关管的PWM驱动信号。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于：所述的开关电路对所述的PWM驱动信号具有短时间的存储效应。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于：所述的存储效应的时间可设定。

7.根据权利要求4所述的电路，其特征在于：所述的Boost电路包括：第一电感，第一二极管，第一电容，第一主开关管，输入正端口Vin，输入参考地GND，输出正端口+Vo，输出负端口-Vo；所述的开关电路包括第二二极管，第二电容，第二开关管，第一电阻；所述的第一电感的一端连接所述的输入正端口Vin，所述的第一电感的另一端连接所述的第一二极管的阳极和连接所述的第一主开关管的漏极；所述的第一主开关管的源极连接所述的输入参考地GND；所述的第一二极管的阴极连接所述的第一电容的一端和连接所述的输出正端口+Vo；所述的第一电容的另一端连接所述的输出负端口-Vo；所述的第二开关管的漏极连接所述的输出负端口-Vo，所述的第二开关管的源极连接所述的输入参考地GND；所述的第一主开关管的栅极连接PWM驱动信号和连接所述的第二二极管的阳极；所述的第二二极管的阴极连接所述的第二开关管的栅极；所述的第一电阻的一端连接所述的第二开关管的栅极，所述的第一电阻的另一端连接所述的输入参考地GND；所述的第二电容的一端连接所述的第二开关管的栅极，所述的第二电容的另一端连接所述的输入参考地GND。

8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于：所述的第二电容等效为所述的第二开关管的栅极和源极之间的寄生电容。

9.根据权利要求4所述的电路，其特征在于：所述的Boost电路包括：第一电感，第一二极管，第一电容，第一主开关管，输入正端口Vin，输入参考地GND，输出正端口+Vo，输出负端口-Vo；所述的开关电路包括第二二极管，第二电容，第二开关管，第一电阻；所述的第一电感的一端连接所述的输入正端口Vin，所述的第一电感的另一端连接所述的第一二极管的阳极和连接所述的第一主开关管的漏极；所述的第一主开关管的源极连接所述的输出负端口-Vo；所述的第一二极管的阴极连接所述的第一电容的一端和连接所述的输出正端口+Vo；所述的第一电容的另一端连接所述的输出负端口-Vo；所述的第二开关管的漏极连接所述的输出负端口-Vo，所述的第二开关管的源极连接所述的输入参考地GND；所述的第一主开关管的栅极连接PWM驱动信号和连接所述的第二二极管的阳极；所述的第二二极管的阴极连接所述的第二开关管的栅极；所述的第一电阻的一端连接所述的第二开关管的栅极，所述的第一电阻的另一端连接所述的输入参考地GND；所述的第二电容的一端连接所述的第二开关管的栅极，所述的第二电容的另一端连接所述的输入参考地GND。

10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于：所述的第二电容等效为所述的第二开关管的栅极和源极之间的寄生电容。