CN106685203B - 一种过流关机保护的Buck变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种过流关机保护的Buck变换器，它采用仅在输入电压加电瞬间输出电压的启动电路、脉宽调制器、基于输出滤波扼流圈副绕组的自举电源电路和输出电流信号处理电路构成。启动电路仅在输入电压加电瞬间输出电压，为Buck变换器的脉宽调制器供电；同时，基于输出滤波扼流圈副绕组的自举电源电路开始输出电压，为脉宽调制器供电；经过一段时间τ后，启动电路停止工作，不再输出电压；当Buck变换器的输出电流过流时，输出电流信号经过信号处理电路送到脉宽调制器，脉宽调制器作出响应，减小输出脉冲的占空比，基于输出滤波扼流圈副绕组的自举电源电路输出电压减小，Buck变换器关机。本发明电路简单，响应速度快，且没有开关机的指令要求。

Description

一种过流关机保护的Buck变换器
技术领域
本发明属于电力电子学领域，具体涉及一种过流关机保护的Buck变换器。
背景技术
开关电源过流关机的功能在现今的工业应用中很少应用，在宇航应用等领域，过流关机功能被提上日程——一旦空间环境的辐照，如单粒子，使得CMOS器件发生单粒子闩锁，器件通过大电流，可能使得器件烧毁；器件使用的星上开关电源可能被此突然增加的负载电流损坏；该器件所用开关电源受单粒子闩锁影响导致输出电压变化后，使用相同开关电源的其他星上仪器的工作可能受到影响。当开关电源具有过流关机功能时，一旦器件过流，开关电源迅速做出关机反应，可以保护相关器件。
在一些应用中，执行开关机的继电器以及相应的开机关机指令由开关电源的用户或者上一级***统一管理，功能划分到开关电源外部，也要求开关电源具有过流关机功能，开关电源的用户根据设备的工况或者输出电压遥测判断工况，由开关电源的用户进行开机。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种过流关机保护的Buck变换器，它不依赖于单独的开机关机指令电路，过流反应时间快，电路简捷；而且再次开机需要断电再上电的过程，这样设计能够保证变换器后端设备的绝对安全。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种过流关机保护的Buck变换器，该Buck变换器采用仅在输入电压Vin加电瞬间输出电压的启动电路，并在Buck变换器中加入基于输出滤波扼流圈副绕组的自举电源电路、输出电流采样电路和信号处理电路；
所述启动电路，仅在输入电压Vin加电瞬间输出电压V1，为Buck变换器的脉宽调制器U1供电；
所述基于输出滤波扼流圈副绕组的自举电源电路，在启动电路供电的同时，通过在Buck变换器的扼流圈L1上绕制的副绕组引出交流电压通过整流二极管D4后输出直流电压V2，也为Buck变换器的脉宽调制器U1供电；其中，连接整流二极管D4阳极的一端与扼流圈连接Buck变换器中输出滤波电容C4的一端为同名端；
输出电流采样电路从Buck变换器中的开关管Q2与续流二极管D5之间的线路上采样电流，输出采样电流信号V4给信号处理电路；
信号处理电路在采样电流信号V4大于设定值时，判定Buck变换器的输出电流过流，向脉宽调制器的误差放大器输出端E/A Out给出信号，脉宽调制器作出响应，减小输出脉冲的占空比，基于输出滤波扼流圈副绕组的自举电源电路输出电压减小，Buck变换器关机。
优选地，所述启动电路包括电阻R1、电容C1、电容C2、三极管Q1、二极管D1、二极管D2和稳压二极管DZ1；
输入电压正极Vin+连接电阻R1的一端和三极管Q1的集电极；电阻R1的另一端接电容C1的一端；电容C1的另一端接三极管Q1的基极和稳压二极管DZ1的阴极以及二极管D2的阴极；稳压二极管DZ1的阳极接输入电压回线Vin-；三极管Q1的发射极接二极管D1的阳极和二极管D2的阳极；二极管D1的阴极通过接电容C2的一端并引出输出电压V1至脉宽调制器U1的电源端VCC；输入电压回线Vin-还连接电容C2的另一端、脉宽调制器U1的接地端GND。
优选地，所述输出电流采样电路由电流变压器T2、电阻R2、二极管D3和电容C3组成；
电流变压器T2的两个同名端为1和3脚，1和2脚为电流变压器T2同一侧绕组的两端；电流变压器T2的3脚连接Buck变换器中开关管Q2的源极，4脚连接所述扼流圈L1；电流变压器T2的1脚连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极引出作为采样电流信号V4的输出端，接入信号处理电路；电流变压器T2的2脚连接输入电压回线Vin-；电阻R2并联在电流变压器T2的1脚和2脚之间，电容C3并联在二极管D3的阴极和电流变压器T2的2脚之间。
优选地，所述信号处理电路由稳压二极管DZ2和三极管Q3组成；稳压二极管DZ2的阴极接输出电流采样电路的采样电流信号V4输出端，阳极接三极管Q3的基极；三极管Q3的集电极接脉宽调制器U1的误差放大器输出端E/A Out，发射极接输入电压回线Vin-。
上述变换器的工作原理为：
启动电路中加入了微分电路(R1、C1和DZ1)，对直流输入电压Vin进行微分，仅仅在直流输入电压加电瞬间，启动电路起作用，输出电压V1，为Buck变换器的脉宽调制器供电；电压V1大于脉宽调制器的供电电压VCC，脉宽调制器工作；同时，基于输出滤波扼流圈副绕组的自举电源电路开始输出电压V2，为脉宽调制器供电，电压V2大于脉宽调制器的供电电压；V1和V2中数值大者起作用，为脉宽调制器供电；经过一段时间τ(时长由电阻R1和电容C1决定)后，启动电路停止工作，V1下降为零伏特，脉宽调制器的供电依靠V2供电，实现了自举。
Buck变换器工作时，Buck变换器输出电流信号由输出电流采样电路的电流变压器T2采样，输入到信号处理电路(V4)；当Buck变换器的输出电流过流时，信号处理电路输出过流信号到脉宽调制器(E/A Out)，脉宽调制器作出响应，减小脉宽调制器的输出Out A和OutB的脉冲的占空比，基于输出滤波扼流圈副绕组的自举电源电路输出电压V2减小，由于V1已经为零伏，当V2减小到脉宽调制器的工作电源电压阈值以下时，脉宽调制器停止工作，Buck变换器关机。
有益效果：
(1)电路简单，不是在Buck变换器的关机指令电路上进行再设计，而是在Buck变换器内部通过增加电路实现过流关机功能。其中，启动模块为触发模块，自举电源电路被发触发后自动维持Buck变换器的上电工作。由于启动模块上电之后会自动停止工作，因此如果发生过流关机，则下次开机必须断电再上电才能重新启动变换器工作。这样设计能够保证故障消失后，通过外部指令实现再次开机，保证变换器后端设备的绝对安全。
(2)相对于一般情况的以继电器为执行器件的机电开关，本发明采用了电子线路实现关机，过流关机的速度快。
附图说明
图1为本发明的组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种过流关机保护的Buck变换器，Buck变换器采用仅在输入电压Vin加电瞬间输出电压的启动电路，并在Buck变换器中加入基于输出滤波扼流圈副绕组的自举电源电路、输出电流采样电路和信号处理电路。
所述启动电路，仅在输入电压Vin加电瞬间输出电压V1，为Buck变换器的脉宽调制器U1供电；
所述基于输出滤波扼流圈副绕组的自举电源电路，在启动电路供电的同时，通过在Buck变换器的扼流圈L1上绕制的副绕组引出交流电压通过整流二极管D4后输出直流电压V2，也为Buck变换器的脉宽调制器U1供电；其中，连接整流二极管D4阳极的一端与扼流圈连接Buck变换器中输出滤波电容C4的一端为同名端；
输出电流采样电路从Buck变换器中的开关管Q2与续流二极管D5之间的线路上采样电流，输出采样电流信号V4给信号处理电路；
信号处理电路在采样电流大于设定值时，判定Buck变换器的输出电流过流，向脉宽调制器的误差放大器输出端E/A Out给出信号，脉宽调制器作出响应，减小输出脉冲的占空比，基于输出滤波扼流圈副绕组的自举电源电路输出电压减小，Buck变换器关机。
启动模块为触发模块，自举电源电路被触发后自动维持Buck变换器的上电工作。由于启动模块上电之后会自动停止工作，因此如果发生过流关机，则下次开机必须断电再上电才能重新启动变换器工作。这样设计能够保证故障消失后，通过外部指令实现再次开机，保证变换器后端设备的绝对安全。
图1为本发明一个优选实施例的电路实现。参阅图1，本发明的输入电压正Vin+连接电阻R1的一端和三极管Q1的集电极和开关管Q2的漏极；电阻R1的另一端接电容C1的一端；电容C1的另一端接三极管Q1的基极和稳压二极管DZ1的阴极以及二极管D2的阴极；稳压二极管DZ1的阳极接输入电压回线Vin-；输入回线Vin-还连接电容C2的一端、脉宽调制器U1的接地端GND、三极管Q3的射极、电流变压器T2的2脚、电阻R2的一端、电容C3的一端、输出滤波扼流圈L1的1脚、二极管D5的阳极、电容C4的一端和输出电压的回线Vo-；三极管Q1的射极接二极管D1的阳极和二极管D2的阳极；二极管D1的阴极接电容C2的另一端和二极管D4的阴极以及脉宽调制器U1的电源端VCC；脉宽调制器U1的输出Out B连接驱动变压器T1的1脚；脉宽调制器U1的输出Out A连接驱动变压器T1的3脚；脉宽调制器U1的运放输出端E/A Out连接三极管Q3的集电极；驱动变压器T1的2脚连接开关管Q2的栅极；驱动变压器T1的4脚连接开关管Q2的源极和电流变压器T2的3脚；电流变压器的1脚连接电阻R2的另一端、二极管D3的阳极；二极管D3的阴极连接稳压二极管DZ2的阴极和电容C3的另一端；电流变压器的4脚连接输出滤波扼流圈L1的2脚和二极管D5的阴极；输出滤波扼流圈L1的3脚连接二极管D4的阳极；输出滤波扼流圈L1的4脚连接电容C4的另一端和输出电压Vo+；驱动变压器T1的1脚、3脚形成的绕组为原边，驱动变压器T1的2脚、4脚形成的绕组为副边，1脚和2脚同相位；电流变压器T2的3脚、4脚形成的绕组为原边，电流变压器T2的1脚、2脚形成的绕组为副边，1脚和3脚同相位；输出滤波扼流圈L1的2脚、4脚形成的绕组为原边，输出滤波扼流圈L1的1脚、3脚形成的绕组为副边，3脚和4脚同相位。
启动电路A由电阻R1、电容C1、三极管Q1、稳压二极管DZ1、二极管D1、二极管D2和电容C2组成，启动电路A的特点是对快速启动的输入电压Vin响应，输出电压V1，仅在加电瞬间工作。
基于输出滤波扼流圈副绕组的自举电源电路B由输出滤波扼流圈L1的副绕组输出1脚、3脚和二极管D4组成，特点是在输出滤波扼流圈L1的续流阶段，此时原边绕组4脚相对2脚为正电压，约为输出电压Vo，输出滤波扼流圈L1的副绕组3脚相对1脚为正电压，通过二极管D4整流输出电压V2，由于原边绕组的4脚相对2脚的电压约为输出电压Vo，而输出电压Vo是Buck变换器稳压输出，因此输出滤波扼流圈L1的副绕组3脚相对1脚为正电压，通过二极管D4整流输出电压V2为稳定的电压，为脉宽调制器U1供电。
输出电流采样电路C由电流变压器T2、电阻R2、二极管D3、电容C3组成。
信号处理电路D由稳压二极管DZ2和三极管Q3组成。
输入电压Vin加入Buck变换器，在启动电路A的电容C1微分作用下，对直流输入电压Vin进行微分，三极管Q1的基极建立稳压二极管DZ1的工作电压V3，启动电路A输出电压V1，为Buck变换器的脉宽调制器供电；电压V1大于脉宽调制器的供电电压，脉宽调制器工作；同时，基于输出滤波扼流圈副绕组的自举电源电路B开始输出电压V2，为脉宽调制器供电，电压V2大于脉宽调制器的供电电压；V1和V2中数值大者为脉宽调制器供电；经过一段时间τ后，启动电路停止工作，V1下降为零伏特，脉宽调制器的供电依靠V2供电；时间τ由电阻R1和电容C1决定。Buck变换器工作时，Buck变换器经过输出电流采样电路C输出电流信号V4，该信号输入到信号处理电路D，信号处理电路D的三极管Q3的集电极连接到脉宽调制器的运放输出端E/A Out；当Buck变换器输出电流过流时，信号处理电路D的稳压二极管DZ2击穿，电流信号V4经过稳压二极管DZ2输入三极管Q3的基极，脉宽调制器U1的运放输出E/AOut被三极管Q3的集电极电压拉低，脉宽调制器U1作出响应，减小脉宽调制器的输出Out A和Out B的脉冲的占空比，基于输出滤波扼流圈副绕组的自举电源电路B输出电压V2减小，由于V1已经为零伏，当V2减小到脉宽调制器的工作电源电压阈值以下时，脉宽调制器停止工作，Buck变换器关机。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种过流关机保护的Buck变换器，其特征在于，Buck变换器采用仅在输入电压Vin加电瞬间输出电压的启动电路，并在Buck变换器中加入基于输出滤波扼流圈L1副绕组的自举电源电路、输出电流采样电路和信号处理电路；
所述启动电路，仅在输入电压Vin加电瞬间输出电压V1，为Buck变换器的脉宽调制器U1供电；之后，启动电路的输出电压V1降为零；
所述基于输出滤波扼流圈L1副绕组的自举电源电路，在启动电路供电的同时，通过在Buck变换器的输出滤波扼流圈L1上绕制的副绕组引出交流电压通过整流二极管D4后输出直流电压V2，电压V1和直流电压V2中的数值较大者为Buck变换器的脉宽调制器U1供电；其中，连接整流二极管D4阳极的一端与输出滤波扼流圈L1连接Buck变换器中输出滤波电容C4的一端为同名端；启动电路的输出电压V1降为零后，所述直流电压V2为脉宽调制器U1供电；
输出电流采样电路从Buck变换器中的开关管Q2与续流二极管D5之间的线路上采样电流，输出采样电流信号V4给信号处理电路；
信号处理电路在采样电流信号V4大于设定值时，判定Buck变换器的输出电流过流，向脉宽调制器U1的误差放大器输出端E/A Out给出信号，脉宽调制器U1作出响应，减小输出脉冲的占空比，基于输出滤波扼流圈L1副绕组的自举电源电路输出的直流电压V2减小，直流电压V2减小至脉宽调制器U1工作电源电压阈值以下时，Buck变换器关机；Buck变换器的输出电流退出过流状态后，只能依靠启动模块断电再上电才能恢复工作。
2.如权利要求1所述的Buck变换器，其特征在于，所述启动电路包括电阻R1、电容C1、电容C2、三极管Q1、二极管D1、二极管D2和稳压二极管DZ1；
输入电压正极Vin+连接电阻R1的一端和三极管Q1的集电极；电阻R1的另一端接电容C1的一端；电容C1的另一端接三极管Q1的基极和稳压二极管DZ1的阴极以及二极管D2的阴极；稳压二极管DZ1的阳极接输入电压回线Vin-；三极管Q1的发射极接二极管D1的阳极和二极管D2的阳极；二极管D1的阴极通过接电容C2的一端并引出输出电压V1至脉宽调制器U1的电源端VCC；输入电压回线Vin-还连接电容C2的另一端、脉宽调制器U1的接地端GND。
3.如权利要求1所述的Buck变换器，其特征在于，所述输出电流采样电路由电流变压器T2、电阻R2、二极管D3和电容C3组成；
电流变压器T2的两个同名端为1和3脚，1和2脚为电流变压器T2同一侧绕组的两端；电流变压器T2的3脚连接Buck变换器中开关管Q2的源极，4脚连接所述输出滤波扼流圈L1；电流变压器T2的1脚连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极引出作为采样电流信号V4的输出端，接入信号处理电路；电流变压器T2的2脚连接输入电压回线Vin-；电阻R2并联在电流变压器T2的1脚和2脚之间，电容C3并联在二极管D3的阴极和电流变压器T2的2脚之间。
4.如权利要求1所述的Buck变换器，其特征在于，所述信号处理电路由稳压二极管DZ2和三极管Q3组成；稳压二极管DZ2的阴极接输出电流采样电路的采样电流信号V4输出端，阳极接三极管Q3的基极；三极管Q3的集电极接脉宽调制器U1的误差放大器输出端E/A Out，发射极接输入电压回线Vin-。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111865118A (zh) * 2020-08-28 2020-10-30 卓科(广州)技术有限公司 一种多路输出电源

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101594048A (zh) * 2009-03-19 2009-12-02 深圳市联德合微电子有限公司 一种具有过流保护功能的pwm型降压变换器
CN202586266U (zh) * 2012-06-07 2012-12-05 林国祯 一种节电节能的供电装置
CN202600036U (zh) * 2012-06-20 2012-12-12 傅小红 一种过流载波报警装置
CN103840669A (zh) * 2012-11-26 2014-06-04 西安威正电子科技有限公司 一种采用主功率回路的辅助电源供电电路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101594048A (zh) * 2009-03-19 2009-12-02 深圳市联德合微电子有限公司 一种具有过流保护功能的pwm型降压变换器
CN202586266U (zh) * 2012-06-07 2012-12-05 林国祯 一种节电节能的供电装置
CN202600036U (zh) * 2012-06-20 2012-12-12 傅小红 一种过流载波报警装置
CN103840669A (zh) * 2012-11-26 2014-06-04 西安威正电子科技有限公司 一种采用主功率回路的辅助电源供电电路

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