CN202840951U

CN202840951U - 电压变换器及其过压保护电路

Info

Publication number: CN202840951U
Application number: CN 201220459785
Authority: CN
Inventors: 欧阳茜
Original assignee: Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Current assignee: Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2022-09-11

Abstract

本实用新型公开了一种电压变换器及其过压保护电路。其中电压变换器包含：输入端子，接收输入电压；输出端子，提供输出电压至负载；反馈电路，提供表征输出电压的反馈信号；主开关电路，含主开关用于调节输出电压；保护开关，含耦接所述输入端子的第一端、耦接主开关电路的第二端和控制端；以及保护控制电路，含第一输入端，第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接反馈电路的输出端，第二输入端耦接参考信号，保护控制电路的输出端耦接保护开关的控制端。

Description

电压变换器及其过压保护电路

技术领域

本实用新型主要涉及一种电子电路，具体涉及电压变换器中的过压保护电路。

背景技术

图1示出了直流-直流降压(Buck)变换器100的示意图。直流-直流降压变换电路100包含上管M1和下管M2。上管M1作为主开关用于调节输出电压Vout。上管M1耦接输入电压Vin。输出端和参考地GND之间耦接输出电容Cout。通常，输出电容Cout只能承受有限的电压水平。

在有些异常情况下，上管M1短路，输出电压Vout迅速升高，此时输出电容Cout将被破坏，负载也可能不能正常工作或被损坏。

为防止输出电压过高，传统的过压保护将输出电压的反馈信号FB送至控制电路11，当信号FB升高至一参考信号时，控制电路11控制下管M2导通，从而使得输出电压Vout下降。然而，在有些情况下，过压发生在负载上，控制电路11不能正常工作。此时，M2可能不被导通，从而使得过压保护不能正常进行。

实用新型内容

为了解决前面描述的一个问题或者多个问题，本实用新型提出一种电压变换器及其过压保护电路。

根据本实用新型一实施例的一种电压变换器，包含：用于接收输入电压的输入端子；用于提供输出电压至负载的输出端子；反馈电路，包含输入端和输出端，其中输入端耦接输出端子，输出端提供表征输出电压的反馈信号；主开关电路，含主开关用于调节输出电压，其中主开关的控制端接收脉宽调制信号，其中输出电压受脉宽调制信号的占空比控制；保护开关，具有第一端，第二端和控制端，其中第一端耦接输入端子，第二端耦接主开关电路；以及保护控制电路，具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接反馈电路的输出端，第二输入端耦接参考信号，保护控制电路的输出端耦接保护开关的控制端。

在一个实施例中，电压变换器进一步包含耦接于保护开关的第二端和参考地之间的保护电容。

在一个实施例中，保护控制电路包含比较电路，比较电路包含反相输入端，同相输入端和输出端，其中反相输入端耦接反馈电路的输出端和保护控制电路的第一输入端，同相输入端耦接保护控制电路的第二输入端用于接收参考信号，比较电路的输出端耦接保护开关的控制端。

在一个实施例中，主开关电路包含直流-直流降压变换电路，其中主开关为上管，保护开关的第二端耦接所述上管。其中在一个实施例中，直流-直流降压变换电路包含非同步整流管。

在一个实施例中，保护开关包含MOSFET器件。

在一个实施例中，反馈电路包含：第一电阻，具有第一端和第二端，其中所述第一电阻的第一端耦接所述电压变换器的输出端子，所述第一电阻的第二端耦接所述反馈电路的输出端；以及第二电阻，具有第一端和第二端，其中所述第二电阻的第一端耦接所述反馈电路的输出端，所述第二电阻的第二端耦接所述参考地。

在一个实施例中，电压变换器进一步包含控制电路，所述控制电路含输入端和输出端，所述控制电路的输入端耦接所述反馈信号，所述控制电路的输出端提供所述脉宽调制信号。

根据本实用新型一实施例的一种过压保护电路，包含：保护开关，具有第一端，第二端和控制端，其中第一端耦接一电压变换器的输入端子，第二端耦接电压变换器的主开关电路；以及比较电路，具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中第一输入端耦接电压变换器的输出电压，第二输入端耦接参考信号，输出端耦接保护开关的控制端。在一个实施例中，过压保护电路进一步包含保护电容，其中保护电容耦接于保护开关的第二端和一参考地之间。

通过采用根据本实用新型思想所提出的技术方案，可以克服当输出电压过高时损坏输出电容和/或负载的可能缺陷，特别是克服当输出电压过高时传统的控制电路内过压保护***不能正常工作的缺陷，使得***稳定可靠。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本实用新型实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本实用新型的若干可行实施方式，其中：

图1示出了现有的直流-直流降压变换器示意图；

图2示出了根据本实用新型一实施例的含输入级保护开关的电压变换器示意图；

图3示出了根据本实用新型一实施例的含保护电容的电压变换器示意图；

图4示出了根据本实用新型一实施例的含直流-直流降压变换器和保护控制电路的电压变换器示意图；

图5示出了根据本实用新型一实施例的含直流-直流升压变换电路的电压变换器示意图；

图6示出了根据本实用新型一实施例的电压变换器示意图。

同样的附图标记在不同附图中表明相同或相似的内容。

具体实施方式

下面参照附图充分描述本实用新型的包含保护开关的电压变换器、过压保护电路和过压保护方法的各示范实施例。在一个实施例中，一种电压变换器，包含输入端子，接收输入电压；输出端子，提供输出电压至负载；反馈电路，包含输入端和输出端，其中所述输入端耦接所述输出端子，所述输出端提供表征所述输出电压的反馈信号；主开关电路，含主开关用于调节所述输出电压，其中所述主开关的控制端接收脉宽调制信号，所述输出电压受所述脉宽调制信号的占空比控制；保护开关，具有第一端，第二端和控制端，其中所述第一端耦接所述输入端子，所述第二端耦接所述主开关电路；以及保护控制电路，具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中所述第一输入端耦接所述反馈电路的输出端，所述第二输入端耦接参考信号，所述保护控制电路的输出端耦接所述保护开关的控制端。在下面对本实用新型的详细描述中，为了更好地理解本实用新型，描述了大量的细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本实用新型同样可以实施。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的电路、材料或方法。此外，在一些实施例中已经详细描述过的类似的结构和功能，在其它实施例中不再赘述。尽管本实用新型的各项术语是结合具体的示范实施例来一一描述的，但这些术语不应理解为局限于这里阐述的示范实施方式。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本实用新型至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。

当称“元件”“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接、通过含电阻的导体连接或通过合理的中间元件以公知的方式连接。

“电压变换器”指将第一电压值的输入电压变换成第二电压值的输出电压的电路、装置或***。在一个实施例中，上述第一电压值或第二电压值在工作中具有预定的值或范围，但第一电压值或第二电压值也可以为任意的基本恒定或变化的值。

图2示出了根据本实用新型一实施例的含输入级保护开关22的电压变换器200。电压变换器200包含输入端子IN、输出端子OUT、主开关电路21、保护开关22、反馈电路23以及保护控制电路24。其中输入端子IN接收输入电压Vin。输出端子OUT提供输出电压Vout至负载20。反馈电路23包含输入端231和输出端232，其中输入端231耦接所述输出端子OUT，输出端232提供表征输出电压Vout的反馈信号FB。在一个实施例中，反馈信号FB为正比于输出电压Vout的电压信号。在另一个实施例中，反馈信号FB为电流信号。主开关电路21含主开关M1用于调节输出电压Vout。其中主开关M1的控制端接收脉宽调制信号PWM，输出电压Vout受脉宽调制信号PWM的占空比控制。在一个实施例中，电压变换器200的主开关电路为直流-直流降压变换电路，用于将直流输入电压Vin转换成小于Vin的直流输出电压Vout，如图1所示，其中主开关为上管，输出电压近似正比于上管PWM控制信号的占空比。在另一个实施例中，电压变换器为直流-直流升压变换电路(Boost)。在另外一个实施例中，电压变换器为直流-直流升压-降压变换电路(Buck-boost)。在一个实施例中，电压变换器为隔离式直流-直流电压变换器。

继续图2的说明。保护开关22含第一端1、第二端2和控制端3，其中第一端1耦接输入端子IN，第二端2耦接主开关电路21。

保护控制电路24含第一输入端241，第二输入端242和输出端243。其中第一输入端耦接反馈电路23的输出端232，第二输入端242耦接参考信号Vth，输出端243耦接保护开关22的控制端3。当输出端子OUT上的电压过高时，反馈信号FB大于参考信号Vth，此时保护控制电路24通过控制端3关断保护开关22，断开主开关电路和输入端子IN之间的连接。这样就能防止由于主开关M1短路等造成的输出端子OUT与输入端子IN之间的较长时间的直接连通。

在所示的实施例中，电压变换器200进一步包含输出电容Cout。在另一个实施例中，输出电容为主开关电路21的一部分。

图3示出了根据本实用新型一实施例的含保护电容C1的电压变换器300。与电压变换器200相比，电压变换器300进一步包含输入电容Cin和保护电容C1。其中输入电容Cin耦接于输入端子IN和参考地GND之间。保护电容C1耦接于保护开关22的第二端2和参考地之间。保护电容C1用于防止保护开关22的第二端2上电压的瞬时突变。在另一个实施例中，保护电容C1耦接于主开关电路21的输入端211和输出端212之间。但应当知道，不包含保护电容C1的情况也可能属于本实用新型保护的范围。

图4示出了根据本实用新型一实施例的含保护控制电路24的电压变换器400。在该实施例中，电压变换器400的主开关电路包含直流-直流降压变换电路21。直流-直流降压变换电路21包含作为主开关的上管M1，整流管M2和电感L，其中上管M1的第一端耦接保护开关22的第二端2，上管M1的第二端耦接整流管M2和电感L，整流管M2的另一端耦接参考地GND，电感L的另一端耦接输出端子OUT。上管M1的控制端接收脉宽调制信号PWM。上管M1和下管M2交替导通，在开关节点SW获得近似方波信号，方波信号进过电感L和输出电容Cout的滤波，在输出端子OUT获得低于Vin的输出电压Vout。其中输出电压Vout的值为Vin与PWM信号占空比的乘积。在图示的实施例中，下管M2为非同步的整流管，即二极管。在另一个实施例中，下管M2也可为同步的整流管，如MOSFET管。在一个实施例中，直流-直流降压变换电路21包含输出电容Cout。

在图示的实施例中，保护控制电路24含第一输入端241、第二输入端242和输出端243，其中第一输入端241耦接反馈电路23的输出端42。第二输入端242耦接参考信号Vth，输出端243耦接保护开关22的控制端3。

保护控制电路24包含比较电路COM。比较电路COM包含：反相输入端，耦接保护控制电路24的第一输入端241；同相输入端，耦接保护控制电路24的第二输入端242；以及输出端，耦接保护控制电路24的输出端243。这样，当反馈信号FB超过参考信号Vth时，比较电路COM输出低电平，控制保护开关22关断。保护控制电路24还可包含其它的电路或装置，如用于产生参考信号Vth的参考信号发生器和/或位于比较电路COM输出端和保护开关22控制端3之间的驱动电路等。应当知道，含比较电路COM的保护控制电路24也可应用于任何类型的电压变换器，如直流-直流升压变换电路等。在一个实施例中，比较电路COM为一比较器。应当知道，其它公知的用于在一信号(如信号FB)大于一参考信号(如Vth)时产生适用于关断开关(如开关22)的电路和装置也可以用于本实用新型的实施。

在一个实施例中，一种过压保护电路4包含保护开关22和比较电路COM。其中保护开关含耦接电压变换器400的输入端子IN的第一端1，耦接电压变换器400的主开关电路21的第二端2和控制端3。比较电路COM含第一输入端241，第二输入端242和输出端243，其中第一输入端241耦接电压变换器400的输出电压OUT，第二输入端242耦接参考信号Vth，输出端243耦接保护开关22的控制端3。

在一个实施例中，过压保护电路4进一步包含保护电容C1，保护电容C1耦接于保护开关22的第二端2和参考地GND之间。

继续图4的说明。在一个实施例中，反馈电路23包含第一电阻R1和第二电阻R2。其中第一电阻R1含耦接电压变换器400输出端子OUT的第一端和耦接反馈电路23输出端42的第二端。第二电阻R2含耦接反馈电路输出端42的第一端和耦接参考地GND的第二端。反馈电路23也可采用其它任何合适的电压采样电路或电压采样装置，如RC电压采样电路。在一个实施例中，反馈电路为一个连接在保护控制电路24和输出端子OUT之间的导体。

图5示出了根据本实用新型一实施例的含直流-直流升压变换电路的电压变换器500示意图。电压变换器500的主开关电路为直流-直流升压变换电路51。在这个实施例中，保护开关22耦接在电压变换器500的输入端子IN和主开关电路51之间。具体地，保护开关22耦接在输入端子IN和直流-直流升压变换电路51的电感L之间。

图6示出了根据本实用新型一实施例的电压变换器600示意图。其中，电压变换器600的保护开关62为一金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)。在一个实施例中，MOSFET管62的源极端耦接输入端子IN，MOSFET管62的漏极耦接主开关电路21的上管M1。MOSFET管62的栅极耦接比较电路COM的输出端。在另一些实施例中，保护开关62为其它类型的开关，如结型场效应管JFET等。

在图6所示的实施例中，电压变换器600进一步包含控制电路61。控制电路含输入端611和输出端612，输入端611耦接反馈信号FB，输出端612提供脉宽调制信号PWM。脉宽调制信号PWM至少基于信号FB产生，且PWM信号的占空比至少基于反馈信号FB受调节。控制电路61还可接收其它的信号，如输出电流反馈信号用于调节PWM信号。控制电路61还可输出用于同步整流管的信号。控制电路可为任意的用于直流-直流降压变换电路的控制电路，包含现有的、公知的用于直流-直流降压变换电路的控制电路。

上述的一些特定实施例仅仅以示例性的方式对本实用新型进行说明，这些实施例不是完全详尽的，并不用于限定本实用新型的范围。对于公开的实施例进行变化和修改都是可能的，其他可行的选择性实施例和对实施例中元件的等同变化可以被本技术领域的普通技术人员所了解。本实用新型所公开的实施例的其他变化和修改并不超出本实用新型的精神和保护范围。

Claims

1.一种电压变换器，其特征在于，所述电压变换器包含：

输入端子，耦接输入电压；

输出端子，耦接负载；

反馈电路，包含输入端和输出端，其中所述输入端耦接所述输出端子，所述输出端提供表征所述输出电压的反馈信号；

主开关电路，含主开关，其中所述主开关的控制端耦接脉宽调制信号，所述输出电压受所述脉宽调制信号的占空比控制；

保护开关，具有第一端，第二端和控制端，其中所述第一端耦接所述输入端子，所述第二端耦接所述主开关电路；以及

保护控制电路，具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中所述第一输入端耦接所述反馈电路的输出端，所述第二输入端耦接参考信号，所述保护控制电路的输出端耦接所述保护开关的控制端。

2.如权利要求1所述的电压变换器，其特征在于，所述电压变换器进一步包含保护电容，耦接于所述保护开关的第二端和所述参考地之间。

3.如权利要求1所述的电压变换器，其特征在于，所述保护控制电路包含比较电路，其中所述比较电路包含：

反相输入端，耦接所述保护控制电路的第一输入端；

同相输入端，耦接所述保护控制电路的第二输入端；以及

输出端，耦接所述保护控制电路的输出端。

4.如权利要求1所述的电压变换器，其特征在于，所述主开关电路包含直流-直流降压变换电路，所述主开关为上管，其中所述保护开关的第二端耦接所述上管。

5.如权利要求4所述的电压变换器，其特征在于，所述直流-直流降压变换电路包含非同步整流管。

6.如权利要求1所述的电压变换器，其特征在于，所述保护开关包含MOSFET器件。

7.如权利要求1所述的电压变换器，其特征在于，所述反馈电路包含：

第一电阻，具有第一端和第二端，其中所述第一电阻的第一端耦接所述电压变换器的输出端子，所述第一电阻的第二端耦接所述反馈电路的输出端；以及

第二电阻，具有第一端和第二端，其中所述第二电阻的第一端耦接所述反馈电路的输出端，所述第二电阻的第二端耦接所述参考地。

8.如权利要求1所述的电压变换器，其特征在于，所述电压变换器进一步包含控制电路，所述控制电路含输入端和输出端，所述控制电路的输入端耦接所述反馈信号，所述控制电路的输出端提供所述脉宽调制信号。

9.一种过压保护电路，其特征在于，所述过压保护电路包含：

保护开关，具有第一端，第二端和控制端，其中所述第一端耦接电压变换器的输入端子，所述第二端耦接所述电压变换器的主开关电路；以及

比较电路，具有第一输入端，第二输入端和输出端，其中所述第一输入端耦接所述电压变换器的输出电压，所述第二输入端耦接参考信号，所述输出端耦接所述保护开关的控制端。

10.如权利要求9所述的过压保护电路，其特征在于，所述过压保护电路进一步包含保护电容，所述保护电容耦接于所述保护开关的第二端和参考地之间。