專利名稱：限電流和過(guò)電流雙電流環(huán)保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是直流-直流功率變換器(DC/DC CONVERTERS)或交流-直流功率變換器(AC/DC CONVERTERS)的保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
目前在功率變換器領(lǐng)域，高功率密度、高效率、高可靠性是所有功率變換器的要求，對(duì)輸出電流的保護(hù)尤為重要，但目前普遍采用的是單一電流環(huán)控制，要么是限流保護(hù)，要么是過(guò)電流保護(hù)，或者就是短路保護(hù)。功率變換器主電路部分如圖1所示，Vout+和Vout-為功率變換器的輸出，Cll為輸出濾波電容，Rs為高精度采樣電阻，1feed為電流采樣信號(hào)，R15和C12構(gòu)成電流采樣信號(hào)的濾波器，可以濾除雜訊。常見的電流保護(hù)電路如圖2所示，X3為比較器，電阻R17和電阻R19構(gòu)成分壓器，在電阻R17和電阻R19的連接處設(shè)置過(guò)流保護(hù)值，當(dāng)功率變換器輸出發(fā)生過(guò)流時(shí)，亦即R16上產(chǎn)生的電流檢測(cè)信號(hào)1feed大于或等于1set值時(shí),6處的電壓大于或等于1set處的電壓，比較器發(fā)生偏轉(zhuǎn)，比較器輸出5處為低電平OV,將Protect point處的電壓拉低，電源控制閉鎖，無(wú)驅(qū)動(dòng)輸出，從而在功率 變化器發(fā)生過(guò)流時(shí)能迅速保護(hù)，避免損失。這種常見電流保護(hù)電路的優(yōu)點(diǎn)是保護(hù)迅速有效，缺點(diǎn)是保護(hù)模式單一，在負(fù)載電流稍微過(guò)載時(shí)，就可能導(dǎo)致芯片閉鎖，整個(gè)功率變換器都停止工作。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)目前功率變換器輸出電流保護(hù)電路的不足，本實(shí)用新型提出了一種過(guò)電流限電流雙電流環(huán)保護(hù)電路。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:由限電流電流環(huán)保護(hù)電路和過(guò)流電流環(huán)保護(hù)電路連接組成，所述限電流電流環(huán)保護(hù)電路包括運(yùn)算放大器XI，設(shè)定限流值電壓信號(hào)通過(guò)電阻Rl連接到運(yùn)算放大器Xl的同相輸入端，負(fù)電壓信號(hào)通過(guò)串聯(lián)電阻R2和電阻R3接運(yùn)算放大器Xl的同相輸入端，串聯(lián)的電阻R5、電容C3與電容C4后連接運(yùn)算放大器Xl的反相輸入端和輸出端；運(yùn)算放大器Xl的輸出端連接二極管Dl負(fù)極；所述過(guò)流電流環(huán)保護(hù)電路包括運(yùn)算放大器X2，輸出電流采樣電壓信號(hào)通過(guò)電阻R7連接運(yùn)算放大器X2的同相輸入端，輸出電壓采樣信號(hào)通過(guò)二極管D3接PNP三極管Ql的基極，三極管Ql的發(fā)射極連接運(yùn)算放大器X2的同相輸入端，Ql的集電極直接接參考地；電阻R6 —端接運(yùn)算放大器X2的反相輸入端，另一端接參考地；電阻RlO與電容C5串聯(lián)后與電容C8并聯(lián)再接在運(yùn)算放大器X2的反相輸入端和輸出端之間，二極管D2連接在運(yùn)算放大器保護(hù)點(diǎn)電壓的輸出和所述二極管Dl正極之間。本實(shí)用新型的輸出電流保護(hù)具備雙電流環(huán)，一為限電流保護(hù)，環(huán)路響應(yīng)較慢，另外一個(gè)電流環(huán)為過(guò)電流保護(hù)，響應(yīng)速度較快，另外在過(guò)電流保護(hù)電路中也包含短路保護(hù)，是短路保護(hù)響應(yīng)速度大大加快?？朔藗鹘y(tǒng)過(guò)流和限流保護(hù)電路的保護(hù)單一性，在發(fā)生故障時(shí)，能更好的保護(hù)功率變換器，避免受損。

圖1是現(xiàn)有功率變化器主電路輸出電流采樣電路圖；圖2是現(xiàn)有常用的電流保護(hù)電路；圖3是功率變換器輸出部分和電壓電流檢測(cè)電路圖；圖4是實(shí)用新型的電路圖。
具體實(shí)施方式
如圖3，功率變換器輸出部分和電壓電流檢測(cè)電路中，Vout+和Vout-為功率變換器的輸出，C9為輸出濾波電容，Rs2為高精度采樣電阻，1feed為電流采樣信號(hào)，電阻Rl I和電容ClO構(gòu)成電流米樣信號(hào)的濾波器,可以濾除雜訊。電阻R9和電阻R12在輸出電壓Vout+, Vout-處構(gòu)成分壓器,輸出電壓采樣信號(hào)Vofeed。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)如圖4所示，由限電流電流環(huán)保護(hù)電路和過(guò)流電流環(huán)保護(hù)電路連接組成。圖4的上半部分為限電流電流環(huán)保護(hù)電路，具體描述如下:X1為集成運(yùn)算放大器，1set為設(shè)定限流值電壓信號(hào)，通過(guò)電阻Rl連接到運(yùn)算放大器Xl的同相輸入端，1feed為輸出電流采樣信號(hào)，如圖3所示，為負(fù)電壓信號(hào)，通過(guò)串聯(lián)在一起的電阻R2和電阻R3連接到運(yùn)算放大器Xl的同相輸入端，Cl，C2為濾波電容，可以濾除干擾信號(hào)，電阻R4為運(yùn)算放大器Xl的反相端對(duì)地電阻，VCC為運(yùn)算放大器XI，X2的直流工作電壓，電阻R5，電容C3串聯(lián)后與電容C4并聯(lián)，然后接到運(yùn)算放大器Xl的反相輸入端和輸出端上，形成運(yùn)算放大器Xl的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定。二極管Dl為小信號(hào)二極管，運(yùn)算放大器Xl的輸出端連接二極管Dl負(fù)極,經(jīng)二極管Dl正極至Protect point, Protect point為控制ic的保護(hù)點(diǎn)電壓(具體反映在控制ic的某一引腳上)，假設(shè)在3V以上芯片正常工作，在1.5V到3V之間會(huì)改變PWM控制器的輸出驅(qū)動(dòng)脈沖，低于1.5V芯片停止工作，閉鎖輸出驅(qū)動(dòng)脈沖。限電流電路的工作原理分析如下，通過(guò)合理設(shè)置二極管Rl、R2、R3和Rs2的值，可以得到需要的限流點(diǎn)，設(shè)流過(guò)高精度采樣電阻Rs2的電流為1，限電流為1limit，那么可以得到如下關(guān)系式:1limit*Rs2/ (R2+R3)= 1set/ Rl,整理上式，可得1set和1limit之間的函數(shù)關(guān)系式如下:1set (1limit) =Rl*Rsl*1limit/ (R1+R2)，若令Rs2=0.01Q ；R1=100KQ ；R2=1KQ ;R3=1K Ω，則可得如下關(guān)系式:1set (1limit) =0.51limit。圖4的下半部分電路圖為過(guò)電流(短路)電流環(huán)保護(hù)電路，其中電阻R8連接在運(yùn)算放大器X2的同相輸入端，1feed為功率變換器輸出電流米樣電壓,此值為一負(fù)電壓信號(hào)，1feed信號(hào)通過(guò)電阻R7也連接在運(yùn)算放大器X2的同相輸入端，電容C6，C7為濾波電容，可以濾除干擾信號(hào)和電壓毛刺Jofeed為功率變換器輸出電壓采樣信號(hào)，可參考圖3，Vofeed信號(hào)通過(guò)一個(gè)反向的小信號(hào)二極管D3接到PNP三極管Ql的基極，三極管Ql的發(fā)射極連接在運(yùn)算放大器X2的同 相輸入端，三極管Ql的集電極直接接參考地；Vcc信號(hào)通過(guò)電阻R13接在信號(hào)Vofeed上，電阻R6 —端接運(yùn)算放大器X2的反相輸入端，另一端接參考地；電阻RlO與電容C5串聯(lián)在一起，然后與電容C8并聯(lián)后共同接在運(yùn)算放大器X2的反相輸入端和輸出端之間，形成運(yùn)算放大器的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)；D2為小信號(hào)二極管，D2連接在運(yùn)算放大器保護(hù)點(diǎn)電壓的輸出和二極管Dl正極即信號(hào)protect point之間。過(guò)電流(短路)電路的主體部分和限電流電路的原理相同，通過(guò)不同的電容R6、R7和Rs2的設(shè)置組合，并且通過(guò)運(yùn)算放大器反饋網(wǎng)絡(luò)的不同配置，可將過(guò)流點(diǎn)設(shè)置得比限流點(diǎn)高，而且響應(yīng)速度要高于限流環(huán)路，這里不再贅述。下面說(shuō)明一下過(guò)電流保護(hù)電路在功率變換器輸出發(fā)生短路的情況:當(dāng)輸出發(fā)生短路時(shí)，電阻Rs2流過(guò)大電流，使1feed迅速降低(因?yàn)?feed為負(fù)電壓信號(hào))，同時(shí)由于輸出短路，所以Vofeed迅速下降，二極管D3和三極管Ql導(dǎo)通，運(yùn)算放大器的同相輸入端迅速拉低，從而促使運(yùn)算放大器X2輸出O電平,二極管D2也導(dǎo)通，protect point被拉低至1.5V以下，控制芯片停止工作，無(wú)驅(qū)動(dòng)脈沖波形輸出，從而避免損壞功率變換器。
在功率變換器輸出沒(méi)有短路發(fā)生時(shí)，Vofeed (可通過(guò)輸出分壓電阻R9和電阻R12設(shè)置)始終比運(yùn)算放大器的同相輸入端電壓高，故二極管D3，三極管Ql無(wú)法導(dǎo)通，運(yùn)算放大器Xl無(wú)動(dòng)作。
權(quán)利要求1.一種限電流和過(guò)電流雙電流環(huán)保護(hù)電路，由限電流電流環(huán)保護(hù)電路和過(guò)流電流環(huán)保護(hù)電路連接組成，其特征是:所述限電流電流環(huán)保護(hù)電路包括運(yùn)算放大器XI，設(shè)定限流值電壓信號(hào)通過(guò)電阻Rl連接到運(yùn)算放大器Xl的同相輸入端，負(fù)電壓信號(hào)通過(guò)串聯(lián)電阻R2和電阻R3接運(yùn)算放大器Xl的同相輸入端，串聯(lián)的電阻R5、電容C3與電容C4后連接運(yùn)算放大器Xl的反相輸入端和輸出端；運(yùn)算放大器Xl的輸出端連接二極管Dl負(fù)極；所述過(guò)流電流環(huán)保護(hù)電路包括運(yùn)算放大器X2，輸出電流采樣電壓信號(hào)通過(guò)電阻R7連接運(yùn)算放大器X2的同相輸入端，輸出電壓采樣信號(hào)通過(guò)二極管D3接PNP三極管Ql的基極，三極管Ql的發(fā)射極連接運(yùn)算放大器X2的同相輸入端，Ql的集電極直接接參考地；電阻R6 —端接運(yùn)算放大器X2的反相輸入端，另一端接參考地；電阻RlO與電容C5串聯(lián)后與電容C8并聯(lián)再接在運(yùn)算放大器X2的反相輸入端和輸出端之間，二極管D2連接在運(yùn)算放大器保護(hù)點(diǎn)電壓的輸出和所述二極管Dl正極之間·。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種功率變換器的限電流和過(guò)電流雙電流環(huán)保護(hù)電路，由限電流電流環(huán)保護(hù)電路和過(guò)流電流環(huán)保護(hù)電路連接組成，一個(gè)電流環(huán)為限電流保護(hù)，環(huán)路響應(yīng)較慢，另外一個(gè)電流環(huán)為過(guò)電流保護(hù)，響應(yīng)速度較快，在過(guò)電流保護(hù)電路中也包含短路保護(hù)，是短路保護(hù)響應(yīng)速度大大加快?？朔藗鹘y(tǒng)過(guò)流和限流保護(hù)電路的保護(hù)單一性，在發(fā)生故障時(shí)，能更好的保護(hù)功率變換器，避免受損。
文檔編號(hào)H02M1/32GK203151079SQ20122067327
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者張興龍 申請(qǐng)人:江蘇嘉鈺新能源技術(shù)有限公司