一种基于电感电压积分的变换器过载启机保护电路制造技术

本发明专利技术公开了一种基于电感电压积分的变换器过载启机保护电路，包括同步整流变换器主电路、第一积分器电路、第二积分器电路、减法器电路、比较器电路、逻辑及控制电路和变换器控制电路。本发明专利技术仅需额外采样桥臂中点电压，并加入积分和减法器电路即可实现，一方面具有实现方法简单方便、适用范围广和抗干扰能力强，另一方面所述中点电压采样可通过简单的电阻分压取样，不会引入额外损耗，有利于开关电源模块的高效高功率密度。模块的高效高功率密度。模块的高效高功率密度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电感电压积分的变换器过载启机保护电路


[0001]本专利技术属于变换器
，特别是一种基于电感电压积分的变换器过载启机保护电路。

技术介绍

[0002]高效率、高功率密度、小体积和高可靠性是工业界和学术界对开关电源变换器的持续追求目标。高功率密度和小体积的目标，要求工程师在设计开关电源变换器时，尽量精简各部分电路，包括相关的保护、控制及取样电路。高效率的目标，要求工程师在选取相关电路时，要追求“极小化”且“高效率”的取样电路。高可靠性又要求变换器具备关键的过压、过流、短路等保护。
[0003]过载启机保护是开关电源的关键保护之一，其指开关电源在启动时需要可靠区分负载短路、过流以及正常负载工况。当开关电源的负载短路或者过载时，需可靠保护开关电源；如何高效、高可靠性以及小的设计过载启动保护是目前工业界面临的关键问题之一。
[0004]目前常用的过载启机保护方案主要包括：1)基于分流器或者采样电阻的方案。该方案虽然可靠简单，但是其一方面分流器或者采样电阻存在体积大、损耗高的问题，此外该方面获取的电流信号比较微弱，易受干扰且可靠性受限；2)基于霍尔传感器、电流互感器等方案，该方面存在体积大、采样带宽低等问题；3)基于电感DCR电阻的方案，该方面具有方案简单、体积小等优点，然而其存在易受电感DCR电阻精度影响、易受变换器运行温度影响而导致采样不准等缺点，因而采样该方案通常需要额外加入温度补偿电路以保证基于DCR采样方案的准确性，美国ADI公司的DC/DC变换器控制芯片LTC3855即采用该方案，虽然引入温度补偿电路可以提升DCR方案的准确性，但这使得控制系统复杂，且该方案在小电流场景依然应用受限。
[0005]总之，现有技术中依然缺少简单、可靠、高效的方案和技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种基于电感电压积分的变换器过载启机保护电路。
[0007]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于电感电压积分的变换器过载启机保护电路，所述电路包括同步整流变换器主电路、第一积分器电路、第二积分器电路、减法器电路、比较器电路、逻辑及控制电路和变换器控制电路；
[0008]所述第一积分器电路，用于对第一和第二开关管串联桥臂的中点电压v
A
和积分启动信号S
t
进行处理，之后将输出信号v
LA
传输至减法器电路；
[0009]所述第二积分器电路，用于对同步整流变换器主电路的输出电压信号v
o
和积分启动信号S
t
进行处理，之后将输出信号v
LB
传输至减法器电路；
[0010]所述减法器电路，用于对所述输出信号v
LA
和v
LB
进行处理，之后将输出信号v
AMB
即当前变换器电感电流值的大小输出至比较器电路；
[0011]所述比较器电路，用于对所述输出信号v
AMB
和比较器的基准电压信号v
F
进行处理，之后将输出信号S
gt
即过载保护标识信号传输至逻辑及控制电路；
[0012]所述逻辑及控制电路，一方面用于生成所述第一积分器电路、第二积分器电路的启动和清零信号即积分启动信号S
t
，一方面用于生成所述比较器电路的基准电压信号v
F
，其输入信号包括同步整流变换器主电路的输入电压源信号v
in
、变换器开机启动信号S
st
以及比较器电路的输出信号S
gt
，输出信号为S
pt
，还包括积分启动信号S
t
和基准电压信号v
F
；
[0013]所述变换器控制电路，用于控制同步整流变换器主电路工作，实现对输入电压源信号v
in
进行变压变换和控制，最终稳定输出v
o
；该电路的输入信号包括输入电压源信号 v
in
、同步整流变换器主电路的输出电压信号v
o
、逻辑及控制电路的输出信号S
pt
，输出信号包括变换器开机启动信号S
st
，同步整流变换器主电路的第一和第二开关管的驱动信号 QS1和QS2。
[0014]进一步地，所述逻辑及控制电路的控制逻辑包括以下步骤：
[0015]步骤400，系统初始化；
[0016]步骤401，检测输入电压源信号v
in
是否在设置范围内，若是则执行步骤402，否则继续等待；
[0017]步骤402，检测变换器开机启动信号S
st
是否由低电平跳变至高电平，若是，则表示变换器准备启动，执行步骤403，否则继续等待；
[0018]步骤403，设置比较器基准电压信号v
F
；
[0019]步骤404，置高积分启动信号S
t
；
[0020]步骤405，开始延时计时；
[0021]步骤406，检测是否到达延时时间T
d
，若是，则执行步骤407，否则继续等待；
[0022]步骤407，检测第一比较器的输出信号S
gt
是否为低电平，若是则执行步骤408，否则执行步骤409；
[0023]步骤408，置高过载保护标识信号S
pt
，之后执行步骤411；
[0024]步骤409，检测变换器开机启动信号S
st
是否由高电平跳变至低电平，若是则标识变换器完成缓启动，执行步骤410，否则重新执行步骤407，继续检测是否存在启动过程中变换器过载；
[0025]步骤410，置低过载保护标识信号S
pt
，标识变换器启动过程中，不存在负载过载，变换器可以正常运行；
[0026]步骤411，等待下次变换器启动过载检测。
[0027]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：
[0028]1)仅需额外采样桥臂中点电压，并加入积分和减法器电路即可实现，一方面实现方法简单方便，另一方面所述中点电压采样可通过简单的电阻分压取样，不会引入额外损耗，有利于开关电源模块的高效高功率密度。
[0029]2)本专利技术方案通过电阻分压取样桥臂中点电压和输出电压，具有取样信号强的优点；此外，本专利技术方案将取样信号进行积分运算，具有较强的抗干扰能力；另外，电阻分压取样及比较器监测的方案还具有动态响应快的优点，可以快速识别变换器过载保护工况。
[0030]3)本专利技术技术方案的电阻取样及电感电压积分的方案受变换器温度影响较弱，具有比较广泛的应用范围。
[0031]下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。
附图说明
[0032]图1为基于电感电压积分的变换器过载启机保护电路图。
[0033]图2为同步整流降压变换器开机启动时所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电感电压积分的变换器过载启机保护电路，其特征在于，所述电路包括同步整流变换器主电路(100)、第一积分器电路(101)、第二积分器电路(102)、减法器电路(103)、比较器电路(104)、逻辑及控制电路(105)和变换器控制电路(106)；所述第一积分器电路(101)，用于对第一和第二开关管串联桥臂的中点电压v
A
和积分启动信号S
t
进行处理，之后将输出信号v
LA
传输至减法器电路(103)；所述第二积分器电路(102)，用于对同步整流变换器主电路(100)的输出电压信号v
o
和积分启动信号S
t
进行处理，之后将输出信号v
LB
传输至减法器电路(103)；所述减法器电路(103)，用于对所述输出信号v
LA
和v
LB
进行处理，之后将输出信号v
AMB
即当前变换器电感电流值的大小输出至比较器电路(104)；所述比较器电路(104)，用于对所述输出信号v
AMB
和比较器的基准电压信号v
F
进行处理，之后将输出信号S
gt
即过载保护标识信号传输至逻辑及控制电路(105)；所述逻辑及控制电路(105)，一方面用于生成所述第一积分器电路(101)、第二积分器电路(102)的启动和清零信号即积分启动信号S
t
，一方面用于生成所述比较器电路(104)的基准电压信号v
F
，其输入信号包括同步整流变换器主电路(100)的输入电压源信号v
in
、变换器开机启动信号S
st
以及比较器电路(104)的输出信号S
gt
，输出信号为S
pt
，还包括积分启动信号S
t
和基准电压信号v
F
；所述变换器控制电路(106)，用于控制同步整流变换器主电路(100)工作，实现对输入电压源信号v
in
进行变压变换和控制，最终稳定输出v
o
；该电路的输入信号包括输入电压源信号v
in
、同步整流变换器主电路(100)的输出电压信号v
o
、逻辑及控制电路(105)的输出信号S
pt
，输出信号包括变换器开机启动信号S
st
，同步整流变换器主电路(100)的第一和第二开关管的驱动信号QS1和QS2。2.根据权利要求1所述的基于电感电压积分的变换器过载启机保护电路，其特征在于，所述第一积分器电路(101)包括第一电阻(R
11
)、第二电阻(R
12
)、第三电阻(R
13
)、第四电阻(R
14
)、第一积分电容(C
11
)、第二积分电容(C
12
)、第一复位开关(S
10
)、第一运放(Op1)；所述第一和第二开关管串联桥臂的中点电压v
A
通过串联的第一电阻(R
11
)和第二电阻(R
12
)后接地，第一电阻(R
11
)和第二电阻(R
12
)的公共端通过第三电阻(R
13
)连接第一运放(Op1)的正输入端，该正输入端同时通过第二积分电容(C
12
)接地，第一运放(Op1)的负输入端通过第四电阻(R
14
)接地，同时通过第一积分电容(C
11
)连接第一运放(Op1)的输出端，输出信号v
LA
，所述第一复位开关(S
10
)并联于第一积分电容(C
11
)两端。3.根据权利要求2所述的基于电感电压积分的变换器过载启机保护电路，其特征在于，所述第三电阻(R
13
)和第四电阻(R
14
)阻值相等。4.根据权利要求2所述的基于电感电压积分的变换器过载启机保护电路，其特征在于，所述第一积分电容(C
11
)和第二积分电容(C
12
)容值相等。5.根据权利要求2所述的基于电感电压积分的变换器过载启机保护电路，其特征在于，所述输出信号v
LA
需满足：
式中，V
ops
表示运放的供电电压，T
st
表示变换器启动时间，D

【专利技术属性】
技术研发人员：刘华吾，王廷营，陆杨军，唐海瑞，曹赟，赵瑞，崔满超，王永生，丁星星，
申请(专利权)人：连云港杰瑞电子有限公司，
类型：发明
国别省市：