一种DC-DC变换器及其过流保护电路
文献发布时间:2023-06-19 11:35:49
技术领域
本发明涉及一种DC-DC变换器及其过流保护电路,属于低压配电网和电力电子技术领域。
背景技术
近年来,随着电力电子及电子技术的迅猛发展,DC-DC变换器在计算机、通信、工业自动化、电子或电工仪器等领域应用更加广泛。在DC-DC变换器中,大功率MOSFET管在技术和应用上也有了更新的突破,压降越来越低,开关速度越来越快,凭借其出色的高频开关特性而被广泛应用,但MOSFET开关管具有较弱的承受短时过载的能力,在电源短接、内部短路等异常情况下,产生的功率会急剧增大,从而影响MOSFET开关管正常工作,并可能对其产生永久性的损坏。因此为了保护MOSFET开关管,在DC-DC变换器内部通常需要过流保护电路。目前,已报道的一些适用于DC-DC变换器的过电流保护电路,在电路结构成本、限流精度、功耗和抗干扰能力诸方面还不能很好的兼顾。如何设计出可靠合理的过电流保护电路,对于充分发挥MOSFET开关管的优点,避其弱点起着至关重要的作用,也是有效利用MOSFET开关管的前提和关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种DC-DC变换器及其过流保护电路,以解决目前DC-DC变换器的过流保护电路成本和抗干扰能力无法兼顾的问题。
本发明为解决上述技术问题而提供一种DC-DC变换器的过流保护电路,该过流保护电路包括:
取样保护电路,包括用于串联在DC-DC变换器为负载供电的回路上的采样电阻,以检测负载上电流变化;
信号放大电路,包括运算放大器,运算放大器的输入端与取样保护电路的输出端连接,用于对采样信号进行放大;
电压比较电路,包括比较器,比较器的一个输入端与运算放大器的输出端连接,另一个输入端连接有基准电压,比较器的输出端上连接有上拉电阻;
驱动及自锁电路,包括有第一三极管和第二三极管,所述第一三极管基极与比较器的输出端连接,第一三极管的发射极接地,第一三极管的集电极连接第二三极管的基极,第二三极管的发射极连接电源,第二三极管的集电极通过电阻连接到第一三极管的基极,第二三极管的集电极还通过继电器线圈接地,继电器的触点用于设置在DC-DC变换器与负载之间。
本发明的过流保护电路能够准确检测负载电流的变化情况,在负载电流过流的情况下,控制第一三极管导通,第一三极管导通后,其集电极变为低电平使第二三极管导通,VCC经第二三极管的集电极加载至第一三极管的基极,形成自锁,保证过流时能够安全、稳定的切断DC-DC变换器的电源。本发明通过两个三极管构成的驱动及自锁电路实现过流保护,不仅成本低,且抗干扰能力强。
进一步地,为防止过高的电压损坏运算放大器,所述的取样保护电路还包括有稳压二极管,用于对电压采样信号进行稳压。
进一步地,所述的运算放大器包括同相输入端和反相输入端,所述同相输入端与取样保护电路的输出端连接,反相输入段通过可调电阻模块连接到运算放大器的输出端。
进一步地,所述的继电器线圈两端并联有防反二极管。
本发明还提供了一种DC-DC变换器,包括有依次连接的直流电源、输入滤波电路、桥式变换器和输出滤波电路,还包括有过流保护电路,所述的过流保护电路为本发明所述的过流保护电路。
进一步地,为实现对DC-DC变换器的限流保护,该DC-DC变换器还包括限流单元,所述限流单元包括接触器和限流电阻。
进一步地,所述的输入滤波电路为输入滤波电容器。
进一步地,所述的输出滤波电路为LC滤波电路,包括滤波电感和输出滤波电容器,设置在桥式变换器和负载之间。
进一步地,所述的桥式变换器变换器为半桥变换器。
附图说明
图1是本发明DC-DC变换器的结构示意图;
图2是本发明DC-DC变换器的过流保护电路图;
1为直流电源;2为限流单元;3为接触器;4为限流电阻;5为输入滤波电容器;6为半桥变换器;7为第一IGBT;8为第二IGBT;9为滤波电感;10为输出滤波电容器;11为电阻负载;12为负载RL;13为第一电阻;14为采样电阻;15为稳压二极管;16为第一电容;17为取样保护电路;18为运算放大器;19为第二电阻;20为滑动电阻;21为信号放大电路;22为第三电阻;23为上拉电阻;24为第四电阻;25为比较器;26为电压比较电路;27为第五电阻;28为第六电阻;29为第七电阻;30第二三极管;31为第一三极管;32为二极管;33为驱动及自锁电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
DC-DC变换器的实施例
本发明的DC-DC变换器如图1所示,包括直流电源1、限流单元2、输入滤波电容器5、半桥变换器6、滤波电感9、输出滤波电容器10,其中限流单元2包括并联的接触器3和限流电阻4,电源通过限流单元2连接到半桥变换器6上,限流单元2和半桥变换器6之间还设置有输入滤波电容器5,用于对电源进行滤波;半桥变换器包括第一IGBT 7和第二IGBT 8,第一IGBT 7和第二IGBT 8构成半桥结构对电源进行电压变换,半桥变换器的输出端通过滤波电感9和输出滤波电容器10连接电阻负载11,为电阻负载11进行供电。
通过上述电路结构,可实现对电源的电压变换,为了实现对DC-DC变换器的过流保护,本发明的DC-DC变换器还设置有过流保护电路。如图2所示,过流保护电路包括有取样保护电路17、信号放大电路21、电压比较电路26和驱动及自锁电路。
取样保护电路17如图2所示,包括用于串联在负载RL 12供电回路上的采样电阻14(电阻R10),负载RL为DC-DC变换器供电的负载,其位置相当于电阻负载11,负载RL和R10的串接点通过第一电阻13(电阻R9)连接信号放大电路,为了防止过压对信号放大电路的损坏,还设置有稳压二级管15(二极管D2),稳压二级管15两端还并联有第一电容16(电容C1);二极管D2能够起到保护作用,保护运放的输入端防止过高的电压进来损坏运放,电容C1起到抗干扰的作用。其中负载RL和R10是串联的,根据串联电流相等的原理,流过采样电阻R10的电流和负载RL的电流是相等的,即R10上电压的变化反映了负载电流的变化,因此采用采样电阻R10上电压来表征负载RL电流的变换情况。
信号放大电路21包括运算放大器18(运放U1A),运算放大器18的同相输入端与取样保护电路的输出端连接,用于电阻R10上的电压信号进行放大;运算放大器18的反相输入端通过第二电阻19(电阻R7)接地,同时运算放大器反相输入端和电阻R7的连接点通过滑动电阻20(电阻R2)连接到运算放大器的输出端,运算放大器和电阻R2,R7组成了一个典型的同相放大电路,放大倍数由R2,R7决定。
电压比较电路26包括比较器25(U1B),比较器25的同相输入端与运算放大器的输出端连接,比较器的反相输入端连接有基准电压,比较器的输出端上连接有上拉电阻23(电阻R5);基准电压由分压电路提供,该分压电压电路包括串联在电源和地之间的第三电阻22(电阻R3)和第四电阻24(电阻R6),电阻R3和电阻R6的连接点与比较器的反相输入端连接。当同相端的电压比反相端电压大时,比较器U1B输出高电平,表示电路已经过流。
驱动及自锁电路33,包括有第一三极管31(三极管Q2)和第二三极管30(三极管Q1),其中三极管Q2为NPN型,三极管Q1为PNP型,三极管Q2的基极通过第七电阻29(电阻R8)与比较器的输出端连接,三极管Q2的发射极接地,三极管Q2的集电极通过第五电阻27(电阻R1)连接三极管Q1的基极,三极管Q1的发射极连接电源Vcc,三极管Q1的集电极通过第六电阻28(电阻R4)连接到三极管Q2的基极,三极管Q1的集电极还通过继电器线圈接地,继电器的常闭触点用于连接在DC-DC变换器的供电回路中,其中端口AC+与AC-串联接于滤波电感9和负载11之间,如图1所示,K1为常闭触点,DC-DC变换器过流时,常闭触点打开,9和11之间形成断路。此外,继电器线圈两端还并接有二极管32(二极管D1),用于防反接。当比较器输出高电平时,三极管Q2导通,Q2导通后,Q2的集电极变为低电平使三极管Q1导通,Q1导通后,VCC经三极管Q1,电阻R4加载至三极管Q2的基极,形成一个自锁的功能,这样即使比较器的输出变为低电平后,Q1和Q2还是导通的;Q1导通后,继电器的线圈有电流流过,继电器吸合,继电器吸合就会切断电源输入。
上述DC-DC变换器的工作过程如下:取样保护电路获取表征DC-DC变换器中的负载电流的电压信号,经过信号放大电路和电压比较电路到达驱动及自锁电路,当DC-DC变换器出现过流时,电压比较电路输出高电平,使三极管Q2导通,Q2导通后,Q2的集电极变为低电平使三极管Q1导通,Q1导通后,VCC经三极管Q1,电阻R4加载至三极管Q2的基极,形成一个自锁,在比较器的输出变为低电平后,Q1和Q2还是导通的;Q1导通后,继电器的线圈有电流流过,继电器吸合,继电器吸合就会切断电源输入,实现DC-DC变换器的过流保护。
过流保护电路的实施例
本发明的过流保护电路。如图2所示包括有取样保护电路、信号放大电路21、电压比较电路和驱动及自锁电路,该电路的具体结果和工作原理已在DC-DC变换器的实施例中进行了详细说明,这里不再赘述。
- 一种DC-DC变换器及其过流保护电路
- 一种多电平全桥变换器及多电平隔离式双向DC-DC变换器