一种谐振变换器过流保护电路及开关电源

技术领域

本申请涉及电源技术领域，尤其涉及一种谐振变换器过流保护电路及开关电源。

背景技术

一些场景中，使用具有多路输出的开关电源为大功率器件供电，多路输出的开关电源使用一个控制器进行控制，当检测到其中一路输出过流时，控制器关闭输出脉冲，各路输出电压全部关闭，影响电源的供电质量。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提出一种谐振变换器过流保护电路及开关电源，能够保证电源的供电质量。

基于上述目的，本申请提供了一种谐振变换器过流保护电路，多路谐振变换器并联构成多路输出电源，

各路谐振变换器的谐振电容的电压端通过调频电路与控制器的开关频率控制端相连接，所述调频电路用于当检测其中一个谐振电容的电压值超过预设的过流阈值时，调整开关频率，降低该谐振电容所在谐振变换器一路的输出电压。

可选的，所述调频电路包括开关频率调整电路，当其中一个谐振电容的电压值超过所述过流阈值时，所述开关频率调整电路处于过流保护状态。

可选的，所述开关频率控制端通过电阻R32接地；

未过流时，所述开关频率根据电阻R32确定；

当其中一个谐振电容的电压值超过所述过流阈值时，电阻R32与过流状态下的所述开关频率调整电路并联，所述开关频率根据电阻R32和过流保护状态下的所述开关频率调整电路的等效电阻共同确定。

可选的，所述开关频率调整电路包括电压比较器，当其中一个谐振电容的电压值超过所述过流阈值时，所述电压比较器输出触发信号，将开关频率调整电路调整至过流保护状态。

可选的，所述开关频率调整电路包括运算放大器和电压检测电路，所述电压检测电路的输出端与所述运算放大器的反相输入端相连接，所述运算放大器的同相输入端与所述开关频率控制端相连接，所述运算放大器的输出端通过电阻R31、防反二极管D31与所述开关频率控制端相连接。

可选的，所述过流阈值根据多路输出电源所接负载的最大额定电流确定。

可选的，所述调频电路包括开关频率调整电路、至少一路用于将谐振电容的交流电转换为直流电的电压转换电路和至少一路电压检测电路，各谐振电容的电压端分别与一路电压转换电路的输入端相连接，各路电压转换电路的输出端分别与一路电压检测电路的输入端相连接，各电压检测电路的输出端与所述开关频率调整电路的输入端相连接，所述开关频率调整电路的输出端与所述开关频率控制端相连接。

可选的，所述电压转换电路包括整流二极管、隔直电容和分压电阻，所述电压检测电路包括防反二极管，所述谐振电容的交流电压经所述电压转换电路转换为直流电压，当所述直流电压超过所述过流阈值时，所述防反二极管导通，将所述开关频率调整电路调整至过流保护状态。

可选的，所述多路谐振变换器是LLC谐振变换器、LCC谐振变换器、LLCC谐振变换器中的一种或几种。

本申请还提供一种开关电源，包括所述的谐振变换器过流保护电路。

从上面所述可以看出，本申请提供的谐振变换器过流保护电路及开关电源，多路谐振变换器并联构成多路输出电源，各路谐振变换器的谐振电容的电压端通过调频电路与控制器的开关频率控制端相连接，调频电路用于当检测其中一个谐振电容的电压值超过预设的过流阈值时，调整开关频率，降低该谐振电容所在谐振变换器的输出电压，发生过流的输出电源不再向负载供电，其他各路输出电源保持正常供电，保证电源的供电质量和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一些实施例的两路输出的谐振变换器原理图；

图2为一些实施例的LLC谐振变换器的增益图；

图3为本申请实施例的谐振变换器过流保护电路原理图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如图1所示，在一些高压大电流供电场景中，设备所需驱动电源要求具有高的隔离电压和多路输出，利用各路输出为不同的器件供电。例如，两电平IGCT变流器的电压等级一般为2600V，三电平ICGT变流器的电压等级一般为4800V，并可采用级联方式满足更高电压的应用需求，这就要求驱动电源应具有高的隔离电压；另一方面，两电平IGCT变流器配置10个IGCT(Intergrated Gate Commutated Thyristors

为达到ICGT变流器的应用需求，其驱动电源使用谐振拓扑电路的隔离型电源，且驱动电源应具有多路输出电源，各路输出电源分别为负载供电。为保证器件启动时序的一致性，可使用一个控制器统一控制各路输出电源，然而，由于使用一个控制器对各路输出电源进行同开、同关控制，当检测到其中一路过电流时，控制器将关闭所有输出电源的输出电压，影响电源的供电质量，降低电源可靠性。

鉴于此，本申请提供一种谐振变换器过流保护电路，当其中一路输出电源过电流时，通过调整电源的开关频率，降低电压增益，降低该路的电压(参考图2)，同时，其他各路输出电源保持正常供电，从而保证电源的供电质量。

如图3所示，本申请提供一种谐振变换器过流保护电路，包括调频电路，各路谐振变换器的谐振电容的电压端通过调频电路与控制器的开关频率控制端相连接，调频电路用于当检测其中一个谐振电容的电压值超过预设的过流阈值时，调整开关频率，降低该谐振电容所在谐振器变换器一路的输出电压。

本申请提供的谐振变换器过流保护电路，应用于由多个并联的谐振变换器构成多路输出电源的隔离型开关电源。每个谐振变换器的谐振电容的电压端通过调频电路与控制器的开关频率控制端相连接，调频电路检测各路谐振电容的电压，当有一个谐振电容的电压值超过过流阈值时，调频电路提高开关频率，使得该谐振电容所在谐振变换器一路输出电源的输出电压降低，即降低过流故障支路的输出电压，既可以对过流支路进行过流保护，又可保证其他支路继续供电，通过故障电源支路与正常电源支路的解耦控制，提高电源供电的可靠性。

一些实施例中，调频电路包括开关频率调整电路，当其中一个谐振电容的电压值超过过流阈值时，开关频率调整电路处于过流保护状态。即，当调频电路检测到其中一路输出电源过流时，将开关频率调整电路调整至过流保护状态，利用过流保护状态下的开关频率调整电路将开关频率调高，从而降低输出电压。

一些实施例中，开关频率控制端通过电阻R32接地；

未过流时，开关频率根据电阻R32确定；

当其中一个谐振电容的电压值超过过流阈值时，电阻R32与过流状态下的开关频率调整电路并联，开关频率根据电阻R32和过流保护状态下的开关频率调整电路的等效电阻共同确定。

结合图3所示，本实施例中，控制器的开关频率控制端通过电阻R32接地，各路输出电源均未过流时，开关频率仅由电阻R32确定。当其中一路输出电源过流时，该路输出电源的谐振电容电压值升高，超过过流阈值时，开关频率调整电路调整至过流保护状态，该状态下，电阻R32与开关频率调整电路的等效电阻并联，开关频率根据并联后的电阻确定，由于控制器的开关频率控制端的电流越大，开关频率越高，并联后的电阻变小使得电流增大，从而调高了开关频率。

一些实施例中，开关频率调整电路包括电压比较器，当其中一个谐振电容的电压值超过过流阈值时，电压比较器输出触发信号，将开关频率调整电路调整至过流保护状态。利用电压比较器实现检测的谐振电容的电压与基准电压的比较，当检测的谐振电容的电压超过过流阈值时，电压比较器输出用于触发开关频率调整电路转换至过流保护状态的触发信号，实现过流保护功能。

一些实施例中，开关频率调整电路包括运算放大器和电压检测电路，电压检测电路的输出端与运算放大器的反相输入端相连接，运算放大器的同相输入端与开关频率控制端相连接，运算放大器的输出端通过电阻R31、防反二极管D31与开关频率控制端相连接。结合图3所示，一种实现方式中，利用电压检测电路检测谐振电容的电压，利用运算放大器实现电压的比较，当电压检测电路检测谐振电容的电压超过过流阈值时，运算放大器的输出端输出低电平，防反二极管D31导通，开关频率调整电路转换为过流保护状态，电阻R32与开关频率调整电路的等效电阻并联，共同确定过流保护状态下的开关频率。

一些实施例中，过流阈值根据多路输出电源所接负载的最大额定电流确定。对于多路输出电源，每路输出电源所接负载可能相同也可能不同，负载越大，谐振电容上的电压越高，为保证一路输出电源过流情况下，其他各路输出电源仍然可正常供电，根据各路输出电源所接负载的最大额定电流确定过流阈值。当具有最大额定电流的负载所在输出电源线路上的电流过流时，进行过流保护动作，开关频率调整电路转换至过流保护状态，控制器的开关频率提高，发生过流故障一路输出电源的输出电压降低，不再为负载正常供电，其他路输出电源降低过流点运行，仍然正常为负载供电。

一些方式中，在多路输出电压所接负载的最大额定电流基础上，预留出过流裕量，得到具有过流裕量的最大额定电流，将具有过流裕量的最大额定电流转换为电压量的过流阈值，用于过流检测。

一些实施例中，调频电路包括开关频率调整电路、至少一路用于将谐振电容的交流电转换为直流电的电压转换电路和至少一路电压检测电路，各谐振电容的电压端分别与一路电压转换电路的输入端相连接，各路电压转换电路的输出端分别与一路电压检测电路的输入端相连接，各电压检测电路的输出端与开关频率调整电路的输入端相连接，开关频率调整电路的输出端与开关频率控制端相连接。

电压转换电路包括整流二极管、隔直电容和分压电阻，电压检测电路包括防反二极管，谐振电容的交流电压经电压转换电路转换为直流电压，当直流电压超过过流阈值时，防反二极管导通，将开关频率调整电路调整至过流保护状态。

结合图3所示，以两路输出电源为例，控制器的开关频率控制端VDD为控制器内置电压源，VDD端的电流越大，工作频率越高。控制器的两路脉冲信号端PWM1、PWM2通过隔离驱动电路与开关网络相连接，开关网络的电压输出端与两路输出电源相连接。具体的，其中一路输出电源包括第一谐振变换器、变压器T11和第一整流电路，所接负载为R11，另一路输出电源包括第二谐振变换器、变压器T21和第二整流电路，所接负载为R22；第一谐振变换器和第二谐振变换器并联，以图中所示LLC谐振变换器为例，第一谐振变换器包括谐振电感L11、谐振电容C11和激励电感L12，第二谐振变换器包括谐振电感L21、谐振电容C21和激励电感L22，第一整流电路为由二极管D11、D12、D13、D14构成的全桥整流电路，第二整流电路为由二极管D21、D22、D23、D24构成的全桥整流电路。

第一谐振变换器的谐振电容C11的电压端通过第一电压转换电路、第一电压检测电路和开关频率调整电路相连接。具体的，第一电压转换电路包括整流二极管V31、V33，滤波电容C34，第一电压检测电路包括防反二极管D32，谐振电容C11的电压端通过耦合电容C32与整流二极管相连接，谐振电容C11的交流电经第一电压转换电路转换为直流电，转换后的直流电压经分压电阻R33、R34分压后，在防反二极管D32的阳极产生压降。当谐振电容C11的电压超过过流阈值时，防反二极管D32导通，向开关频率调整电路发送触发信号。

第二谐振变换器的谐振电容C21的电压端通过第二电压转换电路、第二电压检测电路和开关频率调整电路相连接。具体的，第二电压转换电路包括整流二极管V32、V34，滤波电容C35，第二电压检测电路包括防反二极管D33，谐振电容C21的电压端通过耦合电容C33与整流二极管相连接，谐振电容C21的交流电经第二电压转换电路转换为直流电，转换后的直流电压经分压电阻R35、R36分压后，在防反二极管D33的阳极产生压降。当谐振电容C21的电压超过过流阈值时，防反二极管D33导通，向开关频率调整电路发送触发信号。

开关频率调整电路包括运算放大器U2A，各路电压检测电路的输出端与运算放大器的反相输入端相连接，各路电压检测电路的输出端通过滤波电容C36接地，运算放大器的同相输入端与开关频率控制端相连接，运算放大器的输出端通过电阻R31、防反二极管D31与开关频率控制端相连接，运算放大器的输出端通过电阻R37、滤波电容C36接地，运算放大器的供电电压VCC1高于控制器的VDD端的电压。

当各路输出电源的电压正常时，任意一路电压检测电路不输出触发信号，运算放大器输出高电平，防反二极管D31截止，开关频率由与开关频率控制端连接的电阻R32确定。当其中一路谐振变换器的谐振电容的电压超过过流阈值时，电压检测电路输出触发信号，运算放大器输出低电平，防反二极管D31导通，开关频率调整电路转换至过流保护状态，开关频率由电阻R32与开关频率调整电路的等效电阻共同确定。

在图3所示示例电路中，当各路输出电源的电压正常时，最小开关频率对应的电流I

其中，V

当检测一路输出电源发生过流故障时，开关频率调整电路转换为过流保护状态，此时，最大开关频率对应的电流由电阻R32和过流保护状态下开关频率调整电路的等效电阻R决定，表示为：

在过流保护状态下，等效电阻R为电阻R31与导通的防反二极管D31的等效电阻相串联，即，开关频率调整电路上的电流为V

一些实施例种，多路谐振变换器可以是LLC谐振变换器、LCC谐振变换器、LLCC谐振变换器中的一种或几种，具体不做限定。

本申请另一个方面提供一种开关电源，包括控制器、开关网络、多路输出电源和前述的谐振变换器过流保护电路等。

可选的，开关网络可以是半桥型开关(例如图3所示由MOS管VT1、VT2构成的半桥式开关网络)，也可以是全桥型开关，开关网络的具体形式不做限定。各路输出电源的整流电路可以是半桥整流电路或者全桥整流电路或者其他整流电路形式，具体不做限定。电压转换电路的整流二极管可以构建半波整流电路或者桥式整流电路等整流电路形式，具体不做限定。电压比较器可以是基于运算放大器构建的比较器也可以是基于稳压源(例如TL431型稳压源)构建的比较器，具体不做限定。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本申请实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本申请实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本申请实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本申请的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本申请实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本申请的具体实施例对本申请进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本申请实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。