一种DC-DC变换器及其过流保护电路

摘要

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。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。

说明书

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。