Dc-dc電路及其過流保護方法
2023-06-29 03:46:41 1
Dc-dc電路及其過流保護方法
【專利摘要】本發明公開一種DC-DC電路及其過流保護方法，其中DC-DC電路與負載連接，包括輸入電源、輸入濾波模塊、PWM控制模塊和開關模塊，該PWM控制模塊包括PWM控制器，該PWM控制器包括電壓檢測單元和驅動控制單元。本發明的DC-DC電路中，輸入電源提供輸入電壓，開關模塊中電流的交流成分流經輸入濾波模塊時產生紋波電壓，電壓檢測單元檢測輸入濾波模塊中的紋波電壓，將輸入電壓與紋波電壓的差值與預設的參考電壓比較，並根據比較結果控制輸出電流的輸出，從而可通過檢測紋波電壓能夠實現對輸出電流的檢測，以在DC-DC電路過流時，切斷輸出電流的輸出，達到過流保護的目的。
【專利說明】DC-DC電路及其過流保護方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電源【技術領域】，尤其涉及一種DC-DC電路及其過流保護方法。
【背景技術】
[0002]目前，降壓型(BUCK)拓撲結構的直流-直流(DC-DC)電路被廣泛應用於電子行業。常見的BUCK拓撲DC-DC電路有兩種具體形式:一種是PWM控制器和MOS管集成為一體(或者PWM控制器只集成上MOS管)，如圖1所示；另一種是PWM控制器完全不集成MOS管，需要在PWM控制器的外部使用上下兩個MOS管，如圖2所示。
[0003]對於圖1中DC-DC電路的電流過流保護，設計者往往會在PWM控制器內部集成一個電流檢測電路,通過該電流檢測電路直接檢測上MOS管Qll或下MOS管Ql2中流經漏極、源極間的電流。當發現上MOS管Qll或下MOS管Q12過流時，就會啟動過流保護。但是對於圖2中外置MOS管的DC-DC電路，就無法通過集成在PWM控制器內部的電流檢測電路來直接檢測上MOS管Q21或下MOS管Q22中的電流。
【發明內容】
[0004]本發明的主要目的是提出一種DC-DC電路及其過流保護方法，旨在通過集成在PWM控制器內部的電壓檢測單元檢測紋波電壓，實現對輸出電流的檢測，實現過流保護。
[0005]為了達到上述目的，本發明提出一種DC-DC電路，該DC-DC電路與負載連接，包括輸入電源、輸入濾波模塊、PWM控制模塊和開關模塊，所述PWM控制模塊包括PWM控制器，所述PWM控制器包括電壓檢測單元和驅動控制單元；
[0006]所述輸入電源經由所述輸入濾波模塊分別與所述電壓檢測單元的輸入端、所述開關模塊的輸入端連接；所述電壓檢測單元的輸出端與所述驅動控制單元的控制端連接，所述驅動控制單元的輸入端與所述開關模塊的輸出端連接，所述驅動控制單元的輸出端與所述開關模塊的控制端連接，所述開關模塊的輸出端與所述負載連接；
[0007]所述電壓檢測單元檢測所述輸入濾波模塊中的紋波電壓，將所述輸入電源提供的輸入電壓與所述紋波電壓的差值和預設的參考電壓比較，並根據比較結果輸出過流保護信號，控制所述驅動控制單元是否驅動所述開關模塊，以控制輸出電流是否輸出。
[0008]優選地，所述PWM控制模塊還包括供電端和取樣電阻；所述取樣電阻的一端與所述供電端連接、且與所述電壓檢測單元的參考端連接，所述取樣電阻的另一端接地。
[0009]優選地，所述電壓檢測單元包括恆流源和第一電壓比較器；所述第一電壓比較器的同相輸入端經由所述恆流源與所述供電端連接、且經由所述取樣電阻接地，所述第一電壓比較器的反相輸入端分別與所述輸入電源和所述輸入濾波模塊連接，所述第一電壓比較器的輸出端與所述驅動控制單元的控制端連接。
[0010]優選地，所述驅動控制單元包括基準電壓源、運算放大器、鋸齒波發生器、第二電壓比較器、三態門、同相器及反相器；
[0011]所述運算放大器的同相輸入端與所述基準電壓源連接，所述運算放大器的反相輸入端與所述開關模塊的輸出端連接，所述運算放大器的輸出端與所述第二電壓比較器的同相輸入端連接；所述第二電壓比較器的反相輸入端與所述鋸齒波發生器的信號輸出端連接，所述第二電壓比較器的輸出端與所述三態門的輸入端連接；所述三態門的控制使能端與所述第一電壓比較器的輸出端連接，所述三態門的輸出端分別與所述同相器的輸入端、所述反相器的輸入端連接，所述同相器的輸出端、所述反相器的輸出端均與所述開關模塊的控制端連接。
[0012]優選地，所述輸入濾波模塊包括輸入濾波電容；所述輸入濾波電容的一端與所述輸入電源的正極連接，且分別與第一電壓比較器的反相輸入端、所述開關模塊的輸入端連接，所述輸入濾波電容的另一端接地，所述輸入電源的負極接地；
[0013]所述開關模塊包括第一 MOS管和第二 MOS管；所述第一 MOS管的柵極與所述同相器的輸出端連接，所述第一 MOS管的漏極與所述輸入濾波電容和所述輸入電源的公共端連接，所述第一 MOS管的源極與所述第二 MOS管的漏極連接、且與所述負載連接；所述第二MOS管的柵極與所述反相器的輸出端連接，所述第二 MOS管的源極接地。
[0014]優選地，所述DC-DC電路輸出的負載工作電壓為Vout，所述輸入電源提供的輸入電壓為Vin，所述電壓檢測單元檢測到的紋波電壓為Λ V，所述電壓檢測單元通過檢測所述紋波電壓，檢測出所述DC-DC電路的平均輸出電流，1與AV的關係式如下:
【權利要求】
1.一種DC-DC電路，與負載連接，包括輸入電源、輸入濾波模塊、PWM控制模塊和開關模塊，其特徵在於，所述PWM控制模塊包括PWM控制器，所述PWM控制器包括電壓檢測單元和驅動控制單元； 所述輸入電源經由所述輸入濾波模塊分別與所述電壓檢測單元的輸入端、所述開關模塊的輸入端連接；所述電壓檢測單元的輸出端與所述驅動控制單元的控制端連接，所述驅動控制單元的輸入端與所述開關模塊的輸出端連接，所述驅動控制單元的輸出端與所述開關模塊的控制端連接，所述開關模塊的輸出端與所述負載連接； 所述電壓檢測單元檢測所述輸入濾波模塊中的紋波電壓，將所述輸入電源提供的輸入電壓與所述紋波電壓的差值和預設的參考電壓比較，並根據比較結果輸出過流保護信號，控制所述驅動控制單元是否驅動所述開關模塊，以控制輸出電流是否輸出。
2.如權利要求1所述的DC-DC電路，其特徵在於，所述PWM控制模塊還包括供電端和取樣電阻；所述取樣電阻的一端與所述供電端連接、且與所述電壓檢測單元的參考端連接，所述取樣電阻的另一端接地。
3.如權利要求2所述的DC-DC電路，其特徵在於，所述電壓檢測單元包括恆流源和第一電壓比較器；所述第一電壓比較器的同相輸入端經由所述恆流源與所述供電端連接、且經由所述取樣電阻接地，所述第一電壓比較器的反相輸入端分別與所述輸入電源和所述輸入濾波模塊連接，所述第一電壓比較器的輸出端與所述驅動控制單元的控制端連接。
4.如權利要求3所述的DC-DC電路，其特徵在於，所述驅動控制單元包括基準電壓源、運算放大器、鋸齒波發生器、第二電壓比較器、三態門、同相器及反相器； 所述運算放大器的同相輸入端與所述基準電壓源連接，所述運算放大器的反相輸入端與所述開關模塊的輸出端連接，所述運算放大器的輸出端與所述第二電壓比較器的同相輸入端連接；所述第二電壓比較器的反相輸入端與所述鋸齒波發生器的信號輸出端連接，所述第二電壓比較器的輸出端與所述三態門的輸入端連接；所述三態門的控制使能端與所述第一電壓比較器的輸出端連接.，所述三態門的輸出端分別與所述同相器的輸入端、所述反相器的輸入端連接，所述同相器的輸出端、所述反相器的輸出端均與所述開關模塊的控制端連接。
5.如權利要求4所述的DC-DC電路，其特徵在於，所述輸入濾波模塊包括輸入濾波電容；所述輸入濾波電容的一端與所述輸入電源的正極連接，且分別與第一電壓比較器的反相輸入端、所述開關模塊的輸入端連接，所述輸入濾波電容的另一端接地，所述輸入電源的負極接地； 所述開關模塊包括第一 MOS管和第二 MOS管；所述第一 MOS管的柵極與所述同相器的輸出端連接，所述第一 MOS管的漏極與所述輸入濾波電容和所述輸入電源的公共端連接，所述第一 MOS管的源極與所述第二 MOS管的漏極連接、且與所述負載連接；所述第二 MOS管的柵極與所述反相器的輸出端連接，所述第二 MOS管的源極接地。
6.如權利要求5所述的DC-DC電路，其特徵在於，所述DC-DC電路輸出的負載工作電壓為Vout，所述輸入電源提供的輸入電壓為Vin，所述電壓檢測單元檢測到的紋波電壓為Λ V，所述電壓檢測單元通過檢測所述紋波電壓，檢測出所述DC-DC電路的平均輸出電流，1與AV的關係式如下:
7.如權利要求6所述的DC-DC電路，其特徵在於，所述輸入電壓與所述紋波電壓的差值為Vm，所述參考電壓為Vp，所述輸入電壓與所述紋波電壓的差值等於所述參考電壓時，所述DC-DC電路的過流保護點臨界電流等於平均輸出電流:
8.如權利要求1至7中任意一項所述的DC-DC電路，其特徵在於，所述DC-DC電路還包括輸出濾波模塊和輸出反饋模塊，所述輸出濾波模塊連接於所述開關模塊的輸出端和所述負載之間，所述輸出反饋模塊連接於所述輸出濾波模塊的輸出端和所述驅動控制單元的輸入端之間； 所述輸出濾波模塊包括濾波電感和輸出濾波電容；所述濾波電感的一端與所述開關模塊的輸出端連接，所述濾波電感的另一端經由所述輸出濾波電容接地、且與所述負載連接; 所述輸出反饋模塊包括第一反饋電阻和第二反饋電阻；所述第一反饋電阻的一端與所述濾波電感和所述輸出濾波電容的公共端連接，所述第一反饋電阻的另一端與所述驅動控制單元的輸入端連接、且經由所述第二反饋電阻接地。
9.一種DC-DC電路的過流保護方法，其特徵在於，包括以下步驟: 電壓比較單元檢測輸入濾波模塊中的紋波電壓； 將輸入電壓與檢測到的所述紋波電壓的差值和預設的參考電壓進行比較得到比較結果; 將由比較結果生成的過流保護信號發送至驅動控制單元，以控制輸出電流是否輸出。
10.如權利要求9所述的過流保護方法，其特徵在於，所述將由比較結果生成的過流保護信號發送至驅動控制單元，以控制輸出電流是否輸出具體為: 當輸入電壓與紋波電壓的差值大於所預設的參考電壓時，生成低電平的過流保護信號發送至驅動控制單元，以控制輸出電流正常輸出； 當輸入電壓與紋波電壓的差值小於所預設的參考電壓時，生成高電平的過流保護信號發送至驅動控制單元，以切斷輸出電流的輸出。
【文檔編號】H02M3/155GK103475217SQ201310405115
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月6日 優先權日:2013年9月6日
【發明者】賀順亮 申請人:深圳Tcl新技術有限公司