一種開關dc-dc電源輸出過壓保護電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種開關DC-DC電源輸出過壓保護電路，該電路包括：開關DC-DC電源單元，用于將外來輸入電壓變換至穩(wěn)定的輸出電壓，包括輸入電壓端、輸出電壓端、使能端；輸入電壓端用于接收外來輸入電壓的輸入；輸出電壓用于提供輸出電壓；使能端用于控制切斷開關DC-DC電源單元供電；輸出電壓采樣單元，用于采集開關DC-DC電源單元輸出電壓端的輸出電壓；保護控制單元，用于根據輸出電壓采樣單元采集的輸出電壓，控制開關DC-DC電源單元的使能端，進而實現(xiàn)開關DC-DC電源單元輸出電壓過壓時的保護。本發(fā)明提出的技術方案能夠在反饋電路發(fā)生故障時，有效控制輸出電壓在設計保護電壓的范圍之內，保護了后級電路。
【專利說明】 —種開關DC-DC電源輸出過壓保護電路
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及開關電源【技術領域】，尤其涉及一種開關DC-DC電源輸出過壓保護電路。
【背景技術】
[0002]開關電源是利用現(xiàn)代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源?，F(xiàn)代開關電源通常分為兩種:一種是直流開關電源，另一種是交流開關電源。直流開關電源的功能是將電能質量較差的原生態(tài)電源轉換成滿足設備要求的質量較高的直流電壓。直流開關電源的核心是DC/DC (Direct Current power/DirectCurrent power,直流電源/直流電源)轉換器。
[0003]開關DC-DC電源芯片已在現(xiàn)在的電路系統(tǒng)中普遍運用。因采購和減少物料的考慮，設計人員會比較傾向選擇可調式輸出的開關電源芯片。但是，大多數(shù)典型設計中未設有過壓保護電路，在反饋電路出現(xiàn)故障時，會導致開關DC-DC電源芯片的輸出電壓升高:對于降壓電路，輸出將升至輸入電壓；對于升壓電路，則會升高至可輸出的最高電壓。輸出電壓的升高會導致后級電路損壞或發(fā)生火災，非常危險。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種開關DC-DC電源輸出過壓保護電路，能夠在反饋電路發(fā)生故障時，有效保護輸出電壓在設定的保護電壓的范圍之內，且該保護電壓對后級電路來說而言是安全的，不會造成芯片的損壞。
[0005]為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0006]一種開關DC-DC電源輸出過壓保護電路，所述電路包括:
[0007]開關DC-DC電源單兀,用于將外來輸入電壓變換至穩(wěn)定的輸出電壓,包括輸入電壓端、輸出電壓端、使能端；所述輸入電壓端，用于接收所述外來輸入電壓的輸入；所述輸出電壓端，用于提供所述穩(wěn)定的輸出電壓；所述使能端用于控制切斷所述開關DC-DC電源單元供電；
[0008]輸出電壓采樣單元，用于采集所述開關DC-DC電源單元輸出電壓端的輸出電壓；
[0009]保護控制單元，用于根據所述輸出電壓采樣單元采集的輸出電壓，控制所述開關DC-DC電源單元的使能端，進而實現(xiàn)所述開關DC-DC電源單元輸出電壓過壓時的保護。
[0010]進一步地，所述開關DC-DC電源單元包括一個開關DC-DC電源芯片；
[0011]所述開關DC-DC電源芯片優(yōu)選為LM22676系列芯片；
[0012]進一步地，所述輸出電壓采樣單元包括兩個電阻，分別為第一電阻、第二電阻；
[0013]所述第一電阻的一端與所述開關DC-DC電源單元的輸出電壓端連接，另一端與所述第二電阻串聯(lián)連接后接地；
[0014]所述輸出電壓采樣單元在所述第一電阻和第二電阻的串聯(lián)節(jié)點處采集所述開關DC-DC電源單元輸出電壓端的輸出電壓。[0015]優(yōu)選地，所述保護控制單元包括一個NPN型三極管，所述三極管的集電極與所述開關DC-DC電源單元的使能端連接，發(fā)射極接地，基極與所述輸出電壓采樣單元中第一電阻和第二電阻的串聯(lián)節(jié)點處連接；
[0016]所述保護控制單元根據所述輸出電壓采樣單元采集的輸出電壓，控制所述三極管的導通與截止，進而控制所述開關DC-DC電源單元的使能端。
[0017]優(yōu)選地，所述保護控制單元包括一個NPN型三極管，所述三極管的集電極與所述開關DC-DC電源單元的使能端連接，發(fā)射極接地，基極串聯(lián)一個第三電阻后與所述輸出電壓采樣單元中第一電阻和第二電阻的串聯(lián)節(jié)點處連接；
[0018]所述保護控制單元根據所述輸出電壓采樣單元采集的輸出電壓，控制所述三極管的導通與截止，進而控制所述開關DC-DC電源單元的使能端。
[0019]進一步地，所述第一電阻的阻值大于所述第二電阻的阻值。
[0020]本發(fā)明所提出的技術方案通過輸出電壓采樣單元和保護控制單元來控制開關DC-DC電源單元的使能端，使得當輸出電壓端的電壓高于設定的保護電壓時，使能端關閉開關DC-DC電源芯片的輸出，從而能夠在反饋電路發(fā)生故障時，有效保護開關DC-DC電源單元的輸出電壓在設計保護電壓的范圍之內，且該保護電壓對后級電路來說而言是安全的，不會造成芯片的損壞。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明【具體實施方式】提供的一種開關DC-DC電源輸出過壓保護電路原理圖；
[0022]圖2是本發(fā)明【具體實施方式】提供的一種開關DC-DC電源單元電路圖；
[0023]圖3是本發(fā)明【具體實施方式】提供的一種開關DC-DC電源輸出過壓保護的實際運用電路圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發(fā)明的技術方案。
[0025]圖1是本發(fā)明【具體實施方式】提供的一種開關DC-DC電源輸出過壓保護電路原理圖。參見圖1，開關DC-DC電源輸出過壓保護電路包括:開關DC-DC電源單元1、輸出電壓采樣單元2、保護控制單元3。其中，開關DC-DC電源單元1，用于將外來輸入電壓變換至穩(wěn)定的輸出電壓，包括輸入電壓端VIN、輸出電壓端V0UT、使能端EN:輸入電壓端VIN用于接收外來輸入電壓的輸入；輸出電壓VOUT用于向后級電路提供穩(wěn)定的輸出電壓；使能端EN用于控制切斷所述開關DC-DC電源單元I供電。輸出電壓采樣單元2，用于采集開關DC-DC電源單元I輸出電壓端的輸出電壓。保護控制單元3，用于根據輸出電壓采樣單元2采集的輸出電壓控制開關DC-DC電源單元I的使能端，進而實現(xiàn)開關DC-DC電源單元I輸出電壓過壓時的保護。
[0026]圖2是本發(fā)明【具體實施方式】提供的一種開關DC-DC電源單元電路圖。參見圖2，開關DC-DC電源單元I包括一個開關DC-DC電源芯片，本發(fā)明【具體實施方式】中以LM22676系列芯片中的LM22676-ADJ芯片作為開關DC-DC電源芯片，對開關DC-DC電源單元I進行闡述。LM22676系列芯片提供了以最少外部元器件實現(xiàn)高效的高電壓降壓穩(wěn)壓器所有必要功能，集成了一個輸出電流能力為3A的42V的N溝道開關，輸出電壓選項為:ADJ(輸出低至1.285V)、5.0(固定5V輸出)。LM22676系列芯片能夠實現(xiàn)將一定范圍內的外來輸入電壓變換至穩(wěn)定的輸出電壓。
[0027]對于LM22676-ADJ芯片，第一引腳(開關DC-DC電源單元I的輸入電壓端)VIN，用于接收外來輸入電壓至LM22676-ADJ芯片，可在4.5V至42V之間操作；第二引腳FB用于將輸入轉化到內部電壓誤差放大器；第三引腳BOOT用于提供高壓側NFET的觸發(fā)電壓；第四引腳(ADJ輸出電壓端)SW，用于將降壓變換后的輸出電壓經電感L2發(fā)送至輸出電壓端VOUT ；第五引腳(開關DC-DC電源單元I的使能端)EN，被拉至低位時，LM22676-ADJ芯片關閉，停止工作；第六引腳GND接地。
[0028]對于LM22676-ADJ的外部元器件，電容Cl用于限制第一引腳VIN處的紋波電壓；電容C2和電感L2用于限制第四引腳SW處的輸出紋波電壓；第三引腳BOOT和第四引腳SW之間的電容C3提供導通LM22676-ADJ芯片中N溝道MOSFET的柵極電流；電阻ROl的一端接地，另一端與第二引腳連接，同時與電阻R02串聯(lián)連接，電阻RO1、電阻R02構成一個電阻分壓器，與第四引腳SW的輸出電壓共同作用，在開關DC-DC電源單元I的輸出電壓端VOUT生成1.285V以外的輸出電壓，如果輸出電壓端VOUT需要1.285V電壓，則不使用所述電阻分壓器就可實現(xiàn)，此時輸出電壓端VOUT應直接連接到第二引腳FB ;穩(wěn)壓二極管Dl采用肖特基回流二極管，肖特基二極管的反向恢復特性決定了每個周期中當N溝道MOSFET導通時電流浪涌的持續(xù)時間；輸出電壓端VOUT與后級電路連接。[0029]第五引腳EN可以用來切斷LM22676-ADJ芯片供電。當給第五引腳EN施加小于1.6V的電壓或者接地時，LM22676-ADJ芯片將會被完全關斷。關斷狀態(tài)消耗的功率主要由一個連接到第一引腳VIN內部的2ΜΩ電阻決定。第五引腳EN有一個內部上拉電流源，電流約為6 μ A。當驅動第五引腳EN時，導通高電平不能超過6V的絕對最大極限。當不需要第五引腳EN控制時，第五引腳EN懸空。
[0030]參見圖1，輸出電壓采樣單元2具體包括第一電阻R1、第二電阻R2。第一電阻Rl的一端與開關DC-DC電源單元I的輸出電壓端VOUT連接，另一端與第二電阻R2串聯(lián)連接后接地。輸出電壓采樣單元2在第一電阻Rl和第二電阻R2的串聯(lián)節(jié)點A處采集開關DC-DC電源單元I輸出電壓端VOUT的輸出電壓。
[0031]保護控制單元3具體包括一個優(yōu)選的NPN型三極管Q1，三極管Ql的集電極與開關DC-DC電源單元I的使能端EN連接，發(fā)射極接地，基極串聯(lián)一個第三電阻R3后，與輸出電壓采樣單元I中第一電阻Rl和第二電阻R2的串聯(lián)節(jié)點A處連接。其中，第三電阻R3是優(yōu)選的，目的是為了更有效地保護三極管Q1。
[0032]保護控制單元3根據輸出電壓采樣單元2采集的輸出電壓，控制三極管Ql的導通與截止，進而控制開關DC-DC電源單元I的使能端ΕΝ。
[0033]上述第一電阻R1、第二電阻R1、第三電阻Rl均可以用其它多個電阻等效替換。第一電阻Rl的阻值較第二電阻R2的阻值大。
[0034]輸出電壓采樣單元2、保護控制單元3對開關DC-DC電源單元I輸出電壓的保護過程具體為:
[0035]當輸出電壓端VOUT的電壓低于設定的保護電壓時，串聯(lián)節(jié)點A處的電壓通常很低，三極管Ql的基極電壓很小，使得三極管Ql呈截止狀態(tài)，使能端EN高電平有效，開關DC-DC電源單元正常工作；當輸出電壓端VOUT的電壓升高至設定的保護電壓時，串聯(lián)節(jié)點A處的電壓將升高，三極管Ql的基極電壓也將隨之升高，使得三極管Ql呈導通狀態(tài)，此時使能端EN近似接地，開關DC-DC電源單元I中的LM22676-ADJ芯片被完全關斷，停止工作，從而關閉了開關DC-DC電源單元I的電壓輸出，保護了后級電路。
[0036]第三電阻R3起限流作用，有效地保護三極管Q1。第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3的大小與設定的保護電壓、三極管Ql參數(shù)有關。
[0037]圖3是本發(fā)明【具體實施方式】提供的一種開關DC-DC電源輸出過壓保護的實際運用電路圖。參見圖3，在該實際運用電路中:
[0038]開關DC-DC電源單元，采用與圖2功能相同的開關DC-DC電源單元，包括:開關DC-DC電源芯片、電容C10、電感L1、電容Cl 1、電容C4、穩(wěn)壓二極管D3、電阻Rll，電阻R12 ；開關DC-DC電源芯片采用LM22676-ADJ芯片中訂購號為LM22676IJE-ADJ的芯片；電阻Rl 1、電阻Rl2構成的電阻分壓器，與ADJ輸出電壓端SW共同作用，向開關節(jié)點VOUT輸出3.3V的輸出電壓，其中電阻Rl1、電阻R12的阻值與開關節(jié)點VOUT的電壓及引腳FB的電壓有關；
[0039]當開關節(jié)點VOUT后級開關Pl按下時，3.3V的電壓驅動綠色發(fā)光二極管Dl正常發(fā)光;
[0040]輸出電壓采樣單元包括:電阻R120、電阻R121。保護控制單元由一個三極管Q18、電阻R118構成。圖3中的輸出電壓采樣單元、保護控制單元與圖2中對應的輸出電壓采樣單元、保護控制單元功能相同，這里不再贅述。
[0041]上述開關DC-DC電源輸出過壓保護的實際運用電路，實現(xiàn)了將LM22676IJE-ADJ芯片的輸入電壓端VIN上24V的電壓經開關DC-DC電源單元變換為3.3V的輸出電壓，使綠色發(fā)光二極管Dl正常發(fā)光，并且當輸入電壓端VIN上的電壓超過24V，達到設定的保護電壓時，該電路將完全關斷LM22676IJE-ADJ芯片輸出，能夠對后級電路起到很好的保護作用。
[0042]本發(fā)明所提出的技術方案通過輸出電壓采樣單元和保護控制單元來控制開關DC-DC電源單元的使能端，使得當輸出電壓端的電壓高于設定的保護電壓時，使能端關閉開關DC-DC電源芯片輸出，從而能夠在反饋電路發(fā)生故障時，有效保護開關DC-DC電源單元的輸出電壓在設定的保護電壓范圍之內，且該保護電壓對后級電路來說而言是安全的，不會造成芯片的損壞。
[0043]以上涉及的以LM22676-ADJ芯片為例，來描述的開關DC-DC電源輸出過壓保護電路，其原理同樣適用于其它LM22676系列芯片。
[0044]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發(fā)明所揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種開關DC-DC電源輸出過壓保護電路，其特征在于，所述電路包括: 開關DC-DC電源單兀,用于將外來輸入電壓變換至穩(wěn)定的輸出電壓，包括輸入電壓端、輸出電壓端、使能端；所述輸入電壓端，用于接收所述外來輸入電壓的輸入；所述輸出電壓端，用于提供所述穩(wěn)定的輸出電壓；所述使能端用于控制切斷所述開關DC-DC電源單元供電； 輸出電壓采樣單元，用于采集所述開關DC-DC電源單元輸出電壓端的輸出電壓； 保護控制單元，用于根據所述輸出電壓采樣單元采集的輸出電壓，控制所述開關DC-DC電源單元的使能端，進而實現(xiàn)所述開關DC-DC電源單元輸出電壓過壓時的保護。
2.根據權利要求1所述的開關DC-DC電源輸出過壓保護電路，其特征在于，所述開關DC-DC電源單元包括一個開關DC-DC電源芯片； 所述開關DC-DC電源芯片優(yōu)選為LM22676系列芯片。
3.根據權利要求1所述的開關DC-DC電源輸出過壓保護電路，其特征在于， 所述輸出電壓采樣單元包括兩個電阻，分別為第一電阻、第二電阻； 所述第一電阻的一端與所述開關DC-DC電源單元的輸出電壓端連接，另一端與所述第二電阻串聯(lián)連接后接地； 所述輸出電壓采樣單元在所述第一電阻和第二電阻的串聯(lián)節(jié)點處采集所述開關DC-DC電源單兀輸出電壓端的輸出電壓。
4.根據權利要求3所述的開關DC-DC電源輸出過壓保護電路，其特征在于， 所述保護控制單元包括一個NPN型三極管，所述三極管的集電極與所述開關DC-DC電源單元的使能端連接，發(fā)射極接地，基極與所述輸出電壓采樣單元中第一電阻和第二電阻的串聯(lián)節(jié)點處連接； 所述保護控制單元根據所述輸出電壓采樣單元采集的輸出電壓，控制所述三極管的導通與截止，進而控制所述開關DC-DC電源單元的使能端。
5.根據權利要求3所述的開關DC-DC電源輸出過壓保護電路，其特征在于，所述保護控制單元包括一個NPN型三極管，所述三極管的集電極與所述開關DC-DC電源單元的使能端連接，發(fā)射極接地，基極串聯(lián)一個第三電阻后與所述輸出電壓采樣單元中第一電阻和第二電阻的串聯(lián)節(jié)點處連接；
所述保護控制單元根據所述輸出電壓采樣單元采集的輸出電壓，控制所述三極管的導通與截止，進而控制所述開關DC-DC電源單元的使能端。
6.根據權利要求4或5所述的開關DC-DC電源輸出過壓保護電路，其特征在于，所述第一電阻的阻值大于所述第二電阻的阻值。
【文檔編號】H02H7/10GK103904619SQ201210580894
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月27日 優(yōu)先權日:2012年12月27日
【發(fā)明者】余湘濤 申請人:北京誼安醫(yī)療系統(tǒng)股份有限公司