一种半桥拓扑变换器短路保护电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种半桥拓扑变换器短路保护电路及方法，其中，该电路包括：波纹电压采集电路、整流滤波电路、第一运算放大器、第一电阻、时间控制电路；波纹电压采集电路的输入端用于采集半桥变换器的波纹电压，输出端通过整流滤波电路与第一运算放大器的正输入端相连；第一运算放大器的反输入端与第一基准电压相连，输出端与时间控制电路的输入端相连；时间控制电路用于通过调节器件参数控制半桥拓扑变换器短路保护电路的动作时间和恢复时间。该电路通过半桥储能电容的纹波变化率，判定半桥电路的工作状态和电容的工作状态，无需额外使用互感器进行环路电流检测，短路或者过载时，电路反应准确、迅速，并且不影响半桥变换器的容性负载能力。

【技术实现步骤摘要】
一种半桥拓扑变换器短路保护电路及方法
本专利技术涉及短路保护电路
，具体地，涉及一种半桥拓扑变换器短路保护电路及方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，因此直流开关电源开始发挥着越来越重要的作用，并相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了直流开关电源。同时随着许多高新技术，包括高频开关技术、软开关技术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术等技术的发展，开关电源技术在不断地创新，这为直流开关电源提供了广泛的发展空间。但是由于开关电源中控制电路比较复杂，晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差，在使用过程中给用户带来很大不便。为了保护开关电源自身和负载的安全，根据了直流开关电源的原理和特点，设计了过热保护、过电流保护、过电压保护以及软启动保护电路。开关电源保护功能虽属电源装置电气性能要求的附加功能，但在恶劣环境及意外事故条件下，保护电路是否完善并按预定设置工作，对电源装置的安全性和可靠性至关重要，根据保护电路要求提出一种适合半桥拓扑结构变换器的短路保护电路。半桥变换器原理如图1，VG1和VG2交互导通，Q10、Q20只承受一半的输入电压，C20、C30电容量相等，当Q10导通时，C30充电，C20放电。相反当Q20导通时，C20充电，C30放电。开关电源的拓扑中，半桥变换器具有以下优点：一、变压器双向励磁，无变压器偏磁问题，磁心利用率较高。二、半桥式变换器电路具有较强的抗不平衡能力，能够有效地防止变压器在高频下的单向偏磁。三、开关管承受压降仅有输入电压的一半，而且由于变压器尖峰电压被开关管反并二极管钳位，开关管两端电压不会超过输入电压的一半，所以对开关管的耐压要求较低。所以在几百瓦----几千瓦的中小功率下，半桥电路应用相当广泛，所以在半桥电路中设计完善短路、过载保护电路尤为重要。半桥拓扑过载、短路保护电路，一般采用电流互感器、电阻采样原边或者副边电流的大小，通过比较器或者放大器进行关断主控芯片的控制端处理，此种电路虽然保护迅速但是存在很多缺陷，第一、半桥峰值电流检测控制，在短路或者过功率发生时容易形成正反馈，导致电流大的半个周期越来越大，形成变压器快速偏磁，如LM5035控制芯片。第二、电压环路控制型芯片容易出现限流控制不及时，无法真实反映环路中电流的大小，如TL494控制芯片。第三，目前电压型控制型芯片如SI9122等，此类芯片无短路保护功能。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术中半桥拓扑变换器短路保护电路不能有效保护半桥变换器的缺陷，根据本专利技术的一个方面，提出一种半桥拓扑变换器短路保护电路。本专利技术实施例提供的一种半桥拓扑变换器短路保护电路，包括：波纹电压采集电路、整流滤波电路、第一运算放大器、第一电阻、时间控制电路；波纹电压采集电路的输入端用于采集半桥变换器的波纹电压，输出端通过整流滤波电路与第一运算放大器的正输入端相连；第一运算放大器的反输入端与第一基准电压相连，输出端与时间控制电路的输入端相连；第一电阻的一端与第一运算放大器的反输入端相连，另一端与第一运算放大器的输出端相连；时间控制电路用于通过调节器件参数控制半桥拓扑变换器短路保护电路的动作时间和恢复时间；时间控制电路的输出端用于与外部半桥变换器控制芯片的功能端口相连；且当时间控制电路的输入端为高电平时，输出端为低电平，当时间控制电路的输入端为低电平时，输出端为高电平。在上述技术方案中，波纹电压采集电路包括第一电容和第二电阻；第一电容一端用于采集半桥变换器的波纹电压，另一端通过第二电阻后接地；且第一电容与第二电阻之间的连接节点为波纹电压采集电路的输出端。在上述技术方案中，整流滤波电路包括：二极管、第二电容和第三电阻；二极管的阳极与波纹电压采集电路的输出端相连，阴极通过第三电阻与第二电容的一端相连，第二电容的另一端接地；第二电容和第三电阻之间的连接节点与第一运算放大器的正输入端相连。在上述技术方案中，时间控制电路包括：第一三极管、第二三极管、第二运算放大器、第三电容、第四电阻、第五电阻和第六电阻；第四电阻的一端与第一运算放大器的输出端相连，另一端与第一三极管的集电极相连；第一三极管的基极和第二三极管的基极相连，且与第一三极管的集电极相连；第一三极管的发射极和第二三极管的发射极相连并接地；第五电阻的一端与第二基准电压相连，另一端与第三电容的一端相连，第三电容的另一端接地；第五电阻与第三电容的连接节点与第二三极管的集电极相连，并与第二运算放大器的正输入端相连；第二运算放大器的反输入端与第三基准电压相连，第六电阻的一端与第二运算放大器的反输入端相连，另一端与第二运算放大器的输出端相连；第二运算放大器的输出端为时间控制电路的输出端。在上述技术方案中，第一三极管和第二三极管均为NPN型三极管；第一三极管和第二三极管的发射极面积相同。在上述技术，第二基准电压大于第三基准电压。在上述技术方案中，时间控制电路包括：第三运算放大器、第四电容、第七电阻、第八电阻、第九电阻和第十电阻；第七电阻的一端与第一运算放大器的输出端相连，另一端与第四电容的一端相连；第四电容的一端还与第八电阻的一端相连，另一端接地；第八电阻和第四电容的连接节点与第三运算放大器的反输入端相连，且第八电阻的另一端接地；第九电阻的一端与第三运算放大器的正输入端相连，另一端与第四基准电压相连，第十电阻的一端与第三运算放大器的反输入端相连，另一端与第三运算放大器的输出端相连；且第三运算放大器的输出端为时间控制电路的输出端。本专利技术是为了克服现有技术中半桥拓扑变换器短路保护电路不能有效保护半桥变换器的缺陷，根据本专利技术的一个方面，提出一种半桥拓扑变换器短路保护方法。本专利技术实施例提供的一种半桥拓扑变换器短路保护方法，包括：根据上述的半桥拓扑变换器短路保护电路采集半桥变换器的波纹电压；对波纹电压进行整流和滤波处理，获取直流电压分量；将直流电压分量与基准电压进行比较，当直流电压分量大于基准电压时，确定半桥拓扑变换器短路保护电路输出低电平，控制半桥变换器控制芯片的功能端口的电平状态；并通过调节时间控制电路中器件的参数控制半桥拓扑变换器短路保护电路的动作时间和恢复时间。在上述技术方案中，当半桥拓扑变换器短路保护电路的时间控制电路为上述包括第一三极管、第二三极管、第二运算放大器、第三电容、第四电阻、第五电阻和第六电阻的时间控制电路时，通过调节时间控制电路中器件的参数控制半桥拓扑变换器短路保护电路的动作时间和恢复时间，包括：通过调节第一电阻和第六电阻分别控制第一运算放大器和第二运算放大器的翻转回差；通过调节第四电阻控制镜像电流源的电流大小，并控制第三电容的放电时间；通过调节第五电阻控制第三电容的充电时间。在上述技术方案中，当半桥拓扑变换器短路保护电路的时间控制电路为上述包括第三运算放大器、第四电容、第七电阻、第八电阻、第九电阻和第十电阻的时间控制电路时，通过调节时间控制电路中器件的参数控制半桥拓扑变换器短路保护电路的动作时间和恢复时间，包括：通过调节第一电阻和第十电阻分别控制第一运算放大器和第三运算放大器的翻转回差；通过调节第八电阻控制第四电容的放电时间。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半桥拓扑变换器短路保护电路，其特征在于，包括：波纹电压采集电路、整流滤波电路、第一运算放大器、第一电阻、时间控制电路；所述波纹电压采集电路的输入端用于采集半桥变换器的波纹电压，输出端通过所述整流滤波电路与所述第一运算放大器的正输入端相连；所述第一运算放大器的反输入端与第一基准电压相连，输出端与所述时间控制电路的输入端相连；所述第一电阻的一端与所述第一运算放大器的反输入端相连，另一端与所述第一运算放大器的输出端相连；所述时间控制电路用于通过调节器件参数控制所述半桥拓扑变换器短路保护电路的动作时间和恢复时间；所述时间控制电路的输出端用于与外部半桥变换器控制芯片的功能端口相连；且当所述时间控制电路的输入端为高电平时，输出端为低电平，当所述时间控制电路的输入端为低电平时，输出端为高电平。

【技术特征摘要】
1.一种半桥拓扑变换器短路保护电路，其特征在于，包括：波纹电压采集电路、整流滤波电路、第一运算放大器、第一电阻、时间控制电路；所述波纹电压采集电路的输入端用于采集半桥变换器的波纹电压，输出端通过所述整流滤波电路与所述第一运算放大器的正输入端相连；所述第一运算放大器的反输入端与第一基准电压相连，输出端与所述时间控制电路的输入端相连；所述第一电阻的一端与所述第一运算放大器的正输入端相连，另一端与所述第一运算放大器的输出端相连；所述时间控制电路用于通过调节器件参数控制所述半桥拓扑变换器短路保护电路的动作时间和恢复时间；所述时间控制电路的输出端用于与外部半桥变换器控制芯片的功能端口相连；且当所述时间控制电路的输入端为高电平时，输出端为低电平，当所述时间控制电路的输入端为低电平时，输出端为高电平；其中，所述时间控制电路包括：第一三极管、第二三极管、第二运算放大器、第三电容、第四电阻、第五电阻和第六电阻；所述第四电阻的一端与所述第一运算放大器的输出端相连，另一端与所述第一三极管的集电极相连；所述第一三极管的基极和所述第二三极管的基极相连，且与所述第一三极管的集电极相连；所述第一三极管的发射极和所述第二三极管的发射极相连并接地；所述第五电阻的一端与第二基准电压相连，另一端与所述第三电容的一端相连，所述第三电容的另一端接地；所述第五电阻与所述第三电容的连接节点与所述第二三极管的集电极相连，并与所述第二运算放大器的正输入端相连；所述第二运算放大器的反输入端与第三基准电压相连，所述第六电阻的一端与所述第二运算放大器的正输入端相连，另一端与所述第二运算放大器的输出端相连；所述第二运算放大器的输出端为所述时间控制电路的输出端。2.根据权利要求1所述的半桥拓扑变换器短路保护电路，其特征在于，所述波纹电压采集电路包括第一电容和第二电阻；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓龙，王建，李涛，殷树刚，魏明磊，孙辰军，金涛，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网河北省电力公司，北京南瑞智芯微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11