[發(fā)明專利]一種帶保護(hù)控制端口的DC-DC變換器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010605547.6
• 申請(qǐng)日: 2010-12-24
• 公開（公告）號(hào): CN102097944A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王保均
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州金升陽(yáng)科技有限公司
• 主分類號(hào): H02M3/335
• 分類號(hào): H02M3/335;H02M1/32
• 代理公司: 廣州知友專利商標(biāo)代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國(guó)華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及DC-DC變換器，特別涉及一種帶保護(hù)控制端口的DC-DC變換器。

背景技術(shù)

DC-DC變換技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)用中經(jīng)常需要關(guān)斷DC-DC變換器的輸出，關(guān)斷都是通過對(duì)一個(gè)控制端口施加高低電平來實(shí)現(xiàn)，一般要求用常見單片機(jī)的I/O口或輸出口即可控制，因此對(duì)DC-DC變換器控制端口的要求也越來越嚴(yán)格，不僅要求能可靠控制，而且要求變換器控制端口具有高可靠性。

工業(yè)領(lǐng)域和其它領(lǐng)域中，DC-DC變換器經(jīng)常做成模塊形式來實(shí)現(xiàn)，以方便進(jìn)行管理和維護(hù)，現(xiàn)有的變換器較為理想的電路，其工作原理框圖如圖1所示，包括輸入濾波電路、輸入穩(wěn)壓電路1、功率變壓器、功率開關(guān)MOS管Q3、輸出整流及輔助電路、隔離光耦U1，控制電路2。

所述的輸入穩(wěn)壓電路1由所述的濾波電路輸入后分二路，第一路經(jīng)并聯(lián)的電阻R201～R204后接入三極管Q1的發(fā)射極，三極管Q1的集電極接入控制電路2，三極管的基極接電源調(diào)整三極管Q2的集電極，電源調(diào)整三極管Q2的發(fā)射極一路接電阻R31后也接入控制電路2，電源調(diào)整三極管Q2的發(fā)射極另一路經(jīng)電阻R27后接地；第二路經(jīng)電阻R5后一路接電源調(diào)整三極管Q2基極，另一路接二極管D1的陰極，二極管D1的陽(yáng)極接地。

所述的控制電路2為PFM或PWM控制，包括控制芯片IC1(如UC2843、3843等可互換集成電路)、電阻R11、二極管D14、電阻R28，其中由二極管D14、電阻R28、控制輸入腳CTRL和補(bǔ)償腳COMP組成控制電路中的控制端口，控制芯片IC1的第7腳(穩(wěn)壓電源輸出腳)接入來自于上述輸出穩(wěn)壓電路1第一路的輸出；第6腳經(jīng)電阻R11后接入功率開關(guān)MOS管Q3的柵極。

其工作原理為：輸入電壓經(jīng)濾波電路濾波、輸入穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后，功率變壓器進(jìn)行隔離，在功率變壓器的副邊經(jīng)輸出整流后輸出；為保證輸出電壓的精度，在電壓輸出端通過光耦取樣后輸入至控制電路，控制電路通過負(fù)反饋控制方式控制功率開關(guān)MOS管的開關(guān)頻率或脈寬，從而實(shí)現(xiàn)DC-DC變換器的穩(wěn)定工作；DC-DC變換器的關(guān)斷是通過D14和R28來實(shí)現(xiàn)的，外接的開關(guān)或單片機(jī)或其它電路給出低電平，把IC1的第1腳拉為低于1.2V的低電平，IC1會(huì)停止工作，其第6腳保持低電平，功率開關(guān)MOS管不再工作于開關(guān)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)關(guān)斷變換器的輸出電壓。

上述電路存在的問題為：控制芯片IC1在正常工作時(shí)，其第一腳內(nèi)部有恒流源，即該腳對(duì)地短路，其輸出電流為1mA左右，不會(huì)引起外部電路或控制芯片IC1的損壞；但工業(yè)領(lǐng)域的特色是在使用DC-DC變換器時(shí)經(jīng)常進(jìn)行熱撥插，在進(jìn)行熱撥插時(shí)，在上電時(shí)或與主體電路斷開時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)DC-DC變換器的輸入地線先斷開這種情況，如圖2所示，這時(shí)供電電源的電流會(huì)經(jīng)控制芯片IC1的第一腳、二極管D14、電阻R28回流，引發(fā)DC-DC變換器相關(guān)元件的損壞，主要表現(xiàn)有兩種：(1)控制端口CTRL損壞，DC-DC變換器仍有輸出，但不能被關(guān)斷；(2)控制芯片IC1同時(shí)也損壞，DC-DC變換器失去輸出。

熱撥插時(shí)的等效模式很多，每一個(gè)引腳都有可能率先接觸不良。DC-DC變換器模塊輸出端任一引腳由于接觸不良無法引發(fā)模塊損壞，輸入端只要地線接觸良好，或先于其它兩個(gè)引腳連接成功；拔出時(shí)，輸入端地線只要后于其它兩腳斷開，DC-DC變換器模塊電路就不會(huì)損壞。

上述的損壞原因，是因?yàn)镈C-DC變換器模塊出現(xiàn)地線懸空時(shí)，如圖2所示，電流經(jīng)電阻R5直接讓三極管Q2獲得偏置，三極管Q2導(dǎo)通，DC-DC變換器內(nèi)給控制芯片IC1供電的穩(wěn)壓電路不再穩(wěn)壓，直接給控制芯片IC1特殊供電(控制芯片IC1的第1腳(補(bǔ)償腳)通過其內(nèi)部保護(hù)電路，成了控制芯片IC1的實(shí)際地線)，穩(wěn)壓管D1在這時(shí)是不起作用的。控制芯片IC1已經(jīng)“工作”，并驅(qū)動(dòng)三極管Q3工作，使得模塊中出現(xiàn)大電流經(jīng)輸入端口、功率變壓器、三極管Q3功率開關(guān)MOS管、DC-DC變換器地線、控制芯片IC1第5腳(接地腳)、控制芯片IC1內(nèi)部保護(hù)電路、控制芯片IC1第1腳(補(bǔ)償腳)、二極管D14、R28的回路。以上分析請(qǐng)參考圖1。DC-DC變換器在使用中，較少出現(xiàn)控制芯片IC1燒毀這種情況，這是因?yàn)殡娮鑂28在這種情況下，端電壓較高，發(fā)熱量巨大，熱變形極大，瞬間燒為開路，因控制芯片IC1來不及被損壞，大部份損壞表現(xiàn)為電阻R28燒毀。

出現(xiàn)DC-DC變換器地線長(zhǎng)期懸空時(shí)，由于回路仍存在較大的工作電流，實(shí)測(cè)達(dá)0.2A至0.8A，視輸入電壓不同而不同，DC-DC變換器啟動(dòng)電路中的三極管Q1由于工作電流大，也極易燒毀。