[發明專利]一種防電流反灌的電路結構

有效

• 申請號: 202210947645.0
• 申請日: 2022-08-09
• 公開（公告）號: CN115021539B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 楊鎮;徐偉;王蕾;張鳳菊
• 申請（專利權）人: 無錫力芯微電子股份有限公司
• 主分類號: H02M1/088
• 分類號: H02M1/088;H02M1/32;H02M1/00;H02J7/00
• 代理公司: 無錫知更鳥知識產權代理事務所(普通合伙) 32468
• 代理人: 張勝飛

本發明涉及一種保護電路，具體說是一種防電流反灌的電路結構。它包括功率開關管、比較器和前置驅動電路。功率開關管的IN端與比較器的同相輸入端相連，功率開關管的OUT端與比較器的反相輸入端相連，比較器的輸出端與前置驅動電路適配連接，前置驅動電路與功率開關管適配連接。其特點是還包括運算放大器，運算放大器的反饋端與功率開關管的OUT端相連，運算放大器的電壓輸入端接輸入電壓，該輸入電壓的值低于功率開關管的IN端電壓值，運算放大器S1的輸出端與前置驅動電路適配連接。該電路結構在正常工作時功耗小，不會出現防反灌失效的問題。

技術領域

本發明涉及一種電源轉換輸出端和鋰電池充電的輸入端之間的保護電路，具體說是防電流反灌的電路結構。

背景技術

隨著科技的發展，大至新能源汽車，小至無線耳機，都內置了鋰電池作為其內部電能的來源。在如此廣泛的應用場景下，面對各種復雜的充電環境，需要在電源轉換輸出端和鋰電池充電的輸入端之間設置各類保護電路。防止電流反灌也是其中一個關鍵的保護功能。

目前，常用的防反灌保護結構主要有兩類，第一類是在電源轉換輸出端和鋰電池充電端之間增加天然防反灌的功率器件來實現，這類器件的典型代表即為功率級肖特基二極管。第一類防反灌保護結構如圖1所示，功率開關管M1可通過前置驅動結構控制其開關狀態，功率二極管D1在需要正向開啟（IN端高于OUT端電壓）時導通，需要防反灌（OUT端高于IN端電壓）時關閉。該結構利用了二極管天然正向導通的特性，結構簡單。但是二極管正向導通壓降較大，正常工作過程中功耗太高。第二類則是搭建一個由驅動模塊、功率開關模塊、電壓采樣比較模塊組成的控制系統，確保當電池端電壓高于電源轉換輸出端電壓時，及時切斷功率開關模塊，實現防反灌保護。第二類防反灌保護結構如圖2所示，它由比較器CMP、前置驅動電路Driver，功率開關管M1組成。其中功率開關管M1由兩個相同的MOS管背靠背串聯組成，在功率開關管M1截止狀態時，可確保雙向電流截止。第二類防反灌結構相比第一類結構，選擇背靠背MOS管替代第一類中的MOS管+二極管的結構，在正向導通時具有更小的導通壓降，更低的導通損耗。將比較器翻轉閾值設置為OUT端電壓略高于IN端電壓，當比較器CMP檢測到OUT端電壓高于IN端電壓時，輸出信號給前置驅動電路Driver，關閉功率開關管M1，以實現防反灌的功能。具體工作過程是：如果OUT端電壓略高于IN端電壓，判定觸發防反灌，比較器CMP輸出控制信號給前置驅動電路Driver將功率開關管M1關閉。同時將比較器CMP判定閾值調整為OUT端電壓略低于IN端電壓；當OUT端電壓略低于IN端電壓時，比較器CMP輸出控制信號給前置驅動電路Driver再次將功率開關管M1打開。然而，第二類結構在實際應用中，為了防止誤觸發防反灌功能（如外界信號干擾導致比較器CMP采集的某個瞬間的OUT端電壓值高于IN端電壓時），一般會設計比較器翻轉閾值遲滯。但是，比較器翻轉閾值遲滯導致、從防反灌功能觸發至功率開關管M1狀態的改變存在一定的延時。延時時間內如果功率開關管M1未能及時關閉，IN端的電壓會通過導通的功率開關管M1跟隨OUT端的電壓升高，從而導致防反灌功能失效。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種防電流反灌的電路結構，該電路結構在正常工作時功耗小，不會出現防反灌失效的問題。

為解決上述問題，提供以下技術方案：

本發明的防電流反灌的電路結構包括功率開關管M1、比較器和前置驅動電路。所述功率開關管M1的IN端與比較器的同相輸入端相連，所述功率開關管M1的OUT端與比較器的反相輸入端相連，比較器的輸出端與前置驅動電路適配連接，前置驅動電路與功率開關管M1適配連接，用于驅動功率開關管M1導通。其特點是還包括運算放大器S1，運算放大器S1的反饋端B與功率開關管M1的OUT端相連，運算放大器S1的電壓輸入端A接輸入電壓，該輸入電壓的值低于功率開關管M1的IN端電壓值，運算放大器S1的輸出端與前置驅動電路適配連接。采用運算放大器閉環負反饋特性，使運算放大器S1的反饋端B的電壓跟隨電壓輸入端A的電壓，從而確保功率開關管M1的IN端電壓始終大于功率開關管M1的OUT端電壓。