DCDC电源的控制方法、装置及DCDC电源保护电路与流程

本申请涉及dcdc电源技术领域，具体而言，本申请涉及一种非隔离型dcdc电源的控制方法、装置及非隔离型dcdc电源保护电路。

背景技术：

大功率dcdc(directcurrent-directcurrent，直流-直流)变换电路的保护问题一直都是电力电子的难点，尤其是非隔离的大功率dcdc变换电路。

目前市场对于非隔离型dcdc变换电路的电流保护，主要有快速熔断器方式、直流断路器方式、直流固态断路器方式等保护方法，具体地，通常是在非隔离型dcdc变换电路的高压侧增加快速熔断器或断路器。

然而上述两种器件的响应速度较慢，从短路故障发生到断开电路需要几毫秒甚至是几十毫秒的响应时间，较长的响应时间会使短路电流远远超过电路器件的承受能力，从而造成器件损坏；且上述几种短路保护方式只适用于小功率电路，无法对大功率电路进行有效的保护。

技术实现要素：

本申请针对现有方式的缺点，提出一种dcdc电源的控制方法、装置及dcdc电源保护电路，用以解决现有技术存在的对非隔离型dcdc变换电路的保护速度较慢以及无法对大功率电路进行保护的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种非隔离型dcdc电源保护电路，包括非隔离型dcdc变换电路和电源控制器；

电源控制器的输入端与非隔离型dcdc变换电路中的低压侧和高压侧中至少一侧的端口电连接，低压侧的端口电压低于高压端的端口电压；

电源控制器的输出端与非隔离型dcdc变换电路中的开关单元电连接；

电源控制器用于：获取低压侧和高压侧中至少一侧的端口电压，根据端口电压判断低压侧或高压侧是否短路，在确定低压侧或高压侧短路时向开关单元输出关断控制信号，使得开关单元关断。

第二方面，本申请实施例提供了一种非隔离型dcdc电源的控制方法，包括：

获取非隔离型dcdc变换电路中的低压侧和高压侧中至少一侧的端口电压；低压侧的端口电压低于高压侧的端口电压；

根据端口电压判断低压侧或高压侧是否短路；

在确定低压侧或高压侧短路时，向非隔离型dcdc变换电路中的开关单元输出关断控制信号，使开关单元关断。

第三方面，本申请实施例提供了一种非隔离型dcdc电源的控制装置，包括：

信号获取模块，用于获取非隔离型dcdc变换电路中的低压侧和高压侧中至少一侧的端口电压；低压侧的端口电压低于高压侧的端口电压；

信号分析模块，用于根据端口电压判断低压侧或高压侧是否短路；

信号输出模块，用于在确定低压侧或高压侧短路时，向非隔离型dcdc变换电路中的开关单元输出关断控制信号，使开关单元关断。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请实施例第二方面提供的非隔离型dcdc电源的控制方法。

本申请实施例提供的技术方案，至少具有如下有益效果：

本申请实施例通过检测高压侧或低压侧的端口电压来实现对高压侧或低压侧的短路保护，可提升故障检测速度，同时提升对故障的响应速度，进而提升对非隔离型dcdc变换电路的短路保护速度，可适用于对大功率的非隔离型双向dcdc变换电路的短路保护。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例提供的一种非隔离型dcdc电源保护电路的结构框架示意图；

图2为本申请实施例提供的非隔离型dcdc电源保护电路的一种电路结构示意图；

图3为本申请实施例提供的非隔离型dcdc电源保护电路的另一种电路结构示意图；

图4为本申请实施例提供的非隔离型dcdc电源保护电路的又一种电路结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种非隔离型dcdc电源的控制方法流程示意图；

图6为本申请实施例提供的一种非隔离型dcdc电源的控制装置的结构框架示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请，本申请实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

首先对本申请涉及的几个名词进行介绍和解释：

非隔离型双向dcdc：不存在电气隔离的、具有升压和降压双重功能的一种直流电源变换电路。

buck(降压)工作模式：双向dcdc变换电路把高电压降为低电压的一种工作模式。

boost(升压)工作模式：双向dcdc变换电路把低电压升为高电压的一种工作模式。

本申请的发明人进行研究时发现，对于双向dcdc变换电路，目前常规的短路保护方式是采用检测电流的方法来判断是否出现短路故障，这种方式下由于电流回路中有电感，会阻碍电流的上升，因此出现短路故障时，短路电流不会立即上长，从而使故障检测的速度较低，进而对故障的响应时间也较长，影响整体的短路保护的速度。

此外，本申请的发明人进行研究时还发现，现有的dcdc电源产品中当dcdc变换电路的高压侧在出现短路故障时端口电压会大幅降低，低于低压侧的端口电压，此时电流会从低压侧流程高压侧从而向高压侧供电，而在该供电过程中短路电流会不断增大，超过各电路器件的承受能力，从而造成损坏，因此现有的dcdc电源产品中无法实现对高压侧的短路保护。

本申请提供的非隔离型dcdc电源的控制方法、装置及非隔离型dcdc电源保护电路，旨在解决现有技术的如上技术问题。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

本申请实施例提供了一种非隔离型dcdc电源保护电路，如图1所示，该非隔离型dcdc电源保护电路100包括非隔离型dcdc变换电路101和电源控制器102。

电源控制器102的输入端与非隔离型dcdc变换电路101中的低压侧和高压侧中至少一侧的端口电连接，低压侧的端口电压低于高压侧的端口电压；电源控制器102的输出端与非隔离型dcdc变换电路101中的开关单元电连接。

电源控制器102用于：获取低压侧和高压侧中至少一侧的端口电压，根据该端口电压判断低压侧或高压侧是否短路，在确定低压侧或高压侧短路时向开关单元输出关断控制信号，使得开关单元关断。

在一个可选的实施方式中，如图2所示，非隔离型dcdc变换电路101包括：第一电容c1、第二电容c2、第一开关器件v1、第二开关器件v2以及电感l。

第一电容c1的两端分别与高压侧的正电压端、负电压端电连接，第二电容c2的两端分别低压侧的正电压端、负电压端电连接；第一开关器件v1的第一端、第二端分别与高压侧的正电压端、第二开关器件v2的第一端电连接，第二开关器件v2的第二端与高压侧的负电压端电连接；电感l的两端分别与第一开关器件v2的第二端、低压侧的正电压端电连接。

可选地，第一开关器件v1作为开关单元；电源控制器102的输入端与低压侧的端口电连接，且电源控制器102的输出端与第一开关器件v1的控制端电连接。

在另一个可选的实施方式中，如图3和图4所示，非隔离型dcdc变换电路101包括：第一电容c1、第二电容c2、第一开关器件v1、第二开关器件v2、第三开关器件t3、电感l以及二极管d3。

第一电容c1的两端分别与高压侧的正电压端、负电压端电连接；第一开关器件v1的第一端、第二端分别与高压侧的正电压端、第二开关器件v2的第一端电连接，第二开关器件v2的第二端与高压侧的负电压端电连接；电感l的两端分别与第一开关器件v1的第二端、第三开关器件t3的第一端电连接，第三开关器件t3的第二端与低压侧的正电压端电连接；第二电容c2的两端分别第三开关器件t3的第一端、低压侧的负电压端电连接；二极管d3的正极、负极分别与低压侧的负电压端、第三开关器件t3的第一端电连接。

可选地，第二开关器件v2和第三开关器件t3作为开关单元；电源控制器102的输入端与低压侧和高压侧中至少一侧的端口电连接，且电源控制器102的输出端与第二开关器件v2的控制端和第三开关器件t3的控制端分别电连接。

可选地，本申请实施例中的第一开关器件v1、第二开关器件v2和第三开关器件t3均为全控制型功率器件，例如开关器件(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)、mos(metaloxidesemiconductor)管、gto(gateturn-offthyristor，可关断晶闸管)等任意一种。

本申请实施例提供的非隔离型dcdc电源保护电路100对非隔离型dcdc变换电路101进行保护的具体原理可参照后续的方法实施例，此处不作赘述。

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种非隔离型dcdc电源的控制方法，可应用于本申请实施例提供的非隔离型dcdc电源保护电路100的电源控制器102，如图5所示，该控制方法包括：

s501，获取非隔离型dcdc变换电路101中的低压侧和高压侧中至少一侧的端口电压；低压侧的端口电压低于高压侧的端口电压。

s502，根据端口电压判断低压侧或高压侧是否短路。

可选地，判断端口电压相对于前次获取的同一侧的端口电压，是否出现电压下降且电压下降值大于预设的电压下降阈值；在确定端口电压出现电压下降且电压下降值大于预设的电压下降阈值时，确定低压侧或高压侧短路。

本申请实施例中的电压下降阈值可根据实际情况设置，根据实际情况，用于判断低压侧短路情况的电压下降阈值和用于判断高压侧短路情况的电压下降阈值，可设置为相同的数值，也可设置为不同的数值。

s503，在确定低压侧或高压侧短路时，向非隔离型dcdc变换电路101中的开关单元输出关断控制信号，使开关单元关断。

可选地，在确定低压侧短路时，向非隔离型dcdc变换电路101中与高压侧的端口电连接的第一开关器件输出第一关断控制信号，使第一开关器件关断。

可选地，在确定高压侧短路时，向非隔离型dcdc变换电路101中与低压侧的端口电连接的第二开关器件和第三开关器件分别输出第二关断控制信号和第三关断控制信号，分别使第二开关器件和第三开关器件关断。

本申请实施例提供的上述非隔离型dcdc电源的控制方法可适用于非隔离型dcdc变换电路101的buck工作模式和boost工作模式，下面分别以图3和图4所示电路为例，对本申请实施例提供的非隔离型dcdc电源的控制方法在buck工作模式和boost工作模式中的应用进行介绍。

如图3所示，在buck工作模式下，非隔离型dcdc变换电路101的第一开关器件v1在pwm(pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)模式下工作，电流从高压侧经过第一开关器件v1、电感l和第三开关器件t3中的二极管流向低压侧，向低压侧负载供电；电源控制器102实时检测低压侧的端口电压vp。

电源控制器102判断检测到的低压侧的端口电压vp相对于前次获取的低压侧的端口电压，是否出现电压下降且电压下降值大于预设的电压下降阈值；若确定出低压侧的端口电压vp出现电压下降且电压下降值大于预设的电压下降阈值时，则可认为低压侧出现了短路故障，生成故障信号，进而根据该故障信号以及pwm信号输出第一关断控制信号ga1；该ga1信号用于控制第一开关器件v1关断，使第一开关器件v1不再在pwm信号下工作，从而切断电流，起到低压侧短路保护的作用。

在buck工作模式下，采用图2所示的非隔离型dcdc电源保护电路100对低压侧进行短路故障检测以及短路保护的原理与图3所示原理相似，此处不再赘述。

如图4所示，在boost工作模式下，第二开关器件v2在pwm模式下工作，电流从低压侧经过第三开关器件t3、电感l和第一开关器件v1中的续流二极管向高压侧供电，供电过程中第三开关器件t3一直处于开通状态；电源控制器102实时检测高压侧的端口电压vp，也可实时检测第二开关器件v2和第三开关器件t3的开通状态，获取开通信号。

电源控制器102判断检测到的高压侧的端口电压vp相对于前次获取的高压侧的端口电压，是否出现电压下降且电压下降值大于预设的电压下降阈值；若确定出高压侧的端口电压vp出现电压下降且电压下降值大于预设的电压下降阈值时，则可认为高压侧出现了短路故障，生成故障信号，进而根据该故障信号以及获取到的第二开关器件v2和第三开关器件t处于开通状态的开通信号，输出第二关断控制信号ga2和第三关断控制信号ga3，以分别控制第二开关器件v2和第三开关器件t3关断，使第二开关器件v2和第三开关器件t3不再在pwm信号下工作，从而切断电流，起到高压侧短路保护的作用。

对于boost工作模式下的高压侧短路保护，如前所述，本申请实施例将第三开关器件t3连接于非隔离型dcdc变换电路101的低压侧，采用关闭第三开关器件t3的方式来实现高压侧的短路保护，具体地，当高压侧发生短路时，短路电流会由如下两个阶段组成：

第一阶段为第一电容c1放电阶段，此时短路电流很大，但是能量比较小，且不流经器件，因此不会造成器件损坏。

第二阶段为短路电流流经电感l，此时短路电流的增长速率会受到电感l的影响而变慢，使第三开关器件t3有足够的时间响应和动作，从而切断短路电流，可大大降低第三开关器件t3的损坏率，起到对电路的保护作用，并使保护更加安全、有效。

当第三开关器件t3切断了短路电流之后，在电感l会产生感应电势，但由于电路中二极管d3的存在，为电感l的续流提供了通路，感应电势会被二极管d3钳位在一个很低的电压，从而使得第三开关器件不会因产生关断过电压而损坏。

应用本申请实施例提供的上述技术方案，至少可以实现如下有益效果：

1)当非隔离型dcdc变换电路的高压侧或低压侧出现电路故障时，其端口电压的变化速度较快，因此本申请实施例通过检测高压侧或低压侧的端口电压来实现对高压侧或低压侧的短路保护，可提升故障检测速度，同时提升对故障的响应速度，进而提升对非隔离型dcdc变换电路的短路保护速度；

2)常规的短路保护方式通常是在高压端设置快速熔断器或断路器，在发生故障时断开电路，然而快速熔断器和断路器的响应速度均较慢、响应时间较长，从短路故障发生到断开电路通常需要几毫秒或几十毫秒，在较长的响应时间内短路电流会上升至远远超过部分电路器件的承受能力，从而造成电路器件损坏，无法真正起到短路保护的作用；相对于上述常规的短路保护方式，本申请实施例在非隔离型dcdc变换电路中增加了第三开关器件t3(如igbt)，利用该第三开关器件t3的动作快速性将响应时间缩短(可缩短至几微秒内)，在响应时间内使短路电流保持在一个较低的数值，从而在不损坏电路器件的前提下实现对高压侧的快速短路保护；

3)本申请实施例将第三开关器件t3设置在非隔离型dcdc变换电路的低压侧而非高压侧，可避免高压侧电容c1放电时对第三开关器件t3的大电流冲击，进而避免第三开关器件t3因大电流冲击发生损坏；

4)本申请实施例在非隔离型dcdc变换电路的低压侧增加了二极管d3，二极管d3的存在可避免第一开关器件t3在关断时产生关断过电压，进而可避免第三开关器件t3因关断过电压而损坏；

5)现有技术中通常通过检测短路电流的方式来识别短路故障并实现短路保护，而在该过程中电流回路中的电感会阻碍电流的上升，短路电流的上升速度变慢，使得对短路故障的检测具有滞后性，进而无法及时提供短路保护；相比于现有技术中的上述故障检测和短路保护方式，本申请实施例通过检测非隔离型dcdc变换电路低压侧的端口电压来实现短路保护，相比于现有技术中通过检测短路电流的方式来实现短路保护的方式，本申请实施例利用短路时电压快速下降的特点，在低压侧出现短路之后，可在短时间内检测到低压侧端口电压的下降，以此为依据来识别短路故障，其检测速度高于检测短路电流的方式，进而也有助于在低压侧短路时及时进行断开电路的响应，提高整体的短路保护速度；

6)本申请实施例可适用于对大功率的非隔离型双向dcdc变换电路的短路保护。

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种非隔离型dcdc电源的控制装置，可执行前面所述的方法实施例中提供的非隔离型dcdc电源的控制方法，如图6所示，该非隔离型dcdc电源的控制装置600包括：信号获取模块601、信号分析模块602以及信号输出模块603。

信号获取模块601，用于获取非隔离型dcdc变换电路101中的低压侧和高压侧中至少一侧的端口电压；低压侧的端口电压低于高压侧的端口电压。

信号分析模块602，用于根据电压信号判断低压侧或高压侧是否短路。

信号输出模块603，用于在确定低压侧或高压侧短路时，向非隔离型dcdc变换电路101中的开关单元输出关断控制信号，使开关单元关断。

可选地，信号分析模块602具体用于：判断端口电压相对于前次获取的同一侧的端口电压，是否出现电压下降且电压下降值大于预设的电压下降阈值；在确定端口电压出现电压下降且电压下降值大于预设的电压下降阈值时，确定低压侧或高压侧短路。

可选地，信号输出模块603具体用于：在确定低压侧短路时，向非隔离型dcdc变换电路101中与高压侧的端口电连接的第一开关器件输出第一关断控制信号，使第一开关器件关断。

可选地，信号输出模块603具体用于：在确定高压侧短路时，向非隔离型dcdc变换电路101中与低压侧的端口电连接的第二开关器件和第三开关器件分别输出第二关断控制信号和第三关断控制信号，分别使第二开关器件和第三开关器件关断。

本申请实施例提供的非隔离型dcdc电源的控制装置600，与前面所述的各实施例具有相同的发明构思及相同的有益效果，该非隔离型dcdc电源的控制装置600中未详细示出的内容可参照前面所述的各实施例，在此不再赘述。

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请实施例所提供的非隔离型dcdc电源的控制方法。

该计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、cd-rom、和磁光盘)、rom(read-onlymemory，只读存储器)、ram(randomaccessmemory，随机存取存储器)、eprom(erasableprogrammableread-onlymemory，可擦写可编程只读存储器)、eeprom(electricallyerasableprogrammablereadonlymemory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。

本申请实施例提供的计算机可读存储介质，与前面所述的各实施例具有相同的发明构思及相同的有益效果，该计算机可读存储介质中未详细示出的内容可参照前面所述的各实施例，在此不再赘述。

本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。