基于间接采样的输出过压保护方法、保护电路及变换电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及过压保护技术领域，且特别涉及一种基于间接采样的输出过压保护方法、保护电路及变换电路。
【背景技术】
[0002]在现有的直流-直流变换电路，如Buck电路(降压式变换电路)中通常通过直接采样输出电压来实现输出过压保护。如图1所示，开关管与Buck电路的正母线相连接，开关管的源极连接二极管，比较器的其中一个输入端通过分压电阻来直接获取输出电压，经比较后经逻辑控制输出至开关管的控制极来实现输出过压保护。在这各电路中，由于开关管的源极接二极管，故开关管的Vtis电位不固定，开关管需要浮地驱动，驱动较为复杂。
[0003]为方便驱动，将开关管与Buck电路的负母线相连接，如图2所示。在该电路中由于输出电压和输入电压不共地，需要通过一个辅助绕组，在开关管导通时来实现输出电压的采样，进而实现输出过压保护。增加辅助绕组不仅增加了线路的复杂程度及成本，而且辅助绕组在开关导通期间是一个负电压，不利于电路的内部集成。
【发明内容】
[0004]本发明为了克服现有直流-直流变换器中实现输出过压保护的线路连接复杂且成本较高的问题，提供一种基于间接采样的输出过压保护方法、保护电路及变换电路。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供一种用于直流-直流变换电路的基于间接采样的输出过压保护方法包括:
[0006]在开关管关断期间，获取开关管两端的电压；
[0007]在开关管导通期间，将获取到的开关管两端的电压在开关管的开关周期内平均，得到与输出电压相关的平均电压；
[0008]将平均电压与设定阈值进行比较，当平均电压大于设定阈值时，输出驱动信号减小开关管的占空比或关闭开关管，降低输出电压。
[0009]于本发明一实施例中，在获取开关管两端的电压后，对获取到的电压进行保持，在开关管导通期间将保持后的电压在开关周期内平均，得到平均电压。
[0010]于本发明一实施例中，减小开关管占空比的方法包括保持开关管的开关周期不变，降低开关管的导通时间；或者保持开关管的导通时间不变，增加开关管的开关周期。
[0011]于本发明一实施例中，平均电压经分压模块分压后再与设定阈值进行比较。
[0012]于本发明一实施例中，分压模块为电压比例可调节的分压模块。
[0013]本发明另一方面还提供一种对直流-直流变换器的输出电压进行过压保护的基于间接采样的输出过压保护电路包括采样模块、平均模块和比较及逻辑控制模块。采样模块在开关管关断期间，获取开关管两端的电压。平均模块在开关管导通期间，将获取到的开关管两端的电压在开关管的开关周期内平均，得到与输出电压相关的平均电压。比较及逻辑控制模块将平均电压与设定阈值进行比较，当平均电压大于设定阈值时，输出驱动信号减小开关管的占空比或关闭开关管，降低输出电压。
[0014]于本发明一实施例中，基于间接采样的输出过压保护电路还包括保持模块，保持模块电性连接在采样模块和平均模块之间，将采样模块获得的电压进行保持后输出至平均丰旲块。
[0015]于本发明一实施例中，比较及逻辑控制模块包括比较器和逻辑控制器，比较器的其中一个输入端电性连接平均模块，比较器的另一个输入端输入设定阈值，比较器的输出端与逻辑控制器电性连接，逻辑控制器输出控制信号至开关管。
[0016]于本发明一实施例中，基于间接采样的输出过压保护电路还包括分压模块，分压模块电性连接在平均模块和比较及逻辑控制模块之间，将输出电压进行分压后输出至比较及逻辑控制模块。
[0017]本发明另一方面还提供一种变换电路，包括:直流-直流变换器和基于间接采样的输出过压保护电路。基于间接采样的输出过压保护电路内的采样模块电性连接直流-直流变换器内的开关管，在开关管的关断期间获取开关管两端的电压，比较及逻辑控制模块的输出电性连接开关管的控制端。
[0018]综上所述，本发明提供的输出过压保护方法和保护电路，在开关管的关断期间获取开关管两端电压并将该电压在开关管开关周期内平均，得到与输出电压相关的平均电压，将该平均电压与设定阈值进行比较来减小开关管的占空比或关闭开关管，进而实现输出电压的过压保护。本发明提供的过压保护方法和保护电路，通过间接采样的方式来实现输出过压保护，此时开关管可与直流-直流变换电路的负母线相连接，开关管无需采用浮地驱动，驱动方式简单。同时，电路实现方式简单，与辅助绕组相比不仅大大降低了成本，且保护电路内各器件可集成在一起，大大减小了保护电路在电路板上所占用的面积。
[0019]进一步的，由于开关管两端电压是在开关管的关断期间获取的，为维持该电压值的稳定，将获取得到的电压进行保持，当开关管进入导通期间时将该保持电压进行平均。该设置可有效防止获取到的电压值发生泄漏，进一步提高过压保护的精确度。设置平均电压经分压模块分压后再与设定阈值进行比较，且分压模块为电压比例可调节的分压模块，实现过压保护点的可调，具有很好的通用性能。
[0020]为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
【附图说明】
[0021]图1和图2所示为现有的Buck电路的原理图。
[0022]图3所示为本发明实施例一提供的基于间接采样的输出过压保护方法的流程图。
[0023]图4a所示为本发明实施例一提供的基于间接采样的输出过压保护电路的原理框图。
[0024]图4b所示为本发明另一实施例提供的基于间接采样的输出过压保护电路的原理框图。
[0025]图5所示为本发明实施例一提供的基于间接采样的输出过压保护电路的原理图。
[0026]图6所示为本发明实施例一提供的变换电路的原理框图。
[0027]图7所示为本发明实施例二提供的变换电路的原理框图。
[0028]图8所示为本发明实施例三提供的变换电路的原理框图。
【具体实施方式】
[0029]图1所示为现有的Buck电路通过直接采样输出电压来实现输出过压保护，在该电路中由于开关管的Vtis驱动电压与控制芯片不共地，因此需采用浮地驱动。而在图2中，开关管的驱动与控制电路共地，但输出不共地，需要通过增加辅助绕组来实现输出过压保护，这不仅大大增加了成本，同时也不利于电路的内部集成。
[0030]有鉴于此，本发明提供一种基于间接采样的输出过压保护方法，如图3所示，包括:
[0031 ] 步骤S1、在开关管关断期间，获取开关管两端的电压Vsw。于本实施例中通过控制一个开关的通断来采样开关管两端的电压Vsw。
[0032]步骤S2、在获取开关管两端的电压后，对获取到的电压进行保持，得到保持电压Vke印。由于开关从关断到导通具有一定的时间，为防止电压Vsw在这段时间内发生变化，从而影响经平均后的输出电压，进而影响输出过压保护精确度，于本实施例中，通过一个充电电容来实现电压Vsw的保持。然而，本发明对此不作任何限定。
[0033]步骤S3、在开关管导通期间，将保持电压Vkeep在开关管的开关周期内平均，得到与输出电压相关联的平均电压Vaver。平均电压Vaver = Vkeep*Ton/Ts，Vkeep表示经保持后的开关管两端的电压，Ton表不开关管的导通时间，Ts表不开关管的开关周期。
[0034]步骤S4、将平均电压Vaver与设定阈值Vref进行比较，当平均电压Vaver大于设定阈值Vref时，输出驱动信号减小开关管的占空比或关闭开关管，降低输出电压。于本实施例中，减小开关管的占空比的方法为保持开关管的开关周期Ts不变，降低开关管的导通时间Ton。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，可保持开关管的导通时间Ton不变，增加开关管的开关周期Ts来实现开关管占空比的减小。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，当平均电压超过阈值时，输出驱动信号导通时间降低为0，即关闭驱动信号。
[0035]本实施例提供的基于间接采样的输出过压保护方法中平均电压Vaver经分压模块分压后再与设定阈值进行比较，且分压模块的分压比例可调，实现过压保护点的可调节。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，也可以先将Vsw的电压经过分压网络，然后利用采样保持和平均的方式得到平均电压，将该平均电压直接和设定阈值比较。
[0036]本发明提供的基于间接采样的输出过压保护方法通过获取开关管在断开期间的两端电压Vsw，并进行保持得到保持电压Vkeep。在开关管的下一次导通时间段内，将该采样保持信号输送到一个平均电路，获得与输电压相关的平均电压Vaver，将获得的平均电压Vaver与设定阈值Vref进行比较，根据比较结果输出控制信号来减小开关管的占空比或关闭开关管，最终实现输出过压保护。该种输出过压保护方法，开关管无需浮地驱动，且也无需采用辅助绕组来获取输出电压，电路的连接形式更加简单、成本更低。
[0037]与上述基于间接采样的输出过压保护方法相对应的，本发明还提供一种基于间接采样的输出过压保护电路以及具有该保护电路的变换电路。
[0038]如图4a和图5所示，基于间接采样的输出过压保护电路100包括采样模块1、平均模块2和比较及逻辑控制模块3。采样模块I在开关管关断期间，获取开关管Q两端的电压Vsw。平均模块2在开关管Q导通期间，将获取到的开关管Q两端的电压Vsw的保持信号施加到一个平均模块的输入端，在开关管Q关断期间，施加到平均模块输入端的信号为O。平均模块通常为低通滤波，如RC滤波器或者其他类似的低通滤波器。这样，平均模块在一个开关周期内，得到Vkeep在开关周期内平均电压Vaver，这一平均电压Vaver与输出电压Vout相关。比较及逻辑控制模块3将平均电压Vaver与设定阈值Vref进行比较，