一种基于pwm误差放大器的dc-dc变换器输出过压限压保护电路的制作方法

文档序号:9813527阅读:417来源:国知局
一种基于pwm误差放大器的dc-dc变换器输出过压限压保护电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于空间电子学技术领域,具体涉及一种基于PffM误差放大器的DC-DC变换器输出过压限压保护电路。
【背景技术】
[0002]随着我国航天事业的发展,卫星或飞行器的功能越来越多样化,有效载荷越来越多样化,对供电的需求也越来越多样化。航天器用DC-DC变换器由于其高可靠、不可维修的特殊要求,因此在设计之初就要开展失效模式及影响分析的工作,即考虑组成DC-DC变换器的所有部件、元器件可能发生的各种故障对DC-DC变换器的影响,以及设计中相应的纠正措施,以保证不会造成灾难性的后果。电子线路类负载对电源的稳定性要求一般不超过电源电压的I%,在极端情况下不超过5% ;机电类负载对电源的稳定性要求相对较宽,在极端情况下不超过15%。为了保证用电设备的安全及可靠运行,要针对电路中元器件及线路要素的各种失效模式设计过压保护电路。

【发明内容】

[0003]有鉴于此,本发明的目的是提供一种基于PffM误差放大器的DC-DC变换器输出过压限压保护电路,解决了 DC-DC变换器由于闭环系统开环所引起输出过压失效的大部分故障模式。
[0004]—种基于P丽误差放大器的DC-DC变换器输出过压限压保护电路,包括P丽控制器N1、稳压管V1、三极管V2、电容Cl以及电阻Rl-电阻R7;
[0005]其中,电阻Rl的一端接DC-DC变换器的输出端,另一端串接电阻R7后接地;稳压管Vl的负极接在电阻Rl与电阻R7之间,正极串接电阻R2后接地;稳压管Vl的正极与电阻R2之间串接电阻R3后接三极管V2的基极;三极管V2的基极串接电阻R4后接地;三极管V2的发射极串接电阻R5后接地;基极与集电极之间同时并联电阻R6和电容Cl;集电极接PffM控制器NI中误差放大器端;PWM控制器NI的输出端即为保护电路的输出端。
[0006]本发明具有如下有益效果:
[0007]航天器DC-DC变换器输出过压的模式很多,但是都是小概率事件,但是一旦出现过压会对用电设备造成灾难性后果。输出过压的控制最彻底的办法是通过继电器控制断电后切换到备份DC-DC变换器,缺点是反映速度慢,有瞬时断电。但是有些设备不允许掉电,例如卫星中心控制计算机。本发明设计的线路简单、可靠,反映灵敏,通用性强,可以大大提高宇航用DC-DC变换器输出供电的可靠性和安全性,在宇航领域效益尤为明显。
【附图说明】
[0008]图1为本发明的电路原理图。
[0009]图2为本发明电路的等效电路。
[0010]图3为R5的变化与输出限压值的仿真结果。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图并举实施例,对本发明进行详细描述。
[0012]本发明的基于PWM误差放大器的快速反应、高稳定DC-DC变换器输出过压限压保护电路,如图1所示,包括Pmi控制器N1、稳压管V1、三极管V2、电容Cl以及电阻Rl-电阻R7。其中,电阻Rl的一端接DC-DC变换器的输出端,另一端串接电阻R7后接地;稳压管Vl的负极接在电阻Rl与电阻R7之间,正极串接电阻R2后接地;稳压管Vl的正极与电阻R2之间串接电阻R3后接三极管V2的基极;三极管V2的基极串接电阻R4后接地;三极管V2的发射极串接电阻R5后接地;基极与集电极之间同时并联电阻R6和电容Cl;集电极接PffM控制器NI中误差放大器端;PffM控制器NI的输出端即为保护电路的输出端。
[0013]由Rl、R7和VI组成高稳定限幅分压采样电路,对DC-DC变换器输出电压的过压情况进行检测;三极管V2并接在PWM误差放大器的输出端,接成共射级输出AC-DC变换器正常稳压输出时,PWM控制器NI的误差放大器输出在线性放大区,三极管V2工作在截至区;DC-DC变换器输出过压时,最坏情况下P丽控制器NI的P丽误差放大器输出在饱和区,而三极管V2工作在线性放大区;DC-DC变换器输出过压时,该电路对输出电压的限压控制点通过Rl和R7的分压比粗调节,通过R5的阻值精调节。可以按照要求,精确调整限压工作点,并且负载调整率和线性调整率都可达到不大于I %的高稳定输出。
[0014]保护电路的工作原理如下:
[0015]DC-DC变换器输出电压信号通过Rl和R7分压后,决定该电路工作的阀值电平。当该分压信号低于稳压管Vl的击穿电压时(代表DC-DC变换器在正常闭环稳压范围内),电路不工作,V2工作在截至区,PWM误差放大器输出相当于开路;当该分压信号高于稳压管Vl的击穿电压时(代表DC-DC变换器开环,输出过压),该分压信号将Vl击穿,并经过R3、R4分压后接到V2的基极,形成基极电流Ib,V2工作在线性放大区,该电路等效为如图2所示的电路。其中VS为PWM误差放大器开环输出电压,Rs为PffM误差放大器输出等效电阻,Rb为三极管V2集射等效电阻和R5串联后的等效电阻。输出电压越高,基极电流I b越大,经V2放大后,集电极电流Ic越大,Rb越小,这样HVM误差放大器输出电压Ve越小,和HVM控制器调宽波比较后,致使DC-DC变换器输出电压降低。该过程是典型的负反馈过程,经过环路快速调节后,将输出电压稳定在预设的限压保护点上。
[0016]其中调整Rl和R7,以及选择稳压管Vl的稳压值,可以调整该电路工作的最低阀值电平;调整R5可以调整输出电压二次稳压值;调整R6可以调整V2的直流放大倍数;调整Cl可以调整V2的交流放大倍数。其中R5的变化与输出限压值的仿真结果曲线见图3。可以看出R5从100 Ω变化到Ik Ω时,输出限压值从13.445V变化到14.119V (对于一个正常输出为12V的电源)。
[0017]综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于P丽误差放大器的DC-DC变换器输出过压限压保护电路,其特征在于,包括PWM控制器N1、稳压管V1、三极管V2、电容Cl以及电阻Rl至电阻R7; 其中,电阻Rl的一端接DC-DC变换器的输出端,另一端串接电阻R7后接地;稳压管Vl的负极接在电阻Rl与电阻R7之间,正极串接电阻R2后接地;稳压管Vl的正极与电阻R2之间串接电阻R3后接三极管V2的基极;三极管V2的基极串接电阻R4后接地;三极管V2的发射极串接电阻R5后接地;基极与集电极之间同时并联电阻R6和电容Cl;集电极接PWM控制器NI中误差放大器端;PWM控制器NI的输出端即为保护电路的输出端。
【专利摘要】本发明公开了一种基于PWM误差放大器的DC-DC变换器输出过压限压保护电路,适用于任何形式的DC-DC变换器,只要采用脉冲宽度调制(PWM),其输出电压的高低都依赖PWM控制器(无论何型号的PWM控制器)的误差放大器的输出电平;利用PWM误差放大器输出内阻的存在(理想运放输出阻抗为0),设计了一种负反馈控制线路,通过对DC-DC变换器输出电压的采样,当输出电压超过用电负载允许的电压值时,该电路迅速工作,并将输出电压稳定在要求的范围内,其稳压效果可达到负载稳定度≤1%、线性稳定度≤1%,提高宇航用DC-DC变换器输出供电的可靠性和安全性;该电路可作为一种通用电路,应用于基于运算放大器做负反馈控制器件的闭环系统。
【IPC分类】H02M3/00
【公开号】CN105576958
【申请号】CN201610090076
【发明人】刘克承, 范英哲, 戈焰, 喻涛, 张京丽
【申请人】兰州空间技术物理研究所
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年2月17日
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