专利名称：用于dc/dc电源变换器缓冲输出的短路保护方法及缓冲输出电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种短路保护方法，特别涉及一种用于DC/DC电源变换器缓冲输出的短路保护方法，本发明还涉及实现该短路保护方法的缓冲输出电路。
背景技术：
传统的DC/DC模块电源应用系统的基本架构为供电系统为DC/DC模块电源供电， DC/DC模块电源为负载供电。该应用系统性能的好坏不仅取决于模块本身的特性，亦取决于其供电系统和后端负载的特性。由于使用环境的多样性和复杂性，造成了不同类型的负载对供电系统的干扰也不尽相同，严重时系统没法正常工作，甚至永久性损坏系统。但客户对系统的可靠性、经济性、安全性要求却是越来越高。因此，具有低限流保护点、高限流保护灵敏度的供电系统越来越受到客户的关注。为解决上述问题，现有的技术是在DC/DC模块电源的电压输出端接一缓冲电路 (见图1)，使DC/DC模块电源先空载启动工作，待其稳定后再带重负载。图2示出了现有技术的缓冲电路的一种具体实现方式，包括第一分压电阻R1、缓冲电容Cl、二极管D1、第二分压电阻R2和缓冲MOS管Tl ；缓冲MOS管Tl的栅极一路通过第二分压电阻R2连接到其源极，缓冲电容Cl与第二分压电阻R2向并联；另一路连接到二极管Dl的阳极；还有一路连接到第一分压电阻Rl的一端；第一分压电阻Rl的另一端连接到二极管Dl的阴极，为缓冲电路的电压输入端，其信号来自于DC/DC模块电源的电压输出端；缓冲MOS管Tl的源极为缓冲电路的电压输入参考端，其信号来自于DC/DC模块电源的电压输出参考端；二极管Dl的阴极为缓冲电路的电压输出端，缓冲MOS管Tl的漏极为缓冲电路的电压输出参考端，它们同时也是DC/DC电源变换器的电压输出端和电压输出参考端，DC/DC电源变换器的负载RL 连接在它们之间。该类技术方案很好的避免了不同类型的负载对DC/DC模块电源和供电系统的干扰，使系统正常工作，降低了对DC/DC模块电源和供电系统的要求。而当负载RL短路时，DC/DC模块电源的输出电压下降，经第一分压电阻Rl和第二分压电阻R2分压加到缓冲MOS管Tl栅-源极的电压也就急速下降，使缓冲MOS管Tl退出饱和区，缓冲MOS管Tl的漏-源极内阻增大电压增高，此时变换器短路电流也非常大，严重时可能烧坏缓冲MOS管。所以，这种在DC/DC模块电源的电压输出端接缓冲电路的方案存在缺陷在负载短路的情况下，因缓冲电路的存在，DC/DC模块电源的短路保护功能将不起作用，造成失去对缓冲电路的保护，缓冲电路中的缓冲MOS管很容易因短路电流过大而烧坏， 并且此时电源变换器的短路功耗很大。现有技术中缓冲电路还有多种的电路形式，它们与上述图2示出的缓冲电路的原理和缺点基本相同，在此不再一一说明。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于DC/DC电源变换器缓冲输出的短路保护方法，该方法能解决上述问题，使得DC/DC电源变换器具有抗负载干扰能力的同时，能在负载短路时实现整个DC/DC电源变换器的短路保护，避免缓冲电路中缓冲MOS管的损坏。本发明的另一目的是提供一种实现上述方法的缓冲输出电路。本发明的目的通过以下技术措施实现
一种用于DC/DC电源变换器缓冲输出的短路保护方法，在DC/DC模块电源输出端和缓冲电路之间设置短路保护电路；当负载短路时，触发所述短路保护电路呈短路工作状态，致使所述DC/DC模块电源的输出端短路，进而触发所述DC/DC模块电源内部的短路保护，使 DC/DC模块电源输出到缓冲电路的电压处于安全状态，从而实现缓冲电路的短路保护；当变换器开机启动和输出负载正常时，所述短路保护电路呈断路工作状态。本发明的另一目的通过以下技术措施实现
一种实现权利要求1所述方法的缓冲输出电路，包括缓冲电路部分，还包括短路保护电路部分；短路保护电路的输入端连接到所述缓冲电路的电压输出端，其输出端连接到所述缓冲电路的电压输入端；当负载短路时，触发所述短路保护电路呈短路工作状态，致使所述DC/DC模块电源的输出端短路，进而触发所述DC/DC模块电源内部的短路保护，使DC/DC 模块电源输出到缓冲电路的电压处于安全状态，从而实现缓冲电路的短路保护；当变换器开机启动和输出负载正常时，所述短路保护电路呈断路工作状态。作为本发明的一种具体实施方式
，所述短路保护电路包括第一限流电阻、延时电容、第一三极管、第二三极管和第二限流电阻；第一限流电阻的一端为短路保护电路的输入端，连接到所述缓冲电路的电压输出端，另一端通过延时电容连接到第一三极管的发射极， 延时电容和第一限流电阻的连接点连接到第二三极管的基极，第二三极管的集电极通过第二限流电阻连接到第一三极管的集电极，其发射极连接到第一三极管的基极，第一三极管的集电极为短路保护电路的输出端，连接到所述缓冲电路的电压输入端，第一三极管的发射极为短路保护电路的输出参考端，连接到所述缓冲电路的电压输入参考端。为了改善上述电路的启动性能，所述短路保护电路还包括调节电阻；所述延时电容和第一限流电阻的连接点通过调节电阻连接到所述第二三极管的基极。作为本发明的一种具体实施方式
，所述短路保护电路包括第一限流电阻、延时电容和第一三极管；第一限流电阻的一端为短路保护电路的输入端，连接到所述缓冲电路的电压输出端，另一端通过延时电容连接到第一三极管的发射极，延时电容和第一限流电阻的连接点连接到第一三极管的基极，第一三极管的集电极为短路保护电路的输出端，连接到所述缓冲电路的电压输入端，第一三极管的发射极为短路保护电路的输出参考端，连接到所述缓冲电路的电压输入参考端。为了改善上述电路的启动性能，所述短路保护电路还包括调节电阻；所述延时电容和第一限流电阻的连接点通过调节电阻连接到所述第一三极管的基极。相对于现有技术，本发明的有益效果有
1、增加了缓冲电路的输出短路保护功能，使得应用本发明的DC/DC电源变换器具有抗负载干扰能力的同时，能在负载短路时实现整个DC/DC电源变换器的短路保护，避免缓冲电路中缓冲MOS管的损坏，DC/DC电源变换器具有更为广大的应用领域；
2、应用本发明能在负载短路时实现整个DC/DC电源变换器的短路保护，降低了变换器的短路功耗；
3、本发明方案简单，实现成本低廉。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明 图1为现有技术的DC/DC模块电源应用系统的原理框图2为现有技术的缓冲电路的电路原理图； 图3为应用本发明的DC/DC模块电源应用系统的原理框图； 图4为本发明实施例一的电路原理图； 图5为本发明实施例二的电路原理图6为本发明实施例一启动时DC/DC模块输出电压波形(CHl)和缓冲电路输出电压波形(CH2)。
具体实施例方式图4示出了本发明实施例一的缓冲输出电路，包括缓冲电路和短路保护电路Al ； 其中，缓冲电路的构成与连接方式与现有技术缓冲电路的构成与连接方式相同(如图2所示)，在此不再赘述。其中，缓冲电路中的缓冲MOS管可以采用型号为IRLROM的MOS管。短路保护电路Al包括第一限流电阻R3、延时电容C2、第一 NPN型三极管T2、第二 NPN型三极管T3和第二限流电阻R4;第一限流电阻R3的一端为短路保护电路Al的输入端， 连接到缓冲电路中缓冲MOS管Tl的漏极，即连接到缓冲电路的电压输出参考端，另一端通过延时电容C2连接到第一 NPN型三极管T2的发射极，延时电容C2和第一限流电阻R3的连接点连接到第二 NPN型三极管T3的基极，第二 NPN型三极管T3的集电极通过第二限流电阻R4连接到第一 NPN型三极管T2的集电极，其发射极连接到第一 NPN型三极管T2的基极，第一 NPN型三极管T2的集电极为短路保护电路Al的输出端，连接到缓冲电路中二极管 Dl的阴极，即连接到缓冲电路的电压输入端，第一 NPN型三极管T2的发射极为短路保护电路Al的输出参考端，连接到缓冲电路中缓冲MOS管的源极，即连接到缓冲电路的电压输入参考端。本发明实施例一的缓冲输出电路主要分为三个工作阶段，它们的工作原理为 变换器开机启动阶段DC/DC模块电源输出电压建立时，通过第一分压电阻Rl向缓冲
电容Cl充电，此时缓冲MOS管截止，所以同时能通过负载RL和第一限流电阻R3向延时电容C2充电，通过调节缓冲电路和短路保护电路的电路参数，使得缓冲MOS管的导通时间短于第一 NPN型三极管T2的导通时间，那么，经过缓冲电容Cl的充电时间tl=Rl*Cl后缓冲 MOS管Tl导通，负载RL两端电压正常建立。缓冲MOS管采用型号为IRLROM的MOS管，其导通门限为1. 2V，由于第一 NPN型三级管T2和第二 NPN型三极管T3的导通压降Vl=Vbe (T2) +Vbe (T3) =0. 6+0. 6=1. 2V，此时只要保证延时电容C2的充电时间t2=R3*C2>tl，短路保护电路就呈断路工作状态，变换器能正
常启动。变换器正常工作阶段缓冲电路MOS管Tl导通后，其漏源间电压Vds压降非常低 (5V输出产品，带1.2A负载时，其压降<0. IV)，从而限制了延时电容C2两端的电压，第一 NPN型三级管T2和第二 NPN型三极管T3截止，短路保护电路相当于断路，短路保护电路呈断路工作状态，变换器正常运行。变换器的输出短路保护阶段输出短路时，输出电压被拉低，此时缓冲电容Cl上的电压通过二极管Dl快速被拉低，从而缓冲MOS管的栅-源电压Vgs受缓冲电容Cl上的电压所限制，也被快速拉低，缓冲MOS管Tl退出饱和导通状态，MOS管Tl的漏-源电压Vds迅速上升，同时，缓冲MOS管Tl通过第一限流电阻R3向延时电容C2充电，经过时间t2=R3*C2 后第二 NPN型三极管T3放大导通，第一 NPN型三极管T2基极获得更高电流电平因此第一 NPN型三极管T2亦饱和导通，此时短路保护电路呈短路工作状态，DC/DC模块电源输出被彻底短路，从而启动DC/DC模块电源内部的短路保护功能，DC/DC模块电源输出降低，使DC/ DC模块电源输出到缓冲电路的电压处于安全状态，从而实现缓冲电路的短路保护，最终达到实现整个DC/DC电源变换器的短路保护的目的。图5示出了本发明实施例二的缓冲输出电路，其与本发明实施一的电路构成和连接方式以及原理基本相同，其不同点仅在于短路保护电路A2还包括调节电阻R5，第二 NPN 型三极管T3的基极通过调节电阻R5连接到延时电容C2和第一限流电阻R3的连接点，通过改变调节电阻R5的阻值，能够调节第二 NPN型三极管T3的基极电流，进而适当延长第二 NPN型三极管T3的导通时间，改善变换器的启动性能。图3示出了应用本发明的DC/DC模块电源应用系统，包括供电系统、DC/DC模块电源、缓冲电路、负载和短路保护电路；与现有技术(如图1所示)相同的是，供电系统为DC/DC 模块电源供电，然后DC/DC模块电源是通过缓冲电路稳定输出后为负载供电的，与现有技术的不同点在于在DC/DC模块电源输出端和缓冲电路之间还设置了一个短路保护电路； 在DC/DC电源变换器输出短路时，短路保护电路受触发将DC/DC模块电源的输出端短路，进而触发DC/DC模块电源的短路保护功能，从而实现整个DC/DC电源变换器的短路保护；在 DC/DC电源变换器开机启动和正常输出时，短路保护电路相当于断路，系统正常为负载供 H1^ ο下面结合试验数据进一步说明上述实施例一的工作原理中，在变换器开机启动阶段DC/DC电源变换器的启动条件。如图4所示，DC/DC模块电源输出电压建立瞬间，缓冲MOS管Tl并没有立刻导通， 此时缓冲MOS管Tl断开，即缓冲MOS管Tl的漏-源电压Vds与DC/DC模块电源输出电压 Vo相等。该时序若短路保护电路被触发，DC/DC模块电源输出端将被彻底短路，进而触发模块内部的短路保护功能，DC/DC电源变换器无法正常启动，因此合理的参数设计才能确保变换器的正常启动。根据电容、电阻串联充电公式
权利要求
1.一种用于DC/DC电源变换器缓冲输出的短路保护方法，其特征在于在DC/DC模块电源输出端和缓冲电路之间设置短路保护电路；当负载短路时，触发所述短路保护电路呈短路工作状态，致使所述DC/DC模块电源的输出端短路，进而触发所述DC/DC模块电源内部的短路保护，使DC/DC模块电源输出到缓冲电路的电压处于安全状态，从而实现缓冲电路的短路保护；当变换器开机启动和输出负载正常时，所述短路保护电路呈断路工作状态。
2.一种实现权利要求1所述方法的缓冲输出电路，包括缓冲电路部分，其特征在于还包括短路保护电路部分；短路保护电路的输入端连接到所述缓冲电路的电压输出端，其输出端连接到所述缓冲电路的电压输入端；当负载短路时，触发所述短路保护电路呈短路工作状态，致使所述DC/DC模块电源的输出端短路，进而触发所述DC/DC模块电源内部的短路保护，使DC/DC模块电源输出到缓冲电路的电压处于安全状态，从而实现缓冲电路的短路保护；当变换器开机启动和输出负载正常时，所述短路保护电路呈断路工作状态。
3.根据权利要求2所述缓冲输出电路，其特征在于所述短路保护电路包括第一限流电阻、延时电容、第一三极管、第二三极管和第二限流电阻；第一限流电阻的一端为短路保护电路的输入端，连接到所述缓冲电路的电压输出端，另一端通过延时电容连接到第一三极管的发射极，延时电容和第一限流电阻的连接点连接到第二三极管的基极，第二三极管的集电极通过第二限流电阻连接到第一三极管的集电极，其发射极连接到第一三极管的基极，第一三极管的集电极为短路保护电路的输出端，连接到所述缓冲电路的电压输入端，第一三极管的发射极为短路保护电路的输出参考端，连接到所述缓冲电路的电压输入参考端。
4.根据权利要求3所述缓冲输出电路，其特征在于所述短路保护电路还包括调节电阻；所述延时电容和第一限流电阻的连接点通过调节电阻连接到所述第二三极管的基极。
5.根据权利要求2所述缓冲输出电路，其特征在于所述短路保护电路包括第一限流电阻、延时电容和第一三极管；第一限流电阻的一端为短路保护电路的输入端，连接到所述缓冲电路的电压输出端，另一端通过延时电容连接到第一三极管的发射极，延时电容和第一限流电阻的连接点连接到第一三极管的基极，第一三极管的集电极为短路保护电路的输出端，连接到所述缓冲电路的电压输入端，第一三极管的发射极为短路保护电路的输出参考端，连接到所述缓冲电路的电压输入参考端。
6.根据权利要求5所述缓冲输出电路，其特征在于所述短路保护电路还包括调节电阻；所述延时电容和第一限流电阻的连接点通过调节电阻连接到所述第一三极管的基极。
全文摘要
本发明公开了一种用于DC/DC电源变换器缓冲输出的短路保护方法及其缓冲输出电路，在DC/DC模块电源输出端和缓冲电路之间设置短路保护电路；当负载短路时，触发所述短路保护电路呈短路工作状态，致使所述DC/DC模块电源的输出端短路，进而触发所述DC/DC模块电源内部的短路保护，使DC/DC模块电源输出到缓冲电路的电压处于安全状态，从而实现缓冲电路的短路保护；当变换器开机启动和输出负载正常时，所述短路保护电路呈断路工作状态；采用本发明的DC/DC电源变换器具有抗负载干扰能力的同时，能在负载短路时实现整个DC/DC电源变换器的短路保护，避免缓冲电路中缓冲MOS管的损坏，同时降低变换器的短路功耗。
文档编号H02M1/34GK102510207SQ20111034087
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年8月29日
发明者郭国文, 韦敏忠 申请人:广州金升阳科技有限公司