一种充电电源保护电路的制作方法

本实用新型实施例涉及电源技术领域，尤其涉及一种充电电源保护电路。

背景技术：

在电源变换器或类似产品中，当产品所带负载具有存储能量时，典型情况如负载为蓄电池时，需要防止负载端电流倒灌从而损坏产品，这时需要使用反流保护电路防止电流倒灌。

常用的反流保护往往没有专门的保护电路，通常通过在现有的电路中采用并联单个或多个功率二极管的方式来实现，虽然现有的实现方法具有简单易实现的特点，但在输出电流很大的情况下，二极管上的功率损耗较大，会影响产品效率，同时会增加二极管热设计的代价，如造成产品重量增加，而且二极管温升高会降低反流保护电路的可靠性；尤其在低压大电流输出同时对产品重量有严格要求的领域，如航空领域的航空产品，使用功率二极管实现反流保护的功能往往不适用。

因此，亟需一种功耗低，可靠性高的反流保护方案。

技术实现要素：

本实用新型提供一种充电电源保护电路，以解决负载端电流倒灌由于损坏产品等问题，对充电电源保护电路进行低功耗以及高可靠性地保护。

本实用新型实施例提供了一种充电电源保护电路，该充电电源保护电路包括：采样电路、升降压式变换电路驱动控制电路、升降压式变换主电路和防反元件驱动控制电路；其中，

所述采样电路，用于根据输入的电流检测信号输出电流采样信号；

所述升降压式变换电路驱动控制电路分别与所述采样电路和所述升降压式变换主电路连接，用于根据所述电流采样信号生成第一控制驱动信号，输出至升降压式变换主电路，以控制所述升降压式变换主电路的续流元件；

所述防反元件驱动控制电路与所述采样电路和所述升降压式变换主电路连接，用于根据所述电流采样信号生成第二控制驱动信号，控制所述防反元件驱动控制电路中的防反元件，进而输出至所述升降压式变换主电路。

本实用新型的技术方案，通过采样电路将输入的电流检测信号进行放大后输出电流采样信号，进而将电流采样信号分别输入至升降压式变换电路驱动控制电路与防反元件驱动控制电路，分别通过升降压式变换电路驱动控制电路生成第一控制驱动信号，输出至升降压式变换主电路，控制所述升降压式变换主电路的续流元件；通过防反元件驱动控制电路生成第二控制驱动信号，输出至升降压式变换主电路，控制所述升降压式变换主电路的防反元件。本实用新型实施例解决了负载端电流倒灌由于损坏产品等问题，采用在升降压式变换电路中设置防反元件代替功率二极管，通过控制防反元件的通断实现反流保护，可以降低产品功耗，简化产品热设计；同时控制升降压式变换电路续流元件的通断，实现对充电电源的双重保护，提高充电电源电路的可靠性。

附图说明

为了更加清楚地说明本实用新型示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本实用新型所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的一种充电电源保护电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的一种防反元件控制子电路的结构示意图；

图3为本实用新型实施例所提供的一种防反元件驱动子电路的结构示意图；

图4为本实用新型实施例所提供的一种采样电路结构的示意图；

图5为本实用新型实施例所提供的一种升降压式变换电路驱动控制电路的结构示意图；

图6为本实用新型实施例所提供的一种升降压式变换主电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本实用新型实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本实用新型的技术方案，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例所提供的一种充电电源保护电路的结构示意图，如图1所示，本实施例所提供的充电电源保护电路包括：采样电路110、升降压式变换电路驱动控制电路130、升降压式变换主电路140和防反元件驱动控制电路120；其中，采样电路110，用于根据输入的电流检测信号输出电流采样信号；升降压式变换电路驱动控制电路130分别与采样电路110和升降压式变换主电路140连接，用于根据电流采样信号生成第一驱动控制信号，输出至升降压式变换主电路140；防反元件驱动控制电路120与采样电路110和升降压式变换主电路140连接，用于根据电流采样信号生成第二驱动控制信号，输出至升降压式变换主电路140，以控制升降压式变换主电路140的防反元件。其中，防反元件140可以为可控晶体管。具体地，防反元件140可包括金属氧化物半导体场效电晶体管MOSFET。

本实施例的技术方案，通过采样电路将输入的电流检测信号进行放大后输出电流采样信号，进而将电流采样信号分别输入至升降压式变换电路驱动控制电路与防反元件驱动控制电路，分别通过升降压式变换电路驱动控制电路生成第一控制驱动信号，输出至升降压式变换主电路，控制所述升降压式变换主电路的续流元件的驱动信号的通断；通过防反元件驱动控制电路生成第二控制驱动信号，控制所述防反元件驱动控制电路的防反元件的通断，进而输出至升降压式变换主电路。本实用新型实施例解决了负载端电流倒灌由于损坏产品等问题，采用在升降压式变换电路中设置防反元件，代替并联功率二极管，通过控制防反元件的通断实现反流保护，可以降低产品功耗，简化产品热设计；同时控制升降压式变换电路续流元件的通断，实现对充电电源的双重保护，提高充电电源电路的可靠性，且效率较高。

在上述技术方案的基础上，防反元件驱动控制电路可具体包括防反元件控制子电路和防反元件驱动子电路；所述防反元件控制子电路分别与所述采样电路和所述防反元件驱动子电路连接，用于根据电流采样信号生成控制所述防反元件驱动子电路的控制信号，输出至所述防反元件驱动子电路；所述防反元件驱动子电路与所述升降压式变换主电路，用于根据所控制信号生成防反元件驱动信号，输出至所述升降压式变换主电路。

图2为本实用新型实施例所提供的一种防反元件控制子电路的结构示意图，如图2所示，防反元件控制子电路可包括第一比较器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；其中，第一电阻R1的第一端与采样电路的输出端连接，第一电阻R1的第二端与第一比较器U1的同相输入端连接；第一电容C1的第一端与第一比较器U1的同相输入端连接，第一电容C1的第二端接地；第二电阻R2的第一端与参考电压源连接，第二电阻R2的第二端与第一比较器U1的反相输入端连接，用于输入参考电压；第三电阻R3的第一端与第一比较器U1的反相输入端连接，第三电阻R3的第二端接地；第二电容C2串联在第一比较器U1的电源输入端和接地端之间；第三电容C3的第一端与第一比较器U1的输出端连接，第三电容C3的第二端与第一比较器U1的接地端连接。示例性地，第一比较器的型号可以为LM193DR。

图3为本实用新型实施例所提供的一种防反元件驱动子电路的结构示意图，如图3所示，防反元件驱动子电路可包括第一稳压二极管ZD1、第二稳压二极管ZD2、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第四电容C4、第一三极管Q1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一MOSFET Q2和光耦合器U2；其中，第一稳压二极管ZD1的阳极分别与防反元件控制子电路的输出端和第二二极管D2的阴极连接，第一稳压二极管ZD1的阴极串联第五电阻R5后与第一三极管Q1的基极连接；第一三极管Q1的发射极连接到第一MOSFET Q2的栅极，第一三极管Q1的集电极连接通过并联的第七电阻R7和第八电阻R8连接至第一MOSFET Q2的源极；第二二极管D2的阳极和第一二极管D1的阳极相连接；第一二极管D1的阴极与光耦合器U2的第一端[1]连接；光耦合器U2的第二端[2]接地；光耦合器U2的第三端[3]、第二稳压二极管ZD2的阴极、第九电阻R9的第一端和第四电容C4的第一端分别连接至第一MOSFET Q2的栅极，第二稳压二极管ZD2的阴极、第九电阻R9的第二端和第四电容C4的第二端分别连接第一MOSFET Q2的源极；第六电阻R6的第一端连接光耦合器U2的第四端[4]，第六电阻R6的第二端连接输入电压正端IN+。

图4为本实用新型实施例所提供的一种采样电路的结构示意图，如图4所示，采样电路可包括运算放大器U3、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第五电容C5和第六电容C6；其中，第十电阻R10的第一端分别与输入电压负端IN-和第五电容C5的第一端连接，第十电阻R10的第二端分别与第十一电阻R11的第一端和运算放大器U3的反相输入端连接；第十二电阻R12的第一端分别与输出电压负端OUT-和第六电容C6的第一端连接，第十二电阻R12的第二端与运算放大器U3的同相输入端连接；第五电容C5的第二端接地；第六电容C6的第二端接地；第十一电阻R11的第二端分别与运算放大器U3的输出端和第十三电阻R13的第一端连接；第十三电阻R13的第二端输出电路采样信号Ioss。

其中，第五电容C5和第六电容C6对采样信号IN-和OUT-分别进行退耦处理，运算放大器U3、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、和运算放大器U组成差分放大电路，对采样信号IN-和OUT-的电压差进行放大，运算放大器U3的输出端输出的电流值与电流检测信号的电流值成正比的电流采样信号Ioss。

图5为本实用新型实施例所提供的一种升降压式变换电路驱动控制电路的结构示意图，如图5所示，升降压式变换电路驱动控制电路可包括第二比较器U4、第三比较器U5、驱动芯片U6、第二三极管Q3、第三二极管D3、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第七电容C7、第八电容C8和第九电容；其中，第十四电阻R14的第一端与采样电路输出端连接，第十四电阻R14的第二端与第二比较器U4的反相输入端连接；第二比较器U4的同相输入端与接地端连接，第二比较器U4的输出端、第十六电阻R16的第一端分别与第三比较器U5的同相输入端连接；第七电容C7的第一端与第二比较器U4的电源输入端连接；第三比较器U5的反相输入端分别与第十五电阻R15的第一端和第十七电阻R17的第一端连接；第三比较器U5的输出端分别与第十八电阻R18的第一端和第十九电阻R19的第一端连接，第十九电阻R19的第二端与第二三极管Q3的基极连接；第二三极管Q3的集电极与第三二极管D3的阳极连接，第三二极管D3作为升降压式变换电路驱动控制电路的输出端，与升降压变换主电路连接，还用于的阳极将第一驱动控制信号Ldrv输出至升降压变换主电路；第二三极管Q3的发射极分别与第三二极管D3的阴极以及驱动芯片U6的第六端口[6]、第七端口[7]连接；第八电容C8连接在驱动芯片U6的第五端口[5]与第八端口[8]之间，第五端口[5]与第四端口[4]连接后接地；第九电容C9连接在驱动芯片U6的第一端口[1]与第四端口之间[4]；驱动芯片U6的第二端口[2]串联第二十电阻R20的第一端连接，第二十电阻R20的第二端与驱动芯片U6的外部驱动电路连接LdrvIN；第十五电阻R15的第二端、第七电容C7的第二端接地，第十七电阻R17的第二端、第十八电阻R18的第二端、驱动芯片U6的第一端口[1]连接电源。

示例性地，驱动芯片的型号可以为IXDI614SI。类似地，第二比较器、第三比较器的型号可以与第一比较器的型号相同，也采用为LM193DR，当然也可以与第一比较器的型号不同。

图6为本实用新型实施例所提供的一种升降压式变换主电路的结构示意图，如图6所示，升降压式变换主电路包括第三稳压二极管ZD3、第四稳压二极管ZD4、第二MOSFET Q4、第三MOSFET Q5、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第十电容C10、第十一电容C11、滤波电容C12和滤波电感L1；其中，第二十一电阻R21的第一端与第二MOSFET Q4驱动控制电路的输出端连接，用于控制驱动第二MOSFET Q4，第二十一电阻R21的第二端与第二MOSFET Q4的栅极连接，第二MOSFETQ4的栅极与漏极之间串联第二十二电阻R22、第二十三电阻R23和第十电容C10；第二十一电阻R21的第二端还与第三稳压二极管ZD3的阴极连接，第三稳压二极管ZD3的阳极与第二MOSFET Q4的源极连接；第二MOSFET Q4的源极串联滤波电感L1后连接防反元件驱动子电路；第二十四电阻R24的第一端与升降压式变换电路驱动控制电路的输出端连接，第二十四电阻R24的第二端、第四稳压二极管ZD4的阴极、第二十五电阻R25的第二端与第三MOSFET Q5的栅极连接；第四稳压二极管ZD4的阳极、第二十五电阻R25的第一端、第三MOSFET Q5的源极与输入电压负极连接；第二MOSFET Q4的源极与第三MOSFET Q5的漏极连接；第三MOSFET Q5的源极和第三MOSFET Q5的漏极之间串联第十一电容C11、第二十六电阻R26，第二十六电阻R26与第三MOSFET Q5的源极的公共端串联第二十七电阻R27后接地；滤波电容C12的正极连接滤波电感L1后与防反元件驱动子电路的公共端连接，滤波电容C12的负极连接第二十八电阻R28的第一端，第二十八电阻R28的第二端与输出电压负极连接。

具体地，以图2-6的电路为例，上述技术方案的电路工作原理可以为：

将电流检测信号输入至采样电路中，经差分放大后输出电流采样信号Ioss；

将电流采样信号Ioss输入至防反元件控制子电路中，电流采样信号Ioss经第一电阻R1输入第一比较器U1的同相输入端，第二电阻R2和第三电阻R3构成分压网络,对参考电压5Vref进行分压得到参考信号输入到第一比较器U1的反相输入端，第一比较器U1输出控制信号FFDrv；

若电流采样信号Ioss大于经第二电阻R2和第三电阻R3分压得到的参考电压信号，第一比较器U1的输出端所输出的控制信号FFdrv为高阻态，第一三极管Q2和第二二极管D2截止，光耦合器U2导通，输入电压IN+与Vo的电压差经第六电阻R6和第九电阻R9分压后施加到第一MOSFET Q2的栅极和源极之间，此时Q2为导通状态；

当输入采样电路的电流检测信号小于阈值电流I_TH(I_TH＞0)时，采样电路输出的电流采样信号Ioss小于经第二电阻R2和第三电阻R3分压得到的参考电压信号，第一比较器U1的输出端所输出的控制信号FFdrv为低电平，第一三极管Q2和第二二极管D2导通，光耦合器U2截止，第一MOSFET Q2的驱动电压变为低电平，Q2截止，此时电流通过Q2本身所集成的体二极管输出,从而实现对充电电源的反流保护功能。

当输入采样电路的电流检测信号大于0A时，Ioss大于0V，经第十四电阻R14输入至升降压式变换电路驱动控制电路的第二比较器U4，此时，第二比较器U4的输出端输出低电平，第三比较器U5的输出端同样输出低电平，第二三极管Q3导通，驱动芯片U6输出的第一驱动控制信号正常驱动升降压变换电路中的续流元件第三MOSFET Q5；当输出电流小于0A，即发生电流倒灌时，Ioss小于0V，第二比较器U4和第三比较器U5的输出端输出高电平，第二三极管Q3截止，驱动芯片U6不再输出第一驱动控制信号，即停止对Q5的驱动，实现反流保护。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。