自适应式输出隔离控制电路的制作方法

1.本实用新型涉及电力电子技术领域，特别涉及一种自适应式输出隔离控制电路。


背景技术：

2.目前输出端隔离技术有：
3.1)输出二极管隔离保护(常适用于输出小电流产品)。
4.2)正极mos管隔离保护(需要外接隔离驱动电源，隔离驱动光耦)。
5.3)输出继电器隔离保护(需要隔离驱动电源)。
6.现有技术的缺点：
7.1)输出二极管隔离保护，仅仅适用于小电流输出的产品；大电流应用场合二极管导通损耗非常高。
8.2)正极mos管隔离保护，需要外接的隔离控制电源、光耦等器件，增加设计成本和故障率。
9.3)输出继电器隔离保护，在输出端短路时，脱开触点，会产生较大的拉弧现象，可靠性低。


技术实现要素：

10.本实用新型的主要目的在于提供一种自适应式输出隔离控制电路，可以解决热插拔问题和快速实现故障隔离问题。
11.为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
12.一种自适应式输出隔离控制电路，包括：
13.三极管q2的自适应式分压网络，所述自适应式分压网络与三极管q2的基极连接；
14.缓导通电容c4，所述电容c4的一端与所述三极管q2的基极连接；
15.mos管q1和为所述mos管q1提供自适应的驱动电压的电阻 r7、电阻r8和电阻r9；
16.二极管d3，所述二极管d3的正极与所述mos管q1的源极连接，所述二极管d3的负极与所述mos管q1的栅极连接，所述二极管d3为所述mos管q1的驱动保护二极管。
17.进一步地，所述电阻r7、所述电阻r8和所述三极管q2的集电极依次串联连接，所述电阻r9的一端与所述三极管q2的发射极连接，所述电阻r9的另一端与所述mos管q1的源极连接，所述三极管q2的发射极与所述mos管q1的栅极连接。
18.进一步地，所述自适应式分压网络包括电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15和电阻r16，所述电阻r13、所述电阻r14、所述电阻r15、所述电阻r16和所述三极管q2的基极依次串联，所述电阻r11的一端和所述电阻r12的一端分别与所述三极管q2的基极连接。
19.进一步地，还包括模块变压器t1，所述模块变压器t1的第一输出端和第三输出端分别与输出整流二极管d1和输出整流二极管d2的正极连接，所述输出整流二极管d1和输出整流二极管 d2的负极与dgnd地、输出电容c1的负极和电流采样电阻r1的第一端连接，所述
电流采样电阻r1的第二端与输出电容c1的负极、输出电容c1的负极、ip+和所述mos管q1的漏极连接，所述模块变压器t1的第二输出端与输出电容c1的正极、输出电容c2 的正极、输出电容c3的正极、电阻r13、电阻r8和vout+连接，所述mos管q1的源极、所述电阻r9的另一端和所述二极管d3 的负极与vout-连接。
20.进一步地，还包括运放u1，所述运放u1的正输入端与电阻 r2的一端和电阻r4的一端连接，所述电阻r2的另一端与ip+连接，所述运放u1的负输入端与电阻r3的一端和电阻r5的一端连接，所述电阻r3的另一端与dgnd地连接，所述运放u1的负电源端与电阻r4的另一端和dgnd地连接，所述运放u1的正电源端与运放退耦电容c5的第二端连接，所述运放u1的输出端与电阻r5 的另一端连接，所述电阻r2、电阻r3、电阻r4和电阻r5为运放电阻。
21.进一步地，还包括三极管q3，所述三极管q3的基极与电阻 r6和电阻r10的一端连接，所述电阻r6为隔离电阻，也和所述电阻r10组成所述三极管q3的基极的分压电阻，所述电阻r6的另一端与所述运放u1的输出端和电阻r5的另一端连接，所述电阻r10的另一端与所述运放退耦电容c5的第一端、dgnd地、所述电容c4的另一端、所述电阻r11的另一端和所述三极管q3的发射极连接，所述三极管q3的集电极与所述电阻r12的另一端连接。
22.进一步地，mos管q1为nmos管。
23.基于本实用新型的另一个方面，还提出了基于上述任一项所述的自适应式输出隔离控制电路的自适应式输出隔离控制方法，包括以下步骤：
24.输出电压上升到v1或接近v1值时，三极管通过分压网络得到一个电压对电容c4进行充电直到三极管q2导通，mos管q1的驱动电压得到一个开通的电压，mos管q1正常导通；
25.正常额定输出电压电流范围内，mos管q1一直处于导通状态；
26.模块输出端短路时，输出电流大于正常值，输出电压降低。
27.进一步地，还包括以下步骤：
28.故障时，流过电阻r1的电流增加，电阻r1两端的电压差增加，运放u1的输入差分信号增加，运放u1的输出的电压增加，三极管q3的基极的电压增加，使三极管q3导通，三极管q2截止， mos管q1关断。
29.进一步地，还包括以下步骤：
30.故障解除时，输出电压、电流检测值恢复正常，运放u1输出的电压减小，电阻r6和电阻r10的分压值不足以让三极管q3导通，使三极管q2和mos管q1导通。
31.与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：该种实用新型设计合理，根据输出电压的缓起建立，自适应开启mos管q1，既解决了热插拔问题，也让其最大程度工作在导通状态；只有输出电流过大，电压过低时，才会判断为模块输出短路或故障状态，断开q1，让其与直流母线实现故障隔离，没有任何外接控制信号、隔离驱动电源、隔离光耦等。极大地增加了模块整机效率的同时，也减少了mos管的隔离驱动电源和外围电路，减少模块成本，可见该种实用新型，功能全面，适合广泛推广。
附图说明
32.图1为本实用新型的自适应式输出隔离控制电路的结构示意图。
具体实施方式
33.为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
34.如图1所示的一种自适应式输出隔离控制电路，包括：
35.三极管q2的自适应式分压网络，所述自适应式分压网络与三极管q2的基极连接；
36.缓导通电容c4，所述电容c4的一端与所述三极管q2的基极连接；
37.mos管q1和为所述mos管q1提供自适应的驱动电压的电阻 r7、电阻r8和电阻r9；
38.二极管d3，所述二极管d3的正极与所述mos管q1的源极连接，所述二极管d3的负极与所述mos管q1的栅极连接，所述二极管d3为所述mos管q1的驱动保护二极管。
39.其中，所述电阻r7、所述电阻r8和所述三极管q2的集电极依次串联连接，所述电阻r9的一端与所述三极管q2的发射极连接，所述电阻r9的另一端与所述mos管q1的源极连接，所述三极管q2的发射极与所述mos管q1的栅极连接。
40.其中，所述自适应式分压网络包括电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15和电阻r16，所述电阻r13、所述电阻 r14、所述电阻r15、所述电阻r16和所述三极管q2的基极依次串联，所述电阻r11的一端和所述电阻r12的一端分别与所述三极管q2的基极连接。
41.其中，还包括模块变压器t1，所述模块变压器t1的第一输出端和第三输出端分别与输出整流二极管d1和输出整流二极管 d2的正极连接，所述输出整流二极管d1和输出整流二极管d2的负极与dgnd地、输出电容c1的负极和电流采样电阻r1的第一端连接，所述电流采样电阻r1的第二端与输出电容c1的负极、输出电容c1的负极、ip+和所述mos管q1的漏极连接，所述模块变压器t1的第二输出端与输出电容c1的正极、输出电容c2的正极、输出电容c3的正极、电阻r13、电阻r8和vout+连接，所述mos 管q1的源极、所述电阻r9的另一端和所述二极管d3的负极与 vout-连接。
42.其中，还包括运放u1，所述运放u1的正输入端与电阻r2的一端和电阻r4的一端连接，所述电阻r2的另一端与ip+连接，所述运放u1的负输入端与电阻r3的一端和电阻r5的一端连接，所述电阻r3的另一端与dgnd地连接，所述运放u1的负电源端与电阻r4的另一端和dgnd地连接，所述运放u1的正电源端与运放退耦电容c5的第二端连接，所述运放u1的输出端与电阻r5的另一端连接，所述电阻r2、电阻r3、电阻r4和电阻r5为运放电阻。
43.其中，还包括三极管q3，所述三极管q3的基极与电阻r6和电阻r10的一端连接，所述电阻r6为隔离电阻，也和所述电阻r10组成所述三极管q3的基极的分压电阻，所述电阻r6的另一端与所述运放u1的输出端和电阻r5的另一端连接，所述电阻r10 的另一端与所述运放退耦电容c5的第一端、dgnd地、所述电容 c4的另一端、所述电阻r11的另一端和所述三极管q3的发射极连接，所述三极管q3的集电极与所述电阻r12的另一端连接。
44.其中，mos管q1为nmos管。
45.基于本实用新型的另一个方面，还提出了基于上述任一项所述的自适应式输出隔离控制电路的自适应式输出隔离控制方法，包括以下步骤：
46.输出电压上升到v1或接近v1值时，三极管通过分压网络得到一个电压对电容c4进行充电直到三极管q2导通，mos管q1的驱动电压得到一个开通的电压，mos管q1正常导通；
47.正常额定输出电压电流范围内，mos管q1一直处于导通状态；
48.模块输出端短路时，输出电流大于正常值，输出电压降低。
49.其中，还包括以下步骤：
50.故障时，流过电阻r1的电流增加，电阻r1两端的电压差增加，运放u1的输入差分信号增加，运放u1的输出的电压增加，三极管q3的基极的电压增加，使三极管q3导通，三极管q2截止， mos管q1关断。
51.其中，还包括以下步骤：
52.故障解除时，输出电压、电流检测值恢复正常，运放u1输出的电压减小，电阻r6和电阻r10的分压值不足以让三极管q3导通，使三极管q2和mos管q1导通。
53.主要元件构成：
54.r11-r16为q2的自适应式分压网络，c4为q2的缓导通电容； r7-r9为q1提供自适应的驱动电压，d3为q1的驱动保护二极管。
55.r1为电流采样电阻，r2-r5为运放电阻，u1为运放，c5为运放退耦电容，r6为既为隔离电阻，也和r10组成q3基极的分压电阻，合适调整以上参数，可以控制q3导通时对应的最大输出电流值；r12为限流电阻。
56.t1、d1、d2、c1、c2、c3为模块变压器、输出整流二极管及输出电容。
57.模态1:模块接入直流母线时，由于q1体二极管的关系，直流母线上的电压并不能通过vout+和vout-倒灌至c1，c2两端，让其两端电压突变引起打火；
58.模块内部正常开机、缓起，输出电压逐渐爬升到v1，与直流母线电压无限接近时，mos管开通，从而实现热插拔功能。
59.mos管开通条件可以适当调整r12—r16、r11和c4来匹配输出电压v1的建立时间，以及调整r7-r9得到一个合适的驱动电压。
60.开机时的工作原理：
61.当输出电压上升到v1或接近v1值时
→
q2通过分压网络 r11-r16得到一个电压对c4进行充电
→
直到q2导通(q2导通的时间可以根据分压网络r11-r16和r11与c4的时间常数进行调整)
→
q1的vg(驱动电压)得到一个开通的电压
→
q1正常导通。 (假设vout为53v，vg是10.6v)调整r7—r9可以应用于不同的输出电压对应得到一个合适的vg(驱动电压)。
62.模态2：正常额定输出电压电流范围内，q1管一直处于导通状态。
63.模态3：模块输出端短路时，输出电流大于正常值，输出电压降低。
64.故障隔离时的工作原理：流过r1的电流增加
→
r1两端电压差增加
→
u1放大器的输入差分信号增加
→
u1输出的电压增加
→
即q3基极电压增加
→
q3导通
→
q2截止
→
q1关断。
65.当故障解除时，输出电压、电流检测值恢复正常，u1放大器输出的电压减小
→
r6和r10的分压值不足以让q3导通
→
q2导通 (r11-r16通过vout+得到一个让q2导通的电压)
→
q1导通(r7-r9 通过vout+得到一个让q1开通的电压)。
66.开关电源产品闭环控制，都会采集输出端电压、电流信号，故电压、电流信号的获取不用额外增加电路。
67.在大功率模块应用场合，自适应式负极mos管用于输出隔离非常合适；极大地增加了模块整机效率的同时，也减少了mos管的隔离驱动电源和外围电路，减少模块成本。
68.以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还
会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。