[发明专利]一种低功耗短路保护电路

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，主要涉及一种低功耗短路保护电路。

背景技术

直流-直流变换器扮演着将一次母线电压变换为二次电压的角色，是航天器内部能量使用者和有效载荷能量提供者的接口单元，其性能和可靠性直接关系到航天器的安全运行。直流-直流变换器作为功率处理单元，是系统可靠性设计的薄弱环节，其中，过流和短路是两种常见的异常工作模式。当直流-直流变换器工作在过流或短路状态时，若不能及时正确处理，不仅会导致直流-直流变换器自身受损，还会危及变换器的前级或后级电路。

目前国内外使用的直流-直流变换器均存在短路功耗大、过流保护点不精切的缺点，Interpiont和IR公司的厚膜变换器的短路功耗在1.2W～30W之间(输出功率不同，短路功耗有差异)，国内产品的短路功耗比国外产品稍低一些，但都超过1W。因此，对可靠性要求极高的航天系统中，采用具有高精度、低功耗过流/短路保护电路的直流-直流变换器，有利于提高系统可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种低功耗短路保护电路，在实现短路保护的同时具备低功耗的特点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种低功耗短路保护电路，包括功率转换部分A和保护电路部分B；其中功率转换部分包括脉宽调制器PWM、金氧半场效晶体管MOSFET以及功率变压器T1。

脉宽调制器PWM的参考电压端vref接收输入的参考电压、电压采样端vfb接收输入的电压采样值，依据参考电压对输入的电压采样值进行脉宽调制后，输出宽度可调的方波电压至MOSFET。

金氧半场效晶体管MOSFET在方波电压的驱动下，处于开关状态，其中在方波电压的高电平时状态为开，在方波电压的低电平时状态为关。

功率变压器T1接收MOSFET在开状态下的输出电压，对该输出电压进行功率和电压的转换，得到最终的输出电压。

保护电路B包括电流互感器T2、整流管V4、滤波电容C2、三极管V6、稳压管V5以及第五电阻R5、第七电阻R7；其中T2的初级与T1的次级输出端串联，T2的次级的同名端记为pp端、异名端为pm端，pp端连接整流管V4的阳极，V4的阴极分别连接滤波电容C2的正极和稳压管V5的阴极，C2的负极连接pm端，V5的阳极通过第六电阻R6连接三极管V6的基极，V6的集电极连接至PWM的参考电压端即vref端口，V6的发射级与PWM的vfb端口、C2的负极以及pm端均相连；第五电阻R5并联在T2的次级，作为T2的负载电阻；第七电阻R7连接在V6的基极和发射级之间。

进一步地，稳压管V5为雪崩击穿管，其温度系数为正温度系数。

进一步地，PWM为UC3845、UC3825、UC3525或者UC1846。

进一步地，保护电路B中还包括第六电阻R6，第六电阻R6连接在V6的基极和V5的正极之间，作为限流电阻。

进一步地，脉宽调制器PWM、金氧半场效晶体管MOSFET以及功率变压器T1的连接关系为：PWM中电源端口VCC和设定电压端口VC端直接相连后再通过第一电阻R1接至外部电源VIN，PWM的输出端口通过第二电阻R2连接MOSFET的栅极、MOSFET的源级连接电源地VING，MOSFET的栅极和源级之间连接第四电阻R4，MOSFET的漏级接T1的初级异名端，T1的初级同名端接外部电源VIN；T1的次级同名端连接第一二极管V2的阳极，第一二极管V2的阴极连接第二二极管V3的阴极，第二二极管V3的阴极通过电感L1连接至滤波电容C1的正极，第三电阻R3与C1并联，C1负极连接二极管V3的阴极并引出引脚B+，T1的次级异名端引出引脚B－；其中B+和B－作为T1的次级的输出端与T2的初级串联。

有益效果：

1、本发明脉宽调制器PWM电路输出宽度可调的方波驱动三极管的导通和关断时间，通过变压器进行隔离和功率变换后实现输出稳压。电流互感器对输出脉冲电流进行采样，并将电流信号变换成电压信号控制三极管，三极管将电压信号放大后控制脉宽调制器的电压采样端vfb，从而使脉宽调制器输出脉冲变窄，变换器输出电压下降，功耗变小。传统电路中采用射极跟随器的形式进行短路保护，本发明中三极管V6通过其外围电路设计，使其处于高增益放大状态。通过R6阻值设置，调整V6的放大倍数，放大倍数越大，短路功耗越小，经实验验证，可以达到0.9W以下的短路功耗。