[发明专利]一种带保护控制端口的DC-DC变换器

说明书

技术领域

本发明涉及DC-DC变换器，特别涉及一种带保护控制端口的DC-DC变换器。

背景技术

DC-DC变换技术广泛应用于各种工业领域，应用中经常需要关断DC-DC变换器的输出，关断都是通过对一个控制端口施加高低电平来实现，一般要求用常见单片机的I/O口或输出口即可控制，因此对DC-DC变换器控制端口的要求也越来越严格，不仅要求能可靠控制，而且要求变换器控制端口具有高可靠性。

工业领域和其它领域中，DC-DC变换器经常做成模块形式来实现，以方便进行管理和维护，现有的变换器较为理想的电路，其工作原理框图如图1所示，包括输入滤波电路、输入稳压电路1、功率变压器、功率开关MOS管Q3、输出整流及辅助电路、隔离光耦U1，控制电路2。

所述的输入稳压电路1由所述的滤波电路输入后分二路，第一路经并联的电阻R201～R204后接入三极管Q1的发射极，三极管Q1的集电极接入控制电路2，三极管的基极接电源调整三极管Q2的集电极，电源调整三极管Q2的发射极一路接电阻R31后也接入控制电路2，电源调整三极管Q2的发射极另一路经电阻R27后接地；第二路经电阻R5后一路接电源调整三极管Q2基极，另一路接二极管D1的阴极，二极管D1的阳极接地。

所述的控制电路2为PFM或PWM控制，包括控制芯片IC1(如UC2843、3843等可互换集成电路)、电阻R11、二极管D14、电阻R28，其中由二极管D14、电阻R28、控制输入脚CTRL和补偿脚COMP组成控制电路中的控制端口，控制芯片IC1的第7脚(稳压电源输出脚)接入来自于上述输出稳压电路1第一路的输出；第6脚经电阻R11后接入功率开关MOS管Q3的栅极。

其工作原理为：输入电压经滤波电路滤波、输入稳压电路稳压后，功率变压器进行隔离，在功率变压器的副边经输出整流后输出；为保证输出电压的精度，在电压输出端通过光耦取样后输入至控制电路，控制电路通过负反馈控制方式控制功率开关MOS管的开关频率或脉宽，从而实现DC-DC变换器的稳定工作；DC-DC变换器的关断是通过D14和R28来实现的，外接的开关或单片机或其它电路给出低电平，把IC1的第1脚拉为低于1.2V的低电平，IC1会停止工作，其第6脚保持低电平，功率开关MOS管不再工作于开关状态，从而实现关断变换器的输出电压。

上述电路存在的问题为：控制芯片IC1在正常工作时，其第一脚内部有恒流源，即该脚对地短路，其输出电流为1mA左右，不会引起外部电路或控制芯片IC1的损坏；但工业领域的特色是在使用DC-DC变换器时经常进行热拨插，在进行热拨插时，在上电时或与主体电路断开时，就会出现DC-DC变换器的输入地线先断开这种情况，如图2所示，这时供电电源的电流会经控制芯片IC1的第一脚、二极管D14、电阻R28回流，引发DC-DC变换器相关元件的损坏，主要表现有两种：(1)控制端口CTRL损坏，DC-DC变换器仍有输出，但不能被关断；(2)控制芯片IC1同时也损坏，DC-DC变换器失去输出。

热拨插时的等效模式很多，每一个引脚都有可能率先接触不良。DC-DC变换器模块输出端任一引脚由于接触不良无法引发模块损坏，输入端只要地线接触良好，或先于其它两个引脚连接成功；拔出时，输入端地线只要后于其它两脚断开，DC-DC变换器模块电路就不会损坏。

上述的损坏原因，是因为DC-DC变换器模块出现地线悬空时，如图2所示，电流经电阻R5直接让三极管Q2获得偏置，三极管Q2导通，DC-DC变换器内给控制芯片IC1供电的稳压电路不再稳压，直接给控制芯片IC1特殊供电(控制芯片IC1的第1脚(补偿脚)通过其内部保护电路，成了控制芯片IC1的实际地线)，稳压管D1在这时是不起作用的。控制芯片IC1已经“工作”，并驱动三极管Q3工作，使得模块中出现大电流经输入端口、功率变压器、三极管Q3功率开关MOS管、DC-DC变换器地线、控制芯片IC1第5脚(接地脚)、控制芯片IC1内部保护电路、控制芯片IC1第1脚(补偿脚)、二极管D14、R28的回路。以上分析请参考图1。DC-DC变换器在使用中，较少出现控制芯片IC1烧毁这种情况，这是因为电阻R28在这种情况下，端电压较高，发热量巨大，热变形极大，瞬间烧为开路，因控制芯片IC1来不及被损坏，大部份损坏表现为电阻R28烧毁。

出现DC-DC变换器地线长期悬空时，由于回路仍存在较大的工作电流，实测达0.2A至0.8A，视输入电压不同而不同，DC-DC变换器启动电路中的三极管Q1由于工作电流大，也极易烧毁。