一种宇航用多路并联DC/DC升压变换器过流保护电路及方法与流程

一种宇航用多路并联dc/dc升压变换器过流保护电路及方法
技术领域
1.本发明属于电力电子技术应用技术领域，涉及一种宇航用多路并联dc/dc升压变换器过流保护电路及方法。


背景技术：

2.多路并联dc/dc升压变换器在宇航电源系统领域已经广泛使用，可以在其中一路变换器失效后维持负载端母线电压，大大的提高了电源系统的可靠性。传统dc/dc升压变换器的过流保护将母线电流转换为电压信号，通过电压比较器与相应的过流电压信号作比较，在母线电流过大时断开串联在系统中保护开关管达到断路保护的目的，但是该方法不能够准确判断系统过流点的位置。
3.针对多路并联的dc/dc升压变换器系统，当短路发生在外部负载侧时，恰当的过流保护方法应该是通过熔断当前负载的保险丝，而非断开所有dc/dc升压变换器的保护开关管进而导致所有负载断电。当短路发生在dc/dc升压变换器内部时，恰当的过流保护方法应该是立即断开当前dc/dc升压变换器的保护开关管，其他并联的变换器正常工作，维持负载正常运行。
4.cn201911043192.3公布了一种利用处理器生成过流保护阈值得过流保护方法，但由于硬件电路以及空间环境的制约，宇航用电源系统难以实现处理器等单片机的过流保护方法。cn201420849539.x公布了一种利用硬件电路实现过流保护的方法，通过分压电阻配置过流保护阈值达到过流保护的目的，但方法只针对单路供电线路，对于多路并联、多路负载的供电电路的复杂过流情况无法准确判别以及实现精准过流保护。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种高可靠性的过流保护方法及电路，以解决多路并联dc/dc升压变换器中过流点判断不准确的问题，实现有效的过流保护。
6.具体而言，本发明提供了一种宇航用多路并联dc/dc升压变换器过流保护电路，其特征在于，其包括：dc/dc升压变换器、负载、二极管、mos管、电流传感器、电压比较模块、电流比较模块、逻辑选择模块、延迟模块、驱动模块；
7.所述dc/dc升压变换器为多个，每个dc/dc升压变换器输入端串联一个mos管和一个电流传感器，每个dc/dc升压变换器输出端串联一个二极管后，多路并联与负载连接，
8.所述电压比较模块采集所述dc/dc升压变换器输入与负载端电压差值，根据电压差值与第一电压源电压值作比较，输出高电平或低电平；
9.所述电流比较模块采集所述电流传感器电压，根据电流传感器电压与第二电压源电压值作比较，输出高电平或低电平；
10.所述逻辑选择模块根据输入电平产生输出电平至延迟模块；
11.所述延迟模块对逻辑选择模块输出的电平信号进行信号延迟，并输出至驱动模块；
12.所述驱动模块用于被延迟模块作用以产生所述mos管驱动信号。
13.进一步的是，所述负载端电压与所述dc/dc升压变换器输入电压在正常工作情况下的差值为第一电压基准值；所述电流传感器在dc/dc升压变换器正常工作情况下输入电流作用下产生电压值为第二电压基准值；所述电流传感器在dc/dc升压变换器输入电流作用下产生第二电压信号。
14.进一步的是，所述电压比较模块包括差分放大电路、第一电压比较器和第一电压源；所述差分放大电路在负载端输入电压和dc/dc升压变换器输入电压差作用下，输出第一电压信号；所述第一电压比较器正端接收第一电压信号，负端连接所述第一电压源正端；所述第一电压源负端连接大地；所述第一电压比较器输出端连接逻辑比较模块第一输入端。
15.进一步的是，所述差分放大电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和运算放大器；
16.所述二极管阴极连接所述第一电阻第一端，所述第一电阻第二端与所述第二电阻第一端连接，所述第二电阻第二端连接大地，所述运算放大器的同相输入端连接所述第一电阻第二端；
17.所述dc/dc升压变换器输入正端连接所述第三电阻第一端，所述第三电阻第二端与所述第四电阻第一端连接，所述第四电阻第二端连接所述运算放大器输出端，所述运算放大器的反相输入端连接所述第三电阻第二端；
18.所述第一电阻阻值与第三电阻相等为r1，所述第二电阻阻值与第四电阻相等为r2。
19.进一步的是，所述电流比较模块包括第二电压比较器和第二电压源；所述第二电压比较器的正端接收所述电流传感器电压信号，负端连接第二电源正端；所述第二电压源负端连接大地；所述第二电压比较器输出端连接逻辑选择模块第二输入端，第二电压源的电压值设定为1.5倍第二电压基准值。
20.进一步的是，所述延迟模块包括外部过流电路和内部过流电路，所述外部过流电路、内部过流电路接收所述逻辑选择模块的输出电压信号，
21.所述逻辑选择模块接收所述电压比较模块输出电平信号和所述电流比较模块输出电平信号，当两个电平信号均为高电平，所述逻辑选择模块选通内部过流电路且输出高电平；当所述电压比较模块输出低电平信号，所述电流比较模块输出高电平信号，所述逻辑选择模块选通外部过流电路且输出高电平；其他情况下所述逻辑选择模块均输出低电平。
22.进一步的是，所述外部过流电路包括：第五电阻r3、电容、第三电压源和第三电压比较器；所述第五电阻第一端连接逻辑选择模块第一输出端，所述第五电阻第二端连接所述电容第一端，所述电容第二端连接大地；第三电压比较器的正端连接所述第五电阻第二端，负端连接所述第三电压源正端；所述第三电源负端连接大地；所述第三电源比较器输出连接所述驱动模块第一输入端；所述内部过流电路将逻辑选择模块第二输出端直接连接驱动电路第二输入端。
23.进一步的是，所述驱动模块接收延迟模块输出的两路信号；当任意一路为高电平时，所述驱动模块断开所述mos管；当两路信号为低电平时，所述驱动模块接通所述mos管。
24.进一步的是，第一电压源的电压值设定为1.5r2/r1倍的第一电压基准值。
25.本发明还提供了一种宇航用多路并联dc/dc升压变换器过流保护方法，其特征在于，其使用了权利要求1～9中任一项所述的宇航用多路并联dc/dc升压变换器过流保护电
路，其通过所述电压比较模块和电流比较模块采集得到电压第一电压信号v1和第二电压信号v2，满足第二电压信号v2大于第二电压源电压值v
ref2
的条件下：1)当第一电压信号v1大于第一电压源电压值v
ref1
，经过延迟时间t之后断开mos管进行过流保护；2)当第一电压信号v1小于第一电压源电压值v
ref1
，直接断开mos管进行过流保护。
26.本发明为多路并联dc/dc升压电路过流保护提供了解决方案，电路简单成本低，准确判断过流点，并根据不同的过流点自动实现不同的断路保护方法。
附图说明
27.图1为本发明为宇航用多路并联dc/dc升压变换器过流保护电路示意图。
28.图2为本发明为宇航用多路并联dc/dc升压变换器过流保护方法的流程图。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明方案。
30.本发明通过差分放大电路确定dc/dc升压变换器输入输出电压差，通过电压比较电路将输入输出电压差与基准值比较，输出高电平或低电平，通过电流比较电路将电流传感器的电压值与过流保护阈值作比较，输出高电平或低电平，并通过逻辑选择模块根据输入电平高低选择外部过流和内部过流电路，输出高电平，最后通过驱动电路用于驱动串接mos管。
31.本发明公开一种宇航用多路并联dc/dc升压变换器过流保护电路，该电路包括：dc/dc升压变换器、二极管、负载、串接mos管、电流传感器、电压比较模块、电流比较模块、逻辑选择模块、延迟模块、驱动模块。
32.图1所示为宇航用高可靠性的过流保护电路，其包括：dc/dc升压变换器、负载、串接mos管、电流传感器，电压比较模块、电流比较模块、逻辑选择模块、延迟模块、驱动模块。
33.如图1所示，dc/dc拓扑为升压变换器。所述dc/dc升压变换器为多个，经过多路并联输出至负载端。每个dc/dc升压变换器输入端串联一个mos管和一个电流传感器，每个dc/dc升压变换器输出端串联一个二极管后，多路并联与负载连接。所述电流传感器的功能在于：将dc/dc升压变换器的输入电流转换为第二电压信号。作为一个可选的实施方式，电流传感器为霍尔元件。采用本发明上述实施方式，可以将dc/dc升压变换器输入电流信号转换为输出电压信号，且对变换器电路没有影响。
34.所述负载端电压与所述dc/dc升压变换器输入电压在正常工作情况下的差值为第一电压基准值。所述电流传感器在dc/dc升压变换器正常工作情况下输入电流作用下产生电压值为第二电压基准值。所述电压比较模块采集dc/dc升压变换器输入与负载端电压差值，根据电压差值与第一电压源电压值作比较，输出高电平或低电平。所述电压比较模块包括差分放大电路、第一电压比较器和第一电压源；所述差分放大电路在dc/dc升压变换器输入输出电压差(即在负载端输入电压和dc/dc升压变换器输入电压差)作用下，输出第一电压信号；所述第一电压比较器正端连接所述差分放大电路的输出(即该第一电压信号)，负端连接所述第一电压源正端；所述第一电压源负端连接大地。所述第一电压比较器输出端连接逻辑选择模块第一输入端。
35.所述电压比较模块共有三种可能发生的情况：
36.1)系统正常运行，第一电压信号电压大于第一电压源输出电压，第一电压比较器输出高电平。
37.2)dc/dc升压变换器内部正负母线短路，负载端输入电压由其他并联dc/dc升压电路维持，第一电压信号电压大于第一电压源输出电压，第一电压比较器输出高电平。
38.3)外部负载端正负母线短路，负载端输入电压降低，第一电压信号电压小于第一电压源输出电压，第一电压比较器输出低电平。
39.作为一个可选的实施方式，第一电压源的电压值可以设定为1.5r2/r1倍第一电压基准值。采用本发明上述实施，可以实现上述电压比较模块的三种情况。作为一个可选的实施方式，第二电压源的电压值可以设定为1.5倍第二电压基准值。
40.作为一个可选的实施方式，所述差分放大电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和运算放大器；所述二极管阴极连接连接所述第一电阻第一端，所述第一电阻第二端与所述第二电阻第一端连接，所述第二电阻第二端连接大地，所述运算放大器的同相输入端连接所述第一电阻第二端；所述dc/dc升压变换器输入正端连接所述第三电阻第一端，所述第三电阻第二端与所述第四电阻第一端连接，所述第四电阻第二端连接大地，所述运算放大器的反相输入端连接所述第三电阻第二端；所述第一电阻阻值与第三电阻相等为r1，所述第二电阻阻值与第四电阻相等为r2。
41.采用本发明上述实施方式，由于运算放大器的输入阻抗大，对dc/dc升压变换器环路影响小，并且实现输出电压增益的可调节。差分放大电路输入输出电压增益av为：
[0042][0043]
所述电流比较模块采集电流传感器电压，根据电流传感器电压与第二电压源电压值作比较，输出高电平或低电平。在一个实施方式当中，所述电流比较模块包括第二电压比较器和第二电压源；所述第二电压比较器的正端接收所述电流传感器电压信号，负端连接第二电源正端；所述第二电压源负端连接大地；所述第二电压比较器输出端连接逻辑选择模块第二输入端。所述第二电压源输出电压值等于过流保护阈值(过流保护电压限定值)。
[0044]
所述电流比较模块共有三种可能发生的情况：
[0045]
1)系统正常运行，第二电压信号电压小于第二电压源输出电压，第二电压比较器输出低电平。
[0046]
2)dc/dc升压变换器内部正负母线短路，第二电压信号电压大于第二电压源输出电压，第二电压比较器输出高电平。
[0047]
3)外部负载端正负母线短路，第二电压信号电压大于第二电压源输出电压，第二电压比较器输出高电平。
[0048]
作为一个可选的实施方式，第二电压源的电压可以设定为1.5倍第二电压基准值。采用本发明上述实施，可以实现上述电流比较模块的三种情况。
[0049]
所述逻辑选择模块根据输入电平产生输出电平至延迟模块。所述逻辑选择模块接收所述电压比较模块输出电平信号和所述电流比较模块输出电平信号，当两个电平信号均为高电平，所述逻辑选择模块选通内部过流电路且输出高电平；当所述电压比较模块输出低电平信号，所述电流比较模块输出高电平信号，所述逻辑选择模块选通外部过流电路且
输出高电平；其他情况下所述逻辑选择模块均输出低电平。
[0050]
具体而言，所述逻辑选择模块共有三种可能发生的情况：
[0051]
1)系统正常运行，所述电压比较模块输出高电平信号，所述电流比较模块输出低电平信号，所述逻辑选择模块接收上述信号并对外部过流电路和内部过流电路输出低电平；
[0052]
2)dc/dc升压变换器内部正负母线短路，所述电压比较模块输出高电平信号，所述电流比较模块输入低电平信号，所述逻辑选择模块接收上述信号并对外部过流电路输出低电平，对内部过流电路输出高电平；
[0053]
3)外部负载端正负母线短路，所述电压比较模块输出低电平信号，所述电流比较模块输入高电平信号，所述逻辑选择模块接收上述信号并对外部过流电路输出高电平，对内部过流电路输出低电平。
[0054]
所述延迟模块对逻辑选择模块输出的电平信号进行信号延迟，并输出至驱动模块。所述延迟模块包括外部过流电路和内部过流电路。所述外部过流电路、内部过流电路接收所述逻辑选择模块的输出电压信号，生成控制mos管的信号。
[0055]
作为一个可选的实施方式，所述外部过流电路包括第五电阻r3、电容、第三电压源和第三电压比较器；所述第五电阻第一端连接逻辑选择模块第一输出端，所述第五电阻第二端连接所述电容第一端，所述电容第二端连接大地；第三电压比较器的正端连接所述第五电阻第二端，负端连接所述第三电压源正端；所述第三电源负端连接大地，所述第三电源比较器输出连接所述驱动模块第一输入端。所述第三电压源电压值可以设定为0.9倍高电平电压。
[0056]
采用本发明上述实施方式，当外部负载端正负母线短路时，所述外部过流电路接收一个高电平，经过rc电路的延迟，在rc电路输出达到0.9倍第三电压源输出电压值后输出高电平控制驱动模块断开mos管。外部过流电路的延迟作用在于：当发生外部负载端正负母线短路时，首先应熔断负载侧的保险丝，切断当前短路的负载。若直接断开mos管进行断路保护，会造成所有负载均不能正常工作。因此mos管断路保护动作时间应该在保险丝动作之后，此时的动作延迟时间等于外部过流电路的延迟时间。延迟时间t满足以下公式：
[0057][0058]
作为一个可选的实施方式，所述内部过流电路将逻辑选择模块第二输出端直接连接驱动电路第二输入端。采用本发明上述实施方式，当dc/dc升压变换器内部正负母线短路时，逻辑选择模块无延迟地控制驱动模块断开mos管。
[0059]
所述驱动模块用于被延迟模块作用以产生所述mos管驱动信号。在一个实施方式当中，所述驱动模块的功能在于：在接收高电平信号后，产生驱动信号控制mos管关断，实现过流保护。具体而言，所述驱动模块接收延迟模块输出的两路信号；当任意一路为高电平时，所述驱动模块断开所述mos管；当两路信号为低电平时，所述驱动模块接通所述mos管。换而言之，所述驱动模块第一输入和第二输入端任意一路为高电平时，驱动模块断开所述mos管；当两路信号为低电平时，驱动模块接通mos管。
[0060]
图2为本发明为宇航用多路并联dc/dc升压变换器过流保护方法的流程图。如图2所示，首先通过所述电压比较模块和电流比较模块采集得到电压第一电压信号v1和第二电
压信号v2。满足第二电压信号v2大于第二电压源电压值v
ref2
的条件下：1)当第一电压信号v1大于第一电压源电压值v
ref1
，经过延迟时间t之后断开mos管进行过流保护；2)当第一电压信号v1小于第一电压源电压值v
ref1
，直接断开mos管进行过流保护。
[0061]
在本技术提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的技术内容，可以通过其他的方式实现。其最终，以上所描述的实施方式仅仅是示意性的，例如所述的多个电路和器件可以结合或集成到另一个电路，或一些器件可以省略，或可以添加一些器件。