[发明专利]一种防电流反灌的电路结构

说明书

本发明涉及一种保护电路，具体说是一种防电流反灌的电路结构。它包括功率开关管、比较器和前置驱动电路。功率开关管的IN端与比较器的同相输入端相连，功率开关管的OUT端与比较器的反相输入端相连，比较器的输出端与前置驱动电路适配连接，前置驱动电路与功率开关管适配连接。其特点是还包括运算放大器，运算放大器的反馈端与功率开关管的OUT端相连，运算放大器的电压输入端接输入电压，该输入电压的值低于功率开关管的IN端电压值，运算放大器S1的输出端与前置驱动电路适配连接。该电路结构在正常工作时功耗小，不会出现防反灌失效的问题。

技术领域

本发明涉及一种电源转换输出端和锂电池充电的输入端之间的保护电路，具体说是防电流反灌的电路结构。

背景技术

随着科技的发展，大至新能源汽车，小至无线耳机，都内置了锂电池作为其内部电能的来源。在如此广泛的应用场景下，面对各种复杂的充电环境，需要在电源转换输出端和锂电池充电的输入端之间设置各类保护电路。防止电流反灌也是其中一个关键的保护功能。

目前，常用的防反灌保护结构主要有两类，第一类是在电源转换输出端和锂电池充电端之间增加天然防反灌的功率器件来实现，这类器件的典型代表即为功率级肖特基二极管。第一类防反灌保护结构如图1所示，功率开关管M1可通过前置驱动结构控制其开关状态，功率二极管D1在需要正向开启（IN端高于OUT端电压）时导通，需要防反灌（OUT端高于IN端电压）时关闭。该结构利用了二极管天然正向导通的特性，结构简单。但是二极管正向导通压降较大，正常工作过程中功耗太高。第二类则是搭建一个由驱动模块、功率开关模块、电压采样比较模块组成的控制系统，确保当电池端电压高于电源转换输出端电压时，及时切断功率开关模块，实现防反灌保护。第二类防反灌保护结构如图2所示，它由比较器CMP、前置驱动电路Driver，功率开关管M1组成。其中功率开关管M1由两个相同的MOS管背靠背串联组成，在功率开关管M1截止状态时，可确保双向电流截止。第二类防反灌结构相比第一类结构，选择背靠背MOS管替代第一类中的MOS管+二极管的结构，在正向导通时具有更小的导通压降，更低的导通损耗。将比较器翻转阈值设置为OUT端电压略高于IN端电压，当比较器CMP检测到OUT端电压高于IN端电压时，输出信号给前置驱动电路Driver，关闭功率开关管M1，以实现防反灌的功能。具体工作过程是：如果OUT端电压略高于IN端电压，判定触发防反灌，比较器CMP输出控制信号给前置驱动电路Driver将功率开关管M1关闭。同时将比较器CMP判定阈值调整为OUT端电压略低于IN端电压；当OUT端电压略低于IN端电压时，比较器CMP输出控制信号给前置驱动电路Driver再次将功率开关管M1打开。然而，第二类结构在实际应用中，为了防止误触发防反灌功能（如外界信号干扰导致比较器CMP采集的某个瞬间的OUT端电压值高于IN端电压时），一般会设计比较器翻转阈值迟滞。但是，比较器翻转阈值迟滞导致、从防反灌功能触发至功率开关管M1状态的改变存在一定的延时。延时时间内如果功率开关管M1未能及时关闭，IN端的电压会通过导通的功率开关管M1跟随OUT端的电压升高，从而导致防反灌功能失效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种防电流反灌的电路结构，该电路结构在正常工作时功耗小，不会出现防反灌失效的问题。

为解决上述问题，提供以下技术方案：

本发明的防电流反灌的电路结构包括功率开关管M1、比较器和前置驱动电路。所述功率开关管M1的IN端与比较器的同相输入端相连，所述功率开关管M1的OUT端与比较器的反相输入端相连，比较器的输出端与前置驱动电路适配连接，前置驱动电路与功率开关管M1适配连接，用于驱动功率开关管M1导通。其特点是还包括运算放大器S1，运算放大器S1的反馈端B与功率开关管M1的OUT端相连，运算放大器S1的电压输入端A接输入电压，该输入电压的值低于功率开关管M1的IN端电压值，运算放大器S1的输出端与前置驱动电路适配连接。采用运算放大器闭环负反馈特性，使运算放大器S1的反馈端B的电压跟随电压输入端A的电压，从而确保功率开关管M1的IN端电压始终大于功率开关管M1的OUT端电压。