输出短路的保护方法及保护电路技术

一种输出短路的保护电路，用于控制启动电路给旁路电容C1的充电，来对发生输出短路的开关电源进行间歇检测及重启控制，所述保护电路，具有输入端和关断输出端，输入端用于与启动电路的输出端、旁路电容C1的一端和供电端VDD连接，在开关电源发生输出短路时，由旁路电容经控制器的一次放电过程时间形成检测延时；随后开关电源停止工作，进入休息时间，旁路电容依次进行一次充电过程，二次放电过程及二次充电过程，在旁路电容的二次充电过程完成之前，开关电源不工作；其中，二次放电过程中旁路电容经保护电路进行放电；在旁路电容的二次充电过程完成之时，休息时间结束，保护电路撤销关断信号，重启开关电源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及开关电源，特别涉及开关电源的输出短路的保护方法及保护电路。
技术介绍
在开关电源带较大容性负载启动时，由于电容电压不能突变，其输出电压的建立时间长，控制器需要长时间工作以控制开关电源完成启动。而理论上，输出短路即为带无穷大的电容启动，为了区分容性负载启动和输出短路，通常控制器会直接或间接检测输出电压，若在预设时间(下文称为检测延时)内输出电压仍低于设定值，则判定为输出短路。若无特殊说明，本文提及的“短路”亦为开关电源的输出短路，“输出电压”亦为开关电源的输出电压，“电源”亦为开关电源。为了满足容性负载要求，这个检测延时约为80ms～160ms，在某些应用中甚至需要长达400ms，因此即使短路故障已经发生，开关电源也要在检测延时内持续工作，这就会产生热量；而在大多数应用场合下，要求开关电源能在短路故障排除后自动恢复正常工作，即要求开关电源间歇检测输出，因此在检测延时内工作的情况会多次发生直至故障排除；若开关电源停止工作的时间(下文称为休息时间)不足，则产生的热量会发生堆积，使开关电源过热损坏。为了避免开关电源过热损坏，达到短路保护的目的，前人做出了相当的多努力。如图1所示，电源输出短路后，辅助绕组无法给控制器供电，旁路电容C1放电以维持控制器工作，电容C1电压下降直至控制器欠压，停止输出驱动信号，开关电源停止工作；启动电路以较小的充电电流给旁路电容C1充电，让控制器重新启动，输出驱动信号，开关电源重新工作。此方法正是利用小电流充电时间长的原理来加长休息时间以给开关电源散热，但同时也加长了电源的启动时间。根据电容充放电公式及上述原理可得，上述短路保护方法的检测延时TD和休息时间TRTD=C1·ΔVIRun---(1)]]>TR=C1·ΔVIC---(2)]]>其中，C1为旁路电容C1的电容值，ΔV为控制器的重启动电压阈值与欠压阈值之差，IRun为控制器正常工作所需的电流，IC为启动电路的充电电流。综合(1)和(2)式可得，短路保护下开关电源间歇工作的占空比(下文称为自动重启动占空比)DRSTDRST=TDTD+TR=ICIC+IRun---(3)]]>由(3)式可以看出，在充电电流IC较小(例如IC＝80uA)的应用，上述方法可以获得较小的自动重启动占空比DRST，以实现开关电源充分散热，但是充电电流小又会带来启动时间长的弊端。在对启动时间要求严苛的应用中，电源厂商会采用大的充电电流(如IC≥IRun)来启动控制器，若沿用上述短路保护方法，则自动重启动占空比将大于50％，可能会使开关电源在短路故障时无法充分散热，进而因热量堆积而过热损坏。这就限制了这种方法的应用。除上述短路保护方法外，还有些控制器是通过输出电压反馈电路间接检测输出电压，若检测值低于设定阈值，则通过计时器计时来设定检测延时和休息时间以完成与上述类似的短路保护过程。一般的，较为可靠的自动重启动占空比小于20％，而基于容性负载能力的考虑，检测延时的设计值约为80ms～160ms；基于散热的考虑，休息时间相应的设计值约为1s～2s；而控制器内部振荡器频率一般在kHz的数量级，例如在AC输入的应用场合中，控制器振荡器频率为80kHz，即周期为12.5us，因此要实现检测延时和休息时间，计时器需要基于振荡器周期完成80000倍的计时，若计时器是用D触发器设计的，则需要16～17个D触发器。这些D触发器及其所需的连线面积会大大增加控制器的面积，进而增加控制器成本，特别是在可集成700V启动电路的工艺中，这些工艺的特征尺寸一般为0.8um～1um，增加的面积会更多。而且这种方法限定了检测延时，也就限定最大的容性负载，进而限制了控制器的应用范围。综上所述，为了提高短路保护的可靠性，扩展控制器的应用范围，同时还要最小化控制器面积，降低成本，就需要设计一种新型的短路保护电路。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题1、提供一种短路保护方法，通过简单地设计就能得到合适的检测延时和休息时间，同时又兼具电路面积小，应用范围广等优点。2、提供一种应用上述短路保护方法的保护电路。(二)技术方案本专利技术解决上述第一个技术问题的技术方案是：一种输出短路保护方法，包括如下步骤：在开关电源发生输出短路时，使旁路电容经控制器进行的放电过程时间即为自动重启动占空比的检测延时；可见本专利技术可以通过旁路电容来设计检测延时，以扩展控制器的应用范围；在保护电路撤销关断信号之前，通过保护电路为旁路电容形成放电通路，以使旁路电容放电、充电，在供电端VDD产生高低交替变化的电压，进而使旁路电容在与检测延时的放电过程相交替的充电过程至隔周期的充电过程时间即为自动重启动占空比的休息时间。作为本专利技术的进一步改进，所述自动重启动占空比的休息时间，在与检测延时的放电过程相交替的充电过程至隔周期的充电过程的时间总长，是开始于旁路电容经控制器的放电过程完成之时，包括一个旁路电容的充电过程时间和延迟时间，延迟时间通过对旁路电容的充放电过程的周期数进行计数来设定。作为本专利技术的进一步改进，自动重启动占空比的休息时间，通过对旁路电容的充电过程进行两次计数来设定，即包括一个旁路电容的充电过程时间和一个旁路电容的充放电全过程时间。所述的休息时间以检测延时的结束时间来开始，并通过计数方式来设定时间长度，即自动重启动占空比的具体设定包括如下步骤，作为本专利技术的进一步改进，在开关电源发生输出短路时，由旁路电容经控制器的一次放电过程时间形成检测延时；随后进入休息时间，开始旁路电容的一次充电，在旁路电容的一次充电过程完成之前，计数器输出维持为高电平；在旁路电容的一次充电过程完成之时，计数器进位，计数器输出翻转为低电平；随之旁路电容开始二次放电过程及二次充电过程，在旁路电容的二次充电过程完成之前，计数器输出维持为低电平；其中，二次放电过程中旁路电容经保护电路进行放电；在旁路电容的二次充电过程完成之时，计数器计数，计数器输出翻转为高电平，休息时间结束，保护电路撤销关断信号，重启开关电源。开关电源可以利用休息时间来充分散热，避免过热损坏，即使启动电路的充电电流很大，开关电源也有足够的时间进行散热。若开关电源输出短路故障未排除，则旁路电容又返回到一次放电过程，保护电路重复上述过程，周而复始直至故障排除。因此开关电源在故障排除之后能自动地恢复正常输出。作为本专利技术的进一步改进，所述自动重启占空比，遵循的比例关系，由工作电流IRun、充电电流IC以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输出短路的保护方法，其自动重启动占空比的设定包括如下步骤，在开关电源发生输出短路时，使旁路电容经控制器进行的放电过程时间即为自动重启动占空比的检测延时；在保护电路撤销关断信号之前，通过保护电路为旁路电容形成放电通路，以使旁路电容的放电、充电在供电端VDD产生高低交替变化的电压，进而以旁路电容在与检测延时的放电过程相交替的充电过程至隔周期的充电过程时间作为自动重启动占空比的休息时间。

【技术特征摘要】
1.一种输出短路的保护方法，其自动重启动占空比的设定包括如下步骤，
在开关电源发生输出短路时，使旁路电容经控制器进行的放电过程时间即为自动重启
动占空比的检测延时；
在保护电路撤销关断信号之前，通过保护电路为旁路电容形成放电通路，以使旁路电
容的放电、充电在供电端VDD产生高低交替变化的电压，进而以旁路电容在与检测延时的
放电过程相交替的充电过程至隔周期的充电过程时间作为自动重启动占空比的休息时间。
2.根据权利要求1所述的输出短路的保护方法，其特征在于：所述自动重启动占空比
的休息时间，在与检测延时的放电过程相交替的充电过程至隔周期的充电过程的时间总长，
是开始于旁路电容经控制器的放电过程完成之时，包括一个旁路电容的充电过程时间和延
迟时间，延迟时间通过对旁路电容的充放电过程的周期数进行计数来设定。
3.根据权利要求1所述的输出短路的保护方法，其特征在于：所述自动重启动占空比
的休息时间，通过对旁路电容的充电过程进行两次计数来设定，即包括一个旁路电容的充
电过程时间和一个旁路电容的充放电全过程时间。
4.根据权利要求1中任一项所述的输出短路的保护方法，其特征在于：所述自动重启
动占空比的休息时间，以检测延时的结束时间来开始，并通过计数方式来设定时间长度，
即自动重启动占空比的具体设定包括如下步骤，
在开关电源发生输出短路时，由旁路电容经控制器的一次放电过程时间形成检测延时；
随后进入休息时间，开始旁路电容的一次充电，在旁路电容的一次充电过程完成之前，
计数器输出维持为高电平；
在旁路电容的一次充电过程完成之时，计数器进位，计数器输出翻转为低电平；随之
旁路电容开始二次放电过程及二次充电过程，在旁路电容的二次充电过程完成之前，计数
器输出维持为低电平；其中，二次放电过程中旁路电容经保护电路进行放电；
在旁路电容的二次充电过程完成之时，计数器计数，计数器输出翻转为高电平，休息
时间结束，保护电路撤销关断信号，重启开关电源。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的输出短路的保护方法，其特征在于：所述自动
重启占空比，遵循的比例关系，由工作电流IRun、充电电流IC以及保护电路的工作电流IS决定，具体遵循如下关系表达式：
DRST=TDTD+TR=ISIS+IRun·IC2-IS2(IC-IS)2.]]>6.一种输出短路的保护电路，用于控制启动电路给旁路电容C1的充电，来对发生输
出短路的开关电源进行间歇检测及重启控制，其特征在于：所述保护电路，具有输入端和
关断输出端，输入端用于与启动电路的输出端、旁路电容C1的一端和供电端VDD连接，
在开关电源发生输出短路时，使旁路电容经控制器进行的放电过程时间即...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐盛斌，符威，
申请(专利权)人：深圳南云微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44