一种输出短路保护电路、变换器的控制方法及变换器技术

技术编号:21690159 阅读:35 留言:0更新日期:2019-07-24 15:48
本发明专利技术公开了一种输出短路保护电路、变换器的控制方法及变换器,所述的短路保护电路包括:自启动监测电路以及由工作时序电路、休眠时序电路和逻辑电路组成的自适应打嗝保护电路;自启动监测电路监测芯片自启动的时序信号,输出自启动监测信号,保证芯片短路时的工作时间等于或大于芯片自启动所需时间;工作时序电路根据自启动监测信号、短路监测信号和时钟信号的时序进行计算,自适应调节芯片短路时的工作时间;休眠时序电路产生芯片短路时的固定休眠时间;逻辑电路根据工作时序电路和休眠时序电路的输出时序,产生自适应短路打嗝信号,控制系统的功率级和其它电路。本发明专利技术在保证芯片可以正常启动的前提下,能尽可能的降低平均短路功耗。

An Output Short Circuit Protection Circuit, Control Method of Converter and Converter

【技术实现步骤摘要】
一种输出短路保护电路、变换器的控制方法及变换器
本专利技术涉及集成电路
,具体涉及一种开关电源变换器的输出短路保护电路及其实现方法。
技术介绍
随着电力电子产品的需求和半导体技术的发展,集成电路(IC)在电力电子产品中的重要性越来越高,在开关电源等领域的应用也越来越广泛。尤其是近年来在大功率输出的模块电源产品中,为了增大电源的功率密度和集成更多功能,对产品中的IC性能功能及可靠性要求也越来越高。在这些电源产品IC中,输出短路保护是一种基本且必需的功能,它要求对应IC具有低的短路功耗和高的可靠性。在现今的开关电源的应用中,大部分控制IC和变换器IC是通过以下两种方法来实现输出短路保护的:一、当芯片检测到输出处于短路状态时,会控制系统降低开关频率,同时降低此时的电流限制值来保证芯片不被损坏;二、采用短路打嗝(Hiccup)保护的方式,短路打嗝就是说开关电源在输出短路故障情况下,开关电源芯片工作一段时间(Ton)试图恢复启动,然后进入休眠状态停止工作一段时间(Toff),如果短路状态没有恢复,再进入Ton状态,如此反复不断循环这一过程直至短路状态恢复。传统的短路保护电路结构如图1。包括功率驱动及输出级、短路检测、振荡器、电流限制和逻辑电路;短路检测通过将功率驱动及输出级的反馈电压和一个基准电压比较,来监测当前是否处于短路状态,产生短路标识信号(与下文的“短路监测信号”含义相同),然后分别进入振荡器和电流限制电路实现降频和降电流限制值的功能。这种方式的缺点在于电路在短路状态下一直处于开关状态,导致芯片处于大短路功耗工作状态之下,易造成芯片迅速升温可靠性减低而损坏。为了改善以上缺点,出现了改进型短路保护电路,即短路打嗝保护(Hiccup)模式结构,如图2。图2中用短路打嗝保护电路(Hiccup)取代了图1中的振荡器和电流限制,其工作原理不同之处在于:短路标识信号进入短路打嗝保护电路(Hiccup),Hiccup电路的输出信号经过逻辑电路控制功率驱动及输出级,在短路时控制芯片在Ton时间内工作,Toff时间内停止工作,和之前的传统短路保护电路相比,Hiccup模式由于间歇性开关工作而明显降低了芯片的短路功耗。我们定义D为单个短路打嗝周期内芯片工作的时间Ton和短路打嗝周期T的比值,Toff为芯片休眠停止工作的时间。即:T=Ton+Toff然而,Hiccup模式保护电路虽然明显降低了芯片的的短路功耗,但也存在缺点,如下:由于芯片设计完成并流片出来后,打嗝占空比D是固定的,不能进行调节,所以一般为了降低短路功耗,设计者会希望把打嗝占空比D设计的越小越好。但是由于目前集成电路的制程原因很难在工艺漂移及电压温度变化等基础上把Ton做的非常精准,所以当D值小,即Ton时间较短时,如果出现较大偏差的话,就有可能出现短路不能正常恢复启动的风险。如果为了克服以上D值小导致的短路不能正常恢复启动的风险,把打嗝占空比D设计大一些的话,又会导致短路功耗较大,芯片短路时的可靠性降低,尤其是在大功率电源产品的应用中。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术要解决的技术问题是,提供一种输出短路保护电路,在各种应用和芯片生产工艺漂移的条件下,尽量降低短路功耗又能确保芯片没有短路恢复的启动风险;同时,本专利技术还提供应用该短路保护电路的变换器的控制方法及应用该短路保护电路的变换器。为解决上述技术问题,本专利技术提供的技术方案如下:一种输出短路保护电路,包括自启动监测电路和自适应短路打嗝保护电路;自启动监测电路用来监测芯片自启动的时序信号,输出自启动监测信号,保证在芯片短路时的工作时间Ton等于或大于芯片自启动所需的时间;自适应打嗝保护电路包括工作时序电路、休眠时序电路和逻辑电路;工作时序电路根据自启动监测信号、短路监测信号和时钟信号的时序进行计算,自适应调节芯片短路时的工作时间Ton;休眠时序电路产生芯片短路时的固定休眠时间Toff;逻辑电路则根据工作时序电路和休眠时序电路的输出时序,产生自适应短路打嗝信号,去控制系统的功率级和其它电路。作为自启动监测电路的一种具体的实施方式,其特征在于:包括复制电路、缓冲器和失调补偿及调节电路;来自系统的自启电压经过复制电路,得到和自启电压相同爬升时间但时序周期不同的电压信号,这个电压信号输入至缓冲器的正相端,缓冲器的输出端输出自启动监测信号;缓冲器的输出端还经过失调补偿及调节电路连接至自身的负相端,失调补偿及调节电路的作用有二,一是补偿系统及电路本身引起的失调电压,二是人为的调节缓冲器的失调电压,使缓冲器输出端的电压在正相端输入电压的基础上留有一定的裕量;自启动监测电路还包括触发电路和N型MOS管MN1,当启动监测电路不需要工作时,触发电路输出高电平会通过N型MOS管MN1拉低自启动监测信号。优选地,缓冲器输出端的电压在正相端输入电压的基础上留有的裕量为0~100mV。作为工作时序电路的一种具体的实施方式,其特征在于:包括比较器、上电判断电路、Ton置位电路、Ton触发器和Ton复位电路;来自系统的短路监测信号通过Ton置位电路得到Ton置位信号,该Ton置位信号控制Ton触发器的置位端决定Ton触发器的开始时序;自启动监测信号与基准信号分别输入至比较器的正相端和负相端,当自启动监测信号达到基准信号的电压时,比较器输出端输出的模拟启动信号变为高电平,与上电判断电路输出端的输出共同输入至Ton复位电路,产生Ton复位信号控制Ton触发器的复位端,决定Ton触发器的终止时序;这里上电判断电路是用来判断芯片初次上电的,屏蔽由于芯片初次上电而误认为的短路状态;Ton触发器在时钟信号、Ton置位信号和Ton复位信号共同作用下,输出代表短路状态下工作时间的Ton持续信号。作为休眠时序电路的一种具体的实施方式,其特征在于:包括Toff自校准电路、Toff置位电路和Toff计数器;Ton持续信号经过Toff置位电路得到Toff置位信号,该Toff置位信号控制Toff计数器的置位端决定计数器开始计数;Toff计数器计数固定时间;Toff自校准电路利用一定时间周期中内部时钟和外部时钟的计数比较,产生Toff自校准信号,对Toff计数器中的时钟周期进行微调;Toff计数器输出代表短路状态下休眠时间的Toff持续信号。优选地,Toff计数器计数的固定时间为50~100ms。作为逻辑电路的一种具体的实施方式,其特征在于:包括两个脉冲产生器和一个RS触发器,Ton持续信号和Toff持续信号分别经过一个脉冲产生器,得到一定脉冲宽度的复、置位信号,输入至RS触发器,得到自适应短路打嗝信号。对应地,应用上述输出短路保护电路的变换器的控制方法为:当短路监测信号翻转,提示系统输出进入短路状态时,电路进入短路状态,在工作时间Ton时间段内,内部自启动监测电路开始工作,系统启动信号开始缓慢上升,同时电路也在实时输入短路监测信号;一方面,系统输出电压在系统启动信号上升到最终的目标电压值这个过程中,如果检测到短路恢复信号使能,则系统启动信号被拉低,重新开始真正的启动并恢复正常工作,如果未检测到短路恢复信号使能,则电路进入休眠状态,系统启动信号被迅速拉低并保持;另一方面,如果系统在休眠时间Toff时间段内短路状态恢复,则电路持续当前周期既定的休眠时间Toff本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种输出短路保护电路,包括自启动监测电路和自适应短路打嗝保护电路;自启动监测电路用来监测芯片自启动的时序信号,输出自启动监测信号,保证在芯片短路时的工作时间Ton等于或大于芯片自启动所需的时间;自适应打嗝保护电路包括工作时序电路、休眠时序电路和逻辑电路;工作时序电路根据自启动监测信号、短路监测信号和时钟信号的时序进行计算,自适应调节芯片短路时的工作时间Ton;休眠时序电路产生芯片短路时的固定休眠时间Toff;逻辑电路则根据工作时序电路和休眠时序电路的输出时序,产生自适应短路打嗝信号,去控制系统的功率级和其它电路。

【技术特征摘要】
1.一种输出短路保护电路,包括自启动监测电路和自适应短路打嗝保护电路;自启动监测电路用来监测芯片自启动的时序信号,输出自启动监测信号,保证在芯片短路时的工作时间Ton等于或大于芯片自启动所需的时间;自适应打嗝保护电路包括工作时序电路、休眠时序电路和逻辑电路;工作时序电路根据自启动监测信号、短路监测信号和时钟信号的时序进行计算,自适应调节芯片短路时的工作时间Ton;休眠时序电路产生芯片短路时的固定休眠时间Toff;逻辑电路则根据工作时序电路和休眠时序电路的输出时序,产生自适应短路打嗝信号,去控制系统的功率级和其它电路。2.根据权利要求1所述的输出短路保护电路,其特征在于:自启动监测电路包括复制电路、缓冲器和失调补偿及调节电路;来自系统的自启电压经过复制电路,得到和自启电压相同爬升时间但时序周期不同的电压信号,这个电压信号输入至缓冲器的正相端,缓冲器的输出端输出自启动监测信号;缓冲器的输出端还经过失调补偿及调节电路连接至自身的负相端,失调补偿及调节电路的作用有二,一是补偿系统及电路本身引起的失调电压,二是人为的调节缓冲器的失调电压,使缓冲器输出端的电压在正相端输入电压的基础上留有一定的裕量;自启动监测电路还包括触发电路和N型MOS管MN1,当启动监测电路不需要工作时,触发电路输出高电平会通过N型MOS管MN1拉低自启动监测信号。3.根据权利要求2所述的输出短路保护电路,其特征在于:缓冲器输出端的电压在正相端输入电压的基础上留有的裕量为0~100mV。4.根据权利要求1所述的输出短路保护电路,其特征在于:工作时序电路包括比较器、上电判断电路、Ton置位电路、Ton触发器和Ton复位电路;来自系统的短路监测信号通过Ton置位电路得到Ton置位信号,该Ton置位信号控制Ton触发器的置位端决定Ton触发器的开始时序;自启动监测信号与基准信号分别输入至比较器的正相端和负相端,当自启动监测信号达到基准信号的电压时,比较器输出端输出的模拟启动信号变为高电平,与上电判断电路输出端的输出共同输入至Ton复位电路,产生Ton复位信号控制Ton触发器的复位端,决定Ton触发器的终止时序;这里上电判断电路是用来判断芯片初次上电的,屏蔽由于芯片初次上电而误认为的短路状态;Ton触发器在时钟信号、Ton置位信号和Ton复位信号共同作用下,输出代表短路状态下工作时间的Ton持续信号。5.根据权利要求4所述的输出短路保护电路,其特征在于:休眠时序电路包括Toff自校准电路、Toff置位电路和Toff计数器;Ton持续信号经过Tof...

【专利技术属性】
技术研发人员:郭晓锋马超耿玮生
申请(专利权)人:广州金升阳科技有限公司
类型:发明
国别省市:广东,44

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