一种短路判定和计时控制方法及电路技术

本发明专利技术公开了一种短路判定和计时控制方法及电路，本申请的短路判定和计时控制方法为通过区分短路、启机过流和稳态过流判定，设计控制计时策略，实现推挽式或全桥式变换器的短路温升控制与容性负载能力的兼顾，即实现短路状态下计时短，控制温升小；大容性负载导致的过流状态下计时延长，保证较高的容性负载能力。对应地，本发明专利技术的短路判定和计时控制电路包括检测和传输模块、比较模块、逻辑控制和驱动模块、休息计时模块。

【技术实现步骤摘要】
一种短路判定和计时控制方法及电路
本专利技术涉及开关型变换器，特别涉及全桥式、推挽式变换器中短路与过流判定及相应的计时控制。
技术介绍
定压电源模块常采用全桥式变换器和推挽式变换器拓扑，具有结构简单，效率高，体积小等优势，应用广泛。但是现有大部分定压电源模块的不足为无保护功能，如在短路下会有大电流流经功率管，易损坏开关器件。基于此，定压电源模块逐步趋向集成化，即通过驱动IC来控制定压模块的工作，如图1，并且可在驱动IC中集成短路保护功能和过温保护功能，以改善传统定压电源模块的不足，增强系统的可靠性。一篇公开号为CN201910852638，专利技术名称为《一种全桥变换器的控制方法及控制器》的中国专利技术专利，公开了一种全桥变换器的控制方法，该专利技术通过采用功率管的漏极压降，与短路保护阈值比较，进行短路判定与保护，在短路下通过限定功率管栅压以实现功率管的限流驱动。该控制方法通过“限流驱动+计时检测+打嗝保护”的方式来折中解决容性负载，启机限定电流设定与短路发热问题。对固定启机限定电流Ist和计时时间Td，原副边匝比为Np:Ns，定压系统可带容性负载值参考如下公式。现有技术的缺陷为：将判定短路保护和过流保护的阈值设置为同一个阈值，未对短路状态与过流状态做实际区分。实际上，在短路或带极大容性负载启机时，输出电压几乎为零，由于原边绕组被副边钳位，导致输出电压几乎全部落在功率管上，功率管长时间工作在饱和区，流经的饱和电流非常大，导致功率管的温升很大。若计时时间Td较长，很容易使芯片提前进入过温保护状态，不能正常触发短路保护，这种情况在芯片工作在高温下会更加恶劣。而发生启机过流时，输出电压实际上已经建立了一部分，落在功率管上的压降较小，在计时时间Td内可以正常触发短路保护。通过上述公式可以看出，为了兼顾容性负载，计时时间Td通常需设置较长，而较长的计时时间与短路发热问题是相互矛盾的，设计时在此问题上的计时时间选取往往难以折中。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决现有技术存在的不足，提供一种短路判定和计时控制方法及电路，通过区分短路和过流判定及设计控制计时策略，实现定压模块的短路温升控制与容性负载能力的兼顾。实现短路状态下计时短，控制温升小；大容性负载导致的过流状态下计时延长，保证较高的容性负载能力。为解决上述技术问题，本专利技术提供的短路判定和计时控制方法技术方案如下：一种短路判定和计时控制方法，用于推挽式或全桥式变换器中功率管的驱动控制，包括如下步骤：检测和传输步骤：采样每个功率管在导通期间的漏极压降，并分别在每个功率管导通期间进行传输；比较步骤：将漏极压降和短路阈值电压、启机过流阈值电压和稳态过流阈值电压分别进行实时比较，并输出比较结果信号；短路阈值电压、启机过流阈值电压、稳态过流阈值电压大小关系为：短路阈值电压＞启机过流阈值电压＞稳态过流阈值电压；逻辑控制和驱动步骤：根据比较结果信号来选择计时方式并切换功率管的驱动方式：(1)当漏极压降高于或等于短路阈值电压时，判定发生短路，进行短路计时，在短路计时时间内功率管进入限流驱动；(2)当漏极压降高于或等于启机过流阈值电压且低于短路阈值电压时，判定发生启机过流，进行过流计时，在过流计时时间内功率管进入限流驱动；(3)当漏极压降高于或等于稳态过流阈值电压且低于启机过流阈值电压时，判定发生稳态过流，进行过流计时，在过流计时时间内功率管进入限流驱动；(4)当漏极压降低于稳态过流阈值电压时，无需计时，控制功率管充分驱动；短路计时时间和过流计时时间的大小关系为：过流计时时间＞短路计时时间；当没有产生计时时间时，重复上述三个步骤；当产生了计时时间时，在计时时间结束时，只要漏极压降持续高于或等于稳态过流阈值电压，就会控制变换器选择进入休息模式，开启休息计时，休息计时结束后控制变换器再次启机，然后再执行上述三个步骤。作为上述短路判定和计时控制方法的改进，其特征在于：在逻辑控制和驱动步骤还增加过温保护判定，当变换器中控制芯片的温度达到设定温度时，判定发生过温，开启过温计时；对应地，在过温计时结束时，还需要判断变换器中控制芯片的温度是否持续高于或等于设定温度，如果高于也会控制变换器选择进入休息模式，开启休息计时，休息计时结束后控制变换器再次启机，然后再执行检测和传输步骤、比较步骤，以及逻辑控制和驱动步骤。优选地，过温计时时间为零。优选地，设定温度为变换器中控制芯片的最高过温保护点。对应地，本专利技术提供的短路判定和计时控制电路技术方案如下：一种短路判定和计时控制电路，用于推挽式或全桥式变换器中功率管的驱动控制，其特征在于，包括检测和传输模块、比较模块、逻辑控制和驱动模块以及休息计时模块；所述检测和传输模块，用于采样每个功率管在导通期间的漏极压降，并分别在每个功率管导通期间进行传输；所述的比较模块，将漏极压降和短路阈值电压、启机过流阈值电压和稳态过流阈值电压分别进行实时比较，并输出比较结果信号；短路阈值电压、启机过流阈值电压、稳态过流阈值电压大小关系为：短路阈值电压＞启机过流阈值电压＞稳态过流阈值电压；所述逻辑控制和驱动模块，根据比较结果信号来选择计时方式并切换功率管的驱动方式：(1)当漏极压降高于或等于短路阈值电压时，判定发生短路，进行短路计时，在短路计时时间内功率管进入限流驱动；(2)当漏极压降高于或等于启机过流阈值电压且低于短路阈值电压时，判定发生启机过流，进行过流计时，在过流计时时间内功率管进入限流驱动；(3)当漏极压降高于或等于稳态过流阈值电压且低于启机过流阈值电压时，判定发生稳态过流，进行过流计时，在过流计时时间内功率管进入限流驱动；(4)当漏极压降低于稳态过流阈值电压时，无需计时，控制功率管充分驱动；短路计时时间和过流计时时间的大小关系为：过流计时时间＞短路计时时间；所述休息计时模块，判断逻辑控制和驱动模块产生的计时时间是否结束，并在计时时间结束时，只要判断出漏极压降持续高于或等于稳态过流阈值电压，就会控制变换器选择进入休息模式，开启休息计时，休息计时结束后控制变换器再次启机。作为检测和传输模块的一种具体的实施方式，其特征在于：包括传输门1和传输门2；传输门1的输入端用于输入功率管一的漏极压降，控制端用于输入功率管一的栅极驱动信号，输出端用于将功率管一的漏极压降输出；传输门2的输入端用于输入功率管二的漏极压降，控制端用于输入功率管二的栅极驱动信号，输出端用于将功率管二的漏极压降输出。作为比较模块的一种具体的实施方式，其特征在于：包括短路判定比较器CMP1、启机过流判定比较器CMP2和稳态过流判定比较器CMP3；短路判定比较器CMP1的正向输入端用于输入检测和传输模块传输过来的漏极电压，负向输入端用于输入短路阈值电压，输出端用于输出短路判定比较结果；启机过流判定比较器CMP2的正向输入端用于输入检测和传输模块传输过来的漏极电压，负向输入端用于输入启机过流阈值电压，输出端用于输出启机过流判定比较结果；稳态过流判定比较器CMP3的正向输入端用于输入检测和传输模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种短路判定和计时控制方法，用于推挽式或全桥式变换器中功率管的驱动控制，包括如下步骤：/n检测和传输步骤：采样每个功率管在导通期间的漏极压降，并分别在每个功率管导通期间进行传输；/n比较步骤：将漏极压降和短路阈值电压、启机过流阈值电压和稳态过流阈值电压分别进行实时比较，并输出比较结果信号；短路阈值电压、启机过流阈值电压、稳态过流阈值电压大小关系为：短路阈值电压＞启机过流阈值电压＞稳态过流阈值电压；/n逻辑控制和驱动步骤：根据比较结果信号来选择计时方式并切换功率管的驱动方式：(1)当漏极压降高于或等于短路阈值电压时，判定发生短路，进行短路计时，在短路计时时间内功率管进入限流驱动；(2)当漏极压降高于或等于启机过流阈值电压且低于短路阈值电压时，判定发生启机过流，进行过流计时，在过流计时时间内功率管进入限流驱动；(3)当漏极压降高于或等于稳态过流阈值电压且低于启机过流阈值电压时，判定发生稳态过流，进行过流计时，在过流计时时间内功率管进入限流驱动；(4)当漏极压降低于稳态过流阈值电压时，无需计时，控制功率管充分驱动；短路计时时间和过流计时时间的大小关系为：过流计时时间＞短路计时时间；/n当没有产生计时时间时，重复上述三个步骤；当产生了计时时间时，在计时时间结束时，只要漏极压降持续高于或等于稳态过流阈值电压，就会控制变换器选择进入休息模式，开启休息计时，休息计时结束后控制变换器再次启机，然后再执行上述三个步骤。/n...

【技术特征摘要】
1.一种短路判定和计时控制方法，用于推挽式或全桥式变换器中功率管的驱动控制，包括如下步骤：
检测和传输步骤：采样每个功率管在导通期间的漏极压降，并分别在每个功率管导通期间进行传输；
比较步骤：将漏极压降和短路阈值电压、启机过流阈值电压和稳态过流阈值电压分别进行实时比较，并输出比较结果信号；短路阈值电压、启机过流阈值电压、稳态过流阈值电压大小关系为：短路阈值电压＞启机过流阈值电压＞稳态过流阈值电压；
逻辑控制和驱动步骤：根据比较结果信号来选择计时方式并切换功率管的驱动方式：(1)当漏极压降高于或等于短路阈值电压时，判定发生短路，进行短路计时，在短路计时时间内功率管进入限流驱动；(2)当漏极压降高于或等于启机过流阈值电压且低于短路阈值电压时，判定发生启机过流，进行过流计时，在过流计时时间内功率管进入限流驱动；(3)当漏极压降高于或等于稳态过流阈值电压且低于启机过流阈值电压时，判定发生稳态过流，进行过流计时，在过流计时时间内功率管进入限流驱动；(4)当漏极压降低于稳态过流阈值电压时，无需计时，控制功率管充分驱动；短路计时时间和过流计时时间的大小关系为：过流计时时间＞短路计时时间；
当没有产生计时时间时，重复上述三个步骤；当产生了计时时间时，在计时时间结束时，只要漏极压降持续高于或等于稳态过流阈值电压，就会控制变换器选择进入休息模式，开启休息计时，休息计时结束后控制变换器再次启机，然后再执行上述三个步骤。


2.根据权利要求1所述的短路判定和计时控制方法，其特征在于：在逻辑控制和驱动步骤还增加过温保护判定，当变换器中控制芯片的温度达到设定温度时，判定发生过温，开启过温计时；对应地，在过温计时结束时，还需要判断变换器中控制芯片的温度是否持续高于或等于设定温度，如果高于也会控制变换器选择进入休息模式，开启休息计时，休息计时结束后控制变换器再次启机，然后再执行检测和传输步骤、比较步骤，以及逻辑控制和驱动步骤。


3.根据权利要求2所述逻辑控制和驱动步骤，其特征在于，过温计时时间为零。


4.根据权利要求2所述逻辑控制和驱动步骤，其特征在于，设定温度为变换器中控制芯片的最高过温保护点。


5.一种短路判定和计时控制电路，用于推挽式或全桥式变换器中功率管的驱动控制，其特征在于，包括检测和传输模块、比较模块、逻辑控制和驱动模块以及休息计时模块；
所述检测和传输模块，用于采样每个功率管在导通期间的漏极压降，并分别在每个功率管导通期间进行传输；
所述的比较模块，将漏极压降和短路阈值电压、启机过流阈值电压和稳态过流阈值电压分别进行实时比较，并输出比较结果信号；短路阈值电压、启机过流阈值电压、稳态过流阈值电压大小关系为：短路阈值电压＞启机过流阈值电压＞稳态过流阈值电压；
所述逻辑控制和驱动模块，根据比较结果信号来选择计时方式并切换功率管的驱动方式：(1)当漏极压降高于或等于短路阈值电压时，判定发生短路，进行短路计时，在短路计时时间内功率管进入限流驱动；(2)当漏极压降高于或等于启机过流阈值电压且低于短路阈值电压时，判定发生启机过流，进行过流计时，在过流计时时间内功率管进入限流驱动；(3)当漏极压降高于或等于稳态过流阈值电压且低于启机过流阈值电压时，判定发生稳态过流，进行过流计时，在过流计时时间内功率管进入限流驱动；(4)当漏极压降低于稳态过流阈值电压时，无需计时，控制功率管充分驱动；短路计时时间和过流计时时间的大小关系为：过流计时时间＞短路计时时间；
所述休息计时模块，判断逻辑控制和驱动模块产生的计时时间是否结束，并在计时时间结束时，只要判断出漏极压降持续高于或等于稳态过流阈值电压，就会控制变换器选择进入休息模式，开启休息计时，休息计时结束后控制变换器再次启机。


6.根据权利要求5所述的短路判定和计时控制电路，其特征在于：检测和传输模块包括传输门1和传输门2；传输门1的输入端用于输入功...

【专利技术属性】
技术研发人员：周阿铖，陈树澍，
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