一种输出过流与短路保护电路及包含该电路的开关电源制造技术

本发明专利技术公开了一种输出过流与短路保护电路及包含该电路的开关电源，其中输出过流与短路保护电路包括电流采样放大电路，对其输入的电压信号VCS放大，输出电压信号VOP；过流判断电路，将电压信号VOP与第一基准电压比较，输出第一判断信号；短路判断电路，将电压信号VOP与第二基准电压比较，输出第二判断信号，第二基准电压＞第一基准电压；逻辑或门电路，对第一、第二判断信号进行或运算，输出或运算结果信号；单稳态定时电路，依据或运算结果信号判断是否输出保护触发信号，并在判断为是时维持保护触发信号一预设时长,保护触发信号能触发开关电源进入保护状态。本发明专利技术能实现开关电源在过流与短路时彻底关闭与自动重启，降低异常状态下的功耗。态下的功耗。态下的功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种输出过流与短路保护电路及包含该电路的开关电源


[0001]本专利技术涉及开关电源，特别涉及开关电源的输出过流、短路保护。

技术介绍

[0002]开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
[0003]为了提高开关电源的可靠性，会在开关电源内部设计过流保护电路，其作用为限制开关电源的负载电流不超过设定值，避免因为过流状态持续使得开关电源内部热量积累，从而导致元器件失效，具体地，当开关电源负载端发生短路状态时，如果不对其输出能量进行限制，其巨大的瞬态电流会超过功率半导体器件的规格值，进而导致器件失效。
[0004]图1所示为现有技术的一种输出过流与短路保护电路在开关电源中的应用原理图，该方案在开关电源的电源输出端与负载输出端之间串联功率开关管Q1，通过检测负载端的电流状态，从而确定功率开关管Q1的开通或关闭，实现过流或短路保护，但是此方案存在以下不足：
[0005](1)需要额外在电路串接功率开关管Q1。在低压大电流输出的应用场合，尽管可选用低导通电阻功率开关器件，设I为开关电源设定的最大输出电流，R
DS(ON)
为功率开关管Q1 的导通电阻，由等式：P＝I2*R
DS(ON)
可知，当开关电源的负载输出端发生过流或短路时，功率开关器件Q1产生的热损耗能量是不可忽略的；
[0006](2)在输出高电压小电流的场合，如果负载输出端瞬间发生短路，瞬态的浪涌能量绝大部分由功率开关器件Q1直接承受，功率开关器件Q1将会有失效的风险，从而该方案通常应用在低压电流不大的场合。
[0007]图2为现有的另一种输出过流与短路保护电路在开关电源中的应用原理图，该方案没有额外在电路串接功率开关管，而是通过逐周期限制主功率开关管Q2的占空比的方式来实现开关电源的输出过流与短路保护，具体地，通过采样电阻R1实时检测开关管电流的大小，当采样的阈值大于PWM控制电路(一般会设计为控制芯片)内部设定的基准值时，PWM控制电路自动减少PWM驱动脉冲的占空比，减少开关电源输出能量，从而避免开关电源连续工作产热积累，进而损坏主功率开关管Q2，但是此方案存在以下不足：
[0008](1)在短路或过流的状态时，主功率开关管Q2均没有处于完全关闭的状态，存在一定的损耗；
[0009](2)如果没有前馈补偿机制，输入电压的高低会导致在保护状态下的损耗不一致，同时受变压器个体工艺偏差，保护电流阈值也存在不一致的情况。
[0010]上述两个方案的缺点也决定了其应用场合，通常地，这两个技术方案适用于小功率反激开关电源。
[0011]图3为现有的第三种输出过流与短路保护电路在开关电源中的应用原理图，该方案通过在副边增加电流控制环路对开关电源的主功率开关管Q2进行控制，从而实现了开关
电源的输出过流与短路保护，具体地，在副边增加的电流控制环路，当电流值大于设定的基准值时，PWM控制电路会减少PWM驱动脉冲的占空比。该方案在保护状态下其功耗与输入电压并无关联，即保护时损耗不受输入电压高低的影响，但是该方案在负载输出端出现短路或过流状态时，负载输出端处于恒定电流输出状态，这种保护机制会导致开关电源在异常状态下的损耗较大。

技术实现思路

[0012]有鉴如此，本专利技术要解决的问题是提供一种输出过流与短路保护电路及包含该电路的开关电源，实现开关电源在过流与短路状态下的彻底关闭与自动重启，降低异常状态下的功耗。
[0013]作为本专利技术的第一个方面，提供的输出过流与短路保护电路的技术方案如下：
[0014]作为一种输出过流与短路保护电路的第一种具体的实施方式，应用于开关电源，包括：
[0015]电流采样放大电路，用于对其输入端输入的表征所述的开关电源输出电流大小的电压信号VCS放大，输出电压信号VOP；
[0016]过流判断电路，用于将所述的电压信号VOP与第一基准电压REF1比较，输出第一判断信号VOCP；
[0017]短路判断电路，用于将所述的电压信号VOP与第二基准电压REF2比较，输出第二判断信号VSP，所述的第二基准电压REF2＞所述的第一基准电压REF1；
[0018]逻辑或门电路，用于对所述的第一判断信号VOCP和所述的第二判断信号VSP进行或运算，当VOP＞REF1或VOP＞REF2时，输出或运算结果信号；
[0019]单稳态定时电路，依据所述的或运算结果信号判断是否输出保护触发信号 OCP/SPENABLE，并在判断为是时维持所述的保护触发信号OCP/SPENABLE一预设时长t，所述的保护触发信号OCP/SPENABLE能用于触发所述的开关电源进入保护状态。
[0020]进一步地，所述的过流判断电路包括积分网络，用于消除所述的输出电压信号VOP中的扰动信号。
[0021]进一步地，所述的过流判断电路从输入所述的电压信号VOP到输出所述的第一判断信号VOCP之间的响应时差为t1；所述的短路判断电路从输入所述的电压信号VOP到输出所述的第二判断信号VSP之间的响应时差为t2；所述的t1＞所述的t2。
[0022]作为所述的电流采样放大电路的一种具体的实施方式，包括电阻R2、电阻R4和运放U1A，所述的电阻R4的一端为所述的电流采样放大电路的输入端，输入所述的电压信号VCS，所述的电阻R4的另一端同时连接所述的运放U1A的反相输入端和所述的电阻R2的一端，所述的运放U1A的同相输入端用于接地，所述的运放U1A的输出端和所述的电阻R2的另一端连接在一起作为所述的电流采样放大电路的输出端，输出所述的电压信号VOP。
[0023]作为所述的过流判断电路的一种具体的实施方式，包括电压比较器U2B，所述的电压比较器U2B的同相输入端为所述的过流判断电路的输入端，用于输入所述的电压信号VOP，所述的电压比较器U2B的反相输入端用于输入所述的第一基准电压REF1，所述的电压比较器 U2B的输出端为所述的过流判断电路的输出端，用于输出所述的第一判断信号VOCP。
[0024]作为所述的过流判断电路的一种具体的实施方式，包括电阻R3、电容C2和电压比较器 U2B，所述的电阻R3的一端为所述的过流判断电路的输入端，用于输入所述的电压信号VOP，所述的电阻R3的另一端同时连接所述的电容C2一端和所述的电压比较器U2B的同相输入端，所述的电容C2的另一端用于接地，所述的电压比较器U2B的反相输入端用于输入所述的第一基准电压REF1，所述的电压比较器U2B的输出端为所述的过流判断电路的输出端，用于输出所述的第一判断信号VOCP。
[0025]作为所述的短路判断电路的一种具体的实施方式，包括电压比较器U2A，所述的电压比较器U2A的同相输入端为所述的短路判断电路的输入端，用于输入所述的电压信号VOP，所述的电压比较器U2A的反相输入端用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种输出过流与短路保护电路，应用于开关电源，其特征在于，包括：电流采样放大电路，用于对其输入端输入的表征所述的开关电源输出电流大小的电压信号VCS放大，输出电压信号VOP；过流判断电路，用于将所述的电压信号VOP与第一基准电压REF1比较，输出第一判断信号VOCP；短路判断电路，用于将所述的电压信号VOP与第二基准电压REF2比较，输出第二判断信号VSP，所述的第二基准电压REF2＞所述的第一基准电压REF1；逻辑或门电路，用于对所述的第一判断信号VOCP和所述的第二判断信号VSP进行或运算，当VOP＞REF1或VOP＞REF2时，输出或运算结果信号；单稳态定时电路，依据所述的或运算结果信号判断是否输出保护触发信号OCP/SPENABLE，并在判断为是时维持所述的保护触发信号OCP/SPENABLE一预设时长t，所述的保护触发信号OCP/SPENABLE能用于触发所述的开关电源进入保护状态。2.根据权利要求1所述的输出过流与短路保护电路，其特征在于：所述的过流判断电路包括积分网络，用于消除所述的输出电压信号VOP中的扰动信号。3.根据权利要求1所述的输出过流与短路保护电路，其特征在于：所述的过流判断电路从输入所述的电压信号VOP到输出所述的第一判断信号VOCP之间的响应时差为t1；所述的短路判断电路从输入所述的电压信号VOP到输出所述的第二判断信号VSP之间的响应时差为t2；所述的t1＞所述的t2。4.根据权利要求1至3任一项所述的输出过流与短路保护电路，其特征在于：所述的电流采样放大电路包括电阻R2、电阻R4和运放U1A，所述的电阻R4的一端为所述的电流采样放大电路的输入端，输入所述的电压信号VCS，所述的电阻R4的另一端同时连接所述的运放U1A的反相输入端和所述的电阻R2的一端，所述的运放U1A的同相输入端用于接地，所述的运放U1A的输出端和所述的电阻R2的另一端连接在一起作为所述的电流采样放大电路的输出端，输出所述的电压信号VOP。5.根据权利要求1至3任一项所述的输出过流与短路保护电路，其特征在于：所述的过流判断电路包括电压比较器U2B，所述的电压比较器U2B的同相输入端为所述的过流判断电路的输入端，用于输入所述的电压信号VOP，所述的电压比较器U2B的反相输入端用于输入所述的第一基准电压REF1，所述的电压比较器U2B的输出端为所述的过流判断电路的输出端，用于输出所述的第一判断信号VOCP。6.根据权利要求1至3任一项所述的输出过流与短路保护电路，其特征在于：所述的过流判断电路包括电阻R3、电容C2和电压比较器U2B，所述的电阻R3的一端为所述的过流判断电路的输入端，用于输入所述的电压信号VOP，所述的电阻R3的另一端同时连接所述的电容C2一端和所述的电压比较器U2B的同相输入端，所述的电容C2的另一端用于接地，所述的电压比较器U2B的反相输入端用于输入所述的第一基准电压REF1，所述的电压比较器U2B的输出端为所述的过流判断电路的输出端，用于输出所述的第一判断信号VOCP。7.根据权利要求1至3任一项所述的输出过流与短路保护电路，其特征在于：所述的短路判断电路包括电压比较器U2A，所述的电压比较器U2A的同相输入端为所述的短路判断电
路的输入端，用于输入所述的电压信号VOP，所述的电压比较器U2A的反相输入端用于输入所述的第二基准电压REF2，所述的电压比较器U2A的输出端为所述的短路判断电路的输出端，用于输出所述的第二判断信号VSP。8.根据权利要求1至3任一项所述的输出过流与短路保护电路，其特征在于：所述的逻辑或门包括二极管D1和二极管D2，所述的二极管D1的阳极为所述的逻辑或门的第一输入端，用于输入所述的第一判断信号VOCP，所述的二极管D2的阳极为所述的逻辑或门的第二输入端，用于输入所述的第二判断信号VSP，所述的二极管D1的阴极和所述的二极管D2的阴极连接在一起，作为所述的逻辑或门的输出端，用于输出所述的或运算结果信号。9.根据权利要求1至3任一项所述的输出过流与短路保护电路，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClH零二H七一二，
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：