[發(fā)明專利]一種輸出短路保護(hù)電路、變換器的控制方法及變換器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910368468.9
• 申請(qǐng)日: 2019-05-05
• 公開（公告）號(hào): CN110048374B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭曉鋒;馬超;耿瑋生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州金升陽科技有限公司
• 主分類號(hào): H02H7/12
• 分類號(hào): H02H7/12;H02H3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種輸出短路保護(hù)電路、變換器的控制方法及變換器，所述的短路保護(hù)電路包括：自啟動(dòng)監(jiān)測(cè)電路以及由工作時(shí)序電路、休眠時(shí)序電路和邏輯電路組成的自適應(yīng)打嗝保護(hù)電路；自啟動(dòng)監(jiān)測(cè)電路監(jiān)測(cè)芯片自啟動(dòng)的時(shí)序信號(hào)，輸出自啟動(dòng)監(jiān)測(cè)信號(hào)，保證芯片短路時(shí)的工作時(shí)間等于或大于芯片自啟動(dòng)所需時(shí)間；工作時(shí)序電路根據(jù)自啟動(dòng)監(jiān)測(cè)信號(hào)、短路監(jiān)測(cè)信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)序進(jìn)行計(jì)算，自適應(yīng)調(diào)節(jié)芯片短路時(shí)的工作時(shí)間；休眠時(shí)序電路產(chǎn)生芯片短路時(shí)的固定休眠時(shí)間；邏輯電路根據(jù)工作時(shí)序電路和休眠時(shí)序電路的輸出時(shí)序，產(chǎn)生自適應(yīng)短路打嗝信號(hào)，控制系統(tǒng)的功率級(jí)和其它電路。本發(fā)明在保證芯片可以正常啟動(dòng)的前提下，能盡可能的降低平均短路功耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種開關(guān)電源變換器的輸出短路保護(hù)電路及其實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

隨著電力電子產(chǎn)品的需求和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，集成電路(IC)在電力電子產(chǎn)品中的重要性越來越高，在開關(guān)電源等領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。尤其是近年來在大功率輸出的模塊電源產(chǎn)品中，為了增大電源的功率密度和集成更多功能，對(duì)產(chǎn)品中的IC性能功能及可靠性要求也越來越高。在這些電源產(chǎn)品IC中，輸出短路保護(hù)是一種基本且必需的功能，它要求對(duì)應(yīng)IC具有低的短路功耗和高的可靠性。在現(xiàn)今的開關(guān)電源的應(yīng)用中，大部分控制IC和變換器IC是通過以下兩種方法來實(shí)現(xiàn)輸出短路保護(hù)的：

一、當(dāng)芯片檢測(cè)到輸出處于短路狀態(tài)時(shí)，會(huì)控制系統(tǒng)降低開關(guān)頻率，同時(shí)降低此時(shí)的電流限制值來保證芯片不被損壞；

二、采用短路打嗝(Hiccup)保護(hù)的方式，短路打嗝就是說開關(guān)電源在輸出短路故障情況下，開關(guān)電源芯片工作一段時(shí)間(Ton)試圖恢復(fù)啟動(dòng)，然后進(jìn)入休眠狀態(tài)停止工作一段時(shí)間(Toff)，如果短路狀態(tài)沒有恢復(fù)，再進(jìn)入Ton狀態(tài)，如此反復(fù)不斷循環(huán)這一過程直至短路狀態(tài)恢復(fù)。

傳統(tǒng)的短路保護(hù)電路結(jié)構(gòu)如圖1。包括功率驅(qū)動(dòng)及輸出級(jí)、短路檢測(cè)、振蕩器、電流限制和邏輯電路；短路檢測(cè)通過將功率驅(qū)動(dòng)及輸出級(jí)的反饋電壓和一個(gè)基準(zhǔn)電壓比較，來監(jiān)測(cè)當(dāng)前是否處于短路狀態(tài)，產(chǎn)生短路標(biāo)識(shí)信號(hào)(與下文的“短路監(jiān)測(cè)信號(hào)”含義相同)，然后分別進(jìn)入振蕩器和電流限制電路實(shí)現(xiàn)降頻和降電流限制值的功能。這種方式的缺點(diǎn)在于電路在短路狀態(tài)下一直處于開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)致芯片處于大短路功耗工作狀態(tài)之下，易造成芯片迅速升溫可靠性減低而損壞。

為了改善以上缺點(diǎn)，出現(xiàn)了改進(jìn)型短路保護(hù)電路，即短路打嗝保護(hù)(Hiccup)模式結(jié)構(gòu)，如圖2。圖2中用短路打嗝保護(hù)電路(Hiccup)取代了圖1中的振蕩器和電流限制，其工作原理不同之處在于：短路標(biāo)識(shí)信號(hào)進(jìn)入短路打嗝保護(hù)電路(Hiccup)，Hiccup電路的輸出信號(hào)經(jīng)過邏輯電路控制功率驅(qū)動(dòng)及輸出級(jí)，在短路時(shí)控制芯片在Ton時(shí)間內(nèi)工作，Toff時(shí)間內(nèi)停止工作，和之前的傳統(tǒng)短路保護(hù)電路相比，Hiccup模式由于間歇性開關(guān)工作而明顯降低了芯片的短路功耗。我們定義D為單個(gè)短路打嗝周期內(nèi)芯片工作的時(shí)間Ton和短路打嗝周期T的比值，Toff為芯片休眠停止工作的時(shí)間。

即：

T＝Ton+Toff

然而，Hiccup模式保護(hù)電路雖然明顯降低了芯片的的短路功耗，但也存在缺點(diǎn)，如下：

由于芯片設(shè)計(jì)完成并流片出來后，打嗝占空比D是固定的，不能進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以一般為了降低短路功耗，設(shè)計(jì)者會(huì)希望把打嗝占空比D設(shè)計(jì)的越小越好。但是由于目前集成電路的制程原因很難在工藝漂移及電壓溫度變化等基礎(chǔ)上把Ton做的非常精準(zhǔn)，所以當(dāng)D值小，即Ton時(shí)間較短時(shí)，如果出現(xiàn)較大偏差的話，就有可能出現(xiàn)短路不能正常恢復(fù)啟動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

如果為了克服以上D值小導(dǎo)致的短路不能正常恢復(fù)啟動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，把打嗝占空比D設(shè)計(jì)大一些的話，又會(huì)導(dǎo)致短路功耗較大，芯片短路時(shí)的可靠性降低，尤其是在大功率電源產(chǎn)品的應(yīng)用中。

發(fā)明內(nèi)容