[發明專利]一種內置過流保護控制電路的降壓轉換器

有效

• 申請號: 202010885819.6
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112019051B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 董淵;李響;蔡勝凱;張軍;莊健
• 申請（專利權）人: 無錫英迪芯微電子科技股份有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M1/088;H02H7/12
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 過顧佳;聶啟新

本發明公開了一種內置過流保護控制電路的降壓轉換器，涉及電源管理技術領域，該降壓轉換器內置的過流保護控制電路包括上管過流比較器、下管過流比較器以及下管比較控制邏輯，上管過流比較器和下管過流比較器分別用于將驅動上管和驅動下管的電流與各自對應的閾值作比較，從而可以同時監測驅動上管和驅動下管的電流；下管比較控制邏輯在驅動下管開啟且監測到驅動下管的電流超過對應閾值時屏蔽上管開啟信號，直到異常解除時正常調制，從而可以避免在短路或者持續過流期間因為驅動上管的最小占空比導通而對電感的持續充電使得電感電流失控對芯片造成的損傷，對驅動開關管實現更好的保護，滿足實際使用中對功能安全性和可靠性的需求。

技術領域

本發明涉及電源管理技術領域，尤其是一種內置過流保護控制電路的降壓轉換器。

背景技術

在消費電子和汽車電子中，用電端的能量都來源于電池端，電池端提供的電壓范圍約為8～20V，而用電端通常為LED燈珠、傳感器芯片、接口芯片和主控芯片等，這些不同規格的電子元器件和芯片對電源的要求各不相同、工作電壓范圍約為3～5V，因此需要使用BUCK(降壓轉換器)芯片將電池端電壓降至用電端的額定工作電壓為其供電。

但在汽車電子中，電池端的輸出并不是一個穩定的電壓，特別是在發動機剛啟動或是工作狀態發生驟變時，電池端的電壓會有很大的波動，或是在一些故障模式中，輸出會有突然短路或瞬間大電流的風險，這就對BUCK芯片的功能安全提出了很高的要求，因此過流保護的穩定性和可靠性就顯得尤為重要。

為了避免在輸出有大電流時對電源芯片產生損壞，降壓轉換器通常會在電路加入過流保護電路，現有的內置過流保護電路的降壓轉換器的電路結構如圖1所示，降壓轉換器主要包括驅動控制器DRIVER、驅動上管MN1、驅動下管MN2、模擬負反饋調制電路PWM_REG、脈沖電路ONE-SHOT、PWM邏輯控制電路PWM_LOGIC以及過流比較器COMP1。PWM_REG是BUCK芯片內部的模擬負反饋調制電路，VREF是BUCK芯片輸出電壓的參考電壓，VOUT是BUCK芯片輸出電壓，PWM_REG通過模擬負反饋調制輸出占空比為D的方波信號PWM_OUT使得VOUT＝VREF。COMP1為過流比較器，I_HS_SNS是驅動上管MN1的采樣電流信號，I_REF是驅動上管MN1的采樣電流信號對應的過流閾值，當I_HS_SNSI_REF時表示MN1電流過大，COMP1輸出為1。PWM_REG輸出的方波信號與COMP1的輸出經過或門OR1的或操作后輸入到PWM_LOGIC的一個輸入端，ONE-SHOT用于將占空比為50％的時鐘信號CLOCK轉化為脈沖時鐘信號CLK_OS后輸入到PWM_LOGIC的另一個輸入端，其作用是利用高脈沖信號觸發NOR2，從而使INV1輸出為1，當INV1輸出為1時驅動上管MN1導通、驅動下管MN2關斷，輸入電源給電感L1充電。COMP1或者PWM_REG輸出為1時，OR1輸出為1，此時當CLK_OS為0時，INV1輸出為0，從而使得MN1關斷、MN2導通，電感L1放電，因此COMP1檢測到MN1電流過大時會輸出1使MN1關斷，達到過流保護的目的。

但上述圖1所示結構的BUCK芯片在實際應用中存在如下問題，導致無法滿足實際應用對安全性和可靠性的需求：

(1)驅動上管MN1的最小導通時間為CLK_OS信號的脈寬，當輸出短路時，MN1發生過流而關斷，但是在下個周期來臨的時候，MN1仍然會被CLK_OS打開使電感L1充電，這樣就會使得電感L1上的DC電流值逐周期加大，最終使得開關管MN1和MN2損壞。

(2)圖1這種結構可以對驅動上管MN1進行保護，但無法對驅動下管MN2進行實時保護，從而增大了MN2因為瞬間大電流而損壞的風險。

發明內容

本發明人針對上述問題及技術需求，提出了一種內置過流保護控制電路的降壓轉換器，本發明的技術方案如下：