CN100502189C - 过流检测电路及配置有过流检测电路的电源设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种检测将电流输出到负载(25)的晶体管(2)的过流状态的过流检测电路(35)。该过流检测电路包括：区别启动状态和稳定状态的启动监控部分(31)，监控晶体管(2)的过流状态的过流监控部分(33)，以及检测到负载(25)的输出电压正常或异常的输出电压监控部分(34)。在参考来自启动监控部分(31)和过流监控部分(33)的信息的同时，过流监控部分(31)改变过流检测电平。

Description

过流检测电路及配置有过流检测电路的电源设备
技术领域
本发明涉及电源设备等中使用的过流检测电路。更具体地，本发明涉及配置有将电流输出到负载的开关元件的电源设备等中使用的过流检测电路，并且涉及配置有此类过流检测电路的电源设备。
背景技术
图4是示出了配置有传统过流检测电路的电源设备100的电学结构的示意图。向P-沟道(P型半导体)MOS晶体管(绝缘栅场效应晶体管)101的源电极馈给输入电压Va，并且将其漏极与二极管105的负极、过流检测电路104的输入端、经由电感器106与电容器107的一端以及负载102的一端相连。二极管105的正极、电容器的另一端、以及负载102的另一端接地。
过流检测电路104将MOS晶体管101漏极处的电压与其参考电压相比较，用于检测MOS晶体管101的漏极电流是否是过流(MOS晶体管101的漏极电流是否等于或大于由参考电压所确定的过流检测电平)，并且向控制部分103给出比较结果。控制部分103监控将要施加到负载102的输出电压VL，并且控制MOS晶体管101的栅极处的电压从而使输出电压VL保持恒定。控制部分103也接收过流检测电路104的输出，并且由此识别MOS晶体管101的过流状态。也将输入电压Va馈至控制电路103和过流检测电路104作为其电源电压。
为使电源设备100免于过流，已经提出了三种主要方法(将在下面描述的第一至第三方法)。在第一方法中，一旦检测到过流，然后MOS晶体管就保持截止。为取消截止状态，需要停止输入电压Va的供应并且然后重启其供应。
然而，上述第一方法具有这样的缺点，如果过流保护功能启动的原因在于启动时通过电源设备100的相对较高的电流，输出电压VL变为0V，并且因此电源设备100未能启动(发生启动故障)。此种启动故障特别地发生在负载102具有较大输入电容的情况中。
假设为防止此种启动故障，将在过流检测电路104中设定的过流检测电平如此设置，使其大于涌流(inrush current)的最大值。于是，即使例如由于负载102的变化，与过流检测电平大致相等的电流(最终，与过流检测电平相等的电流)持续通过MOS晶体管101，MOS晶体管101保持导通。例如，这不利地导致不但MOS晶体管101而且二极管105、电感106、以及负载102的损坏(热损坏)，并且因此减小了电源设备100的可靠性。另一方面，为防止对如功率MOS晶体管101、二极管105、电感106(在一些情况中，负载102)等这些部件的损坏，将不得不采用具有较大额定电流的部件。这导致较大的安装面积，并且也导致较高的成本。
第二方法被称作恒流下降法，其中将MOS晶体管101的漏极电流如此控制，使其不超过与输出电压VL值无关的确定电平(即，过流检测电平)。在第二方法中，假定将负载102短路。于是，将MOS晶体管101的漏极电流保持在过流检测电平(或保持在过流检测电平以下)，而不会使MOS晶体管101保持截止状态。采用上述第二方法可以避免第一方法中所观察到的启动故障。
在第三方法中，根据下面列出的专利文件1中所述的预定时间切换运行模式。已公开的是配置有过流保护功能的电源设备，其中，从切换控制部分接收到来自远程开/关端子的电源启动信号时，主切换部分开始运行，检测主切换部分的电流，并且如果检测到过流，过流保护电路运行以便控制切换控制部分。该电源装置配置有定时器电路，所述定时器电路接收到电源启动信号时，在定时器设定时间t1之内发送“过流保护设定值处于过载时期”，并且在定时器设定时间t1结束之后，向过流保护电路输出用于切换到额定输出的信号，即“稳定的过流保护设定值”(例如，见专利文件1)。
专利文件1：JP-A-08-065879
发明内容
发明要解决的问题
大体上，在上述第二方法中，如此设置过流检测电平使其稍微大于或等于启动时通过电源设备的涌流的最大值。这有助于实现电源设备的快速启动而不会引起如第一方法所述的启动故障。然而，如此设置的过流保护电平比稳定状态(其中将输出电压VL稳定在特定目标电压的状态)所需要的大。因此，例如如果在稳定状态中负载102短路，与大于所需的过流检测电平相当的漏极电流持续流过MOS晶体管101。如前所述，这不利地导致电源设备可靠性的减小、较大的安装面积、并且同样导致较高的成本。
另一方面，在专利文件1中描述的传统配置示例中，在定时器设定时间t1结束之后，将用于切换到额定输出的信号“稳定过流保护设定值”馈至过流保护电路。即，在定时器设定时间t1结束之后，将过流保护设定值固定在“稳定过流保护设定值”。
然而，负载所要求的电流在变化，且其一般要与诸如在除了启动之外的时期要求在短时间内(例如几个毫秒)的高强度电流(充电电流)的电容性负载或提取高强度冲击电流的电机之类的负载相连。在专利文件1中描述的传统配置示例中，如果在除了启动之外的时期高强度电流流过其中，过流保护功能运行。这使得输出电压在短时间内不可能达到额定电压(目标电压)，或，取决于保护功能的特性，输出电压变为0V。
如果输出电压未能达到额定电压，即使在短时间内(例如几个毫秒)，对于特别包括微型计算机的负载的稳定操作的影响将是绝对有害的。当图4中示出的传统示例采用上述第二方法且将其过流检测电平设定在不当地较低值时，同样出现在专利文件1中描述的传统配置示例的上述问题，即，“过流保护功能由于在除了启动之外的时期通过高强度电流而运行，即使持续较短的时间，使输出电压不可能达到额定电压”。
考虑到上述传统问题，本发明的目的是提供一种取决于电源设备等的状态可以实现最佳过流保护的过流检测电路。本发明的另一个目的是提供一种配置有此种过流检测电路的电源设备。
解决问题的手段
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提出了一种检测向负载输出电流的开关元件的过流状态的过流检测电路，包括：启动监控部分，所述启动监控部分当过流检测电路开始通电之后经过的时间超过预定时间时输出稳定状态信号，并且所述启动监控部分当过流检测电路开始通电之后经过的时间超过预定时间时小于预定时间时输出启动状态信号，其中所述启动监控部分将稳定状态信号或启动状态信号输出到过流监控部分；过流监控部分，所述过流监控部分能设定两种过流检测电平，其一是第一过流检测电平且以及其二是比第一过流检测电平大的第二过流检测电平，并且所述过流监控部分监控开关元件的过流状态；以及输出电压监控部分，所述输出电压监控部分通过将与输出电压成比例的电压与预定电压相比，检测到负载的输出电压正常还是异常，然后向过流监控部分给出检测结果，其中当与输出电压成比例的所述电压大于所述预定电压时，输出电压为正常，而当与输出电压成比例的所述电压小于所述预定电压时，输出电压为异常。这里，当输出电压异常且输出稳定状态信号时，过流监控部分将第一过流检测电平设定为过流检测电平，以及，当输出电压正常或输出启动状态信号时，过流监控部分将第二过流检测电平设定为过流检测电平。
利用这种结构，当输出电压由于负载的短路等变得异常并且输出稳定状态信号(即设备不处于启动状态)时，将具有相对较小值的第一过流检测电平设定为过流检测电平。因此，由例如开关元件和用于将稳定的电压馈给负载的部件(例如二极管或电感；在图1中，二极管22或电感23)所产生的热变得相对较小，使提高配置有上述过流检测电路的电源设备的可靠性成为可能。
此外，采用具有较小额定电流的部件作为开关元件或用于将稳定的电压供应给负载的部件成为可能。这有助于实现安装面积的减小，同样且实现成本的降低。
在启动时，因为启动监控部分输出启动状态信号，将具有相对较大值的第二过流检测电平设定为过流检测电平。因此，通过适当地设定第二过流检测电平(例如，通过如此设定第二过流检测电平以便其略微大于或几乎等于启动时的涌流的最大值)，可以使输出电压迅速地达到目标电压，而不会遇到如在传统第一方法中所观察到的启动故障。
当输出电压正常时(即，输出电压已经增加得超出特定电压，并且负载没有遇到短路等)，具有相对较大值的第二过流检测电平被设定为过流检测电平。因此，即使当负载是，例如在除了启动之外的时期要求在短时间内(例如几个毫秒)的较高充电电流的电容性负载或提取较高冲击电流的电机时，过流保护操作也不会运行。这消除了暂时(例如几个毫秒)达不到额定电压的输出电压的可能性。
为确保配置有上述过流检测电路的电源设备的可靠性，例如，要求即使将负载短路较长的时间段(例如1分钟)也要防止开关元件等被损坏。因此例如，如此设置第一过流检测电平以便满足上述要求。即，即使当与第一过流检测电平相对应的电流流经开关元件较长的时间段(例如1分钟)，也要防止开关元件等被损坏(例如热损坏)。
因此，即使当输出电压正常时(即，输出电压已经增加到超出特定电压，并且负载没有遇到短路等)以比第一过流检测电平大的第二过流检测电平的电流流经电容性负载等时，也能防止使开关元件等被损坏，只要第二过流检测电平的电流持续短时间(例如等于或小于几个毫秒)。这使得维持电源设备的高可靠性成为可能。
例如，在上述配置中，启动监控部分可以包括软启动电路，当输出随开始向过流检测电路供电之后所经过的时间增加而增加的电压的同时，所述软启动电路以这样一种方式控制开关元件，使得执行软启动操作从而当开始向过流检测电路供电时使输出电压温和地上升。通过将从软启动电路输出的电压与预定软启动检测电压进行比较，启动监控部分可以输出稳定状态信号或启动状态信号。
常用电源设备具有软启动电路。因而，上述配置消除了提供用于启动监控部分的额外定时器电路等的需要。这有助于简化电路，实现安装面积的减少，并且与专利文件1中描述的结构相比也实现成本的降低。
例如，在上述配置中，通过将在开始向过流检测电路供电之后预定电流通过电容性元件所产生的电压与预定软启动检测电压进行比较，启动监控部分可以输出稳定状态信号或启动状态信号。
配置在常用电源设备中的软启动电路等可以输出“在开始向过流检测电路供电之后预定电流通过电容性元件所产生的电压”。因而，不必提供用于启动监控部分的额外的定时器电路等。这有助于简化电路，实现安装面积的减少，并且与专利文件1中描述的配置相比也实现成本的降低。
例如，在上述配置中，通过从开关元件的输入电压中分别减去第一预定电压和第二预定电压，确定第一过流检测电平和第二过流检测电平。
例如，在上述配置中，还可以向过流检测电流配置控制部分，所述控制部分根据来自过流监控部分的指示过流状态监控结果的信号，控制开关元件。
根据本发明的另一个方面，电源设备配置有：如上所述配置的过流检测电路、开关元件、以及平滑电路，所述平滑电路平滑开关元件输出侧的电压，并且然后向负载输出已平滑的电压。
因为电源设备配置有如上所述配置的过流检测电路，如上所述，提高了电源设备的可靠性。此外，采用具有较小额定电流的部件作为开关元件或形成平滑电路的部件变得有可能了。这有助于实现安装面积的减少，并且也实现成本的降低。
发明效果
如上所述，根据本发明的过流检测电路，可以实现取决于电源设备等的状态的最佳过流保护。这使得提高电源设备等的可靠性、并且实现其安装面积的减少和其成本的降低成为可能。
附图说明
图1是本发明第一实施例的过流检测电路以及配置此种过流检测电路的电源设备的电路图。
图2是示出了在图1中示出的电源设备中所观察到的相关电压和电流波形的示意图。
图3是本发明第二实施例的过流检测电路以及配置此种过流检测电路的电源设备的电路图。
图4是配置传统过流检测电路的电源设备的电路图。
参考符号列表
1，51，100  电源设备
2，52，101  MOS晶体管
3  栅极驱动器
4  PWM比较器
5  误差信号放大器
6  三角波发生电路
7，8，9  比较器
10  “与”电路
11，12，15，16，17  电压源
13  开关电路
14  反相器
18，20，21，53  电阻器
19，24，107  电容器
22，105  二极管
23，106  电感
25，102  负载
28，58   集成电路元件
30，103  控制部分
31，37   启动监控部分
32，36   软启动电路
33       过流监控部分
34       输出电压监控部分
35，38，104  过流检测电路
60       恒流源
Vin，Va  输入电压
Vo，VL   输出电压
SS，INV，SW端子
具体实施方式
(第一实施例)
在下文中，将描述本发明的过流检测电路的第一实施例及配置有此种过流检测电路的电源设备。图1是示出了第一实施例的电源设备1的电路配置的示意图。
(图1：配置描述)
将外部馈入的输入电压Vin馈给用作开关元件的P-沟道MOS晶体管2的源极，并且将其漏极与比较器7的反相输入端(-)、二极管22的负极、以及电感23的一端相连。电感23的另一端经由其中将用于平滑将要被施加到负载25的输出电压Vo的电容器24与负载25并联连接的电路接地。二极管22的正极接地。如上所述，使MOS晶体管2的漏极向负载25输出电流(供电)，并且二极管22、电感23、以及电容器24形成平滑MOS晶体管2的输出端电压(漏极电压)的平滑电路，并将得到的电压输出到负载25。
输出电压Vo经由其中将电阻器20和电阻器21串联连接的电路接地，并且将电阻器20和电阻器21连接在一起的节点与误差信号放大器5的反相输入端(-)以及检测输出电压Vo正常或异常的比较器9的非反相输入端(+)相连。电压源15、16、以及17分别产生误差参考电压Ver、SS(软启动)检测电压Vss、以及检测电压Vab。以GND(地)为基准，将由电压源15、16、以及17产生的电压分别馈至误差信号放大器5的第二非反相输入端(+)、比较器8的反相输入端(-)、以及比较器9的反相输入端(-)。应该注意的是Ver>Vss。
将误差信号放大器5的第二非反相输入端(+)经由电阻器18与其第一非反相输入端(+)、比较器8的非反相输入端(+)、以及电容器19的一端相连。电容器19的另一端接地。
分别向PWM比较器4的反相输入端(-)和非反相输入端(+)馈给误差信号比较器5的输出电压以及从三角波发生电路6输出的三角电压。PWM比较器4向栅极驱动器3输出针对MOS晶体管2的脉冲宽度调制的控制信号。
将比较器8的输出(α)馈至“与”电路10的一个输入端子。由反相器14将比较器9的输出反相，并且然后将其馈至“与”电路10的另一个输入端子。将“与”电路10的输出(β)馈至开关电路13作为用于控制开关电路的控制电压。
电压源11输出与本发明的第一过流检测电平相对应的电压V1，以及电压源12输出与本发明的第二过流检测电平相对应的电压V2。分别向电压源11和电压源12的一端馈给输入电压Vin，并且将其另一端连接到与开关电路13的第一固定端子和第二固定端子中相对应的一个端子。应该注意的是V1<V2(即，第二过流检测电平大于第一过流检测电平)。将开关电路13的公共端与比较器7的非反相输入端(+)相连，并且将比较器7的输出馈至栅极驱动器3作为指示MOS晶体管2的过流状态的电压。应该理解的是，在本说明书中，“过流状态”是这样一种状态，其中MOS晶体管2的漏极电流变得等于或大于预先确定的过流检测电平(第一过流检测电平或第二过流检测电平)并且比较器7的输出电位变高(处于高电平)。
将栅极驱动器3的输出端与MOS晶体管2的栅极相连。栅极驱动器3在参考从比较器7输出的电压(指示MOS晶体管2的过流状态的电压)的同时，根据从PWM比较器4输出的控制信号控制MOS晶体管2的导通/截止。
将MOS晶体管2、栅极驱动器3、PWM比较器4、误差信号放大器5、三角波发生电路6、比较器7、8、和9、“与”电路10、电压源11和12、开关电路13、反相器14、电压源15、16、和17、以及电容器18一起封入单独的封装中，形成集成电路元件28。包括在集成电路元件28中的所有部件，例如栅极驱动器3，在输入电压Vin下工作。将集成电路元件28的端子SS、INV、以及SW与比较器8的非反相输入端(+)、误差信号放大器5的反相输入端(-)、以及MOS晶体管2的漏极分别相连。
应该注意的是，将部件分成配置在集成电路元件28内部的部件和配置在集成电路元件28外部的部件仅用于说明的目的。例如，可以将MOS晶体管2配置在集成电路元件28的外部，从而将除输入电压Vin之外的电压馈至集成电路元件18作为电源电压。可选地，代替被配置在集成电路元件28的内部，可以将比较器9与集成电路元件28的外部相连，或可以将电容器19配置在集成电路元件28的内部。应该注意的是，图1说明了其中将开关电路13的公共端与第一固定端子相连(位于电压源11一侧的端子)的状态。
(图1：操作描述)
如此配置误差信号放大器5，使得在施加到其反相输入端(-)的电压比施加到其第一非反相输入端(+)的电压以及施加到其第二非反相输入端(+)的电压都要小的情况下(在下文中的“条件1”)，误差信号放大器5输出比条件1没有满足时高的电压。如此配置驱动器3等，使得在条件1的情况下，使MOS晶体管2保持导通状态持续得比条件1没有满足时要长。
将通过由电阻器20和21对输出电压Vo分压而得到的电压与误差信号参考电压Ver以及施加到端子SS的电压相比较。如此设置MOS晶体管2，以便使这三种电压在稳定的状态(其中将输出电压Vo稳定在目标电压Vtar的状态)中彼此相等。即，由误差参考电压Ver以及电阻器20和21的分压比确定其中输出电压Vo应该被稳定的目标电压Vtar，并且通过主要由误差信号放大器5、PWM比较器4、三角波发生电路6、以及栅极驱动器3所构成的控制部分30的动作将输出电压Vo稳定在目标电压Vtar。换句话说，控制部分30以这样的一种方式控制MOS晶体管2的导通/截止，使得将输出电压Vo维持(稳定)在目标电压Vtar。
过流监控部分33主要由电压源11和12、开关电路13、以及比较器7构成，并且监控对MOS晶体管2监控过流状态。如前所述，过流监控部分33可以设定两种过流检测电平，其一是第一过流检测电平，以及其二是大于第一过流检测电平的第二过流检测电平。
输出电压监控部分34主要由比较器9和电压源17构成。假定电阻器20和电阻器21的电阻值分别是R1和R2。然后，输出电压监控部分34将通过由电阻器20和电阻器21对输出电压Vo分压而获得的电压(＝Vo·R2/(R1+R2)，与输出电压Vo成比例的电压)与检测电压Vab相比较。如果发现Vo·R2/(R1+R2)>Vab，输出电压监控部分34检测出输出电压正常。另一方面，如果发现Vo·R2/(R1+R2)<Vab，输出电压监控部分34检测出输出电压异常。换句话说，通过将输出电压Vo与电压(Vab·(R1+R2)/R2)相比较，输出电压监控部分34检测输出电压正常还是异常。将这样获得的检测结果经由反相器14和“与”电路10馈至过流监控部分33。
这里，将其中电源设备1的输出电压Vo为正的情况作为示例。显而易见地，可以修改电源设备1以便输出负的输出电压Vo。据此考虑，输出电压监控部分34将通过由电阻器20和电阻器21对输出电压Vo分压而获得的电压(＝Vo·R2/(R1+R2)，与输出电压Vo成比例的电压)的绝对值(量值)与检测电压Vab的绝对值(量值)相比较。如果发现|Vo·R2/(R1+R2)|>|Vab|，输出电压监控部分34检测出输出电压Vo正常。另一方面，如果发现|Vo·R2/(R1+R2)|<|Vab|，输出电压监控部分34检测出输出电压Vo异常。
附带地，可以将反相器14看作上述输出电压监控部分34或过流监控部分33的一部分，以及可以将“与”电路10看作过流监控部分33的一部分。
软启动电路32主要由电压源15、电阻器18、以及电容器19构成。软启动电路32以这样的一种方式控制MOS晶体管2，使得在通电时(在开始施加输入电压Vin时)执行软启动操作。如果没有软启动电路31(即，如果电阻器18是0欧姆)，在通电时较高的涌流流经负载25等，导致输出电压Vo急剧增加。相反，由于软启动电路32和误差信号放大器5的作用，使在通电时施加到负载25上的涌流变得相对较小(与没有软启动电路32时相比)，并且输出电压Vo与没有软启动电路32时相比更温和地(逐渐地)增加。即，“执行软启动操作，从而在通电时输出电压Vo温和地增加”意味着输出电压Vo与没有软启动电路32时相比在通电时增加地更加温和。这使得使电感23、电容器24、或负载25的输入电流额定值变小成为可能。此外，软启动电路32有助于减小例如由误差信号放大器5的响应延迟所产生的输出电压Vo的过冲。
启动监控部分31主要由软启动电路32、比较器8、以及电压源16构成。
过流检测电路35主要由启动监控部分31、过流监控部分33、以及输出电压监控部分34构成。过流检测电路35检测MOS晶体管2的过流状态。附带地，可以将控制部分30看作过流检测电路35的一部分。过流检测电路35在输入电压Vin下工作。
在开始向过流检测电路35供电后，将软启动电路32与端子SS相连的节点处的电势开始上升。施加到端子SS的电压与通电过后经过的时间相对应，并且由误差参考电压Ver、电阻器18的电阻值、以及电容器19的电容确定该电压的增加率。换句话说，在通电后，通过由误差参考电压Ver、电阻器18的电阻值、以及电容器19的电容所确定的电流流过电容器19来产生施加到端子SS的电压。
然后，比较器8输出通过将施加到端子SS的电压与SS检测电压Vss相比较而获得比较结果。即，当在开始向过流检测电路35供电之后经过的时间超过由SS检测电压Vss所确定的时间时，启动监控部分31使比较器8输出高电势的(高)电压(对应于本发明中的“稳定状态信号”)。另一方面，当在开始向过流检测电路35供电之后经过的时间等于或小于由SS检测电压Vss所确定的时间时，启动监控部分31使比较器8输出低电势的(低)电压(对应于本发明中的“启动状态信号”)。
可以将施加到端子SS的电压看作从软启动电路32输出的电压。因而，可以说启动监控部分31基于从软启动电路32输出的电压(施加到端子SS的电压)，检测在开始向过流检测电路35供电之后经过的时间，并且，根据如此检测的时间，输出“稳定状态信号”或“启动状态信号”。基于从软启动电路32输出的电压，误差信号放大器5控制通电时的输出电压Vo。
向比较器7的反相输入端馈给通过从输入电压Vin中减去MOS晶体管2的导通电阻Ron与其漏极电流Id的乘积而获得的电压(Vin-Ron·Id)。如此配置开关电路13，使得当“与”电路10的输出为高电平时，将(Vin-V2)施加到比较器7的非反相输入端(+)，以及，当“与”电路10的输出为低电平时，将(Vin-V1)施加到另外一端。
当“与”电路10的输出取高电平时，即，当发现输出电压Vo异常(当满足|Vo·R2/(R1+R2)|<|Vab|的关系时)且比较器8(启动监控部分31)输出“稳定状态信号”(高输出信号)时，过流监控部分33将第一过流检测电平(Ilim1)设定为其过流检测电平。即，过流监控部分33将电压(Ron·Id)与电压V1相比较，并且向栅极驱动器3给出如此获得的比较结果。这里，第一过流检测电平(Ilim1)与V1/Ron相等。
当Ron·Id<V1关系满足时，比较器7向栅极驱动器3给出低电平信号。响应于此，判断MOS晶体管2不处于过流状态的栅极驱动器3执行正常控制(据此将输出电压Vo维持在目标电压Vtar处)。
另一方面，当满足Ron·Id>V1(或Ron·Id≥V1)关系时(当检测到过流状态时)，比较器7向栅极驱动器3给出高电平信号。响应于此，判断由过流检测电路35检测到过流状态的栅极驱动器3将MOS晶体管2截止。因此，Ron·Id>V1(或Ron·Id≥V1)关系暂时不能满足。然而，由于控制部分30的作用，再次将MOS晶体管2导通。当Ron·Id>V1(或Ron·Id≥V1)关系再次满足时，再次将MOS晶体管2截止。
如上所述，包括栅极驱动器3的控制部分以这样的一种方式控制MOS晶体管2，使得MOS晶体管2的漏极电流Id变得等于或小于由过流检测电平确定的电流值(V1/Ron)。该控制方法是恒流下降法，据此控制漏极电流以便等于或小于与输出电压Vo无关的确定值。
另一方面，当“与”电路10的输出为低电平时，即，当发现输出电压Vo异常(当满足Vo·R2/(R1+R2)|>|Vab|的关系)或比较器8(启动监控部分31)输出“启动状态信号”(低输出信号)时，过流监控部分33将第二过流检测电平(ILim2)设定为其过流检测电平。即，过流监控部分33将电压(Ron·Id)与V2相比较，并且向栅极驱动器3给出如此获得的比较结果。这里，第二过流检测电平(ILim2)与V2/Ron相等。
当满足Ron·Id<V2的关系时，比较器7向栅极驱动器3给出低电平信号，以及，当满足Ron·Id>V2(或Ron·Id≥V2)的关系时(当检测到过流状态时)，比较器7向栅极驱动器3给出高电平信号。根据比较器7的输出，包括栅极驱动器3的控制部分以与“与”电路10的输出取高电平时相同的方式运行。
假定使ILim1·1/100的漏极电流经过例如具有100倍于MOS晶体管2的导通电阻值Ron的检测器MOS晶体管(未示出)。然后，在检测器MOS晶体管的漏极和源极之间产生Ron·ILim1(＝100Ron·ILim1·1/100)的电压。可以配置电压源11以便具有Ron·ILim1的电压作为其输出电压V1。
例如，假定将MOS晶体管2构成为单独的MOS晶体管，其中以这样的一种方式排列100个单位的单元晶体管，使得其漏极、源极、和栅极并联连接，并且将检测器MOS晶体管(未示出)构成为单独单位的单元晶体管。那么，检测器MOS晶体管的导通值约为100·Ron。应该理解的是，通过相同的制造工艺在同一个半导体衬底上形成组成MOS晶体管2的单位单元晶体管以及组成检测器MOS晶体管(未示出)的单位单元晶体管。注意，以与电压源11相同的方式配置电压源12。
(图2：使用波形描述)
接下来，将参考示出了在电源设备1中所观察到的相关电压和电流的波形的图2，描述过流检测电路35和电源设备1如何运行。
在图2中，实线40、41、42、43、44、45、和46分别表示输入电压Vin的波形、施加到端子SS的电压的波形、比较器8的输出(α，见图1)的电压波形、MOS晶体管2的漏极电流(Id)的波形、过流检测电平、输出电压Vo的波形、以及“与”电路10的输出(β，见图1)的电压波形。
首先，在时间T1，开始施加输入电压Vin。然后，开始向电容器19充电，并且施加到端子SS的电压开始增加。因为紧接着通电之后输出电压Vo是0V，控制部分30控制MOS晶体管2以便使输出电压Vo增加到目标电压Vtar。作为对MOS晶体管2执行控制的结果，漏极电流Id流经其中。然而，此时由于软启动电路32的作用，漏极电流Id相对温和地增加，并且输出电压Vo也相对温和地增加(见从时间T1至时间T3的时期)。作为软启动电路32运行的结果，施加到端子SS的电压约略与输出电压Vo同步地增加。
因为比较器8的输出(α)取低电平(Lo)，“与”电路10的输出(β)也取低电平。因此，过流检测电平是第二过流检测电平(V2/Ron)。
在时间T2，施加到端子SS的电压达到SS检测电压Vss，并且将比较器8的输出(α)从低电平切换到高电平。应该注意到，配置电源设备1的相关部分使得在时间T2输出电压Vo大大地超过阈值Vab(R1+R2)/R2，所述阈值是正常条件/异常条件之间的阈值。因而，在时间T2，“与”电路10的输出(β)取低电平。
在时间T3，漏极电流Id达到第二过流检测电平。此时，经由栅极驱动器3将MOS晶体管2截止，并且因此漏极电流Id不会超过第二过流检测电平。大体上，如此设置第二过流检测电平以便稍微大于或几乎等于在其启动时(在输入电压Vin施加之后输出电压Vo第一次从0V增加到目标电压Vtar时)流经电源设备1的涌流的最大值。这使得输出电压Vo迅速地达到目标电压Vtar。在图2中，为了说明，涌流的最大值达过流保护操作的第二过流检测电平。
在启动时，涌流仅流经负载25较短的时间(例如几十毫秒或者几十毫秒以上但是几百毫秒以下)。因此，即使当将具有相对较大值的第二过流检测电平设定为过流检测电平，MOS晶体管2、二极管22、电感23等几乎不产生热(同时，集成电路元件28总体上几乎不产生热)。这有助于防止这些部件损坏(由热损坏)并且因此确保了电源设备1的高可靠性。
在时间T4，输出电压Vo达到目标电压Vtar。在时间T4和时间T5之间，将输出电压Vo稳定在目标电压Vtar处，且处于稳定状态，并且因此如在其启动时所观察到的涌流没有流过。因此，漏极电流Id取相对较低的值。
在时间T5，假定负载25短路。然后，输出电压下降到0V，小于Vab(R1+R2)/R2。此时，比较器9的输出取低电平，并且因此“与”电路10的输出(β)取高电平。因此，将过流检测电平切换到第一过流检测电平(V1/Ron)。
然后，尽管输出电压是0V，将漏极电流Id的最大值限制在比第二过流检测电平小的第一过流检测电平(见时间T5和时间T6之间的时间段)。即使在时间T5和时间T6之间的时间段持续较长的持续时间(例如1分钟)，通过设定作为防止MOS晶体管2、二极管22、电感23等被损坏的第一过流检测电平的值，也可以使电源设备1高度可靠。
此外，通过适当地设定第一过流检测电平，可以在维持电源设备1的可靠性的同时，采用具有较低额定电流的部件作为MOS晶体管2、二极管22、以及电感23等。这有助于实现安装面积的减小、并且同样实现成本的降低。
在时间T6，负载25从短路中恢复，并且输出电压Vo开始再次增加。
然后，在时间T7，输出电压Vo达到Vab(R1+R2)/R2，将“与”电路10的输出(β)切换到低电平，并且将过流检测电平切换到第二过流检测电平。此后，在时间T7和时间T8之间，输出电压Vo再次达到目标电压Vtar。
注意，在时间T6之后，输出电压Vo在增加至目标电压Vtar的过程中没有经历软启动操作。为了使输出电压Vo经历软启动操作，有必要如下面(1)和(2)所述修改图1中示出的电路。
(1)如在时间T5所观察到的，在其中输出电压Vo为0V的状态，将施加到SS端子的电压暂时地下降到0V。
(2)在从比较器8的输出端延伸到“与”电路10的一个输入端的线上插入锁存电路(未示出)，该电路使“与”电路10在通电之后比较器8的输出取高电平时在其一个输入端(没有与反相器14的输出端相连的输入端)总是接收高电平信号。
接下来，假定在时间T8负载25所要求的电流增加，并且输出电压Vo临时地下降到低于目标电压Vtar(但是仍然等于或大于Vab(R1+R2)/R2)。然后控制部分30通过将漏极电路Id增加到比第一过流检测电平大的值，设法使输出电压Vo与目标电压Vtar相等(在时间T8和时间T9之间的时间段)。此时，因为将第二过流检测电平设定为过流检测电平，所有过流保护功能没有运行，并且因此所述电压Vo迅速地恢复到目标电压Vtar。
即使负载25所消耗的电流在对电流进行足够长时间的平均时好像是稳定的，负载25所要求的电流通常在除了启动时之外的时间，在较短时间内变化得相当大。此种变化在负载25例如是在除了启动时之外的时间要求短时间(例如几个毫秒)大充电电流的电容性负载或提取大电流电涌的电机时变得更加显著。然而，因为将具有相对较大值的第二过流检测电平设定为过流检测电平，即使当发生这样的变化时过流保护操作也不会运行，并且将输出电压Vo一直维持在目标电压Vtar(严格地说，输出电压Vo迅速地恢复到目标电压Vtar)。
(第二实施例)
接下来，将描述本发明的过流检测电路的第二实施例和配置有此种过流检测电路的电源设备。图3是示出了第二实施例的电源设备51的电路配置的示意图。在图3中，将在图1中也能发现的部件用相同的参考符号来识别，并且省略掉其详细描述。
电源设备51在以下方面与电源设备1不同。电源设备51配置有不具有与MOS晶体管2相对应的开关元件的集成电路元件58而不是集成电路元件28。作为与MOS晶体管2相对应的开关元件，将P沟道MOS晶体管52设置在集成电路元件58的外部。将栅极驱动器3的输出馈至MOS晶体管52的栅极，并且栅极驱动器3执行MOS晶体管52的导通/截止控制。
将输入电压Vin经由具有电阻值R3的电阻器53馈至MOS晶体管52的源电极，并且将MOS晶体管52的漏电极与二极管22的负极以及电感23的一端相连。将电阻器52和MOS晶体管52的源电极连接到一起的节点与比较器7的反相输入端(-)相连。
此外，提供软启动电路36而不是电源设备1中提供的软启动电路32。软启动电路36主要由恒流源60、电阻器61、以及电容器19构成。将电压Vin馈至恒流源60的一端，并且经由电阻器61将恒流源60的另一端与误差信号放大器5的第一非反相输入端(+)、比较器8的非反相输入端(+)、以及端子SS相连。与电源设备1的情况一样，端子SS经由电容器19接地。注意，设置在电源设备1中的电阻器18没有设置在电源设备51中。
在通电时，用从恒流源60输出的恒定电流对电容器19充电。具有与电源设备1的软启动电路32相同功能的软启动电路36以这样的一种方式控制MOS晶体管52，使得在通电时(在开始施加输入电压Vin时)执行软启动操作(输出电压Vo逐渐地上升)。
启动监控部分37主要由软启动电路36、比较器8、以及电压源16构成，并且以与设置在电源设备1中的启动监控部分39相同的方式运行。过流检测电路38主要由启动监控部分37、过流监控部分33、以及输出电压监控部分34构成，并且检测MOS晶体管52的过流状态。附带地，可以将控制部分30看作过流检测电路38的一部分。过流检测电路38在输入电压Vin下工作。
利用上述结构，将电压(R3·Id)(MOS晶体管52的漏极电流Id和电容器53的电阻值R3的乘积)与电压V1或V2相比较。即，仅由电压(R3·Id)取代将要由比较器7与电压V1或V2相比较的电压(在第一实施例的过流检测电路35中，为电压(Ron·Id))。
因而，利用如上所述配置的电源设备51，可以实现与电源设备1相同的操作，并且从而获得由电源设备1所获得的诸如提高可靠性的各种好处。此外，利用如上所述配置的电源设备51，可以精确地检测过流，与MOS晶体管52的导通电阻值无关(因为基于电阻值R3和漏极电流Id的乘积执行过流检测)。这使得采用结型场效应晶体管或双极晶体管代替MOS晶体管作为开关元件成为可能。
可选地，可以在集成电路元件58的外部设置一个或两个电压源11和12，从而根据使用的目的自由地设定过流检测电平。
(修改的示例)
在电源设备1和电源设备51中，将在电阻器20和21电阻器连接到一起的节点处的电压施加到比较器9的非反相输入端(+)。然而，应该理解的是，可以修改图1和图3中示出的电路结构，从而实际上将输出电压Vo施加到比较器9的非反相输入端(+)。
此外，可以将电源设备1的软启动电路32以及电源设备51的软启动电路36互相替代。
此外，例如，不但可以将本发明应用到电源设备1(见图1)或电源设备51(见图3)，而且可以将本发明应用到配置有各种开关调节器或DC-DC转换器的电源设备。更进一步，可以将本发明应用到设置有诸如三端调节器的串联调节器(降压型调节器，dropper-typeregulator)的电源设备。
工业应用
本发明适于要求过流保护功能的电源设备、高压开关等，并且特别适于要求高可靠性的车载电源或向电容性负载输出电流的电源设备。

Claims (6)

1.一种过流检测电路，检测将电流输出到负载的开关元件的过流状态，所述过流检测电路包括：
启动监控部分，当所述过流检测电路开始通电之后经过的时间超过预定时间时，所述启动监控部分输出稳定状态信号，以及当所述过流检测电路开始通电之后经过的时间小于所述预定时间时，所述启动监控部分输出启动状态信号，其中所述启动监控部分将所述稳定状态信号或所述启动状态信号输出到过流监控部分；
过流监控部分，所述过流监控部分能设定两种过流检测电平，其中之一是第一过流检测电平，其中另一个是比所述第一过流检测电平大的第二过流检测电平，并且所述过流监控部分监控所述开关元件的过流状态；以及
输出电压监控部分，所述输出电压监控部分通过将与输出电压成比例的电压与预定电压相比较，检测去往所述负载的输出电压正常还是异常，然后向所述过流监控部分给出检测结果，其中当与输出电压成比例的所述电压大于所述预定电压时，输出电压为正常，而当与输出电压成比例的所述电压小于所述预定电压时，输出电压为异常，其中
当输出电压异常并且输出所述稳定状态信号时，所述过流监控部分将所述第一过流检测电平设定为过流检测电平，以及，当输出电压正常或输出所述启动状态信号时，所述过流监控部分将所述第二过流检测电平设定为过流检测电平。
2.如权利要求1所述的过流检测电路，其中，
所述启动监控部分包括软启动电路，当输出随开始向所述过流检测电路供电之后所经过的时间增加而增加的电压的同时，所述软启动电路以这样一种方式控制所述开关元件，使得执行软启动操作从而当开始向所述过流检测电路供电时输出电压逐渐上升，以及
通过将从所述软启动电路输出的电压与预定软启动检测电压进行比较，所述启动监控部分输出所述稳定状态信号或所述启动状态信号。
3.如权利要求1所述的过流检测电路，其中，
通过将在开始向所述过流检测电路供电之后预定电流通过电容性元件所产生的电压与预定软启动检测电压进行比较，所述启动监控部分输出所述稳定状态信号或所述启动状态信号。
4.如权利要求1所述的过流检测电路，其中，
通过从所述开关元件的输入电压中分别减去第一预定电压和第二预定电压，确定所述第一过流检测电平和所述第二过流检测电平的值。
5.如权利要求1所述的过流检测电路，还包括：
控制部分，所述控制部分根据来自过流监控部分的指示过流状态监控结果的信号，控制所述开关元件。
6.一种电源设备，包括：
权利要求1所述的过流检测电路；
开关元件；以及
平滑电路，所述平滑电路平滑所述开关元件输出侧的电压，然后向负载输出已平滑的电压。
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