CN100586017C

CN100586017C - 开关稳压器

Info

Publication number: CN100586017C
Application number: CN200510078887A
Authority: CN
Inventors: 石井敏挥
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Ablic Inc
Priority date: 2004-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2025-05-17
Also published as: US7088083B2; TWI352473B; CN1700597A; US20060076941A1; JP2005328671A; JP4191090B2; HK1085849A1; TW200618435A

Abstract

本发明提供了一种开关稳压器的短路保护电路，为了得到足够的占空比时间，其不需要大容量的电容器。增加了脉冲产生电路，其用于产生带有短路检测信号的一个时钟以作为触发信号，并进一步将用于对时钟信号的时钟脉冲进行计数的计数器电路插入到比较器和闭锁电路之间，从而变得可以利用小容量的电容器根据具有短周期的信号来产生足够的延迟时间。

Description

开关稳压器

技术领域

本发明涉及一种在半导体集成电路设备中具有短路保护电路的开关稳压器。

背景技术

利用开关稳压器作为电源的电子系统被广泛地使用。当由于某些原因在过载连接到开关稳压器的输出端而导致出现短路状态时，产生了流过开关稳压器的过电流，而破坏了开关稳压器。为了防止短路，开关稳压器具有用于保护短路故障的短路保护电路。

开关稳压器的短路保护电路在开关稳压器中出现的短路状态持续了一预定的时间周期之后输出短路信号。该预定的时间周期是为了防止如由于噪声而导致系统停止这类故障而所需的延迟时间。

图2示出了一种传统的开关稳压器中的短路保护电路。该短路保护电路包括恒流电路101、电容器102、NMOS晶体管103、比较器104、短路状态检测电路107、闭锁电路108和参考电压源109。

短路状态检测电路107被设计成当提供给开关稳压器的负载在正常情况下时，即，开关稳压器处于非短路状态时，输出检测信号“高”。这样，NMOS晶体管103保持为导通状态，在比较器104的非反相端的电压电平为“低”。因此，比较器104输出信号的电平保持为“低”，闭锁电路108复位到电平“低”。

当开关稳压器变为短路状态时，短路状态检测电路107输出信号“低”，这样，NMOS晶体管103被关断。当比较器104非反相端的电压电平从“低”逐渐增加，并在经过了由恒流电路101和电容器102确定的延迟时间后超过参考电压时，比较器104的输出信号的电平从“低”变化到“高”。然后，闭锁电路108在电平“高”时置位，以输出短路信号。根据短路信号触发开关稳压器的输出电流限制电路(图中未示出)，从而防止开关稳压器的短路故障。注意，当短路状态结束时，闭锁电路108根据复位信号(图中未示出)复位到电平“低”，并且短路信号消失(参考日本专利JP2001-94407A)。

但是，在传统开关稳压器的短路保护电路中，在对电容器102进行充电之后将反相信号输入给比较器104时的时间点被看作是产生短路信号时的时间点。因此，为了得到很长的延迟时间，必须增加电容器102的容量。由于很难在半导体集成电路中建立大容量的电容器，所以需要外部电容器来得到预定的延迟时间。这是使系统小型化的一个障碍。

发明内容

为了解决上面提到的问题，在比较器和闭锁电路之间插入脉冲产生电路和计数器电路，其中在脉冲产生电路中，在电容器102充电后，反相信号被用作触发信号，并且计数器电路是用于对脉冲产生电路的脉冲进行计数。

更具体地，根据本发明，提供了一种具有短路保护电路的开关稳压器，其包括短路状态检测电路；延迟电路，接受所述短路状态检测电路的信号，将所述信号在延迟时间后输出；脉冲产生电路，接受所述延迟电路的信号，输出脉冲信号；以及计数器电路，接受所述脉冲信号，对所述脉冲信号进行计数，当达到预定计数时输出短路信号，为了对延迟时间进行计数，所述延迟电路具备电容器，所述电容器根据所述脉冲信号放电，在持续接受所述短路状态检测电路的所述信号的期间，将所述信号自所述电容器放电后在延迟时间后再输出。

此外，延迟电路包括恒流电路，连接到恒流电路的电容器，以及比较器，比较器用于接收参考电压和电容器的电压作为其输入，以比较电容器的电压与参考电压。根据短路保护电路的信号放电积累在电容器中的电荷，接下来，使电流从恒流电路流到电容器。比较器检测出电容器的电压已达到参考电压，然后触发脉冲产生电路。

对通过利用小容量的电容器得到的具有短周期的脉冲信号的脉冲进行计数，从而使得能产生所需的更长的延迟时间。这样，用于控制开关稳压器的IC的单芯片小型化就变得有可能了。

附图说明

附图中：

图1是部分采用方框图的电路图，其示出了根据本发明第一实施例的开关稳压器中短路保护电路的结构；

图2是部分采用方框图的电路图，其示出了传统开关稳压器中短路保护电路的结构；

图3是示出了本发明的短路保护电路中短路状态检测电路的一个实施例的结构的电路图；

图4是部分采用方框图的电路图，其示出了根据本发明第二实施例的开关稳压器中短路保护电路的结构。

具体实施方式

第一实施例

图1是部分采用方框图的电路图，其示出了根据本发明第一实施例的开关稳压器中短路保护电路的结构。该短路保护电路包括恒流电路101、电容器102、NMOS晶体管103、比较器104和参考电压源109，它们构成延迟电路，还包括或(OR)门105、短路状态检测电路107、闭锁电路108、脉冲产生电路110和计数器电路111。

或门105接收短路状态检测电路107的输出信号和脉冲产生电路110的输出信号作为其输入。脉冲产生电路110被复位到电平“低”，并且只有在用比较器104的反相信号对其进行触发时才输出脉冲宽度为T_p的正脉冲。计数器电路111被复位到电平“低”，当它对正脉冲的数量进行计数，并且满足预定的脉冲数量时，输出信号“高”。其它的组成元件与图2中所示的传统开关稳压器中短路保护电路的组成元件的功能相同。

当提供给开关稳压器的负载处于正常状态，由此开关稳压器处于非短路状态时，用于接收短路状态检测电路107的输出信号和脉冲产生电路110的输出信号作为其输入的或门105输出输出信号“高”。因此，NMOS晶体管103保持为导通状态，在比较器104非反相端处的电压为0V。结果，闭锁电路108的输出信号被复位到电平“低”。

当开关稳压器变为短路状态时，由于短路状态检测电路107的输出信号的电平转向“低”，所以或门105的输出信号的电平转向“低”，NMOS晶体管103被关断。当比较器104的非反相输入端的电压从电平“低”开始升高，并经过根据恒流电路101和电容器102确定的延迟时间后超过了参考电压时，比较器104输出电压的电平从“低”变化到“高”。用电平为“高”的输出电压触发脉冲产生电路110。这被称作第一触发。

计数器电路111把脉冲产生电路110的一个正脉冲计数为一个脉冲。此时，脉冲产生电路110的正脉冲通过或门105接通NMOS晶体管103。因此，积累在电容器102中的电荷被损失掉了，比较器104输出信号的电平转向“低”。这被称作第一回程。

从检测信号的出现到第一回程所经历的时间周期是脉冲产生电路110的脉冲周期T。此外，正脉冲的脉冲周期T_p被设定为等于或大于时间周期T_r，直到比较器104的输出信号返回到“低”为止。当开关稳压器在第一回程之后仍持续短路状态时，短路状态检测电路107输出信号的电平转向“低”，因此工作过程变为通过第二触发的第二回程。当这种工作过程的重复次数N达到计数器电路111中确定的系数值时，闭锁电路108被设定为电平“高”，以输出短路信号。根据短路信号触发开关稳压器的输出电流限制电路(图中未示出)，从而防止开关稳压器的短路故障。注意，当短路状态结束时，闭锁电路108根据复位信号(图中未示出)被复位到电平“低”，这样，短路信号就消失了。注意，通过确定脉冲产生电路110的脉冲周期T和计数器电路111中的计数次数N，可以实现所需的延迟时间。

图3是示出了短路状态检测电路107的一个实施例的结构的电路图。短路状态检测电路107包括分压比设定电阻器301和302、比较器303和参考电压电路304。在短路状态检测电路107中，比较器303比较分压电压V_b与参考电压电路304的参考电压V_f，其中，分压电压V_b是通过分压比设定电阻器301和302对开关稳压器的输出电压进行分压而得到的。当分压电压V_b变得低于参考电压V_f时，短路状态检测电路107输出短路信号。

第二实施例

该第二实施例与第一实施例的不同在于，短路状态检测电路107是用最大占空比检侧电路401构成的。

当负载变化为输出预定的恒压输出时，在脉冲占空比控制下的开关稳压器响应于负载的变化而增加或减小用于线圈(图中未示出)的驱动脉冲(图中未示出)的占空比。通常，当负载变化为轻负载时，占空比变小，而当负载变化为重负载时，占空比变大，从而提供所需的恒压输出。也就是说，当产生短路状态时，输出电压被减小了。因此，为了输出预定的输出电压要输出具有最大占空比的驱动脉冲。

因此，在脉冲占空比控制下的开关稳压器中，最大占空比检测电路401检测在最大占空比下持续工作了固定时间周期的工作状态，从而使得能检测出短路状态的工作状态。

尽管到此为止已经描述了用在开关稳压器中的本发明的短路保护电路，但并不打算将本发明的短路保护电路仅限定于用在开关稳压器中。也就是说，即使本发明的短路保护电路被用在了如串联稳压器的稳压器中，它也可以充分地提供本发明的优点。

Claims

1、一种具有短路保护电路的开关稳压器，该短路保护电路包括：

短路状态检测电路；

延迟电路，接受所述短路状态检测电路的信号，将所述信号在延迟时间后输出；

脉冲产生电路，接受所述延迟电路的信号，输出脉冲信号；以及

计数器电路，接受所述脉冲信号，对所述脉冲信号进行计数，当达到预定计数时输出短路信号，

为了对延迟时间进行计数，所述延迟电路具备电容器，所述电容器根据所述脉冲信号放电，在持续接受所述短路状态检测电路的所述信号的期间，将所述信号自所述电容器放电后在延迟时间后再输出。

2、根据权利要求1的具有短路保护电路的开关稳压器，其中，

所述延迟电路包括恒流电路、与所述恒流电路连接的所述电容器、及输入参考电压与所述电容器的电压并加以比较的比较器，

所述延迟电路接受来自所述短路保护电路的信号，

所述电容器利用所述恒流电路的电流来充电，

所述比较器检测到所述电容器的电压达到所述参考电压时启动所述脉冲产生电路。

3、根据权利要求1的具有短路保护电路的开关稳压器，其中延迟电路包括：

恒流电路；

连接到所述恒流电路的电容器；

用于比较所述电容器的电压与参考电压的比较器；和

用于根据所述短路状态检测电路的输出来控制所述电容器的充电/放电的开关元件。

4、根据权利要求1的具有短路保护电路的开关稳压器，其中所述短路状态检测电路检测所述开关稳压器输出电压的减小以检测所述开关稳压器的短路状态。

5、根据权利要求1的具有短路保护电路的开关稳压器，其中所述短路状态检测电路检测开关稳压器的最大占空比状态以检测开关稳压器的短路状态。