CN101127509A

CN101127509A - 用于开关功率放大器的过电流保护的计时器复位电路

Info

Publication number: CN101127509A
Application number: CNA2006101320568A
Authority: CN
Inventors: 黄夏秀; 孙静
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd; Panasonic Semiconductor Asia Pte Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp; Panasonic Asia Pacific Pte Ltd
Priority date: 2006-08-17
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2008-02-20
Also published as: US20080043391A1

Abstract

提出了一种智能过电流保护电路。在由特定故障引起的连续电流流入开关电路的功率晶体管的情况下，激活控制信号来停止功率晶体管的开关操作。当不再满足过电流条件时，开关电路仍然能够返回到正常工作。

Description

用于开关功率放大器的过电流保护的计时器复位电路

技术领域

本发明涉及一种用于开关功率放大器或开关稳压器的保护电路，更具体地，涉及一种用于保护开关电路的输出级不受到来自负载或到负载的过电流的损坏。

背景技术

市场上的大多数音频功率放大器是基于AB类放大器的。这种构造提供非常好的总谐波失真加噪声(THD+N)性能，以及相当低的静态电流。但是，AB类推挽式放大器效率不高，只能达到大约60％的效率，这不仅导致功率损失，还需要向功率放大器设置附加的大体积散热件。

D类放大器的一个主要优点是效率，可达到90％以上。通过在功率晶体管处的最大信号摆幅来实现高效率。图1中的典型D类放大器电路100包括脉宽调制器101、电平移动器和驱动级103、第一MOSFET开关M1104和第二MOSFET开关M2105。与第一MOSFET开关M1104和第二MOSFET开关M2105相连的作用电路包括输出滤波器106、自举电容器C1107、去耦电容器C2108和扬声器110。在脉宽调制器101接收到输入音频信号时，产生PWM_OUT，PWM_OUT是脉冲宽度与音频信号幅度成比例的矩形波。拆分PWM_OUT，并通过电平移动器和驱动级103，将其分别馈送到第一MOSFET开关M1104和第二MOSFET开关M2105。从而产生最大摆幅的脉宽调制信号OUTPUT。通过输出滤波器106，来去除载波频率分量，并恢复模拟音频信号。恢复的模拟音频信号驱动扬声器110，来产生音频声音。扬声器110可以是单个扬声器或扬声器组。

在D类放大器电路100的实际使用中，输出滤波器106、去耦电容器C2108和扬声器110用作D类放大器电路100的外部负载。由于外部负载误放、对地短路、对电源短路等原因，第一MOSFET开关M1104、第二MOSFET开关M2105或两者可能持续地处于导通状态。过量电流流入第一MOSFET开关M1104、第二MOSFET开关M2105或两者中，这很可能损坏放大器电路。因此，必须实现反措施，来保护第一MOSFET开关M1104从源极流出过量电流，并保护第二MOSFET开关M2105汇入过量电流。

图2示出一种用于保护D类放大器不受过电流损坏的典型系统。参考图2，在电源与第一MOSFET开关M1104之间串联放置第一电流检测电阻器R1115，用来检测流经第一MOSFET开关M1104的电流量级。在地与第二MOSFET开关M2105之间串联放置第二电流检测电阻器R2116，用来检测流经第二MOSFET开关M2105的电流量级。在与第一电流检测电阻器R1115的另一端，即电源端，相对的一端产生电压V1140。在与第二电流检测电阻器R2116的另一端，即接地端，相对的一端产生电压V2141。采用这种电路配置，通过相对于电源电压的电压量级V1140来有效地测量流入第一MOSFET开关M1104的电流量级，并通过相对于地的电压量级V2141来有效地测量流入第二MOSFET开关M2105的电流量级。在图2中，包括第一比较器121、第二比较器122和或门123，来构成控制路径，从而在通过V1140检测到过电流或通过V2141检测到过电流，后者两者都检测到时，激活控制信号SD。在比较器121与或门123之间放置计时器1130，来防止在载波脉冲开关期间，第一电流检测电阻器R1115中的开关电流激活控制信号SD。在比较器122与或门123之间放置计时器2131，来防止在载波脉冲开关期间，第二电流检测电阻器R2116中的开关电流激活控制信号SD。随后逻辑高电平控制信号SD截止第一MOSFET开关M1104和第二MOSFET开关M2105。从而停止了D类放大器中的过电流，并防止由过电流引起的损坏。

上述传统过电流保护电路的一个缺点在于，当在过电流的情况下，激活控制信号SD时，即使不再满足过电流条件了，例如，清除了负载短路，第一MOSFET开关M1104和第二MOSFET开关M2105也处于截止状态。除非外部复位D类电路，否则电路将不会恢复正常工作。

为克服这个缺点，一种方法是只要不再满足过电流条件了，就允许D类电路返回到正常工作，而不需要外部控制。

发明内容

本发明的目的是提出一种智能过电流保护电路，其中，在激活过电流控制信号之后，当不再满足过电流条件时，D类电路仍然能够自动返回到正常工作。

根据本发明，将过电流保护电路与过电流检测电阻器、比较器、或门、SR锁存器和计时器电路相结合，来阻止MOSFET开关在过电流情况下进行开关，并允许D类电路在清除过电流条件时，返回到正常工作。

如同在典型PWM D类系统中一样，脉宽调制器将输入音频信号转换成高频PWM信号。PWM信号经过电平移动器和驱动级之后，驱动输出MOSFET开关。

在对地负载短路、对电源负载短路或其它故障的情况下，大电流流入第一MOSFET开关、第二MOSFET开关或两者中。在电源与第一MOSFET开关之间串联放置第一电流检测电阻器。在地与第二MOSFET开关之间串联放置第二电流检测电阻器。因此，由相对于电源电压的第一电流检测电阻器的端电压，来检测流经第一MOSFET开关的电流。由相对于地的第二电流检测电阻器的端电压，来检测流经第二MOSFET开关的电流。

然后将这两个产生的电压分别与两个参考电压相比较，来确定流经任何MOSFET开关的电流是否高于预定水平。

当流入任何MOSFET开关的电流高于预定水平时，激活控制信号。随后两个MOSFET开关停止开关操作。

计时器电路和SR锁存器在控制信号被激活预定时间段之后，解除控制信号。

在解除控制信号之后，MOSFET开关开始开关操作。

如果不再满足过电流条件，则D类放大器返回到正常工作。

如果过电流条件仍然存在，则再次激活控制信号，来使MOSFET开关停止开关操作。

根据本发明，一种允许D类电路在不再满足过电流条件时，自动返回到正常工作的方法包括：

当流经第一MOSFET开关的电流高于参考水平，或者当流经第二MOSFET开关的电流高于参考水平，或者两者都高于参考水平时，产生逻辑高电平控制信号；以及

在控制信号被激活预定时间段之后，产生逻辑高电平复位信号，来解除控制信号。

根据本发明，一种用于允许D类电路在不再满足过电流条件时，自动返回到正常工作的设备包括：

SR锁存器，如果或门输出逻辑高电平信号，则操作来输出逻辑高电平信号；以及

计时器电路，在该计时器电路的输入处的逻辑高电平信号持续预定时间段之后，操作来输出逻辑高电平信号。

附图说明

图1是示出根据现有技术，典型D类系统的方框图；

图2是示出根据现有技术，典型D类系统和过电流保护电路的方框图；

图3是示出根据实施例，典型D类系统和具有计时器复位电路的过电流保护电路的方框图；

要理解，一些或所有图是用于演示的示意性表示，而不一定描绘所示元件的实际相对尺寸或位置。

具体实施方式

以下描述解释本发明的最佳模式实施例。

参考图3，示出根据本发明，典型D类系统和具有计时器复位电路的过电流保护电路。

典型D类系统具有脉宽调制器101、电平移动器和驱动级103、第一MOSFET开关M1104和第二MOSFET开关M2105。带有计时器复位电路的过电流保护电路包括第一电流检测电阻器R1115、第二电流检测电阻器R2116、第一比较器121、第二比较器122、计时器1电路130、计时器2电路131、或门123、SR锁存器124、控制块111和计时器3电路132。

这里使用第一MOSFET开关M1 104和第二MOSFET开关M2 105，但是其可以是任何其它类型，例如N型DMOS晶体管、双极功率晶体管。

在正常工作中，没有对地负载短路、对电源负载短路或其它故障。OUTPUT以矩形波形式，在电源与地之间开关。只有在比由计时器1电路130确定的预定时间段更短的时间段内，第一电流检测电阻器R1115的端电压V1140才低于参考电压VREFH。只有在比由计时器2电路131确定的预定时间段更短的时间段内，第二电流检测电阻器R2116的端电压V2141才高于参考电压VREFL。因此，控制信号SD保持逻辑低平。控制块111用作针对PWM_OUT信号的缓冲器。第一MOSFET开关M1 104和第二MOSFET开关M2105正常开关。

在对地负载短路、对电源负载短路或其它故障的情况下，大电流流入第一MOSFET开关M1104、第二MOSFET开关M2105或两者中。当大电流流入第一MOSFET开关M1104时，第一电流检测电阻器R1115的端电压V1140低于参考电压。在第一比较器121的输出产生逻辑高电平。如果流入第一MOSFET开关M1104的大电流的持续时间比由计时器1电路130确定的预定时间段更长，则在计时器1电路130的输出产生逻辑高电平。当大电流流入第二MOSFET开关M2105时，第二电流检测电阻器R2116的端电压V2141高于参考电压VREFL。在第二比较器122的输出产生逻辑高电平。如果流入第二MOSFET开关M2105的大电流的持续时间比由计时器2电路131确定的预定时间段更长，则在计时器2电路131的输出产生逻辑高电平。当在计时器1电路130的输出产生逻辑高电平，或在计时器2电路131的输出产生逻辑高电平，或在两个输出都产生逻辑高电平时，在或门123的输出产生逻辑高电平。SR锁存器124产生逻辑高电平控制信号SD，该逻辑高电平控制信号SD阻止在控制块111的输出的信号开关操作。将逻辑高电平控制信号SD保持由计时器3电路132确定的预定时间段。当控制信号SD在由计时器3电路132确定的预定时间段里处于逻辑高电平状态时，在计时器3电路132的输出产生逻辑高电平。随后，复位SR锁存器124。当复位了SR锁存器124时，SR锁存器124产生逻辑低平控制信号SD，随后该逻辑低平控制信号SD允许PWM_OUT通过控制块111，并使能OUTPUT处的信号开关操作。在对地负载短路、对电源负载短路或其它故障仍然存在的情况下，大电流流入第一MOSFET开关M1104、第二MOSFET开关M2105或两者中。具有计时器复位电路的过电流保护再次如上所述地工作。在对地负载短路、对电源负载短路或其它故障不再存在的情况下，D类电路自动返回到正常工作。

虽然描述了本发明的以上实施例，但是本领域技术人员可以作出多种改变、修改或改进。这些改变、修改或改进要在本发明的精神和范围之内。以上描述仅作为示例，而非限制之用。本发明只受限于权利要求中所限定的内容。

Claims

1.一种方法，用于允许已经由于过电流条件而已在开关电路的输出级停止开关操作的开关电路，在不再满足过电流条件时，返回到正常工作所述方法包括：

当感测到所述过电流条件时，激活控制信号，来停止在所述开关电路的所述输出级的信号开关操作；

在检测到所述控制信号的激活时，开启计时器电路；以及

在所述控制信号被激活预定时间段之后，从所述计时器电路产生复位信号，来解除所述控制信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中开关电路是开关放大器，或开关稳压器，或使用开关电路的系统。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述开关放大器是单端负载配置或桥接负载配置。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述控制信号是数字信号、模拟信号或特定形式的信号，其用来指示已检测到过电流条件。

5.根据权利要求1所述的方法，其中由SR锁存器激活所述控制信号。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述计时器电路是延迟电路，或使信号延迟所述预定时间段的电路。

7.根据权利要求1所述的方法，其中由所述计时器电路激活所述控制信号。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述复位信号是数字信号、模拟信号或特定形式的信号，其用来指示所述控制信号已被激活了所述预定时间段。

9.根据权利要求1所述的方法，其中由所述计时电路确定所述预定时间段。

10.一种设备，用于允许已经由于过电流条件而在开关电路的输出级停止开关操作的开关电路，在不再满足过电流条件时，返回到正常工作，所述设备包括：

SR锁存器，当感测到所述过电流条件时，进行操作来激活控制信号，以停止在所述开关电路的所述输出级的信号开关操作；

计时器电路，在所述控制信号被激活预定时间段之后，进行操作来激活复位信号。

11.根据权利要求10所述的设备，其中开关电路是开关放大器，或开关稳压器，或使用开关电路的系统。

12.根据权利要求11所述的设备，其中所述开关放大器是单端负载配置或桥接负载配置。

13.根据权利要求10所述的设备，其中所述控制信号是数字信号、模拟信号或特定形式的信号，其用来指示已检测到过电流条件。

14.根据权利要求10所述的设备，其中所述计时器电路是延迟电路，或使信号延迟有意设置的预定时间段的任何相似电路。

15.根据权利要求10所述的设备，其中所述复位信号是由所述计时器电路激活的。

16.根据权利要求10所述的设备，其中所述复位信号是数字信号、模拟信号或特定形式的信号，其用来指示所述控制信号已被激活了所述预定时间段。

17.根据权利要求10所述的设备，其中所述预定时间段是由所述时间电路确定的。