CN101267157A - 用于功率转换器电流侦测端之短路保护的控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于功率转换器电流侦测端之短路保护的控制电路,其具有用以侦测功率转换器电流侦测端发生短路的侦测电路,此侦测电路包含有比较器、验证电路与计时电路,比较器会接收来自功率开关之切换电流的输入讯号,并当输入讯号低于临界值时产生侦测讯号;验证电路则根据侦测讯号或/与延迟讯号而产生保护讯号,当延迟讯号的时间延迟之后功率开关仍然导通以及侦测讯号仍然致能,则表示电流侦测端产生短路,即产生保护讯号,进而将功率开关关闭以达到保护的目的。

Description

用于功率转换器电流侦测端之短路保护的控制电路 技术领域本发明为一种控制电路,特别是指一种用于功率转换器电流侦测 端之短路保护的控制电路。背景技术功率转换器具有隔离、变压、稳压等功能,各种功率转换器已经 广泛用于电压与电流之调整。功率转换器基本上可分为隔离式及非隔 离式两大类型,隔离式开关功率转换器都设有输出滤波器、变压器、 初级侧开关、次级侧整流电路以及控制器等,为了安全的理由,往往需要提供功率的保护给功率转换器本身及其系统端提供过功率的保 护,但功率转换器的输出功率也因此遭受限制。 一般而言,限制功率 转换器的切换电流会影响输出功率。如图1所示的一种传统的功率转换器;此功率转换器包含控制电路10,其耦合到功率转换器的输出 电压V。,并藉由在控制电路10的切换端SW产生切换讯号Sw来调整输 出电压V。。切换讯号Sw传输到功率开关11来调整变压器12并透过变 压器12控制传输的能量。当切换讯号Sw致能时,功率开关ll的切换 电流Ip会跟着产生。此切换电流Ip系以下列方程式(1)表示:t Vw tIP 二-X I ONLp-----------------------------------------(1)其中V^为施加到变压器10的输入电压;U为变压器12的初级线圈电感值;以及 L为切换讯号Sw的开启(on-time)时间。切换电流Ip透过电阻器13而产生输入讯号VlQ输入讯号V!传送 至到控制电路10的电流侦测端VI。变压器12则透过整流器14与电 容器15而产生输出电压V。。至于参考电压组件17是与电阻器16串 联连接,电阻器16连接到输出电压V。。参考电压组件17连接到光耦 合器18。光耦合器18产生的反馈讯号VpB则耦合至控制电路10。图2绘示一种传统的功率转换器之控制电路10;比较器101耦 合并接收代表功率开关11之切换电流Ip的输入讯号V,,比较器101 的另一输入端则耦合并接收反馈讯号VFB,用以和输入讯号V!做比较, 以进行电流模式控制。比较器101和电阻器108连接,电阻器108用 以对反馈讯号Vfb施加偏圧。当输入讯号V!的准位高于反馈讯号VFB 的准位时,切换讯号Sw截止。比较器102也耦合接收输入信号VI5并用以限制功率开关11的最大电流。并且,比较器102比较输入讯号Vf和阔值电压VTI1,当输 入讯号V!超过由阈值电压V^所设定的电流极限时,关闭功率开关11 会响应比较器102之输出状态周期性的截止。此比较器102会限制输 出功率的最大值。而控制电路10会根据反馈讯号V^而产生切换讯号 Sw去驱动功率开关11,以调整功率转换器之输出电压V。。另外,振荡电路(0SC) 103产生频率讯号PLS,并透过反向器105 耦接到触发器104之频率输入端CK。供应电压Va.传输到触发器104 之D-输入端D,触发器104之重置输入端R连接到与门106 (AND gate) 之输出端。与门106之输入端连接到比较器IOI之输出端,与门106 之另一个输入端连接到比较器102之输出端。触发器104之输出端Q 连接到与门107,与门107之另一个输入端则透过反向器105接收到 频率讯号PLS,与门107并从输出端产生切换讯号Sw。因此,切换讯 号Sw会依照频率讯号PLS周期性的致能,并由反馈讯号Vfb所控制。 此外,为了保护功率开关ll,当切换电流Ip高于阈值电流L时,会 将切换讯号Sw禁能。然而,如图3所示,控制电路IO之电流侦测端VI发生短路,仍 存在有一些潜在的问题。在这种情况下,反馈与保护功能将会失效, 而可能让功率转换器造成永久性的损害。发明内容针对上述问题,本发明的目的是提供一种用于功率转换器电流 侦测端之短路保护的控制电路,当发生短路时可将功率开关关闭,以 提供短路保护。本发明的技术方案是这样的:用于功率转换器电流侦测端之短路 保护的控制电路,具有一侦测电路,该侦测电路系用以侦测一功率转 换器之电流侦测端之短路,该侦测电路包含有:一比较器,耦合并接收来自一功率开关之切换电流之一输入讯 号,且当该输入讯号低于一临界值时,致能一侦测讯号;一时间延迟电路,根据该功率开关之导通而产生一延迟讯号;及一验证电路,接收该侦测讯号与该延迟讯号,并根据该侦测讯号 与该延迟讯号而产生 一保护讯号;其中该保护讯号系于该功率开关之导通与该侦测讯号之致能经 过该延迟讯号之时间延迟后而致能。其中该保护讯号系用以截止该功率开关。更包含一计时电路,其耦合并接收该保护讯号,且当该保护讯号 存在超过该计时电路之一暂停期间时,产生一控制讯号来栓锁截止该功率开关。更包含一加法电路,其耦合并接收一斜坡讯号,并根据该斜坡讯号与该输入讯号产生一斜率讯号;其中该斜率讯号系结合一反馈讯号 而产生一切换讯号以切换该功率开关,该反馈讯号系传输至该功率转 换器以进行调整,且该斜坡讯号系根据该功率开关之导通而产生。 其中该时间延迟电路包含:一第二比较器,耦合并接收一斜坡讯号,且根据该斜坡讯号与一 参考讯号而产生一第二讯号;及一逻辑电路,耦合并接收一频率讯号,且根据该频率讯号与该第 二讯号而产生该延迟讯号;其中该频率讯号驱动该功率开关导通。采用上述方案后,本发明的侦测电路包含有比较器、验证电路与 计时电路,比较器会接收来自功率开关之切换电流的输入讯号,并当 输入讯号低于临界值时产生侦测讯号;验证电路则根据侦测讯号或/ 与延迟讯号而产生保护讯号,当延迟讯号的时间延迟之后功率开关仍 然导通以及侦测讯号仍然致能,则表示电流侦测端产生短路,即产生 保护讯号,进而将功率开关关闭以达到保护的目的。附图说明图1为习知的功率转换器的电路图;图2为习知的功率转换器的控制电路示意图;图3为控制电路电流侦测端的短路情况示意图;图4为本发明的功率转换器的控制电路;图5为本发明的振荡电路;图6为本发明的控制电路的波形;图7为本发明的侦测电路的电路示意图;图8为本发明的加法电路。具体实施方式根据本发明所揭露的用于功率转换器电流侦测端之短路保护的 控制电路,如图4所示,系为本发明功率转换器的控制电路之较佳实 施例电路图。控制电路包含加法电路20、侦测电路21、振荡电路22、 比较器25与26、与门(AND gate)27与29、反向器23与触发器28。 加法电路20耦合并接收斜坡讯号(ramp signal ) RAMP与输入讯号V, 而产生斜率讯号(slope signal )SLP。输入讯号V,代表功率开关11 的切换电流IP (如图1所示),至于斜率讯号SLP是和斜坡讯号RAMP与输入讯号V,之总和有关。振荡电路22是用以产生斜坡讯号RAMP、时间延迟讯号SN与频率 讯号PLS。斜坡讯号RAMP和频率讯号PLS同步(in phase),当斜坡 讯号RAMP致能时,切换讯号Sw也致能。比较器25耦合并接收斜率讯 号SLP,比较器25的另一输入端则耦合并接收反馈讯号VFB,用以和 斜率讯号SLP做比较,来调整功率转换器。比较器25并连接电阻器 24,电压源L与电阻器24用以对反馈讯号Vfb施加偏圧。并且,当 斜率讯号SLP的准位(level)高于反馈讯号VFB的准位时,切换讯号Sw 截止。因为斜率讯号SLP是斜坡讯号RAMP和输入讯号V,的总和。因 此,就算电流侦测端VI发生短路,功率转换器仍可执行反馈工作。比较器26也耦合并接收输入讯号V"用来限制功率开关11的最 大电流。此比较器26藉由将输入讯号V】与阈值电压VTu做比较,来限 制输出功率的最大值。而频率讯号PLS透过反向器23传输到触发器 28之频率输入端CK;控制讯号ENB是传输到触发器28之D-输入端D; 触发器28之重置输入端R连接到与门27之输出端。与门27之输入 端连接到比较器25之输出端,与门27之另一输入端连接到比较器 26之输出端。触发器28之输出端Q连接到与门29以产生切换讯号 Sw,至于与门29之另一输入端则透过反向器23接收频率讯号PLS。因此,如果控制讯号ENB致能,切换讯号S^将被频率讯号PLS 致能。而切换讯号Sw可控制功率开关11。功率开关11响应频率讯号 PLS之下降沿而导通。切换讯号Sw更受反馈讯号VFB与斜率讯号SLP 所控制。假如切换电流Ip (输入讯号高于阈值电压VT"时,切换 讯号S^会截止以保护功率开关11。继而,侦测电路21耦合并接收输 入讯号V:、时间延迟讯号Sw、频率讯号PLS与切换讯号Sw,以产生控 制讯号ENB。图5是图4中的振荡电路250。电流源221透过开关223耦合到 电容230,另一电流源222透过开关224耦合到电容230。另外,比 较器225与226分别接收作用点电压(trip-point voltage) Vn与VL。 比较器225耦合到电容230以产生第一输出到与非门227 (NAND gate) 之输入端;比较器226 —样耦合到电容230以产生第二输出到与非门 228之输入端。与非门227与228连接在一起而形成RS触发器(RS latch circuit),以产生力丈电讯号来控制开关224。;故电讯号也传输 到反向器229以产生充电讯号,此充电讯号控制开关223,并透过反 向器231产生频率讯号PLS。至于斜坡讯号RAMP产生于电容230。接着,时间延迟电路220是用来产生延迟讯号SN。时间延迟电路 220接收参考讯号Vm并包含第二比校器232与与门233,且作用点电 压VH高于参考讯号V,参考讯号Vw高于作用点电压VL。第二比较器 2 32耦合并接收斜坡讯号RAMP,并根据斜坡讯号RAMP与参考讯号VM,而产生讯号Sw于第二比较器232之输出端。另外,与门233之输入端透过反向器231接收频率讯号PLS,而 与门233之另一输入端接收讯号Sm,而产生延迟讯号SN。频率讯号 PLS之下降沿驱动切换讯号Sw与延迟讯号SN,且延迟讯号Sn之下降沿 产生于时间延迟TD之后,延迟讯号Sw之频率宽度代表时间延迟电路 220之时间延迟TD。其波形如图6所示。图7是图4侦测电路21的较佳实施例电路图。侦测电路21包含 比较器211、验证电路213与计时电路212。其中,比较器211耦合 并接收输入讯号VI5用以产生侦测讯号Vs,且当输入讯号V!低于临界 值L时,侦测讯号Vs致能。验证电路213包含与门215、反向器216 与触发器217。与门215耦合并接收侦测讯号Vs与切换讯号Sw,与门 215之输出端连接到触发器217之D-输入端D,而触发器217之频率 输出端CK透过反向器216接收延迟讯号SN。验证电路213会响应侦测讯号Vs与延迟讯号SN而产生保护讯号 Vp于触发器217之输出端Q。当功率开关11之导通或/与侦测讯号Vs 之致能经过延迟讯号SN之时间延迟TD后,则产生保护讯号Vp。进一 步而言,计时电路212耦合并连接到保护讯号VP,而产生控制讯号 ENB去栓锁截止切换讯号Sw与功率开关11。此计时电路212包含触发 器321-326与反向器327。触发器321-325是作为计数器使用,并由 频率讯号PLS所触发。且触发器321-325的重置输出端R连接并接收 保护讯号Vp。计数器之输出在计数器发生溢位(over-flow)时触发 触发器326。而触发器326是用来作为一种栓锁(latch)以透过反 向器327产生控制讯号ENB。触发器217与326的重置输出端R连接 到电压起始重置讯号PWRST。当保护讯号Vp持续存在超过了计时电路 212的暂停时间时,则控制讯号ENB截止功率开关11以进行保护。如前述方程式(l)所示,当功率开关11导通时,在时间延迟TD 后切换电流Ip应该会高于特定值。因此,假如在时间延迟TD后所侦 测到的输入讯号V,低于临界值V^时,即预测电流侦测端VI为发生短 路。另外,计时电路212用在致能保护中防止误动作(debounce)。然 而,计时电路212的暂停期间(time-out period)应该加以限制, 以确保功率开关ll在异常状态期间是处于安全工作区域(SOA)中。其中异常状态可譬如为功率转换器之输出与电流侦测端是短路的情况。 图8是加法电路20之较佳实施例。加法电路20耦合并接收斜坡 讯号RAMP,以根据斜i皮讯号RAMP与输入讯号V,产生斜率讯号SLP。 运算放大器(operational amplifier) 201、晶体管202与电阻器 203所组成的电压-电流转换电路会响应斜坡讯号RAMP产生电流Ila 晶体管206与207所形成的电流镜(current mirror)会根据电流 Ii产生电流I2。另一运算放大器205作为增益緩冲器(unit-gainbuffer),以接收输入讯号Vu增益緩冲器之输出端则连接到电阻器 204。电流12更连接到电阻器204以用与增益缓冲器共同产生斜率讯 号SLP。其中电阻器204和电阻器203相关if关。虽然本发明以前述之较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本 发明,任何熟习此技艺者,在不脱离本发明之精神和范围内,当可作 些许之更动与润饰,因此本发明之保护范围当视后附之申请专利范围 所界定者为准。

Claims (5)

1. 用于功率转换器电流侦测端之短路保护的控制电路,其特征在于:具有一侦测电路,该侦测电路系用以侦测一功率转换器之电流侦测端之短路,该侦测电路包含有: 一比较器,耦合并接收来自一功率开关之切换电流之一输入讯号,且当该输入讯号低于一临界值时,致能一侦测讯号; 一时间延迟电路,根据该功率开关之导通而产生一延迟讯号;及 一验证电路,接收该侦测讯号与该延迟讯号,并根据该侦测讯号与该延迟讯号而产生一保护讯号; 其中该保护讯号系于该功率开关之导通与该侦测讯号之致能经过该延迟讯号之时间延迟后而致能。
2、 根据权利要求1所述用于功率转换器电流侦测端之短路保护 的控制电路,其特征在于:其中该保护讯号系用以截止该功率开关。
3、 根据权利要求1所述用于功率转换器电流侦测端之短路保护 的控制电路,其特征在于:更包含一计时电路,其耦合并接收该保护 讯号,且当该保护讯号存在超过该计时电路之一暂停期间时,产生一 控制讯号来栓锁截止该功率开关。
4、 根据权利要求1所述用于功率转换器电流侦测端之短路保护 的控制电路,其特征在于:更包含一加法电路,其耦合并接收一斜坡 讯号,并根据该斜坡讯号与该输入讯号产生一斜率讯号;其中该斜率 讯号系结合一反馈讯号而产生一切换讯号以切换该功率开关,该反馈 讯号系传输至该功率转换器以进行调整,且该斜坡讯号系根据该功率 开关之导通而产生。
5、 根据权利要求1所述用于功率转换器电流侦测端之短路保护 的控制电路,其特征在于:其中该时间延迟电路包含:一第二比较器,耦合并接收一斜坡讯号,且根据该斜坡讯号与一 参考讯号而产生一第二讯号;及一逻辑电路,耦合并接收一频率讯号,且根据该频率讯号与该第 二讯号而产生该延迟讯号;其中该频率讯号驱动该功率开关导通。
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