CN101470142B - 过流检测电路、降压转换器及过流检测方法 - Google Patents
过流检测电路、降压转换器及过流检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种过流检测电路，连接至降压转换器的低端场效应管的开关节点，其包括电压产生电路以及运算放大器。电压产生电路，用以产生根据温度变化自动调整大小的参考电压，其又包括电压输入端以及热敏电阻。电压输入端用以提供电压。热敏电阻连接至电压输入端，用以对电压输入端输入的电压产生分压，且分压随温度的变化自动调节，并使电压输入端输入的电压经分压后形成参考电压。运算放大器其具有两个输入端，一个输入端连接至电压产生电路，另一个输入端连接至降压转换器的低端场效应管的开关节点。本发明可以使降压转换器设置的电流限制或保护值不受温度影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种过流检测电路及对应的降压转换器，特别涉及一种可以不受温度变化影响的过流检测电路及对应的降压转换器。
背景技术
电源作为一切电子产品的供电设备，除了性能要满足供电产品的要求外，其自身的保护措施也非常重要，如过压、过流、过热保护等。一旦电子产品出现故障时，如电子产品输入侧短路或输出侧开路时，则电源必须关闭其输出电压，才能保护电源内部元器件及电源所提供电压的负载等不被烧毁，否则可能引起电子产品的进一步损坏，甚至引起操作人员的触电及火灾等现象。因此电源的保护措施是非常重要的一个环节，而在现有对电源的各种保护功能中，过流保护占着很重要的位置。
开关式电源是现在常用的一种电源，其是利用现代电力电子技术，控制开关开通和断开的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。开关式电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制芯片和开关构成。对开关式电源的过流保护经常是利用检测导通时在开关上的压降并判断此时的输出电流大小，从而达到限流的作用。
开关式电源通常包括用于进行电压转换的电压转换器。电压转换器分为降压转换器和升压转换器。降压转换器是用于将输入电压转换为较低的输出电压。请参见图1，其为现有一种降压转换器的原理结构图。此降压转换器101包括开关电路103和运算放大器111。其中，开关电路103包括高端场效应管(high-side MOSFET)105及低端场效应管(low-side MOSFET)107。当高端场效应管105导通而低端场效应管107截止时，输出电压增大。当高端场效应管105截止而低端场效应管107导通时，输出电压减小。现将低端场效应管107导通时的压降与一个预先设置的参考电压Vref通过运算放大器111相加而得过流判别信号，若过流判别信号是正值则说明降压转换器101输出电流正常，若过流判别信号是负值则说明降压转换器101输出电流过大，此时可以通过相应的机制使电源停止工作或者进入打嗝模式(HICCUP MODE)。低端场效应管107导通时的压降为其源极与漏极间的电阻上的电压，在图1中以Vd点表示低端场效应管107导通时的压降，后续把Vd点称为低端场效应管的开关节点。
但是，由于目前场效应管的开关节点的电压与温度成正比，随着温度的升高低端场效应管的开关节点的电压是不断的增加的，因此上述方法只能用于粗略的限流作用，而往往达不到预期的效果。从量产时候的情况下看，经常出现有些电源有过流现象，而有些没有，一方面固然与元件参数有关，一方面也与温度有关。同时，这也给技术人员对参考电压Vref的设定带来很大的难度。
发明内容
本发明的目的是提供一种过流检测电路，以解决利用下端场效应管的导通压降来判断输出电流是否过大时受温度变化影响、进而影响限流效果的技术问题。
本发明的再一目的是提供一种降压转换器，以解决利用下端场效应管的导通压降来判断输出电流是否过大时受温度变化影响、进而影响限流效果的技术问题。
本发明的再一目的是提供一种过流检测方法，以解决利用下端场效应管的导通压降来判断输出电流是否过大时受温度变化影响、进而影响限流效果的技术问题。
本发明提供一种过流检测电路，连接至降压转换器的低端场效应管的开关节点，其包括电压产生电路以及运算放大器。电压产生电路，用以产生根据温度变化自动调整大小的参考电压，其又包括电压输入端以及热敏电阻。电压输入端用以提供电压。热敏电阻连接至电压输入端，用以对电压输入端输入的电压产生分压，且分压随温度的变化自动调节，并使电压输入端输入的电压经分压后形成参考电压。运算放大器其具有两个输入端，一个输入端连接至电压产生电路，另一个输入端连接至降压转换器的低端场效应管的开关节点，用以将低端场效应管的开关节点处的压降与电压产生电路产生的参考电压相加，并根据运算结果判断降压转换器的输出电流是否过大。
依照本发明较佳实施例所述的过流检测电路，其还包括电压跟随器，设置于电压产生电路及运算放大器之间，其具有输入端及输出端，输入端连接至电压产生电路，输出端连接至运算放大器的输入端，用以隔离参考电压的干扰信号。
依照本发明较佳实施例所述的过流检测电路，其电压产生电路还包括第一电阻、第二电阻以及第三电阻。第一电阻连接至电压输入端，且与热敏电阻并联。第二电阻与热敏电阻及第一电阻串联，且其一端连接并联的该热敏电阻和第一电阻，另一端作为参考电压输出端。第三电阻，其一端连接至第二电阻的参考电压输出端，另一端接地。
本发明再提供一种降压转换器，包括反馈电路、驱动电路、濾波电路、开关电路以及过流检测电路。其中开关电路包括高端场效应管以及低端场效应管。过流检测电路连接至低端场效应管的开关节点，用以结合温度变化并检测低端场效应管的开关节点处的压降，并根据降压判断降压转换器的输出电流是否过大。过流检测电路包括电压产生电路以及运算放大器。电压产生电路，用以产生根据温度变化自动调整大小的参考电压，其又包括电压输入端以及热敏电阻。电压输入端用以提供电压。热敏电阻连接至电压输入端，用以对电压输入端输入的电压产生分压，且分压随温度的变化自动调节，并使电压输入端输入的电压经分压后形成参考电压。运算放大器其具有两个输入端，一个输入端连接至电压产生电路，另一个输入端连接至降压转换器的低端场效应管的开关节点，用以将低端场效应管的开关节点处的压降与电压产生电路产生的参考电压相加，并根据运算结果判断降压转换器的输出电流是否过大。
本发明另提出一种过流检测方法用以结合温度变化并判断降压转换器的输出电流是否过大，其包括以下步骤：首先，产生根据温度变化自动调整大小的参考电压。其次，将降压转换器的低端场效应管的开关节点处的压降与参考电压相加。然后，根据相加后的结果判断降压转换器的输出电流是否过大。
依照本发明较佳实施例所述的过流检测方法，其还包括：通过将一个电压经过热敏电阻分压后形成该参考电压。
依照本发明较佳实施例所述的过流检测方法，其还包括：将该参考电压的干扰信号隔离后再与该低端场效应管的开关节点处的压降相加。
本发明另提出一种过流检测方法，包括以下步骤：首先，提供降压转换器，降压转换器包括低端场效应管，低端场效应管上设置开关节点。其次，通过包括一电压输入端和一热敏电阻的电压产生电路产生根据温度变化自动调整大小的参考电压。其中，所述电压输入端提供电压；所述热敏电阻连接至该电压输入端，用以对该电压输入端输入的该电压产生一分压，且该分压随温度的变化自动调节，并使该电压输入端输入的电压经分压后形成参考电压。接着，通过具有两个输入端，一个输入端连接至该电压产生电路，另一个输入端连接至该降压转换器的该低端场效应管的开关节点的一运算放大器，将低端场效应管的开关节点处的压降与该电压产生电路产生的参考电压相加。最后，根据运算结果判断降压转换器的输出电流是否过大。
依照本发明较佳实施例所述的过流检测方法，还包括以下步骤：将参考电压的干扰信号隔离后再与低端场效应管的开关节点处的压降相加。
本发明因采用了过流检测电路，因此在利用下端场效应管开关节点上的降压来判断输出电流是否过大时可以不受温度变化影响，更加精确，能更能有效地实行保护电源系统的操作。其中，过流检测电路通过利用一个热敏电阻使参考电压根据温度线性变化，达到补偿由于温度变化而导致场效应管的值改变带来的影响。本发明简单易于实现，成本低且解决了实际问题。
附图说明
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1为现有一种降压转换器及其过流保护电路结构图；
图2为本发明实施例的一种过流检测电路及其与降压转换器的连接结构示意图；
图3为降压转换器输出电流波形图；
图4为本发明实施例的一种降压转换器电路图；
图5为本发明实施例的一种过流检测方法流程图。
图6为本发明实施例的另一种过流检测方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图，具体说明本发明。
请参见图2，其为本发明实施例的一种过流检测电路的结构示意图。过流检测电路201包括电压产生电路207、电压跟随器209以及运算放大器211。电压产生电路207包括电压输入端213、热敏电阻R、第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3。第一电阻R1与热敏电阻R并联后设置在电压输入端213及第二电阻R2之间。第二电阻R2的一端与并联的热敏电阻R及第一电阻R1串联，另一端作为参考电压输出端及连接第三电阻R3。第三电阻R3，其一端连接至第二电阻R2，另一端接地。电压跟随器209设置于电压产生电路207及运算放大器211之间，其具有输入端及输出端，输入端连接至电压产生电路207，输出端连接至运算放大器211的输入端。运算放大器211其具有两个输入端，一个输入端连接至电压产生电路207，另一个输入端连接至降压转换器的低端场效应管的开关节点。
本实施例在电压产生电路207的电压输入端213输入一个输入电压Vcc，并通过热敏电阻R与第一电阻R1并联后的电阻、第二电阻R2以及第三电阻R3分压后，形成一个参考电压。参考电压经过电压跟随器209隔离干扰信号后，可再进一步经分压后与低端场效应管的开关节点处的电压相加而得过流判别信号。若过流判别信号为正值则说明经分压后的参考电压大于低端场效应管的开关节点处的电压，降压转换器的输出电流正常。若过流判别信号为负值则说明经分压后的参考电压小于低端场效应管的开关节点处的电压，降压转换器的输出电流过大，此时可以通过相应的机制使电源系统停止工作(SHUTDOWN)或者进入打嗝模式(HICCUP MODE)。
其中，低端场效应管导通时源极与漏极(即开关节点)间的阻值与温度成正比，当温度升高的时候，低端场效应管导通时源极与漏极间的电阻增加，则最大电流在低端场效应管导通时源极与漏极间的电阻上产生的压降绝对值增加(即低端场效应管开关节点处的电压绝对值增加)，显然这不是因为电流增加引起的。所以这时候要让限流点提高，以避免误触发。而因为此时热敏电阻R的电阻值减少，则热敏电阻R与第一电阻R1并联后的阻值也减小，因此参考电压也增大，只要选用合适的热敏电阻R、第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3，即可满足了限流点的提高。
根据低端场效应管导通时源极与漏极间的电阻随温度变化的函数，Rdson＝f(T)以及热敏电阻R随温度变化的函数Rt＝g(T)具体计算，可以得到公式：
f(T)*Ipeak＝Vcc*R3/(R2+R3+R1//g(T)) 公式1
根据公式1可以看出，合理调节第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3，来达到与f(T)逼近的线性函数，可以实现线性化电流限制以及确定并设置不受温度影响的限流参考电压。
本发明的过流检测电路除了可以外接在降压转换器上，也可以设置在降压转换器中，请参见图4，其为本发明实施例的一种降压转换器电路图。
本实施例的降压转换器401用以将输入电压Vin转换为较小的输出电压Vout。其包括反馈电路403、驱动电路405、濾波电路407、开关电路409以及过流检测电路411。其中开关电路409包括高端场效应管413以及低端场效应管415。过流检测电路411连接至低端场效应管415的开关节点，用以结合温度变化并检测低端场效应管415的开关节点处的电压(即低端场效应管415导通时，在其源极与漏极间电阻上的压降)，并根据降压判断降压转换器的输出电流是否过大。过流检测电路411包括电压产生电路417、电压跟随器419以及运算放大器421。电压产生电路417包括电压输入端423、热敏电阻R、第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3。第一电阻R1与热敏电阻R并联后设置在电压输入端423及第二电阻R2之间。第二电阻R2与热敏电阻R及第一电阻R1串联，且其一端连接至热敏电阻R，另一端作为参考电压输出端。第三电阻R3，其一端连接至第二电阻R2的参考电压输出端，另一端接地。电压跟随器419设置于电压产生电路417及运算放大器421之间，其具有输入端及输出端，输入端连接至电压产生电路417，输出端连接至运算放大器421的输入端。运算放大器421其具有两个输入端，一个输入端连接至电压产生电路417，另一个输入端连接至降压转换器401的低端场效应管415的开关节点。
请参见图3，其为降压转换器输出电流波形图。降压转换器401工作时，通过反馈电路403将输出电压Vout反馈到驱动电路405。若输出电压Vout小于一个预先设定的基准值，则驱动电路405导通高端场效应管413，使输出电压Vout增大。若输出电压Vout大于一个预先设定的基准值，则驱动电路405截止高端场效应管413，并导通低端场效应管415，使电感L上的电流经过低端场效应管415流入接地端，从而使输出电压Vout减小。而当此过程中的某一个器件短路时，可能会造成电感电流过大，从而可能损坏降压转换器401的负载或内部器件。过流检测电路411用以结合温度变化并检测低端场效应管415的开关节点处的电压，并根据检测到的电压判断降压转换器401的输出电流是否过大。其内部结构与检测原理与上述图2中的过流检测电路201相同，此处不再复述。当降压转换器401的输出电流过大时(即运算放大器421的输出为负时)，通过相应的机制使电源系统停止工作或者进入打嗝模式。
请参见图5，其为本发明实施例的一种过流检测方法流程图。
S501：提供降压转换器，降压转换器包括低端场效应管，低端场效应管上设置开关节点。
S503：产生根据温度变化自动调整大小的参考电压。
S505：将开关节点处的压降与参考电压相加。
S507：根据相加后的结果判断降压转换器的输出电流是否过大。
请参见图6，其为本发明实施例的另一种过流检测方法流程图。
S601：提供降压转换器，降压转换器包括低端场效应管，低端场效应管上设置开关节点。
S603：提供热敏电阻。
S605：提供电压。
S607：电压经过热敏电阻分压后形成参考电压。
S609：将参考电压的干扰信号隔离后再与低端场效应管的开关节点处的压降相加。
S611：根据相加后的结果判断降压转换器的输出电流是否过大。
因为低端场效应管的源极与漏极间的电阻(Rdson)与温度成正比：Rdson＝f(T)，因此结合运算结果以及热敏电阻与温度的函数关系可以得到低端场效应管导通时源极与漏极间的电阻随温度变化的线性函数，从而可以确定并设置不受温度影响的限流参考电压。
本发明因采用了过流检测电路，因此在利用下端场效应管导通时源极与漏极间的电阻上的降压来判断输出电流是否过大时不受温度变化影响，更加精确，更能有效地实行保护电源系统的操作。其中，过流检测电路通过利用一个热敏电阻使参考电压根据温度线性变化，达到补偿由于温度变化而导致场效应管导通时源极与漏极间的电阻值改变带来的影响。本发明简单易于实现，成本低且解决了实际问题。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种过流检测电路，连接至一降压转换器的一低端场效应管的开关节点，其特征在于，包括：
一电压产生电路，用以产生根据温度变化自动调整大小的一参考电压，其又包括：
一电压输入端，用以提供一电压；
一热敏电阻，连接至该电压输入端，用以对该电压输入端输入的该电
压产生一分压，且该分压随温度的变化自动调节，并使该电压输入端输入
的该电压经分压后形成该参考电压；以及
一运算放大器，其具有两个输入端，一个输入端连接至该电压产生电路，另一个输入端连接至该降压转换器的该低端场效应管的开关节点，用以将该低端场效应管的开关节点处的压降与该电压产生电路产生的该参考电压相加，并根据运算结果判断该降压转换器的输出电流是否过大。
2.如权利要求1所述的过流检测电路，其特征在于，该过流检测电路还包括一电压跟随器，设置于该电压产生电路及该运算放大器之间，其具有输入端及输出端，输入端连接至该电压产生电路，输出端连接至该运算放大器的输入端，用以隔离该参考电压的干扰信号。
3.如权利要求1或2所述的过流检测电路，其特征在于，该电压产生电路还包括：
一第一电阻，连接至该电压输入端，且与该热敏电阻并联；
一第二电阻，其与该热敏电阻及第一电阻串联，且其一端连接并联的该热敏电阻和第一电阻，另一端作为参考电压输出端；以及
一第三电阻，其一端连接至该第二电阻的参考电压输出端，另一端接地。
4.一种降压转换器，包括一反馈电路、一驱动电路、一濾波电路以及一开关电路，其中该开关电路包括一高端场效应管以及一低端场效应管，其特征在于，
该降压转换器还包括一过流检测电路，连接至该低端场效应管的开关节点，用以结合温度变化并检测该低端场效应管的开关节点处的压降，并根据压降判断该降压转换器的输出电流是否过大，该过流检测电路包括：
一电压产生电路，用以产生根据温度变化自动调整大小的一参考电压，其又包括：
一电压输入端，用以提供电压；
一热敏电阻，连接至该电压输入端，用以对该电压输入端输入的该电压产生一分压，且该分压随温度的变化自动调节，并使该电压输入端输入的该电压经分压后形成该参考电压；以及
一运算放大器，其具有两个输入端，一个输入端连接至该电压产生电路，另一个输入端连接至该降压转换器的该低端场效应管的开关节点，用以将该低端场效应管的开关节点处的压降与该电压产生电路产生的该参考电压相加，并根据运算结果判断该降压转换器的输出电流是否过大。
5.如权利要求4所述的降压转换器，其特征在于，该过流检测电路还包括一电压跟随器，设置于该电压产生电路及该运算放大器之间，其具有输入端及输出端，输入端连接至该电压产生电路，输出端连接至该运算放大器的输入端，用以隔离该参考电压的干扰信号。
6.如权利要求4或5所述的降压转换器，其特征在于，该电压产生电路还包括：
一第一电阻，连接至该电压输入端，且与该热敏电阻并联；
一第二电阻，其与该热敏电阻及第一电阻串联，且其一端连接至该热敏电阻，另一端作为参考电压输出端；以及
一第三电阻，其一端连接至该第二电阻的参考电压输出端，另一端接地。
7.一种过流检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一降压转换器，该降压转换器包括一低端场效应管，该低端场效应管上设置一开关节点；
通过包括一电压输入端和一热敏电阻的电压产生电路产生根据温度变化自动调整大小的一参考电压，其中，所述电压输入端提供一电压；所述热敏电阻连接至该电压输入端，用以对该电压输入端输入的该电压产生一分压，且该分压随温度的变化自动调节，并使该电压输入端输入的该电压经分压后形成该参考电压；
通过具有两个输入端，一个输入端连接至该电压产生电路，另一个输入端连接至该降压转换器的该低端场效应管的开关节点的一运算放大器，将该低端场效应管的开关节点处的压降与该电压产生电路产生的该参考电压相加；以及
根据运算结果判断该降压转换器的输出电流是否过大。
8.如权利要求7所述的过流检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：将该参考电压的干扰信号隔离后再与该低端场效应管的开关节点处的压降相加。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110309 Termination date: 20151227 |
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