CN101902028B

CN101902028B - 过电流保护电路

Info

Publication number: CN101902028B
Application number: CN201010188669.XA
Authority: CN
Inventors: 上田康之
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; System Solutions Co Ltd
Priority date: 2009-05-29
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2030-05-28
Also published as: US8488287B2; KR101106813B1; TWI407657B; TW201101631A; US20100302698A1; CN101902028A; KR20100129231A; JP2010279188A

Abstract

提供一种不增加外置部件就能够精确度良好地检测过电流状态并且充分确保去除发热的过电流保护电路。过电流保护电路的特征在于包括以下模式来进行动作：第一动作模式，当电源电路启动时，对电容器进行充电直到端子电压达到第一电压为止；第二动作模式，与流过电源电路的输出晶体管的电流超过规定值的期间对应地，对电容器进行充电使得端子电压从第一电压向第二电压上升，当端子电压达到第二电压时使电源电路关闭；以及第三动作模式，当使电源电路关闭时，使电容器放电直到端子电压达到第三电压为止，当端子电压达到第三电压时解除电源电路的关闭。

Description

过电流保护电路

技术领域

本发明涉及一种过电流保护电路。

背景技术

目前，在各种电气设备中使用电源电路。通常，电源电路具备各种保护功能，以防止由过电流损坏电源电路。

作为这种保护功能，通常使用如下的过电流检测功能：当检测出由于短路等而在输出晶体管中流过过电流时，使输出晶体管截止。

另外，当启动电源电路时，如果输出电压急剧接近期望的电压值，则由于输出端通过大容量的电容器而虚拟接地，因此导致产生过电流。为了避免发生该情况，通常使用当启动电源电路时使输出电压逐渐上升的软启动(soft start)功能。

图4示出了具备这种过电流检测功能和软启动功能的电源电路的结构例。电源电路100构成为包括电源控制电路110、外置于该电源控制电路110的二极管120、线圈121、电容器122以及电阻123、124。其中，电源控制电路110构成为包括输出晶体管141、误差放大器(error amplifier)142、内部电源143、电流源144、振荡电路145、比较器146、输出控制电路147以及过电流检测电路148。

首先，说明电源电路100的普通的动作，对输出晶体管141的漏极施加输入电压，对输出晶体管141的栅极施加来自输出控制电路147的控制电压，输出晶体管141的源极与电源电路100的输出端子相连接。当输出晶体管141根据控制电压而导通时，在线圈121中流过电流而对电容器122进行充电，对于负载的输出电压上升。另一方面，当输出晶体管141根据控制电压而截止时，对于负载的输出电压下降。误差放大器142对反馈电压与内部电源143的基准电压之间的误差进行放大并输出，其中，该反馈电压是通过电阻123、124对输出电压进行电阻分压而得到的。比较器146将来自误差放大器142的输出与从振荡电路145输出的三角波等振荡信号进行比较而输出P WM(Pulse-WidthModulation：脉宽调制)信号。输出控制电路147根据PWM信号来对输出晶体管141进行PWM控制。这样，电源电路100如下进行动作：根据反馈电压与基准电压之间的误差来对输出晶体管141进行导通和截止控制，由此减小反馈电压与基准电压之间的误差，使输出电压接近期望的电压。

接着，说明电源电路100的过电流检测功能，过电流检测电路148当检测出由于短路等而在输出晶体管141中流过过电流时，将用于使输出晶体管141截止的信号输出到输出控制电路147，以防止由过电流损坏输出晶体管141。

另外，说明电源电路100的软启动功能，在启动电源电路100时，由于反馈电压与基准电压之间的误差较大，因此当根据该误差来进行PWM控制时，输出晶体管141导通的时间非常长，由于输出端通过大容量的电容器而虚拟接地，因此产生过电流的可能性较大。为了避免发生该情况，在误差放大器142上经由端子连接电容器130。并且，误差放大器142将基准电压和电容器130的电位中较低的某一方电压与反馈电压进行比较。根据这种结构，在启动电源电路100时，电容器130的电位由于从电流源144提供的电流而逐渐上升，这使得误差放大器142将电容器130的电位与反馈电压之间的误差进行放大，因此避免产生过电流。

专利文献1：日本特开2004-15881号公报

发明内容

发明要解决的问题

另外，有时输出晶体管141中瞬间流过大量的电流。这不同于由于短路等而产生的过电流，但是，每当流过大量的电流时，过电流检测电路148认定为过电流状态而使输出晶体管141截止，导致对电源电路100的动作产生障碍。

另外，电源电路100当产生过电流时使输出晶体管141截止，但是如果输出晶体管141从该状态立即恢复为导通状态，则有时无法充分去除在装载了电源电路100的系统中产生的热量。

本发明的目的在于提供一种过电流保护电路，该过电流保护电路不增加外置部件，就能够精确度良好地检测过电流状态，并且充分确保去除发热。

用于解决问题的方案

本发明所涉及的过电流保护电路设置在电源电路中的过电流保护电路，该电源电路在启动时根据连接在电容器上的端子的端子电压来进行软启动，该过电流保护电路的特征在于，包括以下模式来进行动作：第一动作模式，当上述电源电路启动时，对上述电容器进行充电直到上述端子电压达到第一电压为止；第二动作模式，与流过上述电源电路的输出晶体管的电流超过规定值的期间对应地，对上述电容器进行充电使得上述端子电压从上述第一电压向第二电压上升，当上述端子电压达到上述第二电压时使上述电源电路关闭；以及第三动作模式，当使上述电源电路关闭时，使上述电容器放电直到上述端子电压达到第三电压为止，当上述端子电压达到上述第三电压时解除上述电源电路的关闭。

发明的效果

根据上述结构，能够提供一种利用同一电容器来将软启动功能、过电流的错误检测防止功能、关闭期间的调整功能提供给电源电路的过电流保护电路。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的实施方式的过电流保护电路的图。

图2是用于说明本发明所涉及的实施方式中对于向电容器充电的电压的过电流保护电路的动作变化的图。

图3是用于说明本发明所涉及的实施方式中过电流检测信号的信号处理的图。

图4是表示普通的电源电路的图。

附图标记说明

1：过电流保护电路；2：电流源；3：电流源；4：开关；5：开关；6：晶体管；7：触发器(flip-flop)；8：触发器；9：或非门(NOR gate)；10：或非门；11：或非门；12：或门(OR gate)；13：磁滞放大器(hysteresis amplifier)；14：比较器；15：非门(NOT gate)；16：非门；17：非门；18：非门；19：非门；20：电容器；51：电压源；52：电压源；100：电源电路；145：振荡电路；147：输出控制电路；148：过电流检测电路；141：输出晶体管。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明所涉及的实施方式。此外，下面，省略说明装载有过电流保护电路的电源电路的整体结构，过电流保护电路例如被装载于如图4所示的具有软启动功能的电源电路100中。

首先，详细说明本实施方式所涉及的过电流保护电路的结构。

图1是表示过电流保护电路1的图。过电流保护电路1构成为包括电流源2～3、开关4～5、晶体管6、触发器7～8、或非门9～11、或门12、磁滞放大器13、比较器14、非门15～19以及端子SS。并且，端子SS与外置电容器21相连接。

端子SS与电容器21相连接。在电源电路中为了实现软启动功能而设置电容器21，电容器21例如相当于在图4所说明的电源电路100中的电容器。

电流源2经由开关4与端子SS相连接，流过对电容器21进行充电的电流Ic。电流源3与端子SS相连接，流过使电容器20放电的电流Id。构成为：电流Ic的电流值大于电流Id的电流值。在本实施方式中，设构成为：电流Ic为6μA、电流Id为0.6μA。根据这种结构，电流源2～3发挥如下作用：当开关4接通时对电容器21进行充电，当开关4断开时使电容器21放电。并且，在端子SS上产生的端子电压Vs与电容器21的充放电相应地发生变化。

在晶体管6的基极上经由开关5连接有电压源51，晶体管6的发射极与端子SS相连接。根据这种结构，当开关5接通时，端子电压Vs被保持为与电压源51相应的电压。在本实施方式中，设为当开关5接通时端子电压Vs被保持为1.1V。

磁滞放大器13的输入端与端子SS相连接，磁滞放大器13的输出端经由非门16与或非门11的输入端子及触发器7的复位端子相连接。在本实施方式中，磁滞放大器13当端子电压Vs上升而超过1.1V时输出高电平，当端子电压Vs下降而低于0.2V时输出低电平。

比较器14的非反转输入端子与端子SS相连接，比较器14的反转输入端子与电压源52相连接，比较器14的输出端子经由非门15与或非门11的输入端子相连接。在本实施方式中，将电压源51的电压设为1.3V。根据这种结构，比较器14当端子电压Vs超过1.3V时输出高电平。

经由非门15对或非门11输入比较器14的输出，并且经由非门16对或非门11输入磁滞放大器13的输出，或非门11的输出端子与触发器7的置位端子相连接。根据这种结构，或非门11当端子电压Vs超过1.3V时将高电平输出到触发器7的置位端子。

对触发器7的置位端子输入或非门11的输出，经由非门16对触发器7的复位端子输入磁滞放大器13的输出。根据这种结构，触发器7当端子电压Vs上升到1.3V时从输出端子输出高电平，并且，之后，当端子电压Vs下降到低于0.2V时被复位而从输出端子输出低电平。并且，在触发器7从输出端子输出高电平信号的期间，进行控制以关闭电源电路。此外，在此所说的关闭是指例如在图4示出的电源电路100中输出控制电路147在固定期间内对输出晶体管不输出PWM信号等而电源电路100处于不输出输出电压的状态。

经由非门19对触发器8的置位端子输入PWM信号，对触发器8的复位端子输入过电流检测信号。在此，PWM信号相当于输入到输出晶体管(例如，在图4示出的电源电路100中，相当于输出晶体管141。)的栅极的信号。后面进行详细说明，根据这种结构，触发器8与产生过电流的期间对应地从输出端子输出低电平的信号。此外，在此，过电流是指流过输出晶体管的超过规定量的电流。

对或非门10的一侧输入端子输入非门16的输出，对或非门10的另一侧的输入端子输入非门18的输出。根据这种结构，或非门10在端子电压Vs超过1.1V之后至低于0.2V为止的期间，仅在未产生过电流的期间从输出端子输出高电平。

对或门12的一侧输入端子输入触发器7的输出，对或门12的另一侧输入端子输入或非门10的输出。根据这种结构，或门12在端子电压Vs超过1.1V之后至低于0.2V为止的期间或者在产生过电流期间从输出端子输出低电平。于是，该低电平的信号通过非门17反转而输入到开关4，开关4被接通，通过从电流源2提供的电流对电容器21进行充电。

对或非门9的一侧输入端子输入非门16的输出，对或非门9的另一例的输入端子输入触发器7的输出。根据这种结构，或非门9在端子电压Vs未达到1.3V但超过1.1V之后至低于0.2V为止的期间，输出高电平。于是，根据该高电平的信号而开关5接通，晶体管6的基极与电压源51相连接。

接着，参照图2来具体说明图1示出的过电流保护电路1的动作。

期间A例如相当于紧接着启动装载有过电流保护电路1的电源电路之后的期间。在紧接着启动电源电路之后，电容器21实质上处于没有被充电的状态，因此磁滞放大器13和比较器14输出低电平。于是，或非门11仅被输入高电平的信号，因此输出低电平。此时，触发器7的置位端子被输入低电平，复位端子被输入高电平，因此输出低电平。也就是说，在期间A，过电流保护电路1不指示电源电路的关闭。

从非门16对或非门10输入高电平。因此，或非门10与触发器8的输出无关地输出低电平。从触发器7及或非门10对或门12输入低电平。因此，或门12输出低电平。

根据以上，在过电流保护电路1中，当电源电路启动时，开关4接通而对电容器21进行充电。也就是说，参照图2，在紧接着启动电源电路之后的期间A中，端子电压Vs上升。此外，在期间A，电源电路根据端子电压Vs进行软启动。

期间B是电源电路结束软启动之后的、电源电路进行普通动作的期间。在期间A，电容器21被充电而端子电压Vs上升，但是当端子电压Vs超过1.1V时，磁滞放大器13输出高电平。在期间B，端子电压Vs也低于1.3V，因此比较器14输出低电平，因此触发器7输出低电平。也就是说，在期间B，过电流保护电路1也不指示电源电路的关闭。

从非门16及触发器7对或非门9输入低电平，因此接通开关5。于是，在开关4断开的期间，端子电压Vs被保持为1.1V。或非门10从非门16被输入低电平，从触发器8被输入与在输出晶体管中流过过电流的期间相应的低电平。于是，如果在输出晶体管中未流过过电流，则或非门10继续输出高电平，但是当过电流流过输出晶体管时，与该期间对应地输出低电平。

从触发器7对或门12输入低电平。另外，从或非门10对或门12输入高电平或者低电平。也就是说，如果在输出晶体管中未流过过电流，则或门12输出高电平，当在输出晶体管中流过过电流时，或门12与该期间对应地输出低电平。由此，如果在输出晶体管中未流过过电流，则开关4断开。于是，端子电压Vs被保持为1.1V。另外，当在输出晶体管中流过过电流时，开关4与该期间对应地接通。于是，端子电压Vs从1.1V开始上升。此时，在仅仅是突然产生过电流的情况下等，开关4虽然被接通一次，但是之后被断开，因此电容器21从电流源3被放电，端子电压Vs被保持为1.1V。另一方面，在继续产生过电流的情况下，开关4频繁地被接通，由此端子电压Vs持续上升。

根据以上，在期间B，仅在继续产生过电流的情况下端子电压Vs上升到1.3V。由此，有效利用电容器21，能够避免发生在过电流保护电路1错误地检测出过电流的情况下等关闭电源电路的情形。

期间C相当于在期间B中继续产生过电流之后的期间。当在期间B中继续产生过电流而端子电压Vs上升到1.3V时，非门15输出低电平。于是，或非门11仅被输入低电平，因此或非门11输出高电平。由此，触发器7输出高电平。也就是说，过电流保护电路1指示电源电路的关闭。

从触发器7对或非门9输入高电平，因此或非门9输出低电平。因此，在期间C，开关5断开，因此端子电压Vs能够低于1.1V。

从触发器7对或门12输入高电平，因此与触发器8的输出无关地或门12输出高电平。也就是说，直到端子电压Vs低于0.2V为止，磁滞放大器13继续输出高电平，因此触发器7不被复位而继续输出高电平。因此，或门12在期间C使开关4继续断开。

根据以上，在期间C，电容器21不被电流源2进行充电，因此由电流源3继续放电。因此，端子电压Vs逐渐下降。并且，直到端子电压Vs低于0.2V为止，过电流保护电路1继续指示电源电路的关闭。也就是说，有效利用电容器21，来能够调整继续关闭的期间。

并且，当端子电压Vs低于0.2V时，磁滞放大器13输出低电平，因此触发器被复位。由此，过电流保护电路1解除关闭的指示，再次指示软启动。

在此，参照图3来具体说明触发器8的输入输出信号。

图3的(a)表示用于对电源电路进行开关控制的PWM信号。例如，在图4示出的电源电路100中，PWM信号相当于输入到输出晶体管141的栅极的信号。

图3的(b)表示PWM信号通过非门19被反转后的反转PWM信号，是输入到触发器8的置位端子的信号。

图3的(c)是与流过输出晶体管的电流相当的检测电流的波形图。设当检测电流超过过电流设定值时，在输出晶体管中流过过电流。在此，PWM信号以固定周期继续产生高电平的脉冲，但是当检测出过电流时，PWM信号在检测出该过电流的一个脉冲中成为低电平。也就是说，输出晶体管以固定周期被进行开关控制，但是当检测出过电流时立即被截止，被输入下一个高电平的脉冲而再次被接通。因此，当检测出过电流时，直到输出晶体管在接下来导通为止，检测电流减少。

图3的(d)是从检测电流生成的脉冲，是输入到触发器8的复位端子的过电流检测信号。当检测电流超过过电流设定值时，过电流检测信号上升。并且，与PWM信号的下降周期对应地，过电流检测信号也下降。由此，在未检测出过电流的期间，过电流检测信号继续保持低电平，但是当检测出过电流时成为高电平的脉冲。并且，当持续检测出过电流时，过电流检测信号按PWM信号的每个周期输出高电平的脉冲。

根据这种结构，研究图2的期间B中的作用，在没有持续检测出过电流的期间，当然开关4被断开，端子电压Vs被保持为1.1V。

并且，在暂时流过过电流的情况或错误地检测出过电流的情况下，开关4被接通，因此端子电压Vs从1.1V开始上升。但是，在这种情况下不是继续上升，因此在端子电压Vs上升到1.3V之前开关4被断开的概率较大，电容器21被电流源3进行放电，端子电压Vs下降到1.1V。

另一方面，当由于短路等而持续流过过电流时，开关4被接通的概率大。由此，电流源2中流过大于电流源3的电流，因此端子电压Vs继续上升。并且，当端子电压Vs上升到1.3V时，过电流保护电路1关闭电源电路。

根据以上，本实施方式所涉及的过电流保护电路1有效利用被使用于电源电路的软启动的电容器21，来能够防止过电流的错误检测，并且能够调整从关闭电源电路之后至再启动为止的期间。

此外，上述实施例是用于使本发明容易理解，并不限定地解释本发明。本发明在不脱离其宗旨的范围内，能够进行变更、改进，并且本发明还包括其等价物。

例如在本实施方式中，例示了过电流保护电路被装载于图4示出的电源电路1的情况。但是，本发明并不限于此，例如，即使是输出晶体管不仅被设置于电源侧还被设置于接地侧、并且这些输出晶体管被互补地进行开关控制的电源电路，也同样能够装载过电流保护电路1。在这种情况下，将图3的(c)示出的检测电流能够构成为与流过电源侧输出晶体管的电流相应的电流或者与流过接地侧输出晶体管的电流相应的电流或者与这两个电流相应的电流。

Claims

1.一种设置在电源电路中的过电流保护电路，该电源电路在启动时根据连接在电容器上的端子的端子电压来进行软启动，该过电流保护电路的特征在于，包括以下模式来进行动作：

第一动作模式，当上述电源电路启动时，对上述电容器进行充电直到上述端子电压达到第一电压为止；

第二动作模式，与流过上述电源电路的输出晶体管的电流超过规定值的期间对应地，对上述电容器进行充电使得上述端子电压从上述第一电压向第二电压上升，当上述端子电压达到上述第二电压时使上述电源电路关闭；以及

第三动作模式，当使上述电源电路关闭时，使上述电容器放电直到上述端子电压达到第三电压为止，当上述端子电压达到上述第三电压时解除上述电源电路的关闭。

2.根据权利要求1所述的过电流保护电路，其特征在于，

在上述第二动作模式下，按照被输入到上述输出晶体管的控制端子的PWM信号的周期，来检测流过上述输出晶体管的电流是否超过规定值。

3.根据权利要求1或2所述的过电流保护电路，其特征在于，

当上述电源电路关闭时，上述输出晶体管停止开关控制。