CN102214988A - 用于为开关电源变换器提供欠压保护的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种为开关电源变换器提供欠压保护的系统。欠压保护系统包括电源电压采样网络、比较器、输出缓冲网络和反馈网络。电源电压采样网络由第一齐纳二极管、第二齐纳二极管及电阻分压网络组成，实现对电源电压的采样；比较器由第一晶体管和第一电阻构成，对采样电压和第一晶体管的阈值电压进行比较；输出缓冲器网络由第一反相器构成；反馈网络由第二晶体管构成。本发明确保芯片在上电启动过程中，系统能正常并稳定的工作，并且保证整个工作过程中电源电压的波动不会对整个电路和系统造成损害，提高系统的稳定性。

Description

用于为开关电源变换器提供欠压保护的系统

技术领域

本发明涉及集成电路，具体地说，本发明提出了一种用于为开关电源变换器控制芯片提供欠压保护的系统。

背景技术

在开关电源变换器控制芯片中，保护电路对于提高电源工作的安全性、稳定性起着十分重要的作用，并可延长电源的使用寿命。因此，欠压保护是电源设计及应用中的一个非常重要的环节。芯片系统上电时，电源通过输入端对其充电，当电压上升至开启电压时电路开始工作。若开启瞬间的系统负载电流较大，则有可能把电路两端的电压拉到开启电压以下，出现一启动就关断的情况，欠压保护电路可以确保芯片启动后能正常并稳定的工作，保证电路工作时电源电压的波动不会对整个电路和系统造成损害。

图1给出了利用欠压保护(UVLO)功能进行开关电源控制的系统示例。开关电源变换系统100包括电源模块101和开关电源控制器模块120。电源模块101包括AC交变电流输入103、桥式整流电路105和启动电阻R1107；开关电源控制器模块120包括PWM Controller(PWM控制器)122、UVLO124等。在系统工作过程中，交流AC输入103通过整流器105进行整流，并且通过启动电阻R1107给开关电源控制器120提供工作电压VCC128，启动开关电源控制器，并且通过UVLO124电路控制PWM Controller122的工作状态，以确保电源系统正常工作。

欠压保护系统在开关电源控制系统中是非常有用的。然而，传统的欠压保护系统功耗大，结构复杂、单阈值电压且阈值电压较高，使其在应用中受到一定的限制。因此，需要对欠压保护系统进行改良，使其具有低功耗、结构简单、阈值可调等特点，进而确保电源系统的工作更加稳定。

发明内容

本发明涉及集成电路。具体地说，本发明提出了一种用于为开关电源变换器提供欠压保护的系统，以确保芯片在上电启动过程中，系统能正常并稳定的工作，并且保证整个工作过程中电源电压的波动不会对整个电路和系统造成损害，提高系统的稳定性。

根据本发明的一个实例，提供了一种为开关电源变换器提供欠压保护的系统。

欠压保护系统包括电源电压采样网络、比较器、输出缓冲网络和反馈网络。电源电压采样网络由第一齐纳二极管、第二齐纳二极管、第一电阻器及第二电阻器组成，实现对电源电压的采样；比较器由第一晶体管和第三电阻组成，对采样电压和第一晶体管的阈值电压进行比较；输出缓冲器网络由第二晶体管、第四电阻器及第一反相器组成，对比较器的输出信号进行缓冲和整形，提高电路的带载能力；反馈网络由第三晶体管构成，可以实现电路的迟滞功能，防止电路在电源电压的阈值附近振荡，增强系统的稳定性。通过调整电源电压采样网络可以实现不同阈值和迟滞量的欠压保护。

附图说明

图1为利用欠压保护(UVLO)进行开关电源控制的系统示例

图2为欠压保护系统的控制传输曲线

图3为本发明用于为开关电源变换器提供欠压保护的示例图

图4为示例图3的控制波形图

具体实施方式

本发明涉及集成电路。具体地说，本发明提出了一种用于为开关电源变换器提供欠压保护的系统，以确保芯片在上电启动过程中，系统能正常并稳定的工作，并且保证整个工作过程中电源电压的波动不会对整个电路和系统造成损害，提高系统的稳定性。

图2给出了欠压保护系统的控制传输曲线，当电源电压VCC高于Vth2时，UVLO为低电平，系统正常工作；当电源电压VCC低于Vth1时，UVLO变为高电平，进入欠压保护状态。

图3为本发明用于为开关电源变换器提供欠压保护的示例图，VCC315为系统输入电压Vin311经过启动电阻R1313后得到的芯片工作电压，UVLO317为欠压保护系统的输出控制信号。正常工作时，UVLO为低电平，发生欠压保护时，UVLO为高电平。第一齐纳二极管DZ1319、第二齐纳二极管DZ2321、电阻R2323及电阻R3325构成电压VCC的采样电路，在第一NMOS管MN1327处得到采样电压，该采样电压与MN1管的阈值电压进行比较，得到第一输出信号337，控制第二PMOS管MP2331的工作状态，经过缓冲反相器后得到第一控制输出信号，并且反馈控制第一PMOS管MP1329的工作状态。

当VCC315电压上升时，在没有建立起第一齐纳二极管DZ1319和第二齐纳二极管DZ2321的开启电压之前，采样支路没有电流流过，节点335的电压随VCC315的上升而增大，当VCC315小于第一NMOS管327的阈值电压时，第一NMOS管327不开启，节点337电压等于VCC315，第二PMOS管331不开启，因此，UVLO317为高电平，进入欠压保护状态。

随着VCC315的继续升高，建立起第一齐纳二极管DZ1319和第二齐纳二极管DZ2321的开启电压后，采样支路开始有电流产生，并且在第一NMOS管327的栅极得到采样电压；当采样电压高于第一NMOS管327的阈值电压时，第一NMOS管327导通，第一输出信号337为低电平，使第二PMOS管331导通，UVLO317输出为低电平，退出欠压保护，系统开始正常工作，即

$V2=V_{\mathrm{DZ}1}+V_{\mathrm{DZ}2}+\frac{R2+R3}{R3}{\mathrm{VT}}_{\mathrm{MN}1}$ (等式1)

同时第一输出信号337反馈回第一PMOS管329的栅极，使得第一PMOS管329导通，将第一齐纳二极管DZ1319短路，从而使第一NMOS管327的栅极335的电压进一步升高，此时

$V1=V_{\mathrm{DZ}2}+\frac{R2+R3}{R3}{\mathrm{VT}}_{\mathrm{MN}1}$ (等式2)

如果由于某种原因使得VCC315电压突然降低时，只有当VCC315低于V1时，才能再次进入欠压保护。因此，第一PMOS管329实现了电路的迟滞功能，可以有效地防止电路在电源电压波动时发生振荡，增强了系统的稳定性。

图4为示例图3的控制波形图，在启动过程中，V(UVLO)随着电源电压VCC的升高而增大，当VCC逐渐上升至V2时，V(UVLO)跳变为低电平，电路进入正常工作状态。当电源电压逐渐降低，低至V2时，V(UVLO)仍为低电平，只有当VCC下降到V1以下时，V(UVLO)才跳变到高电平，进入欠压保护状态。可见，V2与V1间的差值即为该实施例的迟滞量。

Claims (10)

1.一种用于为开关电源变换器提供欠压保护的系统，所述系统包括：电源电压采样网络、比较器、输出缓冲网络和反馈网络；其中：

电源电压采样网络由第一齐纳二极管、第二齐纳二极管、第一电阻器、第二电阻器组成，实现对电源电压的采样；

比较器由第一晶体管和第三电阻构成，对采样电压和第一晶体管的阈值电压进行比较；

输出缓冲器网络由第二晶体管、第四电阻器及第一反相器构成，对比较器的输出信号进行缓冲和整形，提高电路的负载能力；

反馈网络由第三晶体管构成，实现电路的迟滞功能；

其中：

第一齐纳二极管包括第一终端、第二终端；

第二齐纳二极管包括第三终端、第四终端；

第一电阻器包括第五终端、第六终端；

第二电阻器包括第七终端、第八终端；

第三电阻器包括第九终端、第十终端；

第一晶体管为NMOS管，包括第一栅极、第一源极及第一漏极；

第二晶体管为PMOS管，包括第二栅极、第二源极及第二漏极；

第四电阻器包括第十一终端、第十二终端；

第一反相器包括第十三终端、第十四终端；

第三晶体管为PMOS管，包括第三栅极、第三源极及第三漏极。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述

第一终端被配置输入预定电压；

第七终端与第八终端的耦合点输出采样信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述输入预定电压为电源电压。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述

第九终端配置输入预定电压；

第十终端耦合到第一漏极；

第一栅极被配置输入采样信号；

第一源极被配置接入预定电压。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述输入预定电压为电源电压。

6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述预定电压为地电位。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述

第二栅极耦合到第一漏极；

第二源极被配置输入预定电压；

第二漏极、第十一终端、第十三终端相互耦合；

第十二终端被配置接入预定电压；

第十四终端为第一控制信号输出。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述输入预定电压为电源电压。

9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述预定电压为地电位。

10.根据权利要求7所述的系统，其中，所述第一控制信号为欠压保护输出信号。

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