CN102570399A - 电源电路及使用其的电路板和电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电源电路，包括控制单元、逻辑控制电路、第一驱动放大器、第二驱动放大器和逻辑判断电路。控制单元用于输出脉冲宽度调制(PWM)信号及致能信号。逻辑控制电路接收上述PWM信号和上述致能信号并输出第一电压信号和第二电压信号。第一驱动放大器电性连接上述逻辑控制电路，接收上述第一电压信号，并输出第一门驱动(UGATE)信号。第二驱动放大器，电性连接上述逻辑控制电路，接收上述第二电压信号，并输出第二门驱动(LGATE)信号。逻辑判断电路接收上述PWM信号、UGATE信号和LGATE信号，当上述PWM信号、UGATE信号和LGATE信号符合异常逻辑关系时，上述逻辑判断电路禁能上述逻辑控制电路。

Description

电源电路及使用其的电路板和电子装置
技术领域
本发明设计一种用于向电子装置供给电力的电源电路，尤其涉及具有自我保护功能的电源电路。
背景技术
开关电源电路具有损耗小，变换频率高、工作稳定等特点，因此被广泛应用于液晶电视、电脑系统、手持设备和其他消费性电子产品中。
图1所示为现有技术中电源电路的线路架构示意图。
请参考图1，电源电路10用以接收输入信号并输出信号。电源电路10包括逻辑控制电路2和驱动电路3。
如图1所示，逻辑控制电路2接收输入信号后，将其转换为多个输出信号，分别输出至驱动电路3。输入信号包括致能(Enable，EN)信号和脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号等，其中，致能(Enable，EN)信号控制电源电路是否工作，而PWM信号可提供电源电路动作指令。
当驱动电路3接收到多个输出信号后，会输出驱动信号至开关电路(图未示)中。驱动电路3包括第一驱动放大器31和第二驱动放大器32。第一驱动放大器31和第二驱动放大器32分别接收不同的输出信号后，分别输出第一门驱动(UGATE)信号和第二门驱动(LGATE)信号。
电源电路10所连接的开关电路中通常包括第一金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)和第二金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)分别接收UGATE信号和LGATE信号。
电源电路10与开关电路可以被称为开关电源电路。前述结构的已知开关电源电路在客户端使用时，由于使用环境恶劣或操作不当而容易导致组件在使用寿命内就损毁。若没有自我保护功能，当某个组件，例如是第一驱动放大器31、第二驱动放大器32、第一MOSFET或第二MOSFET中的任何一个，损毁时，会产生连锁反应伤及其它相关组件。比如第一MOSFET烧毁时，连接其的第一驱动放大器31也会一起烧毁，或第一驱动放大器31不正常时，可能导致第一MOSFET烧毁。
发明内容
本发明提出一种电源电路，具有自我保护功能，能够通过侦测信号来判断电源电路是否处于不正常状态，若为不正常状态，则禁能电源电路的相关组件，从而保护电路中的组件。
本发明提供一种电源电路，包括控制单元、逻辑控制电路、第一驱动放大器、第二驱动放大器和逻辑判断电路。控制单元用于输出脉冲宽度调制信号(PWM)及致能信号。逻辑控制电路接收PWM信号和致能信号并输出第一PWM(脉冲宽度调制)信号和第二电压信号。第一驱动放大器电性连接逻辑控制电路，接收第一电压信号，并输出UGATE信号(第一门驱动信号)。第二驱动放大器，电性连接逻辑控制电路，接收第二电压信号，并输出LGATE信号(第二门驱动信号)。逻辑判断电路接收PWM信号、UGATE信号和LGATE信号，当PWM信号、UGATE信号和LGATE信号符合异常逻辑关系时，逻辑判断电路禁能逻辑控制电路。
本发明还提供一种电路板，包括开关电路和电源电路，电源电路连接开关电路。电源电路包括控制单元、逻辑控制电路、第一驱动放大器、第二驱动放大器和逻辑判断电路。控制单元用于输出脉冲宽度调制信号(PWM)及致能信号。逻辑控制电路接收PWM信号和致能信号并输出第一PWM(脉冲宽度调制)信号和第二电压信号。第一驱动放大器电性连接逻辑控制电路，接收第一电压信号，并输出UGATE信号(第一门驱动信号)。第二驱动放大器，电性连接逻辑控制电路，接收第二电压信号，并输出LGATE信号(第二门驱动信号)。逻辑判断电路接收PWM信号、UGATE信号和LGATE信号，当PWM信号、UGATE信号和LGATE信号符合异常逻辑关系时，逻辑判断电路禁能逻辑控制电路。
本发明还提供一种电子装置，包括负载、开关电路和电源电路。开关电路连接负载和电源电路。电源电路包括控制单元、逻辑控制电路、第一驱动放大器、第二驱动放大器和逻辑判断电路。控制单元用于输出脉冲宽度调制信号(PWM)及致能信号。逻辑控制电路接收PWM信号和致能信号并输出第一PWM(脉冲宽度调制)信号和第二电压信号。第一驱动放大器电性连接逻辑控制电路，接收第一电压信号，并输出UGATE信号(第一门驱动信号)。第二驱动放大器，电性连接逻辑控制电路，接收第二电压信号，并输出LGATE信号(第二门驱动信号)。逻辑判断电路接收PWM信号、UGATE信号和LGATE信号，当PWM信号、UGATE信号和LGATE信号符合异常逻辑关系时，逻辑判断电路禁能逻辑控制电路。
通过本发明揭示的技术，可利用侦测电源电路中的多个信号的逻辑关系，判断电源电路中是否发生故障，进而禁能电源电路，避免故障扩大而损坏其他组件。同时，通过设置时钟信号发生器，根据实际需要，在一定的时间间隔内侦测多个信号的逻辑关系，从而更符合实际应用。
附图说明
图1所示为现有技术中电源电路的线路架构示意图。
图2所示为本发明一实施例中的电源电路的线路架构示意图。
图3所示为本发明一实施例中，正常工作时PWM信号、UGATE信号和LGATE信号的波形比较图。
图4所示为本发明一实施例中的逻辑判断电路的线路架构示意图。
图5所示为本发明一实施例中，时钟信号与三种信号的关系比较示意图。
具体实施方式
图2所示为本发明一实施例中的电源电路的线路架构示意图。请参考图2。电源电路100包括控制单元70、逻辑控制电路20、驱动电路30和逻辑判断电路50。
控制单元70用以输出脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号和致能信号(Enable，EN)，以下分别以PWM信号与EN信号描述。
逻辑控制电路20用以接收PWM信号和EN信号，并输出第一电压信号和第二电压信号。
驱动电路30包括第一驱动放大器310和第二驱动放大器320。第一驱动放大器310和第二驱动放大器320分别接收第一电压信号和第二电压信号，并输出第一门驱动(UGATE)信号和第二门驱动(LGATE)信号，以下分别以UGATE信号和LGATE信号描述。
电源电路100通常连接至开关电路60，开关电路60包括第一金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)61和第二金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)62，第一MOSFET61和第二MOSFET62分别接收UGATE信号和LGATE信号。
第一MOSFET61和第二MOSFET62分别连接至负载80，以提供开关电源给负载80。负载80即为电子装置中常用的一些电子元件，例如中央处理器、内存、外接卡等。
逻辑判断电路50接收PWM信号、UGATE信号和LGATE信号。逻辑判断电路50接受上述信号的方式为，利用线路将这些信号输入至逻辑判断电路50中，如图2中线路11、12、15所示。
当PWM信号、UGATE信号和LGATE信号的逻辑关系为不正常情况时，逻辑判断电路50禁能逻辑控制电路20，从而禁能整个电源电路100。
电源电路100正常工作时，PWM信号、UGATE信号和LGATE信号的波形比较图如图3所示。
请参考图3，於一实施例中，三种信号正常工作的逻辑关系应当符合虚线a或b时刻所示的逻辑关系，也就是0，0，1或1，1，0，其中“0”表示信号位于低准位，“1”表示信号位于高准位。於本领域技术人员也可将“0”表示信号位于高准位，“1”表示信号位于低准位，而有不同状态结果之表现，在此仅为范例说明。
表1是於一实施例中表示三种信号的全部可能存在的逻辑关系，及其所代表的瞬态现象和最终结果。
Figure BSA00000403940400041
表1
表1中所表示的状态一、二为电源电路100正常工作时三种信号之间的正常逻辑关系。也就是，UGATE信号与PWM信号相同准位，同时，LGATE信号与PWM信号相反准位。
当信号状态不符合上述状态，也就是如表1中所表示的状态三-八，即电源电路100中的某个或某些组件发生故障时的表现，就是三种信号符合异常逻辑关系。这些故障可能是至少第一驱动放大器310、第二驱动放大器320、第一MOSFET61、第二MOSFET62其中之一出现故障导致的。若在这些故障发生时，电源电路100不及时自我保护，则其他组件也可能会由于这些故障而引起连锁反应，从而进一步造成电源电路100中的大部分组件都损坏。
逻辑判断电路50接收到PWM信号、UGATE信号和LGATE信号三种信号，当这三种信号为状态三-八中之一的异常逻辑关系，均表示电源电路处在不正常情况之下，则通过禁能逻辑控制电路20来禁能电源电路100，以避免进一步的损坏。
本实施例中所举例的电源电路100为直流-直流降压型电源电路，在其他实施例中，电源电路100也可以为直流-直流升压型电源电路，本领域技术人员在本说明书基础上能够轻易得知，只需对于异常逻辑关系根据实践另行确定，即可达到同样的技术效果。
图4所示为本发明一实施例中的逻辑判断电路的线路架构示意图。
图4仅仅是为了说明逻辑判断电路50接收信号并输出信号来禁能电源电路100所应用的线路之一，并非用来限制本发明范围。本领域技术人员能够根据本说明书的描述，替代、减少、增加上述线路架构中的组件，以达到逻辑判断电路50的功能。在叙述的同时，申请人也将给出一些其他替代方案。
逻辑判断电路50包括侦测模块51和输出模块52。
侦测模块51至少包括XNOR逻辑闸110、XOR逻辑闸610和AND逻辑闸710，且XNOR逻辑闸110和XOR逻辑闸610同时连接到AND逻辑闸710。于一实施例中，XNOR逻辑闸110接收PWM信号和UGATE信号，若PWM信号与UGATE信号相同，则输出高准位信号，若信号相反，则输出低准位信号。同时XOR逻辑闸610接收PWM信号和LGATE信号，若PWM信号和LGATE信号不同则输出高准位信号，若PWM信号和LGATE信号相同则输出低准位信号。若XNOR逻辑闸110和XOR逻辑闸610的输出信号相同，则AND逻辑闸710输出高准位；若XNOR逻辑闸110和XOR逻辑闸610的输出信号不相同，则AND逻辑闸710输出低准位。AND逻辑闸710产生输出信号330。
在这种电路架构下，表1中的八种状态都有一个对应的输出信号330，且在状态一和状态二时，输出信号330为高准位，状态三-八时，输出信号330为低准位。输出模块52能够根据输出信号330决定是否禁能电源电路100。
本领域技术人员也可以根据前述的逻辑关系利用不同的逻辑闸进行逻辑运算，只要保证正常状态与异常状态下，输出信号330不同即可。
于另一实施例中，侦测模块51中还可以包括延时触发器111。延时触发器111连接至输出信号330和时钟信号发生器(图未示)，延时触发器111接收时钟信号211，仅在时钟信号211在高准位时延迟触发器111才有信号212输出至输出模块52中。
为了说明时钟信号211的作用，请参考图5。图5所示为时钟信号与三种信号的关系比较示意图。
由于在实际工作中，电源电路100中的PWM信号、UGATE信号和LGATE信号可能会有缓升、缓降的可能性，那么，例如在图5中c时间点进行的侦测得到的结果就有可能导致误操作。技术人员能够通过设置时钟信号，当时钟信号在高准位时，例如是a’、b’时间点，逻辑判断电路50才进行判断，确认上述PWM信号、UGATE信号和LGATE信号是否符合异常逻辑关系。利用这种设置，本电源电路能够有效地避免误判断和误操作。
请继续参考图4，其中输出模块52包括RS触发器112，用于接收信号212，并提供锁死功能。同时，于一实施例中，延时触发器111将信号212与输出信号330设置为反相，也就是说，当输出信号330为高准位时，延时触发器111输出的信号212为低准位。
请参考图3，逻辑判断电路50利用线路18拉低EN信号来禁能逻辑控制电路20。当信号212为低准位，RS触发器112输出低准位信号213，以拉低EN信号，则逻辑控制电路20停止工作，进而整个电源电路100被禁能，当输出信号330翻转使信号212变回高准位时，RS触发器112保持其输出的信号213为低准位，即电源电路100被禁能后是不可恢复的，即使异常突然消失电路也不会重新开始工作。这样的设置能够防止不稳定的异常信号(或者说不可预料的异常信号)导致保护功能失效，因为通常这种异常发生一次就有很大风险，不能让它重复出现。
至此，逻辑判断电路50可根据判断三种信号的逻辑关系决定是否禁能逻辑控制电路20，以在异常情况下，达到禁能电源电路100的效果。
同样的，利用RS触发器112来拉低EN信号来禁能逻辑控制电路20也仅仅是本发明的实施例之一。本领域技术人员还可以通过设置三极管连接EN信号、逻辑控制电路20，闸极连接信号212。当信号212为高准位，则逻辑控制电路20接收到EN信号；当信号212为低准位，逻辑控制电路20无法接收EN信号，则相当于逻辑控制电路20被禁能。
可选择的，电源电路100还可以包括低压差线性稳压(low dropout regulator，LDO)电路33。LDO电路33利用线路16(如图2所示)连接至信号213(如图4所示)，并输出信号至第一驱动放大器310和第二驱动放大器320。当信号213为低准位，LDO电路33控制第一驱动放大器310和第二驱动放大器320停止工作，以进一步避免第一驱动放大器310和第二驱动放大器320被烧毁。当然，LDO电路33也可以被其他电路所取代，只要能达到依据信号禁能第一驱动放大器310和第二驱动放大器320即属于此处所说明的方案。
当然，还有其他禁能电源电路的实施方式，在此不一一列举。
本发明前述的这些实施例，利用侦测电源电路中的多个信号的逻辑关系，判断电路中是否发生故障，进而禁能电源电路，避免故障扩大而损坏其他组件。在不同的实施例中还可以通过设置时钟信号发生器，根据实际需要，在一定的时间间隔内侦测多个信号的逻辑关系，从而更符合实际应用。在另一些实施例中，还可以通过设置LDO电路，在发生故障时，同时禁能第一驱动放大器和第二驱动放大器，进一步避免这两个元件被烧毁。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (14)

1.一种电源电路，其特征是，上述电源电路包括：
控制单元，用于输出脉冲宽度调制信号及致能信号；
逻辑控制电路，接收上述脉冲宽度调制信号和上述致能信号并输出第一电压信号和第二电压信号；
第一驱动放大器，电性连接上述逻辑控制电路，接收上述第一电压信号，并输出第一门驱动信号；
第二驱动放大器，电性连接上述逻辑控制电路，接收上述第二电压信号，并输出第二门驱动信号；以及
逻辑判断电路，接收上述脉冲宽度调制信号、上述第一门驱动信号和上述第二门驱动信号，当上述脉冲宽度调制信号、上述第一门驱动信号和上述第二门驱动信号符合异常逻辑关系时，上述逻辑判断电路禁能上述逻辑控制电路。
2.根据权利要求1所述的电源电路，其特征是，当上述脉冲宽度调制信号、上述第一门驱动信号和上述第二门驱动信号符合异常逻辑关系时，上述逻辑判断电路拉低上述致能信号以禁能上述驱动电路。
3.根据权利要求1所述的电源电路，其特征是，上述逻辑判断电路分别电性连接至上述第一驱动放大器和上述第二驱动放大器，当上述脉冲宽度调制信号、上述第一门驱动信号和上述第二门驱动信号符合异常逻辑关系时，上述逻辑判断电路禁能上述第一驱动放大器和上述第二驱动放大器。
4.根据权利要求1所述的电源电路，其特征是，上述电源电路为直流-直流降压型电源电路。
5.根据权利要求1所述的电源电路，其特征是，上述电源电路为直流-直流升压型电源电路。
6.根据权利要求1所述的电源电路，其特征是，还包括：
时钟信号发生器，电性连接至上述逻辑判断电路，用于控制上述逻辑判断电路是否判断上述脉冲宽度调制信号、上述第一门驱动信号和上述第二门驱动信号符合异常逻辑关系。
7.一种电路板，其特征是，包括：
开关电路，以及
电源电路，电性连接上述开关电路，包括：
控制单元，用于输出脉冲宽度调制信号及致能信号；
逻辑控制电路，接收上述脉冲宽度调制信号和上述致能信号并输出第一电压信号和第二电压信号；
第一驱动放大器，电性连接上述逻辑控制电路，接收上述第一电压信号，并输出第一门驱动信号；
第二驱动放大器，电性连接上述逻辑控制电路，接收上述第二电压信号，并输出第二门驱动信号；以及
逻辑判断电路，接收上述脉冲宽度调制信号、第一门驱动信号和第二门驱动信号，当上述脉冲宽度调制信号、第一门驱动信号和第二门驱动信号符合异常逻辑关系时，上述逻辑判断电路禁能上述逻辑控制电路。
8.根据权利要求7所述的电路板，其特征是，当上述脉冲宽度调制信号、上述第一门驱动信号和上述第二门驱动信号符合异常逻辑关系时，上述逻辑判断电路拉低上述致能信号以禁能上述驱动电路。
9.根据权利要求7所述的电路板，其特征是，上述逻辑判断电路分别电性连接至上述第一驱动放大器和上述第二驱动放大器，当上述脉冲宽度调制信号、上述第一门驱动信号和上述第二门驱动信号符合异常逻辑关系时，上述逻辑判断电路禁能上述第一驱动放大器和上述第二驱动放大器。
10.根据权利要求7所述的电路板，其特征是，还包括：
时钟信号发生器，电性连接至上述逻辑判断电路，用于控制上述逻辑判断电路判断上述脉冲宽度调制信号、上述第一门驱动信号和上述第二门驱动信号符合异常逻辑关系的时间。
11.一种电子装置，其特征是，包括：
负载；
开关电路，电性连接上述负载；以及
电源电路，电性连接上述开关电路，包括：
控制单元，用于输出脉冲宽度调制信号及致能信号；
逻辑控制电路，接收上述脉冲宽度调制信号和上述致能信号并输出第一电压信号和第二电压信号；
第一驱动放大器，电性连接上述逻辑控制电路，接收上述第一电压信号，并输出第一门驱动信号；
第二驱动放大器，电性连接上述逻辑控制电路，接收上述第二电压信号，并输出第二门驱动信号；以及
逻辑判断电路，接收上述脉冲宽度调制信号、上述第一门驱动信号和上述第二门驱动信号，当上述脉冲宽度调制信号、上述第一门驱动信号和上述第二门驱动信号符合异常逻辑关系时，上述逻辑判断电路禁能上述逻辑控制电路。
12.根据权利要求11所述的电子装置，其特征是，当上述脉冲宽度调制信号、上述第一门驱动信号和上述第二门驱动信号符合异常逻辑关系时，上述逻辑判断电路拉低上述致能信号以禁能上述驱动电路。
13.根据权利要求11所述的电子装置，其特征是，上述逻辑判断电路分别电性连接至上述第一驱动放大器和上述第二驱动放大器，当上述脉冲宽度调制信号、上述第一门驱动信号和上述第二门驱动信号符合异常逻辑关系时，上述逻辑判断电路禁能上述第一驱动放大器和上述第二驱动放大器。
14.根据权利要求11所述的电子装置，其特征是，还包括：
时钟信号发生器，电性连接至上述逻辑判断电路，用于控制上述逻辑判断电路判断上述脉冲宽度调制信号、上述第一门驱动信号和上述第二门驱动信号符合异常逻辑关系的时间。
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