CN102594110A - 保护电路与保护方法 - Google Patents

保护电路与保护方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102594110A
CN102594110A CN2011100052144A CN201110005214A CN102594110A CN 102594110 A CN102594110 A CN 102594110A CN 2011100052144 A CN2011100052144 A CN 2011100052144A CN 201110005214 A CN201110005214 A CN 201110005214A CN 102594110 A CN102594110 A CN 102594110A
Authority
CN
China
Prior art keywords
time
switch
signal
short circuit
detection signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011100052144A
Other languages
English (en)
Inventor
陈仁义
黄国建
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leadtrend Technology Corp
Original Assignee
Leadtrend Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Leadtrend Technology Corp filed Critical Leadtrend Technology Corp
Priority to CN2011100052144A priority Critical patent/CN102594110A/zh
Publication of CN102594110A publication Critical patent/CN102594110A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

本发明揭露一种保护电路与保护方法，适用于一控制器。该控制器侦测流经一侦测电阻的电流所产生的一输入信号来切换一开关，以控制该电流。一遮蔽时间产生器提供一遮蔽时间。于该开关开启且于该遮蔽时间外时，一短路侦测器比较该输入信号与一第一参考电压，以致能(assert)一短路侦测信号。于该开关关闭或于该遮蔽时间内时，该短路侦测信号不会被致能。当每次该短路侦测信号被致能时，一逻辑控制器关闭该开关，以降低该电流。

Description

保护电路与保护方法
技术领域
本发明是有关于一种关于电源供应器的保护电路。
背景技术
为了转换效率以及产品体积的考虑，目前许多的电源供应器都是属于开关式电源供应器(switching mode power supply，SMPS)，控制一功率开关的导通与关闭，决定对于一电感组件的储能与释能，达到对负载供应所需要的规格的电源。
有些SMPS需要侦测流经电感组件的电流，来控制功率开关的开启时间或是关闭时间。举例来说，图1为已知的一SMPS 10，其具有返驰式(flyback)架构。桥式整流器12对市电交流电源整流，在IN端提供一线电压电源VIN，其电压可能高达100伏特或300伏特。透过CS端，控制器18从电流侦测电阻14的侦测信号VCS，其正常时代表流经变压器26的一次侧绕组28的电感电流。透过GATE(门)端来开关功率开关16，控制器18控制电感电流增加或减少。而分压电阻22与24提供控制器18线电压电源的电压准位。当控制器18操作于一种习称的电流模式时(current mode)，控制器18会大略地限制侦测信号VCS的峰值，来控制功率开关16的开启时间，以维持负载30于一稳定供电状态。
一旦电流侦测电阻14短路，侦测信号VCS会维持在大约为0伏特，控制器18会误认为一次侧绕组28的电感电流不到所希望限制的峰值，而一直维持功率开关16于导通状态。其危险可能是变压器26饱和过热，更甚者可能引起变压器26爆炸或失火。针对这样短路的问题，美国专利申请公开号20090279214(以下称’214号申请案)提供了一种保护装置与方法。但是，’214号申请案还是有其缺点存在。
发明内容
本发明的目的在于提供一种保护电路和保护方法。
本发明的实施例提供一种保护电路，适用于一控制器。该控制器侦测流经一侦测电阻的电流所产生的一输入信号来切换一开关，以控制该电流。一遮蔽时间产生器提供一遮蔽时间。于该开关开启且于该遮蔽时间外时，一短路侦测器比较该输入信号与一第一参考电压，以致能(assert)一短路侦测信号。于该开关关闭或于该遮蔽时间内时，该短路侦测信号不会被致能。当每次该短路侦测信号被致能时，一逻辑控制器关闭该开关，以降低该电流。
本发明的实施例提供一种保护方法，适用于一控制器。该控制器侦测流经一侦测电阻的电流所产生的一输入信号来切换一开关，以控制该电流。该保护方法首先提供一遮蔽时间。于该开关开启且于该遮蔽时间外时，比较该输入信号与一第一参考电压，以致能一短路侦测信号。于该开关关闭或于该遮蔽时间内时，禁能该短路侦测信号。每次当该短路侦测信号被致能时，立刻关闭该开关，以降低该电流。
本发明的保护电路和保护方法可以为电源供应器提供电路保护功能。
附图说明
图1为已知的一SMPS；
图2为依据本发明所实施的控制器；
图3为逻辑控制器的一实施例；
图4为图2中发信号波形图。
【主要组件符号说明】
10     开关式电源供应器
12     桥式整流器
14     电流侦测电阻
16     功率开关
18     控制器
22、24 分压电阻
26     变压器
28     一次侧绕组
30         负载
42         遮蔽时间产生器
44         短路侦测器
46         计数器
48         记录器
50         逻辑控制器
52         驱动电路
54         参考电压产生器
82         遮蔽器
84         开关
86         电压转电流装置
88         比较器
CLK        频率信号
CS         端点
EN         端点
GATE       端点
IN         端点
LN         端点
OUT        端点
PAS        信号
PLS        脉波信号
UVLO-reset 信号
VCD        中继信号
VCOM       补偿信号
VCS        侦测信号
VCS-LIMIT    限流参考电压
VG           栅极信号
VGATE        驱动信号
VIN          线电压电源
VLN          信号
VREF         参考电压
SH           短路侦测信号
TS           遮蔽时间
VREFP        参考信号
具体实施方式
图2为依据本发明所实施的控制器18，可适用于图1的SMPS 10。图3为逻辑控制器50的一实施例。图4为图2中的信号波形图(waveform diagram)，其中，左半边为正常状态的信号波形，右半边为短路发生(也就是图1的电流侦电阻14阻值为0)时的信号波形。
控制器18中有遮蔽时间产生器42、短路侦测器44、逻辑控制器50、记录器48、计数器46、以及参考电压产生器54。
如同图4中的频率信号CLK波形所示，频率信号CLK周期性地发出一频率短脉冲(clock short pulse)，意味着一开关循环的开始。图2的遮蔽时间产生器42中，电压转电流装置86提供一电流，来对一电容充电。透过LN端的信号VLN来侦测线电压电源VIN的电压，此电流会随着线电压电源VIN的电压变化而改变。而频率信号CLK周期性的对该电容重置放电。透过简单的电路理论推之，脉波信号PLS为逻辑上的0时，会提供一遮蔽时间TS，如同图4的脉波信号PLS的波形所示。遮蔽时间TS会随着线电压电源VIN的电压不同而改变。
在图2中，信号PAS为栅极信号VG与脉波信号PLS的与(And)运算结果，所以信号PAS为逻辑上的1时，代表了功率开关16于导通状态，且控制器18不在遮蔽时间TS之内。相反的，信号PAS为逻辑上的0时，代表了功率开关16于不导通状态，或控制器18在遮蔽时间TS之内。
短路侦测器44在信号PAS为逻辑上的1时，侦测侦测信号VCS是否低于一预设准位。当信号PAS为逻辑上的1时，开关84短路，遮蔽器82成为一源极追随器(source follower)或是一准位平移器(level shifter)，所以中继信号VCD随侦测信号VCS改变而改变，且中继信号VCD大约高于侦测信号VCS一个PMOS的临界电压值(threshold voltage)VTHP。如果中继信号VCD低于参考电压VREF时，也就是侦测信号VCS低于参考电压VREF减去临界电压值VTHP时，比较器86便致能短路侦测信号SH。当信号PAS为逻辑上的0时，遮蔽器82阻挡了侦测信号VCS，中继信号VCD会被拉到高于参考电压VREF的一个固定准位，无法致能短路侦测信号SH。参考电压VREF需要小心选取，用以区别正常状态与短路发生的状态。参考电压VREF要够低，使得正常状态下，信号PAS为逻辑上的1时，侦测信号VCS不会致能短路侦测信号SH。参考电压VREF也要够高，使得短路发生的状态下，信号PAS为逻辑上的1时，侦测信号VCS会致能短路侦测信号SH。
逻辑控制器50在短路侦测信号SH被致能时，会立刻禁能栅极信号VG，透过驱动电路52，以驱动信号VGATE关闭功率开关16，降低流经一次侧绕组28的电感电流。
如果当下开关循环(switch cycle)中，短路侦测信号SH没有被致能，记录器48就会强迫计数器46中的D触发器重置，全部输出逻辑上的0。只有当下开关循环中，记录器48记录到短路侦测信号SH有被致能，计数器46才能在下一开关循环维持上数。计数器46计算短路侦测信号SH被致能了3次之后，会禁能(disable)逻辑控制器50，使功率开关16维持在关闭状态，不再随脉波信号PLS而周期性的导通。所以，记录器48与计数器46的结合，可以视为一延迟逻辑控制器，其可以在短路侦测信号SH于连续4次开关周期(switchcycle)都被致能后，透过禁能(disable)逻辑控制器50，禁止功率开关16导通。电路设计者可以自己简单的修改或变更，来决定连续几次短路侦测信号SH被致能后，才禁能逻辑控制器50。信号UVLO-reset为逻辑上的1时，可以同时重置记录器48以及计数器46，使记录器48重新记录，而计数器46重新计数。当然，要达到与记录器48以及计数器46一样的功能，也可以用其它的逻辑电路来构成，不一定要完全以图2的电路来实施。
在图3中，因为或逻辑门(Or gate)与SR触发器，所以只要以下三个条件其中之一发生，功率开关16就会被立刻关闭：1.侦测信号VCS高过限流参考电压VCS-LIMIT；2.侦测信号VCS高过补偿信号VCOM；以及3.短路侦测信号SH被致能。补偿信号VCOM，如同业界所知的，大致反映负载30所需求的功率。当逻辑控制器50被致能(enable)时(EN端为逻辑上的1)，栅极信号VG周期性地被频率信号CLK所致能(assert)。当逻辑控制器50被禁能(disable)时(EN端为逻辑上的0)，频率信号CLK被阻挡，无法致能(assert)栅极信号VG。
请参阅图4的左半边的正常状态的信号波形。频率信号CLK周期性地发出一频率短脉冲(short pulse)。每个频率短脉冲会使脉波信号PLS进入逻辑上的0。遮蔽时间TS，也就是脉波信号PLS于逻辑上0的时间，会随线电压电源VIN的电压变化。每个频率短脉冲也致能(assert)栅极信号VG，因此，侦测信号VCS将随着时间而增加。遮蔽时间TS之内，信号PAS为逻辑上的0，所以中继信号VCD被拉到一个固定准位。遮蔽时间TS之后，如果栅极信号VG依然是被致能的，那信号PAS转态为逻辑上的1，造成中继信号VCD追随侦测信号VCS。当侦测信号VCS高过限流参考电压VCS-LIMIT或补偿信号VCOM时，栅极信号VG被禁能，所以信号PAS转态为逻辑上的0，中继信号VCD回到固定准位。从中继信号VCD的波形可以发现，因为其一直高于参考电压VREF，所以短路侦测信号SH一直是被禁能(disasserted)。
请参阅图4的右半边的短路状态的信号波形。因为，电阻14阻值为0，所以侦测信号VCS会一直被锁在0伏特，不会高过限流参考电压VCS-LIMIT或补偿信号VCOM，且导致在遮蔽时间TS内无法禁能栅极信号VG。遮蔽时间TS之后，信号PAS转态为逻辑上的1，造成中继信号VCD追随侦测信号VCS。此时，因为侦测信号VCS大致会被锁在0伏特，所以中继信号VCD低于参考电压VREF，因而致能短路侦测信号SH，然后禁能了栅极信号VG，立刻关闭功率开关16。被禁能的栅极信号VG也导致了信号PAS转态为逻辑上的0，中继信号VCD回到固定准位，以及短路侦测信号SH被禁能。
由图4的右半边可以发现，如果短路发生(当侦测信号VCS一直被锁在0伏特时)，每一个开关循环，在遮蔽时间TS之后，短路侦测信号SH会短暂的被致能一次。而且，每次短路侦测信号SH被致能时，再经历一点点信号延迟之后，栅极信号VG就会被立刻禁能。这样，可以在每一开关循环中，避免因为短路，而导致任何一开关周期栅极信号VG过长而可能产生的问题。
一旦短路侦测信号SH于连续4次开关周期(switch cycle)都被致能后，逻辑控制器50被禁能。等到信号UVLO-reset为逻辑上的1后，逻辑控制器50才会随脉波信号PLS而周期性的导通。信号UVLO-reset中的UVLO为已知的过低电压锁定(under-voltage lockout)。当信号UVLO-reset为逻辑上的1，可以代表是控制器18的一操作电源的电压过低。
遮蔽时间TS随着线电压电源VIN的电压升高而减小。举例来说，当线电压电源VIN是300伏特时，遮蔽时间TS是1/4开关循环T；当线电压电源VIN是100伏特时，遮蔽时间TS是1/2开关循环T。在另一个实施例中，遮蔽时间TS可以不随着线电压电源VIN的电压而改变。
参考电压产生器54，透过侦测栅极信号VG，依据该开关的工作比例(dutyratio)，来产生的参考电压VREF。举例来说，当工作比例为0.75时，参考电压VREF等于0.1+VTHP；当工作比例为0.25时，参考电压VREF等于0.3+VTHP。在另一个实施例中，参考电压VREF可以不随着工作比例变化而改变。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求书范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (11)

1.一种保护电路，其特征在于，适用于一控制器，该控制器侦测流经一侦测电阻的电流所产生的一输入信号来切换一开关，以控制该电流，该保护电路包含有：
一遮蔽时间产生器，用以提供一遮蔽时间；
一短路侦测器，于该开关开启且于该遮蔽时间外时，比较该输入信号与一第一参考电压，以致能一短路侦测信号，于该开关关闭或于该遮蔽时间内时，该短路侦测信号不会被致能；以及
一逻辑控制器，当每次该短路侦测信号被致能时，关闭该开关，以降低该电流。
2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，该短路侦测器包含有：
一遮蔽器，接收该输入信号，产生一中继信号，于该开关开启且于该遮蔽时间外时，该中继信号随该输入信号而改变；以及
一比较器，用以比较该中继信号与一第二参考电压，以致能该短路侦测信号；
其中，于该开关关闭或于该遮蔽时间内时，该中继信号不会致能该短路侦测信号。
3.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，另包含有：
一计数器，于该短路侦测信号被致能一定次数后，禁止该开关导通。
4.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，另包含有：
一延迟逻辑控制器，于该短路侦测信号于连续一定次数开关周期都被致能后，禁止该开关导通。
5.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，该遮蔽时间随着一电源电压而改变。
6.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，另包含有：
一参考电压产生器，依据该开关的工作比例，来产生该第一参考电压。
7.一种保护方法，其特征在于，适用于一控制器，该控制器侦测流经一侦测电阻的电流所产生的一输入信号来切换一开关，以控制该电流，该保护方法包含有：
提供一遮蔽时间；
于该开关开启且于该遮蔽时间外时，比较该输入信号与一第一参考电压，以致能一短路侦测信号；
于该开关关闭或于该遮蔽时间内时，禁能该短路侦测信号；以及
每次当该短路侦测信号被致能时，立刻关闭该开关，以降低该电流。
8.根据权利要求7所述的保护方法，其特征在于，包含有：
接收该输入信号，产生一中继信号，其中，于该开关开启且于该遮蔽时间外时，该中继信号随该输入信号而改变；以及
比较该中继信号与一第二参考电压，以致能该短路侦测信号；以及
于该开关关闭或于该遮蔽时间内时，使该中继信号不会致能该短路侦测信号。
9.根据权利要求7所述的保护方法，其特征在于，包含有：
于该短路侦测信号于连续一定次数开关周期都被致能后，禁止该开关导通。
10.根据权利要求7所述的保护方法，其特征在于，该遮蔽时间随着一电源电压而改变。
11.根据权利要求7所述的保护方法，其特征在于，包含有：
依据该开关的工作比例，来产生该第一参考电压。
CN2011100052144A 2011-01-06 2011-01-06 保护电路与保护方法 Pending CN102594110A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011100052144A CN102594110A (zh) 2011-01-06 2011-01-06 保护电路与保护方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011100052144A CN102594110A (zh) 2011-01-06 2011-01-06 保护电路与保护方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102594110A true CN102594110A (zh) 2012-07-18

Family

ID=46482409

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011100052144A Pending CN102594110A (zh) 2011-01-06 2011-01-06 保护电路与保护方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102594110A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104466915A (zh) * 2013-09-12 2015-03-25 株式会社东芝 Dc-dc变换器以及半导体集成电路

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09242592A (ja) * 1996-03-06 1997-09-16 Denso Corp 誘導負荷駆動装置の異常検出装置
US20090279214A1 (en) * 2008-05-12 2009-11-12 Richtek Technology Corp. Protection apparatus and method for a power converter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09242592A (ja) * 1996-03-06 1997-09-16 Denso Corp 誘導負荷駆動装置の異常検出装置
US20090279214A1 (en) * 2008-05-12 2009-11-12 Richtek Technology Corp. Protection apparatus and method for a power converter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104466915A (zh) * 2013-09-12 2015-03-25 株式会社东芝 Dc-dc变换器以及半导体集成电路

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6915115B2 (ja) 同期フライバック変換器における使用のための二次コントローラ、電力変換器、および同期フライバック変換器を制御する方法
EP2897270B1 (en) Switched capacitor DC-DC converter with reduced in-rush current and fault protection
CN107078645B (zh) 在松弛震荡极值处具有切换请求的输出侧控制器
US10205376B2 (en) Switch control circuit including multipin to set dead time information and/or protection mode
CN107786093B (zh) 用于供电电压调节的方法
KR101530358B1 (ko) 스위치 제어 장치 및 스위치 제어 방법
US10199942B2 (en) Controller and power supply
TWI572128B (zh) 暫態負載要求的電流停靠響應
EP3203491B1 (en) Magnetic coil driving circuit for magnetic contactor
KR101920296B1 (ko) 스위치 제어 회로, 스위치 제어 방법, 및 이를 이용하는 전원 공급 장치
TW201640800A (zh) 返馳式電源供應器及其控制器與驅動器
CN101291112A (zh) 用于功率变换器的开/关控制的方法和装置
US10715046B2 (en) Secondary side current mode control for a converter
US20120140370A1 (en) Protection Circuit and Protection Method
KR20130037486A (ko) 전원 공급 장치
US20120249112A1 (en) Controller for switch mode power supply
CN106936296A (zh) 用于电流模式开关模式电源的自适应前沿消隐时间生成
CN102594110A (zh) 保护电路与保护方法
CN105471284A (zh) 电源转换装置及其过功率保护方法
CN101958533A (zh) 用于隔离式电源供应器的电流感测电阻短路保护装置及方法
US20130215656A1 (en) Latching comparator
US9112353B2 (en) Power supply device
Bukur Design, Simulation, and Hardware Construction of A 600 W Solid State Dc Circuit Breaker for the Dc House Project
RU2420852C1 (ru) Широкодиапазонный стабилизатор

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120718