CN102761252A

CN102761252A - 带有切换mos管的开关电源电路

Info

Publication number: CN102761252A
Application number: CN2012102607077A
Authority: CN
Inventors: 梁容铭
Original assignee: Guangzhou Shiyuan Electronics Thecnology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Shiyuan Electronics Thecnology Co Ltd
Priority date: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2032-07-25
Also published as: CN102761252B

Abstract

本发明公开了一种带有切换MOS管的开关电源电路，包括串联在信号输入端和信号输出端之间的MOS管，以及通过RC延时网络与MOS管的栅极连接的控制信号端，所述信号输出端通过电阻接地；其特征在于，还包括短路检测电路，所述短路检测电路包括检测电阻、第一三极管以及主要由第二三极管和第三三极管组成的互锁电路；所述检测电阻的一端通过所述电阻连接信号输出端，另一端接地；所述第一三极管的基极和射极分别连接所述检测电阻的两端，集电极连接所述互锁电路，以控制所述互锁电路工作，所述互锁电路通过第一二极管连接到所述MOS管的栅极。本发明能够有效避免输出短路时造成的切换MOS管过功耗损坏。

Description

带有切换MOS管的开关电源电路

技术领域

本发明涉及电器领域，更具体地涉及一种带有短路保护的切换MOS开关电源电路。

背景技术

目前在开关电源的应用行业内，尤其是在液晶电视的应用领域为了降低成本，同时保证输出时序以及待机功耗的需求，通常会在每一路输出后面增加开关切换MOS管，来控制每一路输出，当外部（主要是主板）给定高电平或低电平控制信号时，通过时序电路控制开关切换MOS管的开通与关断，常见切换MOS开关电源电路如图1所示。在图1中，该切换MOS管的开关电源电路包括切换MOS管Q301，该切换MOS管Q301的源极S连接信号输入电路（信号输入端INPUT输入电压为+12V或+24V），漏极D连接信号输出电路（信号输入端OUTPUT通过接地电阻接地），栅极G通过控制电路连接控制信号输入端POWER ON/OFF，所述控制信号输入端POWER ON/OFF控制通过三极管Q302的导通或关断，从而控制切换MOS管Q301的导通或关断。

在切换MOS管Q301的源极S与信号输入端INPUT之间连接有反激变压器BL300，在切换MOS管Q301之前，由于反激变压器BL300的交调原因，切换MOS管Q301前面的电压通常比较高，为了保证输出过冲在可接受的范围之内，所述信号输入端POWER ON/OFF连接三极管Q302后还通过由电容C201与电阻R101构成的RC延时网络而连接切换MOS管Q301，从而实现控制切换MOS管Q301的工作方式为慢开快关。

但是，采用这种方案后，由于控制切换MOS管Q301的工作方式为慢开快关，导致在开关过程中切换MOS管Q301的开关损耗很大，特别是在信号输出短路状态的时候，切换MOS管Q301会长期停留在线性区（停留时间取决于控制主板的过载延迟时间），导致切换MOS管Q301过功耗损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有切换MOS管的开关电源电路，其能够避免输出短路造成的切换MOS管过功耗损坏。

为了实现上述目的，本发明提供了一带有切换MOS管的开关电源电路，包括串联在信号输入端和信号输出端之间的MOS管，以及通过RC延时网络与MOS管的栅极连接的控制信号端，所述信号输出端通过电阻接地；还包括短路检测电路，所述短路检测电路包括检测电阻、第一三极管以及主要由第二三极管和第三三极管组成的互锁电路；所述检测电阻的一端通过所述电阻连接信号输出端，另一端接地；所述第一三极管的基极和射极分别连接所述检测电阻的两端，集电极连接所述互锁电路，以控制所述互锁电路工作，所述互锁电路通过第一二极管连接到所述MOS管的栅极；藉由所述控制信号端向MOS管发送驱动信号以开启所述MOS管，当所述信号输出端短路时，经过所述检测电阻的电流增大，所述检测电阻两端的电压增大，使所述第一三极管导通，从而引起所述互锁电路产生互锁信号并通过所述二极管发送到所述MOS管的栅极以调整MOS管的驱动信号，从而关断MOS管。

在本发明的一个实施例中，所述MOS管为P型MOS管，且所述P型MOS管的源极连接所述信号输入端，漏极连接所述信号输出端，通过所述控制信号端向所述MOS管的栅极发送驱动信号，以使MOS管的源极和栅极之间的电压差等于或大于MOS管的开启电压，从而开启所述MOS管；当所述信号输出端短路时，通过引起所述互锁电路产生互锁信号并发送到所述MOS管的栅极，以使MOS管的源极和栅极之间的电压差小于MOS管的开启电压，从而关断MOS管。

较佳地，所述互锁电路主要由所述第二三极管和第三三极管组成，且所述第二三极管为PNP型，所述第三三极管为NPN型，所述第二三极管的集电极通过串联的第一、二电阻连接直流电源，射极接地，且基极和射极之间连接第二滤波电容；所述第三三极管的集电极通过串联的第三、四电阻接地，射极连接所述直流电源，且基极和射极之间连接第三滤波电容；所述第二三极管的基极与所述第一、二电阻的连接点连接，所述第三三极管的基极与所述第三、四电阻的连接点连接；且所述第一三极管的集电极连接到所述第二三极管的集电极，所述第三三极管的集电极通过所述第一二极管连接到所述MOS管的栅极，且所述二极管的阳极连接所述第三三极管的集电极。

在本发明的另一个实施例中，所述MOS管为N型MOS管，且所述N型MOS管的漏极连接所述信号输入端，源极连接所述信号输出端，通过所述控制信号端向所述MOS管的栅极发送驱动信号，以使MOS管的栅极和源极之间的电压差等于或大于MOS管的开启电压，从而开启所述MOS管；当所述信号输出端短路时，通过引起所述互锁电路产生互锁信号并发送到所述MOS管的栅极，以使MOS管的栅极和源极之间的电压差小于MOS管的开启电压，从而关断MOS管。

较佳地，所述互锁电路主要由所述第二三极管和第三三极管组成，且所述第二三极管为PNP型，所述第三三极管为NPN型，所述第二三极管的集电极通过串联的第一、二电阻和第二二极管连接直流电源，射极接地，且基极和射极之间连接第二滤波电容，所述第二二极管的阴极直接连接所述第二三极管的集电极；所述第三三极管的集电极通过串联的第三、四电阻接地，射极连接所述直流电源，且基极和射极之间连接第三滤波电容；所述第二三极管的基极与所述第一、二电阻的连接点连接，所述第三三极管的基极与所述第三、四电阻的连接点连接；且所述第二三极管的集电极连接到所述第一三极管的集电极，并通过所述第一二极管连接到所述MOS管的栅极，所述第一二极管的阳极连接所述MOS管的栅极。

较佳地，所述第二二极管为两个二极管同向并联构成。

较佳地，所述第一三极管的基极和射极之间连接第一滤波电容。

较佳地，所述第一二极管为两个二极管同向并联构成。

与现有技术相比，本发明的切换MOS管的开关电源电路通过引入短路检测电路，并通过检测电阻检测短路电流，从而驱动主要由第二三极管和第三三极管组成的互锁电路产生互锁信号，并将该互锁信号通过二极管反馈到MOS管的栅极上，从而灌高或拉低MOS管的驱动信号（根据MOS管的类型而进行灌高或拉低），从而关断MOS管。这样，可以在增加很少成本的条件下实现短路状态下的输出将MOS管锁死，以避免MOS管过功耗损坏。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的带有切换MOS管的开关电源电路的电路原理图。

图2为本发明的带有切换MOS管的开关电源电路的第一实施例的电路原理图。

图3为本发明的带有切换MOS管的开关电源电路的第二实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。本发明提供了一种改进型的能够保护MOS管的MOS管的延时启动电路，其能够避免开启瞬间电流过大而损坏MOS管，又能节省其制造成本。

图2所示为本发明带有切换MOS管的开关电源电路的第一实施例的电路原理图。参考图2，本实施例的开关电源电路包括串联在信号输入端INPUT和信号输出端OUTPUT之间的MOS管Q100，以及通过RC延时网络与MOS管Q101的栅极G连接的控制信号端POWERON/OFF。具体地，所述MOS管Q100为P型MOS管，且所述P型MOS管的源极S连接所述信号输入端INPUT，漏极D连接所述信号输出端OUTPUT，且所述信号输出端OUTPUT通过多个并联电阻接地；所述信号输入端INPUT和信号输出端OUTPUT分别连接直流电源（电压的大小取决于输出，如本实施例中均连接+12V的电压）。所述控制信号端POWERON/OFF通过由电阻R111和电容C121组成的RC延时网络连接到所述MOS管Q100的栅极G，通过是否发送驱动信号以控制MOS管的开通/关断，且MOS管在延时网络的作用下实现慢开快关。

当然，所述控制信号端POWERON/OFF可以选择直接发送驱动信号到MOS管Q100的栅极G，或者通过一定的控制电路而产生驱动信号到MOS管Q100的栅极G，本实施例选择的为后面的方式。

与现有技术不同的是，如图2所示，本发明带有切换MOS管的开关电源电路还包括短路检测电路，该短路检测电路具体包括检测电阻R112、第一三极管Q101以及主要由第二三极管Q102和第三三极管Q103组成的互锁电路。具体地，所述检测电阻R112的一端A1与所述多个并联电阻的接地端连接，从而连接信号输出端OUTPUT，另一端B1接地；所述第一三极管Q101的基极B和射极E分别连接所述检测电阻R112的两端(基极B连接A1端，射极E连接B1端)，第一三极管Q101的集电极C连接所述互锁电路，以控制所述互锁电路工作。所述互锁电路通过第一二极管D131连接到所述MOS管Q100的栅极G。

具体地，所述互锁电路主要由第二三极管Q102和第三三极管Q103组成，且所述第二三极管Q102为PNP型，所述第三三极管Q103为NPN型，所述第二三极管Q102的集电极C通过串联的第一、二电阻（R113、R114）连接直流电源（电压值高于MOS管Q100的源极S电压，例如取+24V），射极E接地，且基极B和射极E之间连接第二滤波电容C122；所述第三三极管Q103的集电极C通过串联的第三、四电阻(R115、R116)接地，射极E连接所述24V直流电源，且基极B和射极E之间连接第三滤波电容C123；所述第二三极管Q103的基极B与所述第一、二电阻(R113、R114）的连接点连接，所述第三三极管Q103的基极B与所述第三、四电阻(R115、R116)的连接点连接；且所述第一三极管Q101的集电极C连接到所述第二三极管Q102的集电极C，所述第三三极管Q103的集电极C通过所述第一二极管D131连接到所述MOS管的栅极，且所述第一二极管D131的阳极连接所述第三三极管Q103的集电极C。

这样，藉由所述控制信号端POWER ON/OFF向MOS管Q100发送驱动信号，以使MOS管Q100的源极S和栅极G之间的电压差等于或大于MOS管的开启电压Vth(即，Vs-Vg≥Vth)，从而开通所述MOS管Q100；在导通过程中，当所述信号输出端发生短路时，经过所述检测电阻R112的电流增大，因此所述检测电阻R112两端的电压增大，当增大到1.4V左右时，使所述第一三极管Q101导通，从而引起所述互锁电路产生自锁，具体的，所述互锁电路的第二三极管Q102和第三三极管Q103在正常情况下处理截止状态，没有产生任何信号；当所述第一三极管Q101导通后，从第一三极管Q101的集电极C向所述互锁电路的第二三极管Q102的集电极发送低电平，从而导致所述第三三极管Q103导通，进而导通所述第二三极管Q102，且通过所述第三三极管Q103的集电极C将直流电源DV的高电平发送到所述MOS管Q100的栅极G，以使MOS管的源极和栅极之间的电压差小于MOS管Q100的开启电压Vth(即，Vs-Vg<Vth)，从而关断MOS管Q100。

较佳地，所述第一二极管D131为两个二极管同向并联构成。

较佳地，所述第一三极管Q101的基极B和射极E之间可以连接有RC滤波电路（如图中由电阻R117和C124组成），根据实际需求取值调整，原则上保证延迟时间远大于正常工作的噪音时间同时又要保证短路时的动作足够迅速。

图3所示为本发明带有切换MOS管的开关电源电路的第二实施例的电路原理图。参考图3，与第一实施例一样，本实施例的开关电源电路包括串联在信号输入端INPUT和信号输出端OUTPUT之间的MOS管Q200，以及通过RC延时网络与MOS管Q201的栅极G连接的控制信号端POWERON/OFF。不同的是，所述MOS管Q200为N型MOS管，且所述N型MOS管的漏极D连接所述信号输入端INPUT，源极S连接所述信号输出端OUTPUT，且所述信号输出端OUTPUT通过多个并联电阻接地；所述信号输入端INPUT和信号输出端OUTPUT分别连接直流电源（电压的大小取决于输出，如本实施例中均连接+24V的电压）。所述控制信号端POWERON/OFF通过由电阻R211和电容C221组成的RC延时网络连接到所述MOS管Q200的栅极G，通过是否发送驱动信号以控制MOS管的开通/关断，且MOS管在延时网络的作用下实现慢开快关。当然，所述控制信号端POWERON/OFF可以选择直接发送驱动信号到MOS管Q200的栅极G，或者通过一定的控制电路而产生驱动信号到MOS管Q200的栅极G，本实施例选择前者方式，且通过所述控制信号端POWERON/OFF输入高于24V的外界电平信号（可以来源于变压器的抽头绕组，也可以来源于其他外供电情况）。

如图3所示，本实施例的开关电源电路也包括短路检测电路，该短路检测电路具体包括检测电阻R212、第一三极管Q201以及主要由第二三极管Q202和第三三极管Q203组成的互锁电路。具体地，所述检测电阻R212的一端A2与所述多个并联电阻的接地端连接，从而连接信号输出端OUTPUT，另一端B2接地；所述第一三极管Q201的基极B和射极E分别连接所述检测电阻R212的两端(基极B连接A2端，射极E连接B2端)，第一三极管Q201的集电极C连接所述互锁电路，以控制所述互锁电路工作。所述互锁电路通过第一二极管D231连接到所述MOS管Q200的栅极G。

具体地，所述互锁电路主要由第二三极管Q202和第三三极管Q203组成，且所述第二三极管Q202为PNP型，所述第三三极管Q203为NPN型，所述第二三极管Q202的集电极C通过串联的第一、二电阻（R213、R214）和第二二极管D232连接直流电源（例如取+24V），射极E接地，且基极B和射极E之间连接第二滤波电容C222,而所述第二二极管D232的阴极直接连接所述第二三极管Q203的集电极C；所述第三三极管Q203的集电极C通过串联的第三、四电阻(R215、R216)接地，射极E连接所述直流电源，且基极B和射极E之间连接第三滤波电容C223；所述第二三极管Q203的基极B与所述第一、二电阻(R213、R214）的连接点连接，所述第三三极管Q203的基极B与所述第三、四电阻(R115、R116)的连接点连接；且所述第二三极管Q202的集电极C连接到所述第一三极管Q201的集电极，并通过所述第一二极管D231连接到所述MOS管200的栅极G，所述第一二极管D231的阳极连接所述MOS管的栅极G。

这样，藉由所述控制信号端POWER ON/OFF向MOS管Q200发送驱动信号，以使MOS管Q200的栅极G和源极S之间的电压差等于或大于MOS管的开启电压Vth(即，Vg-Vs≥Vth)，从而开通所述MOS管Q200；在导通过程中，当所述信号输出端发生短路时，经过所述检测电阻R212的电流增大，因此所述检测电阻R212两端的电压增大，当增大到1.4V左右时，使所述第一三极管Q201导通，从而引起所述互锁电路产生自锁信号，具体的，所述互锁电路的第二三极管Q202和第三三极管Q203在正常情况下处于截止状态，没有产生任何信号；当所述第一三极管Q201导通后，从第一三极管Q201的集电极C向所述互锁电路的第二三极管Q202的集电极发送低电平，从而导致所述第三三极管Q103导通，进而导通所述第二三极管Q202，从而使所述第一二极管D231正向导通，以拉低所述MOS管Q200的栅极G电压，并使MOS管的栅极G和源极S之间的电压差小于MOS管Q100的开启电压Vth(即，Vg-Vs<Vth)，从而关断MOS管Q200。

较佳地，所述第一二极管D231和第二二极管D232为两个二极管同向并联构成。在本实施例中，增加所述第二二极管D232目的在于防止影响到第三三极管Q203的正常工作，由于正常工作的时候切换MOS管Q106的基极电压大于24V(S极电压)，所以如果没有这个第二二极管D232，有可能会导致第一、二电阻（R213、R214）阻性分压，严重情况下可能会损坏第三三极管Q203的BE结，从而破坏预期功能。

较佳地，所述第一三极管Q201的基极B和射极E之间可以连接有滤波电容C224，根据实际需求取值调整，原则上保证延迟时间远大于正常工作的噪音时间同时又要保证短路时的动作足够迅速。

由上述可知，本发明的切换MOS管的开关电源电路通过引入短路检测电路，并通过检测电阻检测短路电流，从而驱动主要由第二三极管和第三三极管组成的互锁电路产生互锁信号，并将该互锁信号通过二极管反馈到MOS管的栅极上，从而灌高或拉低MOS管的驱动信号（根据MOS管的类型而进行灌高或拉低），从而关断MOS管。这样，可以在增加很少成本的条件下实现短路状态下的输出将MOS管锁死，以避免MOS管过功耗损坏。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims

1.一种带有切换MOS管的开关电源电路，包括串联在信号输入端和信号输出端之间的MOS管，以及通过RC延时网络与MOS管的栅极连接的控制信号端，所述信号输出端通过电阻接地；其特征在于，还包括短路检测电路，所述短路检测电路包括检测电阻、第一三极管以及主要由第二三极管和第三三极管组成的互锁电路；所述检测电阻的一端通过所述电阻连接信号输出端，另一端接地；所述第一三极管的基极和射极分别连接所述检测电阻的两端，集电极连接所述互锁电路，以控制所述互锁电路工作，所述互锁电路通过第一二极管连接到所述MOS管的栅极；藉由所述控制信号端向MOS管发送驱动信号以开通所述MOS管，当所述信号输出端短路时，经过所述检测电阻的电流增大，所述检测电阻两端的电压增大，使所述第一三极管导通，从而引起所述互锁电路产生互锁信号并通过所述二极管发送到所述MOS管的栅极以调整MOS管的驱动信号，从而关断MOS管。

2.如权利要求1所述的带有切换MOS管的开关电源电路，其特征在于，所述MOS管为P型MOS管，且所述P型MOS管的源极连接所述信号输入端，漏极连接所述信号输出端，通过所述控制信号端向所述MOS管的栅极发送驱动信号，以使MOS管的源极和栅极之间的电压差等于或大于MOS管的开启电压，从而开启所述MOS管；当所述信号输出端短路时，通过引起所述互锁电路产生互锁信号并发送到所述MOS管的栅极，以使MOS管的源极和栅极之间的电压差小于MOS管的开启电压，从而关断MOS管。

3.如权利要求2所述的带有切换MOS管的开关电源电路，其特征在于，所述互锁电路主要由所述第二三极管和第三三极管组成，且所述第二三极管为PNP型，所述第三三极管为NPN型，所述第二三极管的集电极通过串联的第一、二电阻连接直流电源，射极接地，且基极和射极之间连接第二滤波电容；所述第三三极管的集电极通过串联的第三、四电阻接地，射极连接所述直流电源，且基极和射极之间连接第三滤波电容；所述第二三极管的基极与所述第一、二电阻的连接点连接，所述第三三极管的基极与所述第三、四电阻的连接点连接；且所述第一三极管的集电极连接到所述第二三极管的集电极，所述第三三极管的集电极通过所述第一二极管连接到所述MOS管的栅极，且所述第一二极管的阳极连接所述第三三极管的集电极。

4.如权利要求1所述的带有切换MOS管的开关电源电路，其特征在于，所述MOS管为N型MOS管，且所述N型MOS管的漏极连接所述信号输入端，源极连接所述信号输出端，通过所述控制信号端向所述MOS管的栅极发送驱动信号，以使MOS管的栅极和源极之间的电压差等于或大于MOS管的开启电压，从而开启所述MOS管；当所述信号输出端短路时，通过引起所述互锁电路产生互锁信号并发送到所述MOS管的栅极，以使MOS管的栅极和源极之间的电压差小于MOS管的开启电压，从而关断MOS管。

5.如权利要求4所述的带有切换MOS管的开关电源电路，其特征在于，所述互锁电路主要由所述第二三极管和第三三极管组成，且所述第二三极管为PNP型，所述第三三极管为NPN型，所述第二三极管的集电极通过串联的第一、二电阻和第二二极管连接直流电源，射极接地，且基极和射极之间连接第二滤波电容，所述第二二极管的阴极直接连接所述第二三极管的集电极；所述第三三极管的集电极通过串联的第三、四电阻接地，射极连接所述直流电源，且基极和射极之间连接第三滤波电容；所述第二三极管的基极与所述第一、二电阻的连接点连接，所述第三三极管的基极与所述第三、四电阻的连接点连接；且所述第二三极管的集电极连接到所述第一三极管的集电极，并通过所述第一二极管连接到所述MOS管的栅极，所述第一二极管的阳极连接所述MOS管的栅极。

6.如权利要求5所述的带有切换MOS管的开关电源电路，其特征在于，所述第二二极管为两个二极管同向并联构成。

7.如权利要求1所述的带有切换MOS管的开关电源电路，其特征在于，所述第一三极管的基极和射极之间连接第一滤波电容。

8.如权利要求1所述的带有切换MOS管的开关电源电路，其特征在于，所述第一二极管为两个二极管同向并联构成。