CN102983554A - 用于高功率因数驱动系统的采样短路保护电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于高功率因数驱动系统的采样短路保护电路及方法。高功率因数驱动系统可包括功率转换电路、PFC控制电路、开关管以及耦合至开关管的采样电阻。该PFC控制电路可包括：PFC控制模块，用于产生驱动信号以控制开关管的导通和关断；以及采样短路保护电路。采样短路保护电路可包括：短路检测电路，用于当功率转换电路的输入源提供的输入电压信号大于第一基准电压并且经由采样电阻检测到的采样电压信号持续地小于第二基准电压达预定数目个周期之后确定检测到采样短路；以及逻辑电路，用于在短路检测电路检测到采样短路时产生保护信号直至接收到指示该PFC控制电路处于欠压状态的欠压信号，该保护信号使PFC控制模块关断开关管。

Description

用于高功率因数驱动系统的采样短路保护电路及方法

技术领域

本发明涉及高功率因数驱动系统，尤其涉及用于高功率因数驱动系统的采样短路保护电路及方法。

背景技术

高功率因数驱动系统是通过PFC（功率因数校正）控制电路控制开关管（例如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等）的导通和关断来维持稳定电压或电流输出的一种电源，也被称为PFC控制系统，例如开关电源、LED照明驱动电源等。

图1示出一种传统的PFC控制系统，包括功率转换电路10、PFC控制电路12、开关管（例如MOS管）M1、以及采样电阻Rs。功率转换电路10可以将输入电流/电压转换成所需的目标电流/电压。PFC控制电路12在DR管脚上输出驱动信号以控制开关管M1的导通和关断，从而控制功率转换电路10的工作状态。另外，PFC控制电路12通过CS管脚（即，采样端）检测采样电阻Rs的电压值来确定流经开关管M1的电流信号，从而在正常工作时可以通过采样端检测来达到限流或者取电流的目的。但是，当出现异常状态尤其是采样短路时，例如采样端焊接异常、CS管脚与地短路、和/或采样电阻Rs损坏或短路时，PFC控制电路12在采样端检测到的采样电压很小或者为0，便会认为开关管M1的输出电流不够，并因此增大开关管M1的导通时间以增大电流。此类异常状态会导致无法准确监控流经开关管M1的电流，并且如果过度地使流经开关管M1的电流增大，那么在开关管M1关断时其源漏两极的电压会超出开关管M1的耐压值，可能导致开关管M1损坏，从而危害整个PFC控制系统。

因此，本领域需要一种采样短路保护电路和/或方法，以有效地检测高功率因数驱动系统的异常状态（尤其是采样短路）并提供有效的采样短路保护。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的不足，提供一种用于高功率因数驱动系统的采样短路保护电路及方法，使得在异常状态下尤其是采样短路时，例如采样端焊接异常、CS端与地短路、或者采样电阻损坏时，系统能检测到这种状态并且关断开关管，直到系统重启后进入下一个检测周期，如果采样端仍处于短路状态，则继续关断并重启；如果采样短路状态解除，系统恢复正常工作。

本发明提供了一种用于高功率因数驱动系统的功率因数校正（PFC）控制电路，该高功率因数驱动系统可包括功率转换电路、耦合至功率转换电路的开关管以及耦合至开关管的采样电阻，该功率因数校正控制电路可包括：功率因数校正控制模块，用于产生驱动信号以控制该开关管的导通和关断；以及采样短路保护电路。采样短路保护电路可包括：短路检测电路，其接收由功率转换电路的输入源提供的输入电压信号和经由采样电阻检测到的采样电压信号，当输入电压信号大于第一基准电压并且采样电压信号持续地小于第二基准电压达预定数目个周期之后确定检测到采样短路；以及逻辑电路，其接收短路检测电路的输出以及指示该功率因数校正控制电路是否处于欠压状态的欠压信号，并在短路检测电路检测到采样短路时产生保护信号直至接收到指示该功率因数校正控制电路处于欠压状态的欠压信号，该保护信号使功率因数校正控制模块关断该开关管。

在一个实施例中，短路检测电路可包括：第一比较器，用于将输入电压信号与第一基准电压作比较；第二比较器，用于将采样电压信号与第二基准电压作比较；门电路，其接收第一比较器和第二比较器的输出，在输入电压信号大于第一基准电压并且采样电压信号小于第二基准电压时输出第二电平，否则输出第一电平；以及计数器，用于接收该门电路的输出和第一时钟信号，计数器在该门电路输出第一电平时清零，在该门电路输出第二电平时在第一时钟信号的控制下进行计数，并在连续计数达预定数目个周期之后产生指示检测到采样短路的第二时钟信号以提供给该逻辑电路。

在一个实施例中，该门电路可包括或门、或非门、与门或者与非门，该逻辑电路可包括第一RS触发器。

在一个实施例中，该功率因数校正控制电路还可包括：欠压锁存电路，用于检测该功率因数校正控制电路的电源端是否处于欠压状态并产生该欠压信号。

在一个实施例中，该功率因数校正控制模块可包括：恒流环控制电路，用于根据输入电压信号、采样电压信号、以及功率转换电路的反馈信号来产生关断信号；振荡器，用于产生第一时钟信号；第二RS触发器，用于接收该关断信号和第一时钟信号；以及逻辑驱动电路，用于根据采样短路保护电路输出的保护信号和第二RS触发器的输出来产生驱动信号以控制该开关管的导通和关断。

本发明还公开了一种包括如上所述的功率因数校正控制电路的高功率因数驱动系统。该高功率因数驱动系统还可包括：交流输入源；整流桥，用于对交流输入源的输入信号进行整流以向功率转换电路提供输入；耦合至整流桥的分压电阻，用于产生输入电压信号；以及耦合至整流桥的启动电路，用于向该功率因数校正控制电路的电源端供电。

在一个实施例中，该高功率因数驱动系统还可包括：变压器，包括耦合在整流桥与开关管之间的原边绕组、用于提供输出的副边绕组、以及用于提供该反馈信号的辅助绕组。

在另一个实施例中，该高功率因数驱动系统还可包括：耦合在整流桥与开关管之间以提供输出的电感、以及耦合至该电感以提供该反馈信号的辅助绕组。

本发明还提供了一种用于高功率因数驱动系统的控制方法。该高功率因数驱动系统可包括功率因数校正控制电路、功率转换电路、耦合至功率转换电路的开关管以及耦合至该开关管的采样电阻。该方法可包括：通过该功率因数校正控制电路产生驱动信号以控制该开关管的导通和关断；接收由功率转换电路的输入源提供的输入电压信号和经由采样电阻检测到的采样电压信号；当输入电压信号大于第一基准电压并且采样电压信号持续地小于第二基准电压达预定数目个周期之后确定检测到采样短路；以及在检测到采样短路时产生保护信号直至接收到指示该功率因数校正控制电路处于欠压状态的欠压信号，该保护信号使该功率因数校正控制电路关断该开关管。

在一个实施例中，该方法还可包括：当输入电压信号大于第一基准电压并且采样电压信号小于第二基准电压时在第一时钟信号的控制下进行计数，否则将该计数清零；以及在连续计数达预定数目个周期之后产生指示检测到采样短路的第二时钟信号。

在一个实施例中，该方法还可包括：检测该功率因数校正控制电路的电源端是否处于欠压状态并产生该欠压信号。

在一个实施例中，产生驱动信号可包括：根据输入电压信号、采样电压信号、以及功率转换电路的反馈信号来产生关断信号；产生第一时钟信号；以及根据该保护信号、关断信号和第一时钟信号产生驱动信号以控制该开关管的导通和关断。

本发明解决了传统高功率因数驱动系统因采样短路而损坏开关管甚至整个系统的问题，为高功率因数驱动系统提供了安全保证。

附图说明

图1示出一种传统的PFC控制系统的框图。

图2示出根据本发明一实施例的高功率因数驱动系统的框图。

图3示出根据本发明一实施例的CS短路保护电路的示意图。

图4示出根据本发明一实施例的包括采样短路保护电路的高功率因数驱动系统的示意图。

图5示出根据本发明另一实施例的包括采样短路保护电路的高功率因数驱动系统的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但是本领域技术人员将明白，以下描述和附图仅是示例性的，而不应限制本发明的保护范围。

图2示出根据本发明一实施例的高功率因数驱动系统（例如，开关电源），其包括功率转换电路10、功率因数校正（PFC）控制电路15、开关管（例如MOS管）M1、以及采样电阻Rs。功率转换电路10可以是可用于将输入电流/电压转换成所需的目标电流/电压的任何适当的功率转换电路，例如变压器、电感等。PFC控制电路15可包括PFC控制模块20和CS短路保护电路25。PFC控制模块20在PFC控制电路15的DR管脚上输出驱动信号以控制开关管M1的导通和关断，从而控制功率转换电路10的工作状态。PFC控制电路15通过CS管脚（即采样端）检测采样电阻Rs的电压值（即，采样电压信号CS）来确定流经开关管M1的电流信号。CS短路保护电路25根据由功率转换电路10的输入源（例如，交流源）提供的输入电压信号VAC（例如，功率转换电路10的输入电压的包络信号、或者该输入电压的分压信号等）和PFC控制电路15经由采样电阻Rs检测到的采样电压信号CS来判断是否发生采样短路，并相应地输出信号SD至PFC控制模块20。在未检测到短路时，信号SD可处于第一电平（或无效电平），不影响PFC控制模块20产生的驱动输出DR。在检测到采样短路时，如采样端焊接异常、CS管脚与地短路、和/或采样电阻Rs损坏或短路时，信号SD可处于第二电平（或有效电平、或称为保护信号）以使PFC控制模块20关断开关管M1，直至CS短路保护电路25接收到指示PFC控制电路15处于欠压状态的欠压信号UVLO时信号SD再次变为无效，不再影响PFC控制模块20。欠压信号UVLO可由能够检测PFC控制电路15是否处于欠压状态的任何器件来提供，例如下文描述的欠压锁存电路。该高功率因数驱动系统由于开关管M1持续关断导致欠压而重启之后、或者由于其它原因而重启之后，PFC控制电路15不再处于欠压状态，欠压信号UVLO失效，从而CS短路保护电路25进入下一个检测周期，继续根据输入电压信号VAC和采样电压信号CS来判断是否发生采样短路，如果采样端仍处于短路状态，则继续关断开关管M1并等待重启；如果采样短路状态解除，该高功率因数驱动系统恢复正常工作。

图3示出根据本发明一实施例的CS短路保护电路25的示意图。在该实施例中，CS短路保护电路25可包括短路检测电路30和逻辑电路38。短路检测电路30用于根据输入电压信号VAC和采样电压信号CS来判断是否发生采样短路并相应地输出指示是否发生采样短路的信号。例如，当信号VAC大于预设的第一基准电压VREF1并且信号CS持续地小于预设的第二基准电压VREF2达预定数目个周期之后，短路检测电路30确定检测到采样短路。逻辑电路38根据短路检测电路30的输出和欠压信号UVLO来产生信号SD。例如，当短路检测电路30检测到采样短路时，逻辑电路38产生保护信号SD使得PFC控制模块20关断开关管M1，直到欠压信号UVLO指示PFC控制电路15处于欠压状态时使信号SD失效从而不再影响PFC控制模块20。

参考图3，在一个实施例中，短路检测电路30可包括第一比较器31、第二比较器32、门电路33和计数器34。第一比较器31用于将信号VAC与VREF1作比较，第二比较器32用于将信号CS与VREF2作比较，门电路33接收第一比较器31和第二比较器32的输出，并设置成在信号VAC大于VREF1并且信号CS小于VREF2时输出第二电平（例如，高电平），否则输出第一电平（例如，低电平或其它无效电平）。计数器34用于接收门电路33的输出和第一时钟信号CLK1，并且在门电路33输出第一电平时清零，在门电路33输出第二电平时在第一时钟信号CLK1的控制下进行计数，在连续计数达预定数目个周期之后产生指示检测到采样短路的第二时钟信号CLK2。

在如图3所示的一个具体实施例中，门电路33被示为或非门，第一比较器31的正输入端接收VREF1，其负输入端接收信号VAC，并且其输出耦合至或非门33的一个输入端。第二比较器32的正输入端接收信号CS，其负输入端接收VREF2，并且其输出耦合至或非门33的另一个输入端。或非门33的输出耦合至计数器34的一端，计数器34的另一端接收第一时钟信号CLK1，CLK1可以是由振荡器产生的脉冲信号，也可以是与PFC控制电路15输出的驱动信号DR相关的信号，如其反相信号或者同相信号。计数器34在其输出端产生第二时钟信号CLK2。逻辑电路38被示为RS触发器，其两个输入端分别接收第二时钟信号CLK2和欠压信号UVLO，其中信号UVLO可以为PFC控制电路15的电源端欠压锁存信号，用于对CS短路保护电路25进行复位。RS触发器38在第二时钟信号CLK2指示发生采样短路时产生保护信号SD直至欠压信号UVLO指示PFC控制电路15处于欠压状态，该保护信号SD使PFC控制模块20输出的驱动信号DR关断开关管M1。为便于描述，假定UVLO为低电平（例如0）时指示非欠压状态，PFC控制电路15正常工作；UVLO为高电平（例如1）时指示PFC控制电路15处于欠压状态。

假设该高功率因数驱动系统成功启动后进入正常操作（PFC控制电路15非欠压，UVLO信号无效，例如低电平），第一比较器31将输入电压信号VAC与VREF1进行比较，第二比较器32将采样电压信号CS与VREF2进行比较。信号VAC可以是工频频率（即功率转换电路10的输入源的供电频率，例如50Hz、60Hz等）的2倍，例如100Hz或者120Hz等的信号。当VAC高于VREF1时，第一比较器31输出低电平，对或非门33不起作用；当VAC低于VREF1时，第一比较器31输出高电平，使得或非门33输出低电平。信号CS是该高功率因数驱动系统的工作频率（例如，系统输出频率、CLK1频率）并且可以是较高频率的信号，例如一般在30Khz～100Khz的范围中。当CS大于VREF2时，第二比较器32输出高电平，使得或非门33输出低电平；当CS小于VREF2时，第二比较器32输出低电平。当或非门33输出低电平时，计数器34清零并且不进行计数，CLK2信号保持为低电平，使得信号SD保持高电平，不影响PFC控制模块20输出的驱动信号DR。当或非门33输出高电平时，计数器34开始在时钟信号CLK1的控制下进行计数，达到设定的计数周期，如时钟信号CLK1的N个周期后，时钟信号CLK2变为高电平，RS触发器38输出保护信号SD（例如，低电平），从而使PFC控制模块20输出的驱动信号DR关断开关管M1。保护信号SD一直保持为低电平，开关管M1持续关断使PFC控制电路15的电源端供电电压下降，直到欠压信号UVLO变为高（其指示PFC控制电路15处于欠压状态并且关闭部分电路），信号SD才会恢复为高电平，不再影响PFC控制模块20。

当系统正常工作时，由于信号VAC的频率（例如100Hz、120Hz等）远低于信号CS的频率（例如，30Khz～100Khz），在VAC的一个周期中，当VAC小于VREF1时，第一比较器31输出高电平，或非门33的输出保持为低电平，计数器34不计数；当VAC大于VREF1时，第一比较器31输出低电平，且信号CS以较高频率在VREF2上下波动，第二比较器32交替地输出高低电平，从而使或非门33输出高频的高低电平（30kHz～100kHZ），计数器34在每个周期都会清零，时钟信号CLK2保持为低电平，因此RS触发器38输出的信号SD始终为高电平，不会对PFC控制模块20产生影响。

当PFC控制电路15的CS管脚发生异常短路时，采样电压信号CS一直是低电平，第二比较器32持续输出低电平，那么在信号VAC高于VREF1的这段时间内，或非门33的两个输入端都是低电平，或非门33输出高电平，计数器34开始在时钟信号CLK1的控制下计数，达到预设的计数周期N（例如，CLK1的N个周期，其中N为大于1的正整数）时，时钟信号CLK2输出高电平指示发生采样短路，使得RS触发器38输出低电平的保护信号SD，从而使PFC控制模块20输出的驱动信号DR关断开关管M1，直至PFC控制电路15的欠压信号UVLO变为高电平时，RS触发器38输出的信号SD才会恢复为高电平，不再影响PFC控制模块20。

即，当外部输入的电压信号VAC高于VREF1但采样电压信号CS在多个计数周期里持续小于VREF2时，表明采样端可能发生异常短路，CS短路保护电路25产生保护信号SD（例如，低电平），从而使PFC控制模块20输出的驱动信号DR关断开关管M1，防止了PFC控制电路15因低采样电压信号CS而不恰当地增大开关管M1的导通时间，为该高功率因数驱动系统提供了有效的采样短路保护。根据本发明的一个实施例，当输入电压信号VAC低于VREF1时，CS短路保护电路25不会产生保护信号，以免在输入电压处于波谷时由于采样电压较低引起误判。

应注意，图3仅仅是短路检测电路30和逻辑电路38的一种具体实施方式，各种其他电路结构和信号电平可用于检测采样短路，只要能在输入电压信号VAC大于VREF1并且采样电压信号CS持续地小于VREF2达预定数目个周期之后指示发生采样短路即可。也有各种其他电路结构和信号电平可用于在检测到采样短路时产生保护信号直至PFC控制电路15处于欠压状态。例如，门电路33可包括或门、与门、与非门等，第一比较器31和/或第二比较器32的正负输入端也可以相应地交换。所列举的各种信号电平也是示例性的，可以设计和使用不同的信号电平。

图4示出根据本发明一实施例的包括采样短路保护电路的高功率因数驱动系统，其可以是例如隔离控制电路、恒压控制系统、恒流控制系统、以及实地与浮地的控制系统等。该系统可包括交流输入源Vac、整流桥401、输入电容器C1、整流桥输出电压采样电阻R1和R2、启动电路R3和C2、变压器（T）410、耦合至变压器410的原边绕组L1的开关管M1和采样电阻（Rs）416、耦合至变压器410的副边绕组L2的输出二极管D1和输出电容器C3、耦合至变压器410的辅助绕组L3的供电及输出检测电路（包括电阻R4、R5和二极管D2）、以及PFC控制电路415。PFC控制电路415可类似于图2至3中描述的PFC控制电路15，包括PFC控制模块420和CS短路保护电路425，其中PFC控制模块420用于产生驱动信号DR以控制开关管M1的导通和关断，CS短路保护电路425在检测到采样短路时产生保护信号SD直至接收到指示PFC控制电路415处于欠压状态的欠压信号UVLO，该保护信号使PFC控制模块420关断开关管M1。

在工作中，交流源Vac提供的交流输入经整流桥401整流和输入电容器C1滤波后变为频率为Vac两倍的信号。该系统在电阻R1和R2之间提供整流桥输出电压的分压信号作为输入电压信号VAC，并在电阻R3与电容器C2之间提供启动信号VCC，启动信号VCC可以向PFC控制电路415供电。例如，在系统启动时，电容器C2充电直至启动信号VCC高于某一阈值之后使PFC控制电路415进入正常工作。另外，该系统在采样电阻Rs的一端提供采样电压信号CS，在辅助绕组L3与电阻R4之间通过二极管D2协同启动信号VCC一起向PFC控制电路415的电源端供电，并在检测电阻R4与R5之间提供反馈电压信号FB。PFC控制电路415接收输入电压信号VAC、采样电压信号CS、电源端电压信号以及反馈信号FB，以产生驱动信号DR用于控制开关管M1的导通和关断。

在一个实施例中，PFC控制模块420可包括恒流环控制电路422、振荡器423、RS触发器424、以及逻辑驱动电路426。恒流环控制电路422的输入端接收输入电压信号VAC、采样电压信号CS和反馈信号FB，其输出端耦合至RS触发器424的复位端，用于控制输出恒流。例如，当开关管M1导通时信号CS逐渐增大，当信号CS增大到（预设的或根据信号VAC和FB来动态地配置的）阈值时，恒流环控制电路422输出用于指示关断开关管M1的关断信号。振荡器423可用于产生时钟信号CLK1（其可以是指示使开关管M1导通的导通信号）。RS触发器424接收恒流环控制电路422输出的关断信号以及振荡器423输出的时钟信号CLK1，其产生的Q输出信号耦合至逻辑驱动电路426以产生驱动信号DR来控制开关管M1。通过恒流环控制电路422和振荡器423控制开关管M1导通和关断的技术可以使用本领域已知的任何技术来完成，因此在这里不详细描述。

在一个实施例中，PFC控制电路415还可包括欠压锁存电路421。欠压锁存电路421耦合至PFC控制电路415的电源端（即VCC端口）以在检测到该电源端的供电电压处于欠压状态（例如，降到某一阈值以下）时在其输出端为CS短路保护电路425提供UVLO信号以指示PFC控制电路415处于欠压状态。CS短路保护电路425接收输入电压信号VAC、采样电压信号CS、时钟信号CLK1、和欠压信号UVLO，并输出信号SD到逻辑驱动电路426。逻辑驱动电路426接收RS触发器424的Q输出信号和CS短路保护电路425输出的信号SD，并在DR管脚输出驱动信号DR，用于控制开关管M1的栅极以使开关管M1导通或关断。其中CS短路保护电路425在检测到CS短路时输出的信号SD是有效的保护信号并且使得逻辑驱动电路426输出的驱动信号DR将开关管M1关断，从而对系统进行保护。CS短路保护电路425可以如图3所示的电路25那样配置和操作。PFC控制电路415还可以包括其他保护电路，并通过适当的逻辑驱动电路426输出驱动信号DR来有效地使开关管M1导通和关断。CS短路保护电路25（425）和PFC控制模块20（420）可以是分开的集成电路，也可以（加上其它所需电路模块）集成在一起作为单个PFC控制电路415。

结合图3和图4，当该高功率因数驱动系统正常工作时，CS短路保护电路425的输出信号SD始终为高电平，不会对逻辑驱动电路426产生影响。PFC控制电路415根据恒流环控制电路422输出的关断信号、振荡器423输出的导通信号（以及可能还有其它输入信号）控制开关管M1周期性地导通和关断，使得该高功率因数驱动系统输出的电流Io保持恒定，向负载（如LED灯串或其它负载）供电。

当系统工作异常尤其是发生采样短路时，采样电压信号CS持续地为低电平，第二比较器32输出低电平，那么在输入电压信号VAC高于VREF1这段时间内，或非门33的两个输入端都是低电平，或非门33输出高电平，计数器34开始计数，达到计数周期N时，CLK2输出高电平，信号SD为低电平的保护信号，PFC控制电路415输出的驱动信号DR使开关管M1关断。开关管M1处于关断状态达一定时间后，变压器410通过辅助绕组L3向PFC控制电路415的电源端供电的电压逐渐下降，当PFC控制电路415的电源端电压下降到某个阈值以下时，欠压锁存电路421检测到这种状态并产生指示电源端欠压状态的欠压信号UVLO（例如，高电平），使得CS短路保护电路425的输出SD为高电平，不再影响PFC控制电路415的工作。同时，PFC控制电路415由于处于欠压状态而关闭部分电路，不再产生驱动输出DR。此后，交流源Vac对电容器C2充电，PFC控制电路415的电源端由启动电压VCC供电并在达到启动阈值之后重启该高功率因数驱动系统。也可能因其它原因而发生重启，例如交流源Vac重启。在启动或重启期间，欠压锁存电路421锁定欠压信号UVLO的先前状态（例如，指示欠压状态的电平）。因此，从接收到指示欠压状态的欠压信号UVLO到启动或重启完成期间，CS短路保护电路425输出的信号SD保持高电平，不影响PFC控制电路415的工作，从而该高功率因数驱动系统按常规启动或重启。

启动或重启完成之后，欠压信号UVLO变为无效，CS短路保护电路425可以继续根据VAC和CS的状态来周期性地检测采样短路，如果采样端仍处于短路状态，继续关断重启；如果采样短路状态解除，系统恢复正常工作。

图5示出根据本发明另一实施例的包括采样短路保护电路的高功率因数驱动系统的示意图。图5为非隔离系统的一个实例，该系统可包括交流输入源Vac、整流桥501、输入电容器C1、整流桥输出电压采样电阻R1和R2、启动电路R3和C2、电感L1、开关管M1和采样电阻Rs、二极管D1和输出电容器C3、与耦合至电感L1的辅助绕组L2相耦合的供电及输出检测电路（包括电阻R4、R5和二极管D2）、以及PFC控制电路515。PFC控制电路515可类似于图2至4中描述的PFC控制电路15和415，包括PFC控制模块520和CS短路保护电路525，其中PFC控制模块520用于产生驱动信号DR以控制开关管M1的导通和关断，CS短路保护电路525在检测到采样短路时产生保护信号SD直至接收到指示PFC控制电路515处于欠压状态的欠压信号UVLO（其可类似地由欠压锁存电路通过检测PFC控制电路515的电源端是否处于欠压状态来提供），该保护信号使PFC控制模块520关断开关管M1。

在工作中，交流源Vac提供的交流输入经整流桥501整流和输入电容器C1滤波后变为频率为Vac两倍的信号。该系统在电阻R1和R2之间提供整流桥输出电压的分压信号作为输入电压信号VAC，并在电阻R3与电容器C2之间提供启动信号VCC，启动信号VCC可以向PFC控制电路515供电。例如，在系统启动时，电容器C2充电直至启动信号VCC高于某一阈值之后使PFC控制电路515进入正常工作。另外，该系统在采样电阻Rs的一端提供采样电压信号CS，在辅助绕组L2与电阻R4之间通过二极管D2协同启动信号VCC一起向PFC控制电路515的电源端供电，并在检测电阻R4与R5之间提供反馈电压信号FB。PFC控制电路515接收输入电压信号VAC、采样电压信号CS、电源端电压信号以及反馈信号FB，以产生驱动信号DR用于控制开关管M1的导通和关断。

当系统发生采样短路时，CS短路保护电路525检测到短路状态，通过PFC控制模块520对开关管M1进行关断，直到系统发生重启以后，重新检测，直到短路现象解除。其原理与图4的实例保护原理相同，不再赘述。

本发明公开了用于高功率因数驱动系统的采样短路保护电路及方法，并且参照附图描述了本发明的具体实施方式和效果。应该理解的是，上述实施例只是对本发明的示例性说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，包括隔离系统、非隔离系统、恒流系统、恒压系统等各种高功率因数驱动系统的应用，对电路的局部构造的变更、在本发明提供的采样短路保护方法的精神下对电路实现方法的变更，对元器件的类型或型号的替换，各种信号电平的其它变型、以及其他非实质性的替换或修改等，均落入本发明保护范围之内。

Claims (11)

1.一种用于高功率因数驱动系统的功率因数校正（PFC）控制电路，所述高功率因数驱动系统包括功率转换电路、耦合至所述功率转换电路的开关管以及耦合至所述开关管的采样电阻，所述功率因数校正控制电路包括：

功率因数校正控制模块，用于产生驱动信号以控制所述开关管的导通和关断；以及

采样短路保护电路，其包括：

短路检测电路，其接收由所述功率转换电路的输入源提供的输入电压信号和经由所述采样电阻检测到的采样电压信号，当所述输入电压信号大于第一基准电压并且所述采样电压信号持续地小于第二基准电压达预定数目个周期之后确定检测到采样短路；以及

逻辑电路，其接收所述短路检测电路的输出以及指示所述功率因数校正控制电路是否处于欠压状态的欠压信号，并在所述短路检测电路检测到采样短路时产生保护信号直至接收到指示所述功率因数校正控制电路处于欠压状态的欠压信号，所述保护信号使所述功率因数校正控制模块关断所述开关管。

2.如权利要求1所述的功率因数校正控制电路，其特征在于，所述短路检测电路包括：

第一比较器，用于将所述输入电压信号与第一基准电压作比较；

第二比较器，用于将所述采样电压信号与第二基准电压作比较；

门电路，其接收所述第一比较器和所述第二比较器的输出，在所述输入电压信号大于第一基准电压并且所述采样电压信号小于第二基准电压时输出第二电平，否则输出第一电平；以及

计数器，用于接收所述门电路的输出和第一时钟信号，所述计数器在所述门电路输出第一电平时清零，在所述门电路输出第二电平时在所述第一时钟信号的控制下进行计数，并在连续计数达所述预定数目个周期之后产生指示检测到采样短路的第二时钟信号以提供给所述逻辑电路。

3.如权利要求2所述的功率因数校正控制电路，其特征在于，所述门电路包括或门、或非门、与门或者与非门，所述逻辑电路包括第一RS触发器。

4.如权利要求1所述的功率因数校正控制电路，其特征在于，还包括：

欠压锁存电路，用于检测所述功率因数校正控制电路的电源端是否处于欠压状态并产生所述欠压信号。

5.如权利要求1至4中任一项所述的功率因数校正控制电路，其特征在于，所述功率因数校正控制模块包括：

恒流环控制电路，用于根据所述输入电压信号、所述采样电压信号、以及所述功率转换电路的反馈信号来产生关断信号；

振荡器，用于产生第一时钟信号；

第二RS触发器，用于接收所述关断信号和所述第一时钟信号；以及

逻辑驱动电路，用于根据所述采样短路保护电路输出的所述保护信号和所述第二RS触发器的输出来产生所述驱动信号以控制所述开关管的导通和关断。

6.一种包括如权利要求1至5中任一项所述的功率因数校正控制电路的高功率因数驱动系统，所述高功率因数驱动系统还包括：

交流输入源；

整流桥，用于对所述交流输入源的输入信号进行整流以向所述功率转换电路提供输入；

耦合至所述整流桥的分压电阻，用于产生所述输入电压信号；以及

耦合至所述整流桥的启动电路，用于向所述功率因数校正控制电路的电源端供电。

7.如权利要求6所述的高功率因数驱动系统，其特征在于，还包括：

变压器，包括耦合在所述整流桥与所述开关管之间的原边绕组、用于提供输出的副边绕组、以及用于提供所述反馈信号的辅助绕组；或者

耦合在所述整流桥与所述开关管之间以提供输出的电感、以及耦合至所述电感以提供所述反馈信号的辅助绕组。

8.一种用于高功率因数驱动系统的控制方法，所述高功率因数驱动系统包括功率因数校正（PFC）控制电路、功率转换电路、耦合至所述功率转换电路的开关管以及耦合至所述开关管的采样电阻，所述方法包括：

通过所述功率因数校正控制电路产生驱动信号以控制所述开关管的导通和关断；

接收由所述功率转换电路的输入源提供的输入电压信号和经由所述采样电阻检测到的采样电压信号；

当所述输入电压信号大于第一基准电压并且所述采样电压信号持续地小于第二基准电压达预定数目个周期之后确定检测到采样短路；以及

在检测到采样短路时产生保护信号直至接收到指示所述功率因数校正控制电路处于欠压状态的欠压信号，所述保护信号使所述功率因数校正控制电路关断所述开关管。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述输入电压信号大于第一基准电压并且所述采样电压信号小于第二基准电压时在第一时钟信号的控制下进行计数，否则将所述计数清零；以及

在连续计数达所述预定数目个周期之后产生指示检测到采样短路的第二时钟信号。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

检测所述功率因数校正控制电路的电源端是否处于欠压状态并产生所述欠压信号。

11.如权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，产生驱动信号包括：

根据所述输入电压信号、所述采样电压信号、以及所述功率转换电路的反馈信号来产生关断信号；

产生第一时钟信号；以及

根据所述保护信号、所述关断信号和所述第一时钟信号产生所述驱动信号以控制所述开关管的导通和关断。

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