CN103779838A

CN103779838A - 一种开关电源管理电路系统

Info

Publication number: CN103779838A
Application number: CN201410035128.1A
Authority: CN
Inventors: 邓小兵; 黄钦阳; 张明明
Original assignee: SHENZHEN TPOWER SEMICONDUCTOR Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN TPOWER SEMICONDUCTOR Co Ltd
Priority date: 2014-01-26
Filing date: 2014-01-26
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2034-01-26
Also published as: CN103779838B

Abstract

本发明公开了一种开关电源管理电路系统，包括一输出负载侦测电路、电感、续流二极管以及输出滤波电容，所述输出负载侦测电路包括：一用于负载移除或轻载输出情况的检测的负载移除与轻载检测电路；一用于输出重载时关闭整个电路从而保护各元件不受损坏的输出重载检测电路；一用于输出短路时关闭整个电路从而保护各元件不受损坏的输出短路检测电路；一用于轻载、无负载、重载或输出短路情况发生后对输出通路进行切断的PMOS功率开关管或者NMOS功率开关管。这种开关电源管理电路系统实时地监控整个电路的运行状态，在异常时通过关闭电路来保护系统。

Description

一种开关电源管理电路系统

技术领域

本发明涉及一种电路系统，特别是涉及一种开关电源管理电路系统。

背景技术

随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。传统的开关电源电路，在没有负载或者负载很轻的情况下，电路仍然会一直工作，直到电池电量被耗光为止，这既缩短了诸如移动电源等便携式设备的待机时间，也不符合环保与节能的理念。为了在无负载或所希望设定的轻载条件下让电路不工作，传统的解决方法是在电池与开关电源电路之间加一个机械开关，当需要电路工作时将机械开关闭合，否则将其断开。当此机械开关闭合时，开关电源电路工作，当此机械开关断开时，开关电源电路停止工作。这种控制方式存的一个缺点是需要额外增加机械开关，会增加设备的复杂程度以及成本，且使用过程中需要人为手动控制很不方便；另一个缺点是在电路工作过程中如果出现输出重载或短路状况时，如不及时断开机械开关，电路中电感、二极管以及开关电源控制电路都将会工作在大电流状态而被烧毁，如果是移动电源等电池供电设备还有可能发生爆炸造成更大的危害。现在亟需一种能够实时监控开关电源管理电路系统运行状态并能够提供安全保护的开关电源管理电路系统。

发明内容

本发明所要解决技术问题是，提供一种能够实时监控开关电源管理电路系统运行状态并能够提供安全保护的开关电源管理电路系统。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种开关电源管理电路系统，其关键是：包括一输出负载侦测电路，所述输出负载侦测电路包括：一用于负载移除或轻载输出情况的检测的负载移除与轻载检测电路；一用于输出重载时关闭整个电路从而保护各元件不受损坏的输出重载检测电路；一用于输出短路时关闭整个电路从而保护各元件不受损坏的输出短路检测电路；一用于轻载、无负载、重载或输出短路情况发生后对输出通路进行切断的PMOS功率开关管或者NMOS功率开关管；一用于负载接入时提供一检测信号给负载接入检测电路进行处理与判断的负载接入检测电阻；一用于负载接入时对负载接入检测电阻所检测到的信号进行判断与处理从而控制其它电路动作的负载接入检测电路；一控制逻辑电路。

作为本发明的改进一，所述PMOS功率开关管或者NMOS功率开关管以及负载检测电阻均集成在芯片内部。

作为本发明的改进二，还包括电感、续流二极管以及输出滤波电容。

作为本发明进一步的改进，当采用PMOS功率开关管时，所述负载接入检测电阻的一端与所述PMOS功率开关管的源极、输出滤波电容的正极以及续流二极管的负极接在一起，负载接入检测电阻的另一端与所述PMOS功率开关管的漏极以及开关电源的正输出端接在一起；开关电源的正输出端另外分别与所述负载接入检测电路的输入端、负载移除与轻载检测电路的输入端和输出重载检测电路的输入端接在一起，负载接入检测电路的输出端、负载移除与轻载检测电路的输出端和输出重载检测电路的输出端分别输出到逻辑控制电路；输出短路检测电路的输入端接所述电感的一端以及续流二极管的正极，输出短路检测电路的输出端输出到逻辑控制电路；PMOS功率开关管的栅极接逻辑控制电路的输出端；电感的另一端与电源输入端以及芯片的电源脚接在一起，开关电源的负输出端以及输出滤波电容的负极接地。当采用NMOS功率开关管时，所述负载接入检测电阻的一端与所述NMOS功率开关管的漏极以及开关电源的负输出端接一起，负载接入检测电阻的另一端与NMOS功率开关管的源极接地；所述负载接入检测电路的输入端接开关电源的负输出端，负载接入检测电路的输出端输出到逻辑控制电路；开关电源的正输出端分别与所述负载移除与轻载检测电路的输入端和输出重载检测电路的输入端接在一起，负载移除与轻载检测电路的输出端和输出重载检测电路的输出端分别输出到逻辑控制电路；输出短路检测电路的输入端接所述电感的一端以及续流二极管的正极，输出短路检测电路的输出端输出到逻辑控制电路；NMOS功率开关管的栅极接逻辑控制电路的输出端；电感的另一端与电源输入端以及芯片的电源脚接在一起，续流二极管的负极与输出电容的正极以及开关电源输出端连接，输出滤波电容的负极接地。

通过实施本发明可取得以下有益效果：

一种开关电源管理电路系统，包括一输出负载侦测电路，所述输出负载侦测电路包括：一用于负载移除或轻载输出情况的检测的负载移除与轻载检测电路，当负载移除或输出达到所设定的轻载条件时则关闭整个电路整个电路，使其工作在微功耗待机状态，从而省去机械式开关，降低设备复杂程度和成本，同时方便用户使用；一用于输出重载时关闭整个电路从而保护各元件不受损坏的输出重载检测电路，输出重载时关闭整个电路,保护各元件不受损坏；一用于输出短路时关闭整个电路从而保护各元件不受损坏的输出短路检测电路，输出短路时关闭整个电路,保护各元件不受损坏；一用于轻载、无负载、重载或输出短路情况发生后对输出通路进行切断的PMOS功率开关管或者NMOS功率开关管；一用于负载接入时提供一检测信号给负载接入检测电路进行处理与判断的负载接入检测电阻；一用于负载接入时对负载接入检测电阻所检测到的信号进行判断与处理从而控制其它电路动作的负载接入检测电路；一控制逻辑电路，用于对上述各种检测电路所检测到的信号做处理与判断，进而输出控制信号对PMOS功率开关管或者NMOS功率开关管以及整个电源管理电路进行控制。。这种开关电源管理电路系统能够实时地监控整个电路的运行状态，在异常时通过关闭电路来保护系统。所述PMOS功率开关管或者NMOS功率开关管以及负载检测电阻均集成在芯片内部，所述开关电源管理电路系统还包括电感、续流二极管、输出滤波电容，当采用PMOS功率开关管时，所述负载接入检测电阻的一端与所述PMOS功率开关管的源极、输出滤波电容的正极以及续流二极管的负极接在一起，负载接入检测电阻的另一端与所述PMOS功率开关管的漏极以及开关电源的正输出端接在一起；开关电源的正输出端另外分别与所述负载接入检测电路的输入端、负载移除与轻载检测电路的输入端和输出重载检测电路的输入端接在一起，负载接入检测电路的输出端、负载移除与轻载检测电路的输出端和输出重载检测电路的输出端分别输出到逻辑控制电路；输出短路检测电路的输入端接所述电感的一端以及续流二极管的正极，输出短路检测电路的输出端输出到逻辑控制电路；PMOS功率开关管的栅极接逻辑控制电路的输出端；电感的另一端与电源输入端以及芯片的电源脚接在一起，开关电源的负输出端以及输出滤波电容的负极接地。当采用NMOS功率开关管时，所述负载接入检测电阻的一端与所述NMOS功率开关管的漏极以及开关电源的负输出端接一起，负载接入检测电阻的另一端与NMOS功率开关管的源极接地；所述负载接入检测电路的输入端接开关电源的负输出端，负载接入检测电路的输出端输出到逻辑控制电路；开关电源的正输出端分别与所述负载移除与轻载检测电路的输入端和输出重载检测电路的输入端接在一起，负载移除与轻载检测电路的输出端和输出重载检测电路的输出端分别输出到逻辑控制电路；输出短路检测电路的输入端接所述电感的一端以及续流二极管的正极，输出短路检测电路的输出端输出到逻辑控制电路；NMOS功率开关管的栅极接逻辑控制电路的输出端；电感的另一端与电源输入端以及芯片的电源脚接在一起，续流二极管的负极与输出电容的正极以及开关电源输出端连接，输出滤波电容的负极接地。采用前述的元器件和电路布局能够更加精确地监控整个电路的运行状态，在异常通过关闭电路来保护系统。当负载接入时自动激活开关电源电路工作，而当负载移除或者输出达到所设定的轻载条件时，自动关闭开关电源电路以及关断输出MOS开关管。

附图说明

图1是传统的开关电源控制电路；

图2是本发明的电路原理框图一；

图3是本发明的电路原理框图二。

具体实施方式

如图1所示，S1为机械式开关，当此机械开关闭合时，开关电源电路工作，当此机械开关断开时，开关电源电路停止工作。这种控制方式存的一个缺点是需要额外增加机械开关，会增加设备的复杂程度以及成本，且使用过程中需要人为手动控制很不方便；另一个缺点是在电路工作过程中如果出现输出重载或短路状况时，如不及时断开机械开关，电路中电感、二极管以及开关电源控制电路都将会工作在大电流状态而被烧毁，如果是移动电源等电池供电设备还有可能发生爆炸造成更大的危害。

实施例一：

如图2所示，一种开关电源管理电路系统，包括一输出负载侦测电路，所述输出负载侦测电路包括：一用于负载移除或轻载输出情况的检测的负载移除与轻载检测电路；一用于输出重载时关闭整个电路从而保护各元件不受损坏的输出重载检测电路；一用于输出短路时关闭整个电路从而保护各元件不受损坏的输出短路检测电路；一用于轻载、无负载、重载或输出短路情况发生后对输出通路进行切断的PMOS功率开关管Q1或者NMOS功率开关管Q1；一用于负载接入时提供一检测信号给负载接入检测电路进行处理与判断的负载接入检测电阻R1；一用于负载接入时对负载接入检测电阻R1所检测到的信号进行判断与处理从而控制其它电路动作的负载接入检测电路，一控制逻辑电路；包括电感L1、续流二极管D1、输出滤波电容CO。当采用PMOS功率开关管时，所述负载接入检测电阻R1的一端与所述PMOS功率开关管Q1的源极、输出滤波电容CO的正极以及续流二极管D1的负极接在一起，负载接入检测电阻R1的另一端与所述PMOS功率开关管Q1的漏极以及开关电源的正输出端OUT+接在一起；开关电源的正输出端OUT+另外分别与所述负载接入检测电路的输入端、负载移除与轻载检测电路的输入端和输出重载检测电路的输入端接在一起，负载接入检测电路的输出端、负载移除与轻载检测电路的输出端和输出重载检测电路的输出端分别输出到逻辑控制电路；输出短路检测电路的输入端接所述电感L1的一端以及续流二极管D1的正极，输出短路检测电路的输出端输出到逻辑控制电路；PMOS功率开关管Q1的栅极接逻辑控制电路的输出端；电感L1的另一端与电源输入端以及芯片的电源脚VDD接在一起，开关电源的负输出端以及输出滤波电容CO的负极接地。所述PMOS功率开关管以及负载检测电阻均集成在芯片内部。当负载接入时，电路自动检测到负载接入动作而控制电路开始工作，当负载移除、轻载、重载或短路状况发生时，控制所述开关电源管理电路停止工作而处于微功耗的待机状态，并输出控制信号将功率MOS开关管关断，从而切断负载与电源之间的通路。

当系统处于无负载待机状态时，控制逻辑电路输出一高电平到PMOS功率开关管Q1的栅极使其关断，BAT供电端通过电感L1、续流二极管D1与负载接入检测电阻R1使开关电源的正输出端OUT+为高电平，当负载接入时，会有一电流由BAT供电端、电感L1、续流二极管D1、负载接入检测电阻R1经负载到地，从而在负载接入检测电阻R1上产生压降，即开关电源的正输出端OUT+会降低，如果开关电源的正输出端OUT+降低到所设定的检测阈值电压时，负载接入检测电路将会检测到此下降信号，从而输出一信号到逻辑控制电路将开关电源电路激活，同时输出低电平到PMOS功率开关管Q1的栅极使其导通，系统开始工作。工作过程中，如果输出达到所设定的轻载条件或者负载移除时，负载移除与轻载检测电路将会通过开关电源的正输出端OUT+的工作电压变化情况检测到这一状况，从而输出一信号到控制逻辑电路将开关电源电路关闭，同时输出高电平到PMOS功率开关管Q1的栅极将其关断，使整个电路又处于微功耗待机状态。同样的，工作过程中，如果输出达到所设定的重载条件或者输出短路时，输出重载检测电路或输出短路检测电路会分别检测到重载或输出短路状况的发生，从而输出信号到逻辑控制电路将开关电源电路关闭，同时输出高电平到PMOS功率开关管Q1的栅极将其关断，使整个电路处于微功耗待机状态，由于负载接入检测电阻R1一般取值为几十千姆，这时只有很小的电流经负载接入检测电阻R1到负载，所以电感L1、续流二极管D1、开关电源芯片以及供电电池都不会有损坏的风险，待重载或短路状况移除后，电路又可以正常工作。

实施例二：

如图3所示，当采用NMOS功率开关管时，所述负载接入检测电阻R1的一端与所述NMOS功率开关管Q1的漏极以及开关电源的负输出端OUT-接一起，负载接入检测电阻R1的另一端与NMOS功率开关管Q1的源极接地；所述负载接入检测电路的输入端接开关电源的负输出端OUT-，负载接入检测电路的输出端输出到逻辑控制电路；开关电源的正输出端OUT+分别与所述负载移除与轻载检测电路的输入端和输出重载检测电路的输入端接在一起，负载移除与轻载检测电路的输出端和输出重载检测电路的输出端分别输出到逻辑控制电路；输出短路检测电路的输入端接所述电感L1的一端以及续流二极管D1的正极，输出短路检测电路的输出端输出到逻辑控制电路；NMOS功率开关管Q1的栅极接逻辑控制电路的输出端；电感L1的另一端与电源输入端以及芯片的电源脚VDD接在一起，续流二极管的负极与输出电容的正极以及开关电源输出端OUT+连接，输出滤波电容CO的负极接地。所述NMOS功率开关管以及负载检测电阻均集成在芯片内部。

当系统处于无负载待机状态时，逻辑控制电路输出一低电平到NMOS功率开关管Q1的栅极使NMOS功率开关管Q1关断，负载接入检测电阻R1将开关电源的负输出端OUT-下拉为低电平，当负载接入时，会有一电流由BAT供电端、电感L1、续流二极管D1、负载经负载接入检测电阻R1到地，从而在负载接入检测电阻R1上产生压降，即开关电源的负输出端OUT-会升高，如果开关电源的负输出端OUT-升高到所设定的检测阈值电压时，负载接入检测电路将会检测到此上升信号，从而输出一信号到逻辑控制电路将开关电源电路激活，同时输出高电平到NMOS功率开关管Q1的栅极使其导通，系统开始工作。工作过程中，如果输出达到所设定的轻载条件或者负载移除时，负载移除与轻载检测电路将会通过开关电源的正输出端OUT+的工作电压变化情况检测到这一状况，从而输出一信号到逻辑控制电路将开关电源电路关闭，同时输出低电平到NMOS功率开关管Q1的栅极将其关断，使整个电路又处于微功耗待机状态。同样的，工作过程中，如果输出达到所设定的重载条件或者输出短路时，输出重载检测电路或输出短路检测电路会分别检测到重载或输出短路状况的发生，从而输出信号到逻辑控制电路将开关电源电路关闭，同时输出低电平到NMOS功率开关管Q1的栅极将其关断，使整个电路处于微功耗待机状态，由于负载接入检测电阻R1一般取值为几十千欧，这时只有很小的电流经负载接入检测电阻R1到负载，所以电感L1、续流二极管D1、开关电源芯片以及供电电池都不会有损坏的风险，待重载或短路状况移除后，电路又可以正常工作。

必须指出，上述实施例只是对本发明做出的一些非限定性举例说明。但本领域的技术人员会理解，在没有偏离本发明的宗旨和范围下，可以对本发明做出修改、替换和变更，这些修改、替换和变更仍属本发明的保护范围，例如，将实施例一中的PMOS开关管移至BAT供电端等。

Claims

1.一种开关电源管理电路系统，其特征是：包括一输出负载侦测电路，所述输出负载侦测电路包括：一用于负载移除或轻载输出情况的检测的负载移除与轻载检测电路；一用于输出重载时关闭整个电路从而保护各元件不受损坏的输出重载检测电路；一用于输出短路时关闭整个电路从而保护各元件不受损坏的输出短路检测电路；一用于轻载、无负载、重载或输出短路情况发生后对输出通路进行切断的PMOS功率开关管（Q1）或者NMOS功率开关管（Q1）；一用于负载接入时提供一检测信号给负载接入检测电路进行处理与判断的负载接入检测电阻（R1）；一用于负载接入时对负载接入检测电阻（R1）所检测到的信号进行判断与处理从而控制其它电路动作的负载接入检测电路；一控制逻辑电路。

2.根据权利要求1所述的一种开关电源管理电路系统，其特征是：还包括电感（L1）、续流二极管（D1）以及输出滤波电容（CO）。

3.根据权利要求2所述的一种开关电源管理电路系统，其特征是：当采用PMOS功率开关管时，所述负载接入检测电阻（R1）的一端与所述PMOS功率开关管（Q1）的源极、输出滤波电容（CO）的正极以及续流二极管（D1）的负极接在一起，负载接入检测电阻（R1）的另一端与所述PMOS功率开关管（Q1）的漏极以及开关电源的正输出端（OUT+）接在一起；开关电源的正输出端（OUT+）另外分别与所述负载接入检测电路的输入端、负载移除与轻载检测电路的输入端和输出重载检测电路的输入端接在一起，负载接入检测电路的输出端、负载移除与轻载检测电路的输出端和输出重载检测电路的输出端分别输出到逻辑控制电路；输出短路检测电路的输入端接所述电感（L1）的一端以及续流二极管（D1）的正极，输出短路检测电路的输出端输出到逻辑控制电路；PMOS功率开关管（Q1）的栅极接逻辑控制电路的输出端；电感（L1）的另一端与电源输入端以及芯片的电源脚（VDD）接在一起，开关电源的负输出端以及输出滤波电容（CO）的负极接地。

4.根据权利要求2所述的一种开关电源管理电路系统，其特征是：当采用NMOS功率开关管时，所述负载接入检测电阻（R1）的一端与所述NMOS功率开关管（Q1）的漏极以及开关电源的负输出端（OUT-）接一起，负载接入检测电阻（R1）的另一端与NMOS功率开关管（Q1）的源极接地；所述负载接入检测电路的输入端接开关电源的负输出端（OUT-），负载接入检测电路的输出端输出到逻辑控制电路；开关电源的正输出端（OUT+）分别与所述负载移除与轻载检测电路的输入端和输出重载检测电路的输入端接在一起，负载移除与轻载检测电路的输出端和输出重载检测电路的输出端分别输出到逻辑控制电路；输出短路检测电路的输入端接所述电感（L1）的一端以及续流二极管（D1）的正极，输出短路检测电路的输出端输出到逻辑控制电路；NMOS功率开关管（Q1）的栅极接逻辑控制电路的输出端；电感（L1）的另一端与电源输入端以及芯片的电源脚（VDD）接在一起，续流二极管的负极与输出电容的正极以及开关电源输出端（OUT+）连接，输出滤波电容（CO）的负极接地。

5.根据权利要求1至4中任何一项所述的一种开关电源管理电路系统，其特征是：所述PMOS功率开关管或者NMOS功率开关管以及负载检测电阻均集成在芯片内部。