CN104600963A - 一种开关电源输出电压双模检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明一种开关电源输出电压双模检测电路，能够应用在所述开关电源电路处于实地或浮地两种状态，包括检测引脚，所述检测引脚从所述开关电源的控制芯片引出，其特征在于，包括：预置电阻，所述预置电阻的一端与所述检测引脚相连接，另一端接地，用于产生预置电流或预置电压；双模转换模块，所述双模转换模块的第一输入端与所述检测引脚相连接，第二输入端用于输入接受一参考电压，所述双模转换模块的输出端用于输出转移电流信号，所述电流转移信号用于监控所述开关电源输出电压，使控制芯片在输出电压异常时关闭所述开关电源系统输出。

Description

一种开关电源输出电压双模检测电路

技术领域

本发明涉及一种开关电源输出电压双模检测电路。

背景技术

众所周知，开关电源电路工作在恒流输出模式时，输出电流由开关电源控制芯片控制，输出电压跟随负载变化，当负载变化范围较大时，极端的如空载情况，输出电压将超出设计的范围，引起系统元器件失效，需要输出电压检测电路实时监控输出电压，使控制芯片可以在输出电压异常时关闭开关电源系统输出。在开关电源控制芯片中，最重要的就是开关电源输出电压的检测电路。

根据开关电源的基本理论，充电开关导通时电感充电，此时电感与充电开关串联，开关电源的基本拓扑结构可以按照充电开关(即控制芯片)与电感的相对关系分成实地和浮地两大类。“实地”指控制芯片的地与系统电源的地为同一电位，“浮地”是指控制芯片的地与系统电源的地不为同一电位。对于实地的拓扑结构，充电开关导通时，电感靠近系统输入电源一侧，充电开关即控制芯片靠近系统地一侧，充电开关两端电位接近系统地，相应地控制芯片地的电位也接近系统地电位。对于浮地的拓扑结构，充电开关导通时，电感靠近系统地一侧，充电开关即控制芯片靠近系统输入电源一侧，充电开关两端电位接近系统电源，相应地控制芯片的地电位接近系统电源电位。

对于传统的开关电源输出电压检测电路，由于检测电路以及原理的本质差异，导致控制芯片仅能应用在实地或浮地两种条件中的一种，如果需要控制芯片同时兼容实地和浮地两种应用条件，则需要两套独立的检测电路以及两个检测引脚。因此，现有的开关电源线电压检测电路已越来越不能满足用户的需要。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明旨在提供一种开关电源输出电压双模检测电路，该电路可以兼容控制芯片实地和浮地两种应用条件，使控制芯片仅利用一个检测引脚即可实现实地和浮地两种应用条件下的输出电压检测。

本发明涉及一种开关电源输出电压双模检测电路，能够应用在所述开关电源电路的控制芯片处于实地或浮地两种状态，包括检测引脚，所述检测引脚从所述开关电源电路的控制芯片引出，还包括：

预置电阻，所述预置电阻的一端与所述检测引脚相连接，另一端接芯片地，用于转换产生预置电流或预置电压；

双模转换模块，所述双模转换模块的第一输入端与所述检测引脚相连接，第二输入端用于输入接受一参考电压，所述双模转换模块的输出端用于输出转移电流信号，所述电流转移信号用于监控所述开关电源输出电压，使控制芯片在输出电压异常时关闭所述开关电源系统输出。

具体的，所述双模转换模块包括：

第一放大器，所述第一放大器的反相输入端与所述第一输入端相连接，所述第一放大器的正向输入端与所述第二输入端相连接，所述第一放大器的输出端用于输出放大信号；

第一MOS管，所述第一MOS管为NMOS管，其栅极与所述第一放大器的输出端相连接，其源极与所述第一输入端相连接，其漏极通过第一电阻与所述双模转换模块的输出端相连接。

优选的，所述双模转换模块还具备电流镜电路，所述电流镜电路的输入端通过所述第一电阻与所述第一MOS管的漏极相连接，所述电流镜电路的输出端与所述双模转换模块的输出端相连接。

优选的，所述电流镜电路由第二MOS管和第三MOS管构成，所述第二MOS管的漏极与所述第一电阻相连接，其栅极与漏极短接，其源极与外部电源连接；所述第三MOS管的栅极与所述第二MOS管的栅极相连接，其源极与外部电源相连接，其漏极与所述双模转换模块的输出端相连接。

优选的，还包括判决模块，所述判决模块的第一输入端与所述双模转换模块的输出端相连接，所述判决模块的第二输入端连接一开关信号，所述判决模块的输出端用于输出判决信号，所述判决信号为高电平或低电平的逻辑信号，用于指示所述开关电源输出电压是否异常，相应地控制后续电路是否关闭控制芯片的输出。6、如权利要求5所述的开关电源输出电压双模检测电路，其特征在于，所述判决模块包括：

第四MOS管，所述第四MOS管为NMOS管，其漏极与所述判决模块的第一输入端相连接，其栅极与所述判决模块的第二输入端连接，其源极接地；

积分电容，所述积分电容连接在所述判决模块的第一输入端与接地端之间；

第二比较器，所述第二比较器的反相输入端与所述判决模块的第一输入端相连接，正相输入端连接一预置电压，所述第二比较器的输出端与所述判决模块的输出端相连接，用于输出所述判决信号。

优选的，还包括分压电阻，所述分压电阻的一端与所述检测引脚相连接，另一端接入所述开关电源电路，用于在所述开关电源电路的控制芯片处于浮地状态时，与所述预置电阻分压。

利用本发明的开关电源输出电压双模检测电路，可以兼容控制芯片实地和浮地两种应用条件，使控制芯片仅利用一个检测引脚即可实现实地和浮地两种应用条件下的输出电压检测。

附图说明

图1本发明的开关电源输出电压双模检测电路的一种实施方式的电路图；

图2是本发明的开关电源输出电压双模检测电路另一种实施方式的电路图；

图3为本发明的开关电源输出电压双模检测电路在实地状态下的连接方式电路图；

图4为本发明的开关电源输出电压双模检测电路在浮地状态下的连接方式电路图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的开关电源输出电压双模检测电路做详细的说明。图1本发明的开关电源输出电压双模检测电路的最佳实施方式的电路图。

检测引脚A由开关电源控制芯片的引出，通过检测该检测引脚的信号来检测开关电源输出电压值。预置电阻Rovp连接在检测引脚A与芯片地端之间，双模转换模块101具有两个输入端，第一输入端与检测引脚A相连接，第二输入端连接一参考电压Vref，具体的，第一放大器A1的反相输入端与双模转换模块101的第一输入端连接，正相输入端与双模转换模块101的第二输入端相连接，输出端与第一MOS管的栅极相连接，第一MOS管的源极与双模转换模块101的第一输入端连接，漏极通过第一电阻R1与电流镜电路相连接。电流镜电路由两个PMOS管构成，第二MOS管的漏极与第一电阻R1连接，源极连接外部电源Vdd，栅极与漏极短接，第三MOS管的栅极与第二MOS管的栅极相连接，源极连接外部电源Vdd，漏极与双模转换模块101的输出端相连接。

当检测引脚的电压由芯片外部输入，即预置电压Vovp由芯片外部输入，双模转换模块101根据预置电压Vovp输出转移电流信号Icnv，使开关电源输出电压双模检测电路工作在电压检测模式；

当检测引脚的电压不由芯片外部输入，即预置电压Vovp由双模转换模块101调节稳定在一设定值，双模转换模块101接收预置电流Iovp，并根据预置电流Iovp输出转移电流信号Icnv，使开关电源输出电压双模检测电路工作在电流检测模式。

判决模块102用于将双模转换模块101的输出信号转换为判决信号，其第一输入端与双模转换模块101的输出端相连接，第二输入端用于输入一开关信号Vc，具体的，第四MOS管M4的漏极与判决模块102的第一输入端相连接，栅极与判决模块102的第二输入端相连接，源极接地，积分电容Cint的一端与判决模块102的第一输入端相连接，另一端接地，第二比较器A2的反相输入端与判决模块102的第一输入端相连接，正相输入端链接一阈值电压Vth，输出端用于输出判决信号Vcmp，判决信号Vcmp为高电平或低电平的逻辑信号，用于指示所述开关电源输出电压是否异常，相应地控制后续电路是否关闭控制芯片的输出。

另外，参见图2，分压电阻R2的一端与检测引脚A相连接，另一端在控制芯片工作在浮地状态下时接入开关电源电路中，具体连接方式如图4说是，分压电阻R2与预置电阻Rovp串联状态下并联在开关电源电路的电感的两端，目的在于与预置电阻Rovp分压

当开关电源输出电压双模检测电路工作在电流检测模式，判决模块102根据开关信号Vc的高电平、低电平两种状态，分别工作在复位、微电流积分两种状态，

当开关电源输出电压双模检测电路工作在电压检测模式，判决模块102根据的开关信号Vc的高电平、低电平两种状态，分别工作在禁用、零电流检测两种状态。

以下对本实施例的开关电源输出电压双模检测电路的工作原理做详细的说明。

本实施例的开关电源输出电压双模检测电路能够工作在控制芯片实地和浮地两种应用条件下，具体的，当控制芯片应用在实地条件下，，所述的开关电源输出电压双模检测电路工作在电流检测模式，通过设定所述的检测引脚流出的电流信号来检测开关电源输出电压值，当控制芯片应用在浮地条件下，所述的开关电源输出电压双模检测电路工作在电压检测模式，通过检测所述的检测引脚的电压信号来检测开关电源输出电压值。

当控制芯片应用在实地条件下时，接合图1和图3所示，控制芯片控制充电开关周期地导通与关断，使电感周期地交替充电与放电，电感每周期的放电时间Toff跟随开关电源输出电压Vout变化，简单的情况如开关电源工作在临界导通模式，有Vout＝K1/Toff，其中K1为一固定系数，由电感值及其峰值电流决定。

开关信号Vc可以设计成与充电开关的周期同步，当充电开关导通时，电感充电，开关信号Vc为高电平，转移电流信号Icnv全部流过第四NMOS N4，使判决模块102的第一输入端的电压值即积分电容电压Vint为零，从而控制判决模块102工作在复位状态，即设定积分电容Cint两端电压的初值为零；

当充电开关断开时，电感放电，开关信号Vc为低电平，转移电流信号Icnv全部流过积分电容Cint，使积分电容电压Vint随时间升高，若开关电源输出电压幅度低于一预设值Vout0，相应地电感放电时间大于一预设值，则充电开关再次导通前，积分电容电压Vint会高于阈值电压Vth，使判决信号Vcmp为低电平；

反之，若开关电源电压幅度高于预设值，则充电开关再次导通前，判决信号Vcmp保持高电平；

此时双模转换模块101调节检测引脚的预置电压Vovp，预置电阻Rovp、第一放大器A1、第一MOS管M1、第一电阻R1和第二MOS管M2构成闭环负反馈回路，使预置电压Vovp等于参考电压Vref，此时检测模块工作在电流检测模式，预置电流Iovp为：

Iovp＝Vovp/Rovp；

此时第二PMOS M2与第三PMOS M3构成电流镜结构，设定该电流镜增益为K2，则转移电流信号Icnv为：

Icnv＝K2*Vref/Rovp；

此时可知开关电源输出电压的预设值Vout0为：Vout0＝(K1*K2*Iovp)/(Cint*Vth)；可见开关电源输出电压的预设值Vout0由预置电流Iovp设定。

当控制芯片应用在浮地条件下时，接合图2和图4，同样地，控制芯片控制充电开关周期地导通与关断，使电感周期地交替充电与放电，由于系统电路板寄生电容的存在，充电开关关断瞬间，寄生电容从检测引脚抽取一个寄生电流，干扰预置电流Iovp，检测电路工作在电压检测模式；

此时第一电阻R1作为限流电阻，限制寄生电容从检测引脚A抽取的寄生电流流过第二MOS管M2的漏极，避免判决模块102按照电流检测模式工作；

此时的预置电阻Rovp可以与分压电阻R2串联后并联在电感两端，由于电感放电时电感两端电压接近开关电源输出电压，因此开关电源输出电压由检测电阻与预置电阻Rovp分压，产生分压信号即预置电压Vovp输入到检测引脚。设定检测电阻R2与预置电阻Rovp的分压比为K3，即电感放电时预置电压Vovp为：

Vovp＝K3*Vout；

此时可知开关电源输出电压的预设值Vout1为：

Vout1＝Vref/K3；

当开关电源输出电压低于预设值Vout1时，电感放电时的预置电压Vovp低于参考电压Vref，第一NMOS M1导通，使转移电流信号Icnv不为零，进而使积分电容电压Vint高于阈值电压Vth，使判决信号Vcmp为低电平；

反之当开关电源输出电压高于预设值Vout1时，电感放电时的预置电压Vovp高于参考电压Vref，第一NMOS M1断开，使转移电流信号Icnv为零，进而使积分电容电压Vint低于阈值电压Vth，使判决信号Vcmp为高电平；

此时开关信号Vc可以设计成与充电开关的周期同步，当充电开关导通时，电感充电，开关信号Vc为高电平，强制判决信号为高电平，判决模块102工作在禁止模式。当充电开关断开时，电感放电，开关信号Vc为低电平，判决模块102的第一输入端接收转移电流信号Icnv。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种开关电源输出电压双模检测电路，能够应用在所述开关电源电路的控制芯片处于实地和浮地两种状态，包括检测引脚，所述检测引脚从所述开关电源电路的控制芯片引出，其特征在于，包括：

预置电阻，所述预置电阻的一端与所述检测引脚相连接，另一端接芯片地，用于转换产生预置电流或预置电压；

双模转换模块，所述双模转换模块的第一输入端与所述检测引脚相连接，第二输入端用于输入接受一参考电压，所述双模转换模块的输出端用于输出转移电流信号，所述电流转移信号用于监控所述开关电源输出电压，使控制芯片在输出电压异常时关闭所述开关电源系统输出。

2.如权利要求1所述的开关电源输出电压双模检测电路，其特征在于，所述双模转换模块包括：

第一放大器，所述第一放大器的反相输入端与所述第一输入端相连接，所述第一放大器的正向输入端与所述第二输入端相连接，所述第一放大器的输出端用于输出放大信号；

第一MOS管，所述第一MOS管为NMOS管，其栅极与所述第一放大器的输出端相连接，其源极与所述第一输入端相连接，其漏极通过第一电阻与所述双模转换模块的输出端相连接。

3.如权利要求2所述的开关电源输出电压双模检测电路，其特征在于，所述双模转换模块还具备电流镜电路，所述电流镜电路的输入端通过所述第一电阻与所述第一MOS管的漏极相连接，所述电流镜电路的输出端与所述双模转换模块的输出端相连接。

4.如权利要求3所述的开关电源输出电压双模检测电路，其特征在于，所述电流镜电路由第二MOS管和第三MOS管构成，所述第二MOS管的漏极与所述第一电阻相连接，其栅极与漏极短接，其源极与外部电源连接；所述第三MOS管的栅极与所述第二MOS管的栅极相连接，其源极与外部电源相连接，其漏极与所述双模转换模块的输出端相连接。

5.如权利要求1所述的开关电源输出电压双模检测电路，其特征在于，还包括判决模块，所述判决模块的第一输入端与所述双模转换模块的输出端相连接，所述判决模块的第二输入端连接一开关信号，所述判决模块的输出端用于输出判决信号，所述判决信号为高电平或低电平的逻辑信号，用于指示所述开关电源输出电压是否异常，相应地控制后续电路是否关闭控制芯片的输出。

6.如权利要求5所述的开关电源输出电压双模检测电路，其特征在于，所述判决模块包括：

第四MOS管，所述第四MOS管为NMOS管，其漏极与所述判决模块的第一输入端相连接，其栅极与所述判决模块的第二输入端连接，其源极接地；

积分电容，所述积分电容连接在所述判决模块的第一输入端与接地端之间；

第二比较器，所述第二比较器的反相输入端与所述判决模块的第一输入端相连接，正相输入端连接一预置电压，所述第二比较器的输出端与所述判决模块的输出端相连接，用于输出所述判决信号。

7.如权利要求1所述的开关电源输出电压双模检测电路，其特征在于，还包括第一分压电阻，所述第一分压电阻的一端与所述检测引脚相连接，另一端接入所述开关电源电路，用于在所述开关电源电路的控制芯片处于浮地状态时，与所述预置电阻分压。