CN105281298A - 用于电子模块的过流保护装置和过流保护方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于电子模块的过流保护装置和过流保护方法。在一些实施例中，可以实现用于电子电路的过流保护系统。所述系统可包括检测单元，被配置为检测与所述电子电路相关联的过流状况，并生成指示过流状况的过流信号。所述系统可进一步包括与所述检测单元进行通信的耗能系统。该耗能系统可被配置为消耗电能，从而当接收到所述过流信号时减少与所述电子电路相关联的路径中的电流。所述耗能系统可进一步配置为当所述过流信号停止时，不消耗电流。

Description

用于电子模块的过流保护装置和过流保护方法

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，更具体地，涉及一种用于电子模块的过流保护装置和相应的过流保护方法。

背景技术

在例如平板计算机、智能电话机、音乐播放器等的各种电子设备中，存在诸如电压转换器、功率放大器、显示器等的电子模块，各个电子模块都具有额定电流。当在所述电子模块中流动的电流超过所述额定电流时，所述电子模块会被烧坏而不能工作。因此，在所述电子模块中，需要设置一种过流保护装置，用于在流经其中的电流过大的情况下对整个电子模块进行保护。

所述各个电子模块需要电源供电来进行工作。传统的过流保护装置可通过中断所述电子模块与电源的连接来实现过流保护。然而，电子模块的供电切断可能导致其工作紊乱，难以重新启动电子模块的工作，并且可能影响与所述电子模块相关的其它模块或电子电路的工作。

此外，在传统的过流保护装置中，还可以通过控制电子模块内部的电流来进行过流保护。然而，这在某些情况下难以有效地进行过流保护。下面以电子模块为升压转换器为例进行说明。

升压转换器用于将特定的直流输入电压Vin转换为更大的输出电压Vout以提供给电子设备中的功能模块。在升压转换器的工作过程中，将输入的电能暂时存储在例如电感器、电容器等的储能器件中(即执行充电过程)，并然后在输出端以不同的电压释放所述电能(即执行放电过程)，从而将输入电压Vin转换为所需的输出电压Vout。升压转换器包括例如开关的控制器件，该控制器件被驱动信号驱动而控制所述充电过程和放电过程。当升压转换器中的电流过大时，过流保护装置驱动所述控制器件仅进行放电而不进行充电，以期望逐步降低所述储能器件在放电过程中的电流。

上述升压转换器中的过流保护装置在输出电压Vout明显大于输入电压Vin时能够很好地保护电压转换器。然而，当输出电压Vout接近输入电压Vin时，或者当所述升压转换器驱动的负载过大而使输出电压Vout低于输入电压Vin时，储能器件上的电流降低量将非常小，甚至为负值，即表示储能器件上的电流增加。这可以从如下的公式(1)中看出

${\mathrm{\ΔI}}_{\mathrm{LD}}=-\frac{\mathrm{Vout}-\mathrm{Vin}}{L}\·\mathrm{Toff}$ 公式(1)

其中，ΔI_LD是储能器件上的电流降低量，Vout是升压转换器的输出电压，Vin是升压转换器的输入电压，L是作为储能器件的电感器的电感值，Toff是所述控制器件控制所述储能器件进行放电的断开时间Toff。根据公式(1)可知，当输出电压Vout接近输入电压Vin时，储能器件上的电流降低量非常小；当所述输出电压Vout低于输入电压Vin时，储能器件上的电流降低量为负值。因此，即使过流保护装置检测到升压转换器中的电流过大，并关断控制器件来控制升压转换器中的电流，也难以有效地降低其中的电流来对升压转换器进行过流保护。这里以升压转换器中的过流保护装置为例进行了说明过流保护装置的失效，在放大器、显示器等有电源输入的电子模块中也存在类似的问题。

发明内容

本申请的各方面可涉及过流保护装置、包括该过流保护装置的电子模块(例如电压转换器)、用于进行过流保护的方法。

本申请的过流保护装置所应用于的电子模块可包括：储能单元，用于暂时存储输入的电能，并能够通过电能输送路径释放所储存的电能；储能控制单元，用于控制所述储能单元的电能存储和电能释放。所述电子模块例如是升压转换器、放大器、显示器等，储能单元例如是升压转换器中的电感器、放大器中的电荷泵等。

本申请的过流保护装置可以检测在电子模块中发生的过流事件，并且在检测到过流事件时可以启动过流保护。当过流事件发生时，本申请的过流保护装置不仅可通过所述储能控制单元控制所述储能单元不再存储输入的电能，还可在所述储能单元释放电能的电能输送路径上设置耗能单元，并利用该耗能单元消耗在所述储能单元中存储的电能，从而降低在电子模块中流动的电流而实现过流保护。设置在电能输送路径上的耗能单元可以是专门设置的电阻器，还可利用所述电子模块中已有的电子器件来实现。

利用本申请中的过流保护装置，可以有效地对电子模块进行过流保护，而不受限于所述电子模块的工作状态。例如，即使在升压转换器中的输出电压接近甚至小于输入电压时，也可以有效地降低升压转换器中的电流而进行过流保护。

附图说明

为了更清楚地说明技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中涉及的附图作简单地介绍。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，还可以根据这些附图获得其它的附图。贯穿各个附图中，相同的附图标记典型地指的是相同的部件。

图1示意性图示了本申请中的过流保护装置的框图；

图2示意性图示了本申请中的过流保护装置在异步升压转换器中的应用示例；

图3示意性地图示了图2的过流保护装置中的过流检测单元的电路图；

图4示意性图示了本申请中的过流保护装置在同步升压转换器中的应用示例；

图5图示了图4中的三极管的栅源极电压与漏极电流之间的关系的示意图；

图6(a)和图6(b)示意性图示了在图4所示的过流保护装置中的箝制单元的电路图；

图7示意性地图示了图4所示的过流保护装置中的第二驱动单元的电路图；

图8(a)-(d)图示了在同步升压转换器中利用图4的过流保护装置进行过流保护的示意性波形；

图9图示了本申请的示例性过流保护方法900的流程图。

具体实施方式

这里描述的过流保护装置、包括该过流保护装置的电子模块等可实现在各种电子设备中。所述电子设备可包括但不限于，电子产品、电子产品的一部分，电子测试设备等。所述电子产品可包括但不限于智能电话机、电视、平板计算机、显示器、个人数字助理、摄像机、音频播放器、存储器等。消费电子产品的一部分可包括多芯片模块、功率放大器模块、电压转换等。

图1示意性图示了本申请中的过流保护装置100的框图。

如图1所示，该过流保护装置100所应用于的电子模块可包括：储能单元10，用于暂时存储输入的电能，并能够通过电能输送路径释放所储存的电能；储能控制单元20，用于控制所述储能单元10存储电能或释放电能。包括所述储能单元10和储能控制单元20的电子模块例如是电压转换器、放大器等。所述电能输送路径是所述储能单元10的电能被释放的路径。作为示例，在电压转换器中，所述电能输送路径是所述储能单元10与输出电压的端口之间的路径，所述输出电压的端口用于向电压转换器的负载供电；在放大器中，所述电能输送路径是与电荷泵的输出连接的电路路径。这里所给出的升压转换器、放大器等仅仅是所述过流保护装置所应用于的电子模块的示例，任何包括储能单元和储能控制单元的电子模块都可以采用本申请的过流保护装置。

所述储能控制单元20控制所述储能单元10从输入端Sin接收输入的电能，并且在所述储能单元10中暂存所输入的电能，相应地流经所述储能单元10的电流逐渐升高；此后，所述储能控制单元20控制所述储能单元10通过所述电能输送路径释放所存储的电能。因此，当在所述储能单元10中集聚过多的电能时，所输出的电流会很大，则导致所述储能单元10、储能控制单元20、以及所述电能输送路径中的与储能单元10连接的其它电子器件被毁坏。所述储能单元10例如是升压转换器中的电感器、放大器中的电荷泵等，所述储能控制单元20例如是升压转换器中的控制开关、放大器中的用于控制电荷泵的控制器件等。

在图1中，仅仅示出了在电子模块中与过流保护装置100直接相关的单元或部分。在实践中，所述电子模块还可能包括其它的单元或部分，例如在电压转换器中还可以包括用于基于输出电压进行反馈控制的反馈单元、用于稳定输出电压的稳压单元、和用于驱动所述储能控制单元20的驱动单元等。各个电子模块所包括的其它单元或部件将取决于所述电子模块的功能的不同而不同。

如图1所示，本申请的过流保护装置100可包括：过流检测单元110，用于判断在电子模块中是否发生过流事件，并输出用于指示是否发生过流事件的过流指示信号OCE，并将所述过流指示信号OCE提供给所述储能控制单元20来控制所述储能单元10在发生过流事件时释放电能；耗能单元120，可移除地连接在所述电能输送路径中，并在连接于所述电能输送路径中时消耗流经所述电能输送路径的电能；过流控制单元130，用于基于所述过流指示信号OCE控制所述耗能单元120在所述电能输送路径中的连接。

所述过流检测单元110例如可以检测从电子模块的储能单元10输出的电流，并将从储能单元10输出的电流与预设的电流阈值进行比较来判断在电子模块中是否发生过流事件。典型地，当从储能单元10输出的电流大于等于预设的电流阈值时，判断在电子模块中发生了过流事件；当从储能单元10输出的电流小于预设的电流阈值时，判断在电子模块中没有发生过流事件。替换地，所述过流检测单元110还可以检测所述能量输送路径上的电压，并将所检测电压与预设的电压阈值进行比较来判断在电子模块中是否发生过流事件。针对不同的电子模块，可以采用各种方式来判断在电子模块中是否发生过流事件，具体的判断方式不构成对本申请的实施例的限制。

所述耗能单元120可以在没有发生过流事件时处于所述能量输送路径之外，并且在发生过流事件时连接在所述能量输送路径之中而消耗电能。作为示例，所述耗能单元可以是电阻器、耗能负载等。任何能够消耗电能的器件都可以作为所述耗能单元120。

当所述过流检测单元110输出的过流指示信号OCE指明发生过流事件时，所述过流检测单元110将过流指示信号OCE提供给所述储能控制单元20来控制所述储能单元10释放电能而不再从输入端Sin接收更多电能。

当所述过流检测单元110输出的所述过流指示信号OCE指明发生过流事件时，过流控制单元130进行控制而将所述耗能单元120连接在所述电能输送路径中来消耗电能，从而避免所述储能单元所输出的电流继续增加，并相应地保护所述储能单元10、储能控制单元20、和电能释放路径上的电子器件不被毁坏。例如，过流控制单元130可以进行控制而将所述耗能单元120作为旁路单元附接在所述能量输送路径中，在没有发生过流事件时，使所述储能单元10的电流直接传输通过所述能量输送路径而不经过所述耗能单元120，当发生过流事件时，使所述耗能单元120处于所述能量输送路径来消耗电能。

在结合图1描述的过流保护装置100中，当发生过流事件时，相对于传统技术中的仅控制所述储能单元10不再存储输入的电能的配置，还在所述储能单元10释放电能的电能输送路径上设置耗能单元，并利用该耗能单元消耗在所述储能单元中存储的电能，从而逐渐降低了在电子模块中流动的电流而实现过流保护。

图2示意性图示了本申请中的过流保护装置200在异步升压转换器中的应用示例。在图2中图示了本申请中的过流保护装置200、以及异步升压转换器中的与过流保护装置200连接的器件。

如图2所示，利用连接到输入电压Vin的端子的电感器L形成图1中的储能单元10。利用三极管T_N和用于该三极管T_N的第一驱动单元作为用于控制电感器L的储能控制单元20，在电感器L与输出电压Vout的端子之间形成了电能输送路径。该电能输送路径上具有二极管D。此外，在所述异步升压转换器还包括电容器C，用于稳定地输出所述输出电压Vout。

在充电过程中，所述三极管T_N在第一驱动单元的控制下导通，即在电感器L和地之间形成通路以产生电流。所述二极管D由于其输入端的电压低于其输出端的电压而断开，即在电感器L与三极管T_N的连接点(即图2中的点SW)与输出电压的端口之间形成开路，并防止电容器C对地放电。由于输入电压Vin是直流电，所以电感器L上的电感电流以一定的比率增加，并且随着电感电流增加，在电感器L中储存能量。

在放电过程中，所述三极管T_N在第一驱动单元的控制下截止，即在电感器L和地之间形成开路；所述二极管D由于其输入端的电压高于其输出端的电压而导通，即在图2中的点SW与输出电压的端口之间形成通路；由于电感电流的保持特性，流经电感器L的电流缓慢地由充电完毕时的值减小，直至下一充电过程开始或者电流值下降至0。在电容器C两端电压升高，即实现了升压转换。

在图2的过流保护装置200中电阻器R和开关S分别对应于图1的过流保护装置100中的耗能单元120和过流控制单元130。也就是说，图1中的耗能单元120和过流控制单元130分别利用电阻器R和开关S来实现。

如图2所示，图2的过流保护装置200包括：过流检测单元110，用于基于所述电感器L的电流(例如，图2中的点SW处的电流)判断在电子模块中是否发生过流事件，输出用于指示是否发生过流事件的过流指示信号OCE，并将所述过流指示信号OCE提供给所述第一驱动单元来经由三极管T_N控制所述电感器L放电；电阻器R，可移除地连接在所述电能输送路径中，并且当连接在所述电能输送路径时消耗流经所述电能输送路径的电能；开关S，在所述过流指示信号OCE指示存在过流事件时断开，将所述电阻器R连接在所述电能输送路径中来消耗电能。此外，当所述过流指示信号OCE指示没有过流事件时，所述开关S导通而形成短路，从而将所述电阻器R置于所述电能输送路径之外。

图3示意性地图示了图2的过流保护装置200中的过流检测单元110的电路图。如图3所示，利用电流感测器感测在图2的点SW处的电流，并将其转换为感测电压Vsense输出。利用比较器CMP将所述感测电压Vsense与预设的参考电压Vref进行比较，然后利用三个“或非”门NOR1、NOR2、NOR3将所述比较器CMP的比较结果与时钟信号CLK执行“或非”操作而得到过流指示信号OCE。当感测电压Vsense小于参考电压Vref时，在时钟信号CLK处于上升沿时输出为高信号的过流指示信号OCE，指示没有发生过流事件；当感测电压Vsense大于等于参考电压Vref时，在时钟信号CLK处于上升沿时输出为低信号的过流指示信号OCE，指示发生了过流事件。如前所述，针对不同的电子模块，可以采用不同的方式来判断在电子模块中是否发生过流事件，具体的判断方式不构成对本申请的实施例的限制。

当过流检测单元110输出的过流指示信号OCE指示发生了过流事件时，所述过流指示信号OCE被提供给第一驱动单元，第一驱动单元驱动所述三极管T_N控制所述电感器L释放电能而不再从输入端Vin接收更多电能，并且控制所述开关S断开而将所述电阻器R连接在所述电能输送路径中来消耗电能，从而避免所述电感器L所输出的电流继续增加，相应地保护所述电感器L、三极管T_N、二极管D、以及输出电压Vout所供电的负载不被毁坏。这里的电阻器R仅仅是示意性的，还可以采用例如发光元件等作为耗能单元，从而在消耗电能的同时提示过流事件的发生。

当过流检测单元110输出的过流指示信号OCE指示没有发生过流事件时，第一驱动单元正常地驱动所述三极管T_N来控制所述电感器L进行放电或充电，所述开关S处于接通状态、并相应地使所述电阻器R的两端短路，这样电阻器R从升压转换器的电能输送路径中移除，不影响升压转换器的正常工作。

在结合图2描述的过流保护装置200中，当发生过流事件时，相对于传统技术中的仅控制所述电感器L不再存储输入的电能的配置，还在所述电感器L释放电能的电能输送路径上设置电阻器R，并利用该电阻器R消耗在所述储能单元中存储的电能。此时，即使升压转换器中的输出电压接近甚至小于输入电压时，也可以利用电阻器R有效地降低升压转换器中的电流而进行过流保护。

图4示意性图示了本申请中的过流保护装置在同步升压转换器中的应用示例。在图4中图示了本申请中的过流保护装置400、以及同步升压转换器中的与过流保护装置400连接的器件。

图4的同步升压转换器中的电感器L、三极管T_N、用于三极管T_N的第一驱动单元、电容器C分别与图2的异步升压转换器中的电感器L、三极管T_N、用于三极管T_N的第一驱动单元、电容器C相同。图4的同步升压转换器与图2的异步升压转换器的不同处于在于：图2中的二极管D被替换为图4中的三极管T_P、并且该三极管T_P利用第二驱动单元来驱动，该第二驱动单元用于产生高信号或低信号，以使三极管T_P导通或截止。此外，图4中的过流保护装置400在操作方面也如下所述的不同于图2中的过流保护装置200。

图4中的同步升压转换器的充电过程和放电过程分别与图2的异步升压转换器的充电过程和放电过程类似，并简要描述如下。

在充电过程中，所述三极管T_N在第一驱动单元的控制下导通，即在电感器L和地之间形成通路以产生电感电流，三极管T_P在第二驱动单元的驱动下截止，电感器L与输出电压Vout的端口之间形成开路。由于输入电压Vin是直流电，所以电感器L上的电感电流以一定的比率增加，并在电感器L中储存能量。

在放电过程中，所述三极管T_N在第一驱动单元的控制下截止，即在电感器L和地之间形成开路；三极管T_P在第二驱动单元的驱动下导通，即电感器L与输出电压Vout的端口之间形成通路；由于电感电流的保持特性，流经电感器L的电流缓慢地由充电完毕时的值减小，从而在电容器C两端电压升高，即实现了升压转换。

在图4的过流保护装置400中箝制单元131对应于图1的过流保护装置100中过流控制单元130。此外，在图4的过流保护装置400并没有专门设置耗能单元120，而使利用同步升压转换器中的三极管T_P来在发生过流事件时消耗电能输送路径上的电能。也就是说，图1中的耗能单元120和过流控制单元130分别对应于图4的过流保护装置400中的三极管T_P和箝制单元131。在图4中，三极管T_N是N型三极管、三极管T_P是P型三极管，这仅仅是示例。可以采用其它类型的三极管来作为所述三极管T_N和T_P，各个三极管的具体类型不构成对本申请的实施例的限制。

如图4所示，过流保护装置400可包括：过流检测单元110，用于基于所述电感器L的电流(即图4中的点SW处的电流)判断在同步升压转换器中是否发生过流事件，输出用于指示是否发生过流事件的过流指示信号OCE，并将所述过流指示信号OCE提供给所述第一驱动单元来经由三极管T_N控制所述电感器L放电；三极管T_P，其源极和漏极连接到所述电能输送路径中，其栅极连接到第二驱动单元；箝制单元131，在所述过流指示信号OCE指示存在过流事件时，将三极管T_P的栅极箝制在预定电压而增加所述三极管T_P的电阻值，以消耗所述电能输送路径中的电能。所述预定电压可以是输入电压Vin，也可以是小于所述输入电压Vin的预定值。当所述过流指示信号OCE指示没有过流事件时，所述箝制单元131不箝制所述三极管T_P的栅极，三极管T_P作为同步升压转换器中的三极管正常工作。图4中的过流检测单元110与前面结合图1－图3描述的相同，并因此这里不再详述。

下面结合图5描述通过将三极管T_P的栅极箝制在预定电压而增加所述三极管T_P的电阻值的原理。图5图示了图4中的三极管T_P的栅源极电压Vsg与漏极电流Id之间的关系的示意图。

在图5中，横轴是三极管T_P的源栅极电压Vsg，纵轴是三极管T_P的漏极电流Id。图5中的曲线1和曲线2分别示出了在三极管T_P的源漏极电压Vsd位于Vsd1和Vsd2(Vsd1大于Vsd2)时的源栅极电压Vsg和漏极电流Id。当将三极管T_P的栅极箝制在预定电压时，提高了三极管T_P的栅极电压，源栅极电压Vsg降低，相同漏极电流Id下的源漏极电压Vsd升高，并相应地三极管T_P的电阻值增加。

根据图5的图示可以看出，当三极管T_P的栅极(即图4中的点Pgate)被箝制在的预定电压(即箝制电压)改变时，三极管T_P的阻值也相应改变。所述箝制电压越高，则三极管T_P的电阻值越大；所述箝制电压越低，则三极管T_P的电阻值越小。当三极管T_P的阻值大时，可以快速地实现实现过流保护。

为了实现方便，可以将三极管T_P的栅极箝制在同步升压转换器中的输入电压Vin，并且在这样的配置中，无需向同步升压转换器提供其它的供电电压。此外，还可以将三极管T_P的栅极箝制一低于所述输入电压Vin的预设电压。

图6(a)和图6(b)示意性图示了在图4所示的过流保护装置中的箝制单元131的电路图。

在图6(a)中，箝制单元131包括串联连接的三极管T1和T2，其中三极管T1的源极连接到输入电压Vin，三极管T1的栅极与其漏极相连、并连接到三极管T2的源极，三极管T2的漏极连接到三极管T_P的栅极(图4中的点Pgate)，即三极管T2的漏极电压等于三极管T_P的栅极电压Vg，三极管T2的栅极在过流指示信号OCE的驱动下导通或截止。当过流指示信号OCE被使能时，三极管T2导通，三极管T1的源栅极电压Vsg等于其源漏极电压Vsd，三极管T_P的栅极电压Vg即等于输入电压Vin减去三极管T1的源栅极电压Vsg。当过流指示信号OCE被禁能时，三极管T2截止，在三极管T_P的栅极与输入电压Vin之间形成开路，从而不箝制三极管T_P的栅极电压。

在图6(b)中，箝制单元131包括三极管T3，三极管T3的源极连接到输入电压Vin，三极管T3的漏极连接到三极管T_P的栅极，三极管T3的栅极在过流指示信号OCE的驱动下导通或截止。当过流指示信号OCE被使能时，三极管T3导通，三极管T3的漏极电压等于输入电压Vin，即将三极管T_P的栅极电压Vg箝制在输入电压Vin上。当过流指示信号OCE被禁能时，三极管T3截止，在三极管T_P的栅极与输入电压Vin之间形成开路，从而不箝制三极管T_P的栅极电压。

在箝制单元131箝制三极管T_P的栅极电压的同时，可以使第二驱动单元一直输出高电平，此时三极管T_P的栅极的箝制电压将受到第二驱动单元所输出的高电平影响。替换地，可以使第二驱动单元与三极管T_P的栅极断开，以将三极管T_P的栅极电压Vg箝制在期望的电压。

作为将第二驱动单元与三极管T_P的栅极断开的示例，可以在传统的第二驱动单元与三极管T_P的栅极之间设置一开关，并利用过流指示信号OCE驱动该开关，当过流指示信号OCE指示没有过流事件时，该开关处于接通状态，所述第二驱动单元按照传统的方式驱动所述三极管T_P导通或截止；当过流指示信号OCE指示发生过流事件时，所述过流指示信号OCE驱动该开关断开，从而在第二驱动单元与三极管T_P的栅极之间形成开路。替换地，还可以在过流指示信号OCE指明发生过流事件时，使得第二驱动单元对三极管T_P的栅极呈现高阻抗，这将结合图7进行描述。

图7示意性地图示了图4中的第二驱动单元的电路图。在图7中，第二驱动单元接收过流指示信号OCE和用于指令三极管T3导通或截止的控制信号Sc。反相器(INV1－INV7)、“或非”门(NOR4、NOR5)、“与”门(AND1、AND2)用于对所述过流指示信号OCE和控制信号Sc执行逻辑操作，并经由三极管T4和三极管T5输出驱动信号。图7示出了连接关系的具体示例。当过流指示信号OCE指示没有过流事件时，图7中的三极管T4和三极管T5在控制信号Sc的控制下输出0或1，例如当在控制信号Sc的作用下使得三极管T4截止，三极管T5导通时，图7中的第二驱动单元输出驱动信号0以使所述三极管T_P截止；当在控制信号Sc的作用下使得三极管T4导通、三极管T5截止时，图7中的第二驱动单元输出驱动信号1以使所述三极管T_P导通。当过流指示信号OCE指示发生过流事件时，图7中的三极管T4和三极管T5在过流指示信号OCE的控制下都截止，第二驱动单元的输出为高阻抗，从而不影响三极管T_P的栅极的箝制电压。

此外，在同步升压转换器中也可以采用图2所示的过流保护装置200的结构。此时，第二驱动单元按照传统的方式驱动三极管T_P，过流检测单元110将过流指示信号OCE提供给开关S来控制是否利用电阻器R消耗电能输送路径上的电能。

图8(a)－(d)图示了在同步升压转换器中利用图4的过流保护装置进行过流保护的示意性波形。在图8中，横轴代表时间，图8(a)的纵轴是电压，并且该图8(a)示出了输入电压Vin和输出电压Vout的曲线；图8(b)的纵轴是电流，并且该图8(b)示出了输出电压Vout所供应的负载的电流的曲线；图8(c)的纵轴是过流检测单元110输出的过流指示信号OCE的电压，其中当过流指示信号OCE出现低值时，指明发生了过流事件；图8(d)的纵轴是电压，并且该图8(d)示出了如图4所示的点SW处的电压曲线，其反映了同步升压转换器的切换频率。可以看出，在输入电压Vin接近输出电压Vout的情况下发生过流事件时，利用本申请中的过流保护装置可以有效地降低输出电压Vout和负载电流，从而实现过流保护(如图8(a)和图8(b)中的椭圆形方框所示)。

根据上面结合图4－8进行的描述可知，当发生过流事件时，相对于传统技术中的仅控制所述电感器L不再存储输入的电能的配置，还利用同步升压转换器的现有的三极管形成耗能元件，来在电能输送路径上消耗电感器L中存储的电能。即使同步升压转换器中的输出电压接近甚至小于输入电压时，也可以利用由三极管形成的耗能元件有效地降低升压转换器中的电流，从而实现有效的过流保护。

图9图示了本申请的示例性过流保护方法900的流程图。该过流保护方法900可用于如下的电子模块和包括该电子模块的电子设备。所述电子模块可包括：储能单元，用于暂时存储输入的电能，并能够通过电能输送路径释放所储存的电能；储能控制单元，用于控制所述储能单元存储电能或释放电能。所述电子模块例如是电压转换器、放大器、显示器等，并且任何包括储能单元和储能控制单元的电子模块都可以采用本申请的过流保护装置。此外，在所述电子模块中还可以包括其它的单元或部件，例如，可包括用于基于输出信号进行反馈控制的反馈单元、用于稳定输出电压的稳压单元、和用于驱动所述储能控制单元的驱动单元等。

如图9所示，所述用于电子模块的过流保护方法900可包括：判断在电路模块中是否发生过流事件，并生成用于指示是否发生过流事件的过流指示信号OCE(S910)；将所述过流指示信号OCE提供给所述储能控制单元来控制所述储能单元在发生过流事件时释放电能(S920)；在所述电能输送路径中设置可移除的耗能单元，该耗能单元在连接于所述电能输送路径中时能够消耗流经所述电能输送路径的电能(S930)；基于所述过流指示信号OCE控制所述耗能单元在所述电能输送路径中的连接(S940)。

当在S910中生成的过流指示信号OCE指明发生过流事件时，在S920中，所述储能控制单元基于过流指示信号OCE控制所述储能单元释放电能而不再接收更多电能，在S930和S940中将所述耗能单元连接在所述电能输送路径中来消耗电能，从而避免所述储能单元所输出的电流继续增加，并相应地保护所述储能单元、储能控制单元、和电能释放路径上的电子器件不被毁坏。

在S930中可以在所述电能输送路径中设置电阻器作为耗能单元，并设置与该电阻器并联连接的开关，该开关的操作状态改变可使得电阻器位于所述电能输送路径或者从所述电能输送路径移除。具体地，当所述过流指示信号OCE指明发生过流事件时，在S940中使与电阻器并联的开关断开，相应地所述电阻器位于所述电能输送路径来消耗电能；当所述过流指示信号OCE指明没有过流事件时，在S940中使与电阻器并联的开关导通而形成短路，将所述电阻器置于所述电能输送路径之外。

此外，在电能输送路径上存在三极管(例如图4中的三极管T_p)的情况中，在S930中可以利用该三极管来实现所述耗能单元，而无需专门设置耗能单元。相应地，在S940中，将电能输送路径的三极管的栅极箝制在高电压，使该三极管呈现电阻特性，并消耗电能输送路径上的电能。所述高电压可以是升压转换器中的输入电压，或者比该输入电压低的预定电压值。为了更灵活地将三极管的栅极箝制在期望的高电压上，还可以在发生过流事件时使所述三极管的栅极与其驱动信号断开。三极管的栅极与其驱动信号断开可以利用开关实现，也可以通过在用于产生所述驱动信号的驱动单元产生高输出阻抗来实现。

根据本申请的过流保护方法，当发生过流事件时，还在所述储能单元释放电能的电能输送路径上设置耗能单元，并利用该耗能单元消耗在所述储能单元中存储的电能，从而降低在电路模块中流动的电流而实现过流保护。在升压转换器中，即使输出电压接近甚至小于输入电压，也可以利用耗能单元有效地降低升压转换器中的电流，从而实现有效的过流保护。

这里，各示例均参考三极管进行描述。应当理解的是，此类三极管可以包括晶体管，例如场效应晶体管(FET)。所述FET可以包括，例如，MOSFET器件和/或以其它工艺技术实现的晶体管。其它类型的晶体管亦可用于实现本公开的一个或多个特征。

本领域的技术人员可以了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法实施例的具体实现，可以实现在前述产品实施例中的对应过程中。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的器件及算法步骤，能够以电子硬件、或者软件和电子硬件的结合来实现。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

上面描述的技术方案的原理及其优点可适用于需要过流保护的任何系统和模块。具有所述过流保护装置的系统和模块可实现在各种电子设备中。所述电子设备可包括但不限于电子产品、电子产品的一部分，电子测试设备等。所述消费电子产品可包括但不限于智能电话机、电视、平板计算机、显示器、个人数字助理、摄像机、音频播放器、存储器等。消费电子产品的一部分可包括多芯片模块、功率放大器模块、电压转换器等。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (28)

1.一种用于电子电路的过流保护系统，该系统包括：

检测单元，配置为检测与所述电子电路相关联的过流状况，并生成指示所述过流状况的过流信号；和

耗能系统，与所述检测单元进行通信，该耗能系统配置为进行耗能，并从而当接收到所述过流信号时减少与所述电子电路相关联的路径中的电流，所述耗能系统进一步配置为当所述过流信号停止时不消耗所述电流。

2.如权利要求1所述的过流保护系统，其中所述电子电路包含电压转换器电路。

3.如权利要求2所述的过流保护系统，其中所述路径是所述电压转换器电路的输出路径。

4.如权利要求3所述的过流保护系统，其中所述检测单元耦合至所述电压转换器电路的输出路径，以检测所述输出路径中的过流状况。

5.如权利要求4所述的过流保护系统，其中所述检测单元进一步配置为，当存在过流状况时，向所述电压转换器电路的第一驱动单元提供所述过流信号，以停止充电操作，并执行放电操作。

6.如权利要求4所述的过流保护系统，其中所述检测单元包含一电流感测器，该电流感测器被配置为基于所述输出路径中的电流生成感测电压。

7.如权利要求6所述的过流保护系统，其中所述检测单元进一步包含一比较器，该比较器被配置为将所述感测电压与参考电压进行比较，以产生比较器输出信号。

8.如权利要求7所述的过流保护系统，其中所述检测单元进一步包含一逻辑电路，该逻辑电路被配置为组合所述比较器输出信号和时钟信号，以生成所述过流信号，所述过流信号与所述时钟信号同步。

9.如权利要求4所述的过流保护系统，其中所述耗能系统包含沿着所述电压转换器电路的输出路径的可切换电阻，所述可切换电阻被配置为当不存在过流状况时提供第一电阻、并且在过流状况期间提供第二电阻，所述第二电阻大于所述第一电阻。

10.如权利要求9所述的过流保护系统，其中所述第一电阻包含与不存在过流状况时的正常操作期间的输出路径相关联的电阻。

11.如权利要求10所述的过流保护系统，其中所述电压转换器电路被配置为操作为异步升压转换器。

12.如权利要求11所述的过流保护系统，其中所述可切换电阻包含沿着所述输出路径实现的电阻器和开关的并联组合，所述开关被配置为在过流状况期间处于断开状态，以使所述电阻器消耗所述输出路径中的至少一些电流，所述开关进一步被配置为当所述输出路径的电流不存在过流状况时处于闭合状态，以旁路所述电阻器。

13.如权利要求10所述的过流保护系统，其中所述电压转换器电路被配置为操作为同步升压转换器。

14.如权利要求13所述的过流保护系统，其中所述电压转换器电路的输出路径包含沿着所述输出路径的晶体管，所述晶体管被配置为能够提供不同的电阻。

15.如权利要求14所述的过流保护系统，其中所述晶体管是将在没有过流保护系统的同步升压转换器中实现的现有晶体管。

16.如权利要求14所述的过流保护系统，其中所述耗能系统被配置为当不存在过流状况时提供第一电压至所述晶体管的栅极以产生第一电阻，并且在过流状况期间提供第二电压至所述晶体管的栅极以产生第二电阻，所述第二电阻大于所述第一电阻。

17.如权利要求16所述的过流保护系统，其中所述耗能系统包含一箝制单元，该箝制单元被配置为在过流状况期间向所述晶体管的栅极提供所述第二电压。

18.如权利要求17所述的过流保护系统，其中所述检测单元进一步被配置为提供所述过流信号至所述电压转换器电路的第二驱动单元，所述第二驱动单元被配置为控制沿着所述输出路径的所述晶体管。

19.如权利要求18所述的过流保护系统，其中所述第二驱动单元被配置为，当所述第二电压由所述箝制单元提供至所述晶体管的栅极时，从所述晶体管的栅极断开。

20.如权利要求18所述的过流保护系统，其中所述第二驱动单元被配置为，当所述第二电压由所述箝制单元提供至所述晶体管的栅极时，保持连接到所述晶体管的栅极。

21.如权利要求17所述的过流保护系统，其中所述箝制单元包含一晶体管，该晶体管的源极连接到一输入电压，其漏极连接到沿着所述输出路径的晶体管的栅极，所述箝制单元的晶体管的栅极被所述过流信号控制。

22.如权利要求21所述的过流保护系统，其中所述箝制单元进一步包含另一晶体管,该另一晶体管被配置为减少向沿着所述输出路径的晶体管的栅极提供的输入电压。

23.一种为电子电路提供过流保护的方法，所述方法包括：

检测与所述电子电路相关联的过流状况；

生成指示过流状况的过流信号；和

当接收到所述过流信号时，配置一耗能系统以进行耗能，从而减少与所述电子电路相关联的路径中的电流。

24.如权利要求23所述的方法，进一步包含：配置所述耗能系统，使得当所述过流信号停止时不消耗所述电流。

25.一种电压转换器，包括：

电压转换电路，被配置为接收输入电压，并生成输出电压；和

过流保护电路，耦接至所述电压转换电路，该过流保护电路包含检测单元，所述检测单元被配置为检测与所述电压转换电路相关联的过流状况并生成指示过流状况的过流信号，该过流保护电路进一步包含与所述检测单元进行通信的耗能系统，所述耗能系统被配置为进行耗能，从而在接收到所述过流信号时减少与所述电压转换电路相关联的路径中的电流，所述耗能系统进一步被配置为当所述过流信号停止时不消耗所述电流。

26.一种电子设备，包括：

电源管理系统，被配置为提供电源电压；

一模块，被配置为向所述电子设备提供一种或多种功能，该模块进一步被配置为基于所述电源电压来利用调节电压；和

电压转换器，被配置为接收所述电源电压，并生成所述调节电压，所述电压转换器包含一过流保护电路，所述过流保护电路包含检测单元，所述检测单元被配置为检测与所述电压转换器相关联的过流状况并生成指示过流状况的过流信号，所述过流保护电路进一步包含与所述检测单元进行通信的耗能系统，所述耗能系统被配置为进行耗能，从而当接收到所述过流信号时减少与所述电压转换器相关联的路径中的电流，所述耗能系统进一步被配置为当所述过流信号停止时不消耗所述电流。

27.如权利要求26所述的电子设备，其中所述电子设备是由电池供电的便携式装置。

28.如权利要求27所述的电子设备，其中所述便携式装置包含移动电话机、平板计算机、显示器、电子书阅读器、或便携式数字媒体显示器。