CN105680677B - 线电压补偿过流保护点电路、装置、方法及开关电源系统 - Google Patents

线电压补偿过流保护点电路、装置、方法及开关电源系统 Download PDF

Info

Publication number
CN105680677B
CN105680677B CN201610157927.5A CN201610157927A CN105680677B CN 105680677 B CN105680677 B CN 105680677B CN 201610157927 A CN201610157927 A CN 201610157927A CN 105680677 B CN105680677 B CN 105680677B
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
circuit
mos pipe
power mos
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610157927.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105680677A (zh
Inventor
郜小茹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Semiconducto Ltd By Share Ltd
Original Assignee
Shanghai Semiconducto Ltd By Share Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Semiconducto Ltd By Share Ltd filed Critical Shanghai Semiconducto Ltd By Share Ltd
Priority to CN201610157927.5A priority Critical patent/CN105680677B/zh
Publication of CN105680677A publication Critical patent/CN105680677A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105680677B publication Critical patent/CN105680677B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0016—Control circuits providing compensation of output voltage deviations using feedforward of disturbance parameters
    • H02M1/0022—Control circuits providing compensation of output voltage deviations using feedforward of disturbance parameters the disturbance parameters being input voltage fluctuations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

本发明提供线电压补偿过流保护点电路、装置、方法及开关电源系统，所述线电压补偿过流保护点的电路包括：功率MOS管开关电路，用于控制所述功率MOS管的闭合与断开；补偿电流获取电路，包括第一采样电路与第二采样电路分别获得第一采样电压和第二采样电压，所述第一采样电压与第二采样电压作为差分信号输入到电压转电流单元，输出补偿电流；过流保护点调整电路，用于将第三采样电压与经过所述补偿电流调整后的参考电压输入到电流限比较器，或者将参考电压与经过所述补偿电流调整后的第三采样电压输入到电流限比较器输出控制信号以控制所述功率MOS管的闭合与断开。本发明可统一不同线电压下的过流点。

Description

线电压补偿过流保护点电路、装置、方法及开关电源系统
技术领域
本发明涉及一种电源控制领域，特别是涉及线电压补偿过流保护点电路、装置、方法及开关电源系统。
背景技术
AC-DC电源除了性能要满足供电产品的要求外，其自身的保护措施也非常重要。其中，过流保护是一项必须的保护功能。过电流保护(Over Current Protection)就是当电流超过预定最大值时，使保护装置动作的一种保护方式。当流过被保护原件中的电流超过预先整定的某个数值时，保护装置启动，并用时限保证动作的选择性，使断路器跳闸或给出报警信号。然而，当AC输入电压在85Vac～265Vac范围内变化时，过流保护点(即过流点)通常随输入线电压变化而变化，导致高、低线电压的过流保护点严重漂移，即线电压高时的过流保护点与线电压低时的过流保护点差距很大，有时，在高线电压下的过流点比低线电压下甚至能高出一倍。这不利于过流点的一致性。
鉴于此，如何找到适用于不同线电压下过流点一致性的过流保护方案就成了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供线电压补偿过流保护点电路、装置、方法及开关电源系统，用于解决现有技术中高、低线电压的过流保护点严重漂移不能采用一致的过流点的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种线电压补偿过流保护点的电路，所述线电压补偿过流保护点的电路包括：所述线电压补偿过流保护点的电路包括：功率MOS管开关电路，包括一个功率MOS管和一个RS触发器，用于控制所述功率MOS管的导通与截止；补偿电流获取电路，与所述功率MOS管开关电路相连，包括第一采样电路、第二采样电路以及一个电压转电流单元，第一采样电路与第二采样电路的采样时间不同，在功率MOS管导通时分别获得第一采样电压和第二采样电压，所述第一采样电压与第二采样电压作为差分信号输入到所述电压转电流单元，输出补偿电流；过流保护点调整电路，与所述补偿电流获取电路相连，用于将第三采样电压与经过所述补偿电流调整后的参考电压分别输入到电流限比较器的第一输入端和第二输入端，或者将经过所述补偿电流调整后的第三采样电压与参考电压分别输入到电流限比较器的第一输入端和第二输入端，然后将所述电流限比较器的输出信号作为控制信号以控制所述功率MOS管的导通与截止；当电流限比较器的第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，控制所述功率MOS管截止。
可选地，过流保护电路进一步包括开关控制电路，所述电流限比较器的输出信号通过所述开关控制电路控制所述功率MOS管的截止。
可选地，所述功率MOS管开关电路还包括：一个将输出电压的反馈信号调制成高/低电平的电路单元，一个输出时钟信号与最大导通时间信号的振荡器，经所述电路单元调制的电平与时钟信号共同决定所述功率MOS管的导通时刻；所述最大导通时间信号决定每个导通周期内所述功率MOS管的最大导通时间；当所述最大导通时间信号为低电平时，RS触发器被重置，输出低电平，使得所述功率MOS管截止。
可选地，所述功率MOS管开关电路进一步包括：第一与门，第二与门，或非门，所述电路单元的输出和时钟信号分别输入到所述第一与门的两个输入端，第一与门的输出端与RS触发器的S端连接；所述电流限比较器的输出端和前沿消隐电路输出端电连接至第二与门的输入端，第二与门的输出端与最大导通时间信号电连接至或非门的两个输入端，所述或非门的输出端电连接至RS触发器的R端。
可选地，所述线电压补偿过流保护点的电路还包括一个前沿消隐电路，通过前沿消隐电路处理后进行才能获取所述第一采样电压、第二采样电压、以及第三采样电压。
可选地，所述补偿电流获取电路还包括一个定时器，所述定时器在功率MOS管导通时触发，输出第一采样控制信号和第二采样控制信号以分别控制第一采样电路和第二采样电路的采样时间。
可选地，所述补偿电流获取电路还包括一个比例放大器，所述比例放大器与所述第一采样电路以及第二采样电路连接，用于将第三采样电压放大后，再由所述第一采样控制信号和第二采样控制信号对放大后的第三采样电压进行采样。
可选地，所述第一采样电路包括第一开关，第一电容，当所述第一采样控制信号为高电平时，第一开关闭合，否则第一开关断开，从而获得第一采样电压；所述第二采样电路包括第二开关，第二电容，当所述第二采样控制信号为高电平时，所述第二开关关闭，否则第二开关断开，从而获得第二采样电压。
可选地，过流保护点调整电路包括：一基准电流源，基准电流源的基准电流流过第一电阻以产生参考电压，流过功率MOS管的峰值电流与参考电压成正比。
可选地，所述功率MOS管的漏极电压连接第一分压电阻、第七开关、第二分压电阻后接地；所述第三采样电压为第一分压电阻与第二分压电阻之间的电压；所述第七开关在所述功率MOS管导通期间闭合，其他时间断开；所述补偿电流获取电路的输出端连接到所述基准电流源与第一电阻之间，用于调整输入所述电流限比较器的参考电压。
可选地，所述第三采样电压为所述功率MOS管的源极电压；所述功率MOS管的源极连接第一采样电阻，所述第一采样电阻的另一端接地，所述功率MOS管的源极与所述电流限比较器之间连接第二电阻和第三开关，所述补偿电流通过所述第二电阻调整输入所述电流限比较器的第三采样电压；所述第三开关在所述功率MOS管导通期间闭合，其他时间断开；所述电流限比较器的第一输入端连接第四开关到地；所述第四开关在所述功率MOS管导通期间断开，其他时间闭合；所述功率MOS管的源极与所述比例放大器的第一输入端之间连接第五开关，所述第五开关在所述功率MOS管导通期间闭合，其他时间断开；所述比例放大器的第一输入端连接第六开关到地，所述第六开关在所述功率MOS管导通期间断开，其他时间闭合。
本发明还提供一种线电压补偿过流保护点的装置，所述线电压补偿过流保护点的装置包括如上所述的线电压补偿过流保护点的电路。
本发明还提供一种线电压补偿过流保护点的方法，所述线电压补偿过流保护点的方法包括：当线电压中的功率MOS管导通时，分别在两个固定时间点获取采样电压的第一采样电压与第二采样电压，所述功率MOS管的漏极电压连接第一分压电阻第二分压电阻后接地，所述第一分压电阻与第二分压电阻间的电压为第三采样电压；将所述第一采样电压与第二采样电压作为差分信号输入到电压转电流单元，输出补偿电流；通过所述补偿电流对参考电压进行调整；将所述第三采样电压与调整后的参考电压分别输入电流限比较器的第一输入端和第二输入端；当电流限比较器的第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，控制所述功率MOS管截止。
本发明还提供一种线电压补偿过流保护点的方法，所述线电压补偿过流保护点的方法包括：当线电压中的功率MOS管导通时，分别在两个固定时间点获取采样电压的第一采样电压与第二采样电压，所述采样电压为所述功率MOS管的源极电压，所述功率MOS管的源极连接第一采样电阻，所述第一采样电阻的另一端接地；将所述第一采样电压与第二采样电压作为差分信号输入到电压转电流单元，输出补偿电流；通过所述补偿电流对所述采样电压进行调整得到第三采样电压；将调整后的第三采样电压与参考电压分别输入电流限比较器的第一输入端和第二输入端；当电流限比较器的第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，控制所述功率MOS管截止。
本发明还包括一种开关电源系统，所述开关电源系统包括如上所述的线电压补偿过流保护点的电路。
如上所述，本发明的线电压补偿过流保护点电路、装置、方法及开关电源系统，具有以下有益效果：通过在功率MOS管导通时，采样两个固定时刻点流过功率MOS管的电流，生成和线电压成比例的补偿电流，并用这个补偿电流来调节流过功率MOS的峰值电流。线电压越高，两个固定时刻点流过功率MOS管的电流差值越大，峰值电流的补偿量就越大，从而得到几乎不随线电压变化的过流点。本发明适用于断续导通模式(DCM)和连续导通模式(CCM)的各种拓扑AC-DC开关电源，尤其适用于连续导通模式(CCM)的开关电源。
附图说明
图1显示为本发明的线电压补偿过流保护点的电路的一实施例的模块示意图。
图2显示为本发明的线电压补偿过流保护点的电路的一实施例的电路原理示意图。
图3显示为本发明的线电压补偿过流保护点的电路的一实施例的信号波形示意图。
图4显示为本发明的线电压补偿过流保护点的电路的另一实施例的电路原理示意图。
图5显示为本发明的线电压补偿过流保护点的方法的一实施例的流程示意图。
图6显示为本发明的线电压补偿过流保护点的方法的另一实施例的流程示意图。
图7显示为包括本发明的线电压补偿过流保护点的电路的开关电源系统的一实施例的电路原理示意图。
元件标号说明
1 线电压补偿过流保护点的电路
11 功率MOS管开关电路
12 补偿电流获取电路
13 过流保护点调整电路
S11～S14 步骤
S21～S24 步骤
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
过电流保护(Over Current Protection)就是当电流超过预定最大值时，使保护装置动作的一种保护方式。当流过被保护原件中的电流超过预先整定的某个数值时，保护装置启动，并用时限保证动作的选择性，使断路器跳闸或给出报警信号。本发明中线电压补偿过流保护点的原理分析如下，以一个flyback拓扑的AC-DC电源为例，flyback拓扑的AC-DC电源的输出功率PO可以用如下公式表示：
其中，LP为原边电感，I1为每个周期开始时原边电感的初始电流，I2为原边电感的峰值电流，fsw为开关频率，η为效率。
对于恒压电源系统，过流点IOCP则可用如下公式表示：
当线电压在85Vac～265Vac范围内变化，过流点IOCP(当输出电流超过过流点时，将启动保护装置)也会跟着变化，原因有两个：(1)功率开关的关断延迟(td)导致不同线电压下，电感的峰值电流(I2)不同。从发出关断信号到功率MOS真正关断有个延迟时间(td)，在该时间内，电感电流继续上升。不同线电压下，电感电流上升的斜率不一样，导致真正的峰值电流也不一样。(2)对于连续导通模式(CCM)的系统来说，过流点还取决于每个周期开始时的电感初始电流(I1)，高线电压下功率MOS管导通时间短，在固定频率fsw下，关断时间就长，使得初始电流(I1)低；低线电压下则相反。从以上两个原因分析可知，高线电压下I2大且I1小，导致高线电压下过流点比低线电压下的过流点高。未经补偿的过流点在高线电压下比低线电压下甚至能高出一倍。
本发明披露了一种线电压补偿过流点的技术，适用于断续导通模式(DCM)和连续导通模式(CCM)的开关电源系统，尤其适用于连续导通模式(CCM)开关电源系统。本发明通过在功率MOS导通时，采样两个固定时刻点流过功率MOS管的电流，生成和线电压成比例的补偿电流，并用这个补偿电流来调节流过功率MOS管的峰值电流。线电压越高，两个固定时刻点流过MOS的电流差值越大，峰值电流的补偿量也就越大，从而得到几乎不随线电压变化的过流点。本发明适用于各种拓扑结构的开关电源系统，包括flyback拓扑的AC-DC电源系统。
本发明提供一种线电压补偿过流保护点的电路。如图1所示，所述线电压补偿过流保护点的电路1包括功率MOS管开关电路11、补偿电流获取电路12以及过流保护点调整电路13。其中：
功率MOS管开关电路11包括一个功率MOS管和一个RS触发器，用于控制所述功率MOS管的导通与截止。
在一个实施例中，所述功率MOS管开关电路11还包括：所述功率MOS管开关电路还包括：一个将输出电压的反馈信号调制成高/低电平的电路单元，一个输出时钟信号(Clock信号)与最大导通时间信号(DCmax信号)的振荡器，经所述电路单元调制的电平与时钟信号(Clock信号)共同决定所述功率MOS管的导通时刻；所述最大导通时间信号(DCmax信号)决定每个导通周期内所述功率MOS管的最大导通时间；当所述最大导通时间信号为低电平时，RS触发器被重置，输出低电平，使得所述功率MOS管截止。所述输出电压为开关电源系统的输出电压，所述开关电源系统包括本发明中的过流保护电路。在一个实施例中，所述功率MOS管开关电路11进一步包括：第一与门，第二与门，或非门，电路单元的输出和时钟信号分别输入到所述第一与门的两个输入端，第一与门的输出端与RS触发器的S端连接；所述电流限比较器的输出端和前沿消隐电路输出端电连接至第二与门的输入端，第二与门的输出端与最大导通时间信号电连接至或非门的两个输入端，所述或非门的输出端电连接至RS触发器的R端。
补偿电流获取电路12与所述功率MOS管开关电路11相连，包括第一采样电路、第二采样电路以及一个电压转电流单元，第一采样电路与第二采样电路的采样时间不同，在功率MOS管导通时分别获得第一采样电压和第二采样电压，所述第一采样电压与第二采样电压作为差分信号输入到所述电压转电流单元，输出补偿电流。所述采样电路包括开关和采样电容。在一个实施例中，所述补偿电流获取电路12还可以包括一个比例放大器，所述比例放大器与所述第一采样电路以及第二采样电路连接，用于将第三采样电压放大后，再由所述第一采样控制信号和第二采样控制信号对放大后的第三采样电压进行采样。在一个实施例中，所述第一采样电路包括第一开关，第一电容，当所述第一采样控制信号为高电平时，第一开关闭合，否则第一开关断开，从而获得第一采样电压；所述第二采样电路包括第二开关，第二电容，当所述第二采样控制信号为高电平时，所述第二开关关闭，否则第二开关断开，从而获得第二采样电压。所述补偿电流获取电路12还可以包括一个定时器，所述定时器在功率MOS管导通时触发，输出第一采样控制信号和第二采样控制信号以分别控制第一采样电路和第二采样电路的采样时间。
过流保护调整电路13与所述补偿电流获取电路12相连，用于将第三采样电压与经过所述补偿电流调整后的参考电压分别输入到电流限比较器的第一输入端和第二输入端，或者将经过所述补偿电流调整后的第三采样电压与参考电压分别输入到电流限比较器的第一输入端和第二输入端，然后将所述电流限比较器的输出信号作为控制信号以控制所述功率MOS管的导通与截止；当电流限比较器的第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，控制所述功率MOS管截止。过流保护点调整电路13包括：一基准电流源，基准电流源的基准电流流过第一电阻以产生参考电压，流过功率MOS管的峰值电流与参考电压成正比。在一个实施例中，所述电流限比较器的输出信号通过所述功率MOS管开关电路11控制所述功率MOS管的截止。
在一个实施例中，所述线电压补偿过流保护点的电路1还包括一个LEB(LeadingEdge Blanking，前沿消隐)电路，通过LEB电路处理后进行才能获取第一采样电压、第二采样电压以及第三采样电压。在原边电流控制环路中，由于开关导通瞬间会有脉冲峰值电流，如果采样此时的电流值并进行控制，会因脉冲前沿的尖峰产生误触发动作，前沿消隐可以用于消除这种误触发隐患。在一个实施例中，所述功率MOS管的漏极电压经过第一分压电阻与第二分压电阻后接地，第一分压电阻与第二分压电阻间的电压为第三采样电压，所述补偿电流用于调整输入所述电流限比较器的参考电压。在另一实施例中，所述功率MOS管的源极连接第一电阻，所述第一电阻的另一端接地，所述采样电压为所述功率MOS管的源极电压；所述功率MOS管的源极与所述电流限比较器之间连接第二电阻，所述补偿电流通过所述第二电阻调整输入所述电流限比较器的第三采样电压。
在一个实施例中，线电压补偿过流保护点的电路如图2所示，其中，调制器(Modulator)单元电路(将输出电压的反馈信号调制成高/低电平的电路单元)将输出电压的反馈信号(feedback)调制成高/低电平，该电平和Clock信号共同决定功率MOS管的开通时刻。所述输出电压为开关电源系统的输出电压，所述开关电源系统包括本发明中的过流保护电路。振荡器(Oscillator)产生两个信号：Clock和DCmax。Clock信号和调制器(Modulator)的输出信号经过一个与门，连接到RS触发器的置位(S)端，从而决定功率MOS的开通时刻。DCmax决定每个周期的最大导通时间，当DCmax为低电平时，RS触发器被重置(Reset)，把Gate拉低，功率MOS管关断。Drain为功率MOS管的漏极，Source为功率MOS管的源极。所述功率MOS管的漏极电压(Drain电压)连接第一分压电阻、第七开关、第二分压电阻后接地；所述第三采样电压(Vsense)为第一分压电阻与第二分压电阻之间的电压；所述第七开关在所述功率MOS管导通期间闭合，其他时间断开；所述补偿电流获取电路的输出端连接到所述基准电流源与第一电阻之间，用于调整输入所述电流限比较器的参考电压。Drain电压经过分压电阻后输出电压Vsense，Vsense在MOS导通期间正比于流过功率MOS管的电流Idrain。基准电流源的基准电流(Iref)流过第一电阻(R1)以产生参考电压(Vref)，流过功率MOS管的峰值电流与参考电压成正比。Idrain的峰值正比于参考电压Vref。
图2中的线电压补偿过流保护点的电路的各个关键点的波形如图3所示。其中，Vline表示线电压的波形，Gate表示RS触发器输出的波形，pulse1表示第一采样控制信号的波形，pulse2表示第二采样控制信号的波形，Vref表示基准电流输出的波形，Vref1表示未经过补偿电路调节的基准电流输出的波形，Vref2表示经过补偿电路调节时的基准电流输出的波形形，Vsense表示第三采样电压的波形，Vsense1表示第一采样电压的波形，Vsense2表示第二采样电压的波形，Icomp表示电压转电流单元输出的补偿电流的波形。
图2中的线电压补偿过流保护点的电路产生反映线电压高低的补偿电流Icomp的具体过程如下：Vsense接到比例放大器的输入端，经过比例放大后的输出信号接到开关SW1和SW2的公共端，SW1的另一端接采样/保持电容C1的正极板，并且输入到后续电压转电流单元的负端，SW2的另一端接采样/保持电容C2的正极板，并且输入到后续电压转电流单元的正端。SW1的控制信号为pulse1，SW2的控制信号为pulse2，pulse1和pulse2由Timer(定时器)产生，Timer定时器的输入是Gate信号，在Gate上升沿延时固定时间T1和T2，分别得到pulse1和pulse2，如图3所示。在脉冲为高时，其控制的开关导通，比例放大器的输出电压传递到对应的电容上，也就是采样阶段；当窄脉冲为低时，其控制的开关关闭，此阶段为保持阶段。由于采样的时刻不一样，故在保持阶段，两个电容上的电压通常是不一样的。由于pulse2比pulse1出现得晚一点，而Vsense又是斜坡向上的电压，故Vsense2通常会比Vsense1高。这两个电容上的电压作为差分信号输入到后续的电压转电流单元，电压转电流单元将这两个电压的差值转换成电流信号Icomp。电压转电流单元满足如下关系：
Icomp＝k1·(Vsense2-Vsense1) (3)
其中，k1为电压转电流的转换系数。
由于在功率MOS导通期间有如下等式，
Vsense＝k2·Rdson·Idrain (4)
其中，k2是电阻分压系数，Rdson为功率MOS的导通阻抗。
众所周知，电感电流Idrain的斜率和线电压成比例，例如对于一个flyback系统来说，有如下等式：
其中，k3为常数。将(4)式代入(5)式，可得：
将(6)式代入(3)式，可得：
Icomp＝k1·k2·k3·Rdson·(T2-T1)·Vline (7)
由以上可知，由于k1,k2,k3,Rdson,T1和T2均为固定值，故补偿电流Icomp和线电压Vline成正比，线电压高时，Icomp大，线电压低时，Icomp小。
产生补偿电流Icomp后，该补偿电流调节功率MOS管峰值电流的具体方法如下：
补偿电流Icomp连接到Vref，Icomp和Iref共同作用，流过电阻R1，产生参考电压Vref：
Vref＝(Iref-Icomp)·R1 (8)
Iref为固定基准电流，当线电压高时，Icomp大，导致Vref低；线电压低时则相反。
Vref连接电流限比较器的负输入端，Vsense连接电流限比较器的正输入端。功率MOS导通期间，Vsense和Vref进行比较，当Vsense高于Vref时，电流限比较器输出高电平，将Gate拉低，关闭功率MOS管。
可知，峰值电流Idrain_pk由Vref来决定，Idrain_pk和补偿电流Icomp的关系如下：
其中Tdelay为内部电路的关断延时。
从该等式可以看出，补偿电流Icomp调节了峰值电流Idrain_pk：线电压越高，Icomp越大，可以使得高线电压下的峰值电流Idrain_pk和低线电压下的Idrain_pk相等(对于DCM系统)，或者高电压下的峰值电流Idrain_pk小于低线电压下的Idrain_pk(对于CCM系统)。
在另一个实施例中，线电压补偿过流保护点的电路如图4所示，其与图2所示的线电压补偿过流保护点的电路的主要区别在于第三采样电压Vsense是从功率MOS管的source端采样，产生的补偿电流用来补偿Vsense，而非Vref。其中，所述第三采样电压(Vsense)为所述功率MOS管的源极电压；所述功率MOS管的源极连接第一采样电阻(Rcs)，所述第一采样电阻(Rcs)的另一端接地，所述功率MOS管的源极与所述电流限比较器之间连接第二电阻(R2)和第三开关，所述补偿电流通过所述第二电阻(R2)调整输入所述电流限比较器的第三采样电压(Vsense)；所述第三开关在所述功率MOS管导通期间闭合，其他时间断开；所述电流限比较器的第一输入端连接第四开关到地；所述第四开关在所述功率MOS管导通期间断开，其他时间闭合；所述功率MOS管的源极与所述比例放大器A的第一输入端之间连接第五开关，所述第五开关在所述功率MOS管导通期间闭合，其他时间断开；所述比例放大器的第一输入端连接第六开关到地，所述第六开关在所述功率MOS管导通期间断开，其他时间闭合。具体实施方法介绍如下：
和线电压成比例的补偿电流Icomp产生之后，注意，这里的Icomp和前实施例里面的Icomp方向相反，换言之，前实施例电压转电流单元输出sink电流(拉电流)，该实施例里电压转电流单元输出source电流(灌电流)。电压转电流单元的输出接在电阻R2的一端，R2的另一端接功率MOS的源极，功率MOS的源极经过一个电阻Rcs接到地。Icomp在R2上产生的压降和线电压成正比，Vsense电压可以表示为：
Vsense＝Vsource+Icomp·R2 (10)
由上式可以得到峰值电流Idrain_pk的表达式：
补偿电流Icomp通过补偿Vsense，调节了峰值电流Idrain_pk：线电压越高，Icomp越大，可以使得高线电压下的峰值电流Idrain_pk和低线电压下的Idrain_pk相等(对于DCM系统)，或者高电压下的峰值电流Idrain_pk小于低线电压下的Idrain_pk(对于CCM系统)。
本发明还提供一种线电压补偿过流保护点的装置，所述线电压补偿过流保护点的装置包括如上所述的线电压补偿过流保护点的电路。所述线电压补偿过流保护点的装置可以封装成一个芯片。线电压补偿过流保护点的装置可以产生反映线电压高低的补偿电流，通过该补偿电流来调节峰值电流，从而使得过流点不随线电压变化。
本发明还提供一种线电压补偿过流保护点的方法。在一个实施例中，如图5所示，所述线电压补偿过流保护点的方法包括：步骤S11，当线电压中的功率MOS管导通时，分别在两个固定时间点获取采样电压的第一采样电压与第二采样电压，所述功率MOS管的漏极电压连接第一分压电阻第二分压电阻后接地，所述第一分压电阻与第二分压电阻间的电压为第三采样电压；步骤S12，将所述第一采样电压与第二采样电压作为差分信号输入到所述电压转电流单元，输出补偿电流；步骤S13，通过所述补偿电流对所述参考电压进行调整；将所述第三采样电压与调整后的参考电压分别输入电流限比较器的第一输入端和第二输入端；步骤S14，当电流限比较器的第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，控制所述功率MOS管截止。该方法的具体实现方式参见如上所描述的实施例(包括图2所示的实施例)。
本发明还提供一种线电压补偿过流保护点的方法，在一个实施例中，如图6所示，所述线电压补偿过流保护点的方法包括：步骤S21，当线电压中的功率MOS管导通时，分别在两个固定时间点获取采样电压的第一采样电压与第二采样电压，所述采样电压为所述功率MOS管的源极电压，所述功率MOS管的源极连接第一采样电阻，所述第一采样电阻的另一端接地；步骤S22，将所述第一采样电压与第二采样电压作为差分信号输入到所述电压转电流单元，输出补偿电流；步骤S23，通过所述补偿电流对所述采样电压进行调整得到第三采样电压；将调整后的第三采样电压与参考电压分别输入电流限比较器的第一输入端和第二输入端；步骤S24，当电流限比较器的第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，控制所述功率MOS管截止。该方法的具体实现方式参见如上所描述的实施例(包括图4所示的实施例)。
本发明还包括一种开关电源系统，所述开关电源系统包括如上所述的线电压补偿过流保护点的电路。本发明描述的线电压补偿过流保护点的电路可以被广泛应用在开关电源系统。在一个实施例中，所述开关电源系统为如图7所示的反激式开关电源系统。反激式开关电源系统采用上述线电压补偿过流保护点的电路。所述反激式开关电源系统包括：一整流桥、一滤波模块(C1)、一原边吸收模块、一开关电源控制器，一变压模块T1、副边输出模块、一负载，以及一反馈模块。其中，所述整流桥的输入端与市电(AC IN)连接，用于将交流电整流为直流电(Vbus)，并传送至所述滤波模块(C1)；所述滤波模块(C1)用于对直流电进行滤波；所述原边吸收模块用于减少漏感在功率MOS管上形成的电压尖峰，减少EMI干扰；所述变压模块T1与所述原边吸收模块连接，用于原边、副边绕组之间的电压电流的互相转换；所述副边输出模块用于输出一副边绕组的电压和电流至所述负载；所述反馈电路耦合到输出量Vout上，用来产生一个输入到开关电源控制器(该开关电源控制器包括了所述线电压补偿过流保护点的电路)的反馈信号FB(Feedback)，该反馈信号FB(作为输出电压的反馈信号)输入到所述线电压补偿过流保护点的电路，和时钟信号共同控制功率MOS管的开通时刻；所述开关电源控制器包括本发明中所述线电压补偿过流保护点的电路和功率MOS管，所述线电压补偿过流保护点的电路用于控制功率MOS管的导通或者截止，从而控制传输到负载的电压和电流。所述线电压补偿过流保护点的具体实现参见如上所述的实施例。所述线电压补偿过流保护点可以封装成一个芯片或装置。
综上所述，本发明的线电压补偿过流保护点电路、装置、方法及开关电源系统能够实现：通过在功率MOS管导通期间的两个固定时间点采样流过功率MOS电流，来感知线电压的高低，生成和线电压成比例的补偿电流；用生成的补偿电流来调节参考电压Vref或者调节电流采样电压Vsense，从而调节峰值电流。通过调节峰值电流来实现不随线电压变化的过流点。本发明适用于断续导通模式(DCM)和连续导通模式(CCM)的各种拓扑AC-DC开关电源。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种线电压补偿过流保护点的电路，其特征在于，所述线电压补偿过流保护点的电路包括：
功率MOS管开关电路，包括一个功率MOS管和一个RS触发器，用于控制所述功率MOS管的导通与截止；
补偿电流获取电路，与所述功率MOS管开关电路相连，包括第一采样电路、第二采样电路以及一个电压转电流单元，第一采样电路与第二采样电路的采样时间不同，在功率MOS管导通时分别获得第一采样电压和第二采样电压，所述第一采样电压与第二采样电压作为差分信号输入到所述电压转电流单元，输出补偿电流；
过流保护点调整电路，与所述补偿电流获取电路相连，用于将第三采样电压与经过所述补偿电流调整后的参考电压分别输入到电流限比较器的第一输入端和第二输入端，或者将经过所述补偿电流调整后的第三采样电压与参考电压分别输入到电流限比较器的第一输入端和第二输入端，然后将所述电流限比较器的输出信号作为控制信号以控制所述功率MOS管的导通与截止；当电流限比较器的第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，控制所述功率MOS管截止。
2.根据权利要求1所述的线电压补偿过流保护点的电路，其特征在于：所述功率MOS管开关电路还包括：一个将输出电压的反馈信号调制成高/低电平的电路单元，一个输出时钟信号与最大导通时间信号的振荡器，经所述电路单元调制的电平与时钟信号共同决定所述功率MOS管的导通时刻；所述最大导通时间信号决定每个导通周期内所述功率MOS管的最大导通时间；当所述最大导通时间信号为低电平时，RS触发器被重置，输出低电平，使得所述功率MOS管截止。
3.根据权利要求2所述的线电压补偿过流保护点的电路，其特征在于：所述功率MOS管开关电路进一步包括：第一与门，第二与门，或非门，所述电路单元的输出和时钟信号分别输入到所述第一与门的两个输入端，第一与门的输出端与RS触发器的S端连接；所述电流限比较器的输出端和前沿消隐电路输出端电连接至第二与门的输入端，第二与门的输出端与最大导通时间信号电连接至或非门的两个输入端，所述或非门的输出端电连接至RS触发器的R端。
4.根据权利要求1所述的线电压补偿过流保护点的电路，其特征在于：所述线电压补偿过流保护点的电路还包括一个前沿消隐电路，通过前沿消隐电路处理后进行才能获取所述第一采样电压、第二采样电压、以及第三采样电压。
5.根据权利要求1所述的线电压补偿过流保护点的电路，其特征在于：所述补偿电流获取电路还包括一个定时器，所述定时器在功率MOS管导通时触发，输出第一采样控制信号和第二采样控制信号以分别控制第一采样电路和第二采样电路的采样时间。
6.根据权利要求1所述的线电压补偿过流保护点的电路，其特征在于：所述补偿电流获取电路还包括一个比例放大器，所述比例放大器与所述第一采样电路以及第二采样电路连接，用于将第三采样电压放大后，再由所述第一采样控制信号和第二采样控制信号对放大后的第三采样电压进行采样。
7.根据权利要求1所述的线电压补偿过流保护点的电路，其特征在于：所述第一采样电路包括第一开关，第一电容，当所述第一采样控制信号为高电平时，第一开关闭合，否则第一开关断开，从而获得第一采样电压；所述第二采样电路包括第二开关，第二电容，当所述第二采样控制信号为高电平时，所述第二开关关闭，否则第二开关断开，从而获得第二采样电压。
8.根据权利要求1所述的线电压补偿过流保护点的电路，其特征在于：过流保护点调整电路包括：一基准电流源，基准电流源的基准电流流过第一电阻以产生参考电压，流过功率MOS管的峰值电流与参考电压成正比。
9.根据权利要求8所述的线电压补偿过流保护点的电路，其特征在于：所述功率MOS管的漏极电压连接第一分压电阻、第七开关、第二分压电阻后接地；所述第三采样电压为第一分压电阻与第二分压电阻之间的电压；所述第七开关在所述功率MOS管导通期间闭合，其他时间断开；所述补偿电流获取电路的输出端连接到所述基准电流源与第一电阻之间，用于调整输入所述电流限比较器的参考电压。
10.根据权利要求6所述的线电压补偿过流保护点的电路，其特征在于：所述第三采样电压为所述功率MOS管的源极电压；所述功率MOS管的源极连接第一采样电阻，所述第一采样电阻的另一端接地，所述功率MOS管的源极与所述电流限比较器之间连接第二电阻和第三开关，所述补偿电流通过所述第二电阻调整输入所述电流限比较器的第三采样电压；所述第三开关在所述功率MOS管导通期间闭合，其他时间断开；所述电流限比较器的第一输入端连接第四开关到地；所述第四开关在所述功率MOS管导通期间断开，其他时间闭合；所述功率MOS管的源极与所述比例放大器的第一输入端之间连接第五开关，所述第五开关在所述功率MOS管导通期间闭合，其他时间断开；所述比例放大器的第一输入端连接第六开关到地，所述第六开关在所述功率MOS管导通期间断开，其他时间闭合。
11.一种线电压补偿过流保护点的装置，其特征在于：所述线电压补偿过流保护点的装置包括如权利要求1至10中任一权利要求所述的线电压补偿过流保护点的电路。
12.一种开关电源系统，其特征在于：所述开关电源系统包括如权利要求1至10中任一权利要求所述的线电压补偿过流保护点的电路。
13.一种线电压补偿过流保护点的方法，其特征在于，所述线电压补偿过流保护点的方法包括：
当线电压中的功率MOS管导通时，分别在两个固定时间点获取采样电压的第一采样电压与第二采样电压，所述功率MOS管的漏极电压连接第一分压电阻、第二分压电阻后接地，所述第一分压电阻与第二分压电阻间的电压为第三采样电压；
将所述第一采样电压与第二采样电压作为差分信号输入到一个电压转电流单元，输出补偿电流；
通过所述补偿电流对参考电压进行调整；将所述第三采样电压与调整后的参考电压分别输入电流限比较器的第一输入端和第二输入端；
当电流限比较器的第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，控制所述功率MOS管截止。
14.一种线电压补偿过流保护点的方法，其特征在于，所述线电压补偿过流保护点的方法包括：
当线电压中的功率MOS管导通时，分别在两个固定时间点获取采样电压的第一采样电压与第二采样电压，所述采样电压为所述功率MOS管的源极电压，所述功率MOS管的源极连接第一采样电阻，所述第一采样电阻的另一端接地；
将所述第一采样电压与第二采样电压作为差分信号输入到一个电压转电流单元，输出补偿电流；
通过所述补偿电流对所述采样电压进行调整得到第三采样电压；将调整后的第三采样电压与参考电压分别输入电流限比较器的第一输入端和第二输入端；
当电流限比较器的第一输入端的电压大于第二输入端的电压时，控制所述功率MOS管截止。
CN201610157927.5A 2016-03-18 2016-03-18 线电压补偿过流保护点电路、装置、方法及开关电源系统 Active CN105680677B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610157927.5A CN105680677B (zh) 2016-03-18 2016-03-18 线电压补偿过流保护点电路、装置、方法及开关电源系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610157927.5A CN105680677B (zh) 2016-03-18 2016-03-18 线电压补偿过流保护点电路、装置、方法及开关电源系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105680677A CN105680677A (zh) 2016-06-15
CN105680677B true CN105680677B (zh) 2019-05-28

Family

ID=56311031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610157927.5A Active CN105680677B (zh) 2016-03-18 2016-03-18 线电压补偿过流保护点电路、装置、方法及开关电源系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105680677B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106357110B (zh) * 2016-09-26 2018-08-14 辉芒微电子（深圳）有限公司 一种buck恒压驱动电路以及buck恒压驱动器
CN106951051B (zh) * 2017-05-10 2018-09-28 郑州云海信息技术有限公司 一种服务器背板的运行保护方法
CN111342826B (zh) * 2018-12-19 2021-02-05 广州汽车集团股份有限公司 Igbt保护电路、方法、装置及三相逆变器电路
CN112467747A (zh) * 2020-11-20 2021-03-09 青岛鼎信通讯股份有限公司 一种末端低电压治理装置的电流控制方法
CN113746333B (zh) * 2021-07-21 2022-08-30 深圳市创芯微微电子有限公司 电源控制电路、开关电源及电子设备
CN114142739B (zh) * 2022-01-29 2022-05-10 深圳市芯茂微电子有限公司 变换器的控制装置及变换器
CN114725897B (zh) * 2022-04-11 2022-11-29 北京伽略电子股份有限公司 用于开关电源的过流保护电路
US12055601B2 (en) 2022-10-05 2024-08-06 Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute Co. Ltd Method of identifying a short-circuit like event in a circuit breaker

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6950321B2 (en) * 2003-09-24 2005-09-27 General Motors Corporation Active damping control for L-C output filters in three phase four-leg inverters
CN101478138A (zh) * 2009-01-14 2009-07-08 上海沪工电焊机制造有限公司 过流保护电路以及方法
CN101951158A (zh) * 2010-09-14 2011-01-19 Bcd半导体制造有限公司 一种对pwm转换器的补偿控制器和pwm控制电路
CN102214987A (zh) * 2010-04-06 2011-10-12 大连精拓光电有限公司 用于为开关电源变换器提供过流保护的系统
CN205566093U (zh) * 2016-03-18 2016-09-07 上海晶丰明源半导体有限公司 一种线电压补偿过流保护点的电路、装置及开关电源系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130070379A1 (en) * 2011-09-21 2013-03-21 Richtek Technology Corporation, R.O.C. Power regulator with over current protection and control circuit thereof and method of over current protection

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6950321B2 (en) * 2003-09-24 2005-09-27 General Motors Corporation Active damping control for L-C output filters in three phase four-leg inverters
CN101478138A (zh) * 2009-01-14 2009-07-08 上海沪工电焊机制造有限公司 过流保护电路以及方法
CN102214987A (zh) * 2010-04-06 2011-10-12 大连精拓光电有限公司 用于为开关电源变换器提供过流保护的系统
CN101951158A (zh) * 2010-09-14 2011-01-19 Bcd半导体制造有限公司 一种对pwm转换器的补偿控制器和pwm控制电路
CN205566093U (zh) * 2016-03-18 2016-09-07 上海晶丰明源半导体有限公司 一种线电压补偿过流保护点的电路、装置及开关电源系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN105680677A (zh) 2016-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105680677B (zh) 线电压补偿过流保护点电路、装置、方法及开关电源系统
CN103414322B (zh) 一种控制电路、开关变换器及其控制方法
CN201698247U (zh) 反激式开关转换器控制器集成电路
CN107769567A (zh) 谐振转换器中的突发模式控制
WO2011116225A1 (en) Control system for a power converter and method of operating the same
CN202025037U (zh) 一种过零检测电路
CN103887984A (zh) 隔离式变换器及应用其的开关电源
CN101662218A (zh) 一种开关电源、系统及保护方法
CN104660022A (zh) 为电源变换器提供过流保护的系统和方法
CN108471239A (zh) 用于同步回扫开关模式功率转换器的控制器
CN104682745A (zh) 一种隔离式电压变换电路、控制电路及其控制方法
CN107852090B (zh) 具有自适应功率因数校正的反激式pfc变换器
CN103683204A (zh) 开关电源过流保护电路
CN103795278B (zh) 分离式电流镜线路感测
CN204886147U (zh) 一种可调间歇时间的过流保护电路
CN105006966A (zh) 一种开关电源控制芯片及反激式ac-dc转换器
CN205566093U (zh) 一种线电压补偿过流保护点的电路、装置及开关电源系统
CN100530921C (zh) 具有省电模式的返驰式脉冲宽度调制装置
EP3108575B1 (en) Zero voltage switching detection apparatus and method
WO2014140350A2 (en) A method of control for synchronous rectifiers
CN201008094Y (zh) 一种带短路保护的电源电路
CN102570853A (zh) 一种恒功率输出磁控溅射镀膜电源
CN207508489U (zh) 基于SiC IGBT的数字化变极性焊接电源
CN202059334U (zh) 一种恒功率输出磁控溅射镀膜电源
CN114189156A (zh) 反激开关电路及其控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: 201203 China (Shanghai) free trade zone Zhang Heng Road, Lane 666, No. 5, room 504-511, room 2

Applicant after: Shanghai semiconducto Limited by Share Ltd

Address before: 201203 Shanghai Zhang Heng Road, Lane 666, No. 2, No. 5, Pudong New Area

Applicant before: Shanghai Bright Power Semiconductor Co.,Ltd.

COR Change of bibliographic data
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant