CN107123969A - 输出保护电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种输出保护电路和方法，本发明设置了多个不同的阈值电压，用以判断电压采样信号是否达到相应阈值，从而判断是否解除保护模式，每当电压采样信号达到一个阈值电压，则对开关周期数进行重新计时，从而防止在大电容和大负载启动时输出短路保护被误触发。本发明能够有效兼容大负载和大电容的应用场合，不会发生误判断，从而提高产品的可靠性。

Description

输出保护电路和方法
技术领域
本发明涉及一种电力电子技术领域，特别涉及一种输出保护电路和方法。
背景技术
在开关电路中，一般通过采样输出电压，并将其与相应的参考电压分别输入误差放大器，进行误差处理，所述误差放大器的输出信号表征了二者的差值。在发生短路的情况下，误差放大器的输出会偏离正常值，增大至钳位阈值，以此来进行短路的判断。在发生短路后，误差放大器的输出被钳位至最大值，所述开关电路进入短路保护。
现有技术中，在短路保护的工作模式下，根据输出电压来判断是否从短路中恢复正常，例如，打嗝模式(Hiccup)，Latch off模式，等等。判断是否从短路中恢复正常的时间一般比较短(例如，1000至2000个开关周期)，适用于输出电容较小的场合。但是对于较大负载和输出电容为大电容的情况下，很难再较短时间内将输出电压充至判断阈值，容易造成误判断，可能出现即使已经排除短路恢复正常后，也很难及时进行判断。
现有技术一般通过延长判断的时间，例如，延长到3、4万个开关周期，以解决上述技术问题，但这个过程有可能触发过温保护，功耗也相对较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种输出保护电路和方法，用于解决现有技术存在的出现误判断，可靠性不高的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种输出保护电路，包括：
误差放大器，分别接收表征输出电压的电压采样信号和参考电压，输出表征二者差值的误差信号；
比较电路，接收表征输出电压的电压采样信号和多个大小不同的阈值电压，所述的电压采样信号每达到一个阈值电压，则输出一个触发信号；
在非短路情况下的开关电路启动过程中，当电压采样信号的上升速度慢于所述参考电压的上升速度时，则所述开关电路也会进入保护模式，在开关周期数或开关状态持续时间到达相应预设值前，若所述电压采样信号上升达到所述阈值电压中的最低阈值电压时，则重新开始对开关周期数计数或对开关状态持续时间重新计时；在开关周期数或开关状态持续时间达到相应预设值前，若输出电压采样信号上升达到下一阈值电压，则再次重新开始对开关周期数计数或对开关状态持续时间计时，直到电压采样信号达到所述阈值电压中的最高阈值电压，所述误差放大器的输出电压趋近于所述参考电压，则退出保护模式，开关电路启动完成并正常工作。
可选地，在发生短路时，所述的输出电压采样信号会降低，所述误差放大器的输出电压增大，当达到预设阈值时，开关电路进入保护模式；在保护模式下，存在开关状态和休眠状态，在开关状态时，对开关周期数进行计数或对开关状态持续时间进行计时，当开关周期数或开关状态持续时间达到相应预设值时，则开关电路的主功率开关管停止开关，并进入休眠状态；在休眠状态时，计算休眠状态的时间，当休眠状态的时间到达其预设值时，则进入开关状态；
所述比较电路判断所述输出电压的值，根据所述触发信号对开关周期数重新计数或对开关状态持续时间重新计时；当所述电压采样信号趋近于所述参考电压时，则解除保护，所述开关电路恢复正常工作。
可选地，所述的输出保护电路还包括计时控制电路，所述计时控制电路设有计时控制端、重置端和控制输出端，所述计时控制端接收计时信号，所述的重置端接收重置信号，所述控制输出端输出保护模式控制信号。
可选地，所述的计时信号由用于对开关周期数进行计数或对开关状态持续时间进行计时的信号和表征休眠时间的时钟信号产生。
可选地，所述用于对开关周期数进行计数或对开关状态持续时间进行计时的信号和时钟信号分别输入第一或门的两个输入端，由所述第一或门输出所述计时信号。
可选地，所述误差放大器的输出端连接有钳位检测电路，所述的钳位检测电路用于检测所述放大器的输出信号是否达到钳位阈值，若检测到其达到钳位阈值时，则将误差信号钳位至钳位电压值，所述的钳位阈值和钳位电压值的大小可以相等也可以不相等。
可选地，所述比较电路的输出端连接有脉冲发生电路，所述的脉冲发生电路接收所述的触发信号，并根据触发信号产生相应的脉冲信号，通过所述脉冲信号接入所述计时控制电路的重置端。
可选地，所述的钳位电压值表征高电平，对高电平取反后输入第二或门的其中一个输入端，所述第二或门的另一个输入端接收所述脉冲信号，由所述第二或门输出所述重置信号。
可选地，所述的比较电路包括多个与所述阈值电压一一对应的比较器，每个比较器的第一输入端均接收所述表征输出电压的电压采样信号，每个比较器的第二输入端分别接收相应的阈值电压，所述的多个比较器的输出端与所述脉冲发生电路连接。
可选地，所述多个阈值电压中的最大值趋近于所述参考电压。
本发明还提供一种输出保护方法，包括以下步骤：
将表征输出电压的电压采样信号和参考电压，进行误差处理，得到误差信号；
将表征输出电压的电压采样信号和多个大小不同的阈值电压，进行比较，所述的电压采样信号每达到一个阈值电压，则输出一个触发信号；
在发生短路时，所述的输出电压采样信号会降低，所述误差放大器的输出电压增大，当达到预设阈值时，开关电路进入保护模式；在保护模式下，存在开关状态和休眠状态，在开关状态时，对开关周期数进行计数或对开关状态持续时间进行计时，当开关周期数或开关状态持续时间达到相应预设值时，则开关电路的主功率开关管停止开关，并进入休眠状态；在休眠状态时，计算休眠状态的时间，当休眠状态的时间到达其预设值时，则进入开关状态；
所述比较电路判断所述输出电压的值，根据所述触发信号对开关周期数重新计数或对开关状态持续时间重新计时；当所述电压采样信号趋近于所述参考电压时，则解除保护，所述开关电路恢复正常工作。
与现有技术相比，本发明之技术方案具有以下优点：本发明设置了多个不同的阈值电压，用以判断电压采样信号是否达到相应阈值，从而判断是否解除短路保护，每当电压采样信号达到一个阈值电压，则对开关周期数进行重新计时，从而防止大电容和大负载应用时启动时输出短路保护被误触发，自适应采用相应的开关周期数。本发明能够有效兼容大负载和大电容的应用场合，不会发生误判断，从而提高产品的可靠性。
附图说明
图1为本发明输出保护电路的结构示意图；
图2为计时信号的波形图；
图3为重置信号的产生原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，示意了本发明输出保护电路一种电路结构，可用于各种开关电路。所述输出保护电路包括误差放大器EA、比较电路和计时控制电路。所述的误差放大器EA分别接收表征输出电压的电压采样信号VFB和参考电压VREF，输出表征二者差值的误差信号Vc，所述输出电压为开关电路的输出电压。所述比较电路包括多个比较器，在本实施例中列举了采用比较器comp1、comp2和comp3三个比较器的情况，每个比较器的第一输入端均接收表征输出电压的电压采样信号VFB，多个比较器的第二输入端接收相应的阈值电压，例如，比较器comp1接收阈值电压V1，比较器comp2接收阈值电压V2，比较器comp3接收阈值电压V3，所述的电压采样信号VFB每达到一个阈值电压，则输出一个触发信号，即当电压采样信号VFB达到阈值电压V1时，则比较器comp1输出触发信号，输出电压继续上升，则电压采样信号VFB达到阈值电压V2，则比较器comp2输出触发信号，以此类推。所述计时控制电路设有计时控制端TIME-CLK、重置端Reset和控制输出端OUT，所述计时控制端接收计时信号，所述的重置端接收重置信号，所述控制输出端输出保护模式控制信号Short-ctrl。
在发生短路时，所述的输出电压采样信号会降低，所述误差放大器的输出电压增大，当达到预设阈值时(可通过直接检测电压的方式来判断)，开关电路进入保护模式；在保护模式下，存在开关状态和休眠状态，在开关状态时，对开关周期数进行计数或计时，当开关周期数到达其预设值时，则开关电路的主功率开关管停止开关，并进入休眠状态；在休眠状态时，计算休眠状态的时间，当休眠状态的时间到达其预设值时，则进入开关状态；
通过比较电路判断所述输出电压的值，根据所述触发信号对开关周期数重新计数或计时；当所述电压采样信号趋近于所述参考电压时，则解除保护，所述开关电路恢复正常工作。所述的参考信号也可以认为是启动阈值，即当所述电压采样信号趋近于所述参考电压时则判断系统启动。
所述的计时信号由表征开关电路主功率开关管占空比的占空比信号Ton和表征休眠时间的时钟信号Clock产生，所述的休眠时间时间是指不存在开关动作的时间。所述的占空比信号Ton和时钟信号Clock分别输入第一或门OR1的两个输入端，由所述第一或门OR1输出所述计时信号至计时控制端TIME-CLK。
所述误差放大器EA的输出端输出Vc信号，连接有钳位检测电路，所述的钳位检测电路用于检测所述误差信号Vc是否达到钳位阈值，这里的钳位阈值可以作为所述预设阈值，若检测到其达到钳位阈值时，则将误差信号钳位至钳位电压值，所述的钳位阈值和钳位电压值的大小可以相等也可以不相等。将所述钳位检测电路的输出信号取反，得到信号表征为低电平。所述的钳位电压值表征高电平，对高电平取反后输入第二或门OR2的其中一个输入端，所述第二或门OR2的另一个输入端接收所述脉冲信号Vplus，由所述第二或门OR2输出所述重置信号。本质上，所述钳位检测电路除了钳位作用之外，还输出用于表征是否发生短路情况的信号在开关电路正常工作时，信号为高电平，所以保持Reset状态，此时计时控制电路不进行计时，也不进入保护模式，发生电路时，所述钳位检测电路检测到误差信号Vc的变化，从而进行钳位，所输出的信号表征为低电平，则重置端Reset所接收的信号为低电平，计时控制电路控制进入保护模式，并在计时信号的作用下开始计时。
所述的比较电路包括多个与所述阈值电压一一对应的比较器，每个比较器的第一输入端(在本实施例中以同相输入端为第一输入端)均接收所述表征输出电压的电压采样信号，每个比较器的第二输入端(在本实施例中以反相输入端为第二输入端)分别接收相应的阈值电压，所述的多个比较器的输出端与所述脉冲发生电路连接，所述的脉冲发生电路接收所述的触发信号，并根据触发信号产生相应的脉冲信号，所述的脉冲发生电路并非持续产生脉冲，而是在比较器发生跳变时相应地产生脉冲信号。在本实施例中仅列举了三个比较器，但是比较器的数量可以有变化。所述多个阈值电压中的最大值与所述参考信号(即判断输出电压恢复正常的值)相等。以附图1为例，在保护模式下，当电压采样信号VFB达到阈值电压V3时，则可判断开关电路已经从短路中恢复正常工作，此时可退出保护模式。阈值电压V3的大小可以作为最后一个判断，也可用来判断是否从保护模式中恢复正常。此外，可以根据应用场合的不同，选择比较器的数量和阈值电压的数量及大小，同时，可以进行自适应地选择和设计。
参考图2所示，示意了计时信号的波形图，包括占空比信号Ton和时钟信号Clock，图中仅仅是对计时的原理进行了示意，但能够在原理上实现的波形有很多种变形，而且计数或计时的方式也可以有很多变化，例如，所述的计时信号只采用一个信号，同时实现开关期间和休眠期间的计时。
参考图3所示，示意了重置信号产生的原理图，包括信号和脉冲信号Vpluse的波形。在短路发生前，信号保持为高电平，判断为短路后，则跳变为低电平。在短路发生前，不会发生脉冲信号，判断为短路后，每当电压采样信号VFB达到一个阈值电压时，则发出一个脉冲信号Vpluse，计时控制电路对开关周期数重新计数或计时。
需要说明的是，计数和计时为两个相对的概念或属于，通过计数的方式可以实现计时，通过计时的方式也可以计数，但本质上的计量一定的时间。本发明不仅起到了短路保护的作用，同时在大电容和大负载应用时，短路恢复和非短路情况的电路启动时可以有效地防止短路的误判断。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种输出保护电路，其特征在于：包括：
误差放大器，分别接收表征输出电压的电压采样信号和参考电压，输出表征二者差值的误差信号；
比较电路，接收表征输出电压的电压采样信号和多个大小不同的阈值电压，所述的电压采样信号每达到一个阈值电压，则输出一个触发信号；
在非短路情况下的开关电路启动过程中，当电压采样信号的上升速度慢于所述参考电压的上升速度时，则所述开关电路也会进入保护模式，在开关周期数或开关状态持续时间到达相应预设值前，若所述电压采样信号上升达到所述阈值电压中的最低阈值电压时，则重新开始对开关周期数计数或对开关状态持续时间重新计时；在开关周期数或开关状态持续时间达到相应预设值前，若输出电压采样信号上升达到下一阈值电压，则再次重新开始对开关周期数计数或对开关状态持续时间计时，直到电压采样信号达到所述阈值电压中的最高阈值电压，所述误差放大器的输出电压趋近于所述参考电压，则退出保护模式，开关电路启动完成并正常工作。
2.根据权利要求1所述的输出保护电路，其特征在于：在发生短路时，所述的输出电压采样信号会降低，所述误差放大器的输出电压增大，当达到预设阈值时，开关电路进入保护模式；在保护模式下，存在开关状态和休眠状态，在开关状态时，对开关周期数进行计数或对开关状态持续时间进行计时，当开关周期数或开关状态持续时间达到相应预设值时，则开关电路的主功率开关管停止开关，并进入休眠状态；在休眠状态时，计算休眠状态的时间，当休眠状态的时间到达其预设值时，则进入开关状态；
所述比较电路判断所述输出电压的值，根据所述触发信号对开关周期数重新计数或对开关状态持续时间重新计时；当所述电压采样信号趋近于所述参考电压时，则解除保护，所述开关电路恢复正常工作。
3.根据权利要求1或2所述的输出保护电路，其特征在于：所述的输出保护电路还包括计时控制电路，所述计时控制电路设有计时控制端、重置端和控制输出端，所述计时控制端接收计时信号，所述的重置端接收重置信号，所述控制输出端输出保护模式控制信号。
4.根据权利要求3所述的输出保护电路，其特征在于：所述的计时信号由用于对开关周期数进行计数或对开关状态持续时间进行计时的信号和表征休眠时间的时钟信号产生。
5.根据权利要求4所述的输出保护电路，其特征在于：所述用于对开关周期数进行计数或对开关状态持续时间进行计时的信号和时钟信号分别输入第一或门的两个输入端，由所述第一或门输出所述计时信号。
6.根据权利要求3所述的输出保护电路，其特征在于：所述误差放大器的输出端连接有钳位检测电路，所述的钳位检测电路用于检测所述误差放大器的输出信号是否达到钳位阈值，若检测到其达到钳位阈值时，则将误差信号钳位至钳位电压值，所述的钳位阈值和钳位电压值的大小可以相等也可以不相等。
7.根据权利要求6所述的输出保护电路，其特征在于：所述比较电路的输出端连接有脉冲发生电路，所述的脉冲发生电路接收所述的触发信号，并根据触发信号产生相应的脉冲信号，通过所述脉冲信号接入所述计时控制电路的重置端。
8.根据权利要求6所述的输出保护电路，其特征在于：所述的钳位电压值表征高电平，对高电平取反后输入第二或门的其中一个输入端，所述第二或门的另一个输入端接收所述脉冲信号，由所述第二或门输出所述重置信号。
9.根据权利要求7所述的输出保护电路，其特征在于：所述的比较电路包括多个与所述阈值电压一一对应的比较器，每个比较器的第一输入端均接收所述表征输出电压的电压采样信号，每个比较器的第二输入端分别接收相应的阈值电压，所述的多个比较器的输出端与所述脉冲发生电路连接。
10.根据权利要求1所述的输出保护电路，其特征在于：所述多个阈值电压中的最大值趋近于所述参考电压。
11.一种输出保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
将表征输出电压的电压采样信号和参考电压，进行误差处理，得到误差信号；
将表征输出电压的电压采样信号和多个大小不同的阈值电压，进行比较，所述的电压采样信号每达到一个阈值电压，则输出一个触发信号；
在发生短路时，所述的输出电压采样信号会降低，所述误差放大器的输出电压增大，当达到预设阈值时，开关电路进入保护模式；在保护模式下，存在开关状态和休眠状态，在开关状态时，对开关周期数进行计数或对开关状态持续时间进行计时，当开关周期数或开关状态持续时间达到相应预设值时，则开关电路的主功率开关管停止开关，并进入休眠状态；在休眠状态时，计算休眠状态的时间，当休眠状态的时间到达其预设值时，则进入开关状态；
所述比较电路判断所述输出电压的值，根据所述触发信号对开关周期数重新计数或对开关状态持续时间重新计时；当所述电压采样信号趋近于所述参考电压时，则解除保护，所述开关电路恢复正常工作。
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