CN107645235A - 一种限流保护电路、保护方法及开关电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种限流保护电路、保护方法及开关电源电路，用于开关电源电路，所述限流保护电路采样任何一种功率器件或电感的电流的瞬时值，将采样电流和限流阈值进行比较，当所述采样电流达到所述限流阈值时，降低补偿信号，所述开关电源电路的输出电压的采样值和参考电压进行比较放大，产生所述补偿信号。

Description

一种限流保护电路、保护方法及开关电源电路

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种限流保护电路、保护方法 及开关电源电路。

背景技术

在恒压输出的开关电源中，当输出电流大于输出电流限流阈值或者输入 电流大于输入电流限流阈值时，需要对电感电流大小进行限制，防止开关电 源系统由于过流造成损伤。开关电源电路的输出电压的采样值和参考电压进 行比较放大，产生所述补偿信号。在恒压输出的开关电源中，当输出电流没 有达到限流阈值，补偿信号控制开关电源的输出电压，以实现恒压。当输出 电流达到限流阈值时，或者输入电流大于输入电流限流阈值时，补偿信号控 制开关电源的电感电流，以实现输出或者输入恒流。现有做法为采样输出电流或者输入电流大小，运算放大器将输出电流值和输出电流限流阈值进行运 算放大，或者将输入电流值和输入电流限流阈值进行运算放大，运算放大器 的输出下拉补偿信号。在现有技术中，需要直接采样输出电流或者输入电流， 或者采样功率器件或电感的电流，通过运算，从而得到表征输出电流或者输 入电流的值，并滤除其开关纹波，得到直流值，才能对输出电流或者输入电 流进行限流控制。在Buck电路中，可以通过采样电感电流并进行滤波到输 出电流。在Boost电路中，可以通过采样电感电流并进行滤波到输入电流。 且将输出电流值或输入电流值和限流阈值进行运算放大的运算放大器需要加 入补偿电路，运算放大器的补偿比较复杂，并且容易出现不稳定的情况。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种限流保护电路、保护方法及开关电 源电路，用以解决现有技术中限流保护电路补偿及控制较为复杂的问题。

本发明的技术解决方案是，提供一种限流保护电路，用于开关电源电路， 所述限流保护电路采样任何一种功率器件或电感的电流的瞬时值，将采样电 流和限流阈值进行比较，当所述采样电流达到所述限流阈值时，降低补偿信 号，所述开关电源电路的输出电压的采样值和参考电压进行比较放大，产生 所述补偿信号。

作为可选，所述的限流保护电路，包括：电流采样电路、比较电路和下拉 电路；

所述电流采样电路、所述比较电路和所述下拉电路依次顺序连接，所述电 流采样电路采样任何一种所述功率器件或所述第一电感的电流，得到所述采 样电流；所述比较电路比较所述采样电流和所述限流阈值，当所述采样电流 大于所述限流阈值时，所述比较电路输出的限流信号有效，所述下拉电路下 拉所述补偿信号。

作为可选，所述电流采样电路和所述第一开关管或第一同步整流管并联， 通过检测所述第一开关管或所述第一同步整流管的两端电压来检测其电流。

作为可选，所述下拉电路包括第一电容，在所述比较电路的输出信号为有 效时，通过对所述电容放电，从而降低所述补偿信号；在所述比较电路的输 出信号为无效时，通过对所述电容充电，从而减小对所述补偿信号的下拉或 者不下拉补偿信号。

作为可选，所述下拉电路还包括：

逻辑电路、第一开关、第二开关、第一电流源、第二电流源和第一MOS 管；

所述逻辑电路接收所述比较电路的输出信号，所述逻辑电路的两个输出分 别控制所述第一开关和所述第二开关，所述第一开关和所述第一电流源任意 顺序串联，为第一串联电路，所述第二开关和所述第二电流源任意顺序串联， 为第二串联电路，所述第一串联电路和所述第二串联电路串联，所述第一串 联电路和所述第二串联电路的公共端连接到所述第一MOS管的控制端，用 以控制补偿信号，并通过所述第一电容连接到参考地，所述第一MOS管的 第一端连接到所述补偿信号，

所述比较电路的输出信号为有效时，所述逻辑电路控制所述第二开关导 通，所述第一开关关断；所述比较电路的输出信号为无效时，所述逻辑电路 控制所述第二开关关断，所述第一开关导通。

本发明的又一技术解决方案是，提供一种开关电源。

本发明的又一技术解决方案是，提供一种限流保护方法，用于开关电源电 路，所述开关电源电路包括第一开关管，第一电感，第一续流二极管或第一 同步整流管，所述第一开关管导通时，所述第一电感电流上升，所述第一续 流二极管或所述第一同步整流管导通时，所述第一电感电流下降，所述第一 开关管或者，所述第一续流二极管或所述第一同步整流管为功率器件，其特 征在于：

采样任何一种所述功率器件或所述第一电感的电流，将采样电流和限流阈 值进行比较，当所述采样电流大于所述限流阈值时，补偿信号被下拉。

采用本发明的电路结构和方法，与现有技术相比，具有以下优点：采样 任何一种功率器件或电感的电流的瞬时值即可实现限流保护，大大简化了限 流保护电路。

附图说明

图1为本发明限流保护电路100的框图；

图2为本发明电流采样电路101的一种实施例；

图3为本发明比较电路102的一种实施例；

图4为本发明下拉电路104的一种实施例。

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。

本发明的技术解决方案是，提供一种限流保护电路，用于开关电源电路， 所述限流保护电路采样任何一种功率器件或电感的电流的瞬时值，将采样电 流和限流阈值进行比较，当所述采样电流达到所述限流阈值时，降低补偿信 号，所述开关电源电路的输出电压的采样值和参考电压进行比较放大，产生 所述补偿信号。

所述开关电源包括开关管，电感，续流二极管或同步整流管，开关管导通 时，电感电流上升，续流二极管或同步整流管导通时，电感电流下降，所述 功率器件为开关管或续流二极管或同步整流管。在恒压控制的开关电源中， 在输出电流没有达到限流值时，开关电源电路的输出电压的采样值和参考电 压进行比较放大，产生所述补偿信号，控制开关电源电路的输出电压。当开 关电源的输出电流达到输出电流限流值或者输入电流达到输入电流限流值 时，则降低补偿信号，电感电流减小，从而实现限流保护。本发明只需要采 样任何一种功率器件或电感的电流的瞬时值即可实现限流保护，不需要对电 流进行运算和滤波，大大简化了限流保护电路。

在Buck降压电路中，限流保护电路采样任何一种功率器件或电感的电流 的瞬时值，将采样电流和输出限流阈值进行比较，当所述采样电流达到输出 限流阈值时，降低补偿信号，从而实现输出限流。在Boost升压电路中，限 流保护电路采样任何一种功率器件或电感的电流的瞬时值，将采样电流和输 入限流阈值进行比较，当所述采样电流达到输入限流阈值时，降低补偿信号， 从而实现输入限流。虽然列举了Buck和Boost两种开关电源，但不限于这两 种拓扑。

在一个实施例中，参考图1所示，所述的限流保护电路100，包括：电流 采样电路101、比较电路102和下拉电路103；

所述电流采样电路101、所述比较电路102和所述下拉电路103依次顺序 连接，所述电流采样电路101采样任何一种所述功率器件或所述第一电感的 电流，得到所述采样电流；所述比较电路102比较所述采样电流和所述限流 阈值，当所述采样电流大于所述限流阈值时，所述比较电路102输出的限流 信号有效，所述下拉电路103下拉所述补偿信号。在现有方案中，需要运算 放大器将输出电流和限流阈值进行运放放大从而实现限流保护，而现有方案 无需运放放大器，只需比较电路就可以实现，降低了系统的复杂度，降低了 系统成本。

在一个实施例中，所述电流采样电路和所述第一开关管或第一同步整流管 并联，通过检测所述第一开关管或所述第一同步整流管的两端电压来检测其 电流。

在一个实施例中，参考图2所示，为一种电流采样电路，包括NMOS管 1011、1013、运算放大器1012、电流镜1014、电阻1015。NMOS1011的导 通阻抗为功率管Q1的k倍，NMOS1011的栅极连接到功率管Q1的栅极， NMOS1011的源极连接到功率管Q1的源极，功率管Q1的漏极连接到运算 放大器1012的正输入端，NMOS1011的漏极连接到运算放大器1012的负输 入端，并且连接到NMOS1013的源极，运算放大器1012的输出端连接到 NMOS1013的栅极，NMOS1013的漏极连接到电流镜1014的输入端，电流 镜1014的输出端连接到电阻1015的一端，电阻1015的另一端连接到地电位， 电流镜1014的输出电流或电阻1015上的电压即表征功率管Q1的电流大小。 运算放大器1012通过调节流过NMOS1011和1013的电流，使得功率管Q1 和NMOS漏极的电压相等，由于NMOS1011的电阻是功率管Q1的k倍，因 此，NMOS1011上的电流为功率管Q1上的电流的1/k，通过电流镜1014， 将NMOS1011上的电流镜像到电流镜1014的输出端，因此电流镜1014的输 出电流和电阻1015上的电压即表征功率管Q1上的电流。

在一个实施例中，参考图3所示，所述比较电路102为比较器1021。比 较器1021的负输入端接收限流阈值，正输入端接收采样电流，输出端输出限 流信号。当采样电流大于限流阈值时，限流信号为高；当采样电流小于限流 阈值时，限流信号为低。

在一个实施例中，所述下拉电路包括第一电容，在所述比较电路的输出信 号为有效时，通过对所述电容放电，从而降低所述补偿信号；在所述比较电 路的输出信号为无效时，通过对所述电容充电，从而减小对所述补偿信号的 下拉或者不下拉补偿信号。

在一个实施例中，参考图4所示，所述下拉电路103还包括：

逻辑电路1031、第一开关1032、第二开关1034、第一电流源1033、第二 电流源1035和第一MOS管1037；

所述逻辑电路1031接收所述比较电路102的输出信号，所述逻辑电路103 的两个输出分别控制所述第一开关1032和所述第二开关1034，所述第一开 关1032和所述第一电流源1033任意顺序串联，为第一串联电路，所述第二 开关1034和所述第二电流源1035任意顺序串联，为第二串联电路，所述第 一串联电路和所述第二串联电路串联，所述第一串联电路和所述第二串联电 路的公共端连接到所述第一MOS管1037的控制端，用以控制补偿信号，并 通过所述第一电容1036连接到参考地，所述第一MOS管1037的第一端连 接到所述补偿信号，

所述比较电路102的输出信号为有效时，所述逻辑电路控制所述第二开关1034导通，所述第一开关1032关断；所述比较电路102的输出信号为无效 时，所述逻辑电路103控制所述第二开关1034关断，所述第一开关1032导 通。

第一MOS管1037为PMOS，第一端为源极，控制端为栅极，第二端为 漏极，连接到参考地。一般而言，可以认为，所述的有效是指逻辑高电平， 无效则是指逻辑低电平。但也可以所述的有效是指逻辑低电平，无效则是指 逻辑高电平。

本发明的又一技术解决方案是，提供一种开关电源。

本发明的又一技术解决方案是，提供一种限流保护方法，用于开关电源电 路，所述开关电源电路包括第一开关管，第一电感，第一续流二极管或第一 同步整流管，所述第一开关管导通时，所述第一电感电流上升，所述第一续 流二极管或所述第一同步整流管导通时，所述第一电感电流下降，所述第一 开关管或者，所述第一续流二极管或所述第一同步整流管为功率器件，采样 任何一种所述功率器件或所述第一电感的电流，将采样电流和限流阈值进行 比较，当所述采样电流大于所述限流阈值时，补偿信号被下拉。

除此之外，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 (7)

1.一种限流保护电路，用于开关电源电路，其特征在于：所述限流保护电路采样任何一种功率器件或电感的电流的瞬时值，将采样电流和限流阈值进行比较，当所述采样电流达到所述限流阈值时，降低补偿信号，

所述开关电源电路的输出电压的采样值和参考电压进行比较放大，产生所述补偿信号。

2.根据权利要求1所述的限流保护电路，其特征在于，包括：

电流采样电路、比较电路和下拉电路；

所述电流采样电路、所述比较电路和所述下拉电路依次顺序连接，所述电流采样电路采样任何一种所述功率器件或所述第一电感的电流，得到所述采样电流；所述比较电路比较所述采样电流和所述限流阈值，当所述采样电流大于所述限流阈值时，所述比较电路输出的限流信号有效，所述下拉电路下拉所述补偿信号。

3.根据权利要求2所述的限流保护电路，其特征在于，所述电流采样电路和所述第一开关管或第一同步整流管并联，通过检测所述第一开关管或所述第一同步整流管的两端电压来检测其电流。

4.根据权利要求2所述的限流保护电路，其特征在于，所述下拉电路包括第一电容，在所述比较电路的输出信号为有效时，通过对所述电容放电，从而降低所述补偿信号；在所述比较电路的输出信号为无效时，通过对所述电容充电，从而减小对所述补偿信号的下拉或者不下拉补偿信号。

5.根据权利要求2所述的限流保护电路，其特征在于，所述下拉电路还包括：

逻辑电路、第一开关、第二开关、第一电流源、第二电流源和第一MOS管；

所述逻辑电路接收所述比较电路的输出信号，所述逻辑电路的两个输出分别控制所述第一开关和所述第二开关，所述第一开关和所述第一电流源任意顺序串联，为第一串联电路，所述第二开关和所述第二电流源任意顺序串联，为第二串联电路，所述第一串联电路和所述第二串联电路串联，所述第一串联电路和所述第二串联电路的公共端连接到所述第一MOS管的控制端，用以控制补偿信号，并通过所述第一电容连接到参考地，所述第一MOS管的第一端连接到所述补偿信号，

所述比较电路的输出信号为有效时，所述逻辑电路控制所述第二开关导通，所述第一开关关断；所述比较电路的输出信号为无效时，所述逻辑电路控制所述第二开关关断，所述第一开关导通。

6.一种开关电源，其特征在于：包括如权利要求1～5任意一项所述限流保护电路。

7.一种限流保护方法，用于开关电源电路，所述开关电源电路包括第一开关管，第一电感，第一续流二极管或第一同步整流管，所述第一开关管导通时，所述第一电感电流上升，所述第一续流二极管或所述第一同步整流管导通时，所述第一电感电流下降，所述第一开关管或者，所述第一续流二极管或所述第一同步整流管为功率器件，其特征在于：

采样任何一种所述功率器件或所述第一电感的电流，将采样电流和限流阈值进行比较，当所述采样电流大于所述限流阈值时，补偿信号被下拉。