CN109038506A - 集成线性补偿的过流保护电路 - Google Patents

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Abstract

一种集成线性补偿的过流保护电路，可与电源系统的晶体管连接，包括过流点检测模块、状态检测及屏蔽模块、计数器模块以及控制逻辑模块。过流点检测模块用于判断输入至晶体管的电流是否过流，并在过流时发送一过流信号；状态检测及屏蔽模块用于判断电源系统是否处在稳定状态，若电源系统处在稳定状态则发送一稳定信号；计数器模块用于接收过流信号以及稳定信号，其中，当计数器模块连续接收过流信号的次数大于默认次数，且接收到稳定信号时，计数器模块发送一触发信号；以及控制逻辑模块与计数器模块连接，并用以控制晶体管的开启或关断，其中，当控制逻辑模块接收到触发信号时，关断晶体管。

Description

集成线性补偿的过流保护电路
技术领域
本发明涉及集成线性补偿的过流保护电路，尤指一种应用在单级功率因数校正(PFC，Power Factor Correction)恒压控制系统的交流-直流(AC-DC)驱动器的集成线性补偿的过流保护电路。
背景技术
一般而言，在现有的AC-DC开关电源转换器中，为了防止负载电路在发生故障或出现异常过载电流时，系统的输出功率急剧增大，造成高压功率器件(例如晶体管MOSFET)、电源系统本身以及负载电路发生永久性的损坏，通常会引入过流保护机制(OCP)。又由于在开关电源系统中，从发生过流信号到系统关闭MOSFET会产生延时，而这个延时会随着输入电压的升高而增大，导致OCP阈值有很大差异，因此在现有技术中使用线性OCP补偿电路在全电压范围内使电源系统的OCP曲线趋向平坦。
请参阅图1及图2，图1为现有技术的单级PFC的恒电压(Constant Voltage)驱动器架构示意图，图2为图1中各节点的波形图。如图所示，现有技术的在单级PFC系统3中，为了对OCP进行补偿，就需要获取输入电压的信息。由于单级PFC系统3的为了保持高功率因数性能，AC电压(图2：VAC波形)在经过整流桥之后没有大容值的电解电容对其进行滤波，在系统工作时单级PFC系统3看到的输入电压仍然是脉动幅度很大的直流电源(图2：VBUS波形)。所以单级PFC系统3无法简单的获取稳定的输入电压的信息。现有的技术方案有两种：1.通过变压器辅助绕组逐周期对输入电压进行采样，根据采样信号逐周期对过流点进行补偿。缺点是无法在较宽的输入电压范围内实现低压段不补偿，高压段足够补偿。同时容易出现低压时过补偿，导致输入电流失真，影响功率因数性能。2.在前一个方法的基础上在系统内部引入一个模拟数字转换器(ADC,Analog to Digital Converter)模块逐周期采样输入电压信号，并通过电容对ADC输出信号进行积分，获得输入电压信号的平均值。该方法可以获得稳定的输入电压信号，缺点是ADC模块和积分电容面积较大，提高了芯片成本，同时响应速度较慢。
上述两种现有的OCP补偿技术方案各有缺点，因此，如何能提供一种保证OCP补偿一致性的同时，既不增加芯片成本，也不影响功率因数性能的集成线性补偿的过流保护电路，即为各家业者亟待解决的课题。
发明内容
鉴于现有技术的种种缺失，本发明的主要目的，即在于提供一种保证OCP补偿一致性的同时，既不增加芯片成本，也不影响功率因数性能的集成线性补偿的过流保护电路。
为了达到上述目的及其他目的，本发明提供一种与电源系统的晶体管连接的集成线性补偿的过流保护电路，包括过流点检测模块、状态检测及屏蔽模块、计数器模块以及控制逻辑模块。
过流点检测模块用于判断输入至晶体管的电流是否过流，并在过流时发送一过流信号；状态检测及屏蔽模块用于判断电源系统是否处在稳定状态，若电源系统处在稳定状态，环路状态检测模块发送一稳定信号；计数器模块与过流点检测模块以及状态检测及屏蔽模块连接，用于接收过流信号以及稳定信号，其中，当计数器模块连续接收过流信号的次数大于默认次数，且接收到稳定信号时，计数器模块发送一触发信号；以及控制逻辑模块与计数器模块连接，并用以控制晶体管的开启或关断，其中，当控制逻辑模块接收到触发信号时，关断晶体管。
在一实施例中，过流点检测模块还包括电流采样电阻以及第一比较器。电流采样电阻与晶体管串联且接地；以及第一比较器与电流采样电阻连接，其中，当输入电流流经晶体管及电流采样电阻时，在电流采样电阻产生一检测电压，第一比较器将检测电压与一默认电压比较，以判断输入电流是否过流。
在一实施例中，状态检测及屏蔽模块还包括与电源系统连接的第二比较器、第三比较器以及第四比较器，用以判断电源系统是处于稳定状态或其他状态。
在一实施例中，电源系统的状态包括稳定状态、启动状态或负载动态响应状态。
在一实施例中，计数器模块包括多个串联的触发器。
相较于现有技术，由于本发明的集成线性补偿的过流保护电路具有状态检测及屏蔽模块，用以判断电源系统状态并以此为依据控制OCP，使得OCP曲线一致性好，同时瞬态响应快。又由于本发明的集成线性补偿的过流保护电路独立于电源系统核心误差放大器控制环路之外，不会出现现有技术在特定条件下出现过补偿导致功率因数(PF)性能下降的问题。此外，本发明的集成线性补偿的过流保护电路省去了输入电压检测电路(例如ADC模块和积分电容)，电路结构简单，不会大幅增加芯片面积造成成本升高。
附图说明
图1为现有技术的单级PFC的恒电压驱动器架构示意图；
图2为图1中各节点的波形图；
图3为本发明一实施例的集成线性补偿的过流保护电路的架构示意图。
符号说明：
1 集成线性补偿的过流保护电路
10 流点检测模块
11 状态检测及屏蔽模块
12 计数器模块
13 控制逻辑模块
2 电源系统
20 晶体管
3 现有技术的单级PFC系统
Comp1 第一比较器
Comp2 第二比较器
Comp3 第三比较器
Comp4 第四比较器
R1 电流采样电阻
IOUT 节点
VAC 节点
VBUS 节点
VOUT 节点
Vfb 电压信号
具体实施方式
以下藉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示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明亦可藉由其他不同的具体实施例加以施行或应用。
请参阅图3，图3为本发明一实施例的集成线性补偿的过流保护电路的架构示意图。如图所示，本发明的集成线性补偿的过流保护电路1，与电源系统2的晶体管20(例如N型MOSFET)连接，集成线性补偿的过流保护电路1包括过流点检测模块10、状态检测及屏蔽模块11、计数器模块12以及控制逻辑模块13。
过流点检测模块10用于判断输入至晶体管20的电流是否过流，并在过流时发送一过流信号；状态检测及屏蔽模块11用于判断电源系统2是否处在稳定状态，若电源系统2处在稳定状态，环路状态检测模块11发送一稳定信号；计数器模块12与过流点检测模块10以及状态检测及屏蔽模块11连接，用于接收过流信号以及稳定信号，其中，当计数器模块12连续接收过流信号的次数大于默认次数，且接收到稳定信号时，计数器模块12发送一触发信号；以及控制逻辑模块13与计数器模块12连接，并用以控制晶体管20的开启或关断，其中，当控制逻辑模块13接收到触发信号时，关断晶体管20，使得整体系统处于过流保护状态。
本发明的集成线性补偿的过流保护电路1不再检测输入电压信息，而是从能量的角度判断OCP。既能获得很高的OCP曲线一致性，也不会牺牲系统的其它关键性能，如功率因数。
在一实施例中，过流点检测模块10还包括电流采样电阻R1以及第一比较器Comp1。电流采样电阻R1与晶体管20串联且接地；以及第一比较器Comp1与电流采样电阻R1连接，其中，当输入电流流经晶体管20及电流采样电阻R1时，在电流采样电阻R1产生一检测电压，所述检测电压与输入电流大小成正比，第一比较器将检测电压与一默认电压比较，以判断输入电流是否过流。
在一实施例中，状态检测及屏蔽模块11还包括与电源系统2连接的第二比较器Comp2、第三比较器Comp3以及第四比较器Comp4，用以判断电源系统2是处于稳定状态或其他状态。进一步来说，电源系统2的状态包括稳定状态、启动状态或负载动态响应状态，其中，第二比较器Comp2、第三比较器Comp3以及第四比较器Comp4的其中之一输入端都连接至电源系统2，以检测带有电源系统2输出电压信息的电压信号Vfb，且第二比较器Comp2、第三比较器Comp3以及第四比较器Comp4的另一输入端分别连接不同的参照电压以做比较。举例来说，藉由设定不同的参照电压，可令第二比较器Comp2、第三比较器Comp3以及第四比较器Comp4的输出端信号分别代表电源系统2是处于稳定状态、启动状态或负载动态响应状态。
状态检测及屏蔽模块11的作用是对除稳定状态以外的状态进行OCP功能的屏蔽，防止电源系统2在这些状态下误触发OCP。在这些状态下，电源系统2为了加快环路的建立，快速响应机制给电源系统2提供最大能量以帮助电源系统2尽快达到要求的输出。在最大能量条件下必然会发生短暂的过流信号，为了避免这时的过流信号误触发OCP，需要对这些状态进行检测和屏蔽。
在一实施例中，计数器模块12包括多个串联的触发器，举例来说，可以是多个串联的D触发器，计数器模块12通过串联的D触发器对过流信号进行计数，当连续发生过流信号使得计数器模块12计满，才会允许触发OCP。
综上所述，由于本发明的集成线性补偿的过流保护电路具有状态检测及屏蔽模块，用以判断电源系统状态并以此为依据控制OCP，使得OCP曲线一致性好，同时瞬态响应快。又由于本发明的集成线性补偿的过流保护电路独立于电源系统核心误差放大器控制环路之外，不会出现现有技术在特定条件下出现过补偿导致功率因数性能下降的问题。此外，本发明的集成线性补偿的过流保护电路省去了输入电压检测电路(例如ADC模块和积分电容)，电路结构简单，不会大幅增加芯片面积造成成本升高。
藉由以上较佳具体实施例的描述，本领域具有通常知识者当可更加清楚本发明的特征与精神，惟上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，而非用以限制本发明。因此，任何对上述实施例进行的修改及变化仍不脱离本发明的精神，且本发明的权利范围应如权利要求书所列。

Claims (5)

1.一种集成线性补偿的过流保护电路，与电源系统的晶体管连接，其特征在于，所述集成线性补偿的过流保护电路包括：
过流点检测模块，用于判断输入至所述晶体管的电流是否过流，并在过流时发送一过流信号；
状态检测及屏蔽模块，用于判断所述电源系统是否处在稳定状态，若所述电源系统处在稳定状态，所述环路状态检测模块发送一稳定信号；
计数器模块，与所述过流点检测模块以及状态检测及屏蔽模块连接，用于接收所述过流信号以及所述稳定信号，其中，当所述计数器模块连续接收所述过流信号的次数大于默认次数，且接收到所述稳定信号时，所述计数器模块发送一触发信号；以及
控制逻辑模块，与所述计数器模块连接，并用以控制所述晶体管的开启或关断，其中，当所述控制逻辑模块接收到所述触发信号时，关断所述晶体管。
2.如权利要求1所述的集成线性补偿的过流保护电路，其特征在于，所述过流点检测模块还包括：
电流采样电阻，与所述晶体管串联且接地；以及
第一比较器，与所述电流采样电阻连接，
其中，当输入电流流经所述晶体管及所述电流采样电阻时，在所述电流采样电阻产生一检测电压，所述第一比较器将所述检测电压与一默认电压比较，以判断输入电流是否过流。
3.如权利要求1所述的集成线性补偿的过流保护电路，其特征在于，所述状态检测及屏蔽模块还包括与所述电源系统连接的第二比较器、第三比较器以及第四比较器，用以判断所述电源系统是处于稳定状态或其他状态。
4.如权利要求3所述的集成线性补偿的过流保护电路，其特征在于，所述电源系统的状态包括稳定状态、启动状态或负载动态响应状态。
5.如权利要求1所述的集成线性补偿的过流保护电路，其特征在于，所述计数器模块包括多个串联的触发器。
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