CN110198125A - 一种开关电源及其系统输出短路保护电路和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种开关电源中的系统输出短路保护电路，包括系统输出检测电路、功率输出电路和启停控制电路；系统输出检测电路用于检测系统输出电压是否低于预设短路电压阈值；功率输出电路的供电端通过电源电容接地，输出端与功率开关管的控制端连接；启停控制电路用于在系统输出电压低于预设短路电压阈值后，将生成的过程控制信号输出至功率输出电路，并当供电端的供电端电压满足上电触发条件时对电源电容进行充电，以便功率输出电路根据过程控制信号进行上电后功率输出过程和上电后低耗输出过程。本申请降低了系统输出短路保护期间的平均功耗，提高了产品经济效益。本申请还公开了一种开关电源及其系统输出短路保护方法，也具有上述有益效果。

Description

一种开关电源及其系统输出短路保护电路和方法
技术领域
本申请涉及开关电源技术领域，特别涉及一种开关电源及其系统输出短路保护电路和方法。
背景技术
开关电源中一般都会设置有系统输出短路保护机制，在系统输出短路后进行重启。现有技术中的开关电源的输出短路保护过程实际上和开关电源第一次的启动过程是一样的。而由于用户对第一次启动速度的要求较高，所以现有技术中开关电源输出短路保护时的上电时间很短。当功率控制器的供电端电压完成上电后，开关电源又会启动正常工作，通过控制功率开关管进行开关动作而实现功率输出，此时处于输出短路状态的开关电源无法由辅助边绕组为供电端电压正常供电，因而使得供电端电压因功率消耗而降低，当降低至一定阈值时又会触发再一次的上电，如此，开关电源在输出短路保护过程中便不断往复进行着上电、放(耗)电的过程。由于现有技术中的开关电源在放电阶段的功率消耗较大，而功率消耗较小的上电时间又很短，因此，整个输出短路保护过程中的平均功耗较大。
鉴于此，开关电源中采用何种系统输出短路保护技术，以便有效减少输出短路保护期间的平均功耗，进而有效提升开关电源的产品竞争力和经济效益，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种开关电源及其系统输出短路保护电路和方法，以便有效降低系统在输出短路保护期间内的平均功耗，进而有效提升开关电源的产品竞争力和经济效益。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种开关电源中的系统输出短路保护电路，包括系统输出检测电路、功率输出电路和启停控制电路；
所述系统输出检测电路用于检测所述开关电源的系统输出电压是否低于预设短路电压阈值；
所述功率输出电路的供电端通过电源电容接地，所述功率输出电路的输出端与功率开关管的控制端连接；
所述启停控制电路与所述功率输出电路的所述供电端和控制端连接，并与所述系统输出检测电路的输出端连接，用于在所述系统输出电压低于所述预设短路电压阈值后，将生成的过程控制信号输出至所述功率输出电路，并当所述供电端的供电端电压满足上电触发条件时对所述电源电容进行充电，以便所述功率输出电路根据所述过程控制信号进行上电后功率输出过程和上电后低耗输出过程；处于功率输出状态时的所述功率输出电路用于控制所述功率开关管进行开关动作，处于低耗输出状态时的所述功率输出电路用于控制所述功率开关管保持关断状态。
可选地，所述启停控制电路用于控制所述功率输出电路进行上电后功率输出过程的上电触发条件：为所述供电端电压下降至第一预设上电触发阈值；
所述启停控制电路用于控制所述功率输出电路进行上电后低耗输出过程的上电触发条件：为所述供电端电压下降至第二预设上电触发阈值。
可选地，所述第一预设上电触发阈值为所述功率输出电路的最低工作电压；所述第二预设上电触发阈值高于所述第一预设上电触发阈值。
可选地，所述启停控制电路用于控制所述功率输出电路进行上电后功率输出过程的输出触发条件为：所述供电端电压上升至第一预设输出触发阈值；
所述启停控制电路用于控制所述功率输出电路进行上电后低耗输出过程的输出触发条件为：所述供电端电压上升至第二预设输出触发阈值。
可选地，所述第二预设输出触发阈值高于所述第一预设输出触发阈值。
可选地，所述启停控制电路包括依次连接的计数器模块、启停控制器模块和上电启动电路，所述上电启动电路的输出端与所述功率输出电路的所述供电端连接，所述启停控制器模块的输出端与所述功率输出电路的所述控制端连接；
所述计数器模块用于对所述功率输出电路在一个循环周期内完成的上电后低耗输出过程的次数进行计数并输出计数结果信号；
所述上电启动电路用于在启动时为所述电源电容充电；
所述启停控制器模块用于输出与所述计数结果信号对应的启动控制信号至所述上电启动电路，并输出与所述计数结果信号对应的所述过程控制信号至所述功率输出电路，以便所述功率输出电路根据所述过程控制信号在各个循环周期内进行一次上电后功率输出过程和预设数量次上电后低耗输出过程。
可选地，在所述上电后功率输出过程中，所述功率输出电路控制所述功率开关管进行开关动作的持续时间为预设时长。
可选地，还包括：
与所述启停控制电路连接、与所述开关电源的正常供电电源相独立的短路供电电源，用于在系统输出短路后为所述启停控制电路供电。
本申请还公开了一种开关电源中的系统输出短路保护方法，应用于如上所述的任一种系统输出短路保护电路中的启停控制电路，包括：
获取所述系统输出检测电路输出的短路标志信号；
根据所述短路标志信号判断是否系统输出短路；
若是，则将生成的所述过程控制信号输出至所述功率输出电路，并在所述供电端电压满足所述上电触发条件时对所述电源电容进行充电，以便所述功率输出电路根据所述过程控制信号进行上电后功率输出过程和上电后低耗输出过程。
本申请还公开了一种开关电源，包括如上所述的任一种系统输出短路保护电路。
本申请所提供的开关电源中的系统输出短路保护电路，包括系统输出检测电路、功率输出电路和启停控制电路；所述系统输出检测电路用于检测所述开关电源的系统输出电压是否低于预设短路电压阈值；所述功率输出电路的供电端通过电源电容接地，所述功率输出电路的输出端与功率开关管的控制端连接；所述启停控制电路与所述功率输出电路的所述供电端和控制端连接，并与所述系统输出检测电路的输出端连接，用于在所述系统输出电压低于所述预设短路电压阈值后，将生成的过程控制信号输出至所述功率输出电路，并当所述供电端的供电端电压满足上电触发条件时对所述电源电容进行充电，以便所述功率输出电路根据所述过程控制信号进行上电后功率输出过程和上电后低耗输出过程；处于功率输出状态时的所述功率输出电路用于控制所述功率开关管进行开关动作，处于低耗输出状态时的所述功率输出电路用于控制所述功率开关管保持关断状态。
可见，相比于现有技术，本申请所提供的开关电源中的系统输出短路保护电路，在检测到系统输出短路之后，利用启停控制电路控制开关电源的功率输出电路交替进行上电后功率输出过程和上电后低耗输出过程。本申请通过引入在整个过程中都禁止功率开关管开关动作的上电后低耗输出过程，避免了对供电端电能的过快消耗，有效地降低了开关电源在整个输出短路保护期间内的平均功耗，进而提升了开关电源的产品竞争力和经济效益。本申请所提供的开关电源及其系统输出短路保护方法同样具有上述有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。
图1为一种开关电源的基本工作原理结构图；
图2为开关电源在系统输出短路前后的信号波形图；
图3为现有技术中的一种系统输出短路保护的信号波形图；
图4为现有技术中的又一种系统输出短路保护的信号波形图；
图5为本申请所提供的一种开关电源中的系统输出短路保护电路的结构示意图；
图6为本申请所提供的一种系统输出短路保护的信号波形图；
图7为本申请所提供的另一种系统输出短路保护的信号波形图；
图8为本申请所提供的又一种系统输出短路保护的信号波形图；
图9为本申请所提供的又一种开关电源中的系统输出短路保护电路的结构示意图；
图10为本申请所提供的一种开关电源中的系统输出短路保护方法的流程图；
图11为本申请所提供的又一种开关电源中的系统输出短路保护方法的流程图。
具体实施方式
本申请的核心在于提供一种开关电源及其系统输出短路保护电路和方法，以便有效降低系统在输出短路保护期间内的平均功耗，进而有效提升开关电源的产品竞争力和经济效益。
为了对本申请实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行介绍。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参考图1，图1为开关电源的基本工作原理结构图。
如图1所示的开关电源，变压器T的原边绕组、副边绕组与辅助边绕组的匝数依次为Np、Ns和NA，原边绕组的输入端电压为高压VBUS，副边绕组电压为Vs，输出电压为Vo，当Vs足够高而令输出二极管D1导通时，有电流输出。辅助边绕组电压VAUX经反馈电阻Rfb1、Rfb2分压后将反馈电压Vfb输入至功率控制器。根据副边绕组与辅助边绕组的匝比关系可知，VAUX：Vs＝NA：Ns，则反馈电压Vfb与输出电压Vo间的关系式为：
其中，VD1为输出二极管D1的压降。可见，由于VD1较小，反馈电压Vfb与输出电压Vo是基本成比例关系的，功率控制器可通过检测反馈电压Vfb而间接获取输出电压Vo。
功率控制器和功率开关管Q是开关电源中功率输出电路的重要器件。在开关电源正常工作期间，功率控制器根据反馈电压Vfb不断调整原边导通时间或开关周期以维持输出电压Vo稳定。因此，在开关电源正常工作时，辅助边绕组电压VAUX足够大以令二极管D2导通，从而由辅助边绕组为功率控制器的供电端和电源电容Cv供电，补给功率控制器内部电路的功率损耗。
而当开关电源出现系统输出短路的故障时，输出电压Vo将明显下降为一个很小的值，接近为零，并因此令辅助边绕组电压VAUX和反馈电压Vfb同样很小。由此，一方面，二极管D2无法导通，供电端电压Vc将因为功率控制器的内部电路功耗而逐渐下降；另一方面，功率控制器会增大功率的输出以提高输出电压Vo。
请参考图2，图2为开关电源在系统输出短路前后的信号波形图。如图2所示，tons是副边导通时间信号，tonp是原边导通时间信号，Ip是原边电流。当输出电压Vo因系统输出短路而明显下降后，在副边导通期间内的反馈电压Vfb的大小也明显下降。其中，Vo_scp是预设短路电压阈值，当输出电压低于Vo_scp时，标志系统输出短路。
请参考图3，图3为现有技术中的一种系统输出短路保护的信号波形图。
VUVLO是现有技术中的预设上电触发阈值，当供电端电压Vc低于VUVLO时便触发欠压保护，系统进入输出短路保护过程，功率控制器停止功率开关管Q的开关动作，只消耗较小的漏电流，上电启动电路运行，从母线电压VBUS处获取电能为电源电容Cv充电。
Vst是现有技术中的预设输出触发阈值，当供电端电压Vc达到Vst后，标志电容Cv充电完成，系统进入正常工作过程即进行功率输出，功率控制器控制功率开关管Q进行开关动作，以一定输出功率给输出供电，并如此往复。
SW是功率控制器用于控制功率开关管Q通断的控制信号。
Icc是功率控制器从供电端获取的电流，其具体在功率开关管Q进行开关动作期间达到最大值Icc_operating。
P_buss是原边输入端上母线电压的功耗，其具体在功率开关管Q进行开关动作期间达到最大值P_operating，在电源电容Cv充电时为P_startup。
可见，如图3所示，现有技术中开关电源虽然在上电阶段具有较小的功耗P_startup，但在供电端电压Vc从Vst下降到VUVLO过程中因进行了功率输出而具有较大的功耗P_operating，而且上电阶段的时间较短，因此整个输出短路保护过程的平均功耗也较大。
需要说明的是，图3所示的输出短路故障具体是发生在开关电源第一次上电工作(t0时刻)之前的，图3中t0-t1时段即为开关电源的第一次上电阶段。
当然，输出短路故障也可能发生在开关电源第一次上电后的正常工作期间。请参考图4，图4为现有技术中又一种系统输出短路保护的信号波形图。
如图4所示，开关电源在t0-t1时段进行第一次上电，并在正常控制功率开关管进行开关动作期间的t2时刻发生了系统输出短路故障，并触发了欠压保护。
综合图3和图4可知，现有技术中系统输出短路保护后，当供电端电压Vc上电完成后功率开关管Q即进行开关动作，即，现有技术中的系统输出短路保护实际上仅仅重复进行上电后功率输出过程。
请参考图5，图5为本申请所提供的一种开关电源中的系统输出短路保护电路的结构示意图，包括系统输出检测电路、功率输出电路和启停控制电路；
系统输出检测电路用于检测开关电源的系统输出电压Vo是否低于预设短路电压阈值Vo_scp；
功率输出电路的供电端通过电源电容Cv接地，功率输出电路的输出端与功率开关管Q的控制端连接；
启停控制电路与功率输出电路的供电端和控制端连接，并与系统输出检测电路的输出端连接，用于在系统输出电压Vo低于预设短路电压阈值Vo_scp后，将生成的过程控制信号Confirm输出至功率输出电路，并当供电端电压Vc满足上电触发条件时对电源电容Cv进行充电，以便功率输出电路根据所述过程控制信号Confirm进行上电后功率输出过程和上电后低耗输出过程；处于功率输出状态时的功率输出电路用于控制功率开关管Q进行开关动作，处于低耗输出状态时的功率输出电路用于控制功率开关管Q保持关断状态。
其中，系统输出检测电路利用比较器电路将输出电压Vo与预设短路电压阈值Vo_scp进行比较，从而生成短路标志信号short。
针对于现有技术中平均功耗较大的缺陷，本申请所提供的系统输出短路保护电路，在系统输出短路后，利用启停控制电路的控制作用，令功率输出电路循环进行上电后功率输出过程和上电后低耗输出过程，而非像现有技术中那样只进行上电后功率输出过程。
所说的“上电后功率输出过程”，即在功率输出电路的供电端电压Vc满足上电触发条件(如下降至第一预设上电触发阈值)后对电源电容Cv进行充电，当上电完成(如达到第一预设输出触发阈值)后，停止上电并控制功率开关管Q进行开关动作进行功率输出。所说的“上电后低耗输出过程”，即在功率输出电路的供电端电压Vc满足上电触发条件(如下降至第二预设上电触发阈值)后对电源电容Cv进行充电，当上电完成(如达到第二预设输出触发阈值)后，停止上电并一直保持功率开关管Q无开关动作，功率输出电路从供电端获取的电流仅用于维持一些小电流电路，保持低耗输出，即开关电源不启动正常工作，供电端电压Vc也因此下降得较为缓慢。
显然地，上电后低耗输出过程中的功率消耗显著低于上电后功率输出过程。本申请通过令开关电源的功率输出电路在输出短路保护期间不断地循环进行上电后功率输出过程和上电后低耗输出过程，可有效降低整个输出短路保护期间内的平均功耗。
具体地，本领域技术人员可以设置一个过程控制信号Confirm，用以控制和标志上电后功率输出过程和上电后低耗输出过程。例如，可将过程控制信号Confirm的第一电平用于表示进行上电后功率输出过程，并将过程控制信号Confirm的第二电平用于表示进行上电后低耗输出过程。其中，所说的第一电平具体可以为0，对应地，第二电平可以为1。
具体地，上电后功率输出过程和上电后低耗输出过程可交替进行。需要说明的是，本领域技术人员可以自行设计上电后功率输出过程与上电后低耗输出过程的交替进行方式。所说的“交替进行”并不仅限于单次上电后功率输出过程和单次上电后低耗输出过程的交替进行，还可以为一次上电后功率输出过程与多次连续的上电后低耗输出过程的交替进行。容易理解的是，在一个循环周期内，上电后低耗输出过程的次数越多，最终得到的平均功耗就越低。
如上所述，为了提高上电后低耗输出过程在整个输出短路保护期间所占的比重，可令功率输出电路每进行一次上电后功率输出过程后就进行预设数量次(例如2次、3次、4次等)上电后低耗输出过程，以便进一步降低平均功耗，本领域技术人员可自行选择并设置所说的预设数量。
还需要说明的是，图5中只示出了开关电源中与本申请相关的部分电路结构，其余并未示出的部分可具体参考图1或者其他现有技术。其中，本申请中所指的功率输出电路便具体可利用现有技术中(如图1所示)的功率控制器相关电路来实现，本领域技术人员可自行设计。
可见，本申请所提供的开关电源中的系统输出短路保护电路，在检测到系统输出短路之后，利用启停控制电路控制开关电源的功率输出电路交替进行上电后功率输出过程和上电后低耗输出过程。本申请通过引入在整个过程中都禁止功率开关管开关动作的上电后低耗输出过程，避免了对供电端电能的过快消耗，有效地降低了开关电源在整个输出短路保护期间内的平均功耗，进而提升了开关电源的产品竞争力和经济效益。
在上述内容的基础上，本申请所提供的开关电源中系统输出短路保护电路中，作为一种具体实施例，启停控制电路用于控制功率输出电路进行上电后功率输出的上电触发条件为：供电端电压Vc下降至第一预设上电触发阈值VUVLO_1；启停控制电路用于控制功率输出电路进行上电后低耗输出的上电触发条件为：供电端电压Vc下降至第二预设上电触发阈值VUVLO_2。
具体地，可对上电后功率输出过程和上电后低耗输出过程设置不同的上电触发条件，即分别将VUVLO_1和VUVLO_2作为阈值。其中，优选地，第一预设上电触发阈值VUVLO_1为功率输出电路的最低工作电压；第二预设上电触发阈值VUVLO_2高于第一预设上电触发阈值VUVLO_1。
具体地，功率输出电路需要一定的供电端电压来维持基本的电路工作，这个电压即所说的最低工作电压。当供电端电压Vc低于最低工作电压时，功率输出电路将停止正常工作，电路进行复位，数据也会丢失，因此，在整个输出短路保护过程中都需要保证供电端电压不低于最低工作电压。
在现有技术中的系统输出短路保护中，一般将上电后功率输出过程中的预设上电触发阈值VUVLO设置为最低工作电压。而在本申请中，也可以将上电后功率输出过程中的第一预设上电触发阈值VUVLO_1设置为最低工作电压，以便尽可能地减少对现有开关电源的改动。同时，为了保证上电后低耗输出过程的正常进行，可令对应的第二预设上电触发阈值VUVLO_2高于第一预设上电触发阈值VUVLO_1。
此外，作为一种具体实施例，启停控制电路用于控制功率输出电路进行上电后功率输出过程的输出触发条件为：供电端电压Vc上升至第一预设输出触发阈值Vst_1；启停控制电路用于控制功率输出电路进行上电后低耗输出过程的输出触发条件为：供电端电压Vc上升至第二预设输出触发阈值Vst_2。
其中，优选地，第二预设输出触发阈值Vst_2高于第一预设输出触发阈值Vst_1。
具体地，相比于上电后功率输出过程，可令上电后低耗输出过程具有时间更久的上电阶段，即令第二预设输出触发阈值Vst_2高于第一预设输出触发阈值Vst_1，如此还能同时令供电端电压Vc的下降时间变得更久，从而进一步延长上电后低耗输出过程的时间，进一步降低整个输出短路保护期间的平均功耗。
此外，本申请所提供的开关电源中的系统输出短路保护电路，在上述内容的基础上，作为一个优选实施例，在上电后功率输出过程中，功率输出电路控制功率开关管Q进行开关动作的持续时间为预设时长td。
具体地，为了进一步降低在上电后功率输出过程中的平均功耗，可对功率开关管Q的开关动作的持续时间进行限定，即当功率开关管Q的开关动作持续了预设时长td后便停止，以便在供电端电压Vc下降至第一预设上电触发阈值VUVLO_1之前就停止功率输出，进一步降低整个输出短路保护期间内的平均功耗。
在上述内容的基础上，作为一个优选实施例，本申请所提供的开关电源中的系统输出短路保护电路还可以包括：
与启停控制电路连接、与开关电源的正常供电电源相独立的短路供电电源，该短路供电电源用于在系统输出短路后为启停控制电路供电。
具体地，由于启停控制电路仅需要在检测到开关电源系统输出短路之后进行工作，而在系统输出短路之前无需进行工作，因此，可为启停控制电路设置独立的短路供电电源，以便进一步降低系统功耗。
请参考图6，图6为本申请所提供的一种系统输出短路保护的信号波形图。
在如图6所示的一个具体实施例中，开关电源具体是在第一次上电启动之前就发生了系统输出短路故障，t0-t1时段为开关电源的第一次上电，之后便进行功率输出。在t1时刻，供电端电压Vc达到了第一预设输出触发阈值Vst_1，启停控制电路停止对供电端上电，功率开关管Q在功率控制器的控制作用下开始进行开关动作，并在持续动作了td时长后的t2时刻停止开关动作并保持关闭。自t1时刻停止上电后，供电端电压Vc因电流消耗而减小，在功率输出阶段即t1-t2时段下降较快，而在t2-t3时段由于功率输出电路的大部分电路电流关闭而使供电端电压Vc下降速度减缓。
在图6中，COUNT为一个循环周期内进行上电后低耗输出过程的计数结果信号，具体地，当COUNT在t3时刻变为1时，说明从t3时刻开始将进行本循环周期内的第一次上电后低耗输出过程。
其中，图6中所具体采用的是单次上电后功率输出过程与单次上电后低耗输出过程交替进行的方案，即将一个循环周期内上电后低耗输出过程的次数设置为1，由此，计数结果信号COUNT计数至1即表示一个循环周期完成，当其计数至2后可迅速清零，以便开始下一个循环周期内的计数。
Confirm为过程控制信号，具体地，对于Confirm，可将取值1用于标识上电后低耗输出过程，并将取值0用于标识上电后功率输出过程。并且，在上电后功率输出过程中，当功率开关管Q停止开关动作后(例如图中的t2时刻)，过程控制信号Confirm便可由0置为1；而在上电后低耗输出过程中，在COUNT清零之前便可由1重置为0(例如图中的t5时刻)。
VUVLO_2为第二预设上电触发阈值，如图6所示，当供电端电压Vc下降到VUVLO_2且Confirm取1时，表示即将进行上电后低耗输出过程中的上电阶段，则启停控制电路开始对电容Cv进行上电。
Vst_2为第二预设输出触发阈值，如图6所示，当供电端电压Vc上升至Vst_2且Confirm取1时，表示即将进行上电后低耗输出过程的放电过程，则启停控制电路停止给电容Cv上电。
VUVLO_1为第一预设上电触发阈值，如图6所示，当供电端电压Vc下降至VUVLO_1且过程控制信号Confirm为0时(如图中的t5时刻)，表示即将进入上电后功率输出过程的上电阶段，则启停控制电路开始对电容Cv进行上电。
Vst_1为第一预设上电触发阈值，如图6所示，当供电端电压Vc上升至Vst_1且过程控制信号Confirm为0时(如图中的t6时刻)，表示即将进入上电后功率输出过程的放电阶段，则启停控制电路停止对电容Cv上电，功率开关管Q进行持续时间为td的开关动作。
其中，在图6所示的方案中，具体将第二预设输出触发阈值Vst_2和第一预设输出触发阈值Vst_1设置为了相等的值。
请参考图7，图7为本申请所提供的又一种系统输出短路保护的信号波形图。
具体地，如前所述，在一个循环周期内上电后低耗输出过程的次数的预设数量具体可为大于1的数值，以便进一步降低整个输出短路保护过程中的平均功耗。在如图7所示的一个具体实施例中，所设定的预设数量具体为2，即在一个循环周期内具体是进行两次上电后低耗输出过程和一次上电后功率输出过程的。
请参考图8，图8为本申请所提供的又一种系统输出短路保护的信号波形图。具体地，如前所述，可令第二预设输出触发阈值Vst_2高于第一预设输出触发阈值Vst_1，以便进一步延长低耗充放电过程的时长，从而进一步降低整个输出短路保护过程的平均功耗。
图7和图8中的其他内容请参考图6，类似内容这里就不再赘述。
结合上述内容，请参考图9，图9为本申请所提供的又一种开关电源中的系统输出短路保护电路的结构示意图。
如图9所示，在上述内容的基础上，作为一个优选实施例，启停控制电路包括依次连接的计数器模块、启停控制器模块和上电启动电路，上电启动电路的输出端与功率输出电路的供电端连接，启停控制器模块的输出端与功率输出电路的控制端连接；
计数器模块用于对功率输出电路在一个循环周期内完成的上电后低耗输出的次数进行计数并输出计数结果信号；上电启动电路用于在启动时为电源电容Cv充电；启停控制器模块用于输出与计数结果信号对应的启动控制信号至上电启动电路，并输出与计数结果信号对应的过程控制信号至功率输出电路，以便功率输出电路根据过程控制信号在各个循环周期内进行一次上电后功率输出过程和预设数量次上电后低耗输出过程。
具体地，如图9所示，计数器模块用于对一个循环周期内功率输出电路进行上电后低耗输出过程的次数进行计数，生成计数结果信号COUNT。
启停控制器模块又具体可以包括过程控制信号生成单元、触发信号生成单元和上电控制信号生成单元。过程控制信号生成单元根据系统输出检测电路输出的短路标志信号short以及计数结果信号COUNT而生成过程控制信号Confirm。触发信号生成单元依据Confirm选择对应的预设上电触发阈值(VUVLO_1或者VUVLO_2)、对应的预设输出触发阈值(Vst_1或者Vst_2)，在VC降低至预设上电触发阈值时生成上电触发信号VUVLOEN，在VC上升至预设输出触发阈值时生成输出触发信号VstOK。上电控制信号生成单元根据触发信号(包括VUVLOEN和VstOK)生成上电控制信号startup，并发送至上电启动电路。
上电启动电路依据接收到的上电控制信号startup运行或停止。其中，上电启动电路处于运行状态时即为电源电容Cv的充电阶段。
此外，过程控制信号Confirm以及上电控制信号生成单元生成的触发信号(包括VUVLOEN和VstOK)同时还发送至功率输出电路，以便功率输出电路进行低耗输出或者功率输出。
进一步地，本申请还公开了一种开关电源中的系统输出短路保护方法。
请参考图10，图10为本申请所提供的一种开关电源中的系统输出短路保护方法的流程图，应用于如前所述的任一种系统输出短路保护电路中的启停控制电路，主要包括以下步骤：
S1：获取系统输出检测电路输出的短路标志信号short。
S2：根据短路标志信号short判断是否系统输出短路；若是，则进入S3。
若系统输出短路，则即可进入S3以进行系统输出短路保护；当然，若并未发生系统输出短路，则开关电源正常控制功率开关管进行开关动作，以便进行正常工作。
S3：将生成的过程控制信号Confirm输出至功率输出电路，并在供电端电压Vc满足上电触发条件时对电源电容Cv进行充电，以便控制功率输出电路进行上电后功率输出过程和上电后低耗输出过程。
可见，本申请所提供的开关电源中的系统输出短路保护方法中，在检测到系统输出短路之后，利用启停控制电路控制开关电源的功率输出电路交替进行上电后功率输出过程和上电后低耗输出过程。本申请通过引入在整个过程中都禁止功率开关管开关动作的上电后低耗输出过程，避免了对供电端电能的过快消耗，有效地降低了开关电源在整个输出短路保护期间内的平均功耗，进而提升了开关电源的产品竞争力和经济效益。
其中，在上述内容的基础上，本申请所提供的开关电源中的系统输出短路保护方法，作为一个具体实施例，启停控制电路用于控制功率输出电路进行上电后功率输出过程的上电触发条件为：供电端电压Vc下降至第一预设上电触发阈值VUVLO_1；启停控制电路用于控制功率输出电路进行上电后低耗输出过程的上电触发条件为：供电端电压Vc下降至第二预设上电触发阈值VUVLO_2。
其中，优选地，第一预设上电触发阈值VUVLO_1为功率输出电路的最低工作电压；第二预设上电触发阈值VUVLO_2高于第一预设上电触发阈值VUVLO_1。
作为一个具体实施例，启停控制电路用于控制功率输出电路进行上电后功率输出过程的输出触发条件为：供电端电压Vc上升至第一预设输出触发阈值Vst_1；启停控制电路用于控制功率输出电路进行上电后低耗输出过程的输出触发条件为：供电端电压Vc上升至第二预设输出触发阈值Vst_2。
其中，优选地，第二预设输出触发阈值Vst_2高于第一预设输出触发阈值Vst_1。
作为一个具体实施例，启停控制电路包括依次连接的计数器模块、启停控制器模块和上电启动电路；上电启动电路的输出端与功率输出电路的供电端连接，启停控制器模块的输出端与功率输出电路的控制端连接；
计数器模块用于对功率输出电路在一个循环周期内完成上电后低耗输出过程的次数进行计数；
所述控制功率输出电路交替进行上电后功率输出过程和上电后低耗输出过程包括：启停控制器模块根据计数器模块的计数结果控制功率输出电路在一个循环周期内进行一次上电后功率输出过程和预设数量次上电后低耗输出过程。
具体请参照图11，图11为本申请所提供的又一种开关电源中的系统输出短路保护方法的流程图，主要包括以下步骤：
S200：控制功率开关管Q进行开关动作以便进行功率输出。
S201：获取系统输出检测电路输出的短路标志信号short。
S202：根据短路标志信号short判断是否系统输出短路；若是，则进入S203；若否，则进入S200。
如前所述，当开关电源并未发生系统输出短路时，则可令开关电源继续进行正常工作。
S203：获取过程控制信号Confirm和供电端电压Vc。
S204：判断过程控制信号Confirm是否为第二电平；若是，则进入S205；若否，则进入S208。
具体地，本实施例中具体根据处于第二电平的过程控制信号Confirm来控制功率输出电路进行上电后低耗输出过程，并根据处于第一电平的过程控制信号Confirm来控制功率输出电路进行上电后功率输出过程。
S205：判断本循环周期内当前已完成的上电后低耗输出过程的次数是否达到预设数量；若否，则进入S206；若是，则进入S207。
S206：控制功率输出电路进行一次上电后低耗输出过程；完成后进入S205。
S207：将过程控制信号Confirm置为第一电平；完成后进入S201。
S208：控制功率输出电路进行一次上电后功率输出过程；完成后进入S209。
S209：将过程控制信号Confirm置为第二电平；完成后进入S209。
作为一个具体实施例，在上电后功率输出过程中，功率输出电路控制功率开关管进行开关动作的持续时间为预设时长td。
作为一种具体实施例，所述系统输出短路保护电路还包括：
与启停控制电路连接、与开关电源的正常供电电源相独立的短路供电电源，所述短路供电电源在系统输出短路后启动并为启停控制电路供电。
进一步地，本申请还公开了一种开关电源，包括如上所述的任一种系统输出短路保护电路。
本申请中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的电路相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见电路部分说明即可。
还需说明的是，在本申请文件中，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、电路、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、电路、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、电路、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的电路及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种开关电源中的系统输出短路保护电路，其特征在于，包括系统输出检测电路、功率输出电路和启停控制电路；
所述系统输出检测电路用于检测所述开关电源的系统输出电压是否低于预设短路电压阈值；
所述功率输出电路的供电端通过电源电容接地，所述功率输出电路的输出端与功率开关管的控制端连接；
所述启停控制电路与所述功率输出电路的所述供电端和控制端连接，并与所述系统输出检测电路的输出端连接，用于在所述系统输出电压低于所述预设短路电压阈值后，将生成的过程控制信号输出至所述功率输出电路，并当所述供电端的供电端电压满足上电触发条件时对所述电源电容进行充电，以便所述功率输出电路根据所述过程控制信号进行上电后功率输出过程和上电后低耗输出过程；处于功率输出状态时的所述功率输出电路用于控制所述功率开关管进行开关动作，处于低耗输出状态时的所述功率输出电路用于控制所述功率开关管保持关断状态。
2.根据权利要求1所述的系统输出短路保护电路，其特征在于，
所述启停控制电路用于控制所述功率输出电路进行上电后功率输出过程的上电触发条件：为所述供电端电压下降至第一预设上电触发阈值；
所述启停控制电路用于控制所述功率输出电路进行上电后低耗输出过程的上电触发条件：为所述供电端电压下降至第二预设上电触发阈值。
3.根据权利要求2所述的系统输出短路保护电路，其特征在于，所述第一预设上电触发阈值为所述功率输出电路的最低工作电压；所述第二预设上电触发阈值高于所述第一预设上电触发阈值。
4.根据权利要求1所述的系统输出短路保护电路，其特征在于，
所述启停控制电路用于控制所述功率输出电路进行上电后功率输出过程的输出触发条件为：所述供电端电压上升至第一预设输出触发阈值；
所述启停控制电路用于控制所述功率输出电路进行上电后低耗输出过程的输出触发条件为：所述供电端电压上升至第二预设输出触发阈值。
5.根据权利要求4所述的系统输出短路保护电路，其特征在于，所述第二预设输出触发阈值高于所述第一预设输出触发阈值。
6.根据权利要求1所述的系统输出短路保护电路，其特征在于，所述启停控制电路包括依次连接的计数器模块、启停控制器模块和上电启动电路，所述上电启动电路的输出端与所述功率输出电路的所述供电端连接，所述启停控制器模块的输出端与所述功率输出电路的所述控制端连接；
所述计数器模块用于对所述功率输出电路在一个循环周期内完成的上电后低耗输出过程的次数进行计数并输出计数结果信号；
所述上电启动电路用于在启动时为所述电源电容充电；
所述启停控制器模块用于输出与所述计数结果信号对应的启动控制信号至所述上电启动电路，并输出与所述计数结果信号对应的所述过程控制信号至所述功率输出电路，以便所述功率输出电路根据所述过程控制信号在各个循环周期内进行一次上电后功率输出过程和预设数量次上电后低耗输出过程。
7.根据权利要求1至6任一项所述的系统输出短路保护电路，其特征在于，在所述上电后功率输出过程中，所述功率输出电路控制所述功率开关管进行开关动作的持续时间为预设时长。
8.根据权利要求7所述的系统输出短路保护电路，其特征在于，还包括：
与所述启停控制电路连接、与所述开关电源的正常供电电源相独立的短路供电电源，用于在系统输出短路后为所述启停控制电路供电。
9.一种开关电源中的系统输出短路保护方法，其特征在于，应用于如权利要求1至8任一项所述的启停控制电路，包括：
获取所述系统输出检测电路输出的短路标志信号；
根据所述短路标志信号判断是否系统输出短路；
若是，则将生成的所述过程控制信号输出至所述功率输出电路，并在所述供电端电压满足所述上电触发条件时对所述电源电容进行充电，以便所述功率输出电路根据所述过程控制信号进行上电后功率输出过程和上电后低耗输出过程。
10.一种开关电源，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的系统输出短路保护电路。
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Assignee: DIODES SHANGHAI CO.,LTD.

Assignor: BCD (SHANGHAI) MICRO-ELECTRONICS Ltd.

Contract record no.: X2024980016438

Denomination of invention: A switching power supply and its system output short-circuit protection circuit and method

Granted publication date: 20240712

License type: Common License

Record date: 20240927