CN110932240A - 用于同步整流开关电源的开路检测保护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于同步整流开关电源的开路检测保护系统，同步整流开关电源包括变压器、第一开关管、第二开关管和驱动芯片，变压器的原边回路由第一开关管控制通断，其次边回路由第二开关管控制通断，驱动芯片的驱动引脚连接第二开关管的栅极；开路检测保护系统包括检测模块，用于检测驱动芯片的驱动引脚与第二开关管的栅极是否开路；关联控制模块，配置为当检测模块检测到驱动芯片的驱动引脚与第二开关管的栅极开路时，控制第一开关管断开。本发明的开路检测保护系统，当检测到驱动芯片的驱动引脚到第二开关管栅极之间的连线开路时，控制变压器的原边回路断开，解决开关电源同步整流开路带来的安全隐患和因功率损耗造成的转换效率低的问题。

Description

用于同步整流开关电源的开路检测保护系统
技术领域
本发明涉及同步整流开关电源技术领域，具体涉及一种用于同步整流开关电源的开路检测保护系统。
背景技术
同步整流技术的应用在开关电源控制系统中非常普遍，在大电流输出场合，同步整流开关打开，利用开关器件很低的导通电阻替代整流二极管可以提升开关电源效率(整流二极管会有一个固定的压降，根据P＝V*I，整流二极管上有很大的功率损耗，降低了开关电源转换效率)。参照图1所示为现有技术中带同步整流控制的开关电源系统，包括变压器T、第一开关管Q1、第二开关管Q2、驱动芯片U1和原边控制器U2，变压器的原边回路由第一开关管Q1控制通断，变压器的次边回路由第二开关管Q2控制通断，驱动芯片U1的驱动引脚连接第二开关管Q2的栅极，由驱动芯片U1驱动第二开关管Q2导通或者断开。众所周知，由MOS管的工艺决定，MOS管内部具有寄生二极管(见图1中的D1)和寄生电容，MOS管内部等效电路参照图2所示。如果驱动芯片U1的驱动引脚GATE到第二开关管Q2栅极之间的连线开路，此时由于MOS管寄生二极管D1的存在，使得变压器的次边回路仍然导通，开关电源仍然继续工作，往输出端传输能量。此部分由MOS管寄生的体二极管损耗的功率不仅会降低开关电源的转换效率，严重时会引起开关电源热损耗甚至引起燃烧引发火灾。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于同步整流开关电源的开路检测保护系统，当检测到驱动芯片的驱动引脚到第二开关管栅极之间的连线开路时，控制变压器的原边回路断开，启动开关电源保护，解决开关电源同步整流开路带来的安全隐患问题和因功率损耗造成的转换效率低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于同步整流开关电源的开路检测保护系统，所述同步整流开关电源包括变压器、第一开关管、第二开关管和驱动芯片，所述变压器的原边回路由第一开关管控制通断，其次边回路由第二开关管控制通断，所述驱动芯片的驱动引脚连接第二开关管的栅极；所述开路检测保护系统包括，
检测模块，用于检测所述驱动芯片的驱动引脚与第二开关管的栅极是否开路；
关联控制模块，其配置为当检测模块检测到驱动芯片的驱动引脚与第二开关管的栅极开路时，控制所述第一开关管断开。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括，所述检测模块包括检测电阻、比较器和计时器；
所述检测电阻的第一端连接驱动芯片的整流驱动端，其第二端连接所述第二开关管的栅极；
所述比较器的正相输入端连接检测电阻的第二端和第二开关管的栅极，其负相输入端连接检测电阻的第一端，其输出端连接所述计时器；
所述计时器用于计算比较器的输出端持续输出高电平或者持续输出低电平的持续时间；
当所述持续时间超过时间阈值时，检测出所述驱动芯片的驱动引脚与第二开关管的栅极开路。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述检测模块还包括触发器，所述触发器被配置为当所述持续时间超过时间阈值时翻转。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述检测电阻、比较器和计时器和触发器均集成在所述驱动芯片内部。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括其还包括反馈模块，所述反馈模块配置为当检测模块检测到驱动芯片的驱动引脚与第二开关管的栅极开路时，输出反馈信号，所述关联控制模块根据反馈信号控制所述第一开关管断开。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述反馈模块包括光电耦合器，所述光电耦合器发光二极管的正极连所述接触发器的输出端，其负极接地，所述光电耦合器三极管的发射极接地，其集电极连接电源端和变压器的原边控制器，所述原边控制器用于控制第一开关管通断。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述第一开关管的输入端连接变压器的原边线圈、其输出端接地，其控制端连接所述原边控制器。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述反馈模块设置在驱动芯片的外部。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述第一开关管和第二开关管均为MOS管。
本发明的有益效果：
本发明的开路检测保护系统，用于同步整流开关电源中，当检测到驱动芯片的驱动引脚到第二开关管栅极之间的连线开路时，控制变压器的原边回路断开，启动开关电源保护，解决开关电源同步整流开路带来的安全隐患问题和因功率损耗造成的转换效率低的问题。
附图说明
图1是现有技术中带同步整流控制的开关电源电路原理图；
图2是MOS管的内部等效电路结构；
图3是本发明优选实施例中开路检测保护系统的结构框图；
图4是带有本发明开路检测保护系统的同步整流开关电源电路原理图；
图5是本发明优选实施例中检测模块的内部电路图；
图6是本发明优选实施例中反馈模块的电路原理图。
10-检测模块，20-反馈模块，30-关联控制模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例
参照图1、4所示的同步整流开关电源中，同步整流开关电源包括包括变压器T、第一开关管Q1、第二开关管Q2、驱动芯片U1和原边控制器U2。上述变压器T的原边回路由第一开关管Q1控制通断，其次边回路由第二开关管Q2控制通断，上述驱动芯片U1的驱动引脚GATE连接第二开关管Q2的栅极，原边控制器U2的驱动引脚GATE连接第一开关管Q2的栅极。通常，第一开关管Q1和第二开关管Q2均选用MOS管，在其中一种情况下，第一开关管Q1选用耐压在650V以上的高压NMOS管，第二开关管Q2选用耐压100V的NMOS管。
当驱动芯片U1的驱动引脚GATE到第二开关管Q2栅极的连线开路时，MOS管内部寄生二极管D1的存在使得变压器T的次边回路仍然导通，开关电源仍然继续工作，往输出端传输能量。此部分由MOS管寄生二极管D1损耗的功率不仅会降低开关电源的转换效率，严重时会引起开关电源热损耗甚至引起燃烧引发火灾。
为了解决以上技术问题，本实施例公开一种开路检测保护系统，参照图3所示，开路检测保护系统包括检测模块10、反馈模块20和关联控制模块30。
上述检测模块10用于检测上述驱动芯片U1的驱动引脚GATE与第二开关管Q2的栅极是否开路。
上述反馈模块20配置为当检测模块10检测到驱动芯片U1的驱动引脚GATE与第二开关管Q2的栅极开路时，输出反馈信号。
上述关联控制模块30配置为当检测模块检测到驱动芯片的驱动引脚与第二开关管的栅极开路时，控制上述第一开关管Q1断开。或者，关联控制模块30配置为接收到反馈模块20的反馈信号时，控制上述第一开关管Q1断开。
具体的，参照5所示，上述检测模块10包括检测电阻R、比较器A和计时器。
上述检测电阻R的第一端连接驱动芯片U1的整流驱动端D，其第二端连接上述第二开关管Q2的栅极Vg。参照图5所示，驱动芯片U1同步整流驱动的上拉器件M1和下拉器件M2与现有技术中的驱动芯片U1相同，上拉器件M1和下拉器件M2之间的连接节点为驱动芯片U1的整流驱动端D，检测电阻R的第一端连接整流驱动端D。
上述比较器A的正相输入端IN+连接检测电阻R的第二端和第二开关管Q2的栅极Vg，其负相IN-输入端连接检测电阻R的第一端和第二开关管Q2的栅极Vg，其输出端连接上述计时器。
上述计时器用于计算比较器A的输出端持续输出高电平或者持续输出低电平的持续时间；当上述持续时间超过时间阈值时，检测出上述驱动芯片U1的驱动引脚GATE与第二开关管Q2的栅极开路。上述时间阈值为能够标定的时间变量，比如，时间阀值取20ms。
当驱动芯片U1的驱动引脚GATE与第二开关管Q2的栅极Vg正常连接时，因为第二开关管Q2的寄生电容C1为nf量级，检测电阻R上有脉冲电流，从而能够检测到IN+、IN-两端电压根据开关频率来回切换，比较器A持续输出高电平或者持续输出低电平的持续时间小于时间阈值，判断出驱动芯片U1的驱动引脚GATE与第二开关管Q2的栅极正常连接。
当驱动芯片U1的驱动引脚GATE与第二开关管Q2的栅极开路时，第二开关管Q2的寄生电容C1断开，检测电阻R上几乎没有脉冲电流，比较器A的IN+、IN-两端电压不会根据开关频率来回切换，比较器A持续输出高电平或者持续输出低电平的持续时间超过时间阈值，判断出驱动芯片U1的驱动引脚GATE与第二开关管Q2的栅极开路。
以上，比较器A的IN+端电压高于IN-端电压时，输出低电平；反之，输出高电平。当IN+端电压持续高于IN-端电压时，比较器A持续输出高电平；当IN+端电压持低于于IN-端电压时，比较器A持续输出低电平。
在本实施进一步的技术方案中，上述检测模块还包括触发器，上述触发器被配置为当上述持续时间超过时间阈值时翻转。参照图6所示，上述反馈模块20设置在驱动芯片U1的外部，其包括光电耦合器，光电耦合器同时起到电气隔离和信号传输的作用。上述光电耦合器发光二极管的正极连上述接触发器的输出端PRT，其负极接地，上述光电耦合器三极管的发射极接地，其集电极连接电源端VCC和变压器T的原边控制器U2，上述原边控制器U2用于控制第一开关管Q1通断。具体的，上述第一开关管Q1的输入端连接变压器T的原边线圈、其输出端接地，其控制端连接上述原边控制器U2的检测引脚DET。
当比较器A持续输出高电平或者持续输出低电平的持续时间小于时间阈值时，触发器输出低电平；当比较器A持续输出高电平或者持续输出低电平的持续时间超出时间阈值时，触发器翻转输出高电平，光电耦合器的发光二极管发光，通过光电耦合器三极管反馈信号至原边控制器U2，由原边控制器U2控制第一开关管Q1断开，断开变压器T的原边回路，启动开关电源保护。
以上，比较器A、计时器和触发器均为公知示例中的器件，本实施例技术方案中，检测电阻R、比较器A、计时器和触发器均为集成在驱动芯片U1内部，其中比较器A、计时器和触发器由公知示例的半导体器件按照一定逻辑搭建。(集成在驱动芯片内部的技术优势请补充)
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种用于同步整流开关电源的开路检测保护系统，所述同步整流开关电源包括变压器、第一开关管、第二开关管和驱动芯片，所述变压器的原边回路由第一开关管控制通断，其次边回路由第二开关管控制通断，所述驱动芯片的驱动引脚连接第二开关管的栅极，其特征在于：所述开路检测保护系统包括，
检测模块，用于检测所述驱动芯片的驱动引脚与第二开关管的栅极是否开路；
关联控制模块，其配置为当检测模块检测到驱动芯片的驱动引脚与第二开关管的栅极开路时，控制所述第一开关管断开。
2.如权利要求1所述的用于同步整流开关电源的开路检测保护系统，其特征在于：所述检测模块包括检测电阻、比较器和计时器；
所述检测电阻的第一端连接驱动芯片的整流驱动端，其第二端连接所述第二开关管的栅极；
所述比较器的正相输入端连接检测电阻的第二端和第二开关管的栅极，其负相输入端连接检测电阻的第一端，其输出端连接所述计时器；
所述计时器用于计算比较器的输出端持续输出高电平或者持续输出低电平的持续时间；
当所述持续时间超过时间阈值时，检测出所述驱动芯片的驱动引脚与第二开关管的栅极开路。
3.如权利要求2所述的用于同步整流开关电源的开路检测保护系统，其特征在于：所述检测模块还包括触发器，所述触发器被配置为当所述持续时间超过时间阈值时翻转。
4.如权利要求2所述的用于同步整流开关电源的开路检测保护系统，其特征在于：所述检测电阻、比较器和计时器和触发器均集成在所述驱动芯片内部。
5.如权利要求3所述的用于同步整流开关电源的开路检测保护系统，其特征在于：其还包括反馈模块，所述反馈模块配置为当检测模块检测到驱动芯片的驱动引脚与第二开关管的栅极开路时，输出反馈信号，所述关联控制模块根据反馈信号控制所述第一开关管断开。
6.如权利要求5所述的用于同步整流开关电源的开路检测保护系统，其特征在于：所述反馈模块包括光电耦合器，所述光电耦合器发光二极管的正极连所述接触发器的输出端，其负极接地，所述光电耦合器三极管的发射极接地，其集电极连接电源端和变压器的原边控制器，所述原边控制器用于控制第一开关管通断。
7.如权利要求5所述的用于同步整流开关电源的开路检测保护系统，其特征在于：所述第一开关管的输入端连接变压器的原边线圈、其输出端接地，其控制端连接所述原边控制器。
8.如权利要求5所述的用于同步整流开关电源的开路检测保护系统，其特征在于：所述反馈模块设置在驱动芯片的外部。
9.如权利要求1-8任一项所述的用于同步整流开关电源的开路检测保护系统，其特征在于：所述第一开关管和第二开关管均为MOS管。
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