CN111416512B - 一种短路判定和计时控制方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种短路判定和计时控制方法及电路，本申请的短路判定和计时控制方法为通过区分短路、启机过流和稳态过流判定，设计控制计时策略，实现推挽式或全桥式变换器的短路温升控制与容性负载能力的兼顾，即实现短路状态下计时短，控制温升小；大容性负载导致的过流状态下计时延长，保证较高的容性负载能力。对应地，本发明的短路判定和计时控制电路包括检测和传输模块、比较模块、逻辑控制和驱动模块、休息计时模块。

Description

一种短路判定和计时控制方法及电路

技术领域

本发明涉及开关型变换器，特别涉及全桥式、推挽式变换器中短路与过流判定及相应的计时控制。

背景技术

定压电源模块常采用全桥式变换器和推挽式变换器拓扑，具有结构简单，效率高，体积小等优势，应用广泛。但是现有大部分定压电源模块的不足为无保护功能，如在短路下会有大电流流经功率管，易损坏开关器件。基于此，定压电源模块逐步趋向集成化，即通过驱动IC来控制定压模块的工作，如图1，并且可在驱动IC中集成短路保护功能和过温保护功能，以改善传统定压电源模块的不足，增强系统的可靠性。

一篇公开号为CN201910852638，发明名称为《一种全桥变换器的控制方法及控制器》的中国发明专利，公开了一种全桥变换器的控制方法，该发明通过采用功率管的漏极压降，与短路保护阈值比较，进行短路判定与保护，在短路下通过限定功率管栅压以实现功率管的限流驱动。该控制方法通过“限流驱动+计时检测+打嗝保护”的方式来折中解决容性负载，启机限定电流设定与短路发热问题。对固定启机限定电流Ist和计时时间Td，原副边匝比为Np:Ns，定压系统可带容性负载值参考如下公式。

现有技术的缺陷为：将判定短路保护和过流保护的阈值设置为同一个阈值，未对短路状态与过流状态做实际区分。实际上，在短路或带极大容性负载启机时，输出电压几乎为零，由于原边绕组被副边钳位，导致输出电压几乎全部落在功率管上，功率管长时间工作在饱和区，流经的饱和电流非常大，导致功率管的温升很大。若计时时间Td较长，很容易使芯片提前进入过温保护状态，不能正常触发短路保护，这种情况在芯片工作在高温下会更加恶劣。而发生启机过流时，输出电压实际上已经建立了一部分，落在功率管上的压降较小，在计时时间Td内可以正常触发短路保护。通过上述公式可以看出，为了兼顾容性负载，计时时间Td通常需设置较长，而较长的计时时间与短路发热问题是相互矛盾的，设计时在此问题上的计时时间选取往往难以折中。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决现有技术存在的不足，提供一种短路判定和计时控制方法及电路，通过区分短路和过流判定及设计控制计时策略，实现定压模块的短路温升控制与容性负载能力的兼顾。实现短路状态下计时短，控制温升小；大容性负载导致的过流状态下计时延长，保证较高的容性负载能力。

为解决上述技术问题，本发明提供的短路判定和计时控制方法技术方案如下：

一种短路判定和计时控制方法，用于推挽式或全桥式变换器中功率管的驱动控制，包括如下步骤：

检测和传输步骤：采样每个功率管在导通期间的漏极压降，并分别在每个功率管导通期间对漏极压降进行传输；

比较步骤：将漏极压降和短路阈值电压、启机过流阈值电压和稳态过流阈值电压分别进行实时比较，并输出比较结果信号；短路阈值电压、启机过流阈值电压、稳态过流阈值电压大小关系为：短路阈值电压＞启机过流阈值电压＞稳态过流阈值电压；其中短路阈值电压为功率管处于短路状态时的阈值电压、启机过流阈值电压为功率管处于启机过流状态时的阈值电压、稳态过流阈值电压为功率管处于稳态过流状态时的阈值电压；

逻辑控制和驱动步骤：根据比较结果信号来选择计时方式并切换功率管的驱动方式：(1)当漏极压降高于或等于短路阈值电压时，判定发生短路，进行短路计时，在短路计时时间内功率管进入限流驱动；(2)当漏极压降高于或等于启机过流阈值电压且低于短路阈值电压时，判定发生启机过流，进行过流计时，在过流计时时间内功率管进入限流驱动；(3)当漏极压降高于或等于稳态过流阈值电压且低于启机过流阈值电压时，判定发生稳态过流，进行过流计时，在过流计时时间内功率管进入限流驱动；(4)当漏极压降低于稳态过流阈值电压时，无需计时，控制功率管充分驱动；短路计时时间和过流计时时间的大小关系为：过流计时时间＞短路计时时间；

当没有产生计时时间时，重复上述三个步骤；当产生了计时时间时，在计时时间结束时，只要漏极压降持续高于或等于稳态过流阈值电压，就会控制变换器选择进入休息模式，开启休息计时，休息计时结束后控制变换器再次启机，然后再执行上述三个步骤。

作为上述短路判定和计时控制方法的改进，其特征在于：在逻辑控制和驱动步骤还增加过温保护判定，当变换器中控制芯片的温度达到设定温度时，判定发生过温，开启过温计时；对应地，在过温计时结束时，还需要判断变换器中控制芯片的温度是否持续高于或等于设定温度，如果高于也会控制变换器选择进入休息模式，开启休息计时，休息计时结束后控制变换器再次启机，然后再执行检测和传输步骤、比较步骤，以及逻辑控制和驱动步骤。

优选地，过温计时时间为零。

优选地，设定温度为变换器中控制芯片的最高过温保护点。

对应地，本发明提供的短路判定和计时控制电路技术方案如下：

一种短路判定和计时控制电路，用于推挽式或全桥式变换器中功率管的驱动控制，其特征在于，包括检测和传输模块、比较模块、逻辑控制和驱动模块以及休息计时模块；

所述检测和传输模块，用于采样每个功率管在导通期间的漏极压降，并分别在每个功率管导通期间对漏极压降进行传输；

所述的比较模块，将漏极压降和短路阈值电压、启机过流阈值电压和稳态过流阈值电压分别进行实时比较，并输出比较结果信号；短路阈值电压、启机过流阈值电压、稳态过流阈值电压大小关系为：短路阈值电压＞启机过流阈值电压＞稳态过流阈值电压；其中短路阈值电压为功率管处于短路状态时的阈值电压、启机过流阈值电压为功率管处于启机过流状态时的阈值电压、稳态过流阈值电压为功率管处于稳态过流状态时的阈值电压；

所述逻辑控制和驱动模块，根据比较结果信号来选择计时方式并切换功率管的驱动方式：(1)当漏极压降高于或等于短路阈值电压时，判定发生短路，进行短路计时，在短路计时时间内功率管进入限流驱动；(2)当漏极压降高于或等于启机过流阈值电压且低于短路阈值电压时，判定发生启机过流，进行过流计时，在过流计时时间内功率管进入限流驱动；(3)当漏极压降高于或等于稳态过流阈值电压且低于启机过流阈值电压时，判定发生稳态过流，进行过流计时，在过流计时时间内功率管进入限流驱动；(4)当漏极压降低于稳态过流阈值电压时，无需计时，控制功率管充分驱动；短路计时时间和过流计时时间的大小关系为：过流计时时间＞短路计时时间；

所述休息计时模块，判断逻辑控制和驱动模块产生的计时时间是否结束，并在计时时间结束时，只要判断出漏极压降持续高于或等于稳态过流阈值电压，就会控制变换器选择进入休息模式，开启休息计时，休息计时结束后控制变换器再次启机。

作为检测和传输模块的一种具体的实施方式，其特征在于：包括传输门1和传输门2；传输门1的输入端用于输入功率管一的漏极压降，控制端用于输入功率管一的栅极驱动信号，输出端用于将功率管一的漏极压降输出；传输门2的输入端用于输入功率管二的漏极压降，控制端用于输入功率管二的栅极驱动信号，输出端用于将功率管二的漏极压降输出。

作为比较模块的一种具体的实施方式，其特征在于：包括短路判定比较器CMP1、启机过流判定比较器CMP2和稳态过流判定比较器CMP3；短路判定比较器CMP1的正向输入端用于输入检测和传输模块传输过来的漏极电压，负向输入端用于输入短路阈值电压，输出端用于输出短路判定比较结果；启机过流判定比较器CMP2的正向输入端用于输入检测和传输模块传输过来的漏极电压，负向输入端用于输入启机过流阈值电压，输出端用于输出启机过流判定比较结果；稳态过流判定比较器CMP3的正向输入端用于输入检测和传输模块传输过来的漏极电压，负向输入端用于输入稳态过流阈值电压，输出端用于输出稳态过流判定比较结果。

作为逻辑控制和驱动模块的一种具体的实施方式，其特征在于：包括传输门3、传输门4、传输门5、传输门6、二输入与门AND2和三输入与门AND3；传输门3的输入端用于输入短路计时信号，控制端用于输入短路判定比较结果，输出端用于输出短路计时信号；传输门4的输入端用于输入过流计时信号，控制端连接二输入与门AND2的输出端，输出端连接传输门6的输入端；传输门5的输入端用于输入控制功率管充分驱动的驱动信号，控制端连接三输入与门AND3的输出端，输出端用于输出控制功率管充分驱动的驱动信号；传输门6的控制端用于输入短路判定比较结果，输出端用于输出短路计时信号或过流计时信号；二输入与门AND2第一输入端用于输入启机过流判定比较结果，第二输入端用于输入稳态过流判定比较结果，输出端连接传输门4的控制端；三输入与门AND3的第一输入端用于输入短路判定比较结果，第二输入端用于输入启机过流判定比较结果，第三输入端用于输入稳态过流判定比较结果，输出端连接传输门5的控制端。

作为上述短路判定和计时控制电路的改进，其特征在于：逻辑控制和驱动模块还增加过温保护判定功能，当变换器中控制芯片的温度达到设定温度时，判定发生过温，开启过温计时；对应地，休息计时模块还需要判断在过温计时结束时，变换器中控制芯片的温度是否持续高于或等于设定温度，如果高于也会控制变换器选择进入休息模式，开启休息计时，休息计时结束后控制变换器再次启机。

作为上述短路判定和计时控制电路改进方案中的逻辑控制和驱动模块的一种具体的实施方式，其特征在于：包括传输门7、传输门8、传输门9、传输门10、传输门11、传输门12、二输入与门AND4、四输入与门AND5；传输门7的输入端用于输入短路计时信号，控制端用于输入短路判定比较结果，输出端用于输出短路计时信号；传输门8的输入端用于输入过流计时信号，控制端连接二输入与门AND4的输出端，输出端连接传输门10的输入端；传输门9的输入端用于输入控制功率管充分驱动的驱动信号，控制端连接四输入与门AND5的输出端，输出端用于输出控制功率管充分驱动的驱动信号；传输门10的输入端连接传输门8的输出端，控制端用于输入短路判定比较结果，输出端连接传输门11的输入端；传输门11的输入端连接传输门10的输出端，控制端用于输入过温保护信号，输出端用于输出短路计时信号或过流计时信号或过温计时信号；传输门12的输入端用于输入过温计时信号，控制端用于输入过温保护信号，输出端连接传输门11的输出端；二输入与门AND4第一输入端用于输入启机过流判定比较结果，第二输入端用于输入稳态过流判定比较结果，输出端连接传输门8的控制端；四输入与门AND5第一输入端用于输入启机过流判定比较结果，第二输入端用于输入稳态过流判定比较结果，第三输入端用于输入短路判定比较结果，第四输入端用于输入过温保护信号，输出端接传输门9的控制端。

本发明的工作原理将结合具体的实施例进行详细说明，在此不赘述，本发明的有益效果为：

1)区分了短路判定与过流判定，设置不同的短路判定阈值和过流判定阈值，设置短路时的计时时间较短，以保证在计时阶段积累的热量小，变换器能够正常触发短路保护，并且在休息计时期间可将热量发散掉，可以有效控制温升；

2)设置过流发生时的计时时间较长，以保证能够在带较大容性负载时也能够正常启机，提高了变换器带容性负载的能力；

3)短路保护与过流保护可以通过逻辑控制共用同一个休息计时，能够节省驱动IC的面积及成本。

附图说明

图1是现有的定压电源模块通过驱动IC来控制模块工作的原理图；

图2是本发明的原理框图；

图3是本发明第一实施例的检测和传输模块、比较模块的原理图；

图4是本发明第一实施例的逻辑控制和驱动模块的原理图；

图5是本发明第二实施例的逻辑控制和驱动模块的原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图2所示为本发明的电路原理框图，本发明的短路判定和计时控制电路包括检测和传输模块、比较模块、逻辑控制和驱动模块、休息计时模块。本申请的发明构思为通过区分短路、启机过流和稳态过流判定，设计控制计时策略，实现推挽式或全桥式变换器的短路温升控制与容性负载能力的兼顾，即实现短路状态下计时短，控制温升小；大容性负载导致的过流状态下计时延长，保证较高的容性负载能力。

本文涉及的信号较多，先将各英文代码的含义集中说明如下：

VD1:功率管一的漏极压降；

VD2:功率管二的漏极压降；

VDon：采样功率管一与功率管二分别在导通时的漏极压降；

Ton1：功率管一的栅极驱动信号；

Ton2：功率管二的栅极驱动信号；

Vth_osp：短路阈值电压；

Vth_ocp：启机过流阈值电压；

Vth_ocp0：稳态过流阈值电压；

OSP_L：短路判定比较结果信号；

OCP_L：启机过流判定比较结果信号；

OCP0_L：稳态过流判定比较结果信号；

OTP_L：过温保护信号；

Td_osp：短路计时信号；

Td_ocp：过流计时信号；

Td_otp：过温计时信号；

Tsleep：休息计时。

第一实施例

图3是本发明第一实施例的检测和传输模块、比较模块的原理图，图4是本发明第一实施例的逻辑控制和驱动模块的原理图。

检测和传输模块由传输门1和传输门2构成。传输门1的输入端输入功率管一的漏极压降VD1，控制端输入功率管一的栅极驱动信号Ton1，输出端连接比较模块的第一输入端VDon；传输门2的输入端输入功率管二的漏极压降VD2，控制端输入功率管二的栅极驱动信号Ton2，输出端连接比较模块的第一输入端VDon。

比较模块由短路判定比较器CMP1、启机过流判定比较器CMP2，稳态过流判定比较器CMP3构成。短路判定比较器CMP1的正向输入端连接比较模块的第一输入端VDon，负向输入端输入短路阈值电压信号Vth_osp，输出端连接逻辑控制和驱动模块的第一输入端。启机过流判定比较器CMP2的正向输入端连接比较模块的第一输入端VDon，负向输入端输入启机过流阈值电压信号Vth_ocp，输出端连接逻辑控制和驱动模块的第二输入端。稳态过流判定比较器CMP3的正向输入端连接比较模块的第一输入端VDon，负向输入端输入稳态过流阈值电压信号Vth_ocp0，输出端连接逻辑控制和驱动模块的第三输入端。

逻辑控制和驱动模块由传输门3、传输门4、传输门5、传输门6、二输入与门AND2、三输入与门AND3构成。传输门3的输入端输入短路计时信号Td_osp，控制端连接逻辑控制和驱动模块的第一输入端，输出端连接休息计时模块。传输门4的输入端输入过流计时信号Td_ocp，控制端连接二输入与门AND2的输出端，输出端连接传输门6的输入端。传输门5的输入端输入控制功率管充分驱动的驱动信号，控制端连接三输入与门AND3的输出端，输出端用于输出控制功率管充分驱动的驱动信号。传输门6的输入端连接传输门4的输出端，控制端连接逻辑控制和驱动模块的第一输入端，输出端连接休息计时模块。二输入与门AND2第一输入端连接逻辑控制和驱动模块的第二输入端，第二输入端连接逻辑控制和驱动模块的第三输入端，输出端连接传输门4的控制端。三输入与门AND3的第一输入端连接逻辑控制和驱动模块的第一输入端，第二输入端连接逻辑控制和驱动模块的第二输入端，第三输入端连接逻辑控制和驱动模块的第三输入端，输出端连接传输门5的控制端。

休息计时模块本领域的技术人员采用震荡器时钟的计时方式即可实现，具体地可参考在计时期间对以T为周期的以D为占空比的时钟信号CLK，计数2^N个周期即可，不同的计时可选取不同的N值来实现。

本文中提及的传输门均为正向控制端高电平有效传输，正向控制端低电平禁止传输，提及的比较器V+>V-，输出低电平，V->V+，输出高电平。

设置Vth_osp>Vth_ocp>Vth_ocp0，Td_osp<Td_ocp。

设置Vth_osp>Vth_ocp>Vth_ocp0的原因是基于推挽式或全桥式变换器的工作原理。在此处做以下说明：

以推挽式变换器例，将功率管集成IC内部，其中功率管一的漏极压降为VD1，功率管二的漏极压降为VD2，设原边与副边匝比为Np：Ns，副边二极管D1/D2压降为Vd，如图1。在发生短路时，输出电压几乎为零，此时原边绕组电压被副边钳位为零，输入电压几乎全部落在功率管上，此时的VDon≈Vin。输出带极大容性负载启机时，由于输出电压非常小，此时现象和短路基本一致，即此时VDon≈Vin。因此可将短路阈值设置为输出电压的10％-20％，则短路阈值为此时的功率管的漏极压降(以输出电压的10％为例)为：

在启动期间，输出电压逐渐增大，功率管Vds_on逐渐减小，若输出电压在设定的计时内(如实施例中的Td_ocp)未达到设定值(设定值可为输出电压的80％-95％)，则判定发生启机过流。即启机过流阈值为此时的功率管的漏极压降(以输出电压的90％为例)为：

芯片脱离启机阶段后，功率管由低栅压驱动变为高电平硬驱，副边输出电容已被充满，此时功率管漏极压降Vds_on和电流Ids取决于副边负载设定值，稳态过流点指在设定的负载功率下所对应的负载电流值，即稳态过流阈值为此时的功率管的漏极压降为：

因此，从上述分析和计算中可以得出三个阈值之间的关系为

Vth_osp>Vth_ocp>Vth_ocp0。

本实施例的工作原理分析如下：

启动模式：

在变换器刚启动时，工作在限流驱动状态，控制芯片采样并检测功率管导通期间的漏极压降VDon。若VDon>Vth_osp，短路判定比较器CMP1输出OSP_L低电平，启机过流判定比较器CMP2输出OCP_L低电平，稳态过流判定比较器CMP3输出OCP0_L低电平，此时AND2输出为低电平，AND3输出为低电平，传输门3开启，传输门4、5、6关断，开启短路计时Td_osp：

1)若在Td_osp计时时间内持续有VDon>Vth_osp，即OSP_L持续为低电平，传输门3持续导通，待Td_osp计时完成后，进入短路保护模式，开启休息计时Tsleep，完成Tsleep计时后再次进入启动模式限流驱动，以此循环；

2)若在Td_osp计时时间内VDon<Vth_osp，则OSP_L信号翻高，传输门3关断，传输门6导通，则保持限流驱动，变换器进入过流判定模式，此时OCP_L为低电平，OSP_L为高电平，OCP0_L为低电平，传输门3、5关断，传输门4、6导通，开启过流计时Td_ocp，在以持续的短路计时时间基础上继续累计过流持续时间；

3)若在Td_ocp计时时间内持续有VDon>Vth_ocp，即OCP_L持续为低，传输门4、6持续导通，直至完成Td_ocp计时，则进入过流保护模式，开启休息计时Tsleep，完成Tsleep计时后再次进入启动模式限流驱动，以此循环；

4)若在Td_ocp计时时间VDon<Vth_ocp0，此时OCP_L为高电平，OSP_L为高电平，OCP0_L为高电平，AND2输出高电平，AND3输出高电平，传输门3、4关断，传输门5、6开启，将控制功率管充分驱动的驱动信号传输，判定启机正常，变换器进入稳态模式。

稳态模式：

变换器工作在稳态模式时，功率管处于充分驱动状态，控制芯片采样并检测功率管导通期间的漏极压降VDon，若VDon>Vth_ocp0，变换器进入限流驱动状态，短路判定比较器CMP1输出OSP_L高电平，启机过流判定比较器CMP2输出OCP_L低电平，稳态过流判定比较器CMP3输出OCP0_L低电平，此时AND2输出为低电平，AND3输出为低电平，传输门4、6开启，传输门3、5关断，开启过流计时Td_ocp：

1)若进入限流驱动状态后，VDon≤Vth_ocp0，则判定为不过流且不短路，此时OCP_L为高电平，OSP_L为高电平，OCP0_L为高电平，AND2输出高电平，AND3输出高电平，传输门3、4关断，传输门5、6开启，将控制功率管充分驱动的驱动信号传输，变换器恢复到稳态模式，并充分驱动开关管；

2)若在Td_ocp计时时间内持续有VDon>Vth_ocp，即OCP_L持续为低，传输门4、6持续导通，直至完成Td_ocp计时，则进入过流保护模式，开启休息计时Tsleep，完成Tsleep计时后再次进入启动模式限流驱动，以此循环；

3)若在Td_ocp计时时间内VDon>Vth_osp，此时OSP_L信号翻低，传输门4、5、6关闭，传输门3开启，此时Td_ocp未完成，并且直接由过流计时Td_ocp切换至短路计时Td_osp。若在Td_ocp计时完成后VDon>Vth_osp，系统也将直接进入短路保护模式，开启休息计时Tsleep；

4)若在Td_ocp计时时间内VDon<Vth_ocp0，即OCP_L为高电平，OSP_L为高电平，OCP0_L为高电平，AND2输出高电平，AND3输出高电平，传输门3、4关断，传输门5、6开启，将控制功率管充分驱动的驱动信号传输，则判定过流恢复，变换器再次进入稳态模式，并充分驱动开关管。

本实施例要求设置过流计时时间大于短路计时时间才能实现发明目的：短路时的计时时间短，目的是要保证在计时阶段积累的热量小，变换器能够正常触发短路保护，并且在休息计时期间可将热量发散掉，从而可以有效控制温升；过流计时时间长，目的是要保证能够在带较大容性负载时也能够正常启机，提高变换器带容性负载的能力。

另外，本实施例将短路保护与过流保护通过逻辑控制共用同一个休息计时，还能达到节省驱动IC的面积及成本的有益效果。

第二实施例

在第二实施例中，整体判定架构及模式和实施例一均相同，不同之处在于，在第二实施例中，还增加了过温保护功能，将过温保护信号OTP_L与短路和过流判定相结合，在逻辑控制模块有所变化，如图5。

本实施例的逻辑控制和驱动模块由传输门7、传输门8、传输门9、传输门10、传输门11、传输门12、二输入与门AND4、四输入与门AND5构成。传输门7的输入端输入短路计时信号Td_osp，控制端连接短路判定比较器CMP1的输出端，输出端连接休息计时模块。传输门8的输入端输入过流计时信号Td_ocp，控制端连接二输入与门AND4的输出端，输出端连接传输门10的输入端。传输门9的输入端输入控制功率管充分驱动的驱动信号，控制端连接四输入与门AND5的输出端，输出端输出控制功率管充分驱动的驱动信号。传输门10的输入端连接传输门8的输出端，控制端连接短路判定比较器CMP1的输出端，输出端连接传输门11的输入端。传输门11的输入端连接传输门10的输出端，控制端输入过温保护信号，输出端连接休息计时模块。传输门12的输入端输入过温计时信号Td_otp，控制端输入过温保护信号，输出端连接休息计时模块。二输入与门AND4的第一输入端连接启机过流判定比较器CMP2的输出端，第二输入端连接稳态过流判定比较器CMP3的输出端，输出端连接传输门4的控制端。四输入与门AND5的第一输入端连接启机过流判定比较器CMP2的输出端，第二输入端连接稳态过流判定比较器CMP3的输出端，第三输入端连接短路判定比较器CMP1的输出端，第四输入端输入过温保护信号，输出端接传输门9的控制端。

本实施例中在逻辑控制模块的四输入与门AND5输入端加入过温保护信号OTP_L，过温保护信号OTP_L在正常状态下为高电平，在达到设定温度后为低电平。在传输门10后增加了传输门11，传输门10的输出端连接传输门11的输入端，并且传输门11控制端输入过温保护信号OTP_L。此外还增加了传输门12，传输门12的输入端输入过温计时Td_otp，且Td_otp＝0，输出端连接休息计时模块，传输门12控制端输入过温保护信号OTP_L。

变换器正常工作时，过温保护信号OTP_L为高电平。此时传输门11导通，传输门12关断，变换器进行正常的短路与过流判定。具体判定方式和计时逻辑可参照实施例一。

当温度达到设定温度时(如140℃，此温度不限定为芯片的最高过温保护点)，过温保护信号OTP_L翻低，变为低电平。传输门9、11均关闭，传输门12开启，进行Td_otp计时，由于Td_otp设置为零，即此时不经过计时将直接开启休息计时Tsleep。不管此时Td_osp或Td_ocp计时持续多久，系统都将直接进入保护状态，进行休息计时Tsleep，将之前积累的热量发散掉，直至达到设定温度值以下，OTP_L才会重新变为高电平，传输门11导通，恢复实施例一所述的判定与计时过程。即在芯片达到设定温度时，无论此时是否发生短路或过流现象，都会强制变换器进入休息状态，以此实现变换器温升的控制。

本实施例同样要求设置过流计时时间大于短路计时时间才能实现发明目的。另外，本实施例将过温计时时间设置为零时可避免在过温计时期间积累更多热量，设置过温计时时间为零也就是变换器在出现过温时直接开启休息计时，这样还可以更快地将之前积累的热量散发掉，从而进一步提高变换器的可靠性。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干等同变换、改进和润饰，这些等同变换、改进和润饰也应视为本发明的保护范围，这里不再用实施例赘述，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种短路判定和计时控制方法，用于推挽式或全桥式变换器中功率管的驱动控制，包括如下步骤：

检测和传输步骤：采样每个功率管在导通期间的漏极压降，并分别在每个功率管导通期间对漏极压降进行传输；

比较步骤：将漏极压降和短路阈值电压、启机过流阈值电压和稳态过流阈值电压分别进行实时比较，并输出比较结果信号；短路阈值电压、启机过流阈值电压、稳态过流阈值电压大小关系为：短路阈值电压＞启机过流阈值电压＞稳态过流阈值电压；其中短路阈值电压为功率管处于短路状态时的阈值电压、启机过流阈值电压为功率管处于启机过流状态时的阈值电压、稳态过流阈值电压为功率管处于稳态过流状态时的阈值电压；

逻辑控制和驱动步骤：根据比较结果信号来选择计时方式并切换功率管的驱动方式：(1)当漏极压降高于或等于短路阈值电压时，判定发生短路，进行短路计时，在短路计时时间内功率管进入限流驱动；(2)当漏极压降高于或等于启机过流阈值电压且低于短路阈值电压时，判定发生启机过流，进行过流计时，在过流计时时间内功率管进入限流驱动；(3)当漏极压降高于或等于稳态过流阈值电压且低于启机过流阈值电压时，判定发生稳态过流，进行过流计时，在过流计时时间内功率管进入限流驱动；(4)当漏极压降低于稳态过流阈值电压时，无需计时，控制功率管充分驱动；短路计时时间和过流计时时间的大小关系为：过流计时时间＞短路计时时间；

当没有产生计时时间时，重复上述三个步骤；当产生了计时时间时，在计时时间结束时，只要漏极压降持续高于或等于稳态过流阈值电压，就会控制变换器选择进入休息模式，开启休息计时，休息计时结束后控制变换器再次启机，然后再执行上述三个步骤。

2.根据权利要求1所述的短路判定和计时控制方法，其特征在于：在逻辑控制和驱动步骤还增加过温保护判定，当变换器中控制芯片的温度达到设定温度时，判定发生过温，开启过温计时；对应地，在过温计时结束时，还需要判断变换器中控制芯片的温度是否持续高于或等于设定温度，如果高于也会控制变换器选择进入休息模式，开启休息计时，休息计时结束后控制变换器再次启机，然后再执行检测和传输步骤、比较步骤，以及逻辑控制和驱动步骤。

3.根据权利要求2所述的短路判定和计时控制方法，其特征在于，过温计时时间为零。

4.根据权利要求2所述的短路判定和计时控制方法，其特征在于，设定温度为变换器中控制芯片的最高过温保护点。

5.一种短路判定和计时控制电路，用于推挽式或全桥式变换器中功率管的驱动控制，其特征在于，包括检测和传输模块、比较模块、逻辑控制和驱动模块以及休息计时模块；

所述检测和传输模块，用于采样每个功率管在导通期间的漏极压降，并分别在每个功率管导通期间对漏极压降进行传输；

所述的比较模块，将漏极压降和短路阈值电压、启机过流阈值电压和稳态过流阈值电压分别进行实时比较，并输出比较结果信号；短路阈值电压、启机过流阈值电压、稳态过流阈值电压大小关系为：短路阈值电压＞启机过流阈值电压＞稳态过流阈值电压；其中短路阈值电压为功率管处于短路状态时的阈值电压、启机过流阈值电压为功率管处于启机过流状态时的阈值电压、稳态过流阈值电压为功率管处于稳态过流状态时的阈值电压；

所述逻辑控制和驱动模块，根据比较结果信号来选择计时方式并切换功率管的驱动方式：(1)当漏极压降高于或等于短路阈值电压时，判定发生短路，进行短路计时，在短路计时时间内功率管进入限流驱动；(2)当漏极压降高于或等于启机过流阈值电压且低于短路阈值电压时，判定发生启机过流，进行过流计时，在过流计时时间内功率管进入限流驱动；(3)当漏极压降高于或等于稳态过流阈值电压且低于启机过流阈值电压时，判定发生稳态过流，进行过流计时，在过流计时时间内功率管进入限流驱动；(4)当漏极压降低于稳态过流阈值电压时，无需计时，控制功率管充分驱动；短路计时时间和过流计时时间的大小关系为：过流计时时间＞短路计时时间；

所述休息计时模块，判断逻辑控制和驱动模块产生的计时时间是否结束，并在计时时间结束时，只要判断出漏极压降持续高于或等于稳态过流阈值电压，就会控制变换器选择进入休息模式，开启休息计时，休息计时结束后控制变换器再次启机。

6.根据权利要求5所述的短路判定和计时控制电路，其特征在于：检测和传输模块包括传输门1和传输门2；传输门1的输入端用于输入功率管一的漏极压降，控制端用于输入功率管一的栅极驱动信号，输出端用于将功率管一的漏极压降输出；传输门2的输入端用于输入功率管二的漏极压降，控制端用于输入功率管二的栅极驱动信号，输出端用于将功率管二的漏极压降输出。

7.根据权利要求5所述的短路判定和计时控制电路，其特征在于：比较模块包括短路判定比较器CMP1、启机过流判定比较器CMP2和稳态过流判定比较器CMP3；短路判定比较器CMP1的正向输入端用于输入检测和传输模块传输过来的漏极电压，负向输入端用于输入短路阈值电压，输出端用于输出短路判定比较结果；启机过流判定比较器CMP2的正向输入端用于输入检测和传输模块传输过来的漏极电压，负向输入端用于输入启机过流阈值电压，输出端用于输出启机过流判定比较结果；稳态过流判定比较器CMP3的正向输入端用于输入检测和传输模块传输过来的漏极电压，负向输入端用于输入稳态过流阈值电压，输出端用于输出稳态过流判定比较结果。

8.根据权利要求5所述的短路判定和计时控制电路，其特征在于：逻辑控制和驱动模块包括传输门3、传输门4、传输门5、传输门6、二输入与门AND2和三输入与门AND3；传输门3的输入端用于输入短路计时信号，控制端用于输入短路判定比较结果，输出端用于输出短路计时信号；传输门4的输入端用于输入过流计时信号，控制端连接二输入与门AND2的输出端，输出端连接传输门6的输入端；传输门5的输入端用于输入控制功率管充分驱动的驱动信号，控制端连接三输入与门AND3的输出端，输出端用于输出控制功率管充分驱动的驱动信号；传输门6的控制端用于输入短路判定比较结果，输出端用于输出短路计时信号或过流计时信号；二输入与门AND2第一输入端用于输入启机过流判定比较结果，第二输入端用于输入稳态过流判定比较结果，输出端连接传输门4的控制端；三输入与门AND3的第一输入端用于输入短路判定比较结果，第二输入端用于输入启机过流判定比较结果，第三输入端用于输入稳态过流判定比较结果，输出端连接传输门5的控制端。

9.根据权利要求5所述的短路判定和计时控制电路，其特征在于：逻辑控制和驱动模块还增加过温保护判定功能，当变换器中控制芯片的温度达到设定温度时，判定发生过温，开启过温计时；对应地，休息计时模块还需要判断在过温计时结束时，变换器中控制芯片的温度是否持续高于或等于设定温度，如果高于也会控制变换器选择进入休息模式，开启休息计时，休息计时结束后控制变换器再次启机。

10.根据权利要求9所述的短路判定和计时控制电路，其特征在于：逻辑控制和驱动模块包括传输门7、传输门8、传输门9、传输门10、传输门11、传输门12、二输入与门AND4、四输入与门AND5；传输门7的输入端用于输入短路计时信号，控制端用于输入短路判定比较结果，输出端用于输出短路计时信号；传输门8的输入端用于输入过流计时信号，控制端连接二输入与门AND4的输出端，输出端连接传输门10的输入端；传输门9的输入端用于输入控制功率管充分驱动的驱动信号，控制端连接四输入与门AND5的输出端，输出端用于输出控制功率管充分驱动的驱动信号；传输门10的输入端连接传输门8的输出端，控制端用于输入短路判定比较结果，输出端连接传输门11的输入端；传输门11的输入端连接传输门10的输出端，控制端用于输入过温保护信号，输出端用于输出短路计时信号或过流计时信号或过温计时信号；传输门12的输入端用于输入过温计时信号，控制端用于输入过温保护信号，输出端连接传输门11的输出端；二输入与门AND4第一输入端用于输入启机过流判定比较结果，第二输入端用于输入稳态过流判定比较结果，输出端连接传输门8的控制端；四输入与门AND5第一输入端用于输入启机过流判定比较结果，第二输入端用于输入稳态过流判定比较结果，第三输入端用于输入短路判定比较结果，第四输入端用于输入过温保护信号，输出端接传输门9的控制端。

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