CN112534668A - 升压转换器短路保护 - Google Patents

升压转换器短路保护 Download PDF

Info

Publication number
CN112534668A
CN112534668A CN201880093113.7A CN201880093113A CN112534668A CN 112534668 A CN112534668 A CN 112534668A CN 201880093113 A CN201880093113 A CN 201880093113A CN 112534668 A CN112534668 A CN 112534668A
Authority
CN
China
Prior art keywords
terminal
channel mosfet
voltage
boost converter
inductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201880093113.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112534668B (zh
Inventor
李林珏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Texas Instruments Inc
Original Assignee
Texas Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Texas Instruments Inc filed Critical Texas Instruments Inc
Publication of CN112534668A publication Critical patent/CN112534668A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112534668B publication Critical patent/CN112534668B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1213—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for DC-DC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

一种升压转换器(100)包含电压输出端子(128)、功率晶体管(104)及短路保护电路(114)。所述电压输出端子(128)被配置成提供由所述升压转换器(100)产生的经升压输出电压。所述功率晶体管(104)被配置成通过电感器(112)汲取电流。所述短路保护电路(114)被配置成响应于所述电压输出端子(128)处的短路的检测来控制穿过所述电感器(112)的电流流动。所述短路保护电路(112)包含输出开关(116)，所述输出开关(116)耦合到所述功率晶体管(104)的输入端子(136)并连接到所述电压输出端子(128)。所述输出开关(116)被配置成切换从所述电感器(112)到所述电压输出端子(128)的电流。所述输出开关(112)是负N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。

Description

升压转换器短路保护
背景技术
升压转换器是开关模式电源，其产生高于输入电压的输出电压。升压转换器广泛用于以低输入电压操作的应用，例如电池供电的应用。升压转换器通过以被选择来产生经升压输出电压的占空比将耦合到电压输入的电感器的输出切换到接地来使输出电压升压。
发明内容
用于将负(N)沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)用于升压转换器中的短路保护的电路及方法。在一个实例中，升压转换器包含电感器连接端子、电压输出端子、功率晶体管及第一N沟道MOSFET。功率晶体管包含耦合到电感器连接端子的输入端子及耦合到接地参考的输出端子。第一N沟道MOSFET包含耦合到电感器连接端子的漏极端子及耦合到电压输出端子的源极端子。
在另一实例中，升压转换器包含电压输出端子、功率晶体管及短路保护电路。电压输出端子被配置成提供由升压转换器产生的经升压输出电压。功率晶体管被配置成通过电感器汲取电流。短路保护电路被配置成响应于在电压输出端子处的短路的检测来控制穿过电感器的电流流动。短路保护电路包含输出开关，所述输出开关耦合到功率晶体管的输入端子且连接到电压输出端子。输出开关被配置成切换从电感器到电压输出端子的电流。输出开关是N沟道MOSFET。
在另一实例中，用于升压转换器短路保护的方法包含确定在升压转换器的电压输出端子处是否存在短路。响应于确定电压输出端子处存在短路，关断从电感器汲取电流的第一N沟道MOSFET，并关断连接到电压输出端子并将电感器耦合到电压输出端子的第二N沟道MOSFET。
附图说明
对于各种实例的详细描述，现在将参考附图，其中：
图1展示根据本公开的升压转换器的实例，所述升压转换器包含用于输出电压短路保护的负(N)沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)；
图2展示根据本公开的升压转换器的操作的时序图，所述升压转换器包含用于输出电压短路保护的N沟道MOSFET；并且
图3展示根据本公开的在升压转换器中将N沟道MOSFET用于输出电压短路保护的方法的流程图。
具体实施方式
在本描述及权利要求书通篇使用某些术语来指代特定的系统组件。如本领域技术人员将理解，不同方可通过不同的名称来指代一个组件。本文件无意区分名称不同但功能相同的组件。在本公开及权利要求书中，术语“包含”及“包括”以开放式方式使用，且因此应解释为表示“包含但不限于……”。同样，术语“耦合(couple或couples)”旨在意指间接或直接的有线或无线连接。因此，如果第一装置耦合到第二装置，那么连接可为通过直接连接或通过经由其它装置及连接的间接连接。陈述“基于”旨在意指“至少部分基于”。因此，如果X基于Y，那么X可为Y及任何数目个其它因素的函数。
如果升压转换器缺乏输出短路保护，那么升压转换器的输出端子上的对地短路(short to ground)可能通过电感器及转换器输入与输出电压端子之间的路径中的其它不受控制的组件使升压转换器输入电压对地短路。在这种传导下，升压转换器的电感器、导体及/或其它组件可能损坏。升压转换器输出短路保护包含在电感器与升压转换器输出端子之间增加开关装置。一些实施方案在电感器与升压转换器输出端子之间添加正(P)沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，以及用于检测输出短路并响应于检测到的短路来控制P沟道MOSFET的电路。P沟道MOSFET相对易于控制，但效率低于同等大小的负(N)沟道MOSFET。
本文公开的升压转换器及相关联的控制电路包含N沟道MOSFET作为电感器与升压转换器的输出电压端子之间的过电流保护开关。由于在检测到输出短路时立即完全断开过电流保护开关可能导致可能损坏升压转换器的组件的高电压瞬变(由于电压随着电感放电而升高)，因此控制N沟道MOSFET的操作的电路允许电流从电感器流动穿过N沟道MOSFET，直到跨电感器的电压基本上为零。此后，N沟道MOSFET完全关断，以使升压转换器与短路隔离。
图1展示根据本公开的升压转换器100的实例，所述升压转换器100包含用于输出电压短路保护的N沟道MOSFET。升压转换器100包含控制器102、功率晶体管104、电压输入端子106、电感器连接端子108、二极管110、电感器112、短路保护电路114及电压输出端子128。功率晶体管104可为能够传导大量电流的N沟道MOSFET或双极晶体管。功率晶体管104包含耦合到控制器102的控制端子(例如，栅极端子)164、耦合到电感器连接端子108的输入端子(例如，漏极端子)136及耦合到接地的输出端子(例如，源极端子)138。
控制器102包含脉冲产生电路166，所述脉冲产生电路166产生脉冲信号130以导通及关断电源晶体管104。例如，脉冲产生电路166可包含脉冲宽度调制电路或脉冲频率调制电路，所述脉冲宽度调制电路或脉冲频率调制电路基于电压输出端子128处的电压与参考电压(例如，由控制器102的带隙电路产生的电压)的比较来产生脉冲信号130。脉冲产生电路166耦合到功率晶体管104的控制端子164。控制器102还包含短路检测电路168，所述短路检测电路168检测电压输出端子128处的短路。例如，短路检测电路168可包含比较器，所述比较器将电压输出端子128处的电压与电压输入端子106处的电压进行比较。如果电压输出端子128处的电压下降到低于电压输入端子106处的电压，那么在电压输出端子128处可能存在短路。当检测到电压输出端子128处的短路时，控制器102可关断功率晶体管104。
电感器112包含耦合到电压输入端子106的端子152及耦合到电感器连接端子108的端子154。当导通时，功率晶体管104在电感器112中感应电流流动。当功率晶体管104关断时，由在功率晶体管104导通时的电流流动产生的电感器112周围的磁场崩溃，且电感器连接端子108处的电压升高到高于电压输入端子106处的电压。二极管110将电感器连接端子108耦合到短路保护电路114。在升压转换器100的一些实施方案中，二极管110可由N沟道MOSFET代替。
短路保护电路114包含N沟道MOSFET 116(在本文也称为“输出开关”)、P沟道MOSFET 118、N沟道MOSFET 120、P沟道MOSFET 122(在本文也称为“控制晶体管”)及二极管124。当在升压转换器100的输出处不存在短路时，N沟道MOSFET 116被完全导通以提供用于从电感器连接端子108经由二极管110到电压输出端子128的电流流动路径。当在电压输出端子128处检测到短路时，N沟道MOSFET 116作为输出开关操作以保护升压转换器100。N沟道MOSFET 116以两种方式在输出短路期间保护升压转换器。首先，在检测到电压输出端子128处的短路时，起始N沟道MOSFET 116的关断，但是N沟道MOSFET 116保持部分导通以允许电感器112通过N沟道MOSFET 116放电。通过提供用于电感器112的放电的路径，N沟道MOSFET 116防止在电感器连接端子108处可能损坏升压转换器100的组件的高压瞬变。使电感器112放电所需的时间可在几毫秒的范围内。最终，在电感器112已放电之后，N沟道MOSFET 116被完全关断以防止穿过电感器112到电压输出端子128的电流流动，从而使升压转换器100与电压输出端子128处的短路隔离。
N沟道MOSFET 116包含经由二极管110耦合到电感器连接端子108的输入端子(例如，漏极端子)140以及耦合到电压输出端子128的输出端子(例如，源极端子)142。N沟道MOSFET 116由P沟道MOSFET 118、N沟道MOSFET 120及P沟道MOSFET 122控制。
P沟道MOSFET 118及N沟道MOSFET 120被连接以形成上拉/下拉电路，所述上拉/下拉电路驱动N沟道MOSFET 116的控制端子144。因为N沟道MOSFET 116的控制端子144的阻抗相对较高，所以P沟道MOSFET 118及N沟道MOSFET 120可为相对较弱的驱动器。P沟道MOSFET118(低侧晶体管)及N沟道MOSFET 120(高侧晶体管)通过由控制器102产生的信号134控制。可基于如由控制器102的短路检测电路168确定的电压输出端子128的状态来产生信号134。P沟道MOSFET 118的控制端子(例如，栅极端子)172及N沟道MOSFET 120的控制端子(例如，栅极端子)170耦合到短路检测电路168。
当在电压输出端子128处未检测到短路时，信号134使N沟道MOSFET 120导通且使P沟道MOSFET 118关断。P沟道MOSFET 118的输入端子(例如，源极端子)160耦合到N沟道MOSFET 120的输出端子(例如，源极端子)158。P沟道MOSFET 118的输入端子160及N沟道MOSFET 120的输出端子158耦合到N沟道MOSFET 116的控制端子(例如，栅极端子)144。当导通时，N沟道MOSFET 120将控制信号132(施加到N沟道MOSFET 116的控制电压)驱动到高于电压输出端子128处的电压的电压，以导通N沟道MOSFET 116。例如，升压转换器100可包含电荷泵，当在输出端子128处不存在短路时，所述电荷泵产生高于电压输出端子128处的电压的电压。N沟道MOSFET 120的输入端子(例如，漏极端子)156耦合到电荷泵。
当检测到电压输出端子128处的短路时，信号134使P沟道MOSFET 118导通且使N沟道MOSFET 120关断。当N沟道MOSFET 120关断且P沟道MOSFET 118导通时，P沟道MOSFET 118将控制信号132驱动到电压输出端子128上存在的电压以关断N沟道MOSFET 116。P沟道MOSFET 118的输出端子(例如，漏极端子)162耦合到电压输出端子128。因为P沟道MOSFET118可相对较小且较弱，所以P沟道MOSFET 118可相对缓慢地关断N沟道MOSFET 116。短路保护电路114的一些实施方案可包含N沟道MOSFET作为下拉电路及/或包含P沟道MOSFET作为上拉电路。
如果在检测到电压输出端子128处的短路时，N沟道MOSFET 116突然关断(即，从电感器112到电压输出端子128的电流流动突然减小)，那么根据电感器电压方程式
Figure BDA0002757810000000051
电感器连接端子108处的电压可能上升到可在电感器112放电时损坏升压转换器100的电压。为防止电感器连接端子108处的高压瞬变，当电感器112放电时(例如，当电感器连接端子108处的电压超过电压输入端子106处的电压时)，P沟道MOSFET 122使N沟道MOSFET 116保持导通。P沟道MOSFET 122的控制端子(例如，栅极端子)150耦合到电压输入端子106。P沟道MOSFET 122的输入端子(例如，源极端子)146耦合到电感器连接端子108。P沟道MOSFET 122的输出端子(例如，漏极端子)经由二极管124耦合到N沟道MOSFET 116的控制端子。
当控制器102在电压输出端子128处检测到短路时，控制器102关断功率晶体管104及N沟道MOSFET 120，且导通P沟道MOSFET 118，这开始关断N沟道MOSFET 116。由关断功率晶体管104及部分关断N沟道MOSFET 116引起的电感器112中电流流动的变化导致电感器连接端子108(及P沟道MOSFET 122的输入端子146)处的电压随着电感器112放电而增加。当电感器连接端子108处的电压超过电压输入端子106处的电压达P沟道MOSFET 122的阈值电压时，P沟道MOSFET 122导通并允许瞬态电流从电感器连接端子108流动(即，路由电流)到N沟道MOSFET 116的控制端子144，从而导通N沟道MOSFET 116(例如，防止N沟道MOSFET 116被P沟道MOSFET 118完全关断)。随着电感器112放电，且电感器电流减小到零(参见图2)，电感器连接端子108处的电压下降到大约电压输入端子106处的电压(例如，跨电感器112的电压下降到低于P沟道MOSFET 122的阈值电压)，且P沟道MOSFET 122关断。当P沟道MOSFET 122关断时，N沟道MOSFET 116经由由P沟道MOSFET 118提供的下拉而关断。因此，P沟道MOSFET122在短路事件期间控制N沟道MOSFET 116，以允许电感器112放电，同时保护升压转换器100免受过电流损坏。
在一些实施方案中，控制器102、功率晶体管104、电压输入端子106、电感器连接端子108、二极管110、短路保护电路114及输出端子输出端子可为同一集成电路的组件。
图2展示根据本公开的用于升压转换器升压转换器100的实例的操作的时序图。在图2中，在时间t0之前，升压转换器100在电压输出端子128处不存在短路的情况下操作。脉冲信号130上的脉冲使功率晶体管104切换，在功率晶体管104关断的同时，电感器连接端子108处的电压超过电压输入端子106处的电压，且电压输出端子128处的电压超过电压输入端子106处的电压。在时间t0，电压输出端子128对地短路，且电压输出端子128处的电压开始朝向接地下降。在时间t1，电压输出端子128处的电压已下降到等于电压输入端子106处的电压，且在时间t2，控制器102的短路检测电路168检测短路。响应于由短路检测电路168检测短路，脉冲产生电路166中断脉冲信号130上的产生脉冲以关断功率晶体管104，且短路检测电路168将信号134设置为导通P沟道MOSFET 118并关断N沟道MOSFET 120。因为控制信号132的下降时间长于脉冲信号130的下降时间，所以在时间t2与时间t3之间，在电感器112中流动的电流流动穿过二极管110及N沟道MOSFET 116。在时间t2与时间t3之间，电感器连接端子108处的电压等于电压输出端子128处的电压。
在时间t3之后，控制信号132的电压减小到N沟道MOSFET 116的米勒平台电压，且电感器连接端子108处的电压增加。当电感器连接端子108处的电压超过电压输入端子106处的电压达至少P沟道MOSFET 122的阈值电压时，P沟道MOSFET 122导通。因为P沟道MOSFET122的漏极-源极电阻实质上小于P沟道MOSFET 118的漏极-源极电阻，所以控制信号132的电压保持约P沟道MOSFET 122的米勒平台电压，直到在时间t4，无电流在电感器112中流动(即，跨电感器112的电压基本上为零(例如，在零伏的P沟道MOSFET 122的阈值电压内))。此后，P沟道MOSFET 122及N沟道MOSFET 116关断。
图3展示根据本公开的用于将N沟道MOSFET用于升压转换器中的输出电压短路保护的方法300的流程图。尽管为方便起见顺序地描绘，但是所展示的动作中的至少一些可以不同的顺序执行及/或并行执行。另外，一些实施方案可仅执行所展示的动作中的一些。方法300的操作可通过升压转换器100的实施方案来执行。
在框302中，升压转换器100正在操作。电压输出端子128处的电压超过电压输入端子106处的电压，且短路检测电路168正在监测电压输出端子128处的电压以检测短路。例如，短路检测电路168可将电压输出端子128处的电压与电压输入端子106处的电压进行比较，且如果电压输入端子106处的电压超过电压输出端子128处的电压，那么将电压输出端子128处的短路识别为存在。
在框304中，如果在电压输出端子128处尚未检测到短路(例如，电压输出端子128处的电压超过电压输入端子106处的电压)，那么在框302中继续监测短路。
如果在框304中已检测到短路(例如，电压输入端子106处的电压超过电压输出端子128处的电压)，那么在框306中，关断功率晶体管104。例如，脉冲产生电路166中断脉冲产生并设置脉冲信号130以撤销激活功率晶体管104。
在框308中，关断N沟道MOSFET 120。例如，将信号134设置为撤销激活N沟道MOSFET120。
在框310中，导通P沟道MOSFET 118。例如，将信号134设置为撤销激活N沟道MOSFET120将信号134设置为激活P沟道MOSFET 118。导通P沟道MOSFET 118将N沟道MOSFET 116的控制端子144拉向电压输出端子128处的电压，以关断N沟道MOSFET 116。
在框312中，在功率晶体管104关断之后，电感器连接端子108处的电压增加，且当电感器连接端子108处的电压超过电压输入端子106处的电压达至少P沟道MOSFET 122的阈值电压时，P沟道MOSFET 122导通，且电流从电感器连接端子108流动到N沟道MOSFET 116的控制端子144，从而使N沟道MOSFET 116导通。
在框314中，如果跨电感器112的电压非零，那么在框312中，P沟道MOSFET 122及N沟道MOSFET 116保持导通，以使电感器112通过N沟道MOSFET 116放电。
如果在框314中，跨电感器112的电压为零，那么P沟道MOSFET 122及N沟道MOSFET116关断。
以上讨论意在说明本发明的原理及各种实施例。一旦完全理解以上公开，许多变化及修改对于本领域技术人员将变得显而易见。意图将以下权利要求解释为包含所有这些变化及修改。

Claims (20)

1.一种升压转换器，其包括：
电感器连接端子；
电压输出端子；
功率晶体管，其包括：
输入端子，其耦合到所述电感器连接端子；及
输出端子，其耦合到参考接地；
负N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，其包括：
漏极端子，其耦合到所述电感器连接端子；及
源极端子，其耦合到所述电压输出端子。
2.根据权利要求1所述的升压转换器，其进一步包括：正P沟道MOSFET，其包括：
源极端子，其耦合到所述电感器连接端子；及
漏极端子，其耦合到所述N沟道MOSFET的栅极端子。
3.根据权利要求2所述的升压转换器，其进一步包括二极管，所述二极管将所述P沟道MOSFET的所述漏极端子耦合到所述N沟道MOSFET的所述栅极端子。
4.根据权利要求3所述的升压转换器，其进一步包括电压输入端子，其中所述第一P沟道MOSFET的栅极端子耦合到所述电压输入端子。
5.根据权利要求4所述的升压转换器，其进一步包括电感器，所述电感器包括：
第一端子，其耦合到所述电感器连接端子；及
第二端子，其耦合到所述电压输入端子。
6.根据权利要求1所述的升压转换器，其中所述N沟道MOSFET是第一N沟道MOSFET，且所述升压转换器进一步包括第二N沟道MOSFET，其包括：
漏极端子，其耦合到电荷泵；及
源极端子，其耦合到所述第一N沟道MOSFET的栅极端子。
7.根据权利要求6所述的升压转换器，其进一步包括P沟道MOSFET，其包括：
源极端子，其耦合到所述第一N沟道MOSFET的所述栅极端子；及
漏极端子，其耦合到所述电压输出端子。
8.根据权利要求7所述的升压转换器，其进一步包括控制器，所述控制器包括：
脉冲产生电路，其耦合到所述功率晶体管的控制端子；
短路检测电路，其耦合到：
所述脉冲产生电路；
所述电压输出端子；
所述第二N沟道MOSFET的栅极端子；及
所述P沟道MOSFET的栅极端子。
9.根据权利要求1所述的升压转换器，其进一步包括二极管，所述二极管将所述功率晶体管的所述输入端子耦合到所述N沟道MOSFET的所述漏极端子。
10.一种升压转换器，其包括：
电压输出端子，其被配置成提供通过所述升压转换器产生的经升压输出电压；
功率晶体管，其被配置成通过电感器汲取电流；及
短路保护电路，其被配置成响应于在所述电压输出端子处的短路的检测而控制穿过所述电感器的电流，所述短路保护电路包括：
输出开关，其耦合到所述功率晶体管的输入端子且连接到所述电压输出端子，所述输出开关被配置成切换从所述电感器到所述电压输出端子的电流；
其中所述输出开关是负N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET。
11.根据权利要求10所述的升压转换器，其进一步包括耦合到所述输出开关及所述功率晶体管的控制晶体管，所述控制晶体管被配置成将电流从所述电感器路由到所述输出开关的控制端子。
12.根据权利要求11所述的升压转换器，其中所述控制晶体管被配置成响应于所述短路的所述检测而激活所述输出开关，直到跨所述电感器的电压基本上等于零为止。
13.根据权利要求11所述的升压转换器，其进一步包括：电压输入端子，其耦合到所述控制晶体管的控制端子；其中所述电压输入端子被配置成连接到所述电感器。
14.根据权利要求10所述的升压转换器，其进一步包括被配置成控制所述输出开关的上拉/下拉电路，所述上拉/下拉电路包括耦合到所述输出开关的控制端子的输出。
15.根据权利要求14所述的升压转换器，其进一步包括控制器，所述控制器被配置成：
检测所述升压转换器的所述电压输出端子处的所述短路；及
响应于所述短路的检测而关断所述功率晶体管。
16.根据权利要求15所述的升压转换器，其中所述上拉/下拉电路包括：
高侧晶体管；及
低侧晶体管；
其中所述控制器被配置成：
响应于所述电压输出端子处的所述短路的检测而导通所述低侧晶体管；及
响应于所述电压输出端子处无短路的检测而导通所述高侧晶体管。
17.一种用于升压转换器短路保护的方法，其包括：
检测升压转换器的电压输出端子处的短路；及
响应于所述电压输出端子处的检测到的短路：
关断从电感器汲取电流的第一负N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET；及
关断连接到所述电压输出端子且将所述电感器耦合到所述电压输出端子的第二N沟道MOSFET。
18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括：
响应于所述电压输出端子处的所述检测到的短路：
关断上拉所述第二N沟道MOSFET的栅极端子的第三N沟道MOSFET；及
导通正P沟道MOSFET以下拉所述第二N沟道MOSFET的所述栅极端子。
19.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括响应于所述第一N沟道MOSFET的漏极端子处的电压大于所述升压转换器的电压输入端子处的电压达P沟道MOSFET的阈值电压而导通所述P沟道MOSFET以将电流从所述电感器路由到所述第二N沟道MOSFET的栅极端子。
20.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括在关断所述第一N沟道MOSFET之后且在关断所述第二N沟道MOSFET之前，保持所述第二N沟道MOSFET导通直到所述电感器中无电流在流动。
CN201880093113.7A 2018-04-10 2018-04-10 升压转换器短路保护 Active CN112534668B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2018/082528 WO2019196013A1 (en) 2018-04-10 2018-04-10 Boost converter short circuit protection

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112534668A true CN112534668A (zh) 2021-03-19
CN112534668B CN112534668B (zh) 2023-09-29

Family

ID=68097417

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880093113.7A Active CN112534668B (zh) 2018-04-10 2018-04-10 升压转换器短路保护

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11056969B2 (zh)
CN (1) CN112534668B (zh)
WO (1) WO2019196013A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10777121B1 (en) * 2019-11-21 2020-09-15 Himax Technologies Limited Power circuit, gate driver and related operation control method for multi-source display system
CN111049108A (zh) * 2019-12-28 2020-04-21 天地伟业技术有限公司 一种外置的dcdc电源过流保护装置
CN111865060B (zh) * 2020-07-30 2021-06-04 上海南芯半导体科技有限公司 一种升压式变换器的输出短路保护方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07194100A (ja) * 1993-12-28 1995-07-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 昇圧型ｄｃ−ｄｃコンバータの出力スイッチ装置
US6031702A (en) * 1997-10-22 2000-02-29 Siliconix Incorporated Short circuit protected DC-DC converter using disconnect switching and method of protecting load against short circuits
CN1388618A (zh) * 2001-05-24 2003-01-01 台达电子工业股份有限公司 降压转换器的输出过电压保护装置
JP2010051053A (ja) * 2008-08-19 2010-03-04 Nec Electronics Corp 昇圧ｄｃ−ｄｃコンバータ用制御回路及び昇圧ｄｃ−ｄｃコンバータ
CN103746342A (zh) * 2014-01-10 2014-04-23 成都芯源系统有限公司 升压变换器以及用于升压变换器的控制器及短路保护方法
CN104253413A (zh) * 2013-06-26 2014-12-31 欧姆龙汽车电子株式会社 Dc-dc转换器
CN106786395A (zh) * 2016-12-09 2017-05-31 芯洲科技（北京）有限公司 一种保护电路及方法
CN206506287U (zh) * 2017-01-16 2017-09-19 广东百事泰电子商务股份有限公司 一种修正波逆变器智能型短路保护开关电路

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5726845A (en) * 1996-02-28 1998-03-10 Astec International Limited Short circuit protection for power factor correction circuit
US7382113B2 (en) * 2006-03-17 2008-06-03 Yuan Ze University High-efficiency high-voltage difference ratio bi-directional converter
TWI368837B (en) * 2008-07-16 2012-07-21 Acbel Polytech Inc Ac to dc power converter with hold up time function
US9419431B2 (en) * 2014-05-14 2016-08-16 Texas Instruments Deutschland Gmbh Short-circuit protection system for power converters
US10291128B1 (en) * 2017-12-19 2019-05-14 Linear Technology Holding Llc Minimizing body diode conduction in synchronous converters

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07194100A (ja) * 1993-12-28 1995-07-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 昇圧型ｄｃ−ｄｃコンバータの出力スイッチ装置
US6031702A (en) * 1997-10-22 2000-02-29 Siliconix Incorporated Short circuit protected DC-DC converter using disconnect switching and method of protecting load against short circuits
CN1388618A (zh) * 2001-05-24 2003-01-01 台达电子工业股份有限公司 降压转换器的输出过电压保护装置
JP2010051053A (ja) * 2008-08-19 2010-03-04 Nec Electronics Corp 昇圧ｄｃ−ｄｃコンバータ用制御回路及び昇圧ｄｃ−ｄｃコンバータ
CN104253413A (zh) * 2013-06-26 2014-12-31 欧姆龙汽车电子株式会社 Dc-dc转换器
CN103746342A (zh) * 2014-01-10 2014-04-23 成都芯源系统有限公司 升压变换器以及用于升压变换器的控制器及短路保护方法
CN106786395A (zh) * 2016-12-09 2017-05-31 芯洲科技（北京）有限公司 一种保护电路及方法
CN206506287U (zh) * 2017-01-16 2017-09-19 广东百事泰电子商务股份有限公司 一种修正波逆变器智能型短路保护开关电路

Also Published As

Publication number Publication date
CN112534668B (zh) 2023-09-29
WO2019196013A1 (en) 2019-10-17
US11056969B2 (en) 2021-07-06
US20190312505A1 (en) 2019-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10236677B2 (en) Semiconductor device
US9698654B2 (en) Soft shutdown for isolated drivers
US20180309433A1 (en) Soft shutdown modular circuitry for power semiconductor switches
CN104954002B (zh) 功率开关的受控关断
CN112838746A (zh) 具有集成米勒钳位器的栅极驱动器
JP2010130822A (ja) 半導体装置
US10033370B2 (en) Circuit and method for driving a power semiconductor switch
US20150364913A1 (en) Load driving circuit
US11545972B2 (en) Overcurrent protection circuit for switching element turned on and off based on control voltage
EP3038223B1 (en) Load driving circuit
CN112534668B (zh) 升压转换器短路保护
US8503146B1 (en) Gate driver with short-circuit protection
CN110958003A (zh) 自适应栅极驱动器
US20150340951A1 (en) Boost converter and power controling method thereof
CN113394956A (zh) 栅极驱动器的可调软关断和电流升压器
US11676752B2 (en) Systems and methods to safely discharge inductors without energy limitations
US6917227B1 (en) Efficient gate driver for power device
US11496125B2 (en) Switch circuit capable of overcurrent protection with small and simple circuit, and with simple operation, without affecting normal operation
CN114303309A (zh) 过流保护电路及开关电路
US11574902B2 (en) Clamp for power transistor device
EP3731413A1 (en) Gate driver circuit and method for driving a gate of a field-effect transistor
KR20210070591A (ko) 전력 스위치용 단락보호회로
EP3993264A1 (en) Switch controller, device and method with overcurrent protection
KR20230055364A (ko) 스위치의 단락 보호 장치
CN117394267A (zh) 用于保护功率开关免受短路和过电流的影响的保护电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant