CN112952762A - 短路确定设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种开关电源设备(1)中的短路确定设备。该开关电源设备转换施加在上电源线(Nu)与下电源线(Nd)之间的电源电压(VIN)并且通过中间节点(Nc)输出电源电压到负载(3)。该开关电源设备包括多个上开关元件(P1，P2；N3，N2)和下开关元件(N1)。多个上开关元件中的每个具有导电端子和控制端子。导电端子串联连接在上电源线与中间节点之间。控制端子以彼此相同的电平被驱动。下开关元件具有连接在下电源线与中间节点之间的导电端子。下开关元件和多个上开关元件串联连接。

Description

短路确定设备
技术领域
本公开涉及短路确定设备。
背景技术
通过在输出端子与下电源线之间连接负载来使用降压开关电源设备。负载还连接在上电源线与下电源线之间。通过在输出端子的上侧和下侧中的每侧上串联连接一个开关元件来配置开关电源设备。
上开关元件和下开关元件中的每个都具有能够耐受比正常施加的电压更高的电压的耐受电压特性。开关电源设备具备电流检测电路和电压检测电路。开关电源设备可以通过使用电流检测电路或电压检测电路来检测每个开关元件的短路故障或开路故障。
已经提出的故障检测电路可以在负载的上侧上的开关元件短路时检测到故障。然而，电流继续通过短路的上开关元件从上电源线流到负载的下开关元件或负载。这种故障状态持续到施加到上电源线的电压源的电压降低或电压源与开关电源设备之间的连接断开。由于电压源继续施加高电压到开关电源设备，因此存在消耗大量功率并且负载等生成热量的担忧。
另一方面，在专利文献1中已经提出了用于将输出端子的上电源线侧和下电源线侧上的多个开关元件串联连接的技术。通过使用专利文献1的这种技术，连同使用具有比所施加的电压高的耐受电压的开关元件，可以抑制负载等下的热量生成。进一步地，在这种情况下，开关电源设备可以通过检测并且监测开关元件的端子之间的电压来检测开关元件的短路。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP 4872485 B2
发明内容
为了改进由于上开关元件的电压降引起的功率转换效率，发明人提出了一种构造，其中：多个上开关元件串联连接，并且相同电平的电压施加到多个上开关元件的控制端子。
例如，多个上开关元件中连接到负载侧的上开关元件可能短路。在这种情况下，当下开关元件接通并且多个上开关元件关断时，多个上开关元件的公共连接点的电势下降到近似等于下电源线的电势。因此，该开关电源设备可以通过经由电压检测电路检测多个上开关元件的公共连接点的电压，来检测连接到负载侧的上开关元件的短路。
然而，例如，当不同于连接到负载侧的上开关元件的上开关元件可能短路时，不论上开关元件和下开关元件的导通状态或截止状态，公共连接点处的电压波动都较小。因此，难以确定开关元件的短路。
本公开提供了一种短路确定设备，当多个上开关元件串联连接时，所述短路确定设备能够容易地确定上开关元件的短路。
本公开的示例性实施例提供了一种短路确定设备。短路确定设备提供在开关电源设备中。该开关电源设备转换施加在上电源线与下电源线之间的电源电压并且通过中间节点输出电源电压到负载。该开关电源设备包括多个上开关元件和下开关元件。多个上开关元件中的每个具有导电端子和控制端子。导电端子串联连接在上电源线与中间节点之间。控制端子以彼此相同的电平被驱动。下开关元件具有连接在下电源线与中间节点之间的导电端子。下开关元件和多个上开关元件串联连接。该短路确定设备包括模拟开关和短路确定单元。模拟开关连接在公共连接点与参考电势线之间，多个上开关元件的导电端子共同连接到公共连接点，参考电势线具有与上电源线处的电压和下电源线处的电压不同的参考电压。短路确定单元在多个上开关元件关断并且下开关元件接通的状态中，通过借助于接通模拟开关而将参考电压偏置到公共连接点，从而基于对公共连接点处电势的检测来确定多个上开关元件中的每个的短路。
例如，当多个上开关元件正常操作时，所有多个上开关元件被关断。因此，导电端子之间的阻抗较高。因此，多个上开关元件的公共连接点被模拟开关偏置到参考电压。
例如，当多个上开关元件中的处于上电源线侧上的上开关元件短路时，公共连接点的电势变为施加到上电源线的电源电压。因此，短路确定单元可以通过检测公共连接点的电势来确定上电源线侧的上开关元件是正常操作还是短路。
例如，当多个上开关元件中的负载侧上的上开关元件短路时，公共连接点的电势变为近似连接到负载的中间节点的电势。由于下开关元件被驱动为导通，所以公共连接点的电势变到下电源线的施加电势侧(例如，地电势)。因此，短路确定单元可以通过检测公共连接点的电势来确定负载侧的上开关元件是正常操作还是短路。如上所述，该构造可以容易地确定串联连接的多个上开关元件中的每个是否短路。结果，可以串联连接多个上开关元件，并且可以提供一种抑制由于上开关元件的短路而引起的过电流的安全开关电源设备。
附图说明
本发明的以上和其他目的、特征和优点将从参考附图给出的以下具体实施方式中变得更加显而易见。在附图中：
图1是示出了根据第一实施例的开关电源设备的电气构造框图；
图2是示出了在第一实施例中当负载侧上的上开关元件短路时每个部分的信号变化的时序图；
图3是示出了在第一实施例中当上电源线侧上的上开关元件短路时每个部分的信号变化的时序图；
图4是示出了根据第二实施例的开关电源设备的电气构造框图；
图5是示出了在第二实施例中当上电源线侧上的上开关元件短路时每个部分的信号变化的时序图；
图6是示出了在第二实施例中当负载侧上的上开关元件短路时每个部分的信号变化的时序图；
图7是示出了根据第三实施例的开关电源设备的电气构造框图；
图8是示出了根据第四实施例的开关电源设备的电气构造框图；以及
图9是示出了根据第三实施例的开关电源设备的电气构造框图。
具体实施方式
下文参考附图描述各实施例。在下述实施例的每个实施例中，相同或相似的附图标记被附加到相同或相似的构造，并且在必要时省略描述。
(第一实施例)
图1到图3是第一实施例的解释图。图1中示出的开关电源设备1是降压斩波器型开关电源设备。开关电源设备1将通过对从外部电压源2输入的电源电压VIN进行降压而获得的DC电源电压作为输出电压VOUT供应到负载3。开关电源设备1包括半导体集成电路设备4和滤波器5。
半导体集成电路设备4从输入端子4a和地端子4b输入电压源2的电源电压VIN。输入端子4a连接到上电源线Nu，并且地端子4b连接到作为下电源线的地线Nd。开关电源设备1转换并且输出通过中间节点Nc施加在上电源线Nu与地线Nd之间的电源电压VIN。
半导体集成电路设备4将中间节点Nc连接到输出端子4c。由电抗器L1和电容器C1提供的滤波器5连接到输出端子4c的后续级。负载3连接到滤波器5的后续级。
半导体集成电路设备4包括各种电子电路块，例如内部电源电路6、控制电路7、上驱动电路8、下驱动电路9、多个上开关元件P1和P2、下开关元件N1、电压检测电路10和11、模拟开关12等。电子电路块的一部分或全部构成短路确定设备A。
多个上开关元件P1和P2均由P沟道MOSFET提供，并且充当导电端子的源极和漏极串联连接。多个上开关元件P1和P2中的每个上开关元件的源极和漏极串联连接在上电源线Nu与中间节点Nc之间。充当多个上开关元件P1和P2的控制端子的栅极彼此连接，使得多个上开关元件P1和P2被上驱动电路8以彼此相同的电平驱动。由于串联连接的多个上开关元件P1和P2具有相同的栅极施加电压，所以可以改进当上开关元件P1和P2导电时由于电压降引起的功率转换效率。
下开关元件N1由N沟道MOSFET提供，并且充当导电端子的漏极和源极连接在中间节点Nc与地线Nd之间。下开关元件N1的源极和漏极通过中间节点Nc串联连接到上开关元件P1和P2。此外，连接下开关元件N1，使得充当控制端子的栅极由下驱动电路9驱动。
内部电源电路6是基于输入到输入端子4a的电源电压VIN而生成DC电源电压的电源电路。内部电源电路6连接在上电源线Nu与参考电势线Nh之间。当在上电源线Nu与下电源线Nd之间输入电源电压VIN时，内部电源电路6基于电源电压VIN生成稳定的电源电压(例如，大约几V)并且在上电源线Nu与参考电势线Nh之间供应电源电压。与上电源线Nu和地线Nd的每个所施加电压(在本实施例中，VIN、GND)不同的电压被施加到参考电势线Nh。在本实施例中，参考电势线Nh被用作施加到驱动上开关元件P1和P2的栅极的上驱动电路8的驱动电源的下驱动电源线(对应于第三驱动电源线)。
上驱动电路8通过使用内部电源电路6的施加在上电源线Nu与参考电势线Nh之间的电源电压而操作。上驱动电路8基于从控制电路7输入的控制信号来生成用于驱动上开关元件P1和P2的高电平或低电平的电势，并且驱动上开关元件P1和P2的栅极。
下驱动电路9通过使用由稳压电源电路(未示出)生成的稳压电源电压VDD而操作。下驱动电路9基于从控制电路7输入的控制信号来生成用于驱动下开关元件N1的高电平或低电平的电势，并且驱动下开关元件N1。
模拟开关12连接在公共连接点Nm与参考电压VH施加到的参考电势线Nh之间。公共连接点Nm连接上开关元件P1的漏极和上开关元件P2的源极。漏极和源极对应于导电端子。可基于从控制电路7输入的控制信号来控制模拟开关12为导通或截止。模拟开关12是预先设置了比假定当电源接通时上开关元件P1或上开关元件P2短路的情况下的阻抗值(短路时的阻抗)大的阻抗值的开关。
通过使用由施加在上电源线Nu与地线Nd之间的电源电压VIN操作的比较器(未示出)来配置电压检测电路10。电压检测电路10检测多个上开关元件P1和P2的漏极和源极的公共连接点Nm处的电压VM，由此将检测结果DETP1输出到控制电路7，该检测结果DETP1是将电压VM与预定阈值电压Vth1进行比较的结果(假设地电压<阈值电压Vth1<参考电压VH)。提供电压检测电路10用于确定上开关元件P1的短路。
通过使用由内部电源电路6的施加在上电源线Nu与参考电势线Nh之间的电源电压操作的比较器(未示出)来配置电压检测电路11。电压检测电路11检测多个上开关元件P1和P2的漏极和源极的公共连接点Nm处的电压VM，由此输出检测结果DETP2到控制电路7，该检测结果DETP2是将电压VM与预定阈值电压Vth2进行比较的结果(假设电源电压VIN>阈值电压Vth2>参考电压VH)。提供电压检测电路11用于确定上开关元件P2的短路。
控制电路7包括电平移位电路13。控制电路7执行预定控制逻辑。控制电路7充当根据本公开的短路确定单元。
控制电路7通过电平移位电路13根据上驱动电路8的驱动输入电平来调节去往上驱动电路8的输出电平。控制电路7通过使用上驱动电路8将用于上开关元件P1和P2的导通电平信号或截止电平信号施加到上开关元件P1和P2的栅极，由此几乎同时接通或关断上开关元件P1和P2。此外，控制电路7使用下驱动电路9将导通电平信号或截止电平信号施加到下开关元件N1的栅极，由此接通或关断下开关元件N1。
将描述以上构造的正常操作和短路确定时的操作。
如图2所示，在正常操作周期T1和T3期间，控制电路7互补地接通和关断上开关元件P1和P2以及下开关元件N1，同时保持模拟开关12处于截止状态。当控制电路7将上开关元件P1和P2驱动至导通，并且将下开关元件N1驱动至截止时，滤波器5和负载3通过上开关元件P1和P2从上电源线Nu导电。当控制电路7将上开关元件P1和P2驱动至截止，并且将下开关元件N1驱动至导通时，在下开关元件N1与滤波器5之间传导回流电流。控制电路7通过脉冲控制(例如，PWM控制)来控制上开关元件P1和P2以及下开关元件N1的导通/截止驱动，使得可以将输出到负载3的输出电压VOUT控制到与电源电压VIN不同的目标电压。目标电压可以低于电源电压VIN。
在短路确定周期T2和T4期间，如图2所示，控制电路7将上开关元件P1和P2的栅极电压GPu设置到截止电平，使得控制电路7将多个上开关元件P1和P2驱动至截止，并且控制电路7将下开关元件N1的栅极电压GNd设置到导通电平，使得控制电路7将下开关元件N1驱动至导通。
控制电路7将模拟开关12从截止状态变为导通状态。当接通模拟开关12时，参考电压VH被施加到公共连接点Nm。
在这种状态中，控制电路7检查多个上开关元件P1和P2是否正常地导通和截止操作，以及上开关元件P1和P2的任一个是否短路。当多个上开关元件P1和P2正常操作时，如短路确定周期T2中所示，上开关元件P1和P2全部正常截止。因此，公共连接点Nm处的电压VM近似等于参考电压VH。
然而，如短路确定周期T4中所示，当负载3侧上的上开关元件P1因某些原因在源极与漏极之间短路时，公共连接点Nm处的电压VM变为近似等于中间节点Nc的电势。由于在短路确定周期T4期间接通下开关元件N1，所以中间节点Nc的电势变为近似等于地电势。因此，当电压检测电路10通过将公共连接点Nm处的电压VM与阈值电压Vth1进行比较而检测到公共连接点Nm处的电压VM从参考电压VH变为地电势时，电压检测电路10输出检测结果DEPT1，检测结果DEPT1表示公共连接点Nm处的电压VM从参考电压VH变为地电势。利用检测结果DEPT1，控制电路7可以确定上开关元件P1短路。
特别地，由于当上开关元件P1短路时的阻抗被设置为低于当模拟开关12导电时的阻抗，所以公共连接点Nm处的电压VM从参考电压VH显著变为地电势。因此，电压检测电路10可以容易地检测到公共连接点Nm处的电压VM的变化。
此外，如图3所示，当上电源线Nu侧上的上开关元件P2因某些原因在源极与漏极之间短路时，上开关元件P2将公共连接点Nm处的电压VM变为等于电源电压VIN。因此，当电压检测电路11通过将公共连接点Nm处的电压VM与阈值电压Vth2进行比较而检测到公共连接点Nm处的电压VM从参考电压VH变为电源电压VIN时，电压检测电路11输出检测结果DEPT2，检测结果DEPT2表示公共连接点Nm处的电压VM从参考电压VH变为电源电压VIN。利用检测结果DEPT2，控制电路7可以确定上开关元件P2短路。
特别地，由于当上开关元件P2短路时的阻抗被设置为低于模拟开关12导电时的阻抗，所以公共连接点Nm处的电压VM从参考电压VH显著变为电源电压VIN。因此，电压检测电路11可以容易地检测到公共连接点Nm处的电压VM的变化。
当控制电路7确定上开关元件P1或P2短路时，控制电路7施加截止电平到上开关元件P1和P2以及下开关元件N1的栅极，以停止驱动上开关元件P1和P2以及下开关元件N1。结果，可以切断开关电源设备1(亦即半导体集成电路设备4)内部的导电流动，并且可以维持安全。
(本实施例的效果)
如上所述，根据本实施例的开关电源设备1的短路确定设备A，在多个上开关元件P1和P2被驱动至截止，并且下开关元件N1被驱动至导通的状态中，接通模拟开关12。在这种构造中，参考电压VH被偏置到多个上开关元件P1和P2的公共连接点Nm，并且确定多个上开关元件P1和P2短路。
例如，当上开关元件P1在源极与漏极之间短路时，公共连接点Nm处的电压VM变为中间节点Nc的电势。由于下开关元件N1被驱动至导通，所以公共连接点Nm的电势变为地线Nd的地电势。控制电路7可以通过检测公共连接点Nm的电势来确定上开关元件P1是正常操作还是短路。
例如，当上开关元件P2在源极与漏极之间短路时，公共连接点Nm处的电压VM变为施加到上电源线Nu的电源电压VIN。控制电路7可以通过检测公共连接点Nm的电势来确定上开关元件P2是正常操作还是短路。
可以容易地检测到串联连接的上开关元件P1和P2的短路。结果，可以串联连接上开关元件P1和P2，并且可以提供一种抑制由于上开关元件P1或P2短路引起的过电流的安全开关电源设备1。
结果，串联连接上开关元件P1和P2的降压开关电源设备1可以抑制功率转换效率的下降。另外，该构造可以容易地确定上开关元件P1和P2中的任一个是否短路。结果，控制电路7执行故障安全过程，以处理异常状态，使得可以提供其中过电流不会继续流到下开关元件N1和负载3的安全开关电源设备1。
此外，参考电势线Nh被用作施加到驱动上开关元件P1和P2的栅极的上驱动电路8的驱动电源的下驱动电源线Nh，并且模拟开关12连接在上开关元件P1和P2的公共连接点Nm与驱动电源线Nh之间。因此，可以将作为用于确定短路的偏置的参考电压VH适当地施加到公共连接点Nm。
特别地，当开关电源设备1为降压型时，电源电压VIN高于正常输出电压VOUT。因此，当上开关元件P1或P2短路时，大电流趋向于流经下开关元件N1、负载3等。然而，通过使用本实施例中示出的短路确定，可以容易地确定上开关元件P1或P2短路。当确定上开关元件P1或P2短路时，控制电路7停止驱动上驱动电路8和下驱动电路9。因此，可以立即切断到下开关元件N1、负载3等的导电电流。因此，可以确保安全。
(第二实施例)
图4到图6是第二实施例的解释图。在以下描述中，与第一实施例中相同的部分将由相同的附图标记指定，其描述将根据需要被省略，并且将描述与第一实施例中不同的部分。第二实施例的开关电源设备201包括半导体集成电路设备204和滤波器5。
如图4所示，半导体集成电路设备204包括各种电子电路块，例如控制电路207、上驱动电路208、下驱动电路9、多个上开关元件N2和N3、下开关元件N1、电压检测电路10和11、模拟开关212、自举电路15等。电子电路块的一部分或全部构成短路确定设备A。
多个上开关元件N2和N3由N沟道MOSFET提供。充当导电端子的源极和漏极串联连接在上电源线Nu与中间节点Nc之间。充当多个上开关元件N2和N3的控制端子的栅极彼此连接，使得多个上开关元件N2和N3被上驱动电路208以彼此相同的电平驱动。在本实施例中，由于上开关元件N2和N3由N沟道MOSFET提供，所以与第一实施例中所述的上开关元件N2和N3由P沟道MOSFET提供的情况相比，可以降低导通电阻并且可以减少功率损失。
内置自举电路15是通过使用电源电压VIN或另一驱动电源(尽管未示出电源传导路径)来生成高压驱动电源的电路。自举电路15使用提供在自举端子4d与输出端子4c之间的外部电容器C1作为辅助来生成高压驱动电源。自举电路15在连接到自举端子4d的参考电势线Nh2与地线Nd之间供应高压驱动电源的升压电压VBS。在本实施例中，参考电势线Nh2被用作被施加到上驱动电路208的驱动电源的上驱动电源线(对应于第二驱动电源线)。因此，自举电路15供应升压电压VBS，升压电压VBS充当上驱动电路208的上电源线Nu与地线Nd之间的高压驱动电源。
上驱动电路208基于自举电路15的升压电压VBS操作。上驱动电路208基于从控制电路207输入的控制信号来生成用于驱动上开关元件N2和N3的高电平或低电平的电势，并且驱动上开关元件N2和N3。
下驱动电路9使用由稳压电源电路(未示出)生成的稳压电源电压VDD而操作。下驱动电路9基于从控制电路207输入的控制信号生成用于驱动下开关元件N1的高电平或低电平的电势，并且驱动下开关元件N1。
模拟开关212连接在公共连接点Nm与参考电势线Nh2之间。公共连接点Nm连接上开关元件N3和N2的导电端子。与上电源线Nu和地线Nd的所施加电压不同的升压电压VBS被施加到参考电势线Nh2。
可基于从控制电路207输入的控制信号SW来控制模拟开关212为导通或截止。模拟开关212是预先设置了比假定当控制电路207接通电源时上开关元件N2短路的情况下的阻抗值(短路时的阻抗)大的阻抗值的开关。
通过使用由自举电路15的升压电压VBS参考地线Nd的地电势操作的比较器(未示出)来配置电压检测电路10。电压检测电路10检测多个上开关元件N2和N3的漏极和源极的公共连接点Nm处的电压VM，由此将检测结果DETP3输出到控制电路207，该检测结果DETP3是将电压VM与预定阈值电压Vth3进行比较的结果(假设升压电压VBS<阈值电压Vth3<电源电压VIN)。提供电压检测电路10用于确定上开关元件N3的短路。
通过使用由自举电路15的升压电压VBS参考中间节点Nc操作的比较器(未示出)来配置电压检测电路11。电压检测电路11检测多个上开关元件N2和N3的漏极和源极的公共连接点Nm处的电压VM，由此将检测结果DETP2输出到控制电路207，该检测结果DETP2是将电压VM与预定阈值电压Vth4进行比较的结果(假设地电压<阈值电压Vth4<升压电压VBS)。提供电压检测电路11用于确定上开关元件N2的短路。其他构造与第一实施例的相同，并且因此将省略描述。
将描述以上构造的正常操作和短路确定时的操作。
在正常操作周期T11和T13期间，控制电路207互补地接通和关断上开关元件N3和N2以及下开关元件N1，同时保持模拟开关212处于截止状态。当控制电路207将上开关元件N3和N2驱动至导通，并且将下开关元件N1驱动至截止时，通过上开关元件N3和N2从上电源线Nu供应电源电压VIN到滤波器5。
当控制电路207将上开关元件N3和N2驱动至截止，并且将下开关元件N1驱动至导通时，在下开关元件N1与滤波器5之间传导回流电流。控制电路207通过脉冲控制(例如，PWM控制)来控制上开关元件N3和N2以及下开关元件N1的导通/截止驱动，使得可以将输出到负载3的输出电压VOUT控制到与电源电压VIN不同的目标电压。目标电压可以低于电源电压VIN。
在短路确定周期T12和T14期间，如图5所示，控制电路207将上开关元件N3和N2的栅极电压GPu设置到截止电平，使得控制电路7将多个上开关元件N3和N2驱动至截止，并且控制电路207将下开关元件N1的栅极电压GNd设置到导通电平，使得控制电路7将下开关元件N1驱动至导通。
控制电路207将模拟开关212从截止状态变为导通状态。当接通模拟开关212时，自举电路15的升压电压VBS被施加到公共连接点Nm。在这种状态中，控制电路207检查多个上开关元件N3和N2是否正常地导通和截止操作，以及上开关元件N3和N2中的任一个是否短路。当上开关元件N3和N2正常地导通和截止操作时，上开关元件N3和N2都被关断。因此，公共连接点Nm处的电压VM变得近似等于自举电路15的升压电压VBS。
然而，当上开关元件N3因某些原因在源极与漏极之间短路时，公共连接点Nm处的电压VM改变，从而基本等于电源电压VIN。因此，电压检测电路10通过将公共连接点Nm处的电压VM与阈值Vth3进行比较来将检测结果DETN3输出到控制电路207，检测结果DETN3表示自举电路15的升压电压VBS变为电源电压VIN。结果，控制电路207可以确定上开关元件N3短路。
特别地，由于当上开关元件N3或N2短路时的阻抗被设置为低于当模拟开关212导电时的阻抗，所以公共连接点Nm处的电压VM从参考电压VH显著变为电源电压VIN。因此，电压检测电路10可以容易地检测到公共连接点Nm处的电压VM的变化。
此外，如图6中的短路确定周期T14中所示，当上开关元件N2因某些原因在源极与漏极之间短路时，上开关元件N2将公共连接点Nm处的电压VM变为等于中间节点Nc处的电源电压VSW。
此时，由于下开关元件N1处于导通状态，中间节点Nc的电压VSW基本接地，并且公共连接点Nm的电压VM也基本接地。因此，电压检测电路11通过将公共连接点Nm处的电压VM与阈值Vth4进行比较来将检测结果DETN2输出到控制电路207，检测结果DETN2表示自举电路15的升压电压VBS变为地电压。结果，控制电路207可以确定上开关元件N2短路。
特别地，由于上开关元件N3或N2短路时的阻抗被设置成低于模拟开关212导电时的阻抗，所以公共连接点Nm处的电压VM从自举电路15的升压电压VBS变为地电压。因此，电压检测电路11可以容易地检测到公共连接点Nm处的电压VM的变化。
当控制电路207确定上开关元件N3或N2短路时，控制电路207施加截止电平到上开关元件N3和N2以及下开关元件N1的栅极，以停止驱动上开关元件N3和N2以及下开关元件N1。结果，可以切断在开关电源设备201(亦即半导体集成电路设备204)内部流动的过电流，并且可以维持安全。
如上所述，根据本实施例的开关电源设备201的短路确定设备A，在多个上开关元件N3和N2被驱动至截止，并且下开关元件N1被驱动至导通的状态中，接通模拟开关212。在这种构造中，作为参考电压的升压电压VBS被偏置到多个上开关元件N3和N2的公共连接点Nm，并且确定多个上开关元件N3和N2短路。结果，可以容易地检测到上开关元件N3和N2的短路。
此外，参考电势线Nh2被用作施加到驱动上开关元件N3和N2的控制端子的上驱动电路208的驱动电源的上驱动电源线，并且模拟开关212连接在公共连接点Nm与驱动电源线之间。因此，可以适当地从参考电势线Nh2施加用于短路确定的参考电压。
根据根据第二实施例的开关电源设备201的短路确定设备A，即使当模拟开关212将自举电路15的升压电压VBS偏置到公共连接点Nm时，升压电压VBS也不会由于电压检测电路10和11以及上驱动电路8的功耗的影响而降低。因此，可以稳定地维持升压电压VBS，并且可以有效地利用短路确定功能。
(第三实施例)
图7示出了第三实施例的解释图。在以下描述中，与第二实施例中相同的部分将由相同的附图标记指定，其描述将根据需要被省略，并且将描述与第二实施例中不同的部分。构成开关电源设备301的半导体集成电路设备304包括模拟开关312而不是模拟开关212，并且其他构造与第二实施例的相同。
如图7所示，模拟开关312连接在公共连接点Nm与驱动电源线Ndd(对应于参考电势线或第一驱动电源线)之间，并且模拟开关312可基于从控制电路7输入的控制信号SW被控制为导通或截止。驱动电源线Ndd是施加到驱动下开关元件N1的控制端子的下驱动电路9的驱动电源的上驱动电源线。由于稳压电源电压VDD被供应到驱动电源线Ndd，因此控制电路7可以通过控制模拟开关312为导通而将公共连接点Nm的电压维持在稳压电源电压VDD侧。
在这种情况下，当上开关元件N3在漏极与源极之间短路时，电压检测电路10通过将公共连接点Nm的电压与阈值电压Vth3进行比较，将检测结果DETN3输出到控制电路7，DETN3表示公共连接点Nm处的电压VM从稳压电源电压VDD变为电源电压VIN。结果，控制电路7可以确定上开关元件N3短路。
此外，当上开关元件N2在漏极与源极之间短路时，电压检测电路11将检测结果DETN2输出到控制电路7，检测结果DETN2表示公共连接点Nm处的电压VM从稳压电源电压VDD变为地电压。结果，控制电路7可以确定上开关元件N2短路。
在本实施例中，也实现了与第二实施例相同的效果。此外，由于稳压电源电压VDD被用作参考电压，所以可以稳定地确定短路。
(第四实施例)
图8示出了第四实施例的解释图。在第一实施例的图1中所示的构造中，当开关电源设备1的上开关元件P2或P1因某些原因在源极与漏极之间短路时，可以将超过耐受电压特性的高电压施加到上开关元件P2等。假定这样的状况，如图8所示，期望多个上开关元件P2和P1分别由上驱动电路8a和8b驱动。上驱动电路8a和8b中的每个通过施加在上电源线Nu与参考电势线Nh之间的电源电压而操作。
在这种情况下，即使当由于上驱动电路8a中的故障而不能驱动上开关元件P2并且上开关元件P2在漏极与源极之间短路时，除上驱动电路8a之外的上驱动电路8b可以独立地驱动上开关元件P1导通和截止。
结果，控制电路7可以通过上驱动电路8b来驱动上开关元件P1截止。例如，即使当高电源电压VIN继续从电压源2施加到开关电源设备1时，也可以立即切断对下开关元件N1、负载3等的导电，并且可以减少热量的生成。
(第五实施例)
图9示出了第五实施例的解释图。在第二实施例的图4中所示的构造中，当开关电源设备201的上开关元件N3或N2因某些原因在源极与漏极之间短路时，可以将超过耐受电压特性的高电压施加到上开关元件N3或N2。假定这样的状况，如图9所示，期望多个上开关元件N3和N2分别由上驱动电路208a和208b驱动。
在这种情况下，即使当由于上驱动电路208a中的故障而不能驱动上开关元件N3并且上开关元件N3在漏极与源极之间短路时，除上驱动电路208a之外的上驱动电路208b可以独立地驱动上开关元件N2为导通和截止。
结果，控制电路7可以通过上驱动电路208b驱动上开关元件N2截止。例如，即使当高电源电压VIN继续从电压源2施加到开关电源设备201时，也可以立即切断对下开关元件N1、负载3等的导电，并且可以减少热量的生成。
(其他实施例)
本公开不限于上述实施例的构造示例，并且各种修改或扩展是可能的。此外，例如，还可以组合地应用上述实施例的构造。
下开关元件N1、上开关元件N2和N3中的每个可以被应用于各种N型半导体开关中的任何一种，例如N沟道MOSFET、NPN型双极型晶体管和IGBT(绝缘栅双极型晶体管)。上开关元件P1和P2中的每个可以应用于各种P型半导体开关中的任何一种，例如P沟道MOSFET和PNP型双极型晶体管。在半导体集成电路设备4中，每个上开关元件P1、P2、N3、N2都可以在外部提供并且作为外部元件连接。
当应用于MOSFET时，导电端子对应于漏极和源极，并且控制端子对应于栅极。当应用于双极型晶体管时，导电端子对应于集电极和发射极，并且控制端子对应于基极。当应用于IGBT时，导电端子对应于集电极和发射极，并且控制端子对应于栅极。
尽管已经描述了应用于降压型开关电源设备1、201和301的实施例，但是可以应用升压型开关电源设备。
尽管已经描述了将当模拟开关12、212或312导电时的阻抗设置成大于当上开关元件P1、P2、N3或N2短路时的阻抗的实施例，但是本公开不限于以上配置。例如，可以将当模拟开关12、212或312导电时的阻抗设置成等于或低于当上开关元件P1、P2、N3或N2短路时的阻抗。
另外，权利要求中描述的括号中的附图标记仅仅表示与作为本公开的示例的实施例中描述的具体含义的对应关系。亦即，本发明的技术范围不必限制于此。只要解决背景技术中指出的问题是可解决的，就可以分配/丢弃上述实施例的部分。另外，权利要求中对本公开的各种修改也被视为本公开实施例，只要此类修改属于本公开的主旨。
尽管基于以上实施例描述了本公开，但是本公开不限于实施例和结构的公开。本公开涵盖等价物范围之内的各种修改和变化。另外，各种模式/组合、向其/从其添加/减除的一个或多个元件也可以被视为本公开并且被理解为本公开的技术思想。

Claims (7)

1.一种提供在开关电源设备(1)中的短路确定设备，所述开关电源设备(1)被配置为转换施加在上电源线(Nu)与下电源线(Nd)之间的电源电压(VIN)并且通过中间节点(Nc)输出所述电源电压到负载(3)，其中
所述开关电源设备包括
多个上开关元件(P1，P2；N3，N2)，所述多个上开关元件(P1，P2；N3，N2)中的每个具有导电端子和控制端子，所述导电端子串联连接在所述上电源线与所述中间节点之间，并且所述控制端子以彼此相同的电平被驱动，以及
下开关元件(N1)，所述下开关元件(N1)具有连接在所述下电源线与所述中间节点之间的导电端子，并且所述下开关元件和所述多个上开关元件串联连接，
所述短路确定设备包括：
模拟开关(12；212；312)，所述模拟开关(12；212；312)连接在公共连接点(Nm)与参考电势线(Nh；Nh2；Ndd)之间，所述多个上开关元件的所述导电端子共同连接到所述公共连接点(Nm)，所述参考电势线(Nh；Nh2；Ndd)具有不同于所述上电源线处的电压和所述下电源线处的电压的参考电压；以及
短路确定单元(7)，所述短路确定单元(7)被配置为在所述多个上开关元件关断并且所述下开关元件接通的状态中，通过借助于接通所述模拟开关而将所述参考电压偏置到所述公共连接点，从而基于对所述公共连接点处的电势的检测来确定所述多个上开关元件中的每个的短路。
2.根据权利要求1所述的短路确定设备，其中：
所述多个上开关元件(N3，N2)中的每个由N型半导体开关提供；
所述下开关元件包括控制端子；
所述开关电源设备包括驱动电路，所述驱动电路通过所述下开关元件的所述控制端子驱动所述下开关元件；
所述参考电势线被提供作为将驱动电源供应到所述驱动电路的第一驱动电源线(Ndd)；并且
所述模拟开关(312)连接在所述公共连接点与所述第一驱动电源线之间。
3.根据权利要求1所述的短路确定设备，其中：
所述多个上开关元件(N3，N2)中的每个由N型半导体开关提供；
所述开关电源设备包括驱动电路，所述驱动电路通过所述控制端子驱动所述多个上开关元件；
所述参考电势线被提供作为将驱动电源供应到所述驱动电路的第二驱动电源线(Nh2)；并且
所述模拟开关(212)连接在所述公共连接点与所述第二驱动电源线之间。
4.根据权利要求1所述的短路确定设备，其中：
所述多个上开关元件(P1，P2)中的每个由P型半导体开关提供；
所述开关电源设备包括驱动电路，所述驱动电路通过所述控制端子驱动所述多个上开关元件；
所述参考电势线被提供作为将驱动电源供应到所述驱动电路的第三驱动电源线(Nh)；并且
所述模拟开关(12)连接在所述公共连接点与所述第三驱动电源线之间。
5.根据权利要求1至4的任一项所述的短路确定设备，其中：
所述开关电源设备包括分别驱动所述多个上开关元件的多个上驱动电路(8a，8b；208a，208b)。
6.根据权利要求1至4的任一项所述的短路确定设备，其中：
被接通的所述模拟开关的阻抗大于所述导电端子短路时所述上开关元件的阻抗。
7.根据权利要求1至4的任一项所述的短路确定设备，其中：
所述开关电源设备是降压型的。
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