CN113315093B - 一种过压和过温保护电路、芯片及系统 - Google Patents

一种过压和过温保护电路、芯片及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了过压和过温保护电路、芯片及系统，电路包括过压保护支路、过温保护支路和控制单元；其中过压保护支路和过温保护支路并联，且过压保护支路的输入端和过温保护支路的输入端共用一个端子；过压保护支路的输出端和过温保护支路的输出端均连接至控制单元，控制单元输出电源系统中功率开关管的驱动信号；所述过温保护支路被配置为在该驱动信号的一个周期内完成过温检测；所述过压保护支路被配置为在该驱动信号进行过温检测的相邻周期内完成过压检测。该电路缩短了检测时间，使得电源控制芯片更小型化。

Description

一种过压和过温保护电路、芯片及系统
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种过压和过温保护电路、芯片及系统。
背景技术
为了保证电源系统中电源控制芯片的可靠运行，保护电路已经成了电源控制芯片的标配。保护电路包括输出过压保护(OVP)和过温保护(OTP)。但是常用的电源控制芯片中，通常需要两个单独的端子分别实现OVP和OTP，这样不利于电源控制芯片的小型化。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种过压和过温保护电路、芯片及系统，缩短了检测时间，使得电源控制芯片更小型化。
第一方面，一种过压和过温保护电路，包括过压保护支路、过温保护支路和控制单元；
其中过压保护支路和过温保护支路并联，且过压保护支路的输入端和过温保护支路的输入端共用一个端子；过压保护支路的输出端和过温保护支路的输出端均连接至控制单元，控制单元输出电源系统中功率开关管的驱动信号；
所述过温保护支路被配置为在该驱动信号的一个周期内完成过温检测；
所述过压保护支路被配置为在该驱动信号进行过温检测的相邻周期内完成过压检测。
优选地，所述过温保护支路包括过温采样电路和过温检测电路；
过温采样电路包括基准直流源、第一开关和第二开关，其中第一开关用于配置后导通所述端子和所述基准直流源之间的回路，和/或导通所述端子和过温检测电路中第一输入端之间的回路；
第二开关用于配置后导通所述端子和过温检测电路中第二输入端之间的回路。
优选地，所述过温检测电路包括减法器和第一比较器；
其中，第一开关的一输出端连接至减法器的一输入端，第二开关的一输出端连接至第一比较器的一输入端，减法器的另一输入端连接基准电压，减法器的输出端连接至第一比较器的另一输入端，第一比较器的输出端连接至所述控制单元。
优选地，所述过压保护支路包括过压采样电路和过压检测电路；
过压采样电路包括第三开关和电阻Rsovp，第三开关的一输出端通过电阻Rsovp接地；其中第三开关用于配置后导通所述端子和所述过压检测电路中输入端之间的回路，和/或导通所述端子和电阻Rsovp之间的回路。
优选地，所述过压检测电路包括第二比较器；
其中，第三开关的一输出端连接至第二比较器的一输入端，第二比较器的另一输入端连接所述基准电压，第二比较器的输出端连接至所述控制单元。
第二方面，一种电源控制芯片，包括第一方面所述的过压和过温保护电路；
其中所述过压保护支路的输入端和过温保护支路的输入端共用该芯片的第一输入端，控制单元连接该芯片的第一输出端。
优选地，所述电源控制芯片用于当检测到所述第一比较器中输出端输出的信号满足预设的过温条件时，判定电源系统过温。
优选地，所述电源控制芯片用于当检测到所述第二比较器中输出端输出的信号满足预设的过压条件时，判定电源系统过压。
第三方面，一种电源系统，包括相互耦合的原边绕组、次级绕组和辅助绕组，包括第二方面所述的电源控制芯片和功率开关管；
其中功率开关管的栅极连接至电源控制芯片的第一输出端，功率开关管的漏极连接至原边绕组的异名端，功率开关管的源极通过一电阻接地；
辅助绕组的异名端依次串联电阻R1、电阻RT接地，电阻R1和电阻RT的中间节点连接至电源控制芯片的第一输入端。
由上述技术方案可知，本发明提供的过压和过温保护电路、芯片及系统，通过单一一个端子就能实现过压检测和过温检测，使得电源控制芯片更小型化；相邻两个周期内第一个周期进行过温检测，第二个周期进行过压检测。能够实现在更短的时间内采用更简洁的电路结构完成过压检测和过温检测的功能。仅需要两个周期就能完成过温检测和过压检测，检测周期较短。有效地减少了电源控制芯片的端子数目，具有很强的实时性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例一提供的过压和过温保护电路的模块框图。
图2为本发明实施例一提供的过压和过温保护电路的电路示意图。
图3为本发明实施例一提供的过压和过温保护电路的时序图。
图4为本发明实施例一提供的过温检测电路的电路图。
图5为本发明实施例一提供的过压检测电路的电路图。
图6为本发明实施例三提供的电源系统的电路示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
实施例一：
一种过压和过温保护电路，包括过压保护支路、过温保护支路和控制单元；
其中过压保护支路和过温保护支路并联，且过压保护支路的输入端和过温保护支路的输入端共用一个端子；过压保护支路的输出端和过温保护支路的输出端均连接至控制单元，控制单元输出电源系统中功率开关管的驱动信号；
所述过温保护支路被配置为在该驱动信号的一个周期内完成过温检测；
所述过压保护支路被配置为在该驱动信号进行过温检测的相邻周期内完成过压检测。
具体地，参见图1，该电路可以通过一个端子对电源系统中辅助绕组输出信号进行采样，来实现输出电压过压检测和过温检测，利用同一个端子外接温度传感器RT来实现过温检测。且过温检测和过压检测在驱动信号不同的周期内交替进行。
综上所述，该电路通过单一一个端子就能实现过压检测和过温检测，使得电源控制芯片更小型化；相邻两个周期内第一个周期进行过温检测，第二个周期进行过压检测。该电路能够实现在更短的时间内采用更简洁的电路结构完成过压检测和过温检测的功能。该电路仅需要两个周期就能完成过温检测和过压检测，检测周期较短。该电路有效地减少了电源控制芯片的端子数目，具有很强的实时性。
优选地，所述过温保护支路包括过温采样电路和过温检测电路；
过温采样电路包括基准直流源、第一开关和第二开关，其中第一开关用于配置后导通所述端子和所述基准直流源之间的回路，和/或导通所述端子和过温检测电路中第一输入端之间的回路；
第二开关用于配置后导通所述端子和过温检测电路中第二输入端之间的回路。
具体地，参见图2、3，GATE为电源系统中功率开关管的驱动信号，Vs为端子ZCD的时域波形，SOVP为第三开关的控制信号，SOTP1和SOVP2分别为第一开关和第二开关的控制信号。
该电路在实现温度检测时，在第一个GATA关闭期间，变压器次级绕组输出能量为负载供电，辅助绕组会感应出一个与次级绕组等比例的正电压。在退磁时间的前一段时间tOTP1时间内，将第一开关SOTP1打开，基准电流源IOTP从ZCD端子输出到外部，这个时候ZCD端子的电压为VOTP1。由叠加定理可以得到，此时采样电压为：
其中为电阻R1和温度传感器RT的并联。在退磁时间的后一段时间tOTP2时间内，将第二开关SOTP2打开，这个时候ZCD端子的电压为VOTP2，此时采样电压为：
两次采样的电压差值为ΔVOTP＝IOTP*(RT||R2)，该值为与温度传感器RT阻值、基准电流IOTP以及外部电阻R1有关的量。而电源系统中电阻R1为对温度较为不敏感的元件，IOTP也可以由芯片内部构造成与温度无关的量，这样，ΔVOTP的值就仅与温度传感器阻值RT呈现强相关特性，而且是单调相关关系。所以将ΔVOTP与内部的与温度无关的基准电压VREFOTP进行比较，便可判断电源系统是否处于过温状态，例如当ΔVOTP＜VREFOTP时，认为电源系统过温。
优选地。所述过温检测电路包括减法器和第一比较器；
其中，第一开关的一输出端连接至减法器的一输入端，第二开关的一输出端连接至第一比较器的一输入端，减法器的另一输入端连接基准电压，减法器的输出端连接至第一比较器的另一输入端，第一比较器的输出端连接至所述控制单元。
具体地，参见图4，首先通过减法器将VOTP1与基准电压VREFOTP相减，然后与VOTP2进行比较获取判定结果。除此以外，过温检测电路还可以先用VOTP1与VOTP2相减后再与VREFOTP作比较，或者是先用VOTP2与VREFOTP相加后再与VOTP1作比较。该过温检测电路采用一个基准直流源与采样开关配合的方式，利用其差值实现温度检测。
优选地，所述过压保护支路包括过压采样电路和过压检测电路；
过压采样电路包括第三开关和电阻Rsovp，第三开关的一输出端通过电阻Rsovp接地；其中第三开关用于配置后导通所述端子和所述过压检测电路中输入端之间的回路，和/或导通所述端子和电阻Rsovp之间的回路。
优选地，所述过压检测电路包括第二比较器；
其中，第三开关的一输出端连接至第二比较器的一输入端，第二比较器的另一输入端连接所述基准电压，第二比较器的输出端连接至所述控制单元。
具体地，参见图5，由于ZCD端子外部接入了温度传感器RT，于是不方便使用R1和RT分压的方式来检测VAUX，从而实现过压检测，因为采样值会随着温度变化。所以该过压检测支路通过将ZCD内部下拉，然后采用检测辅助绕组电流IOVP的方式来实现过压检测。RSOVP为芯片内部电流采样电阻，满足RSOVP<<RT。该过压检测电路采用内部下拉采样的方式获取输出电压，排除了温度干扰。
在过温检测的下一个周期，当GATE开关关闭的时候，tOVP时间内第三开关SOVP打开，开始进行输出电压检测。此时流过内部采样电阻的电流为：
由于RSOVP<<RT，则RT||RSOVP≈RSOVP，即RT接近被短路，回路电流几乎全部只流经RSOVP。即：
此时采样电阻采集到的电压为：
由此可见，此时ZCD端子采集到的电压为与R1、内部RSOVP对辅助绕组电压VAUX分压之后的结果。辅助绕组电压VAUX＝(VOUT+VD)/n，其中VD为次级整流二极管压降，n为次级绕组和辅助绕组的匝数比。对于一般的电源系统，R1为恒定值，RSOVP也可设定为恒定值，所以采样电压VOVP充分反映了输出电压值的大小。将VOVP与基准电压进行比较，便可以检测出电源系统是否过压，例如比较差值较大时，认为电源系统过压并进行过压保护。
实施例二：
一种电源控制芯片，包括上述过压和过温保护电路；
其中所述过压保护支路的输入端和过温保护支路的输入端共用该芯片的第一输入端ZCD，控制单元连接该芯片的第一输出端Gate。
优选地，所述电源控制芯片用于当检测到所述第一比较器中输出端输出的信号满足预设的过温条件时，判定电源系统过温。
优选地，所述电源控制芯片用于当检测到所述第二比较器中输出端输出的信号满足预设的过压条件时，判定电源系统过压。
本发明实施例所提供的芯片，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述实施例中相应内容。
实施例三：
一种电源系统，包括相互耦合的原边绕组、次级绕组和辅助绕组，包括上述电源控制芯片和功率开关管；
其中功率开关管的栅极连接至电源控制芯片的第一输出端，功率开关管的漏极连接至原边绕组的异名端，功率开关管的源极通过一电阻接地；
辅助绕组的异名端依次串联电阻R1、电阻RT接地，电阻R1和电阻RT的中间节点连接至电源控制芯片的第一输入端。
具体地，图6为典型的反激式电源系统示意图，其中LP为变压器原边绕组，LS为变压器次级绕组，LA为辅助绕组。在稳定工作状态，当Gate开关关闭时，次级绕组输出电流为负载供电，其电压为VOUT+VD,其中VD为次级整流二极管压降，此时辅助绕组会激励出一个与次级绕组呈正比的电压VAUX＝(VOUT+VD)/n,其中n为次级绕组和辅助绕组的匝数比。所以对辅助绕组电压进行检测，便能获取输出电压的信息。采用电阻R1以及芯片内部采样网络来采样VAUX电压。此外，同一个端子连接了一个电阻式温度传感器(温敏电阻RT)到地，就能通过该温敏电阻实现温度检测。
本发明实施例所提供的系统，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述实施例中相应内容。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (7)

1.一种过压和过温保护电路，其特征在于，包括过压保护支路、过温保护支路和控制单元；
其中所述过压保护支路和所述过温保护支路并联，且所述过压保护支路的输入端和所述过温保护支路的输入端共用一个端子；所述过压保护支路的输出端和所述过温保护支路的输出端均连接至所述控制单元，所述控制单元输出电源系统中功率开关管的驱动信号；
所述过温保护支路被配置为在该驱动信号的一个周期内完成过温检测；
所述过压保护支路被配置为在该驱动信号进行过温检测的相邻周期内完成过压检测；
所述过温保护支路包括过温采样电路和过温检测电路；
所述过温采样电路包括基准直流源、第一开关和第二开关，其中所述第一开关用于配置后导通所述端子和所述基准直流源之间的回路，和/或导通所述端子和所述过温检测电路中第一输入端之间的回路；
所述第二开关用于配置后导通所述端子和所述过温检测电路中第二输入端之间的回路；
在退磁时间的前一段时间tOTP1时间内，采样电压VOTP1为：
其中为电阻R1和温度传感器RT的并联；IOTP为基准电流，VAUX为辅助绕组电压；
在退磁时间的后一段时间tOTP2时间内，采样电压VOTP2为：
两次采样电压的电压差值为：ΔVOTP＝IOTP*(RT||R2)；
将ΔVOTP与内部的与温度无关的基准电压VREFOTP进行比较，判断所述电源系统是否处于过温状态。
2.根据权利要求1所述过压和过温保护电路，其特征在于，
所述过温检测电路包括减法器和第一比较器；
其中，所述第一开关的一输出端连接至所述减法器的一输入端，所述第二开关的一输出端连接至所述第一比较器的一输入端，所述减法器的另一输入端连接基准电压，所述减法器的输出端连接至所述第一比较器的另一输入端，所述第一比较器的输出端连接至所述控制单元。
3.根据权利要求2所述过压和过温保护电路，其特征在于，
所述过压保护支路包括过压采样电路和过压检测电路；
所述过压采样电路包括第三开关和电阻Rsovp，所述第三开关的一输出端通过所述电阻Rsovp接地；其中所述第三开关用于配置后导通所述端子和所述过压检测电路中输入端之间的回路，和/或导通所述端子和所述电阻Rsovp之间的回路。
4.根据权利要求3所述过压和过温保护电路，其特征在于，
所述过压检测电路包括第二比较器；
其中，所述第三开关的一输出端连接至所述第二比较器的一输入端，所述第二比较器的另一输入端连接所述基准电压，所述第二比较器的输出端连接至所述控制单元。
5.一种电源控制芯片，其特征在于，包括权利要求2～4中任一权利要求所述的过压和过温保护电路；
其中所述过压保护支路的输入端和过温保护支路的输入端共用该芯片的第一输入端，所述控制单元连接该芯片的第一输出端。
6.根据权利要求5所述电源控制芯片，其特征在于，
所述电源控制芯片用于当检测到所述第一比较器中输出端输出的信号满足预设的过温条件时，判定所述电源系统过温。
7.一种电源系统，包括相互耦合的原边绕组、次级绕组和辅助绕组，其特征在于，包括权利要求5所述的电源控制芯片和功率开关管；
其中所述功率开关管的栅极连接至所述电源控制芯片的第一输出端，所述功率开关管的漏极连接至所述原边绕组的异名端，所述功率开关管的源极通过一电阻接地；
所述辅助绕组的异名端依次串联电阻R1、电阻RT接地，所述电阻R1和所述电阻RT的中间节点连接至所述电源控制芯片的第一输入端。
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CP03 Change of name, title or address
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Address after: 518000, Building 101, Fuman Microelectronics Group Co., Ltd., Intersection of Renmin East Road and Shouhe Road, Jinsha Community, Kengzi Street, Pingshan District, Shenzhen City, Guangdong Province

Patentee after: Fuman microelectronics Group Co.,Ltd.

Country or region after: China

Address before: 518000 1701, building 1, Shenzhen new generation industrial park, 136 Zhongkang Road, Meidu community, Meilin street, Futian District, Shenzhen City, Guangdong Province

Patentee before: Fuman microelectronics Group Co.,Ltd.

Country or region before: China