CN113328414B - 短路保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种短路保护电路，包括：开关模块，BOOST升压电路短路时，断开输入电流；过流判断模块，判断所述输入电流是否过载，并输出判断结果；短路判断模块，接收所述过流判断模块的判断结果，如果输入电流过载，判断导致输入电流过载的原因是所述BOOST升压电路短路还是开机电流过大，并输出判断结果；重启控制模块，接收所述短路判断模块的判断结果，如果所述BOOST升压电路短路则输出短路信号和断开输入电流的时间，最后将短路信号和断开输入电流的时间反馈给所述开关模块，以控制所述开关模块断开输入电流以及断开输入电流的时间。本发明可以检测BOOST升压电路是否短路，并且断开输入电流以保护此电路。

Description

短路保护电路
技术领域
本发明涉及DC-DC开关电源领域，尤其是涉及一种短路保护电路。
背景技术
BOOST拓扑电路通常也称作BOOST升压电路，可以将较低的输入电压变换成较高的输出电压，该电路结构简单，用途广泛。但该电路由于拓扑结构的原因，在输出短路的情况下，即使主控芯片不工作，功率管不导通，输入端电流依然可以通过电感，续流二极管流到输出端。短路时电流不可控，进而导致器件损坏。
目前用于BOOST升压电路的电源芯片通常只有限流保护，即输出过载时，限制流过功率管的电流，以保护芯片、功率管自身的安全。一旦输出短路时，即使芯片、功率管不工作，电流依然会流经电感、二极管，导致外围器件损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种短路保护电路，可以检测BOOST升压电路是否短路，并且断开输入电流以保护BOOST升压电路，防止器件被烧坏。
为了达到上述目的，本发明提供了一种短路保护电路，用于对BOOST升压电路的输入电流进行检测并判断BOOST升压电路是否短路，以对BOOST升压电路进行保护，包括：
开关模块，BOOST升压电路短路时，断开输入电流；
过流判断模块，判断所述输入电流是否过载，并输出判断结果；
短路判断模块，接收所述过流判断模块的判断结果，如果输入电流过载，判断导致输入电流过载的原因是所述BOOST升压电路短路还是开机电流过大，并输出判断结果；
重启控制模块，接收所述短路判断模块的判断结果，如果所述BOOST升压电路短路则输出短路信号和断开输入电流的时间，最后将短路信号和断开输入电流的时间反馈给所述开关模块，以控制所述开关模块断开输入电流以及断开输入电流的时间。
可选的，在所述的短路保护电路中，所述开关模块包括第一电阻、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第一电容、稳压二极管和第一恒流源；所述第一电阻的一端连接所述第一MOS管的栅极，另一端连接所述第一MOS管的源极；所述第一MOS管的栅极连接所述第二MOS管的漏极，源极连接电源，漏极的电流为输入电流；所述第二MOS管和第三MOS管组成电流镜，所述第二MOS管的源极接地，栅极接所述第三MOS管的栅极和第三MOS管的漏极；所述第三MOS管的源极接地，漏极接第四MOS管的源极；所述第四MOS管的栅极接收短路信号，漏极通过第一恒流源连接内部电压；所述第一电容的一端接所述内部电压，另一端接地；所述稳压二极管与所述第一电阻并联，用以钳位所述第一MOS管的栅极和源极之间的电压差；所述短路信号控制所述第四MOS管的导通与截止，从而控制所述第一MOS管的导通与截止。
可选的，在所述的短路保护电路中，所述第一MOS管为PMOS管，所述第一MOS管截止，断开输入电流。
可选的，在所述的短路保护电路中，所述过流判断模块包括第一二极管、采样电阻、运算放大器、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一比较器；所述采样电阻连接所述第一MOS管的漏极，所述第一二极管并联于所述采样电阻两端；所述运算放大器的反相输入端通过所述第四电阻连接采样电阻的一端；所述运算放大器的同相输入端通过所述第三电阻接地，所述运算放大器的同相输入端还通过所述第二电阻连接所述采样电阻的另一端以及所述第一MOS管的漏极，同时，所述运算放大器的输出端和反相输入端还通过所述第五电阻连接；所述第一比较器的同相输入端连接所述运算放大器的输出端，所述第一比较器的反相输入端连接第一基准电压，所述第一比较器的输出端输出所述输入电流是否过载的判断结果。
可选的，在所述的短路保护电路中，所述第一比较器的输出电压为高电压时，则所述输入电流过载。
可选的，在所述的短路保护电路中，所述第二电阻和所述第四电阻的阻值相同，所述第三电阻和所述第五电阻的阻值相同。
可选的，在所述的短路保护电路中，所述短路判断模块包括：第二比较器、与门装置、第二电容、第三电容、第五MOS管、第二恒流源和第六电阻；所述第二比较器的同相输入端通过所述第二恒流源连接所述内部电压，所述第二比较器的反相输入端连接所述第二基准电压，所述与门装置的一个输入端连接所述第二比较器的输出端，另一个输入端连接所述第一比较器的输出端，所述与门装置的输出端输出过载电流的判断结果；所述第二电容的一端连接所述第二比较器的同相输入端以及所述第五MOS管的漏极，所述第二电容的另一端接地；所述第五MOS管的源极接地，所述第六电阻连接在所述第五MOS管的栅极和源极之间；所述第三电容的一端连接所述第五MOS管的栅极，另一端接收所述短路信号。
可选的，在所述的短路保护电路中，所述与门装置的输出电压为高电压时，则导致输入电流过载的原因是所述BOOST升压电路短路。
可选的，在所述的短路保护电路中，所述重启控制模块包括：第四电容、第五电容、第三恒流源、第六MOS管、第七MOS管、第七电阻、第三比较器和触发器；所述第四电容的一端连接所述第二比较器的输出端，另一端连接所述第六MOS管的栅极；所述第五电容的一端连接所述第六MOS管的漏极，另一端连接所述第六MOS管的源极以及接地；所述第六MOS管的漏极连接到所述第三比较器的同相输入端，所述第六MOS管的源极接地，所述第六MOS管的栅极通过第七电阻接地；所述第七MOS管的源极通过所述第三恒流源连接到所述内部电压，所述第七MOS管的漏极连接到所述第三比较器的同相输入端，所述第七MOS管的栅极连接到所述触发器的输出端；所述第三比较器的反相输入端连接所述第二基准电压，输出端连接所述触发器的R端；所述触发器的S端连接所述与门装置的输出端，所述触发器的输出端输出短路信号和控制所述开关模块断开输入电流的时间。
可选的，在所述的短路保护电路中，所述第三比较器的同相输入端的电压从0V上升到所述第二基准电压的时间为断开输入电流的时间。
在本发明提供的短路保护电路中，包括：开关模块，BOOST升压电路短路时，断开输入电流；过流判断模块，判断所述输入电流是否过载，并输出判断结果；短路判断模块，接收所述过流判断模块的判断结果，如果输入电流过载，判断导致输入电流过载的原因是所述BOOST升压电路短路还是开机电流过大，并输出判断结果；重启控制模块，接收所述短路判断模块的判断结果，如果所述BOOST升压电路短路则输出短路信号和断开输入电流的时间，最后将短路信号和断开输入电流的时间反馈给所述开关模块，以控制所述开关模块断开输入电流以及断开输入电流的时间。本发明可以检测BOOST升压电路是否短路，并且断开输入电流以保护BOOST升压电路，防止器件被烧坏。
附图说明
图1是本发明实施例的短路保护电路的示意图的纵图；
图2是本发明实施例的短路保护电路集成在芯片内的示意图的纵图；
图3是本发明实施例的BOOST升压电路的示意图；
图4至图7是本发明实施例的关键电压的仿真波形图；
图中：STAGE1-开关模块、STAGE2-过流判断模块、STAGE3-短路判断模块、STAGE4-重启控制模块、DZ1-稳压二极管、R1-第一电阻、M1-第一MOS管、M2-第二MOS管、M3-第三MOS管、M4-第四MOS管、C1-第一电容、A1-第一恒流源、D1-第一二极管、RCS-采样电阻、R2-第二电阻、R3-第三电阻、R4-第四电阻、R5-第五电阻、OP1-运算放大器、COMP1-第一比较器、A2-第二恒流源、COMP2-第二比较器、AND1-与门装置、C2-第二电容、C3-第三电容、R6-第六电阻、M5-第五MOS管、M6-第六MOS管、M7-第七MOS管、C4-第四电容、C5-第五电容、A3-第三恒流源、COMP3-第三比较器、R7-第七电阻、SRFF1-触发器、CIN1-第一输入电容、CIN2-第二输入电容、CO1-第一输出电容、CO2-第二输出电容、RT-上分压电阻、RB-下分压电阻、L1-升压电感、D2-续流二极管。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在下文中，术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。
请参照图1，本发明提供了一种短路保护电路，用于对BOOST升压电路的输入电流进行检测并判断BOOST升压电路是否短路，以对BOOST升压电路进行保护，包括：
开关模块STAGE1，BOOST升压电路短路时，断开输入电流；
过流判断模块STAGE2，判断所述输入电流是否过载，并输出判断结果；
短路判断模块STAGE3，接收所述过流判断模块STAGE2的判断结果，如果输入电流过载，判断导致输入电流过载的原因是所述BOOST升压电路短路还是开机电流过大，并输出判断结果；
重启控制模块STAGE4，接收所述短路判断模块STAGE3的判断结果，如果所述BOOST升压电路短路则输出短路信号和断开输入电流的时间，最后将短路信号和断开输入电流的时间反馈给所述开关模块STAGE1，以控制所述开关模块STAGE1断开输入电流以及断开输入电流的时间。
优选的，所述开关模块STAGE1包括第一电阻R1、第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第一电容C1、稳压二极管DZ1和第一恒流源A1；所述第一电阻R1的一端连接所述第一MOS管M1的栅极，另一端连接所述第一MOS管M1的源极；所述第一MOS管M1的栅极连接所述第二MOS管M2的漏极，源极连接电源，漏极的电流为输入电流；所述第二MOS管M2和第三MOS管M3组成电流镜，所述第二MOS管M2的源极接地，栅极接所述第三MOS管M3的栅极和第三MOS管M3的漏极；所述第三MOS管M3的源极接地，漏极接第四MOS管M4的源极；所述第四MOS管M4的栅极接收短路信号，漏极通过第一恒流源A1连接内部电压；所述第一电容C1的一端接所述内部电压，另一端接地；相当于，第一电容C1的一端连接内部电压VDD，第一电容C1的另一端连接第二MOS管M2的源极，第一电容C1可以稳定内部电压VDD的电压值，同时，还可以防止在BOOST升压电路出现短路时，电源的电压VIN被拉得过低，出现电源的电压VIN无法为内部电压VDD供电的情况发生，进而导致内部电路无法工作的问题产生。所述稳压二极管DZ1与所述第一电阻R1并联，用以钳位所述第一MOS管M1的栅极（G）和源极（S）之间的电压差，防止因第一MOS管M1的栅极（G）和源极（S）之间的电压VGS的绝对值过大而导致第一MOS管M1损坏。所述短路信号控制所述第四MOS管M4的导通与截止，从而控制所述第一MOS管M1的导通与截止。具体的，当第四MOS管M4导通时，流过第二MOS管M2的电流IM2与流过第三MOS管M3的电流相等，大小均为第一恒流源A1的电流IS1，IM2电流流过第一电阻R1，则第一MOS管M1的栅极（G）和源极（S）之间的电压VGS为：VGS=-IM2*R1=-IS1*R1，其中：VGS为第一MOS管M1的栅极（G）和源极（S）之间的电压，IM2为流过第二MOS管M2的电流，R1为第一电阻R1的阻值，IS1为第一恒流源A1的电流。因此，合理设置第一恒流源A1的电流值与第一电阻R1的电阻值，使第四MOS管M4导通时，VGS大于第一MOS管M1的阈值电压VTH，然后可以使得第一MOS管M1导通，而第一MOS管M1导通时，第一MOS管M1的漏极的电压V1可以认为是与电源的电压VIN相等。当第四MOS管M4关断时，IM2电流为0A，从求VGS的公式可以看出VGS也为0V，故第一MOS管M1关断。
进一步的，所述第一MOS管M1为PMOS管，所述第一MOS管M1截止，断开输入电流。而输入电流即是BOOST升压电路的输入端的电流，在BOOST升压电路短路时，如果断开了输入电流，就可以断开BOOST升压电路的输入端的电流，就可以保护BOOST升压电路的器件不被烧坏。
进一步的，所述过流判断模块STAGE2包括第一二极管D1、采样电阻RCS、运算放大器OP1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第一比较器COMP1；所述采样电阻RCS连接所述第一MOS管M1的漏极，所述第一二极管D1并联于所述采样电阻RCS两端；所述运算放大器OP1的反相输入端通过所述第四电阻R4连接采样电阻RCS的一端；所述运算放大器OP1的同相输入端通过所述第三电阻R3接地，所述运算放大器OP1的同相输入端还通过所述第二电阻R2连接所述采样电阻RCS的另一端以及所述第一MOS管M1的漏极，同时，所述运算放大器OP1的输出端和反相输入端还通过所述第五电阻R5连接；所述第一比较器COMP1的同相输入端连接所述运算放大器OP1的输出端，所述第一比较器COMP1的反相输入端连接第一基准电压，所述第一比较器COMP1的输出端输出所述输入电流是否过载的判断结果，所述第一比较器COMP1的输出电压为高电压时，所述输入电流过载。由于第一二极管D1的瞬态电流能力都比较大，当输入电流也即是IIN过大时，大电流会从第一二极管D1上流过，防止采样电阻RCS损坏。即，采样电阻RCS在输入电流端，用以对输入电流采样并转换成采样电压，所述运算放大器OP1用以将采样电压放大，所述第一比较器COMP1用以判断放大后的所述采样电压是否大于第一基准电压，从而判断所述输入电流是否过载。其中，第二电阻R2的值与第四电阻R4的阻值相等，第三电阻R3和第五电阻R5的阻值相同，同时，VREF1*R2/R3应小于第一二极管D1的导通电压VD1（VREF1为第一基准电压，R2为第二电阻的阻值，R3为第三电阻的阻值），因为第一二极管D1一旦导通，则必然是输入电流过载了。在第一二极管D1未导通时，运算放大器OP1的输出电压V2可以表示为：
Figure 822506DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，V2是运算放大器OP1的输出电压，R3为第三电阻R3的阻值，R2为第二电阻R2的阻值，IIN为输入电流，RCS为采样电阻RCS的阻值。
第一比较器COMP1用以比较运算放大器OP1的输出电压V2电压与第一基准电压VREF1电压。当运算放大器OP1的输出电压V2大于第一基准电压VREF1，则第一比较器COMP1的输出电压V3为高电平，否则为低电平。当第一比较器COMP1的输出电压V3为高电平时也就意味着输入端电流IIN已经过大（过载），说明系统处于短路或刚启动中过程，输入电流大于输入电流的过流判定值就判断输入电流过大，输入电流的过流判定值的由下式求得：
Figure 270805DEST_PATH_IMAGE002
；
其中：IINTH为输入电流的过流判定值，VREF1为第一基准电压，RCS为采样电阻RCS的阻值，R2为第二电阻R2的阻值，R3为第三电阻R3的阻值。即，IIN大于IINTH即认为系统可能处于短路状态。
进一步的，所述短路判断模块STAGE3包括：第二比较器COMP2、与门装置AND1、第二电容C2、第三电容C3、第五MOS管M5、第二恒流源A2和第六电阻R6；所述第二比较器COMP2的同相输入端通过第二恒流源A2连接所述内部电压，所述第二比较器COMP2的反相输入端连接所述第二基准电压，所述与门装置AND1的一个输入端连接所述第二比较器COMP2的输出端，与门装置AND1的另一个输入端连接所述第一比较器COMP1的输出端，与门装置AND1的输出端输出过载电流的判断结果，当所述与门装置AND1的输出电压为高电压时，则导致输入电流过载的原因是所述BOOST升压电路短路，如果与门装置AND1的输出电压为是低电压，则输入电流未过载，或是系统刚启动时，需要给输出电容大电流充电导致的；所述第二电容C2的一端连接所述第二比较器COMP2的同相输入端以及所述第五MOS管M5的漏极，所述第二电容C2的另一端接地；所述第五MOS管M5的源极接地，所述第六电阻R6连接在所述第五MOS管M5的栅极和源极之间；所述第三电容C3的一端连接所述第五MOS管M5的栅极，另一端接收所述短路信号。
短路判断模块STAGE3为启动时间屏蔽模块，用于屏蔽启动时为输出电容充电时的大电流，防止系统误判。IS2为第二恒流源A2的电流，当第五MOS管M5不导通时，第二恒流源A2的电流IS2为第二电容C2充电，在最开始时，第二电容C2一端的电压V4为0V，小于第二基准电压VREF，故第二比较器COMP2的输出电压V5为低电平。而第二电容C2一端的电压V4电压随时间变化如下：
Figure 60994DEST_PATH_IMAGE003
；
其中：V4为第二电容C2一端的电压，t为时间，C2为第二电容C2的电容值，IS2为第二恒流源A2的电流。
经过T1时间后，第二电容C2一端的电压V4大于第二基准电压VREF，第二比较器COMP2的输出电压V5开始输出高电平。因此，T1就是屏蔽时间，而T1的计算方式如下：
Figure 987362DEST_PATH_IMAGE004
；
其中：T1为屏蔽时间，IS2为第二恒流源A2的电流，VREF为第二基准电压，C2为第二电容C2的电容值。
由于启动时，给输出电容充电的时间很短，故第二电容C2不需要大电容（典型值小于10pF），可以集成在芯片内部。
当第一比较器COMP1的输出电压V3与第二比较器COMP2的输出电压V5同时为高电平时，与门装置AND1的输出电压V6才为高电平。当系统刚启动时，需要给输出电容大电流充电的时间中，第二比较器COMP2的输出电压V5是低电平，相当于屏蔽了第一比较器COMP1的输出电压V3的信号；经过T1时间后，第二比较器COMP2的输出电压V5开始输出高电平，与门装置AND1的输出电压V6信号开始受到第一比较器COMP1的输出电压V3信号的控制。
第三电容C3、第六电阻R6和第五MOS管M5组成第二电容C2的放电电路。第二电容C2的电容值非常小，只需要非常短的时间，第二电容C2的电就可以被放到0V。在放电初期，由于第六电阻R6的存在，第五MOS管M5的栅极接地GND，故第五MOS管M5的栅极的电压V8为0V，当第三电容C3一端的电压也就是触发器SRFF1的输出电压V7由低电平(0V)变为高电平时(VDD)，第五MOS管M5的栅极端的电压V8可以由下式得出：
Figure 332893DEST_PATH_IMAGE005
；
其中：V8为第五MOS管M5的栅极端的电压，VDD为内部电压，t为时间，R6为第六电阻R6的阻值，C3为第三电容C3的电容值。
接着，第二电容C2的放电时间可以通过如下公式计算：
Figure 233984DEST_PATH_IMAGE006
；
其中：TC2为第五MOS管M5为第三电容C3的放电时间，VTHM5是第五MOS管M5的VGS阈值电压，即，第五MOS管M5的VGS电压大于VTHM5时，第五MOS管M5才开始导通。从上式可以看出，当V7由低变高时，V8电压初始为VDD，然后指数下降，最终降为0V，第五MOS管M5导通的时间为TC2。
此模块中，由于第二电容C2非常小，第三电容C3的值也非常小，典型值小于5pF。过流判断模块STAGE2中的第一基准电压的值VREF1可以参考此模块中的第二基准电压VREF计算得到。
进一步的，所述重启控制模块STAGE4包括：第四电容C4、第五电容C5、第三恒流源 A3、第六MOS管M6、第七MOS管M7、第七电阻R7、第三比较器COMP3和触发器SRFF1；所述第四电 容C4的一端连接所述第二比较器COMP2的输出端，第四电容C4的另一端连接所述第六MOS管 M6的栅极；所述第五电容C5的一端连接所述第六MOS管M6的漏极，第五电容C5的另一端连接 所述第六MOS管M6的源极以及接地；所述第六MOS管M6的漏极连接到所述第三比较器COMP3 的同相输入端，所述第六MOS管M6的源极接地，所述第六MOS管M6的栅极通过第七电阻R7接 地；所述第七MOS管M7的源极通过第三恒流源A3连接到所述内部电压，所述第七MOS管M7的 漏极连接到所述第三比较器COMP3的同相输入端，所述第七MOS管M7的栅极连接到所述触发 器SRFF1的输出端；所述第三比较器COMP3的反相输入端连接所述第二基准电压VREF，输出 端连接触发器SRFF1的R端，所述第三比较器COMP3的同相输入端的电压从0V上升到所述第 二基准电压VREF的时间为断开输入电流的时间；所述触发器SRFF1的S端连接与门装置AND1 的输出端，触发器SRFF1的输出端输出短路信号和控制所述开关模块STAGE1断开输入电流 的时间，本发明实施例使用的是触发器SRFF1的
Figure 32176DEST_PATH_IMAGE008
输出端。此模块中的第三恒流源A3、第七 MOS管M7、第五电容C5、第三比较器COMP3用于设置自动恢复时间，当检测到短路时，V7输出 低电平，第七MOS管M7开始导通，此时第五电容C5的电压V9为0V，计时开始后，V9电压开始线 性上升，当V9电压上升到VREF后，第三比较器COMP3的输出电压V10开始由低电平输出高电 平，当V10为高电平，则说明达到了预定的关机时间，可以尝试开机了。从第五电容C5开始充 电，到第五电容C5电压达到第二基准电压VREF的时间为自动恢复时间T2，T2可以通过下式 计算：
Figure 496655DEST_PATH_IMAGE009
；
其中：T2为自动恢复时间，VREF为第二基准电压，C5为第五电容C5的电容值，IS3为第三恒流源A3的电流。
同短路判断模块STAGE3一样，此模块中的第四电容C4与第七电阻R7与第六MOS管M6组成第五电容C5的放电电路，起初时，由于第七电阻R7的存在，第六MOS管M6的栅极接到GND，故第六MOS管M6的栅极的电压V11为0V，当V5由低电平(0V)变为高电平时(VDD)，V11处的电压可以由下式得出：
Figure 696692DEST_PATH_IMAGE010
；
其中：V11为第六MOS管M6的栅极电压，VDD为内部电压，t为时间，R7为第七电阻R7的阻值，C4为第四电容C4的电容值。
则第五电容C5的放电时间TC5可以计算如下：
Figure 503105DEST_PATH_IMAGE011
；
其中：TC5为第五电容C5的放电时间，R7为第七电阻R7的阻值，C4为第四电容C4的电容值，VDD为内部电压，VTHM6为第六MOS管M6的VGS阈值电压，即，第六MOS管M6的栅极和源极之间的电压VGS大于VTHM6时，第六MOS管M6才开始导通。从上式可以看出，当V5由低变高时，V11电压初始为内部电压VDD，然后指数下降，最终降为0V，第六MOS管M6只导通的时间为TC5。
本发明实施例的触发器SRFF1为RS触发器，其真值表如下：
Figure 788593DEST_PATH_IMAGE012
与门装置AND1的输出电压V6接触发器SRFF1的S端。当出现短路时，第一比较器COMP1的输出电压V3电压由低变高，与门装置AND1的输出电压V6也输出高电平，表示系统已经短路，触发器SRFF1的输出电压V7输出低电平，控制开关模块STAGE1中的第四MOS管M4关断，进而导致第一MOS管M1关断，输入电流端关断（即STAGE2中的“接升压电感”一端）。另外，由于第二比较器COMP2的输出电压V5是由低变高，故第六MOS管M6会导通TC2的时间，使第五电容C5放电至0V，由于触发器SRFF1的输出电压V7为低电平，第七MOS管M7导通，重启控制模块STAGE4开始计时，在第三比较器COMP3同相输入端的电压V9到达第二基准电压VREF电压之前，第三比较器COMP3同相输入端的V9电压线性上升，计时过程中，第三比较器COMP3的输出电压V10始终为低电平，故触发器SRFF1的输出电压V7保持之前的低电平状态，使第七MOS管M7持续导通。
第三比较器COMP3的输出电压V10接触发器SRFF1的R端，当第三比较器COMP3同相输入端的电压V9电压超过第二基准电压VREF后，第三比较器COMP3的输出电压V10由低电平变为高电平，表示系统短路恢复计时已经完毕，需要重启系统，触发器SRFF1的输出电压V7输出高电平，第四MOS管M4导通，进而使得第一MOS管M1导通，系统可以正常工作启动，同时第七MOS管M7关断，第五电容C5停止充电。另外，当第三比较器COMP3同相输入端的电压V9超过第二基准电压VREF时，第三比较器COMP3的输出电压V10由低电变为高电平，同时触发器SRFF1的输出电压V7也由低电平变为高电平，这个过程中，会将短路判断模块STAGE3中的第二电容C2电容放电到0V，将其重置，这样，在短路恢复计时完成后，短路判断模块STAGE3的计时可以正常开始工作，以防止恢复时，由于给输出电容充电的过程电流过大而误判，而导致系统无法重启的问题。
由于第五电容C5电容相对较大，需要第六MOS管M6有相对较小的导通电阻和相对较大的第七电阻R7，这样也可以使第四电容C4的典型值在5pF以内。
当检测到短路，STAGE4开始计时；计时T2时间后，关机信号解除，同时将短路判断模块STAGE3计时重置；系统开始重启，STAGE3开始计时，计时T1时间后，如果输出还存在短路，则重置STAGE4计时单元，再重复第1步；否则关机信号解除，系统正常工作。
请参照图2，将本发明实施例的短路保护电路运用到BOOST升压电路时，除了短路保护电路之外，BOOST升压电路还包括：
稳压源及基准电压源，从电压源VIN取电，用于生成内部电压VDD为其他模块提供供电电压和第二基准电压VREF电压为其他模块提供基准电压；
误差放大器及频率补偿，接受反馈引脚FB电压，将第二参考电压VREF与FB电压之差放大并对其补偿，生成误差放大器输出信号；
PWM生成模块，接收经频率补偿后的误差放大器输出信号与锯齿波生成电路生成的锯齿波信号，二者信号进行比较生成PWM信号；
锯齿波生成电路，用以生成锯齿波信号，并接收斜坡补偿的输出信号，对锯齿波进行补偿；
斜坡补偿，用以补偿锯齿波信号，使系统工作更稳定；
功率管驱动，接受PWM生成电路生成的PWM信号，并根据该信号生成功率管驱动信号；
功率管，接受功率管驱动信号，并根据该信号来控制功率管的导通与关断。
由于第一MOS管M1、第一二极管D1、采样电阻RCS、第一电容C1和第五电容C5需要外置，故图2中未体现，其余体现的器件和图1中的器件相同，在此，不做赘述。
请参照图3，将使用本发明的芯片使用到BOOST升压电路中，其中：芯片具有SW引脚、FB引脚、TSET引脚、SGND引脚、PGND引脚、VDD引脚、VIN引脚、PTAGE引脚、CSP引脚和CSN引脚，外围器件包括：第一输入电容CIN1、第二输入电容CIN2、升压电感L1、上分压电阻RT、下分压电阻RB、续流二极管D2、第一输出电容CO1和第二输出电容CO2；第一输入电容CIN1的一端连接第一MOS管M1源极，另一端接地，第二输入电容CIN2并联在第一输入电容CIN1两端，升压电感L1接在采样电阻RCS和SW引脚之间，续流二极管D2一端接SW引脚，另一端接上分压电阻RT的一端以及第一输出电容CO1的一端，上分压电阻RT的另一端接FB引脚和下分压电阻RB的一端，下分压电阻RB的另一端接地，第一输出电容CO1的另一端接地，第二输出电容CO2并联在第一输出电容CO1的两端。上分压电阻RT和下分压电阻RB用于设置输出电压，SGND引脚和PGND引脚接地，VDD引脚通过第一电容C1接地。
使用该电路的系统，可以在系统输出（VO）短路时，迅速关断输入电流，保护外围器件不损坏，同时，当短路撤销时，可以很快恢复输出。
图4至图7是本发明关键节点的工作波形图，需要注意的是，图中的V2、V4、V7和V9是指图1中的对应标号，VO指的是图3中的输出电压VO。
使用图3的电路，如果在一定时间短路输出端VO（图中短路输出的时间设置为6.25ms~9.38ms和18.75ms~21.88ms），关键节点波形如图4至图7所示。
图4是V2电压，V2电压是判定是否短路的关键，在这个例子中，V2电压的判定电压是0.35V，当V2电压大于0.35V，则说明系统刚启动或输出存在短路。图5是V4与V9电压，也就是计时电容第二电容C2和第五电容C5的电压，本实施例中，第二基准电压VREF设置为1.25V。从图中可以看出，在系统刚启动时V4电压从0V开始上升，以屏蔽启动时的大电流，防止系统误判；从后面的图中也可以看出，V4电压与V9电压的交替充放电。图6是输出短路指示信号V7电压，当V7电压为低电平时，则说明系统短路，否则系统正常工作。从图中可以看出，在6.25ms~9.38ms和18.75ms~21.88ms的时间内，多数时间处于短路状态，在期间进行过若干次重启尝试，但由于短路状态未解除，故重启失败。图7是输出电压VO，可以看出，当检测到输出短路时，系统会通过M1将输出与输入断开，使输出电压为0V，在短路解除后，系统可以自行恢复。
综上，在本发明实施例提供的短路保护电路中，包括：开关模块，BOOST升压电路短路时，断开输入电流；过流判断模块，判断所述输入电流是否过载，并输出判断结果；短路判断模块，接收所述过流判断模块的判断结果，如果输入电流过载，判断导致输入电流过载的原因是所述BOOST升压电路短路还是开机电流过大，并输出判断结果；重启控制模块，接收所述短路判断模块的判断结果，如果所述BOOST升压电路短路则输出短路信号和断开输入电流的时间，最后将短路信号和断开输入电流的时间反馈给所述开关模块，以控制所述开关模块断开输入电流以及断开输入电流的时间。本发明实施例可以检测BOOST升压电路是否短路，并且断开输入电流以保护BOOST升压电路，防止器件被烧坏。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种短路保护电路，用于对BOOST升压电路的输入电流进行检测并判断BOOST升压电路是否短路，以对BOOST升压电路进行保护，其特征在于，包括：
开关模块，BOOST升压电路短路时，断开输入电流；
过流判断模块，判断所述输入电流是否过载，并输出判断结果；
短路判断模块，接收所述过流判断模块的判断结果，如果输入电流过载，判断导致输入电流过载的原因是所述BOOST升压电路短路还是开机电流过大，并输出判断结果；
重启控制模块，接收所述短路判断模块的判断结果，如果所述BOOST升压电路短路则输出短路信号和断开输入电流的时间，最后将短路信号和断开输入电流的时间反馈给所述开关模块，以控制所述开关模块断开输入电流以及断开输入电流的时间；
所述开关模块包括第一电阻、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第一电容、稳压二极管和第一恒流源；所述第一电阻的一端连接所述第一MOS管的栅极，另一端连接所述第一MOS管的源极；所述第一MOS管的栅极连接所述第二MOS管的漏极，源极连接电源，漏极的电流为输入电流；所述第二MOS管和第三MOS管组成电流镜，所述第二MOS管的源极接地，栅极接所述第三MOS管的栅极和第三MOS管的漏极；所述第三MOS管的源极接地，漏极接第四MOS管的源极；所述第四MOS管的栅极接收短路信号，漏极通过第一恒流源连接内部电压；所述第一电容的一端接所述内部电压，另一端接地；所述稳压二极管与所述第一电阻并联，用以钳位所述第一MOS管的栅极和源极之间的电压差；所述短路信号控制所述第四MOS管的导通与截止，从而控制所述第一MOS管的导通与截止。
2.如权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述第一MOS管为PMOS管，所述第一MOS管截止，断开输入电流。
3.如权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于，所述过流判断模块包括第一二极管、采样电阻、运算放大器、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一比较器；所述采样电阻连接所述第一MOS管的漏极，所述第一二极管并联于所述采样电阻两端；所述运算放大器的反相输入端通过所述第四电阻连接采样电阻的一端；所述运算放大器的同相输入端通过所述第三电阻接地，所述运算放大器的同相输入端还通过所述第二电阻连接所述采样电阻的另一端以及所述第一MOS管的漏极，同时，所述运算放大器的输出端和反相输入端还通过所述第五电阻连接；所述第一比较器的同相输入端连接所述运算放大器的输出端，所述第一比较器的反相输入端连接第一基准电压，所述第一比较器的输出端输出所述输入电流是否过载的判断结果。
4.如权利要求3所述的短路保护电路，其特征在于，所述第一比较器的输出电压为高电压时，所述输入电流过载。
5.如权利要求3所述的短路保护电路，其特征在于，所述第二电阻和所述第四电阻的阻值相同，所述第三电阻和所述第五电阻的阻值相同。
6.如权利要求3所述的短路保护电路，其特征在于，所述短路判断模块包括：第二比较器、与门装置、第二电容、第三电容、第五MOS管、第二恒流源和第六电阻；所述第二比较器的同相输入端通过所述第二恒流源连接所述内部电压，所述第二比较器的反相输入端连接第二基准电压，所述与门装置的一个输入端连接所述第二比较器的输出端，另一个输入端连接所述第一比较器的输出端，所述与门装置的输出端输出过载电流的判断结果；所述第二电容的一端连接所述第二比较器的同相输入端以及所述第五MOS管的漏极，所述第二电容的另一端接地；所述第五MOS管的源极接地，所述第六电阻连接在所述第五MOS管的栅极和源极之间；所述第三电容的一端连接所述第五MOS管的栅极，另一端接收所述短路信号。
7.如权利要求6所述的短路保护电路，其特征在于，所述与门装置的输出电压为高电压时，导致输入电流过载的原因是所述BOOST升压电路短路。
8.如权利要求6所述的短路保护电路，其特征在于，所述重启控制模块包括：第四电容、第五电容、第三恒流源、第六MOS管、第七MOS管、第七电阻、第三比较器和触发器；所述第四电容的一端连接所述第二比较器的输出端，另一端连接所述第六MOS管的栅极；所述第五电容的一端连接所述第六MOS管的漏极，另一端连接所述第六MOS管的源极以及接地；所述第六MOS管的漏极连接到所述第三比较器的同相输入端，所述第六MOS管的源极接地，所述第六MOS管的栅极通过所述第七电阻接地；所述第七MOS管的源极通过所述第三恒流源连接到所述内部电压，所述第七MOS管的漏极连接到所述第三比较器的同相输入端，所述第七MOS管的栅极连接到所述触发器的输出端；所述第三比较器的反相输入端连接所述第二基准电压，输出端连接所述触发器的R端；所述触发器的S端连接所述与门装置的输出端，所述触发器的输出端输出短路信号和控制所述开关模块断开输入电流的时间。
9.如权利要求8所述的短路保护电路，其特征在于，所述第三比较器的同相输入端的电压从0V上升到所述第二基准电压的时间为断开输入电流的时间。
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CN115808640B (zh) * 2023-02-09 2023-05-16 苏州浪潮智能科技有限公司 电源故障检测电路、方法、系统、电子设备及存储介质
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI446670B (zh) * 2008-11-20 2014-07-21 Richtek Technology Corp 升壓轉換器的保護裝置及方法
CN103746342B (zh) * 2014-01-10 2016-09-21 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
CN209805407U (zh) * 2019-03-19 2019-12-17 浙江大华技术股份有限公司 短路保护电路

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