CN113541104A - 短路保护功率转换控制器 - Google Patents

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CN113541104A CN202010304868.6A CN202010304868A CN113541104A CN 113541104 A CN113541104 A CN 113541104A CN 202010304868 A CN202010304868 A CN 202010304868A CN 113541104 A CN113541104 A CN 113541104A
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陈璟全
林树嘉
王志良
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Abstract

本发明揭示一种短路保护功率转换控制器，具有不低于过电流保护上升斜率阈值的短路保护上升斜率阈值，可在发生短路时，经由电流感测接脚而及时侦测半导体组件的任何异常电压或过度电流，藉以有效避免半导体组件损坏。

Description

短路保护功率转换控制器
技术领域
本发明有关于一种短路保护功率转换控制器，尤其是利用不低于过电流保护上升斜率阈值的短路保护上升斜率阈值，不仅可达成功率转换，同时来能实现噪声干扰排除、短路保护以及过电流保护的功能，尤其是能早期侦测短路异常以及过电流异常，避免半导体组件及电子组件承受异常电压或过度电流而获得适当保护。
背景技术
众所周知，在现有的交换式电源供应器(Switching Power Supply)中，最常用的控制方式之一为脉波宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)控制，其控制的集成电路(Integrated Circuit，IC)一般是简称为PWM IC。一般，PWM IC除了负责控制电源的输出电压及电流之外，还必须具备许多保护机制，藉以防止电源使用不当或发生异常状态时，造成电源的烧毁而发生发烟、发火或触电等危险，甚至导致整个系统损毁。PWM IC的保护机制通常会至少包括输出过电流、输出短路、输出过电压以及过温度保护，等等。
在现有技术中，PWMIC主要是利用回授接脚(FB Pin)以及电流感测接脚(CS Pin)，其中回授接脚是当作次级侧负载位准大小输入端(Compensation Pin or Feedback Pin)，而电流感测接脚是当作初级侧电流输入侦测端(Current Sense)，用以侦测初级侧的峰值电流(Peak Current)，藉以达到峰值电流模式(Peak Current Mode)的脉波调变(PWM)机制。
另外，PWMIC还要负责过电流及短路电流侦测。除了PWM比较器的外，PWM IC的内部电路一般还会配置另外2个比较器，分别为过载临界(Limit1)比较器及短路临界(Limit2)比较器。
Limit1比较器通常为最大电流侦测，当输出过载时，CS接脚的峰值电流会升高到过电流保护阈值电压(Vlimit1)，此时，Limit1比较器被触发，经过一段时间的延迟(Timer)后，PWMIC停止输出，达到过电流保护的目的。
当输出短路或发生更大的负载时，CS接脚的峰值电流会升高到短路保护阈值电压(Vlimit2)，此时，Limit2比较器被触发，PWMIC立即停止输出，以确保不会损坏电源供应器。
目前业界的普遍认知及作法是，将Vlimit2设定成大于Vlimit1，而其理由是，短路时的初级电流非常大，CS接脚的电流感测电压足够触发Vlimit2比较器，而可立即停止电源输出。此外，Vlimit2大于Vlimit1的另一原因是，要避免短暂过电流时的误触发，造成电源供应器停止输出。换言之，如果CS接脚的电流感测电压在大于Vlimit1且低于Vlimit2时的整体时间是非常短而未超过预设的延迟，则不应停止输出电源，比如在电源刚打开或开机的瞬间，因为还是落在可承受的范围内，所以不需停止电源输出，否则会导致误触发而失效。
一般而言，Vlimit1是用于过电流保护(Over Current Protection，OCP)，当作最大输入电流峰值的限制值，称为最大电流限制(Max Current Limit)，或是OCP电流感测电压箝位器(CS voltage clamper)，或是电流限制阈值电压(Current Limit ThresholdVoltage)，或是限制电压(Limit Voltage)，或是最大电流感测阈值电压(Max CSthreshold voltage)。此外，Vlimit2是用于短路(SHORT)保护，主要是针对输出异常的保护，比如发生输出端短路、变压器绕组短路，或是次级整流组件短路，藉触发Vlimit2而立即获得保护。Vlimit2一般也称为短路保护阈值电压(Short Protection ThresholdVoltage)，或是二极管短路保护电压(Diode short protection voltage)，或是次级侧二极管短路保护(Secondary Diode Short Protection)，或是异常过电流缺陷临界(Abnormal Overcurrent Fault Threshold)，或是过电流临界(Over-currentThreshold)。
举例而言，目前较为常用的控制芯片有OB/OB2283IC、Richtek/RT7738IC、Leadtrend/LD5538IC、ONSEMI/NCP1342以及TI/UCC28742，而各家控制芯片的Vlimit1/Vlimit2分别为0.69V/1.4V、0.40V/1.1V、0.85V/1.5V、0.80V/1.2V、0.77V/1.5V，所以可明显看出，目前技术是将Vlimit2设定成高于Vlimit1。
上述现有技术的缺点在于未能即早侦测到短路的发生，而必须在CS接脚的电流感测电压经过一段时间上升到Vlimit2后，才确认已发生短路异常，并停止电源输出，然而，在此期间内，各零件已承受初级电流所施加的电压应力或电流应力，会有导致电源供应器损坏的潜在风险。
因此，电子/电气产业界非常需要一种新颖设计的短路保护功率转换控制器，利用不低于过电流保护上升斜率阈值的短路保护上升斜率阈值，提早侦测短路异常状态，可有效减少各零件的电压应力或电流应力，并同时调整较佳的前缘空白时间、第一感测时间、第二感测时间、第三感测时间以避免误触发，防止电源供应器损坏，进而克服现有技术的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种短路保护功率转换控制器，包含电流感测接脚、回授接脚、脉冲宽度调变(PWM)驱动接脚、接地接脚以及输入电源接脚，且具有预设的过电流保护前缘空白时间、短路保护前缘空白时间、过电流保护上升斜率阈值以及短路保护上升斜率阈值，并在搭配整流单元、变压器、切换单元及电源输出单元下进行电源控制操作，藉以将外部输电源转换成输出电源而供应负载。尤其，短路保护上升斜率阈值是不低于过电流保护上升斜率阈值，且过电流保护前缘空白时间是大于短路保护前缘空白时间。
具体而言，输入电源接脚连接输入电源，接地接脚连接接地电位，而脉冲宽度调变驱动接脚连接切换单元的闸极，且电流感测接脚连接切换单元的源极，其中源极进一步经由电流感测电阻而连接接地电位，并由电流感测接脚产生电流感测电压。此外，回授接脚连接回授单元，而且回授单元是进一步连接电源输出单元，用以产生对应于输出电源的回授电压。
再者，整流单元接收外部输电源而转换成整流电源，且变压器包含初级侧绕组以及次级侧绕组，其中初级侧绕组接收整流电源，并连接整流单元以及切换单元的汲极，而次级侧绕组连接电源输出单元，且电源输出单元连接负载。
更进一步具体而言，电源控制操作是包含以下步骤。
首先，接收回授电压及电流感测电压，并依据回授电压及电流感测电压以产生PWM驱动电压，其中PWM驱动电压包含周期性交替出现的导通位准以及关闭位准，且导通位准的时间为导通时间。
接着，当PWM驱动电压为导通位准而导通切换单元时，在第一感测时间以及在第二感测时间分别计算电流感测电压的第一上升斜率及第二上升斜率，其中第二感测时间是大于第一感测时间，第一及第二感测时间皆小于导通时间，尤其，第一感测时间是小于短路保护前缘空白时间，第二感测时间是等于短路保护前缘空白时间，或是介于短路保护前缘空白时间以及过电流保护前缘空白时间之间。
然后，依据第一上升斜率及第二上升斜率以判断是否发生噪声干扰。
如果第一上升斜率等于或大于短路保护上升斜率阈值且第二上升斜率下降至低于短路保护上升斜率阈值，则发生噪声干扰，并进行干扰排除处理，其中干扰排除处理包含继续产生PWM驱动电压。
如果第一上升斜率以及第二上升斜率皆等于或大于短路保护上升斜率阈值，则发生短路异常，并进行短路保护处理，其中短路保护处理包含停止产生PWM驱动电压。
如果未发生噪声干扰且未发生短路保护处理，则在第三感测时间计算电流感测电压的第三上升斜率，其中第三感测时间是等于过电流保护前缘空白时间，或是介于过电流保护前缘空白时间以及导通时间之间，并接着依据第二上升斜率及第三上升斜率，判断是否发生过电流异常。
如果第二上升斜率及第三上升斜率皆为等于或大于过电流保护上升斜率阈值，则发生过电流异常，并进行过电流保护处理，其中过电流保护处理包含在经过预设的过电流延迟时间后，停止产生PWM驱动电压。如果未发生过电流异常，则继续产生PWM驱动电压。
此外，本发明的另一目的在于提供一种短路保护功率转换控制器，具有预设的过电流保护前缘空白时间、短路保护前缘空白时间、过电流保护上升斜率阈值以及短路保护上升斜率阈值，并包含电流感测接脚、PWM驱动接脚、接地接脚以及输入电源接脚，且进一步搭配整流单元、变压器、切换单元及电源输出单元而进行电源控制操作，将外部输电源转换成输出电源。
再者，输入电源接脚连接输入电源，接地接脚连接接地电位，PWM驱动接脚连接切换单元的闸极，电流感测接脚经限流电阻而连接切换单元的源极，且源极是进一步经由电流感测电阻而连接至接地电位，并由电流感测接脚产生电流感测电压。
具体而言，上述的电源控制操作包含以下步骤。
首先，接收及电流感测电压，并依据电流感测电压以产生PWM驱动电压，其中PWM驱动电压包含周期性交替出现的导通位准以及关闭位准，且导通位准的时间为导通时间。
接着，当PWM驱动电压为导通位准而导通切换单元时，在第一感测时间以及在第二感测时间分别计算电流感测电压的第一上升斜率及第二上升斜率，其中第二感测时间是大于第一感测时间，第一及第二感测时间皆小于导通时间，尤其，第一感测时间是小于短路保护前缘空白时间，第二感测时间是等于短路保护前缘空白时间，或是介于短路保护前缘空白时间以及过电流保护前缘空白时间之间。
然后，依据第一上升斜率及第二上升斜率以判断是否发生噪声干扰。
如果第一上升斜率等于或大于短路保护上升斜率阈值且第二上升斜率下降至低于短路保护上升斜率阈值，则发生噪声干扰，并进行干扰排除处理，其中干扰排除处理包含继续产生PWM驱动电压。
如果第一上升斜率以及第二上升斜率皆等于或大于短路保护上升斜率阈值，则发生短路异常，并进行短路保护处理，其中短路保护处理包含停止产生PWM驱动电压。
如果未发生噪声干扰且未发生短路保护处理，则在第三感测时间计算电流感测电压的第三上升斜率，其中第三感测时间是等于过电流保护前缘空白时间，或是介于过电流保护前缘空白时间以及导通时间之间，并接着依据第二上升斜率及第三上升斜率，判断是否发生过电流异常。
如果第二上升斜率及第三上升斜率皆为等于或大于过电流保护上升斜率阈值，则发生过电流异常，并进行过电流保护处理，其中过电流保护处理包含在经过预设的过电流延迟时间后，停止产生PWM驱动电压。如果未发生过电流异常，则继续产生PWM驱动电压。
由于本发明的短路保护上升斜率阈值是不低于过电流保护上升斜率阈值，所以能提早先判断是否发生短路异常，而如果未发生短路异常，才判断是否发生过电流异常，有别于一般习用技术的判断次序，可提早侦测短路异常而立即停止产生PWM驱动电压，有效避免任何异常电压或过度电流对半导体组件的损坏。尤其，可同时调整较佳过电流保护前缘空白时间、短路保护前缘空白时间、第一感测时间、第二感测时间、第三感测时间，藉以避免误触发，防止电源供应器损坏，确保整体系统的操作安全性。
因此，本发明不仅可达成功率转换，同时来能实现噪声干扰排除、短路保护以及过电流保护的功能，尤其是能早期侦测短路异常以及过电流异常，避免半导体组件及电子组件承受异常电压或过度电流而获得适当保护。
附图说明
图1显示本发明第一实施例短路保护功率转换控制器所执行的电源控制操作的流程图。
图2显示本发明第一实施例短路保护功率转换控制器的示意图。
图3显示本发明第一实施例的示范性实例波形图。
图4显示本发明第二实施例短路保护功率转换控制器所执行的电源控制操作的流程图。
图5显示本发明第二实施例短路保护功率转换控制器的示意图。
附图标记说明
S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18、S19步骤
S20、S21、S22、S23、S24、S25、S26、S27、S28、S29步骤
10、10A短路保护功率转换控制器
20、20A整流单元
30、30A变压器
40、40A切换单元
50、50A电源输出单元
60、60A电流感测电阻
70回授单元
CS电流感测接脚
FB回授接脚
DR驱动接脚
GND接地接脚
VCC输入电源接脚
FL全负载
IP初级侧电流
IS次级侧电流
LP、LPA初级侧绕组
LS、LSA次级侧绕组
RL负载
RLT限流电阻
T1第一感测时间
T2第二感测时间
T3第三感测时间
LEB_OV过电流保护前缘空白时间
LEB_SS短路保护前缘空白时间
Ton PWM导通时间
VAC外部输电源
VCS电流感测电压
VCS1、VCS2电流感测电压
VCS3、VCS4电流感测电压
VCS_OV过电流保护阈值电压
VCS_SS短路保护阈值电压
VDD输入电源
VFB回授电压
VGND接地电位
VGS PWM驱动电压
VIN整流电源
VOUT输出电源
具体实施方式
以下配合图标及组件符号对本发明的实施方式做更详细的说明，使熟悉本领域的技术人员在研读本说明书后能据以实施。
请参考图1、图2及图3，其中图1为本发明第一实施例短路保护功率转换控制器所执行的电源控制操作的流程图，而图2为本发明第一实施例短路保护功率转换控制器的示意图，且图3是本发明第一实施例的示范性实例波形图。
如图1、图2及图3所示，本发明第一实施例的短路保护功率转换控制器10是属于脉冲宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)的控制器，且是以半导技术的PWM集成电路(Integrated Circuit，IC)而实现，并包含电流感测接脚CS、回授接脚FB、脉冲宽度调变(PWM)驱动接脚DR、接地接脚GND以及输入电源接脚VCC，且具有预设的过电流保护前缘空白时间LEB_OV、短路保护前缘空白时间LEB_SS、短路保护上升斜率阈值以及过电流保护上升斜率阈值，尤其是用以搭配整流单元20、变压器30、切换单元40及电源输出单元50而进行电源控制操作，并将外部输电源VAC转换成输出电源VOUT而供应负载RL。
特别的是，上述的短路保护上升斜率阈值是不低于过电流保护上升斜率阈值，且过电流保护前缘空白时间LEB_OV是大于短路保护前缘空白时间LEB_SS，尤其，短路保护上升斜率阈值可如图3所示而设定成：短路保护阈值电压VCS_SS/短路保护前缘空白时间LEB_SS，而过电流保护上升斜率阈值可设定成：过电流保护阈值电压VCS_OV/过电流保护前缘空白时间LEB_OV，其中短路保护阈值电压VCS_SS是不大于默认的过电流保护阈值电压VCS_OV，且短路保护阈值电压VCS_SS是指发生短路时所对应的电流感测电压VCS，表示发生输出端短路、变压器绕组短路、或是次级整流组件短路，而过电流保护阈值电压VCS_OV是指发生过电流时所对应的电流感测电压VCS，表示初级侧的输入电流过大。
要注意的是，短路保护阈值电压VCS_SS以及过电流保护阈值电压VCS_OV可依据实际使用环境而设定、调整，所以本发明预设的短路保护上升斜率阈值以及过电流保护上升斜率阈值也可弹性设定、调整。
具体而言，输入电源接脚VCC是连接至输入电源VDD，接地接脚GND是连接接地电位VGND，而PWM驱动接脚DR是连接切换单元40的闸极，且电流感测接脚CS是连接切换单元40的源极，尤其，源极是经由电流感测电阻60而连接至接地电位VGND，并由电流感测接脚CS产生电流感测电压VCS。此外，回授接脚FB是连接至回授单元70，而回授单元70是进一步连接至电源输出单元50，用以产生对应于输出电源VOUT的回授电压VFB。
举例而言，回授单元70可包含光耦合器。
再者，整流单元20接收外部输电源VAC，并将外部输电源VAC转换成整流电源VIN，比如经由整流、滤波、稳压的处理。
变压器30包含初级侧绕组LP以及次级侧绕组LS，其中初级侧绕组LP接收整流电源VIN，并连接整流单元20以及切换单元40的汲极。此外，次级侧绕组LS连接电源输出单元50，而电源输出单元50是进一步连接至负载RL。
本发明的主要特征在于由短路保护功率转换控制器10进行特别的电源控制操作，主要包含如图1所示的步骤S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18以及S19，不仅可达成功率转换，同时来能实现噪声干扰排除、短路保护以及过电流保护的功能，尤其是能早期侦测短路异常以及过电流异常，避免半导体组件及电子组件承受异常电压或过度电流而获得适当保护。
首先，电源控制操作是在步骤S10中由短路保护功率转换控制器10分别经回授接脚FB、电流感测接脚CS而接收回授电压VFB及电流感测电压VCS。接着进入步骤S11，依据回授电压VFB及电流感测电压VCS以产生PWM驱动电压VGS，其中PWM驱动电压VGS包含周期性交替出现的导通位准以及关闭位准，且导通位准的时间为导通时间Ton。举例而言，导通位准可为高位准，而关闭位准可为低位准，或者，导通位准可为低位准，而关闭位准可为高位准。
再者，上述的切换单元40可为金氧半(Metal-Oxide-Semiconductor，MOS)晶体管、或氮化镓场效晶体管(GaN(Gallium Nitride)FET)、或碳化硅-金氧半场效晶体管(SiC-MOSFET)。
然后执行步骤S12，当PWM驱动电压VGS为导通位准而导通切换单元40时，亦即于导通时间Ton内，在第一感测时间T1以及第二感测时间T2分别计算电流感测电压VCS的第一上升斜率及第二上升斜率，其中第二感测时间T2大于第一感测时间T1，而第一感测时间T1以及第二感测时间T2皆小于导通时间Ton，尤其，第一感测时间T1是小于短路保护前缘空白时间LEB_SS，第二感测时间T2是等于短路保护前缘空白时间LEB_SS，或介于短路保护前缘空白时间LEB_SS以及过电流保护前缘空白时间LEB_OV之间。
具体而言，电流感测电压VCS的第一上升斜率及第二上升斜率可为平均斜率，亦即，第一上升斜率是表示成：在第一感测时间T1的电流感测电压VCS/第一感测时间T1，而第二上升斜率是表示成：在第二感测时间T2的电流感测电压VCS/第二感测时间T2，或者，电流感测电压VCS的第一上升斜率及第二上升斜率可为瞬时斜率。要注意的是，不论平均斜率或瞬时斜率皆属于本发明的范围。
接着在步骤S13中，依据第一上升斜率及第二上升斜率，判断是否发生噪声干扰，如果发生噪声干扰，则进入步骤S14，而如果未发生噪声干扰，则进入步骤S15。
具体而言，如果第一上升斜率等于或大于短路保护上升斜率阈值且第二上升斜率下降至小于短路保护上升斜率阈值，比如零，则发生噪声干扰，进而在步骤S14中进行干扰排除处理，其中干扰排除处理包含回到步骤S11，并继续产生PWM驱动电压VGS。换言之，虽然电流感测电压VCS的第一上升斜率是等于或大于短路保护上升斜率阈值，但是第二上升斜率已下降至小于短路保护上升斜率阈值，比如零，所以是属于瞬时的尖峰噪声，并非短路异常。
在步骤S15中，进一步依据第一上升斜率及第二上升斜率，判断是否发生短路异常，如果发生短路异常，则进入步骤S16，而如果未发生短路异常，则进入步骤S17。
具体而言，如果第二上升斜率等于或大于短路保护上升斜率阈值且小于过电流保护上升斜率阈值，则被视为发生短路异常，而在步骤S16中是进短路保护处理，其中短路保护处理包含立即停止产生该PWM驱动电压VGS。换言之，只有在电流感测电压VCS的第一上升斜率及第二上升斜率皆为等于或大于短路保护上升斜率阈值时，才是发生短路异常。
在步骤S17中，计算第三感测时间T3时的第二上升斜率，且第三感测时间T3是设定成等于过电流保护前缘空白时间LEB_OV，或介于过电流保护前缘空白时间LEB_OV以及导通时间Ton之间。
然后在步骤S17之后，进入步骤S18，依据第二上升斜率及第三上升斜率，判断是否发生过电流异常，如果发生过电流异常，则进入步骤S19，而如果未发生过电流异常，则回到步骤S11，继续产生PWM驱动电压VGS。
进一步而言，如果第二上升斜率及第三上升斜率皆为等于或大于过电流保护上升斜率阈值，则被视为发生过电流异常，而步骤S19是进行过电流保护处理，其中过电流保护处理包含在过电流延迟时间后，停止产生PWM驱动电压VGS。换言之，如果电流感测电压VCS的第二上升斜率等于或大于短路保护上升斜率阈值时，但是第三上升斜率是小于短路保护上升斜率阈值，比如零，则不被视为发生过电流异常，所以只有在电流感测电压VCS的第二上升斜率及第三上升斜率皆为等于或大于短路保护上升斜率阈值时，才是过电流异常，藉以避免误动作。
更加进一步说明，图3主要显示四电流感测电压VCS1、VCS2、VCS3、VCS4以当作示范实例，分别为正常的电流感测电压VCS1、噪声干扰的电流感测电压VCS2、发生短路异常的电流感测电压VCS3、发生过电流异常的电流感测电压VCS4，藉以说明本发明利用短路保护上升斜率阈值及过电流保护上升斜率阈值所达成的特点及功效。
具体而言，电流感测电压VCS1是在导通时间Ton内逐步上升而到达正常操作时所预期的全负载，或称作额定负载，且全负载是小于短路保护阈值电压VCS_SS，而短路保护阈值电压VCS_SS是不大于过电流保护阈值电压VCS_OV，所以电流感测电压VCS1是正常操作而无异常。不过，图中的短路保护阈值电压VCS_SS是显示小于过电流保护阈值电压VCS_OV的示范性实例，藉以方便了解所达成的功效，所以要注意的是，短路保护阈值电压VCS_SS只要是不大于过电流保护阈值电压VCS_OV即可。
尤其，短路保护上升斜率阈值、过电流保护上升斜率阈值是特别设计成用以比较所计算的第一上升斜率、第二上升斜率，进而提早预估电流感测电压VCS否上升到等于或大于短路保护阈值电压VCS_SS或过电流保护阈值电压VCS_OV。
要特别注意的是，本发明的第一上升斜率、第二上升斜率是取决于第一感测时间T1、第二感测时间T2，因此，在短路保护前缘空白时间LEB_SS、短路保护阈值电压VCS_SS、PWM导通时间Ton维持不变下，可依据实际需要而适当调整第一感测时间T1、第二感测时间T2，进而利用第一上升斜率、第二上升斜率以预估电流感测电压VCS否上升到等于或大于短路保护阈值电压VCS_SS，并判断是否发生噪声干扰或短路异常。
此外，电流感测电压VCS2是只出现在短路保护前缘空白时间LEB_SS之前的短暂干扰噪声，亦即，虽然在第一感测时间T1的第一上升斜率很高，比如大于短路保护上升斜率阈值，因为电流感测电压VCS2的峰值一般可远大于短路保护阈值电压VCS_SS，但是电流感测电压VCS2在大于短路保护前缘空白时间LEB_SS的第二感测时间T2之前已下降至低于短路保护阈值电压VCS_SS，比如为零，所以第二上升斜率也下降至小于短路保护上升斜率阈值，比如为零，因而可忽略电流感测电压VCS2的影响，继续产生PWM驱动电压VGS，进而具体达到排除噪声干扰的功效，避免误动作而停止产生PWM驱动电压VGS。
再者，电流感测电压VCS3的第一上升斜率、第二上升斜率皆是大于短路保护上升斜率阈值，所以在步骤S15中是判断成发生短路异常，而电流感测电压VCS4的第一上升斜率、第二上升斜率、第三上升斜率皆是小于短路保护上升斜率阈值，但大于过电流保护上升斜率阈值，所以在步骤S18中是判断成发生过电流异常。
整体而言，本发明可正确区别出电流感测电压VCS1是正常操作，电流感测电压VCS2是短暂干扰噪声，电流感测电压VCS3是发生短路异常，而电流感测电压VCS4是发生过电流异常。
接着进一步参考图4及图5，其中图4为本发明第二实施例短路保护功率转换控制器所执行的电源控制操作的流程图，而图5为本发明第二实施例短路保护功率转换控制器的示意图。
如图4及图5所示，本发明第二实施例的短路保护功率转换控制器10A是类似于上述本发明第一实施例的短路保护功率转换控制器10，同样也具有预设的过电流保护前缘空白时间LEB_OV、短路保护前缘空白时间LEB_SS、短路保护上升斜率阈值以及过电流保护上升斜率阈值，不过只包含电流感测接脚CS、脉冲宽度调变(PWM)驱动接脚DR、接地接脚GND以及输入电源接脚VCC，而未包含回授接脚FB。
此外，第二实施例的短路保护功率转换控制器10A是用以搭配整流单元20A、变压器30A、切换单元40A及电源输出单元50A而进行电源控制操作，并将外部输电源VAC转换成输出电源VOUT。再者，电流感测接脚CS是经限流电阻RLT而连接切换单元40的源极，且切换单元40的源极是经电流感测电阻60A而连接至接地电位VGND，并由电流感测接脚CS产生电流感测电压VCS。
进一步，变压器30A包含初级侧绕组LPA以及次级侧绕组LSA，其中初级侧绕组LPA是连接整流单元20A以及切换单元40A的汲极之间，而汲极并进一步连接至电源输出单元50A，且次级侧绕组LSA是连接输入电源接脚VCC以及接地电位VGND之间。此外，整流单元20A接收外部输电源VAC而转换成整流电源VIN。
再者，第二实施例的短路保护功率转换控制器10A所进行的电源控制操作，是如第六图所示，包含步骤S20、S21、S22、S23、S24、S25、S26、S27、S28以及S29，是类似于第一实施例的电源控制操作，不过主要的差异在于步骤S20只接收电流感测电压VCS，因为第二实施例未使用回授单元，所以没有回授电压，而且在步骤S21中，是只依据电流感测电压VCS以产生PWM驱动电压VGS，其余步骤S22、S23、S24、S25、S26、S27、S28以及S29是如同第一实施例，下文中不再赘述。
要注意的是，第二实施例的短路保护功率转换控制器10A因所搭配的电路不同，仍可藉由步骤S20、S21、S22、S23、S24、S25、S26、S27、S28以及S29而达成第一实施例短路保护功率转换控制器10利用步骤S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18以及S19的同样功效，提供噪声干扰排除、短路保护以及过电流保护的功能，以保护半导体组件及电子组件免于承受异常电压或过度电流而损坏。
综合而言，本发明的特点主要在于利用过电流保护上升斜率阈值以及不低于过电流保护上升斜率阈值的短路保护上升斜率阈值，用以侦测噪声干扰、短路异常以及过电流异常，并可在发生短路时，经由电流感测接脚而及时侦测半导体组件的任何异常电压或过度电流，藉以有效避免半导体组件损坏。此外，本发明可同时调整较佳过电流保护前缘空白时间、短路保护前缘空白时间、第一感测时间、第二感测时间、第三感测时间，藉以避免误触发，防止电源供应器损坏，确保整体系统的操作安全性。
因此，本发明不仅可达成功率转换，同时来能实现噪声干扰排除、短路保护以及过电流保护的功能，尤其是能早期侦测短路异常以及过电流异常，避免半导体组件及电子组件承受异常电压或过度电流而获得适当保护。
以上所述仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的发明精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。

Claims (9)

1.一种短路保护功率转换控制器，其特征在于，具有预设的一过电流保护前缘空白(Leading Edge Blanking，LEB)时间、一短路保护前缘空白时间、一短路保护上升斜率阈值以及一过电流保护上升斜率阈值，搭配一整流单元、一变压器、一切换单元以及一电源输出单元而进行一电源控制操作，用以将一外部输电源转换成一输出电源而供应一负载，包括：
一输入电源接脚，连接至一输入电源；
一接地接脚，连接至一接地电位；
一脉冲宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)驱动接脚，连接该切换单元的一闸极；
一电流感测接脚，连接该切换单元的一源极，且该源极经一电流感测电阻而连接至该接地电位，该电流感测接脚产生一电流感测电压；以及
一回授接脚，连接至一回授单元，而该回授单元进一步连接至该电源输出单元，用以产生对应于该输出电源的一回授电压，
其中该短路保护前缘空白时间是大于该过电流保护前缘空白时间，该短路保护上升斜率阈值是不低于该过电流保护上升斜率阈值，该整流单元接收该外部输电源而转换成一整流电源，该变压器包含一初级侧绕组以及一次级侧绕组，该初级侧绕组接收该整流电源，并连接该整流单元以及该切换单元的一汲极，该次级侧绕组连接该电源输出单元，该电源输出单元连接该负载，该电源控制操作包含：
接收该回授电压及该电流感测电压；
依据该回授电压及该电流感测电压以产生一PWM驱动电压，该PWM驱动电压包含周期性交替出现的一导通位准以及一关闭位准，且该导通位准的时间为一导通时间；
当该PWM驱动电压为该导通位准而导通该切换单元时，在一第一感测时间以及在一第二感测时间，分别计算该电流感测电压的一第一上升斜率及一第二上升斜率，该第二感测时间是大于该第一感测时间，该第一感测时间以及该第二感测时间皆小于该导通时间，该第一感测时间是小于该短路保护前缘空白时间，该第二感测时间是等于短路保护前缘空白时间或介于该短路保护前缘空白时间以及该过电流保护前缘空白时间之间；
依据该第一上升斜率及该第二上升斜率以判断是否发生一噪声干扰；
如果该第一上升斜率等于或大于该短路保护上升斜率阈值且该第二上升斜率下降至低于该短路保护上升斜率阈值，则发生该噪声干扰，而如果发生该噪声干扰，则进行一干扰排除处理，该干扰排除处理包含继续产生该PWM驱动电压；
如果该第一上升斜率以及该第二上升斜率皆等于或大于该短路保护上升斜率阈值，则发生一短路异常，而如果发生该短路异常，则进行一短路保护处理，该短路保护处理包含停止产生该PWM驱动电压；
如果未发生该噪声干扰且未发生该短路保护处理，则在一第三感测时间计算该电流感测电压的一第三上升斜率，该第三感测时间是等于该过电流保护前缘空白时间，或是介于该过电流保护前缘空白时间以及该导通时间的间，并依据该第二上升斜率及该第三上升斜率以判断是否发生一过电流异常；
如果该第二上升斜率及该第三上升斜率皆为等于或大于该过电流保护上升斜率阈值，则发生该过电流异常，并进行一过电流保护处理，该过电流保护处理包含在经过一过电流延迟时间后，停止产生该PWM驱动电压；以及
如果未发生该过电流异常，则继续产生该PWM驱动电压。
2.如权利要求1所述的短路保护功率转换控制器，其特征在于，该导通位准为一高位准而该关闭位准为一低位准。
3.如权利要求1所述的短路保护功率转换控制器，其特征在于，该导通位准为一低位准而该关闭位准为一高位准。
4.如权利要求1所述的短路保护功率转换控制器，其特征在于，该切换单元为一金氧半(Metal-Oxide-Semiconductor，MOS)晶体管、或一氮化镓场效晶体管(GaN(GalliumNitride)FET)、或一碳化硅-金氧半场效晶体管(SiC-MOSFET)。
5.如权利要求1所述的短路保护功率转换控制器，其特征在于，该回授单元包含一光耦合器。
6.一种短路保护功率转换控制器，其特征在于，具有预设的一前缘空白(Leading EdgeBlanking，LEB)时间、一短路保护上升斜率阈值以及一过电流保护上升斜率阈值，搭配一整流单元、一变压器、一切换单元以及一电源输出单元而进行一电源控制操作，用以将一外部输电源转换成一输出电源，包括：
一输入电源接脚，连接至一输入电源；
一接地接脚，连接至一接地电位；
一脉冲宽度调变(PWM)驱动接脚，连接该切换单元的一闸极；以及
一电流感测接脚，经一限流电阻而连接该切换单元的一源极，且该源极是经一电流感测电阻而连接至该接地电位，该电流感测接脚产生一电流感测电压，
其中该短路保护前缘空白时间是大于该过电流保护前缘空白时间，该短路保护上升斜率阈值是不低于该过电流保护上升斜率阈值，该整流单元接收该外部输电源而转换成一整流电源，该变压器包含一初级侧绕组以及一次级侧绕组，该初级侧绕组接收该整流电源，并连接该整流单元以及该切换单元的一汲极，该次级侧绕组连接该电源输出单元，该电源输出单元连接该负载，该电源控制操作包含：
接收该电流感测电压；
依据该电流感测电压以产生一PWM驱动电压，该PWM驱动电压包含周期性交替出现的一导通位准以及一关闭位准，且该导通位准的时间为一导通时间；
当该PWM驱动电压为该导通位准而导通该切换单元时，在一第一感测时间以及在一第二感测时间，分别计算该电流感测电压的一第一上升斜率及一第二上升斜率，该第二感测时间是大于该第一感测时间，该第一感测时间以及该第二感测时间皆小于该导通时间，该第一感测时间是小于该短路保护前缘空白时间，该第二感测时间是等于短路保护前缘空白时间或介于该短路保护前缘空白时间以及该过电流保护前缘空白时间的间；
依据该第一上升斜率及该第二上升斜率以判断是否发生一噪声干扰；
如果该第一上升斜率等于或大于该短路保护上升斜率阈值且该第二上升斜率下降至低于该短路保护上升斜率阈值，则发生该噪声干扰，而如果发生该噪声干扰，则进行一干扰排除处理，该干扰排除处理包含继续产生该PWM驱动电压；
如果该第一上升斜率以及该第二上升斜率皆等于或大于该短路保护上升斜率阈值，则发生一短路异常，而如果发生该短路异常，则进行一短路保护处理，该短路保护处理包含停止产生该PWM驱动电压；
如果未发生该噪声干扰且未发生该短路保护处理，则在一第三感测时间计算该电流感测电压的一第三上升斜率，该第三感测时间是等于该过电流保护前缘空白时间，或是介于该过电流保护前缘空白时间以及该导通时间的间，并依据该第二上升斜率及该第三上升斜率以判断是否发生一过电流异常；
如果该第二上升斜率及该第三上升斜率皆为等于或大于该过电流保护上升斜率阈值，则发生该过电流异常，并是进行一过电流保护处理，该过电流保护处理包含在经过一过电流延迟时间后，停止产生该PWM驱动电压；以及
如果未发生该过电流异常，则继续产生该PWM驱动电压。
7.如权利要求6所述的短路保护功率转换控制器，其特征在于，该导通位准为一高位准而该关闭位准为一低位准。
8.如权利要求6所述的短路保护功率转换控制器，其特征在于，该导通位准为一低位准而该关闭位准为一高位准。
9.如权利要求6所述的短路保护功率转换控制器，其特征在于，该切换单元为一金氧半晶体管、或一氮化镓场效晶体管、或一碳化硅-金氧半场效晶体管。
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