CN115664204B - 开关电源电路、电源设备及开关电源控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关电源电路、电源设备及开关电源控制方法，属于开关电源技术领域。开关电源电路包括：开关电源变换电路，具有输入端和输出端；检流电阻，与输出端电连接；检测模块，用于检测开关电源变换电路的电参数和流经检流电阻的实际输出电流值；控制模块，用于根据电参数确定开关电源变换电路的参考输出电流值，并在参考输出电流值与实际输出电流值之间的差值大于参考阈值时，控制开关电源变换电路进入关闭状态。根据本发明实施例的开关电源电路，通过将开关电源的估算输出电流与实际输出电流进行比较，从而判断检流电阻是否短路，实现了短路保护，不需要增加额外的检流电阻实现了短路保护，节省成本，也不影响效率。

Description

开关电源电路、电源设备及开关电源控制方法

技术领域

本发明属于开关电源技术领域，尤其涉及一种开关电源电路、电源设备及开关电源控制方法。

背景技术

目前，开关电源变换器都会有限流及过流保护功能，通过检流电阻进行限流及过流判断及保护。但当检流电阻短路时，限流及过流保护作用失效，输出电流不受限制，则容易导致外部设备损坏甚至火灾情况。

传统的保护方式通常是在输出通路采用串联两个检流电阻及两套检测保护的方式来实现。当其中一个检流电阻短路时，另外一个检流电阻还可以正确检测出当前电流，超过保护阈值时进行保护。这种方式的缺点是需要增加一个检流电阻及对应的检测及保护逻辑，不但增加了器件及成本，还由于在输出通路增加了额外的检流电阻，效率也会有所下降。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种开关电源电路、电源设备及开关电源控制方法，开关电源电路通过较低成本的方式实现短路保护，也不影响效率。

第一方面，本发明提供了一种开关电源电路，所述开关电源电路包括：开关电源变换电路，具有输入端和输出端，所述开关电源变换电路用于对所述输入端接入的输入电源进行电压变换，形成输出电源；检流电阻，所述检流电阻的第一端与所述输出端电连接，所述检流电阻的第二端用于向外部提供所述输出电源；检测模块，分别与所述开关电源变换电路和所述检流电阻电连接，所述检测模块用于检测所述开关电源变换电路的电参数和流经所述检流电阻的实际输出电流值；控制模块，分别与所述开关电源变换电路和所述检测模块电连接，所述控制模块用于根据所述电参数确定所述开关电源变换电路的参考输出电流值，并在所述参考输出电流值与所述实际输出电流值之间的差值大于参考阈值时，控制所述开关电源变换电路进入关闭状态。

根据本发明实施例的开关电源电路，通过将开关电源的估算输出电流与实际输出电流进行比较，从而判断检流电阻是否短路，实现了短路保护，不需要增加额外的检流电阻，节省成本，也不影响效率。

根据本发明的一个实施例，所述电参数包括所述输入电源的第一电压值、所述输出电源的第二电压值、所述开关电源变换电路的峰值电流值；所述控制模块，还用于根据所述第一电压值、所述第二电压值和所述峰值电流值确定所述开关电源的电感电流纹波值；所述控制模块，还用于根据所述峰值电流值和所述电感电流纹波值确定参考输出电流值。

根据本发明的一个实施例，所述检测模块包括：第一检测模块，与所述输入端电连接，所述第一检测模块用于检测所述输入电源的第一电压值；第二检测模块，与所述开关电源变换电路中的主动开关管的两端电连接，所述第二检测模块用于检测所述主动开关管的第一压差，并根据所述第一压差提取所述主动开关管的峰值电压，根据所述峰值电压和所述主动开关管的内阻确定所述开关电源变换电路的峰值电流值；第三检测模块，分别与所述检流电阻的两端电连接，所述第三检测模块用于检测所述检流电阻的第二压差和所述输出电源的第二电压值，以及根据所述第二压差和所述检流电阻的阻值确定流经所述检流电阻的实际输出电流值。

根据本发明的一个实施例，所述输入电源为直流电源，所述开关电源变换电路包括：第一场效应管、第二场效应管、第一电感和第一电容；所述第一场效应管的漏极与所述直流电源的正极端电连接，所述第一场效应管的源极分别与所述第二场效应管的漏极和所述第一电感的第一端电连接，所述第一电感的第二端分别与所述第一电容的第一端和所述检流电阻的第一端电连接，所述第二场效应管的源极和所述第一电容的第二端均与所述直流电源的负极端电连接，所述第一场效应管和所述第二场效应管的栅极均与所述控制模块电连接，所述第一场效应管的漏极与所述第一检测模块电连接，所述第一场效应管的漏极和源极均与所述第二检测模块电连接。

根据本发明的一个实施例，所述输入电源为直流电源，所述开关电源变换电路包括：第三场效应管、第四场效应管、第二电感和第二电容；所述第二电感的第一端与所述直流电源的正极端电连接，所述第二电感的第二端分别与所述第三场效应管的源极和所述第四场效应管的漏极连接，所述第三场效应管的漏极分别与所述第二电容的第一端和所述检流电阻的第一端电连接，所述第四场效应管的源极和所述第二电容的第二端均与所述直流电源的负极端电连接，所述第三场效应管和所述第四场效应管的栅极均与所述控制模块电连接，所述第二电感的第一端与所述第一检测模块电连接，所述第四场效应管的漏极和源极均与所述第二检测模块电连接。

第二方面，本发明还提供了一种电源设备，所述电源设备包括根据前述实施例中任一项所述的开关电源电路。

根据本发明实施例的电源设备，通过将开关电源的估算输出电流与实际输出电流进行比较，从而判断检流电阻是否短路，实现了短路保护，不需要增加额外的检流电阻，节省成本，也不影响效率。

第三方面，本发明还提供了一种开关电源控制方法，开关电源的输出端与检流电阻电连接，所述开关电源控制方法包括：获取所述开关电源的电参数，根据所述电参数确定所述开关电源的参考输出电流值；获取流经所述检流电阻的实际输出电流值；在所述参考输出电流值与所述实际输出电流值之间的差值大于参考阈值时，控制所述开关电源进入关闭状态。

根据本发明实施例的开关电源控制方法，通过将开关电源的估算输出电流与实际输出电流进行比较，从而判断检流电阻是否短路，实现了短路保护，不需要增加额外的检流电阻，节省成本，也不影响效率。

根据本发明的一个实施例，所述电参数包括所述开关电源的第一电压值、第二电压值和峰值电流值；所述根据所述电参数确定所述开关电源的参考输出电流值，包括：根据所述第一电压值、所述第二电压值和所述峰值电流值确定所述开关电源的电感电流纹波值；根据所述峰值电流值和所述电感电流纹波值确定参考输出电流值。

根据本发明的一个实施例，所述峰值电流值通过以下方式获取：获取所述开关电源中的主动开关管的输入端与输出端之间的第一压差；根据所述第一压差提取所述主动开关管的峰值电压；根据所述峰值电压和所述主动开关管的内阻确定所述开关电源的峰值电流值。

第四方面，本发明还提供了一种电源设备，所述电源设备包括开关电源和控制器，所述开关电源与控制器电连接，所述控制器内部存储有控制程序，所述控制程序被所述控制器执行时实现根据前述实施例中任一项所述的开关电源控制方法。

根据本发明实施例的电源设备，通过将开关电源的估算输出电流与实际输出电流进行比较，从而判断检流电阻是否短路，实现了短路保护，不需要增加额外的检流电阻，节省成本，也不影响效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例提供的开关电源电路的结构框图；

图2是本发明实施例提供的开关电源电路中电感电流和主动管电流波形图；

图3是本发明实施例提供的开关电源电路的电路原理图之一；

图4是本发明实施例提供的开关电源电路的电路原理图之二；

图5是本发明实施例提供的开关电源控制方法的流程示意图。

附图标记：

开关电源变换电路100；

检流电阻200；

检测模块300，第一检测模块310，第二检测模块320，第三检测模块330；

控制模块400；

驱动模块500；

第一至第四场效应管Q1~Q4，第一至第二电感L1~L2，第一至第四电容C1~C4，第一至第三电阻R1~R3，直流电源VCC。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参照图1，本发明的一个实施例提供了一种开关电源电路，开关电源电路可以包括开关电源变换电路100、检流电阻200、检测模块300和控制模块400。开关电源变换电路100具有输入端和输出端，开关电源变换电路100用于对输入端接入的输入电源进行电压变换，形成输出电源；检流电阻200的第一端与输出端电连接，检流电阻200的第二端用于向外部提供输出电源；检测模块300分别与开关电源变换电路100和检流电阻200电连接，检测模块300用于检测开关电源变换电路100的电参数和流经检流电阻200的实际输出电流值；控制模块400分别与开关电源变换电路100和检测模块300电连接，控制模块400用于根据电参数确定开关电源变换电路100的参考输出电流值，并在参考输出电流值与实际输出电流值之间的差值大于参考阈值时，控制开关电源变换电路100进入关闭状态。

开关电源变换电路100可以对输入电源的电压进行升压或者降低处理。开关电源变换电路100还可以采用开关管和电感等元件组成的升压电路或降压电路。其中，开关电源变换电路100中的主动开关管可以控制输入电源按照一定的频率通断，实现对输入电源进行升压或者降压处理。

检流电阻200设置在开关电源变换电路100的输出端，其用于对开关电源变换电路100的输出电流进行采样，进而识别开关电源变换电路100的输出电流值，防止过流。通常，限制功率电源规定，针对小于等于30V直流电压或30V有效值的交流电压，规定该电源的最大短路电流不能超过8A，或最大短路功率不能超过100VA。

在本实施方式中，开关电源变换电路100的电参数可以包括开关电源变换电路100的输入电压、输入电流、输出电压、输出电流，开关频率或者内部元件的阻值等参数。检测模块300可以根据所需要检测的相关参数设置相应的具体电路。例如，在电参数为电压时，可以采用电压传感器或者分压电路进行采样；在电参数为电流时，可以采用电流传感器或者分流电阻进行采样。各种类型的检测电路已有成熟的技术，本实施方式在此不再赘述。

在本实施方式中，控制模块400可以包括微处理器，微处理器包括存储器，存储器内可以存储有参考输出电流值确定程序。微处理器与检测模块300电连接，接收检测模块300反馈的电信号获取开关电源变换电路100的电参数；然后调用参考输出电流值确定程序对电参数进行计算，进而确定参考输出电流值。

需要说明的是，参考输出电流值是指根据开关电源变换电路100的运行状态而估算的在正常状态下的输出电流值。在正常情况下，参考输出电流值与实际输出电流值相差不大，而在检流电阻200短路时，参考输出电流值与实际输出电流值相差较大。因此，可以通过将参考输出电流值与实际输出电流值进行比对，从而判断开关电源变换电路100或检流电阻200是否异常。

在一些实施例中，控制模块400还可以包括模型单元，该模型单元内存储有输出模型。该输出模型可以对通过记录开关电源变换电路100在不同的输入电压、输出电压和开关频率下的输出电流，再进行数据分析形成。在开关电源变换电路100工作时，微处理器通过检测开关电源变换电路100的输入电压、输出电压和开关频率，再将电参数传输至模型单元，利用输出模型对实际的电参数进行对照，从而确定参考输出电流值。

在一些实施例中，控制模块400还可以包括计时单元，微处理器在参考输出电流值与实际输出电流值之间的差值大于参考阈值时，启动计时单元进行计时；微处理器在接收到计时单元在计时时间达到设定时间后反馈的信号后，控制开关电源变换电路100进入关闭状态。

可以理解的是，在输入电压本身波动等情况下，输出电流会产生波动，但此类波动通常不会造成设备损坏。因此通过设置计时单元，可以避免对此类短时波动进行响应，而关闭开关电源变换电路100，提高了过流保护的精准性。

根据本发明实施例的开关电源电路，通过将开关电源的估算输出电流与实际输出电流进行比较，从而判断检流电阻200是否短路，实现了短路保护，不需要增加额外的检流电阻200，节省成本，也不影响效率。

在本发明的一些实施例中，电参数包括输入电源的第一电压值、输出电源的第二电压值、开关电源变换电路100的峰值电流值；控制模块400还用于根据第一电压值、第二电压值和峰值电流值确定开关电源的电感电流纹波值；控制模块400还用于根据峰值电流值和电感电流纹波值确定参考输出电流值。

在本实施方式中，输入电源的第一电压值可以表征开关电源变换电路100的输入电压，输出电源的第二电压值可以表征开关电源变换电路100的输出电压，开关电源变换电路100的峰值电流值是指流经开关电源变换电路100中主动开关管的峰值电流。本实施方式可以通过开关电源变换电路100的输入电压、输出电压和峰值电流值估算开关电源变换电路100的输出电流。

参照图2，图2示出了开关电源变换电路100中的电感电流和主动管电流以及输出电流的波形对比。其中，I_o表示开关电源变换电路100的输出电流，I_peak表示开关电源变换电路100中的电感的峰值电流。ΔI为电感电流的纹波值；电感电流充电阶段的波形与主动开关管电流波形一致。因此，可以先通过检测主动开关管两端的压差，而后通过峰值采样电路得到峰值电压，再除以主动开关管的导通内阻得出流过主动开关管的峰值电流。计算公式可以参照下式：

（1）

其中，V_peak表示峰值电压，Rds（on）表示主动开关管的导通内阻。电感电流纹波值可以通过开关电源变换电路100的输入电压、输出电压、电感感值及开关频率计算获得。不同的开关电源变换电路100的电感电流纹波值不同。计算公式可以参照下式：

（2）

（3）

其中，V_IN为开关电源变换电路100的第一电压值，V_o为开关电源变换电路100的第二电压值，L为开关电源变换电路100的电感值，f_s为开关电源变换电路100的开关频率。式（2）适用于Buck电路（降压式变换电路），其用于对输入电源进行降压处理。式（3）适用于Boost电路（升压式变换电路），其用于对输入电源进行升压处理。

在获取主动开关管峰值电流及电感电流纹波后，就可以估算出输出电流值。计算公式可以参照下式：

（4）

其中，I_oest为参考输出电流值。

参照图3和图4，在本发明的一些实施例中，检测模块300可以包括第一检测模块310、第二检测模块320和第三检测模块330。第一检测模块310与开关电源变换电路100的输入端电连接，第一检测模块310用于检测输入电源的第一电压值；第二检测模块320与开关电源变换电路100中的主动开关管的两端电连接，第二检测模块320用于检测主动开关管的第一压差，并根据第一压差提取所述主动开关管的峰值电压，根据峰值电压和主动开关管的内阻确定开关电源变换电路的峰值电流值；第三检测模块330分别与检流电阻200的两端电连接，第三检测模块330用于检测检流电阻200的第二压差和输出电源的第二电压值，以及根据第二压差和检流电阻200的阻值确定流经检流电阻200的实际输出电流值。

在本实施方式中，第一检测模块310对输入电源的电压进行检测，从而获得开关电源变换电路100的输入电压。第一检测模块310主要包括电压检测电路，其可以采用电压传感器或者分压电路进行采样。相关的电压检测电路已有成熟的技术，本实施方式在此不再赘述。

主动开关管是指起到控制开关电源变换电路100的开关作用的开关管，其可以为MOS（Metal-Oxide-Semiconductor，场效应）管。第二检测模块320可以包括压差检测电路、峰值电压检测电路和运算单元，压差检测电路包括分别与MOS的源极和漏极连接，从而采集MOS管的输入、输出两端之间的第一压差。峰值电压检测电路可以与压差检测电路连接，从而对MOS管的源极或漏极的电压提取峰值，获得峰值电压。运算单元将峰值电压除以主动开关管的导通内阻得出流过主动开关管的峰值电流。相关的压差检测电路和峰值电压检测电路已有成熟的技术，本实施方式在此不再赘述。

在一些实施例中，第二检测模块320还可以根据将检测的第一压差和峰值电压生成相应的电信号，并将电信号传输至控制模块400中的微处理器。微处理器根据电信号确定相应的第一压差值和峰值电压值，在结合主动开关管的导通内阻计算得到主动开关管的峰值电流。计算方式可以参照前述实施例。

第三检测模块330同样可以包括压差检测电路和运算单元。压差检测电路分别与检流电阻200两端连接，从而获得两端的压差。运算单元将检流电阻200两端的第二压差除以检流电阻200的电阻值可以得到流经检流电阻200的实际输出电流。同时，还可以直接将检流电阻200与开关电源变换电路100连接的一端的电压作为开关电源变换电路100的输出电压，当然也可以将检流电阻200的另一端的电压作为开关电源变换电路100的输出电压。

在一些实施例中，第三检测模块330还可以根据将检测的第二压差生成相应的电信号，并将电信号传输至控制模块400中的微处理器。微处理器根据电信号确定相应的第二压差值，在结合检流电阻200的导通内阻计算得到主动开关管的峰值电流。

在本实施方式中，第一检测模块310对开关电源变换电路100的输入电压进行检测，第二检测模块320对开关电源变换电路100的峰值电流，第三检测模块330可以同时对开关电源变换电路100的输出电压和流经检流电阻200的实际输出电流值进行检测，使得检测电路的结构更紧凑。

参照图3，在本发明的一些实施例中，输入电源为直流电源VCC，开关电源变换电路100可以包括第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第一电感L1和第一电容C1；第一场效应管Q1的漏极与直流电源VCC的正极端电连接，第一场效应管Q1的源极分别与第二场效应管Q2的漏极和第一电感L1的第一端电连接，第一电感L1的第二端分别与第一电容C1的第一端和检流电阻200的第一端电连接，第二场效应管Q2的源极和第一电容C1的第二端均与直流电源VCC的负极端电连接，第一场效应管Q1和第二场效应管Q2的栅极均与控制模块400电连接，第一场效应管Q1的漏极与第一检测模块310电连接，第一场效应管Q1的漏极和源极均与第二检测模块320电连接。

图3所示的开关电源变换电路100为一种单输出的Buck电路示例。检流电阻200包括第一电阻R1，第三检测模块330与第一电阻R1两端连接，从而检测Buck电路的输出电压和流经第一电阻R1的实际输出电流。为提高开关电源变换电路100输入端的电压稳定，还可以设置第三电容C3，第三电容C3与直流电源VCC并联。

在一些实施例中，开关电源电路还可以包括驱动模块500，驱动模块500分别与控制模块400和开关电源变换电路100电连接。开关电源变换电路100中的主动开关管在驱动时所需的电压较高，并且开关电源变换电路100中可以包括多个开关管，因此为提高驱动效率，设置驱动模块500用以驱动开关电源变换电路100。控制模块400仅需要通过少量端口与驱动模块500连接，通过向驱动模块500传输控制信号，控制驱动模块500开启或关断开关电源变换电路100，还可以调整开关电源变换电路100的开关频率等。驱动模块500的具体电路结构和原理已有成熟的技术，本实施方式在此不再赘述。

在本实施方式中，驱动模块500分别与控制模块400、第一场效应管Q1的栅极和第二场效应管Q2的栅极连接。驱动模块500用于驱动第一场效应管Q1和第二场效应管Q2的开关。

直流电源VCC可以为直接的直流电或经过交直流转换的直流电，直流电源VCC经开关电源变换电路100进行降压后，开关电源变换电路100的输出端通过第一电阻R1进行输出。

在本实施方式中，电感电流纹波值的计算公式可以参照下式：

（5）

控制模块400再根据峰值电流计算参考输出电流值I_oest，具体计算方式可以参照前述实施例中的式（1）和式（3）。控制模块400在得到参考输出电流值I_oest后，进行如下判断：

（6）

其中，I_Rs为实际输出电流，I_SET1为设定的电流阈值。开关电源电路正常工作时，参考输出电流值I_oest与流经第一电阻R1的实际输出电流I_Rs很接近，两者差值几乎为0A；若其中第一电阻R1发生短路，I_oest与I_Rs的差值较大，因此，当满足上述条件并且持续时间超过时间阈值时，控制模块400判断第一电阻R1发生短路，启动保护，通过发送MOS管关断信号到驱动模块500关闭开关电源变换电路100。

其中，考虑到峰值电流检测和第一电阻R1检测的误差，以及考虑避免误触发的情况，I_SET1可以设置为：I_SET1≤0.5A。

参照图4，在本发明的一些实施例中，输入电源为直流电源VCC，开关电源变换电路100可以包括第三场效应管Q3、第四场效应管Q4、第二电感L2和第二电容C2；第二电感L2的第一端与直流电源VCC的正极端电连接，第二电感L2的第二端分别与第三场效应管Q3的源极和第四场效应管Q4的漏极连接，第三场效应管Q3的漏极分别与第二电容C2的第一端和检流电阻200的第一端电连接，第四场效应管Q4的源极和第二电容C2的第二端均与直流电源VCC的负极端电连接，第三场效应管Q3和第四场效应管Q4的栅极均与控制模块400电连接，第二电感L2的第一端与第一检测模块310电连接，第四场效应管Q4的漏极和源极均与第二检测模块320电连接。

图4所示的开关电源变换电路100为一种双输出的Boost电路示例。检流电阻200包括第二电阻R2和第三电阻R3，第三检测模块330分别与第二电阻R2和第三电阻R3两端连接，从而检测Boost电路的两路输出电压和分别流经第二电阻R2和第三电阻R3的实际输出电流。为提高开关电源变换电路100输入端的电压稳定，还可以设置第四电容C4，第四电容C4与直流电源VCC并联。

在本实施方式中，开关电源电路还可以包括驱动模块500，驱动模块500分别与控制模块400、第三场效应管Q3的栅极和第四场效应管Q4的栅极连接。驱动模块500用于驱动第三场效应管Q3和第四场效应管Q4的开关。

在本实施方式中，开关电源电路具有两路输出。直流电源VCC可以为直接的直流电或经过交直流转换的直流电，直流电源VCC经开关电源变换电路100进行升压后，开关电源变换电路100的输出端分别通过第二电阻R2和第三电阻R3进行输出。

在本实施方式中，电感电流纹波值的计算公式可以参照下式：

（7）

控制模块400再根据峰值电流计算参考输出电流值I_oest，具体计算方式可以参照前述实施例中的式（1）和式（3）。控制模块400在得到参考输出电流值I_oest后，进行如下判断：

（8）

其中，I_Rs1为流经第二电阻R2实际输出电流，I_Rs2为流经第三电阻R3实际输出电流，I_SET1为设定的电流阈值。开关电源电路正常工作时，参考输出电流值I_oest与流经第二电阻R2和第三电阻R3的实际输出电流总和I_Rs1+I_Rs2很接近，两者差值几乎为0A；若其中第二电阻R2或第三电阻R3发生短路，Io_est与I_Rs1+I_Rs2的差值较大。因此，当满足上述条件并且持续时间超过时间阈值时，控制模块400判断第二电阻R2或第三电阻R3发生短路，启动保护，通过发送MOS管关断信号到驱动模块500关闭开关电源变换电路100。

其中，考虑到峰值电流检测和第一电阻R1检测的误差，以及考虑避免误触发的情况，I_SET1可以设置为：I_SET1≤0.5A。

第二方面，本发明还提供了一种电源设备，电源设备包括根据前述实施例中任一项的开关电源电路。开关电源电路的具体结构可以参照前述各实施例，本实施方式在此不再赘述。

根据本发明实施例的电源设备，通过将开关电源的估算输出电流与实际输出电流进行比较，从而判断检流电阻200是否短路，实现了短路保护，不需要增加额外的检流电阻200，节省成本，也不影响效率。

参照图5，本发明的一个实施例还提供了一种开关电源控制方法，开关电源的输出端与检流电阻电连接，开关电源控制方法包括以下步骤：

步骤610：获取开关电源的电参数，根据电参数确定开关电源的参考输出电流值；

步骤620：获取流经检流电阻的实际输出电流值；

步骤630：在参考输出电流值与实际输出电流值之间的差值大于参考阈值时，控制开关电源进入关闭状态。

需要说明的是，本实施方式中的执行主体可以为开关电路的控制装置，该控制装置可以为微处理器等具有程序运行和数据通信功能的装置。当然，执行主体还可以其他具有相同功能的装置。

开关电源可以对输入电源的电压进行升压或者降低处理。开关电源还可以采用开关管和电感等元件组成的升压电路或降压电路。其中，开关电源中的主动开关管可以控制输入电源的按照一定的频率通断，实现对输入电源进行升压或者降压处理。

检流电阻设置在开关电源的输出端，其用于对开关电源的输出电流进行采样，进而识别开关电源的输出电流值，防止过流。通常，限制功率电源规定，针对小于等于30V直流电压或30V有效值的交流电压，规定该电源的最大短路电流不能超过8A，或最大短路功率不能超过100VA。

在本实施方式中，开关电源的电参数可以包括开关电源的输入电压、输入电流、输出电压、输出电流，开关频率或者内部元件的阻值等参数。开关电源可以设置检测电路，微处理器与检测电路连接。在电参数为电压时，检测电路可以采用电压传感器或者分压电路进行采样；在电参数为电流时，检测电路可以采用电流传感器或者分流电阻进行采样。各种类型的检测电路已有成熟的技术，本实施方式在此不再赘述。

微处理器可以包括存储器，存储器内可以存储有参考输出电流值确定程序。微处理器与接收检测电路反馈的电信号获取开关电源的电参数；然后调用参考输出电流值确定程序对电参数进行计算，进而确定参考输出电流值。

需要说明的是，参考输出电流值是指根据开关电源的运行状态而估算的在正常状态下的输出电流值。在正常情况下，参考输出电流值与实际输出电流值相差不大，而在检流电阻短路时，参考输出电流值与实际输出电流值相差较大。因此，可以通过将参考输出电流值与实际输出电流值进行比对，从而判断开关电源或检流电阻是否异常。

在一些实施例中，微处理器还可以与模型单元通信连接，该模型单元内存储有输出模型。该输出模型可以对通过记录开关电源在不同的输入电压、输出电压和开关频率下的输出电流，再进行数据分析形成。在开关电源工作时，微处理器通将开关电源的输入电压、输出电压和开关频率传输至模型单元，利用输出模型对实际的电参数进行对照，从而确定参考输出电流值。

在一些实施例中，微处理器还可以包括计时单元，微处理器在参考输出电流值与实际输出电流值之间的差值大于参考阈值时，启动计时单元进行计时；微处理器在接收到计时单元在计时时间达到设定时间后反馈的信号后，控制开关电源进入关闭状态。

可以理解的是，在输入电压本身波动等情况下，输出电流会产生波动，但此类波动通常不会造成设备损坏。因此通过设置计时单元，可以避免对此类短时波动进行响应，而关闭开关电源，提高了过流保护的精准性。

根据本发明实施例的开关电源控制方法，通过将开关电源的估算输出电流与实际输出电流进行比较，从而判断检流电阻是否短路，实现了短路保护，不需要增加额外的检流电阻，节省成本，也不影响效率。

在本发明的一些实施例中，电参数包括开关电源的第一电压值、第二电压值和峰值电流值；步骤610可以包括：根据第一电压值、第二电压值和峰值电流值确定开关电源的电感电流纹波值；根据峰值电流值和电感电流纹波值确定参考输出电流值。

在本实施方式中，输入电源的第一电压值可以表征开关电源变换电路100的输入电压，输出电源的第二电压值可以表征开关电源变换电路100的输出电压，开关电源变换电路100的峰值电流值是指流经开关电源变换电路100中主动开关管的峰值电流。

继续参照图2，图2示出了开关电源中的电感电流和主动管电流以及输出电流的波形对比。其中，I_o表示开关电源的输出电流，I_peak表示开关电源中的电感的峰值电流。因此在获取峰值电流后，可以按照下式计算参考输出电流：

（9）

其中，I_oest为参考输出电流值，ΔI为电感电流的纹波值。电感电流纹波值可以通过开关电源的输入电压、输出电压、电感感值及开关频率计算获得。不同的开关电源的电感电流纹波值不同。计算公式可以参照下式：

（10）

（11）

其中，V_IN为开关电源的第一电压值，V_o为开关电源的第二电压值，L为开关电源的电感值，f_s为开关电源的开关频率。式（10）适用于Buck电路（降压式变换电路），其用于对输入电源进行降压处理。式（11）适用于Boost电路（升压式变换电路），其用于对输入电源进行升压处理。

在本发明的一些实施例中，峰值电流值通过以下方式获取：获取开关电源中的主动开关管的输入端与输出端之间的第一压差；根据第一压差提取主动开关管的峰值电压；根据峰值电压和主动开关管的内阻确定开关电源的峰值电流值。

继续参照图2，电感电流充电阶段的波形与主动开关管电流波形一致。因此，可以先通过检测主动开关管两端的压差，而后通过峰值采样电路得到峰值电压，再除以主动开关管的导通内阻得出流过主动开关管的峰值电流。计算公式可以参照下式：

（12）

其中，V_peak表示峰值电压，Rds（on）表示主动开关管的导通内阻。主动开关管是指起到控制开关电源的开关作用的开关管，其可以为MOS管。MOS管两端可以连接压差检测电路和峰值电压检测电路，压差检测电路采集MOS管的输入、输出两端之间的第一压差。峰值电压检测电路对MOS管的源极或漏极的电压提取峰值，获得峰值电压。相关的压差检测电路和峰值电压检测电路已有成熟的技术，本实施方式在此不再赘述。

微处理器与压差检测电路和峰值电压检测电路连接，接收其反馈的根据将检测的第一压差和峰值电压生成相应的电信号。峰值电压检测电路对压差检测电路所检测到的第一压差进行提取，获得峰值电压，并跟峰值电压生成电信号，微处理器接收峰值电压检测电路反馈的电信号确定相应的峰值电压值，在结合主动开关管的导通内阻计算得到主动开关管的峰值电流。计算方式可以参照前述实施例。

第四方面，本发明还提供了一种电源设备，电源设备包括开关电源和控制器，开关电源与控制器电连接，控制器内部存储有控制程序，控制程序被控制器执行时实现根据前述实施例中任一项的开关电源控制方法。

根据本发明实施例的电源设备，通过将开关电源的估算输出电流与实际输出电流进行比较，从而判断检流电阻是否短路，实现了短路保护，不需要增加额外的检流电阻，节省成本，也不影响效率。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

根据本发明实施例的开关电源电路的其他构成例如电压检测电路、压差检测电路和MOS管的驱动模块等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本发明实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种开关电源电路，其特征在于，所述开关电源电路包括：

开关电源变换电路，具有输入端和输出端，所述开关电源变换电路用于对所述输入端接入的输入电源进行电压变换，形成输出电源；

检流电阻，所述检流电阻的第一端与所述输出端电连接，所述检流电阻的第二端用于向外部提供所述输出电源；

检测模块，分别与所述开关电源变换电路和所述检流电阻电连接，所述检测模块用于检测所述开关电源变换电路的电参数和流经所述检流电阻的实际输出电流值；

控制模块，分别与所述开关电源变换电路和所述检测模块电连接，所述控制模块用于根据所述电参数确定所述开关电源变换电路的参考输出电流值，并在所述参考输出电流值与所述实际输出电流值之间的差值大于参考阈值时，控制所述开关电源变换电路进入关闭状态，在所述检流电阻短路时，所述参考输出电流值与所述实际输出电流值之间的差值大于所述参考阈值；

所述检测模块包括第三检测模块，所述第三检测模块分别与所述检流电阻的两端电连接，所述第三检测模块用于检测所述检流电阻的第二压差，以及根据所述第二压差和所述检流电阻的阻值确定流经所述检流电阻的实际输出电流值。

2.根据权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述电参数包括所述输入电源的第一电压值、所述输出电源的第二电压值、所述开关电源变换电路的峰值电流值；

所述控制模块，还用于根据所述第一电压值、所述第二电压值和所述开关电源变换电路的电感感值和开关频率确定所述开关电源的电感电流纹波值；

所述控制模块，还用于根据所述峰值电流值和所述电感电流纹波值确定参考输出电流值。

3.根据权利要求2所述的开关电源电路，其特征在于，所述检测模块包括：

第一检测模块，与所述输入端电连接，所述第一检测模块用于检测所述输入电源的第一电压值；

第二检测模块，与所述开关电源变换电路中的主动开关管的两端电连接，所述第二检测模块用于检测所述主动开关管的第一压差，并根据所述第一压差提取所述主动开关管的峰值电压，根据所述峰值电压和所述主动开关管的内阻确定所述开关电源变换电路的峰值电流值；

第三检测模块，还用于检测所述输出电源的第二电压值。

4.根据权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于，所述输入电源为直流电源，所述开关电源变换电路包括：第一场效应管、第二场效应管、第一电感和第一电容；

所述第一场效应管的漏极与所述直流电源的正极端电连接，所述第一场效应管的源极分别与所述第二场效应管的漏极和所述第一电感的第一端电连接，所述第一电感的第二端分别与所述第一电容的第一端和所述检流电阻的第一端电连接，所述第二场效应管的源极和所述第一电容的第二端均与所述直流电源的负极端电连接，所述第一场效应管和所述第二场效应管的栅极均与所述控制模块电连接，所述第一场效应管的漏极与所述第一检测模块电连接，所述第一场效应管的漏极和源极均与所述第二检测模块电连接。

5.根据权利要求3所述的开关电源电路，其特征在于，所述输入电源为直流电源，所述开关电源变换电路包括：第三场效应管、第四场效应管、第二电感和第二电容；

所述第二电感的第一端与所述直流电源的正极端电连接，所述第二电感的第二端分别与所述第三场效应管的源极和所述第四场效应管的漏极连接，所述第三场效应管的漏极分别与所述第二电容的第一端和所述检流电阻的第一端电连接，所述第四场效应管的源极和所述第二电容的第二端均与所述直流电源的负极端电连接，所述第三场效应管和所述第四场效应管的栅极均与所述控制模块电连接，所述第二电感的第一端与所述第一检测模块电连接，所述第四场效应管的漏极和源极均与所述第二检测模块电连接。

6.一种电源设备，其特征在于，所述电源设备包括根据权利要求1-5中任一项所述的开关电源电路。

7.一种开关电源控制方法，其特征在于，开关电源的输出端与检流电阻电连接，所述开关电源控制方法包括：

获取所述开关电源的电参数，根据所述电参数确定所述开关电源的参考输出电流值；

获取流经所述检流电阻的实际输出电流值；

在所述参考输出电流值与所述实际输出电流值之间的差值大于参考阈值时，控制所述开关电源进入关闭状态，在所述检流电阻短路时，所述参考输出电流值与所述实际输出电流值之间的差值大于所述参考阈值；

所述获取流经所述检流电阻的实际输出电流值包括：

检测所述检流电阻的第二压差；

根据所述第二压差和所述检流电阻的阻值确定流经所述检流电阻的实际输出电流值。

8.根据权利要求7所述的开关电源控制方法，其特征在于，所述电参数包括所述开关电源的第一电压值、第二电压值和峰值电流值；

所述根据所述电参数确定所述开关电源的参考输出电流值，包括：

根据所述第一电压值、所述第二电压值和所述开关电源变换电路的电感感值和开关频率确定所述开关电源的电感电流纹波值；

根据所述峰值电流值和所述电感电流纹波值确定参考输出电流值。

9.根据权利要求8所述的开关电源控制方法，其特征在于，所述峰值电流值通过以下方式获取：

获取所述开关电源中的主动开关管的输入端与输出端之间的第一压差；

根据所述第一压差提取所述主动开关管的峰值电压；

根据所述峰值电压和所述主动开关管的内阻确定所述开关电源的峰值电流值。

10.一种电源设备，其特征在于，所述电源设备包括开关电源和控制器，所述开关电源与控制器电连接，所述控制器内部存储有控制程序，所述控制程序被所述控制器执行时实现根据权利要求7-9中任一项所述的开关电源控制方法。

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