CN116365481B - 一种过流保护电路、芯片、方法和开关电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及MOSFET过流保护技术领域，公开了一种过流保护电路、芯片、方法和开关电源，其中过流保护电路包括驱动单元、PWM控制单元、过流检测单元、时钟信号产生单元、软启动单元、信号处理单元、判断单元、第一电流源和第二电流源，在实际使用时，本发明的判断单元通过判断是否接收到第一电平状态的过流保护信号来判断是否导通第三开关，让第一电流源给复位端连接的储能单元充电，如果在多个时钟周期后，过流检测单元持续输出第一电平状态的过流检测信号使第三开关持续导通，让复位端的电压上升到第二判断阈值时，判断单元通过软启动单元将第二输入端的电压拉低，使PWM控制单元重新启动进而实现出现持续过流状态时的保护。

Description

一种过流保护电路、芯片、方法和开关电源

技术领域

本发明涉及MOSFET保护技术领域，具体涉及一种过流保护电路、芯片、方法和开关电源。

背景技术

在电子设备中，常使用开关电源来提供工作电压。目前开关电源中设有用于调节输出电压大小的场效应管（MOSFET）和控制场效应管通断的PWM控制单元，通过PWM控制单元控制场效应管的通断来控制开关电源是否输出电压以及输出电压的大小。为了保证开关电源的正常工作，开关电源都会设置保护电路，在场效应管出现过流时，保护电路关断场效应管。

现有开关电源的保护电路的工作原理如下：让场效应管连接采样电阻，将采样电阻上的压降作为采样电压，采样电压的大小反应了流过场效应管的电流大小，将采样电压与基准电压进行比较，在采样电压大于基准电压时输出高电平的过流检测信号，通过该过流检测信号在当前周期内关断场效应管即实现逐周期过流保护。在实际使用时，现有的保护电路只能基于检测的采样电压起到基本保护的功能，在开关电源出现持续性的过流异常时，例如PWM控制单元本来就处于持续异常状态时，现有保护电路不能很好地保护开关电源，又或者在出现异常负载条件时，例如出现持续的过载甚至输出短路的情况时，现有保护电路即使限制了场效应管的峰值电流，但是并不能改变开关电源的异常状态。

发明内容

鉴于背景技术的不足，本发明是提供了一种过流保护电路、芯片、方法和开关电源，所以解决的技术问题是现有开关电源的保护电路不能对持续性的过流状态进行很好的保护。

为解决以上技术问题，第一方面，本发明提供了一种过流保护电路，所述时钟信号产生单元用于向所述信号处理单元和判断单元提供时钟信号；

所述过流检测单元基于输入的被测信号分别向所述信号处理单元和判断单元提供过流检测信号；

所述PWM控制单元基于输入的所述被测信号和第二被测信号向所述信号处理单元提供PWM控制信号；

所述信号处理单元基于输入的时钟信号、过流检测信号和PWM控制信号分别向所述驱动单元和判断单元提供处理信号；

所述软启动单元与所述PWM控制单元电连接，用于向所述PWM控制控制单元提供启动电压；

所述判断单元包括复位端，所述复位端被配置于连接储能单元，所述第一电流源通过第三开关与所述复位端电连接，所述复位端通过第四开关与第二电流源电连接，所述复位端通过第五开关接地，所述判断单元控制所述第三开关、第四开关和第五开关的通断；

在所述时钟信号从第三电平状态变为第四电平状态时，如果所述判断单元接收到第一电平状态的过流检测信号则在当前时钟周期驱动所述第三开关导通、驱动所述第四开关关断；所述第三电平状态和第四电平状态是相反的两种电平状态；

在所述时钟信号从第三电平状态变为第四电平状态时，如果所述判断单元接收到第二电平状态的过流检测信号则在当前时钟周期驱动所述第三开关关断、驱动所述第四开关导通；所述第一电平状态和第二电平状态是相反的两种电平状态；

所述判断单元在所述复位端的电压大于第二判定阈值时驱动所述第五开关导通，同时先将所述软启动单元输出的启动电压拉低，然后让所述软启动单元重新向PWM控制单元提供启动电压。

在第一方面的某种实施方式中，所述PWM控制单元对所述被测信号和第二被测信号进行比较，并基于比较结果输出所述PWM控制信号。

在第一方面的某种实施方式中，所述PWM控制单元包括第五电阻、具有压降的降压单元、第六电阻、第七电阻和PWM比较器；

所述第五电阻一端被配置于输入工作电压，所述启动电压和第二被测信号分别输入到所述第五电阻另一端，所述第五电阻另一端通过所述降压单元与第六电阻一端电连接，所述第六电阻另一端分别与第七电阻一端和PWM比较器的负输入端电连接，所述第七电阻另一端接地，所述PWM比较器的正输入端输入所述被测信号，所述PWM比较器的输出端输出所述PWM控制信号。

在第一方面的某种实施方式中，所述信号处理单元包括或门和RS触发器；

所述或门的第一输入端为第一信号输入端，用于输入所述过流检测信号，所述或门的第二输入端为第二信号输入端，用于输入所述PWM控制信号，所述或门的输出端与所述RS触发器的R输入端电连接，所述RS触发器的S输入端接收所述时钟信号，所述RS触发器的Q输出端为所述信号处理单元的输出端。

在第一方面的某种实施方式中，所述过流检测单元包括第二比较器和第六开关，所述第二比较器的正输入端输入所述被测信号，且通过所述第六开关接地，所述第二比较器的负输入端被配置于输入第一基准电压，所述第二比较器的输出端输出所述过流检测信号。

在第一方面的某种实施方式中， 所述软启动单元包括第三比较器、第十NMOS管、第三电流源、第四电流源、第一开关、第二开关和第十一NMOS管；所述第三电流源和第四电流源输出的电流不同；

所述第三电流源通过所述第一开关与第十一NMOS管的漏极电连接，所述第四电流源通过所述第二开关与第十一NMOS管的漏极电连接，所述第一开关的控制端和第二开关的控制端分别与所述判断单元电连接；

所述第十一NMOS管的漏极还与第三比较器的负输入端电连接，所述第三比较器的正输入端分别与所述第十NMOS管的漏极和所述PWM控制单元电连接，所述第三比较器的输出端与所述第十NMOS管的栅极电连接，所述第十NMOS管的源极接地，所述第十一NMOS管的栅极与所述判断单元电连接，所述第十一NMOS管的源极被配置于接地。

在第一方面的某种实施方式中，所述判断单元包括：

第一与门、第一或门、第五或非门、第六或非门、触发器和第四反相器；

所述第一与门的第一输入端与所述过流检测单元电连接，接收所述过流检测信号，所述第一与门的第二输入端与所述信号处理单元的输出端电连接，所述第一与门的输出端与所述第五或非门的第一输入端电连接；所述第五或非门的第二输入端分别与所述第六或非门的输出端和触发器的输入端电连接，所述第五或非门的输出端与所述第六或非门的第一输入端电连接；所述第六或非门的第二输入端与所述第一或门的输出端电连接，所述第一或门的第一输入端分别与所述第十一NMOS管的栅极和第五开关的控制端电连接，所述第一或门的第二输入端和触发器的时钟信号输入端被配置于输入所述时钟信号；所述触发器的第一输出端通过第四反相器与第四开关的控制端电连接，所述触发器的第二输出端与第三开关的控制端电连接；

还包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管和第四NMOS管；

所述第一PMOS管的源极与所述第二PMOS管的源极电连接，所述第一PMOS管的栅极和第二PMOS管的栅极被配置于输入第二基准电压，所述第二PMOS管的漏极与第三PMOS管的源极电连接，所述第三PMOS管的栅极与所述第三开关的控制端电连接，所述第三PMOS管的漏极分别与第三NMOS管的漏极和第一NMOS管的漏极电连接，为所述复位端，所述第三NMOS管的栅极与所述第四开关的控制端电连接，所述第三NMOS管的源极与所述第四NMOS管的漏极电连接，所述第四NMOS管的源极和第一NMOS管的源极均接地，所述第一NMOS管的栅极分别与所述第十一NMOS管的栅极和第三开关的控制端电连接；所述第一PMOS管的漏极分别与所述第二NMOS管的漏极、第二NMOS管的栅极和第四NMOS管的栅极电连接，所述第二NMOS管的源极接地；

还包括第四比较器、第五比较器、第二或门、第三或门、第一异或门、第二异或门、第三异或门、第四异或门、第一反相器、第二反相器和第三反相器；

所述第四比较器的正输入端和第五比较器的负输入端分别与所述复位端电连接，所述第四比较器的负输入端被配置于输入第三基准电压，所述第五比较器的正输入端被配置于输入第四基准电压；所述第四比较器的输出端与所述第二或门的第一输入端电连接，所述第二或门的第二输入端被配置于输入使能信号，所述第二或门的输出端与所述第一异或门的第一输入端电连接，所述第一异或门的第二输入端分别与第二异或门的输出端和第三异或门的第一输入端电连接，所述第一异或门的输出端分别与第一反相器的输入端和第二异或门的第一输入端电连接，所述第二异或门的第二输入端与所述第五比较器的输出端电连接，所述第一反相器的输出端与所述第一或门的第一输入端电连接；

所述第三异或门的第二输入端与所述第四异或门的输出端电连接，所述第三异或门的输出端分别与第四异或门的第一输入端和第二反相器的输入端电连接，所述第二反相器的输出端分别与第一开关的控制端和第三反相器的输入端电连接，所述第三反相器的输出端与所述第二开关的控制端电连接；所述第四异或门的第二输入端与所述第三或门的输出端电连接，所述第三或门的第一输入端被配置于输入所述使能信号，所述第三或门的第二输入端与所述信号处理单元的输出端电连接。

第二方面，本发明提供了一种过流保护芯片，包括上述的过流保护电路和基准信号产生电路，所述过流保护芯片包括RT引脚、VIN引脚、GATE引脚、CS引脚、RES引脚、GND引脚、SS引脚和COMP引脚；

所述基准信号产生电路与所述VIN引脚电连接，基于输入到所述VIN引脚的电源为芯片提供工作电压、使能信号和基准电压；所述时钟信号产生单元与所述RT引脚电连接；所述PWM控制单元与所述COMP引脚电连接；所述SS引脚与所述软启动单元电连接；所述第五开关的输出端与所述GND引脚电连接，所述复位端与所述RES引脚电连接，所述过流检测单元与所述CS引脚电连接，所述驱动单元的输出端与所述GATE引脚电连接。

第三方面，本发明提供了一种开关电源，包括上述的过流保护芯片，所述RT引脚通过电阻R1接地，所述SS引脚通过电容C1接地，所述GND引脚接地，所述RES引脚通过电容C3接地，所述CS引脚通过电阻R2接地，所述VIN引脚与变压器的原边线圈的第一连接端电连接，变压器的原边线圈的第二连接端通过NMOS管N14与CS引脚电连接，所述GATE引脚与NMOS管N14的栅极电连接，所述变压器的副边线圈的第一连接端与二极管D1的正极电连接，所述二极管D1的负极分别与电阻R3一端和电容C2一端电连接，电阻R3另一端与电阻R4一端和隔离运放的输入端电连接，隔离运放的输出端与所述COMP引脚电连接，所述变压器的副边线圈的第二连接端、电阻R4另一端和电容C2另一端均接地。

第四方面，本发明提供了一种过流保护方法，通过上述的过流保护电路实现，具体如下：

通过过流检测单元对流过开关管的电流进行检测；

在流过开关管的电流大于保护阈值时，过流检测单元输出第一电平状态的过流检测信号；在流过开关管的电流小于保护阈值时，过流检测单元输出第二电平状态的过流检测信号；第一电平状态和第二电平状态为相反的两种电平状态；

在时钟信号从第三电平状态变为第四电平状态时，如果所述判断单元接收到第一电平状态的过流检测信号后则在当前时钟周期驱动所述第三开关导通、驱动所述第四开关关断，如果所述判断单元接收到第二电平状态的过流检测信号后则在当前时钟周期驱动所述第三开关关断、驱动所述第四开关导通；

所述判断单元在所述储能单元的电压大于第二判断阈值时先让第十一NMOS管导通，然后让第一开关导通、第二开关关断和第十一NMOS管关断，使第三电流源对外接的第二储能单元充电，让第二输入端的电压上升；

所述判断单元在第二输入端的电压上升到第一判断阈值时，所述判断单元让第一开关关断、让第二开关导通。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：当过流检测单元输出过流检测信号时，通过PWM控制单元和信号处理单元可以进行逐周期过流保护，在时钟信号从第三电平状态变为第四电平状态时，本发明的判断单元通过判断是否接收到第一电平状态的过流保护信号来判断是否导通第三开关，让第一电流源给复位端连接的储能单元充电，如果在多个时钟周期后，过流检测单元持续输出第一电平状态的过流检测信号使第三开关持续导通，让复位端的电压上升到第二判断阈值时，判断单元通过软启动单元将第二输入端的电压拉低，使PWM控制单元重新启动进而实现出现持续过流状态时的保护。

附图说明

图1为实施例中的过流保护电路的结构示意图；

图2为实施例中的过流保护电路一种实施电路图；

图3为实施例中的判断单元的电路图；

图4为实施例中的过流保护芯片的示意图；

图5为实施例中的开关电源的结构示意图；

图6为图5中的开关电源在进行持续过流保护时RES引脚、SS引脚和GATE引脚的波形图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种过流保护电路， 包括驱动单元6、时钟信号产生单元OSC、PWM控制单元2、软启动单元4、过流检测单元1、信号处理单元3、判断单元5、第一电流源I1和第二电流源I2；

时钟信号产生单元OSC分别与信号处理单元3和判断单元5电连接，用于向信号处理单元3和判断单元5提供时钟信号；

过流检测单元1包括接收被测信号的过流输入端和输出过流检测信号的过流输出端，过流输出端分别与信号处理单元3的第一信号输入端和判断单元5电连接；

PWM控制单元2包括第一输入端PIN1、第二输入端PIN2和控制信号输出端POUT，第一输入端PIN1被配置于输入被测信号，第二输入端PIN2被配置于输入第二被测信号，控制信号输出端POUT与信号处理单元3的第二信号输入端电连接；信号处理单元3的输出端分别与驱动单元6和判断单元5电连接，在时钟信号从第三电平状态变为第四电平状态时基于信号处理单元3的第一输入端的信号和信号处理单元3的第二输入端的信号输出处理信号；第三电平状态和第四电平状态为相反的两种电平状态；

软启动单元4与第二输入端PIN2电连接，用于向第二输入端PIN2提供启动电压；

判断单元5包括复位端RES，复位端RES被配置于连接储能单元，第一电流源I1通过第三开关S3与复位端RES电连接，复位端RES通过第四开关S4与第二电流源I2电连接，通过第二电流源I2接地，复位端RES通过第五开关S5接地，第三开关S3的控制端、第四开关S4的控制端和第五开关S5的控制端分别与判断单元5电连接；

在时钟信号从第三电平状态变为第四电平状态时，如果判断单元5接收到第一电平状态的过流检测信号后则在当前时钟周期驱动第三开关S3导通、驱动第四开关S4关断；

在时钟信号从第四电平状态变为第三电平状态时，如果判断单元5接收到第二电平状态的过流检测信号后则在当前时钟周期驱动第三开关S3关断、驱动第四开关S4导通；

判断单元5在复位端RES的电压大于第二判定阈值时驱动第五开关S5导通，同时先通过软启动单元4将第二输入端PIN2的电压拉低为低电平状态，然后让软启动单元4重新向第二输入端PIN2提供启动电压。

本实施例中，第一电平状态为高电平状态，第二电平状态为低电平状态，PWM控制单元2对被测信号和第二被测信号进行比较，并基于比较结果输出PWM控制信号，PWM控制信号通过控制信号输出端输入到第一信号输入端。

当过流检测单元1输出高电平的过流检测信号和/或 PWM控制单元2输出高电平的PWM控制信号时，信号处理单元3通过驱动单元6驱动与驱动单元6电连接的场效应管在当前时钟周期内关断，从而实现当前周期内的过流保护，如果在时钟信号的下个周期，过流检测单元1仍然输出高电平的过流检测信号和/或 PWM控制单元2仍然输出高电平的PWM控制信号，则信号处理单元3仍然驱动场效应管关断，通过这种方式来实现场效应管的逐期保护。

另外为了实现场效应管的持续过流保护，本发明通过判断单元5、第一电流源I1、第二电流源I2、第三开关S3、第四开关S4和第五开关S5对场效应管的持续过流时间进行检测，当场效应管的持续过流时间超过范围即复位端外接的储能单元的电压超过阈值时，判断单元5将第二输入端PIN2的电压下拉至低电平，从而使电路重启。

具体地，如图2所示，PWM控制单元2包括第五电阻R5、具有压降的压降单元20、第六电阻R6、第七电阻R7和PWM比较器CMP1；

第五电阻R5一端被配置于输入工作电压VDD，第五电阻R5另一端为第二输入端，通过压降单元20与第六电阻R6一端电连接，第六电阻R6另一端分别与第七电阻R7一端和PWM比较器CMP1的负输入端电连接，第七电阻R7另一端接地，PWM比较器CMP1的正输入端为第一输入端，PWM比较器CMP1的输出端为控制信号输出端。

在实际使用时，当第二输入端的电压小于压降单元20的压降时，PWM比较器CMP1输出高电平的PWM控制信号，信号处理单元3接收到高电平的PWM控制信号后通过驱动单元6控制外部的场效应管关断。在第二输入端的电压大于压降单元20的压降后，PWM比较器CMP1基于其正输入端和负输入端的电压大小输出不同电平状态的PWM控制信号。

在实际使用时，压降单元20的压降可以依据具体需求设置，其中可以设置为压降单元20的压降为1.5V，当第二输入端的电压大于1.5V后，PWM比较器CMP1的负输入端才有电压输入，第六电阻R6和第七电阻R7起到分压作用。

在图2中，信号处理单元3包括或门和RS触发器；

或门的第一输入端为第一信号输入端，或门的第二输入端为第二信号输入端，或门的输出端与RS触发器的R输入端电连接，RS触发器的S输入端接收时钟信号，RS触发器的Q输出端为信号处理单元3的输出端。

在实际使用时，当RS触发器的R输入端输入高电平信号时，RS触发器的Q输出端输出低电平信号。在R输入端输入低电平信号时，如果S输入端输入高电平信号，则RS触发器的Q输出端输出高电平信号，驱动单元6接收到高电平信号时驱动场效应管导通。

在图2中，过流检测单元1包括第二比较器CMP2和第六开关，第六开关为NMOS管N12，第二比较器CMP2的正输入端输入被测信号，且通过第六开关接地，第二比较器CMP2的负输入端被配置于输入第一基准电压，第二比较器CMP2的输出端用于输出过流检测信号，本实施例中，第一基准电压为0.5V电压。在某种实施方式中，可以依据实际需求来改变第一基准电压的大小。

在图2中， 软启动单元4包括第三比较器CMP3、第十NMOS管N10、第三电流源I3、第四电流源I4、第一开关S1、第二开关S2和第十一NMOS管N11；第三电流源I3和第四电流源I4输出的电流不同；

第三电流源I3通过第一开关S1与第十一NMOS管N11的漏极电连接，第四电流源I4通过第二开关S2与第十一NMOS管N11的漏极电连接，第一开关S1的控制端和第二开关S2的控制端分别与判断单元5电连接；

第十一NMOS管N11的漏极还与第三比较器CMP3的负输入端电连接，第三比较器CMP3的正输入端分别与第十NMOS管N10的漏极和第五电阻R5另一端电连接，第三比较器CMP3的输出端与第十NMOS管N10的栅极电连接，第十NMOS管N10的源极接地，第十一NMOS管N11的栅极与判断单元5电连接，第十一NMOS管N11的源极被配置于接地。

在实际使用时，第十一NMOS管N11的漏极还与第二储能单元电连接，通过控制第一开关S1或者第二开关S2的通过可以让第三电流源I3或者第四电流源I4来向第二储能单元充电，通过对第二储能单元充电使第二储能单元的电压上升来向PWM控制单元2提供启动电压。

本实施例中，第三电流源I3提供的电流小于第四电流源I4提供的电流，其中第三电流源I3提供的电流可以为1uA，第四电流源I4提供的电流为50uA。在某种实施方式中，可以依据持续过流保护时间的需求来设置第三电流源I3的大小，可以依据启动时间要求来设置第四电流源的大小。

当进行持续过流保护时，第十一NMOS管N11先导通使第十一NMOS管N11的漏极电压拉低，然后第十一NMOS管N11关断，接着让第一开关S1导通、第二开关S2关断，使第三电流源I3对第二储能单元充电，当第二储能单元的电压大于压降单元20的压降时，第一开关S1关断、第二开关S2导通，由第四电流源I4对第二储能单元充电。

本实施例中，判断单元5的电路图如图3所示，包括：

第一与门AND1、第一或门OR1、第五或非门NOR5、第六或非门NOR6、触发器DEF和第四反相器INV4；

第一与门AND1的第一输入端与过流检测单元1电连接，接收过流检测信号，第一与门AND1的第二输入端与信号处理单元3的输出端电连接，第一与门AND1的输出端与第五或非门NOR5的第一输入端电连接；第五或非门NOR5的第二输入端分别与第六或非门NOR6的输出端和触发器DEF的输入端电连接，第五或非门NOR5的输出端与第六或非门NOR6的第一输入端电连接；第六或非门NOR6的第二输入端与第一或门OR1的输出端电连接，第一或门OR1的第一输入端分别与第十一NMOS管N11的栅极和第五开关的控制端电连接，在图2中，第五开关为NMOS管N13，第一或门OR1的第二输入端和触发器DEF的时钟信号输入端被配置于输入时钟信号；触发器DEF的第一输出端通过第四反相器INV4与第四开关S4的控制端电连接，触发器DEF的第二输出端与第三开关S3的控制端电连接；

还包括第一PMOS管P1、第二PMOS管P2、第三PMOS管P3、第一NMOS管N1、第二NMOS管N2、第三NMOS管N3和第四NMOS管N4；

第一PMOS管P1的源极与第二PMOS管P2的源极电连接，被配置于输入工作电压VDD，第一PMOS管P1的栅极和第二PMOS管P2的栅极被配置于输入第二基准电压Vb，第二PMOS管P2的漏极与第三PMOS管P3的源极电连接，第三PMOS管P3的栅极与第三开关S3的控制端电连接，第三PMOS管P3的漏极分别与第三NMOS管N3的漏极和第一NMOS管N1的漏极电连接，为复位端，第三NMOS管N3的栅极与第四开关S4的控制端电连接，第三NMOS管N3的源极与第四NMOS管N4的漏极电连接，第四NMOS管N4的源极和第一NMOS管N1的源极均接地，第一NMOS管N1的栅极分别与第十一NMOS管N11的栅极和第五开关S5的控制端电连接；第一PMOS管P1的漏极分别与第二NMOS管N2的漏极、第二NMOS管N2的栅极和第四NMOS管N4的栅极电连接，第二NMOS管N2的源极接地；

还包括第四比较器CMP4、第五比较器CMP5、第二或门OR2、第三或门OR3、第一异或门NOR1、第二异或门NOR2、第三异或门NOR3、第四异或门NOR4、第一反相器INV1、第二反相器INV2和第三反相器INV3；

第四比较器CMP4的正输入端和第五比较器CMP5的负输入端分别与复位端电连接，第四比较器CMP4的负输入端被配置于输入第三基准电压，在图3中，第三基准电压为2.5V电压，第五比较器CMP5的正输入端被配置于输入第四基准电压，在图3中，第四基准电压为0.2V；第四比较器CMP4的输出端与第二或门OR2的第一输入端电连接，第二或门OR2的第二输入端被配置于输入使能信号EN，第二或门OR2的输出端与第一异或门NOR1的第一输入端电连接，第一异或门NOR1的第二输入端分别与第二异或门NOR2的输出端和第三异或门NOR3的第一输入端电连接，第一异或门NOR1的输出端分别与第一反相器INV1的输入端和第二异或门NOR2的第一输入端电连接，第二异或门NOR2的第二输入端与第五比较器CMP5的输出端电连接，第一反相器INV1的输出端与第一或门OR1的第一输入端电连接；

第三异或门NOR3的第二输入端与第四异或门NOR4的输出端电连接，第三异或门NOR3的输出端分别与第四异或门NOR4的第一输入端和第二反相器INV2的输入端电连接，第二反相器INV2的输出端分别与第一开关S1的控制端和第三反相器INV3的输入端电连接，第三反相器INV3的输出端与第二开关S2的控制端电连接；第四异或门NOR4的第二输入端与第三或门OR3的输出端电连接，第三或门OR3的第一输入端被配置于输入使能信号EN，第三或门OR3的第二输入端与信号处理单元3的输出端电连接。

本实施例中，使能信号EN存在一个复位时序，在上电时，使能信号EN会先有一个高脉冲，之后保持低电平状态。

其中，判断单元5的电路的工作原理如下：

在上电时，使能信号EN 先产生高脉冲，此时信号Reset为高电平，第一NMOS管N1导通，确保复位端RES为低电平，之后使能信号EN保持低电平。在信号Reset的高电平期间，由于触发器DFF的锁存功能，第三开关S3的控制端和第四开关S4的控制端保持高电平，即在系统上电时，复位端RES为低电平，且一直存在第三NMOS管N3和第四NMOS管N4的电流源保持下拉，这时第五比较器CMP5输出高电平信号，信号L2为低电平，第四比较器CMP4输出低电平信号，经过第一异或门NOR1和第二异或门NOR2的处理后，信号Reset再次变为低电平。由于第三异或门NOR3和第四异或门NOR4的锁存作用，配合使能信号EN启动时的高脉冲，可以控制第一开关S1关断、控制第二开关S2导通，第四电流源I4经过第二开关S2向第二储能单元充电，从而向PWM控制单元2提供启动电压。

当系统触发逐周期限流保护时，过流检查信号即信号OCP变为高电平状态，当持续地触发逐周期限流保护，储能单元持续充电；当复位端RES的电压达到2.5V时，第四比较器CMP4翻转，信号Reset变高电平，同时将复位端RES和第十一NMOS管N11的漏极放电至0V，同时第一开关S1导通、第二开关S2关断，第十一NMOS管N11的漏极以1uA电流向第二储能单元充电，直至信号DRV翻转后，利用第三异或门NOR3和第四异或门NOR4的锁存功能，将第一开关S1关断、第二开关S2导通。之后系统进入正常工作状态。

如图4所示，本发明还提供了一种过流保护芯片，包括上述的过流保护电路和基准信号产生电路，过流保护芯片包括RT引脚、VIN引脚、GATE引脚、CS引脚、RES引脚、GND引脚、SS引脚和COMP引脚；

基准信号产生电路与VIN引脚电连接，基于输入到VIN引脚的电源为芯片提供工作电压VDD、使能信号EN和基准电压；时钟信号产生单元OSC与RT引脚电连接；PWM控制单元与COMP引脚电连接；SS引脚与软启动单元4电连接；第五开关的输出端与GND引脚电连接，复位端RES与RES引脚电连接，过流检测单元1与CS引脚电连接，驱动单元6的输出端与GATE引脚电连接。

如图5所示，本发明提供了一种开关电源，包括上述的过流保护芯片，RT引脚通过电阻R1接地，SS引脚通过电容C1接地，电容C1为第二储能单元，GND引脚接地，RES引脚通过电容C3接地，电容C3为储能单元，CS引脚通过电阻R2接地，VIN引脚与变压器T1的原边线圈的第一连接端电连接，变压器T1的原边线圈的第二连接端通过NMOS管N14与CS引脚电连接，GATE引脚与NMOS管N14的栅极电连接，变压器T1的副边线圈的第一连接端与二极管D1的正极电连接，二极管D1的负极分别与电阻R3一端和电容C2一端电连接，电阻R3另一端与电阻R4一端和隔离运放7的输入端电连接，隔离运放7的输出端与COMP引脚电连接，变压器T1的副边线圈的第二连接端、电阻R4另一端和电容C2另一端均接地。

图5所示的电路在进行过流保护时，过流保护芯片的RES引脚、SS引脚和GATE引脚的波形图如图6所示，当检测到持续的高电平的信号OCP时， RES引脚的电压逐渐上升，当达到2.5V时，RES引脚和SS引脚的电压被瞬间清零，同时GATE引脚没有输出，SS引脚连接的电容C1由第三电流源I3进行充电，当SS引脚电压到达1.5V时，GATE引脚再次输出高电平信号，此时由第四电流源I4向电容C1 充电。

在实际使用时，通过改变第三电容C3的大小可以调整持续过流检测的判断时间，如果电容C3变大则在较长时间的过流才会被认为是严重异常过流情况，如果电容C3变小，则在较短时间的过流才会被认为是严重异常过流情况。

另外，对于图5所示电路，如果将RES引脚接地，则可以禁用持续过流保护，如果将RES引脚开路，则只要出现过流时则判断单元5立即通过软启动单元4重新启动PWM控制单元2，另外RES引脚还可用于外部控制，通过将RES引脚作为外部输入端，让RES引脚的电压高于2.5V，可以让开关电源或者芯片重新进入重启状态，例如还可设置检测芯片是否过温的过温保护电路，让过温保护电路的输出端与RES引脚电连接，这样在出现过温时通过过温保护电路向RES引脚输入大于2.5V的电压可以让芯片重启。

另外，本发明还提供了本发明提供了一种过流保护方法，通过上述的过流保护电路实现，具体如下：

通过过流检测单元1对流过开关管的电流进行检测；

在流过开关管的电流大于保护阈值时，过流检测单元1输出第一电平状态的过流检测信号；在流过开关管的电流小于保护阈值时，过流检测单元1输出第二电平状态的过流检测信号；

在时钟信号从第三电平状态变为第四电平状态时，如果判断单元5接收到第一电平状态的过流检测信号后则在当前时钟周期驱动第三开关S3导通、驱动第四开关S4关断，如果判断单元5接收到第二电平状态的过流检测信号后则在当前时钟周期驱动第三开关S3关断、驱动第四开关S4导通；

判断单元5在储能单元的电压大于第二判断阈值时先让第十一NMOS管N11导通，然后让第一开关S1导通、第二开关S2关断和第十一NMOS管N11关断，使第三电流源I3对外接的第二储能单元充电，让第二输入端的电压上升；

判断单元5在第二输入端的电压上升到第一判断阈值时，判断单元5让第一开关S1关断、让第二开关S2导通。

上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种过流保护电路，包括驱动单元、PWM控制单元、过流检测单元，其特征在于，还包括时钟信号产生单元、软启动单元、信号处理单元、判断单元、第一电流源和第二电流源；

所述时钟信号产生单元用于向所述信号处理单元和判断单元提供时钟信号；

所述过流检测单元基于输入的被测信号分别向所述信号处理单元和判断单元提供过流检测信号；

所述PWM控制单元基于输入的所述被测信号和第二被测信号向所述信号处理单元提供PWM控制信号；

所述信号处理单元基于输入的时钟信号、过流检测信号和PWM控制信号分别向所述驱动单元和判断单元提供处理信号；

所述信号处理单元包括或门和RS触发器；

所述或门的第一输入端用于输入所述过流检测信号，所述或门的第二输入端用于输入所述PWM控制信号，所述或门的输出端与所述RS触发器的R输入端电连接，所述RS触发器的S输入端接收所述时钟信号，所述RS触发器的Q输出端输出所述处理信号；

所述软启动单元与所述PWM控制单元电连接，用于向所述PWM控制单元提供启动电压；

所述判断单元包括复位端，所述复位端被配置于连接储能单元，所述第一电流源通过第三开关与所述复位端电连接，所述复位端通过第四开关与第二电流源电连接，所述复位端通过第五开关接地，所述判断单元控制所述第三开关、第四开关和第五开关的通断；

在所述时钟信号从第三电平状态变为第四电平状态时，如果所述判断单元接收到第一电平状态的过流检测信号则在当前时钟周期驱动所述第三开关导通、驱动所述第四开关关断；所述第三电平状态和第四电平状态是两种相反的电平状态；

在所述时钟信号从第三电平状态变为第四电平状态时，如果所述判断单元接收到第二电平状态的过流检测信号则在当前时钟周期驱动所述第三开关关断、驱动所述第四开关导通；所述第一电平状态和第二电平状态是两种相反的电平状态；

所述判断单元在所述复位端的电压大于第二判定阈值时驱动所述第五开关导通，同时先将所述软启动单元输出的启动电压拉低，然后控制所述软启动单元重新向PWM控制单元提供启动电压。

2.根据权利要求1所述的一种过流保护电路，其特征在于，

所述PWM控制单元对所述被测信号和第二被测信号进行比较，并基于比较结果输出所述PWM控制信号。

3.根据权利要求2所述的一种过流保护电路，其特征在于，

所述PWM控制单元包括第五电阻、具有压降的降压单元、第六电阻、第七电阻和PWM比较器；

所述第五电阻一端被配置于输入工作电压，所述启动电压和第二被测信号分别输入到所述第五电阻另一端，所述第五电阻另一端通过所述降压单元与第六电阻一端电连接，所述第六电阻另一端分别与第七电阻一端和PWM比较器的负输入端电连接，所述第七电阻另一端接地，所述PWM比较器的正输入端输入所述被测信号，所述PWM比较器的输出端输出所述PWM控制信号。

4.根据权利要求1所述的一种过流保护电路，其特征在于，

所述过流检测单元包括第二比较器和第六开关，所述第二比较器的正输入端输入所述被测信号，且通过所述第六开关接地，所述第二比较器的负输入端被配置于输入第一基准电压，所述第二比较器的输出端输出所述过流检测信号。

5.根据权利要求1所述的一种过流保护电路，其特征在于，

所述软启动单元包括第三比较器、第十NMOS管、第三电流源、第四电流源、第一开关、第二开关和第十一NMOS管；所述第三电流源和第四电流源输出的电流不同；

所述第三电流源通过所述第一开关与第十一NMOS管的漏极电连接，所述第四电流源通过所述第二开关与第十一NMOS管的漏极电连接，所述判断单元控制所述第一开关和第二开关的通断；

所述第十一NMOS管的漏极还与第三比较器的负输入端电连接，所述第三比较器的正输入端分别与所述第十NMOS管的漏极和所述PWM控制单元电连接，所述第三比较器的输出端与所述第十NMOS管的栅极电连接，所述第十NMOS管的源极接地，所述第十一NMOS管的栅极与所述判断单元电连接，所述第十一NMOS管的源极被配置于接地。

6.根据权利要求5所述的一种过流保护电路，其特征在于，所述判断单元包括：

第一与门、第一或门、第五或非门、第六或非门、触发器和第四反相器；

所述第一与门的第一输入端与所述过流检测单元电连接，接收所述过流检测信号，所述第一与门的第二输入端与所述信号处理单元的输出端电连接，所述第一与门的输出端与所述第五或非门的第一输入端电连接；所述第五或非门的第二输入端分别与所述第六或非门的输出端和触发器的输入端电连接，所述第五或非门的输出端与所述第六或非门的第一输入端电连接；所述第六或非门的第二输入端与所述第一或门的输出端电连接，所述第一或门的第一输入端分别与所述第十一NMOS管的栅极和第五开关的控制端电连接，所述第一或门的第二输入端和触发器的时钟信号输入端被配置于输入所述时钟信号；所述触发器的第一输出端通过第四反相器与第四开关的控制端电连接，所述触发器的第二输出端与第三开关的控制端电连接；

还包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管和第四NMOS管；

所述第一PMOS管的源极与所述第二PMOS管的源极电连接，所述第一PMOS管的栅极和第二PMOS管的栅极被配置于输入第二基准电压，所述第二PMOS管的漏极与第三PMOS管的源极电连接，所述第三PMOS管的栅极与所述第三开关的控制端电连接，所述第三PMOS管的漏极分别与第三NMOS管的漏极和第一NMOS管的漏极电连接，为所述复位端，所述第三NMOS管的栅极与所述第四开关的控制端电连接，所述第三NMOS管的源极与所述第四NMOS管的漏极电连接，所述第四NMOS管的源极和第一NMOS管的源极均接地，所述第一NMOS管的栅极分别与所述第十一NMOS管的栅极和第三开关的控制端电连接；所述第一PMOS管的漏极分别与所述第二NMOS管的漏极、第二NMOS管的栅极和第四NMOS管的栅极电连接，所述第二NMOS管的源极接地；

还包括第四比较器、第五比较器、第二或门、第三或门、第一异或门、第二异或门、第三异或门、第四异或门、第一反相器、第二反相器和第三反相器；

所述第四比较器的正输入端和第五比较器的负输入端分别与所述复位端电连接，所述第四比较器的负输入端被配置于输入第三基准电压，所述第五比较器的正输入端被配置于输入第四基准电压；所述第四比较器的输出端与所述第二或门的第一输入端电连接，所述第二或门的第二输入端被配置于输入使能信号，所述第二或门的输出端与所述第一异或门的第一输入端电连接，所述第一异或门的第二输入端分别与第二异或门的输出端和第三异或门的第一输入端电连接，所述第一异或门的输出端分别与第一反相器的输入端和第二异或门的第一输入端电连接，所述第二异或门的第二输入端与所述第五比较器的输出端电连接，所述第一反相器的输出端与所述第一或门的第一输入端电连接；

所述第三异或门的第二输入端与所述第四异或门的输出端电连接，所述第三异或门的输出端分别与第四异或门的第一输入端和第二反相器的输入端电连接，所述第二反相器的输出端分别与第一开关的控制端和第三反相器的输入端电连接，所述第三反相器的输出端与所述第二开关的控制端电连接；所述第四异或门的第二输入端与所述第三或门的输出端电连接，所述第三或门的第一输入端被配置于输入所述使能信号，所述第三或门的第二输入端与所述信号处理单元的输出端电连接。

7.一种过流保护芯片，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的过流保护电路和基准信号产生电路，所述过流保护芯片包括RT引脚、VIN引脚、GATE引脚、CS引脚、RES引脚、GND引脚、SS引脚和COMP引脚；

所述基准信号产生电路与所述VIN引脚电连接，基于输入到所述VIN引脚的电源为芯片提供工作电压、使能信号和基准电压；所述时钟信号产生单元与所述RT引脚电连接；所述PWM控制单元与所述COMP引脚电连接；所述SS引脚与所述软启动单元电连接；所述第五开关的输出端与所述GND引脚电连接，所述复位端与所述RES引脚电连接，所述过流检测单元与所述CS引脚电连接，所述驱动单元的输出端与所述GATE引脚电连接。

8.一种开关电源，其特征在于，包括权利要求7所述的过流保护芯片，所述RT引脚通过电阻R1接地，所述SS引脚通过电容C1接地，所述GND引脚接地，所述RES引脚通过电容C3接地，所述CS引脚通过电阻R2接地，所述VIN引脚与变压器的原边线圈的第一连接端电连接，变压器的原边线圈的第二连接端通过NMOS管N14与CS引脚电连接，所述GATE引脚与NMOS管N14的栅极电连接，所述变压器的副边线圈的第一连接端与二极管D1的正极电连接，所述二极管D1的负极分别与电阻R3一端和电容C2一端电连接，电阻R3另一端与电阻R4一端和隔离运放的输入端电连接，隔离运放的输出端与所述COMP引脚电连接，所述变压器的副边线圈的第二连接端、电阻R4另一端和电容C2另一端均接地。

9.一种过流保护方法，其特征在于，通过权利要求5所述的过流保护电路实现，具体如下：

通过过流检测单元对流过开关管的电流进行检测；

在流过开关管的电流大于保护阈值时，过流检测单元输出第一电平状态的过流检测信号；在流过开关管的电流小于保护阈值时，过流检测单元输出第二电平状态的过流检测信号；第一电平状态和第二电平状态为相反的两种电平状态；

在时钟信号从第三电平状态变为第四电平状态时，如果所述判断单元接收到第一电平状态的过流检测信号后则在当前时钟周期驱动所述第三开关导通、驱动所述第四开关关断，如果所述判断单元接收到第二电平状态的过流检测信号后则在当前时钟周期驱动所述第三开关关断、驱动所述第四开关导通；

所述判断单元在所述储能单元的电压大于第二判断阈值时先让第十一NMOS管导通，然后让第一开关导通、第二开关关断和第十一NMOS管关断，使第三电流源对外接的第二储能单元充电，让第二输入端的电压上升；

所述判断单元在第二输入端的电压上升到第一判断阈值时，所述判断单元让第一开关关断、让第二开关导通。