CN201408985Y - 开关电源的短路保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种开关电源的短路保护电路，其包括一Isense检测电路，Isense检测电路包括一开关元件，开关元件包括一用于控制开关元件导通或截止的第一端、一第二端及一在开关元件导通时为低电平的第三端，第一端连接一结点，结点连接一用于连接Isense信号的第一输入端，第二端接地，第三端连接一第一输出端，其中第一输出端用于连接电源控制电路并在第三端为低电平时控制电源控制电路关断开关电源，短路保护电路还包括一COM检测电路，COM检测电路包括一用于连接COM信号的第二输入端及一连接所述结点的第二输出端，其中输出端在所述输入端为高电平时为低电平。本实用新型短路保护电路确保短在不同电压输入下都能够对开关电源进行可靠的保护，提高开关电源的可靠性。
Description
技术领域
本涉及开关电源领域，尤其涉及一种开关电源的短路保护电路。
背景技术
随着开关电源使用的越来越广泛，其可靠性也越来越重要。在开关电源的各种保护功能中，过流保护是一项非常重要的保护功能。开关电源在短路时，主开关管、整流管等功率器件都会流过非常大的电流，发热非常严重，尤其是大功率的开关电源。如果保护电路设计不合理，功率器件会因为流过大电流或温升过高而损坏。所以，在开关电源的设计过程中，短路保护电路的设计是非常重要的，对于开关电源的可靠性有着很大的影响。
常用的短路保护电路中检测信号有两种，一种是检测峰值电流(Isense)，也就是检测电流电路输出的电流，其优点是直接检测流过功率器件的电流，响应速度快，可以防止功率器件流过大电流而损坏；缺点是在不同输入电压下，短路保护电路的动作点可能会有比较大的偏差；另外一种方法是检测PWM(电源控制)电路的误差放大器输出电压(COM)信号，这种方法在不同输入电压下，短路保护电路的动作点比较一致，但这种方法不是直接检测流过功率器件的峰值电流，响应速度稍慢，因此在保护功率器件方面比检测Isense的方法要稍差。
图1是现有的常用开关电源短路保护电路的连接图，在图1中，电阻R1和电阻R2构成的电阻分压网络连接到三极管VT1的基极，输出端CTL用于连接一用于控制电源开关状态的PWM电路，当输出端CTL为低电平时，该PWM控制电路将电源关断。当Isense信号达到了三极管VT1所设定的阈值时，三极管VT1开通，输出端CTL变为低电平，从而与输出端CTL连接的PWM电路关断电源。该保护电路在常温和高温环境下可以直接检测峰值电流，进而保护功率器件不至于流过大电流，然而在不同输入电压下，开关电源输出相同电流时Isense信号会有所差别，这会导致短路保护电路的动作点可能会有较大的偏差。
实用新型内容
本实用新型需要解决的技术问题是解决开关电源的短路保护问题，保证短路保护电路在不同电压输入时都能够对开关电源进行可靠的保护。
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种开关电源的短路保护电路，包括一Isense检测电路，所述Isense检测电路包括一开关元件，所述开关元件包括一用于控制所述开关元件导通或截止的第一端、一第二端及一在所述开关元件导通时为低电平的第三端，所述第一端连接一结点，所述结点连接一用于连接Isense信号的第一输入端，所述第二端接地，所述第三端连接一第一输出端，其中所述第一输出端用于连接电源控制电路并在所述第三端为低电平时控制所述电源控制电路关断开关电源，所述短路保护电路还包括一COM检测电路，所述COM检测电路包括一用于连接COM信号的第二输入端及一连接所述结点的第二输出端，其中，所述输出端在所述输入端为高电平时为低电平。
进一步地，在上述短路保护电路中，其特征在于：所述COM检测电路包括一三端可调分流基准源及一第二开关元件，所述三端可调分流基准源的参考端连接所述第二输入端，其阳极接地，所述第二开关元件包括一用于控制所述第二开关元件导通或截止的第一端、一第二端及一在所述第二开关元件导通时为低电平的第三端，所述第二开关元件的第一端连接所述三端可调分流基准源的阴极，所述第二开关元件的第二端连接一供电电压，所述第二开关元件的第三端连接所述结点。
进一步地，在上述短路保护电路中，其特征在于：所述三端可调分流基准源的参考端通过一第一电阻接地，所述三端可调分流基准源的参考端通过一第二电阻连接所述第二输入端。
进一步地，在上述短路保护电路中，其特征在于：所述三端可调分流基准源的参考端通过一电容接地。
进一步地，在上述短路保护电路中，其特征在于：所述第二开关元件的第一端通过一第一电阻连接所述三端可调分流基准源的阴极，所述第二开关元件的第一端通过一第二电阻连接所述供电电压。
进一步地，在上述短路保护电路中，其特征在于：所述第二开关元件为一PNP型的三极管，所述第二开关元件的第一端为所述三极管的基极，所述第二开关元件的第二端为所述三极管的发射极，所述第二开关元件的第三端为所述三极管的集电极。
进一步地，在上述短路保护电路中，其特征在于：所述COM检测电路包括一比较器，所述比较器的同相输入端连接所述第二输入端，所述比较器的反相输入端连接一参考电压，所述比较器的输出端连接所述结点。
进一步地，在上述短路保护电路中，其特征在于：所述同相输入端通过一第一电阻接地，所述同相输入端通过一第二电阻连接所述第二输入端。
进一步地，在上述短路保护电路中，其特征在于：所述同相输入端通过一电容接地。
进一步地，在上述短路保护电路中，其特征在于：所述开关元件为一场效应管，所述开关元件的第一端为所述场效应管的栅极，所述开关元件的第二端为所述场效应管的源极，所述开关元件的第三端为所述场效应管的漏极。
相较于现有技术，本实用新型所述短路保护电路采用检测COM电压和峰值电流Isense双重检测方式，确保短路保护电路在不同电压输入下都能够对开关电源进行可靠的保护，提高开关电源的可靠性。
附图说明
图1为现有的开关电源的短路保护电路连接示意图。
图2为本实用新型短路保护电路与外部电路的连接框图。
图3为本实用新型短路保护电路一实施例的连接示意图。
图4为本实用新型短路保护电路另一实施例的连接示意图。
具体实施方式
接下来将结合附图对本实用新型所述短路保护电路作进一步的详细阐述。
请参阅图2，本是用新型短路保护电路连接分别连接一电流检测电路、一COM检测电路及一PWM电路，所述电路检测电路用于输入Isense信号给所述短路保护电路，所述COM检测电路用于输入COM信号给所述短路保护电路。
请同时参阅图2及图3，图3为本实用新型短路保护电路一实施例的连接示意图，所述短路保护电路包括一COM检测电路11及一Isense检测电路12，所述COM检测电路11的输入端连接一COM信号，在所述COM检测电路11中，一二极管VD2的阳极连接所述输入端，其阴极连接一电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接一电阻R4的一端，电阻R4的另一端接地，一电容C3与电阻R4并联，一三端可调分流基准源D1的参考端连接电阻R4的另一端，三端可调分流基准源D1的阳极接地，三端可调分流基准源D1的阴极连接一电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接一电阻R5的一端，电阻R5的另一端接入供电电压Vcc，一三极管VT2(开关元件)的基极连接电阻R5的一端，三极管VT2的发射极用于接入供电电压Vcc，三极管VT2的集电极连接一结点121，二极管VD1的阳极用于接入Isense信号，二极管VD1的阴极连接结点121，一电阻R1的一端连接结点121，其另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地，电容C2与电阻R2并联，电容C1的一端连接结点121，其另一端接地，场效应管VT1的栅极连接电阻R2的一端，其源极接地，其漏极连接输出端CTL，输出端CTL变为低电平时控制PWM电路关断开关电源。
图3中的短路保护电路的工作原理如下：
检测COM信号的工作原理如下：当开关电源过流(短路)时，电阻R3、电阻R4从COM信号上分得的电压超过2.5V，三端可调分流基准源D1的阴极变为低电平，电阻R5、电阻R6流过电流，三极管VT2的基极和发射极存在一个偏置电压从而使三极管VT2导通，供电电压Vcc给电容C1充电，并通过电阻R1、电阻R2给场效应管VT1充电，当场效应管VT1的G-S电压达到了开通阈值时，场效应管VT1开通，输出端CTL变为低电平，该输出端CTL用于控制开关电源的关断。当开关电源关断后，COM信号的电平立即变低，电容C3通过电阻R4放电，当电容C3上的电压低于2.5V时，三端可调分流基准源D1的阴极变为高阻，电阻R5、电阻R6上不在流过电流，三极管VT2的偏置电压消失，三极管VT2关断，由于电容C1、电容C2的存在，场效应管VT1的G-S电压不会立刻变低，电容C1通过电阻R1、电阻R2放电、电容C2通过电阻R2放电，当电容C2上的电压降到比场效应管VT1的开通阈值低时，场效应管VT1关断，场效应管VT1的漏极变为高阻，开关电源开始工作，由于电流大，三端可调分流基准源D1阴极又变为低电平，三极管VT2再次开通，场效应管VT1也开通，开关电源关断，只要短路情况未去除，开关电源就将重复以上打嗝式保护过程。
检测Isense信号的工作原理如下：当开关电源过流(短路)时，电阻R1、电阻R2从Isense信号分得的电压超过场效应管VT1的开通阈值从而使场效应管VT1开通，输出端CTL变为低电平，该信号用于控制开关电源的关断。当开关电源关断后，Isense信号立即变为低电平，由于电容C1、电容C2的存在，场效应管VT1的G-S电压不会立刻变低，电容C1通过电阻R1、电阻R2放电、电容C2通过电阻R2放电，当电容C2上的电压降到比场效应管VT1的开通阈值低时，场效应管VT1关断，场效应管VT1的漏极变为高阻，开关电源开始工作，由于电流大，场效应管VT1再次开通、开关电源再次关断。只要短路情况未去除，开关电源就将重复以上打嗝式保护过程。
检测Isense信号时，保护电路动作点取决于电阻R1与电阻R2的比值，比值越大，接近短路保护时电源的输出电流越大，电容C2越大，充电所需时间越长，带容性负载能力越强；检测COM信号时，保护动作点取决于电阻R3与电阻R4的比值，比值越大，保护电路动作点越高，电容C3越大，充电所需时间越长，电源带容性负载能力越强。电容C1越大，电源打嗝时间越长。
请参阅图4，图4为本实用新型短路保护电路另一实施例的连接示意图，图4中的短路保护电路与图3中的短路保护电路不同的是COM检测电路，图4中的开关电源的短路保护电路包括一COM检测电路11’，在COM检测电路11’中，一二极管VD2’阳极与COM信号相连，其阴极连接一电阻R3’的一端，电阻R3’的另一端连接一电阻R4’的一端，电阻R4’的另一端接地，一电容C3’与电阻R4’并联；一比较器D1’的同相输入端与电阻R4’的一端连接，其反向输入端与参考电压Vref相连，其输出端连接所述结点121。
图4中的COM检测电路11’的工作原理如下：
当开关电源短路时，比较器D1’的同相输入端电压高于反相输入端的参考电压Vref，比较器D1’输出端变为高电平，并通过电阻R1、电阻R2给场效应管VT1充电，当场效应管VT1的G-S电压达到了开通阈值时，场效应管VT1导通，场效应管VT1的漏极为低电平，则输出端CTL变为低电平，PWM电路关断开关电源。当开关电源关断后，电容C3通过电阻R4放电，当电容C3上的电压低于2.5V时，比较器D1’的输出端变为低电平，由于电容C1、电容C2的存在，场效应管VT1的G-S电压不会立刻变低，电容C1通过电阻R1、电阻R2放电、电容C2通过电阻R2放电，当电容C2上的电压降到比场效应管VT1的开通阈值低时，场效应管VT1关断，场效应管VT1的漏极变为高阻，PWM电路开始工作，开关电源恢复输出。 由于输出电流较大，则COM信号为高电平，场效应管VT1也开通，开关电源关断，只要短路情况未去除，开关电源就将重复以上打嗝式保护过程。
与图1所述的现有保护短路电路相比，本实用新型短路保护电路中，检测峰值电流Isense与检测COM信号相结合，使所述短路保护电路响应速度快而且在不同输入电压下保证短路保护电路动作点的一致性。另外，由于检测COM的电路动作时，电容C1上的电压比检测Isense的电路动作时的电压要高，电容C1放电时间变长，因此也可以解决低温下由于场效应管VT1阈值变大而导致的打嗝时间变短的问题，从而减小短路损耗。
以上仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种开关电源的短路保护电路，包括一峰值电流Isense检测电路，所述Isense检测电路包括一开关元件，所述开关元件包括一用于控制所述开关元件导通或截止的第一端、一第二端及一在所述开关元件导通时为低电平的第三端，所述第一端连接一结点，所述结点连接一用于连接Isense信号的第一输入端，所述第二端接地，所述第三端连接一第一输出端，其中所述第一输出端用于连接电源控制电路并在所述第三端为低电平时控制所述电源控制电路关断开关电源，其特征在于：所述短路保护电路还包括一电源控制电路的误差放大器输出电压COM检测电路，所述COM检测电路包括一用于连接COM信号的第二输入端及一连接所述结点的第二输出端，其中，所述输出端在所述输入端为高电平时为低电平。
2.如权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于：所述COM检测电路包括一三端可调分流基准源及一第二开关元件，所述三端可调分流基准源的参考端连接所述第二输入端，其阳极接地，所述第二开关元件包括一用于控制所述第二开关元件导通或截止的第一端、一第二端及一在所述第二开关元件导通时为低电平的第三端，所述第二开关元件的第一端连接所述三端可调分流基准源的阴极，所述第二开关元件的第二端连接一供电电压，所述第二开关元件的第三端连接所述结点。
3.如权利要求2所述的短路保护电路，其特征在于：所述三端可调分流基准源的参考端通过一第一电阻接地，所述三端可调分流基准源的参考端通过一第二电阻连接所述第二输入端。
4.如权利要求3所述的短路保护电路，其特征在于：所述三端可调分流基准源的参考端通过一电容接地。
5.如权利要求2所述的短路保护电路，其特征在于：所述第二开关元件的第一端通过一第一电阻连接所述三端可调分流基准源的阴极，所述第二开关元件的第一端通过一第二电阻连接所述供电电压。
6.如权利要求2所述的短路保护电路，其特征在于：所述第二开关元件为一PNP型的三极管，所述第二开关元件的第一端为所述三极管的基极，所述第二开关元件的第二端为所述三极管的发射极，所述第二开关元件的第三端为所述三极管的集电极。
7.如权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于：所述COM检测电路包括一比较器，所述比较器的同相输入端连接所述第二输入端，所述比较器的反相输入端连接一参考电压，所述比较器的输出端连接所述结点。
8.如权利要求7所述的短路保护电路，其特征在于：所述同相输入端通过一第一电阻接地，所述同相输入端通过一第二电阻连接所述第二输入端。
9.如权利要求8所述的短路保护电路，其特征在于：所述同相输入端通过一电容接地。
10.如权利要求1所述的短路保护电路，其特征在于：所述开关元件为一场效应管，所述开关元件的第一端为所述场效应管的栅极，所述开关元件的第二端为所述场效应管的源极，所述开关元件的第三端为所述场效应管的漏极。
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| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHENZHEN ZHONGXING TELECOMMUNICATION TECHNOLOGY SE Free format text: FORMER OWNER: ZTE CORPORATION Effective date: 20150228 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20150228 Address after: 518057 Nanshan District high tech Industrial Park, Guangdong, ZTE building, A3-01, A3-02, Patentee after: Shenzhen Zhongxing Communication Technology Service Co., Ltd. Address before: 518057 Nanshan District Guangdong high tech Industrial Park, South Road, science and technology, ZTE building, Ministry of Justice Patentee before: ZTE Corporation |
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20100217 |
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| CX01 | Expiry of patent term |