CN201813147U - 一种开关电源的短路保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开关电源的短路保护电路，应用于开关电源电路系统，包括：短路/恢复检测模块用于检测到所述开关电源电路系统发生输出短路或短路恢复时，根据打嗝计数器提供的参考电压选择信号分别选择第一参考电压或第二参考电压与所述反馈电压进行比较，输出相应的信号至软启动模块和打嗝计数器的清零输入端；软启动模块用于在短路/恢复检测模块检测到系统发生输出短路时进行软启动；打嗝计数器用于对软启动模块的软启动次数进行计数，同时向短路/恢复检测模块提供参考电压选择信号。采用本实用新型实施例所述电路，能够提高短路保护的可靠性。

Description

一种开关电源的短路保护电路

技术领域

本实用新型涉及开关电源技术领域，特别是涉及一种开关电源的短路保护电路。

背景技术

开关电源由于体积小和效率高的优点，越来越多的被应用于各类设备中，用于提供稳定的能量输出。但开关电源在输出短路时，功率管将流过很大电流，同时产生大量热量，造成功率器件和负载的损坏，甚至起火，对设备和人身安全存在很大的危险。所以在开关电源中需要加入短路保护电路，提高开关电源使用的安全性和可靠性。

参照图1，为现有技术的开关电源短路保护电路图。

图1所示电路通过对输出反馈信号FB的检测判断是否发生短路。当反馈信号FB低于内部基准电压REF时，认为输出发生短路，此时软启动模块重复工作。一个软启动周期结束后紧接着进行下一次软启动。对软启动的次数进行计数，计数器未达到一定的计数次数时，计数器输出信号关断芯片输出；当计数器达到一定的计数次数时，芯片正常工作一个软启动周期，计数器重新开始计数，重复之前的计数过程。从而实现芯片在发生短路时关闭若干个周期、工作一个周期的情况，降低短路时的芯片平均电流和功耗。具体的，图1所示电路的工作波形如图2所示。

当短路在芯片关闭的周期内移除时，芯片会等待至正常工作的周期进行一个完整的软启动过程，实现平稳恢复。但当短路移除发生在正常工作的周期内且比较靠近软启动周期的后面部分时，由于实际的软启动时间不够，可能发生在这个软启动周期内反馈信号FB还没有完全恢复正常电压时、此时反馈信号FB低于短路检测的基准电压REF，系统认为又发生了短路，要经过几个软启动周期的等待在下一个正常工作的软启动周期时重新启动，这样会造成输出电压有一个短暂的启动尖刺。如果剩下的软启动时间足够反馈信号FB恢复到正常电压，也可能因为短路移除时的软启动基准信号已经升高到一定值，而此时反馈信号FB从零开始上升，从而可能减弱软启动的作用，在VOUT和电感电流上出现过冲，对负载造成伤害。

因此，如何设计一种结构简单，又具有高可靠性的开关电源的短路保护电路，已成为当前急需解决的技术难题之一。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种开关电源的短路保护电路，能够提高短路保护的可靠性。

本实用新型实施例提供一种开关电源的短路保护电路，应用于开关电源电路系统，包括：

短路/恢复检测模块的第一输入端接所述开关电源电路系统输出的反馈电压，第二输入端和第三输入端分别接第一参考电压和第二参考电压，第四输入端接打嗝计数器的第一输出端；所述短路/恢复检测模块的输出端接软启动模块的清零输入端和所述打嗝计数器的清零输入端；

所述软启动模块的第一输出端接所述打嗝计数器的时钟输入端，第二输出端输出软启动参考电压信号至所述开关电源电路系统；

所述打嗝计数器的第二输出端接开关电源电路系统的逻辑驱动电路；

所述短路/恢复检测模块用于检测到所述开关电源电路系统发生输出短路或短路恢复时，根据所述打嗝计数器提供的参考电压选择信号分别选择第一参考电压或第二参考电压与所述反馈电压进行比较，输出相应的信号至所述软启动模块和所述打嗝计数器的清零输入端；

所述软启动模块用于在所述短路/恢复检测模块检测到系统发生输出短路时进行软启动；

所述打嗝计数器用于对所述软启动模块的软启动次数进行计数，同时向所述短路/恢复检测模块提供参考电压选择信号。

优选地，所述短路/恢复检测模块包括：用于根据所述参考电压选择信号选择参考电压的参考电压选择单元和用于将选择得到的参考电压与所述反馈电压进行比较的比较单元；

所述参考电压选择单元的第一输入端接所述第二参考电压，第二输入端接所述第一参考电压，第三输入端接系统上电复位信号；所述参考电压选择单元的输出端接所述比较单元的负输入端；

所述比较单元的正输入端接所述反馈电压；所述比较单元的输出端作为所述短路/恢复检测模块的输出端；

所述参考电压选择单元的第四输入端接所述比较单元的输出端；所述参考电压选择单元的第五输入端接所述打嗝计数器的第一输出端。

优选地，所述参考电压选择单元包括：第一NMOS管、第二NMOS管和RS触发器；所述比较单元包括比较器；

第一NMOS管的源极作为所述参考电压选择单元的第一输入端接第二参考电压，栅极接RS触发器的第一触发节点；第二NMOS管的源极作为所述参考电压选择单元的第二输入端接第一参考电压，栅极接所述RS触发器的第二触发节点；所述第一NMOS管的漏极和所述第二NMOS管的漏极短接，作为所述参考电压选择单元的输出端接所述比较器的负输入端；

所述比较器的正输入端接所述反馈电压，所述比较器的输出端作为所述短路/恢复检测模块的输出端；

所述RS触发器的第一输入端作为所述参考电压选择单元的第四输入端接接所述比较器的输出端，第二输入端作为所述参考电压选择单元的第三输入端接系统上电复位信号，第三输入端作为所述参考电压选择单元的第五输入端接所述打嗝计数器的第一输出端。

优选地，所述RS触发器包括：

第一或非门的第一输入端作为所述RS触发器的第一输入端，第二输入端作为所述RS触发器的第二输入端；所述第一或非门的输出端接所述第一与非门的第一输入端和所述第三与非门的第一输入端；

所述第一与非门的第二输入端作为所述RS触发器的第三输入端；所述第一与非门的输出端接所述第二与非门的第二输出端；

所述第三与非门的第二输入端接所述第二与非门的输出端；所述第二与非门的第一输入端接所述第三与非门的输出端；

所述第二与非门的输出端为所述RS触发器的第一触发节点；所述第三与非门的输出端为所述RS触发器的第二触发节点；所述或非门的输出端为所述RS触发器的第三触发节点。

优选地，所述软启动模块包括：软启动计数器、软启动清零逻辑单元、软启动参考电压单元；

所述软启动计数器的第一输入端接打嗝计数器的时钟输入端，第二输入端接系统时钟的分频信号，清零输入端接所述短路/恢复检测模块的输出端；所述软启动计数器的输出端作为所述软启动模块的第一输出端；所述软启动计数器的状态位输出端接所述软启动参考电压单元的控制信号输入端；

所述软启动清零逻辑单元的第一输入端接所述软启动计数器的输出端，第二输入端接所述短路/恢复检测模块的输出端，第三输入端接所述系统上电复位信号，输出端接所述软启动计数器的软启动清零端；

所述软启动参考电压单元的输出端作为所述软启动模块的第二输出端。

优选地，所述软启动计数器包括：第四与非门、第一二输入与门、第一N输入与门、N个D触发器；其中，N为大于零的整数；

所述第四与非门的第一输入端作为软启动计数器的第一输入端接第一三输入与门的输出端，第二输入端作为软启动计数器的清零输入端；所述第四与非门的输出端接第一二输入与门的第二输入端；

所述第一二输入与门的第一输出端作为软启动计数器的第二输入端；所述第一二输入与门的输出端接第一级D触发器的时钟输入端；

各级D触发器的数据输入端分别接各自的第一输出端；后一级D触发器的时钟输入端接前一级D触发器的第二输出端；

各级D触发器的第二输出端作为所述软启动计数器的一个状态位输出端分别接所述第一N输入与门的一个输入端和所述软启动参考电压单元的一个输入端；各级D触发器的清零端短接，作为所述软启动计数器的软启动清零端；

所述第一N输入与门的输出端接所述打嗝计数器的时钟输入端和所述软启动清零逻辑单元的第一输入端；所述第一N输入与门的输出端即为所述软启动模块的第一输出端。

优选地，所述软启动清零逻辑单元包括：第一二输入或非门、第一三输入或非门、第二二输入与门、第一三输入或门、上升沿脉冲触发器；

所述第一二输入或非门的第一输入端接所述软启动计数器的输出端，第二输入端接第一三输入或非门的输出端；所述第一二输入或非门的输出端接第一三输入或非门的第一输入端；

所述第一三输入或非门的第二输入端接所述短路/恢复检测模块的输出端，第三输入端接所述系统上电复位信号；所述第一三输入或非门的输出端接所述第一二输入或非门的第二输入端、第二二输入与门的第二输入端和所述上升沿脉冲触发器的输入端；

所述第二二输入与门的第一输入端接所述软启动计数器的输出端；所述第二二输入与门的输出端接所述第一三输入或门的第一输入端；

所述第一三输入或门的第二输入端接所述上升沿脉冲触发器的输出端；所述第一三输入或门的第三输入端接系统上电复位信号；所述第一三输入或门的输出端作为所述软启动清零逻辑单元的输出端，接所述软启动计数器的软启动清零端。

优选地，所述软启动参考电压单元包括：N个电流源、N个开关、以及电阻；

所有电流源的正极接电源，每个电流源的负极分别接一个开关的第一端；

所有开关的第二端短接，一同接所述电阻的一端；所述电阻的另一端接地；所有开关的公共端作为所述软启动参考电压单元的输出端；

各开关的导通控制端分别作为所述软启动参考电压单元的一个控制信号输入端接所述软启动计数器的一个状态位输出端。

优选地，所述N个电流源的电流关系为：

I_N＝2×I_N-1＝4×I_N-2＝…＝2(N-1)×I₁

其中，I_i为第i个电流源的电流大小；i为1、2、……N。

优选地，所述打嗝计数器包括：M个D触发器、第一M输入或门、第二二输入或门；其中，M为N为大于零的整数；

所述第二二输入或门的第一输入端作为所述打嗝计数器的清零输入端，第二输入端接系统上电复位信号；所述第二二输入或门的输出端接所有D触发器的清零端；

各级D触发器的数据输入端D分别接各自的第一输出端；第一级D触发器的时钟输入端作为所述打嗝计数器的时钟输入端；后一级D触发器的时钟输入端接前一级D触发器的第二输出端；各级D触发器的第二输出端接所述第一M输入或门的一个输入端；最高级D触发器的第二输出端作为所述打嗝计数器的第一输出端；

所述第一M输入或门的输出端作为所述打嗝计数器的第二输出端。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

本实用新型实施例所述电路包括：短路/恢复检测模块、软启动模块、以及打嗝计数器。所述短路/恢复检测模块检测到所述开关电源电路系统发生输出短路或短路恢复时，根据所述打嗝计数器提供的参考电压选择信号分别选择第一参考电压或第二参考电压与所述反馈电压进行比较，输出相应的信号至所述软启动模块的清零输入端，控制所述软启动模块进行软启动。

所述电路通过检测所述开关电源电路系统输出的反馈电压FB来判断系统是否输出短路，在系统输出短路的过程中所述电路以打嗝的方式软启动，有效地降低了系统输出短路时芯片的功耗，保护芯片不因过热而损坏；所述保护电路在打嗝软启动的过程中通过检测反馈电压FB来判断系统输出是否短路恢复，并重新进行最后一次软启动，有效地避免了短路恢复时输出电压的过冲，保护系统的负载电路不因过电压而损坏。

附图说明

图1为现有技术的开关电源短路保护电路图；

图2为图1所示的开关电源短路保护电路的工作波形图；

图3为本实用新型实施例的开关电源的短路保护电路图；

图4为图3所示的开关电源的短路保护电路的工作波形图；

图5为本实用新型实施例的短路/恢复检测模块电路图；

图6为本实用新型实施例的软启动模块电路图；

图7为本实用新型实施例的打嗝计数器电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种开关电源的短路保护电路，能够提高短路保护的可靠性。

参照图3，为本实用新型实施例的开关电源的短路保护电路图。所述短路保护电路应用于开关电源电路系统。所述短路保护电路包括：短路/恢复检测模块10、软启动模块20、打嗝计数器30。

所述短路/恢复检测模块10的第一输入端接所述开关电源电路系统输出的反馈电压FB，第二输入端和第三输入端分别接第一参考电压REF1和第二参考电压REF2，第四输入端接所述打嗝计数器30的第一输出端，接收所述打嗝计数器30的最高位的输出信号Qh作为参考电压选择信号。所述短路/恢复检测模块10的输出端同时接所述软启动模块20的清零输入端和所述打嗝计数器30的清零输入端。

所述软启动模块20的第一输出端接所述打嗝计数器30的时钟输入端，第二输出端输出软启动参考电压信号至所述开关电源电路系统。

所述打嗝计数器30的第二输出端接开关电源电路系统的逻辑驱动电路。

其中，所述第一参考电压REF1高于第二参考电压REF2。

所述短路/恢复检测模块10用于检测到所述开关电源电路系统发生输出短路或短路恢复时，根据所述打嗝计数器30提供的参考电压选择信号分别选择第一参考电压或第二参考电压与所述反馈电压进行比较，输出相应的信号至所述软启动模块20和所述打嗝计数器30的清零输入端。

所述软启动模块20用于在所述短路/恢复检测模块10检测到系统发生输出短路时进行软启动。

所述打嗝计数器30用于对所述软启动模块20的软启动次数进行计数，同时向所述短路/恢复检测模块10提供参考电压选择信号。

下面对所述电路的工作原理进行详细阐述：

所述短路/恢复检测模块10通过所述打嗝计数器30的最高位的输出信号Qh对第一参考电压REF1和第二参考电压REF2的选择，得到参考电压REF。将所述参考电压REF和所述反馈电压FB进行比较，来判断系统的输出是否处于短路状态。

具体的，当系统正常工作时，所述打嗝计数器30的最高位的输出信号Qh选择相对比较高的第一参考电压REF1作为参考电压REF。如果反馈电压FB小于所述第一参考电压REF1，则判断系统输出短路。此时短路/恢复检测模块10的输出端输出信号SSGOOD为低电平，软启动模块20开始不断重复的软启动周期，同时所述打嗝计数器30也开始在几个软启动周期内禁止功率管工作，然后允许功率管工作一个软启动周期，如此周而复始的循环。

在短路状态下，当所述打嗝计数器30的最高位的输出信号Qh第一次变成高电平时，选择相对较低的第二参考电压REF2作为参考电压REF。如果所述反馈电压FB大于所述第二参考电压REF2，则判断所述输出短路的状态已经消除。此时，输出电压需要一个恢复的过程，短路/恢复检测模块10的输出端输出信号SSGOOD由低电平变为高电平，所述软启动模块20停止当前的软启动周期，立刻重新进行一次软启动，所述打嗝计数器30也被信号SSGOOD清零，不再禁止功率管工作。

所述软启动模块20的清零输入端接收所述短路/恢复检测模块10的输出信号SSGOOD。当所述信号SSGOOD为低电平时，所述软启动模块20不断的重复软启动周期，直到输出短路的状态消除，短路恢复。所述软启动模块20的第二输出端的输出信号SSREF作为软启动参考电压信号送至所述开关电源电路系统。在系统正常启动时，所述软启动参考电压信号SSREF控制系统的输出电压平缓的上升。所述软启动模块20的第一输出端的输出信号SSEND是软启动周期的结束信号，送至所述打嗝计数器30的时钟输入端，控制所述打嗝计数器30的计数。

所述打嗝计数器30的清零输入端接收所述短路/恢复检测模块10的输出信号SSGOOD。当所述信号SSGOOD为低电平时，允许所述打嗝计数器30不断的计数。所述打嗝计数器30的时钟输入端接所述软启动模块20的软启动周期结束信号SSEND。当每个软启动周期结束时，所述打嗝计数器30就进一次位。所述打嗝计数器30的第二输出端输出信号STGP送到所述开关电源电路系统的功率管的驱动逻辑电路。当所述打嗝计数器30的状态是0时，允许功率管正常工作；当所述打嗝计数器30的状态是非0时，关闭功率管。所述打嗝计数器30的第一输出端输出信号Qh送到所述短路/恢复检测模块10，用于选择第一参考电压REF1和第二参考电压REF2。当短路/恢复检测模块10的输出信号SSGOOD为高电平时，系统正常工作，选择较高电压的第一参考电压REF1作为判断输出短路的参考电压REF；当所述信号SSGOOD为低电平且所述打嗝计数器30的最高位输出信号Qh第一次为1时，选择较低电压的第二参考电压REF2作为判断输出短路恢复的参考电压REF。

本实用新型实施例所述开关电源的短路保护电路，通过检测所述开关电源电路系统输出的反馈电压FB来判断系统是否输出短路，在系统输出短路的过程中所述电路以打嗝的方式软启动，有效地降低了系统输出短路时芯片的功耗，保护芯片不因过热而损坏；所述保护电路在打嗝软启动的过程中通过检测反馈电压FB来判断系统输出是否短路恢复，并重新进行最后一次软启动，有效地避免了短路恢复时输出电压的过冲，保护系统的负载电路不因过电压而损坏。

参照图4，示出了图3所示电路的工作波形图。对比图2所示波形可知，本实用新型所述电路，由于在检测到短路恢复的时候，重新进行了最后一次的软启动，使得输出电压平缓的上升到预定值，没有过冲，有效的保护了所述开关电源电路系统。

同时，本实用新型所述电路用于检测输出短路恢复的第二参考电压REF2低于用于检测输出短路的第一参考电压REF1，使得输出电压在短路恢复的时候可以单调的上升。由此可以有效的避免当反馈电压FB在参考电压附近时，输出电压会有个明显的下凹。如图4中虚线所示，即为假设用于检测输出短路恢复的第二参考电压REF2等于用于检测输出短路的第一参考电压REF1时的Vout波形。

参照图5，为本实用新型实施例的短路/恢复检测模块电路图。图5给出的仅仅是所述短路/恢复检测模块的一种具体实施方式，在本实用新型其他实施例中，所述短路/恢复检测模块可以采用其他的实施方式实现。

所述短路/恢复检测模块包括：参考电压选择单元和比较单元。

所述参考电压选择单元用于根据所述参考电压选择信号选择第一参考电压REF1或第二参考电压REF2作为参考电压REF。

所述比较单元用于将选择得到的参考电压REF与所述反馈电压FB进行比较，输出相应的信号至所述软启动模块和所述打嗝计数器的清零输入端。

所述参考电压选择单元的第一输入端接所述第二参考电压REF2，第二输入端接所述第一参考电压REF1，第三输入端接系统上电复位信号UV；所述参考电压选择单元的输出端接所述比较单元的负输入端。

所述比较单元的正输入端接所述反馈电压FB；所述比较单元的输出端作为所述短路/恢复检测模块10的输出端。

所述参考电压选择单元的第四输入端接所述比较单元的输出端。

具体的，如图5所示，所述参考电压选择单元可以包括：第一NMOS管16、第二NMOS管17和RS触发器18；所述比较单元可以包括比较器11。

所述第一NMOS管16的源极作为所述参考电压选择单元的第一输入端接接第二参考电压REF2，栅极接所述RS触发器18的第一触发节点C；所述第二NMOS管17的源极作为所述参考电压选择单元的第二输入端接第一参考电压REF1，栅极接所述RS触发器18的第二触发节点B；所述第一NMOS管16的漏极和所述第二NMOS管17的漏极短接，作为所述参考电压选择单元的输出端一同接所述比较器11的负输入端。

所述比较器11的正输入端接所述反馈电压FB，所述比较器11的输出端接所述软启动模块20的清零输入端、所述打嗝计数器30的清零输入端和所述RS触发器18的第一输入端。所述比较器11的输出端作为所述短路/恢复检测模块10的输出端，输出信号SSGOOD。

所述RS触发器18的第一输入端作为所述参考电压选择单元的第四输入端接接所述比较器11的输出端，第二输入端作为所述参考电压选择单元的第三输入端接系统的上电复位信号UV，第三输入端接所述打嗝计数器30的第一输出端，接收所述打嗝计数器30的最高位的输出信号Qh。

如图5所示，本实用新型实施例给出了所述RS触发器的一种具体实施方式。所述RS触发器18可以包括第一或非门12、第一与非门13、第二与非门14、第三与非门15。

其中，所述第一或非门12的第一输入端作为所述RS触发器18的第一输入端，接所述比较器11的输出端，接收所述比较器11的输出信号SSGOOD；所述第一或非门12的第二输入端作为所述RS触发器18的第二输入端，接系统内部的上电复位信号UV；所述第一或非门12的输出端接所述第一与非门13的第一输入端和所述第三与非门15的第一输入端。

所述第一与非门13的第二输入端作为所述RS触发器18的第三输入端接所述打嗝计数器30的第一输出端；所述第一与非门13的输出端接所述第二与非门14的第二输出端。

所述第三与非门15的第二输入端接所述第二与非门14的输出端；所述第二与非门14的第一输入端接所述第三与非门15的输出端。

所述第二与非门14的输出端为所述RS触发器18的第一触发节点C；所述第三与非门15的输出端为所述RS触发器18的第二触发节点B；所述或非门12的输出端为所述RS触发器18的第三触发节点A。

图5所示的所述短路/恢复检测模块10的工作原理为：

当芯片上电时，所述系统的上电复位信号UV初始值为1，此时所述RS触发器18的触发节点A、B、C的状态分别为0、1、0。对应的，第二NMOS管17导通，第一NMOS管16关断，参考电压REF等于第一参考电压REF1，系统正常工作时，输出的反馈电压FB是大于参考电压REF(即为第一参考电压REF1)的。当输出短路时，反馈电压FB小于所述第一参考电压REF1，比较器11的输出SSGOOD由高电平变为低电平，软启动模块20开始了不断重复的软启动过程。同时所述打嗝计数器30也开始计数。

当所述打嗝计数器30的最高位输出信号Qh第一次变成1时，所述RS触发器18被置位，其触发节点A、B、C的状态分别为1、0、1。此时，第二NMOS管17被关断，第一NMOS管16导通，参考电压REF等于第二参考电压REF2。当系统输出短路的状态被消除了，在打嗝计数器30允许功率管工作的周期里，系统输出电压由0上升。当反馈电压FB大于参考电压REF(即为第二参考电压REF2)时，所述比较器11的输出SSGOOD变为高电平，系统判断输出短路恢复了，此时RS触发器18被置位，其触发节点A、B、C的状态分别为0、1、0，参考电压REF等于第一参考电压REF1。此时，所述软启动模块20终止当前软启动周期，重新开始新的软启动，而打嗝计数器30则被清零，允许功率管正常工作。

参照图6，为本实用新型实施例的软启动模块电路图。图6给出的仅仅是所述软启动模块的一种具体实施方式，在本实用新型其他实施例中，所述软启动模块可以采用其他的实施方式实现。

所述软启动模块20包括：软启动计数器21、软启动清零逻辑单元22、软启动参考电压单元23。

所述软启动计数器21的第一输入端接打嗝计数器30的时钟输入端，第二输入端接系统时钟的分频信号CLOCK，清零输入端接所述短路/恢复检测模块10的输出端；所述软启动计数器21的输出端作为所述软启动模块20的第一输出端，用于输出软启动周期的结束信号SSEND。所述软启动计数器21的状态位输出端接所述软启动参考电压单元23的控制端。

所述软启动清零逻辑单元22的第一输入端接所述软启动计数器21的输出端，第二输入端接所述短路/恢复检测模块10的输出端，第三输入端接所述系统上电复位信号UV；所述软启动清零逻辑单元22的输出端接所述软启动计数器21的软启动清零端。

所述软启动参考电压单元23的控制端接所述软启动计数器21的状态位输出端；所述软启动参考电压单元23的输出端作为所述软启动模块20的第二输出端，输出软启动参考电压信号SSREF至所述开关电源电路系统。

其工作原理为：所述软启动计数器21在系统时钟的分频信号CLOCK的驱动下计数，它可以包含N个状态位(Q_NQ_N-1……Q₁)，本实用新型实施例中为简化说明，仅以三个状态位(Q₃Q₂Q₁)为例。所述软启动计数器21的状态位输出端输出状态位至软启动参考电压单元23，控制软启动参考电压SSREF随着状态位的增加而逐步上升。当所述软启动计数器21的状态位(Q₃Q₂Q₁)为111时，所述软启动周期结束信号SSEDN为1，表明软启动周期结束。此时如果接收到的清零信号SSGOOD为1，即输出电压大于预定值，表明软启动正常完成。信号SSGOOD和SSEDN同时把时钟信号CLOCK锁住，信号SSEND保持高电平，标志系统处于正常工作状态。

所述软启动清零逻辑单元22用于实现对软启动计数器21的复位作用。其中，在三种情况下需要对软启动计数器21进行复位：一是系统上电时，通过系统上电复位信号UV来实现；二是在系统输出短路时，每个软启动周期结束信号SSEND有效时，都要清零复位；三是在输出短路恢复时，需要进行一次复位，使得软启动模块20进行最后一次软启动，避免系统输出电压过冲。

所述软启动参考电压模块23用软启动计数器21的状态位控制不同权重的电流源，叠加到电阻上产生逐步增大的软启动参考电压SSREF，用所述软启动参考电压SSREF控制系统输出电压逐步平缓的上升。

图6给出了所述软启动计数器21的一种具体实施方式。图6中所示软启动计数器21以三个状态位为例进行说明。

所述软启动计数器21包括：第四与非门211，第一二输入与门212、第一三输入与门213、第一D触发器214、第二D触发器215、第三D触发器216。

其中，所述第四与非门211的第一输入端作为软启动计数器21的第一输入端，接第一三输入与门213的输出端；所述第四与非门211的第二输入端作为软启动计数器21的清零输入端，接所述短路/恢复检测模块10的输出端；所述第四与非门211的输出端接第一二输入与门212的第二输入端。

所述第一二输入与门212的第一输出端作为软启动计数器21的第二输入端接系统时钟的分频信号CLOCK；所述第一二输入与门212的输出端接所述第一D触发器214的时钟输入端CLK。

所述第一D触发器214的数据输入端D接第一D触发器214的第一输出端Qn；所述第一D触发器214的第二输出端Q作为所述软启动计数器21的第一状态位输出端，接第二D触发器215的时钟输入端CLK、所述第一三输入与门213的第一输入端、所述软启动参考电压单元23的第一输入端。

所述第二D触发器215的数据输入端D接第二D触发器215的第一输出端Qn；所述第二D触发器215的第二输出端Q作为所述软启动计数器21的第二状态位输出端，接第三D触发器216的时钟输入端CLK、所述第一三输入与门213的第二输入端和所述软启动参考电压单元23的第二输入端。

所述第三D触发器216的数据输入端D接第三D触发器216的第一输出端Qn；所述第三D触发器216的第二输出端Q作为所述软启动计数器21的第三状态位输出端，接所述第一三输入与门213的第三输入端和所述软启动参考电压单元23的第三输入端。

所述第一D触发器214、第二D触发器215、第三D触发器216的清零端R短接，作为所述软启动计数器21的软启动清零端，接到所述软启动清零逻辑单元22的输出端，接收软启动清零逻辑单元22输出的软启动清零信号RESET。

所述第一三输入与门213的输出端接所述打嗝计数器30的时钟输入端和所述软启动清零逻辑单元22的第一输入端。所述第一三输入与门213的输出端作为所述软启动计数器21的输出端，即为所述软启动模块20的第一输出端，用于输出软启动周期的结束信号SSEND。

对于N个状态位的软启动计数器，其电路可以包括：第四与非门，第一二输入与门、第一N输入与门、N个D触发器。其中，N为大于零的整数。

其中，所述第四与非门的第一输入端作为软启动计数器的第一输入端，接第一三输入与门的输出端；所述第四与非门的第二输入端作为软启动计数器的清零输入端，接所述短路/恢复检测模块的输出端；所述第四与非门的输出端接第一二输入与门的第二输入端。

所述第一二输入与门的第一输出端作为软启动计数器的第二输入端接系统时钟的分频信号CLOCK；所述第一二输入与门的输出端接第一级D触发器的时钟输入端CLK。

对于各级D触发器，其数据输入端D分别接各自的第一输出端Qn；后一级D触发器的时钟输入端CLK接前一级D触发器的第二输出端Q；各级D触发器的第二输出端Q作为所述软启动计数器的一个状态位输出端分别接所述第一N输入与门的一个输入端和所述软启动参考电压单元23的一个输入端；各级D触发器的清零端R短接，作为所述软启动计数器的软启动清零端，接到所述软启动清零逻辑单元22的输出端。

所述第一N输入与门的输出端接所述打嗝计数器30的时钟输入端和所述软启动清零逻辑单元22的第一输入端。所述第一N输入与门的输出端即为所述软启动模块20的第一输出端，用于输出软启动周期的结束信号SSEND。

图6给出了所述软启动清零逻辑单元22的一种具体实施方式。所述软启动清零逻辑单元22包括：第一二输入或非门221、第一三输入或非门222、第二二输入与门223、第一三输入或门225、上升沿脉冲触发器224。

其中，所述第一二输入或非门221的第一输入端即为所述软启动清零逻辑单元22的第一输入端，接所述软启动计数器21的输出端(即为所述软启动模块20的第一输出端)；所述第一二输入或非门221的第二输入端接第一三输入或非门222的输出端；所述第一二输入或非门221的输出端接第一三输入或非门222的第一输入端。

所述第一三输入或非门222的第二输入端作为所述软启动清零逻辑单元22的第二输入端，接所述短路/恢复检测模块10的输出端，接收输出信号SSGOOD；所述第一三输入或非门222的第三输入端作为所述软启动清零逻辑单元22的第三输入端，接所述系统上电复位信号UV；所述第一三输入或非门222的输出端接所述第一二输入或非门221的第二输入端、第二二输入与门223的第二输入端和所述上升沿脉冲触发器224的输入端。

所述第二二输入与门223的第一输入端接所述软启动计数器21的输出端；所述第二二输入与门223的输出端接所述第一三输入或门225的第一输入端。

所述第一三输入或门225的第二输入端接所述上升沿脉冲触发器224的输出端；所述第一三输入或门225的第三输入端接系统上电复位信号UV；所述第一三输入或门225的输出端作为所述软启动清零逻辑单元22的输出端，接所述软启动计数器21的软启动清零端。

需要说明的是，所述第一三输入或非门222的输出端输出信号SHT在此代表了输出短路的状态。所述第二二输入与门223的第一输入端接软启动计数器21的输出SSEND，第二输入端接第一三输入或非门222输出的信号SHT，其输出送到所述第一三输入或门225的一个输入端，其实现的功能是：在系统输出短路时，每个有效的软启动周期的结束信号SSEND出现时，都对所述软启动计数器21清零。所述上升沿脉冲触发器224对于每个信号SHT的上升沿都产生一个正的窄脉冲去清零软启动计数器21，用来实现在输出短路恢复的时候重新进行最后一次软启动，避免输出电压过冲。

图6给出了所述软启动参考电压单元23的一种具体实施方式。图6中所示软启动参考电压单元23对应于图6所示的软启动计数器21的具体实现方式，也是以三个状态位为例进行说明。

所述软启动参考电压单元23包括：第一电流源I1、第二电流源I2、第三电流源I3、第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、以及电阻R1。

需要说明的是，所述第一电流源I1、第二电流源I2、第三电流源I3的电流大小关系为：I₃＝2×I₂＝4×I₁。

所述第一电流源I1的正极、第二电流源I2的正极、第三电流源I3的正极一同接电源；所述第一电流源I1的负极、第二电流源I2的负极、第三电流源I3的负极分别接所述第一开关SW1的第一端、所述第二开关SW2的第一端、所述第三开关SW3的第一端。

所述第一开关SW1的第二端、所述第二开关SW2的第二端、所述第三开关SW3的第二端短接，一同接所述电阻R1的一端；所述电阻R1的另一端接地；所述第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3的公共端作为所述软启动参考电压单元23的输出端，即为所述软启动模块20的第二输出端，输出软启动参考电压信号SSREF至所述开关电源电路系统，控制系统的输出电压逐步上升。

所述第一开关SW1的导通控制端、所述第二开关SW2的导通控制端、所述第三开关SW3的导通控制端分别作为所述软启动参考电压单元23的第一控制信号输入端、第二控制信号输入端、第三控制信号输入端，分别接所述软启动计数器的第一状态位输出端、第二状态位输出端和第三状态位输出端。

对应的，当所述软启动计数器为N个状态位时，需要N个电流源，它们的关系为I_N＝2×I_N-1＝4×I_N-2＝…＝2(N-1)×I₁。

所述软启动参考电压单元包括：N个电流源、N个开关、以及电阻。其中，N为大于零的整数。

所有电流源的正极均接电源，每个电流源的负极分别接一个开关的第一端。

所有开关的第二端短接，一同接所述电阻的一端；所述电阻的另一端接地。所有开关的公共端作为所述软启动参考电压单元的输出端，即为所述软启动模块的第二输出端。

各开关的导通控制端分别作为所述软启动参考电压单元的一个控制信号输入端接所述软启动计数器的一个状态位输出端。

参照图7，为本实用新型实施例的打嗝计数器电路图。图7给出的仅仅是所述打嗝计数器30的一种具体实施方式，在本实用新型其他实施例中，所述打嗝计数器30可以采用其他的实施方式实现。

所述打嗝计数器30可以包括M个D触发器，即有M个状态位，系统每停止工作(2^M-1)个软启动周期，进行一次软启动。本实用新型实施例中为了简化说明，仅以两个状态位为例。

图7所示打嗝计数器30包括：第四D触发器31、第五D触发器32、第一二输入或门33、第二二输入或门34。

所述第二二输入或门34的第一输入端作为所述打嗝计数器30的清零输入端接所述短路/恢复检测模块10的输出端，所述第二二输入或门34的第二输入端接系统上电复位信号UV；所述第二二输入或门34的输出端接所述第四D触发器31和第五D触发器32的清零端。

所述第四D触发器31的时钟输入端作为所述打嗝计数器30的时钟输入端，接所述软启动模块20的第一输出端；所述第四D触发器31的数据输出端D接所述第四D触发器31的第一输出端Qn；所述第四D触发器31的第二输出端Q接所述第五D触发器32的时钟输入端和所述第二二输入或门34的第一输入端。

所述第五触发器32的数据输出端D接所述第五D触发器32的第一输出端Qn；所述第五D触发器32的第二输出端Q接所述第二二输入或门34的第二输入端。

所述第二二输入或门34的输出端作为所述打嗝计数器30的第二输出端接开关电源电路系统的逻辑驱动电路；所述第五D触发器32的第二输出端Q作为所述打嗝计数器30的第一输出端，输出最高位的输出信号Qh。

其工作原理为：当所述短路/恢复检测模块10的输出信号SSGOOD为1时，表示系统正常工作，第四D触发器31和第五D触发器32被清零复位，此时打嗝计数器30第二输出端的输出信号STGP为低电平，允许功率管正常工作。当所述信号SSGOOD为0时，表示系统输出短路，所述打嗝计数器30被允许计数，每个软启动周期的结束信号SSEND有效的时候，所述打嗝计数器30的状态都会加1。此时，输出信号STGP是对所有的D触发器的输出进行“或”逻辑，只有当打嗝计数器30的各状态位输出均为0时，输出信号STGP才为0，允许功率管正常工作。对于打嗝计数器30非0的状态，输出信号STGP为1，禁止功率管工作。只有在输出短路时，最高位的输出信号Qh才有可能为1；当所述输出信号Qh第一次为1时，所述短路/恢复检测模块10的参考电压REF由第一参考电压REF1切换到第二参考电压REF2。

对于M个状态位的打嗝计数器可以包括：M个D触发器、第一M输入或门、第二二输入或门。

所述第二二输入或门的第一输入端作为所述打嗝计数器的清零输入端接所述短路/恢复检测模块的输出端，所述第二二输入或门的第二输入端接系统上电复位信号；所述第二二输入或门的输出端接所有D触发器的清零端。

对于各级D触发器，其数据输入端D分别接各自的第一输出端Qn；第一级D触发器的时钟输入端作为所述打嗝计数器的时钟输入端，接所述软启动模块的第一输出端，后一级D触发器的时钟输入端CLK接前一级D触发器的第二输出端Q；各级D触发器的第二输出端Q作为所述打嗝计数器的一个状态位输出端接所述第一M输入或门的一个输入端；最高级(即为第M级)D触发器的第二输出端Q作为所述打嗝计数器的第一输出端，输出最高位的输出信号Qh。

所述第一M输入或门的输出端作为所述打嗝计数器的第二输出端接开关电源电路系统的逻辑驱动电路。

以上对本实用新型所提供的一种开关电源的短路保护电路，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种开关电源的短路保护电路，应用于开关电源电路系统，其特征在于，包括：

短路/恢复检测模块的第一输入端接所述开关电源电路系统输出的反馈电压，第二输入端和第三输入端分别接第一参考电压和第二参考电压，第四输入端接打嗝计数器的第一输出端；所述短路/恢复检测模块的输出端接软启动模块的清零输入端和所述打嗝计数器的清零输入端；

所述软启动模块的第一输出端接所述打嗝计数器的时钟输入端，第二输出端输出软启动参考电压信号至所述开关电源电路系统；

所述打嗝计数器的第二输出端接开关电源电路系统的逻辑驱动电路；

所述短路/恢复检测模块用于检测到所述开关电源电路系统发生输出短路或短路恢复时，根据所述打嗝计数器提供的参考电压选择信号分别选择第一参考电压或第二参考电压与所述反馈电压进行比较，输出相应的信号至所述软启动模块和所述打嗝计数器的清零输入端；

所述软启动模块用于在所述短路/恢复检测模块检测到系统发生输出短路时进行软启动；

所述打嗝计数器用于对所述软启动模块的软启动次数进行计数，同时向所述短路/恢复检测模块提供参考电压选择信号。

2.根据权利要求1所述的开关电源的短路保护电路，其特征在于，所述短路/恢复检测模块包括：用于根据所述参考电压选择信号选择参考电压的参考电压选择单元和用于将选择得到的参考电压与所述反馈电压进行比较的比较单元；

所述参考电压选择单元的第一输入端接所述第二参考电压，第二输入端接所述第一参考电压，第三输入端接系统上电复位信号；所述参考电压选择单元的输出端接所述比较单元的负输入端；

所述比较单元的正输入端接所述反馈电压；所述比较单元的输出端作为所述短路/恢复检测模块的输出端；

所述参考电压选择单元的第四输入端接所述比较单元的输出端；所述参考电压选择单元的第五输入端接所述打嗝计数器的第一输出端。

3.根据权利要求2所述的开关电源的短路保护电路，其特征在于，所述参考电压选择单元包括：第一NMOS管、第二NMOS管和RS触发器；所述比较单元包括比较器；

第一NMOS管的源极作为所述参考电压选择单元的第一输入端接第二参考电压，栅极接RS触发器的第一触发节点；第二NMOS管的源极作为所述参考电压选择单元的第二输入端接第一参考电压，栅极接所述RS触发器的第二触发节点；所述第一NMOS管的漏极和所述第二NMOS管的漏极短接，作为所述参考电压选择单元的输出端接所述比较器的负输入端；

所述比较器的正输入端接所述反馈电压，所述比较器的输出端作为所述短路/恢复检测模块的输出端；

所述RS触发器的第一输入端作为所述参考电压选择单元的第四输入端接接所述比较器的输出端，第二输入端作为所述参考电压选择单元的第三输入端接系统上电复位信号，第三输入端作为所述参考电压选择单元的第五输入端接所述打嗝计数器的第一输出端。

4.根据权利要求3所述的开关电源的短路保护电路，其特征在于，所述RS触发器包括：

第一或非门的第一输入端作为所述RS触发器的第一输入端，第二输入端作为所述RS触发器的第二输入端；所述第一或非门的输出端接所述第一与非门的第一输入端和所述第三与非门的第一输入端；

所述第一与非门的第二输入端作为所述RS触发器的第三输入端；所述第一与非门的输出端接所述第二与非门的第二输出端；

所述第三与非门的第二输入端接所述第二与非门的输出端；所述第二与非门的第一输入端接所述第三与非门的输出端；

所述第二与非门的输出端为所述RS触发器的第一触发节点；所述第三与非门的输出端为所述RS触发器的第二触发节点；所述或非门的输出端为所述RS触发器的第三触发节点。

5.根据权利要求1所述的开关电源的短路保护电路，其特征在于，所述软启动模块包括：软启动计数器、软启动清零逻辑单元、软启动参考电压单元；

所述软启动计数器的第一输入端接打嗝计数器的时钟输入端，第二输入端接系统时钟的分频信号，清零输入端接所述短路/恢复检测模块的输出端；所述软启动计数器的输出端作为所述软启动模块的第一输出端；所述软启动计数器的状态位输出端接所述软启动参考电压单元的控制信号输入端；

所述软启动清零逻辑单元的第一输入端接所述软启动计数器的输出端，第二输入端接所述短路/恢复检测模块的输出端，第三输入端接所述系统上电复位信号，输出端接所述软启动计数器的软启动清零端；

所述软启动参考电压单元的输出端作为所述软启动模块的第二输出端。

6.根据权利要求5所述的开关电源的短路保护电路，其特征在于，所述软启动计数器包括：第四与非门、第一二输入与门、第一N输入与门、N个D触发器；其中，N为大于零的整数；

所述第四与非门的第一输入端作为软启动计数器的第一输入端接第一三输入与门的输出端，第二输入端作为软启动计数器的清零输入端；所述第四与非门的输出端接第一二输入与门的第二输入端；

所述第一二输入与门的第一输出端作为软启动计数器的第二输入端；所述第一二输入与门的输出端接第一级D触发器的时钟输入端；

各级D触发器的数据输入端分别接各自的第一输出端；后一级D触发器的时钟输入端接前一级D触发器的第二输出端；

各级D触发器的第二输出端作为所述软启动计数器的一个状态位输出端分别接所述第一N输入与门的一个输入端和所述软启动参考电压单元的一个输入端；各级D触发器的清零端短接，作为所述软启动计数器的软启动清零端；

所述第一N输入与门的输出端接所述打嗝计数器的时钟输入端和所述软启动清零逻辑单元的第一输入端；所述第一N输入与门的输出端即为所述软启动模块的第一输出端。

7.根据权利要求6所述的开关电源的短路保护电路，其特征在于，所述软启动清零逻辑单元包括：第一二输入或非门、第一三输入或非门、第二二输入与门、第一三输入或门、上升沿脉冲触发器；

所述第一二输入或非门的第一输入端接所述软启动计数器的输出端，第二输入端接第一三输入或非门的输出端；所述第一二输入或非门的输出端接第一三输入或非门的第一输入端；

所述第一三输入或非门的第二输入端接所述短路/恢复检测模块的输出端，第三输入端接所述系统上电复位信号；所述第一三输入或非门的输出端接所述第一二输入或非门的第二输入端、第二二输入与门的第二输入端和所述上升沿脉冲触发器的输入端；

所述第二二输入与门的第一输入端接所述软启动计数器的输出端；所述第二二输入与门的输出端接所述第一三输入或门的第一输入端；

所述第一三输入或门的第二输入端接所述上升沿脉冲触发器的输出端；所述第一三输入或门的第三输入端接系统上电复位信号；所述第一三输入或门的输出端作为所述软启动清零逻辑单元的输出端，接所述软启动计数器的软启动清零端。

8.根据权利要求6所述的开关电源的短路保护电路，其特征在于，所述软启动参考电压单元包括：N个电流源、N个开关、以及电阻；

所有电流源的正极接电源，每个电流源的负极分别接一个开关的第一端；

所有开关的第二端短接，一同接所述电阻的一端；所述电阻的另一端接地；所有开关的公共端作为所述软启动参考电压单元的输出端；

各开关的导通控制端分别作为所述软启动参考电压单元的一个控制信号输入端接所述软启动计数器的一个状态位输出端。

9.根据权利要求8所述的开关电源的短路保护电路，其特征在于，所述N个电流源的电流关系为：

I_N＝2×I_N-1＝4×I_N-2＝…＝2(N-1)×I₁

其中，I_i为第i个电流源的电流大小；i为1、2、……N。

10.根据权利要求1所述的开关电源的短路保护电路，其特征在于，所述打嗝计数器包括：M个D触发器、第一M输入或门、第二二输入或门；其中，M为N为大于零的整数；

所述第二二输入或门的第一输入端作为所述打嗝计数器的清零输入端，第二输入端接系统上电复位信号；所述第二二输入或门的输出端接所有D触发器的清零端；

各级D触发器的数据输入端D分别接各自的第一输出端；第一级D触发器的时钟输入端作为所述打嗝计数器的时钟输入端；后一级D触发器的时钟输入端接前一级D触发器的第二输出端；各级D触发器的第二输出端接所述第一M输入或门的一个输入端；最高级D触发器的第二输出端作为所述打嗝计数器的第一输出端；

所述第一M输入或门的输出端作为所述打嗝计数器的第二输出端。

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