CN202026077U - 一种开关电源的短路保护电路及控制器、开关电源 - Google Patents

一种开关电源的短路保护电路及控制器、开关电源 Download PDF

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刘娜
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Abstract

本实用新型实施例提供一种开关电源的短路保护电路,所述开关电源的控制器内置有短路保护电路,包括:检测模块,用于检测到OUT引脚输出的信号变高时,启动延时模块;延时模块,用于延时预设的时间段后,输出使能信号至判断模块;判断模块,用于接收到所述使能信号后,判断CS引脚输出的信号是否小于预设的参考电压;关断及锁存模块,用于当CS引脚输出的信号小于预设的参考电压时,关断所述控制器。本实用新型还提供一种开关电源控制器和开关电源。采用本实用新型实施例,能够在开关电源的控制器发生短路时对开关电源提供有效的短路保护。

Description

一种开关电源的短路保护电路及控制器、开关电源
技术领域
[0001] 本实用新型涉及开关电源技术领域,特别涉及一种开关电源的短路保护电路及控制器、开关电源。
背景技术
[0002] 开关电源具有体积小,效率高以及电流大的优点,因此被广泛应用于手机充电器和笔记本电脑适配器等场合。
[0003] 下面介绍现有技术中开关电源的电路图。
[0004] 参见图1,该图为典型的开关电源系统的电路图。
[0005] 输入的交流电压Vac通过整流桥101和输入滤波电容Cl得到输入电压Vin。系统启动时通过启动电阻Rl向控制器102的电源VCC供电。
[0006] 变压器由原边绕组103、副边绕组104和辅助绕组105构成。功率管Ml的导通或关断控制变压器中的能量存储。
[0007] 当功率管Ml导通时,原边绕组103导通,变压器磁芯存储能量。第二电阻R2感应原边电感电流。
[0008] 当功率管Ml关闭时,原边绕组103关断,变压器磁芯存储的能量向副边绕组104 和辅助绕组105传送。辅助绕组105的电流向控制器102的电源VCC供电。副边绕组104 的电流通过整流二极管Dl整流和输出滤波电容C3滤波后向负载电阻RLOAD提供能量。
[0009] 如图1所示,在该开关电源系统中,控制器102包括CS引脚、OUT引脚、VCC引脚和 GND引脚。其中,CS引脚用于产生反应原边峰值电流检测电压变化的CS信号,与第二电阻 R2连接后接地;而OUT引脚用于控制功率管Ml的导通和关断。
[0010] 参照图2,为图1所示控制器的CS弓丨脚和OUT弓丨脚的电路连接关系图。如图2所示,该CS引脚通过第三电阻R3接第一比较器106的负输入端,OUT引脚通过单脉冲发生器 107接开关管Kll的控制端,所述开关管Kll 一端接第一比较器106的负输入端,另一端接地;所述第一比较器106的正输入端接比较电压VrefA ;所述第一比较器106的输出端输出驱动信号,用于控制功率管Ml的导通和关断。
[0011] 其中,图2所示控制器在正常状况下的CS信号和OUT信号的关系图如图3所示, 当功率开关管Ml导通时,CS信号经过一脉冲后电压较为缓慢的上升,当CS信号上升至等于所述第一比较器106的比较电压VrefA时,关断功率管M1,如此反复。
[0012] 图2所示控制器在CS引脚发生短路后CS信号和OUT信号的关系图如图4所示。 当CS引脚发生短路后,OUT引脚持续输出高电平,造成开关电源故障,甚至会导致炸机等严重后果。
实用新型内容
[0013] 本实用新型要解决的技术问题是提供一种开关电源的短路保护电路,能够在开关电源的控制器发生短路时对开关电源提供有效的短路保护。[0014] 本实用新型实施例提供一种开关电源的短路保护电路,所述开关电源包括控制器,所述控制器具有CS引脚和OUT引脚;所述控制器内置有短路保护电路;
[0015] 所述短路保护电路包括:检测模块、延时模块、判断模块、以及关断及锁存模块;
[0016] 所述检测模块的检测端接OUT引脚,输出端接延时模块;所述延时模块的使能信号输出端接判断模块的使能信号输入端;所述判断模块的第一输入端接预设的参考电压, 第二输入端接CS引脚输出的信号,输出端接能够将所述控制器关断并锁存关断状态的所述关断及锁存模块;
[0017] 所述检测模块,用于检测到OUT引脚输出的信号变高时,启动延时模块;
[0018] 所述延时模块,用于延时预设的时间段后,输出使能信号至判断模块;
[0019] 所述判断模块,用于接收到所述使能信号后,判断CS引脚输出的信号是否小于预设的参考电压;
[0020] 所述关断及锁存模块,用于当CS引脚输出的信号小于预设的参考电压时,关断所述控制器并锁存关断状态。
[0021] 优选地,所述延时模块为延时单脉冲发生器,用于延时所述预设的时间段后,输出单脉冲信号作为使能信号至判断模块。
[0022] 优选地,所述延时模块为计时器,用于计时所述预设的时间段后,输出使能信号至判断模块。
[0023] 优选地,所述预设的时间段小于所述开关电源的最长开关周期。
[0024] 优选地,所述判断模块为第二比较器;
[0025] 所述第二比较器的使能信号输入端接所述延时模块的使能信号输出端;所述第二比较器的正输入端接参考电压,负输入端接CS引脚,输出端接所述关断及锁存模块。
[0026] 优选地,所述短路保护电路还包括参考电压产生模块;
[0027] 所述参考电压产生模块接所述判断模块的第一输入端,用于产生所述预设的参考电压。
[0028] 优选地,所述关断及锁存模块是一锁存器。
[0029] 本实用新型还提供一种开关电源的控制器,所述控制器内置有所述的短路保护电路。
[0030] 本实用新型还提供一种开关电源,所述开关电源包括控制器,所述开关电源的控制器内置有所述的短路保护电路。
[0031] 与现有技术相比,本实用新型具有以下优点:
[0032] 本实用新型实施例所述开关电源的控制器内部内只有短路保护电路。当该控制器的CS引脚发生短路时,所述短路保护电路在检测到控制器的OUT引脚输出的信号变高时, 延时预设的时间段后,判断CS引脚输出的信号是否小于预设的参考电压,如果是,确定CS 引脚发生了短路,此时,所述短路保护电路关断所述开关电源的控制器,使得所述控制器停止输出开关信号,有效的保护所述开关电源。
附图说明
[0033] 图1为典型的开关电源系统的电路图;
[0034] 图2为图1所示控制器的CS引脚和OUT引脚的电路连接关系图;[0035] 图3为图2所示控制器在正常状况下的CS信号和OUT信号的关系图;
[0036] 图4为图2所示控制器在CS引脚短路后CS信号和OUT信号的关系图;
[0037] 图5为本实用新型实施例一的开关电源的短路保护电路图;
[0038] 图6为本实用新型实施例二的开关电源的短路保护电路图;
[0039] 图7为图6所示电路在CS引脚短路后CS信号和OUT信号的关系图。
具体实施方式
[0040] 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,下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
[0041] 本实用新型要解决的技术问题是提供一种开关电源的短路保护电路,能够在开关电源的控制器发生短路时对开关电源提供有效的短路保护。
[0042] 参照图5,为本实用新型实施例一的开关电源的短路保护电路图。所述开关电源可以为图1所示,包括控制器102和功率管Ml。
[0043] 所述控制器102具有CS引脚和OUT引脚,其CS引脚和OUT引脚之间的连接关系为:所述CS引脚通过第三电阻R3接第一比较器106的负输入端,所述OUT引脚通过单脉冲发生器107接开关管Kl 1的控制端,所述开关管Kl 1 一端接第一比较器106的负输入端,另一端接地;所述第一比较器106的正输入端接比较电压VrefA ;所述第一比较器106的输出端输出驱动信号,用于控制开关电源的功率管Ml的导通和关断。
[0044] 本实用新型实施例中,所述控制器102内置有短路保护电路108。所述短路保护电路108用于当控制器102的CS引脚发生短路时,关闭该控制器102,使得所述控制器102 停止向功率管Ml输出开关信号,有效的保护该开关电源。
[0045] 如图5所示,所述短路保护电路108包括:检测模块1081、延时模块1082、判断模块1083、以及关断及锁存模块1084。
[0046] 其中,所述检测模块1081的检测端接OUT引脚,所述检测模块1081的输出端接所述延时模块1082 ;所述延时模块1082的使能信号输出端接所述判断模块1083的使能信号输入端;所述判断模块1083的第一输入端接预设的参考电压,所述判断模块1083的第二输入端通过第三电阻R3接CS引脚,用于接收该CS引脚输出的信号,所述判断模块1083的输出端接所述关断及锁存模块1084。
[0047] 所述检测模块1081,用于检测到OUT引脚输出的信号变高时,启动延时模块1082。
[0048] 所述延时模块1082,用于延时预设的时间段后,输出使能信号至判断模块1083。
[0049] 优选地,所述延时模块1082可以采用延时单脉冲发生器。所述延时单脉冲发生器被检测模块1081启动后,延时预设的时间段,输出一单脉冲信号作为使能信号至判断模块 1083。
[0050] 优选地,所述延时模块1082还可以采用计时器。所述计时器被所述检测模块1081 启动后开始计时,当计时所述预设的时间段后,输出使能信号至所述判断模块1083。
[0051] 需要说明的是,对于开关电源系统,为确保其安全工作,其功率管Ml的开通时间是有一定限制的。一般,可以将开关电源的功率管Ml导通时间的最大值称之为最长开关周期。本实施例中,所述预设的时间段小于所述最长开关周期。例如,一般所述最长开关周期可以为20us,此时可以设定所述预设的时间段为10us。当然,所述预设的时间段的取值可以根据实际需要具体设定。
[0052] 所述判断模块1083,用于接收到所述使能信号后,判断CS引脚输出的信号是否小于预设的参考电压。
[0053] 所述预设的参考电压可以根据实际的需要具体设定。一般,所述预设的参考电压可以为0. IV。
[0054] 优选地,所述判断模块1083可以采用比较器来实现。该比较器的输入分别为CS 引脚输出的信号和预设的参考电压,当所述CS引脚输出的信号小于预设的参考电压时,该比较器输出高电平至所述关断及锁存模块1084。
[0055] 另外,在其他实施例中,所述短路保护电路108还可以包括参考电压产生模块,用于产生所述预设的参考电压,输出至判断模块1083的第一输入端。
[0056] 所述关断及锁存模块1084,用于当所述判断模块1083的判断结果为是时,即为CS 引脚输出的信号小于预设的参考电压时,关断所述控制器102,使得所述控制器102停止输出开关信号,并锁存所述控制器102的关断状态。
[0057] 优选地,当所述判断模块1083为比较器时。所述关断及锁存模块1084在接收到所述比较器输出的高电平时,可以确定所述CS引脚输出的信号小于预设的参考电压,关断所述控制器102并锁存关断状态。
[0058] 优选地,所述关断及锁存模块1084可以为一锁存器。
[0059] 本实用新型实施例所述开关电源的短路保护电路108,当检测到控制器102的OUT 引脚输出的信号变高时,延时预设的时间段后,判断CS引脚输出的信号是否小于预设的参考电压,如果是,说明CS引脚发生了短路,此时,所述短路保护电路108关断所述开关电源的控制器102,使得所述控制器102停止输出开关信号,有效的保护所述开关电源。
[0060] 进一步的,由于所述预设的时间段小于所述开关电源的最长开关周期,可知,采用本实用新型实施例,当控制器102的CS引脚发生短路时,所述短路保护电路108能够在该开关电源的功率管Ml的最长开关周期内快速的关断所述控制器102,有效的保护所述开关电源。
[0061] 参照图6,为本实用新型实施例二的开关电源的短路保护电路图。图6所示为本实用新型所述短路保护电路的一种具体实现方式,当然,在本实用新型其他实施例中,所述短路保护电路还可以采用其他形式实现。
[0062] 如图6所示,所述延时模块1082具体为延时单脉冲发生器,所述判断模块1082具体为第二比较器。图7为图6所示电路在CS引脚发生短路后CS信号和OUT信号的关系图。
[0063] 如图6所示,所述第二比较器的使能信号输入端接所述延时单脉冲发生器的使能信号输出端;所述第二比较器的正输入端为第一输入端,接预设的参考电压;所述第二比较器的负输入端为第二输入端,通过第三电阻R3接CS引脚,用于接收该CS引脚输出的信号;所述第二比较器的输出端接所述关断及锁存模块1084。
[0064] 结合图7所示波形可知,对于图6所示电路,当控制器102的CS引脚发生短路后, 当所述检测模块1081检测到OUT引脚输出的信号变为高电平时,所述检测模块1081启动所述延时单脉冲发生器;所述延时单脉冲发生器延时预设的时间段后,例如10us,输出一单脉冲信号作为使能信号EN至所述第二比较器,使能所述第二比较器;所述第二比较器被使能后,将所述CS引脚输出的信号与预设的参考电压进行比较,当所述CS引脚输出的信号小于预设的参考电压时,确定控制器102的CS引脚发生短路,该第二比较器输出高电平 (图7中Error信号)至所述关断及锁存模块;所述关断及锁存模块接收到所述高电平信号(图7中Error信号)后,关断所述控制器102,并且将该关断状态锁存,即使得所述控制器102停止工作,直至重新启动,有效的保护所述开关电源。
[0065] 以上所述,仅是本实用新型的较佳实施例而已,并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本实用新型技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本实用新型技术方案的内容,依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1. 一种开关电源的短路保护电路,所述开关电源包括控制器,所述控制器具有CS引脚和OUT引脚;其特征在于,所述控制器内置有短路保护电路;所述短路保护电路包括:检测模块、延时模块、判断模块、以及关断及锁存模块; 所述检测模块的检测端接OUT引脚,输出端接延时模块;所述延时模块的使能信号输出端接判断模块的使能信号输入端;所述判断模块的第一输入端接预设的参考电压,第二输入端接CS引脚输出的信号,输出端接能够将所述控制器关断并锁存关断状态的所述关断及锁存模块;所述检测模块,用于检测到OUT引脚输出的信号变高时,启动延时模块; 所述延时模块,用于延时预设的时间段后,输出使能信号至判断模块; 所述判断模块,用于接收到所述使能信号后,判断CS引脚输出的信号是否小于预设的参考电压;所述关断及锁存模块,用于当CS引脚输出的信号小于预设的参考电压时,关断所述控制器并锁存关断状态。
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,所述延时模块为延时单脉冲发生器,用于延时所述预设的时间段后,输出单脉冲信号作为使能信号至判断模块。
3.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,所述延时模块为计时器,用于计时所述预设的时间段后,输出使能信号至判断模块。
4.根据权利要求2或3所述的开关电源的短路保护电路,其特征在于,所述预设的时间段小于所述开关电源的最长开关周期。
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,所述判断模块为第二比较器;所述第二比较器的使能信号输入端接所述延时模块的使能信号输出端;所述第二比较器的正输入端接参考电压,负输入端接CS引脚,输出端接所述关断及锁存模块。
6.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,所述短路保护电路还包括参考电压产生模块;所述参考电压产生模块接所述判断模块的第一输入端,用于产生所述预设的参考电压。
7.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,所述关断及锁存模块是一锁存器。
8. 一种开关电源的控制器,其特征在于,所述控制器内置有如权利要求1至7任一项所述的短路保护电路。
9. 一种开关电源,所述开关电源包括控制器,其特征在于,所述开关电源的控制器内置有如权利要求1至7任一项所述的短路保护电路。
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