CN202797900U - 过流保护电路及使用过流保护电路的降压式开关电源装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种过流保护电路及用于其的降压式开关电源。本实用新型是抑制过流保护动作时的发热。过流保护电路(15)包括过流保护动作部(153)，该过流保护动作部(153)是在从降压式开关电源装置(1)的输出电流Iout超过第1过流保护值I1时起到强制断开输出晶体管(11)为止的期间，使输出电流Iout降低到比第1过流保护值I1低的第2过流保护值I2为止。

Description

过流保护电路及使用过流保护电路的降压式开关电源装置
技术领域
本实用新型涉及一种过流保护电路及使用过流保护电路的降压式开关电源装置。 
背景技术
以往，在同步整流方式的降压式开关电源装置中，设置着在过流检测时使输出晶体管(上侧晶体管)及同步整流晶体管(下侧晶体管)强制性地断开而使输出动作停止(shutdown)的过流保护电路。如此一来，如果构成为将输出晶体管与同步整流晶体管均强制断开，那么，不论过流的产生原因(控制器IC(Integrated Circuit，集成电路)外部的状态)如何，均可阻断过流可能流经的路径，将系统保持安全状态。 
另外，作为与所述相关的先前技术的一例，可以列举专利文献1或专利文献2。 
[背景技术文献] 
[专利文献] 
专利文献1：日本专利特开2008-289308号公报 
专利文献2：日本专利特开2002-153047号公报 
实用新型内容
[实用新型所要解决的问题] 
然而，在所述现有的降压式开关电源装置中，输出段的线圈是在过流检测时强制性地断开输出晶体管及同步整流晶体管之后，仍使自接地端经由同步整流晶体管的体二极管(body diode)流向输出端的电流流动。因此，例如在使体二极管的顺向下降电压为0.7V，使流入体二极管中的电流最大值为10A的情况下，由于体二极管消耗7W的大功率，而存在产生较大发热，招致降压式开关电源装置(或装载其的应用)出现热破坏的可能性。 
另外，不仅限于所述例示的同步整流方式的降压式开关电源装置，非同步整流方式的降压式开关电源装置也存在相同的课题。 
本实用新型是鉴于本申请案的发明者等人发现的所述问题，而以提供一种可抑制过流保护动作时的发热的过流保护电路、及使用过流保护电路的降压式开关电源装置为目 的。 
[解决问题的技术手段] 
为了实现所述目的，本实用新型的过流保护电路构成为包括过流保护动作部，该过流保护动作部是在从降压式开关电源装置的输出电流超过第1过流保护值时起到强制断开输出晶体管为止的期间，使所述输出电流降低到比所述第1过流保护值低的第2过流保护值为止(第1构成)。 
另外，在包括所述第1构成的过流保护电路中，可构成为所述过流保护动作部多级地降低所述第2过流保护值(第2构成)。 
而且，在包括所述第1或第2构成的过流保护电路中，可构成为所述过流保护动作部在所述输出电流超过所述第1过流保护值后，立刻将所述输出电流降低到所述第2过流保护值为止(第3构成)。 
而且，在包括所述第1至第3中任一构成的过流保护电路中，可构成为所述过流保护动作部在从所述输出电流超过所述第1过流保护值时起到经过第1时间为止的期间，将所述输出电流的上限值钳制为所述第1过流保护值，在经过所述第1时间后进而到又经过第2时间为止的期间，将所述输出电流的上限值钳制为所述第2过流保护值，且在经过所述第2时间的时间点，将所述输出晶体管强制性地断开(第4构成)。 
而且，在包括所述第4构成的过流保护电路中，可构成为所述过流保护动作部包括计量所述第1时间及所述第2时间的计时器(第5构成)。 
而且，包括所述第1至第5中任一构成的过流保护电路可构成为包括：电流监控部，监控所述输出电流；及保护值设定部，设定所述第1过流保护值及所述第2过流保护值；且，所述过流保护动作部将所述电流监控部的输出与所述保护值设定部的输出进行比较，实施过流保护动作(第6构成)。 
而且，本实用新型的降压式开关电源装置构成为具有包括所述第1至第6中任一构成的过流保护电路(第7构成)。 
另外，包括所述第7构成的降压式开关电源装置可构成为包括同步整流晶体管作为整流元件(第8构成)。 
而且，在包括所述第8构成的降压式开关电源装置中，可构成为所述过流保护动作部在将所述输出晶体管强制断开时，同时也将所述同步整流晶体管强制断开(第9构成)。 
而且，包括所述第7构成的降压式开关电源装置可构成为包括整流二极管作为整流元件(第10构成)。 
[实用新型的效果] 
根据本实用新型，能够提供一种可抑制过流保护动作时的发热的过流保护电路、及使用过流保护电路的降压式开关电源装置。 
附图说明
图1是表示降压式开关电源装置的一构成例的图。 
图2是表示过流保护电路15的一构成例的图。 
图3是表示过流保护动作的第1例的时序图。 
图4是表示过流保护动作的第2例的时序图。 
图5是表示过流保护动作的第3例的时序图。 
图6是表示降压式开关电源装置的一变形例的图。 
图7是表示装载着开关电源装置的电视机的一构成例的框图。
图8A～图8C分别是装载着开关电源装置的电视机的前视图、侧视图、及后视图。本构成例的视图。
[符号的说明] 
1      降压式开关电源装置 
10     半导体装置 
11     输出晶体管 
12     同步整流晶体管 
13     驱动器 
14     控制器 
15     过流保护电路 
151    电流监控部 
152    保护值设定部 
153    过流保护动作部 
154    计时器 
16     整流二极管 
L1     线圈 
C1     电容器 
R1     电阻 
R2     电阻 
具体实施方式
<降压式开关电源装置> 
图1是表示降压式开关电源装置的一构成例的图。本构成例的降压式开关电源装置1包括半导体装置10、及外置于半导体装置10的各种分立零件(线圈L1、电容器C1、电阻R1及R2)。 
半导体装置10至少包括外部端子X1～X3，以确立与外部的电性连接。在半导体装置10的外部，外部端子(电源端子)X1与输入电压Vin的施加端连接。外部端子(开关端子)X2是与线圈L1的第1端连接。线圈L1的第2端、电容器C1的第1端、及电阻R1的第1端均与输出电压Vout的施加端连接。电容器C1的第2端是与接地端连接。电阻R1的第2端、及电阻R2的第1端均与半导体装置10的外部端子(反馈端子)X3连接。电阻R2的第2端是与接地端连接。电阻R1及R2是作为从相互的连接节点将分压输出电压Vout的反馈电压Vfb输出的反馈电压生成部发挥功能。线圈L1及电容器C1是作为将外部端子X2中呈现的矩形波状开关电压Vsw平滑化，生成输出电压Vout的输出平滑部发挥功能。 
半导体装置10是将晶体管11、晶体管12、驱动器13、控制器14、及过流保护电路15集成化所得的所谓开关电源控制器IC。 
晶体管11是连接在外部端子X1与外部端子X2之间，且根据从驱动器13输入的栅极信号G1，受到接通/断开控制的输出晶体管(上侧晶体管)。在由NMOSFET[N-channel type metal oxide semiconductor field effect transistor，N型沟道金属氧化物半导体场效应晶体管]形成晶体管11的情况下，晶体管11中以图示的方向寄生着体二极管D1。 
晶体管12是连接在外部端子X2与接地端之间，且根据从驱动器13输入的栅极信号G2受到接通/断开控制的同步整流晶体管(下侧晶体管)。另外，在由NMOSFET形成晶体管12的情况下，晶体管12中以图示的方向寄生着体二极管D2。 
驱动器13是根据从控制器14输入的开关控制信号SO，生成栅极信号G1及G2，且以特定的驱动频率(例如500kHz)对晶体管11及12互补性(互斥性)地进行开关控制。另外，本说明书中使用的所谓「互补性(互斥性)」的术语不仅包含晶体管11及12接通/断开完全反转的情况，也包括就防止导通电流的观点而言，对晶体管11及12的接通/断开过渡时序赋予特定的延迟的情况(设置同时断开期间的情况)。通过互补性(互斥性)地接通/断开晶体管11及12，而在外部端子X2中生成矩形波状的开关电压Vsw。 
控制器14是以输入到外部端子X3的反馈电压Vfb与特定的目标值一致的方式，生成开关控制信号SO。另外，作为控制器14对晶体管11及12的驱动方式，也可以采用PWM[pulse width modulation，脉宽调制]驱动方式或PFM[pulse frequency modulation，脉冲频率调制]驱动方式等任一方式。 
过流保护电路15是监控流入降压式开关电源装置1中的输出电流Iout是否为过流状态，且将与该监控结果相应的钳位控制信号S1及停止控制信号S2输出至控制器14。 
<过流保护电路> 
图2是表示过流保护电路15的一构成例的图。本构成例的过流保护电路15包括电流监控部151、保护值设定部152及过流保护动作部153。 
电流监控部151是监控输出电流Iout，且将与输出电流Iout的电流值相应的电流检测信号(电压信号或电流信号)输出至过流保护动作部153。作为监控输出电流Iout的电流值的方法，可以考虑监控晶体管11中的电压下降量的方法、或监控设置在输出电流Iout的导通路径上的感应电阻(Sense resistor)中的电压下降量的方法等。 
保护值设定部152是设定与电流检测信号进行比较参照的过流保护值I1及I2(其中I1＞I2)。 
过流保护动作部153是比较电流监控部151的输出与保护值设定部152的输出，进行过流保护动作。另外，过流保护动作部153包括计量用来防止过流误检测的屏蔽时间T(＝T1+T2)的计时器154，当输出电流Iout超过过流保护值I1的状态在遍及屏蔽时间T内持续时，强制断开晶体管11及12，使输出动作停止。 
<过流保护动作> 
图3是表示过流保护动作的第1例的时序图，且由上而下依序地描绘输出电流Iout及线圈电流IL的电流波形、以及输出电压Vout的电压波形。另外，实线是表示本实用新型的行为，虚线是表示以往的行为。 
如果因某些异常情况而使输出电流Iout陷入过流状态，且在时刻t1，输出电流Iout超过过流保护值I1，则过流保护动作部153利用计时器154开始计时屏蔽时间T(例如1μs)。 
在从时刻t1起到经过时间T1(例如500ns)为止的期间，过流保护动作部153以将输出电流Iout的上限值钳制为过流保护值I1的方式，生成钳位控制信号S1。收到钳位控制信号S1输入的控制器14以将输出电流Iout的上限值钳制为过流保护值I1的方式，生成开关控制信号SO。另外，随着将输出电流Iout的上限值钳制为过流保护值I1，输出电压Vout从目标值开始下降。 
如果从时刻t1起经过时间T1到达时刻t2，那么，过流保护动作部153对保护值设定部152发送指示，使过流保护值I1成为过流保护值I2。而且，在从时刻t2起进而经过时间T2(例如500ns)为止的期间，过流保护动作部153以将输出电流Iout的上限值钳制为过流保护值I2的方式，生成钳位控制信号S1。收到钳位控制信号S1输入的控制器 14以将输出电流Iout的上限值钳制为过流保护值I2的方式，生成开关控制信号SO。另外，随着使输出电流Iout的上限值向过流保护值I2下降，输出电压Vout从目标值进一步下降。 
如果从时刻t2起经过时间T2到达时刻t3，那么，过流保护动作部152生成停止信号S2，以强制断开晶体管11及12。收到停止信号S2输入的控制器14生成开关控制信号SO，以强制断开晶体管11及12。其结果，使降压式开关电源装置1的输出动作停止。 
此时，输出段线圈L1是在强制性地断开晶体管11及12之后，仍使从接地端经由晶体管12的体二极管D2朝向输出端的电流流动。但是，如图3所示，过流保护动作部153构成为在从时刻t1中输出电流Iout超过过流保护值I1时起直至时刻t3中强制断开晶体管11及12为止的期间，使输出电流Iout下降到低于过流保护值I1的过流保护值I2为止。 
可通过如此的构成，而减小体二极管D2中的消耗功率，因此，可以抑制过流保护动作时的发热，避免降压式开关电源装置1(或装载其的应用)出现热破坏。 
另外，过流保护动作的第1例(图3)使以仅设定一个过流保护值I2的构成为例进行说明，但本实用新型的构成并不限于此，也可以如过流保护动作的第2例(图4)中所示，使过流保护动作部153构成为以多级(I2a、I2b)降低过流保护值I2。 
而且，过流保护动作的第1例(图3)或第2例(图4)是以在从输出电流Iout超过过流保护值I1时起经过时间T1后，使过流保护值I1降低到过流保护值I2为止的构成为例进行说明，但是本实用新型的构成并不限于此，也可以如过流保护动作的第3例(图5)中所示，过流保护动作部153构成为在输出电流Iout超过过流保护值I1后立刻将输出电流Iout降低到过流保护值I2为止(将时间T1设定为零值的构成)。 
如上所述，如果采用过流保护动作的第2例(图4)或第3例(图5)，则除了能够收到与过流保护动作的第1例(图3)相同的效果以外，还不仅可尽量抑制晶体管11及12强制断开后产生的发热，而且可尽量抑制晶体管11及12的开关动作继续的屏蔽时间T中产生的发热。 
<电流钳位方法> 
首先，对第1电流钳位方法(比较器模式)进行说明。第1电流钳位方法是将晶体管11或晶体管12(均为接通电阻值：Ron)中的下降电压Vdrop(＝Ron×Iout)、与相当于过流保护值I1的阈值电压进行比较，且基于该比较结果，生成钳位控制信号S1。收到钳位控制信号S1输入的控制器14生成开关控制信号SO，以将输出电流Iout的上限值钳制为过流保护值I1。 
其次，对第2电流钳位方法(电流模式)进行说明。第2电流钳位方法是撷取流入晶体管11中的输出电流Iout作为电压信号(钳位控制信号S1)，且将该电压信号发送到控制器14内的电流斜率(current slope)生成部(图1中未图示)。电流斜率生成部是将所述电压信号再次转换成电流，且基于该电流，对斜率电压Vslp的角度(上升速度)进行可变控制。控制器14是将根据反馈电压Vfb生成的误差电压Verr(＝反馈电压Vfb与参照电压Vref的差值电压)与所述斜率电压Vslp进行比较，基于该比较结果，决定晶体管11的占空比(on duty)。具体而言，在电流斜率生成部是以流入晶体管11中的输出电流Iout越接近过流保护值I1则晶体管11的占空比越小的方式，对斜率电压Vslp的角度周期地进行可变控制，所以，生成开关控制信号SO，以将输出电流Iout的上限值钳制为过流保护值I1。 
<对电视机的应用> 
图7是表示装载着开关电源装置的电视机的一构成例的框图。 
而且，图8A～图8C分别是装载着开关电源装置的电视机的前视图、侧视图、及后视图。本构成例的电视机X包括调谐器部X1、解码器部X2、显示部X3、扬声器部X4、操作部X5、接口部X6、控制部X7及电源部X8。 
调谐器部X1是根据由与电视机X外部连接的天线X0接收的接收信号，选取所需频道的播放信号。 
解码器部X2是根据由调谐器X1选取的播放信号，生成影像信号及声音信号。而且，解码器部X2也具有基于来自接口部X6的外部输入信号，生成影像信号及声音信号的功能。 
显示部X3是将由解码器部X2生成的影像信号作为影像输出。 
扬声器部X4是将由解码器部生成的声音信号作为声音输出。 
操作部X5是受理用户操作的人机接口之一。可以使用按键、开关、遥控器等作为操作部X5。 
接口部X6是从外部器件(光盘播放器(optical disk player)或硬盘驱动器(hard disk drive)等)接收外部输入信号的前端(front end)。 
控制部X7是综合地控制所述各部X1～X6的动作。可以使用CPU[central processing unit，中央处理器]等作为控制部X7。 
电源部X8是对所述各部X1～X7进行电力供给。可较佳地使用所述开关电源装置作为电源部X8。 
<其他变形例> 
而且，所述实施方式是以同步整流方式的降压式开关电源装置为例进行说明，但本实用新型的应用对象并不限于此，例如，如图6(降压式开关电源装置的一变形例)所示，对于具有整流二极管16而取代同步整流晶体管12的非同步整流方式的降压式开关电源装置，也可以应用本实用新型。 
如上所述，本说明书中揭示的各种技术性特征除所述实施方式以外，也可以在不脱离其技术性创作的精神的范围内加以各种变更。例如双极晶体管与MOS场效应晶体管的相互替换、或各种信号的逻辑电平反转是任意的。即，应认为所述实施方式在所有方面均为例示而非限制性内容，且应理解本实用新型的技术性范围是由权利要求范围所表示，而并非由所述实施方式的说明表示，且与权利要求范围均等的意思及属于范围内的所有变更均包含在内。 
[产业上的可利用性] 
本实用新型可以用作用以提高降压式开关电源装置的安全性的技术。 

Claims (10)

1.一种过流保护电路，其特征在于包括：
过流保护动作部，该过流保护动作部是在从降压式开关电源装置的输出电流超过第1过流保护值时起到强制断开输出晶体管为止的期间，使所述输出电流降低到比所述第1过流保护值低的第2过流保护值为止。
2.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于：
所述过流保护动作部是将所述第2过流保护值多级地降低。
3.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于：
所述过流保护动作部是在所述输出电流超过所述第1过流保护值后，立刻将所述输出电流降低到所述第2过流保护值为止。
4.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于：
所述过流保护动作部是在从所述输出电流超过所述第1过流保护值时起到经过第1时间为止的期间，将所述输出电流的上限值钳制为所述第1过流保护值，
在经过所述第1时间后进而到又经过第2时间为止的期间，将所述输出电流的上限值钳制为所述第2过流保护值，且
在经过所述第2时间的时间点，将所述输出晶体管强制性地断开。
5.根据权利要求4所述的过流保护电路，其特征在于：
所述过流保护动作部包括计量所述第1时间及所述第2时间的计时器。
6.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于包括：
电流监控部，监控所述输出电流；及
保护值设定部，设定所述第1过流保护值及所述第2过流保护值；
所述过流保护动作部是将所述电流监控部的输出与所述保护值设定部的输出进行比较，实施过流保护动作。
7.一种降压式开关电源装置，其特征在于：包括根据权利要求1所述的过流保护电路。
8.根据权利要求7所述的降压式开关电源装置，其特征在于：包括同步整流晶体管作为整流元件。
9.根据权利要求8所述的降压式开关电源装置，其特征在于：
所述过流保护动作部是在将所述输出晶体管强制断开时，同时也将所述同步整流晶体管强制断开。
10.根据权利要求7所述的降压式开关电源装置，其特征在于：包括整流二极管作为整流元件。
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