CN206389107U - 用于过流保护的电路 - Google Patents
用于过流保护的电路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN206389107U CN206389107U CN201621407417.0U CN201621407417U CN206389107U CN 206389107 U CN206389107 U CN 206389107U CN 201621407417 U CN201621407417 U CN 201621407417U CN 206389107 U CN206389107 U CN 206389107U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- circuit
- input
- output
- couple
- pwm signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 16
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 12
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 17
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 6
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 1
- 150000002927 oxygen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 238000003079 width control Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K7/00—Modulating pulses with a continuously-variable modulating signal
- H03K7/08—Duration or width modulation ; Duty cycle modulation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
- H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
- H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
- H02H9/025—Current limitation using field effect transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
- H03K3/01—Details
- H03K3/017—Adjustment of width or dutycycle of pulses
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
本实用新型提供了一种用于过流保护的电路，所述用于过流保护的电路针对一种调压器，所述调压器包括控制电路、开关电路、第一过流保护电路和第二过流保护电路。所述控制电路生成脉冲宽度调制(PWM)信号，所述信号具有与所述调压器的输出电压成比例的占空比。当在PWM信号的断开状态期间存在过流状况时，第一过流保护电路阻断PWM信号，直到开关电路中的低侧开关电流感测电平降低到低于设置电流限制电平，而当在PWM信号的接通状态期间发生过流状况，添加到低侧开关电流感测电平的斜坡调节电压电平超过设置电流限制电平和设置阈值的总和电平时，第二过流保护电路关闭PWM信号。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年1月11日提交的Gang CHEN和Gabor REIZIK发明的名称为“OVER-CURRENT PROTECTION CIRCUIT AND METHOD FOR VOLTAGE REGULATORS”(用于调压器的过流保护电路和方法)的美国临时申请No.62/277109的优先权，该临时申请以引用方式并入本文，并且据此要求其对共同主题的优先权。
技术领域
本公开的方面涉及调压器，并且具体地讲，涉及用于调压器的过流保护电路和方法。
背景技术
调压器(voltage regulator)通常用于向负载提供具有稳定输出电压的电力。一种特殊类型的调压器是使用一个或多个开关来控制调压器的输出电压的开关调压器，所述一个或多个开关以与调压器的测量输出电压成比例的占空比来接通和断开。所述开关通常包括由开关电路(诸如：脉冲宽度调制(PWM)电路或恒定导通时间(COT)电路)控制的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)装置，在所述脉冲宽度调制电路中脉冲宽度被控制以维持恒定输出电压，在所述恒定导通时间电路中脉冲宽度保持恒定而脉冲之间的间隔(即断开时间)被控制以维持恒定输出电压。
实用新型内容
根据一个方面，调压器包括控制电路、开关电路、第一过流保护电路和第二过流保护电路。控制电路生成PWM信号，该信号具有与调压器的输出电压成比例的占空比。当在PWM信号的断开状态期间存在过流状况时，第一过流保护电路阻断PWM信号，直到开关电路中的低侧开关电流感测电平降低到低于设置电流限制电平，而当在PWM信号的接通状态期间发生过流状况，包括与低侧开关电流感测电平相加的斜坡信号的斜坡调节电压电平超过设置电流限制电平和设置阈值的总和电平时，第二过流保护电路关闭PWM信号。
根据本实用新型的一个实施例，涉及一种用于过流保护的电路，其特征在于包括：控制电路，所述控制电路用于生成PWM信号，所述PWM信号具有与调压器的输出电压成比例的占空比；开关电路，所述开关电路使用所述PWM信号选择性地将所述调压器的输入耦接到所述调压器的输出；第一过流保护电路，包括：第一比较器，所述第一比较器具有输出、第一输入和第二输入，所述第一输入耦接到所述开关电路的低端电流感测点，所述第二输入耦接到第一参考电压；以及第一逻辑门，所述第一逻辑门具有输出、第一输入和第二输入，所述输出耦接到所述开关电路，所述第一输入耦接到所述控制电路，所述第二输入耦接到所述第一比较器的所述输出；以及第二过流保护电路，包括：第一加法电路，所述第一加法电路具有输出、第一输入和第二输入，所述第一输入耦接到所述开关电路的所述低端电流感测点，所述第二输入耦接到斜坡发生器；第二加法电路，所述第二加法电路具有输出、第一输入和第二输入，所述第一输入耦接到所述第一参考电压，所述第二输入耦接到阈值发生器；第二比较器，所述第二比较器具有输出、第一输入和第二输入，所述第一输入耦接到所述第一加法电路的所述输出，所述第二输入耦接到所述第二加法电路的所述输出；以及第二逻辑门，所述第二逻辑门具有输出、第一输入和第二输入，所述输出耦接到所述开关电路，所述第一输入耦接到所述控制电路，所述第二输入耦接到所述第二比较器的所述输出。
根据上电路的一个单独实施例，其特征在于所述开关电路包括推挽式开关电路，所述推挽式开关电路包括高端金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET开关和低端MOSFET开关。
根据上电路的一个单独实施例，其特征在于还包括采样保持电路，所述采样保持电路用于在所述PWM信号的接通状态期间存储低端开关电流感测电平。
根据上电路的一个单独实施例，其特征在于还包括使用所述调压器的连续电流感测点感测所述开关电路的所述低端开关电流感测电平的电路。
根据上电路的一个单独实施例，其特征在于所述斜坡发生器生成具有转换速率的斜坡信号，所述转换速率与所述调压器的所述输入电压和所述PWM信号的开关频率成比例。
根据上电路的一个单独实施例，其特征在于所述斜坡信号的所述转换速率被设置为使得在过流保护期间的所述开关频率基本上类似于在正常操作期间的所述开关频率。
根据上电路的一个单独实施例，其特征在于所述阈值发生器耦接到所述调压器的所述输出和第二参考电压中的至少一个。
根据上电路的一个单独实施例，其特征在于还包括门控电路，所述门控电路用于在所述PWM信号的断开状态期间禁用所述第二过流保护电路的操作。
根据本实用新型的另一个实施例，涉及一种用于过流保护的电路，其特征在于包括：控制电路，所述控制电路用于生成PWM信号，所述PWM信号具有与调压器的输出电压成比例的占空比；推挽式开关电路，所述推挽式开关电路使用所述PWM信号选择性地将所述推挽式开关电路的输入耦接到所述推挽式开关电路的输出，所述推挽式开关电路包括高端金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET开关和低端MOSFET开关；第一过流保护电路，包括：第一比较器，所述第一比较器具有输出、第一输入和第二输入，所述第一输入耦接到所述推挽式开关电路的低端开关电流感测点，所述第二输入耦接到第一参考电压；以及第一逻辑门，所述第一逻辑门具有输出、第一输入和第二输入，所述输出耦接到所述开关电路，所述第一输入耦接到所述控制电路，所述第二输入耦接到所述第一比较器的所述输出；以及第二过流保护电路，包括：采样保持电路，所述采样保持电路耦接到所述低端开关电流感测点，所述采样保持电路用于在所述PWM信号的接通状态期间存储所述低端电流感测电压电平；第一加法电路，所述第一加法电路具有输出、第一输入和第二输入，所述第一输入耦接到所述采样保持电路，所述第二输入耦接到斜坡发生器；第二加法电路，所述第二加法电路具有输出、第一输入和第二输入，所述第一输入耦接到所述第一参考电压，所述第二输入耦接到阈值发生器；第二比较器，所述第二比较器具有输出、第一输入和第二输入，所述第一输入耦接到所述第一加法电路的所述输出，所述第二输入耦接到所述第二加法电路的所述输出；以及第二逻辑门，所述第二逻辑门具有输出、第一输入和第二输入，所述输出耦接到所述开关电路，所述第一输入耦接到所述控制电路，所述第二输入耦接到所述第二比较器的所述输出。
根据上电路的一个单独实施例，其特征在于所述斜坡发生器生成具有转换速率的斜坡信号，所述转换速率与所述调压器的所述输入电压和所述PWM信号的开关频率成比例。
根据上电路的一个单独实施例，其特征在于所述转换速率被设置为使得在过流保护期间的所述开关频率基本上类似于在正常操作期间的所述开关频率。
附图说明
如附图中所示出的，通过对那些技术的特定实施方案的以下描述，本公开的技术的各种特征和优点将是显而易见的。应注意的是，附图未必按比例绘制，而是将重点放在示出技术概念的原理上。另外，在附图中，相同的参考标号在不同的视图中自始至终可指代相同的部分。附图仅描绘本公开的典型实施方案，并且因此不应被认为是对范围的限制。
图1示出根据本公开的一个实施方案的示例性开关式调压器，其可用于在PWM信号的断开状态期间以及在PWM信号的接通状态期间提供引发的过流保护。
图2示出根据本公开的一个实施方案的由图1的过流保护电路的各种部件生成的信号的示例性波形。
图3示出根据本公开的一个实施方案的可利用过流保护电路的另一个示例性开关式调压器。
图4示出根据本公开的一个实施方案的过流保护电路的另一个示例性实施方案。
图5示出根据本公开的一个实施方案的过流保护电路的另一个示例性实施方案。
具体实施方式
本文所描述的自适应过流保护拓扑的方面提供用于限制开关式调压器中的过流状况的电路和操作方法。电路拓扑在开关电路和两个保护电路中采用低端开关电流感测，以在施加到开关电路的开关信号的断开时间和接通状态期间限制过流状况。具体地讲，可使用总和信号来控制开关信号的接通状态期间表现出的过流状况，所述总和信号具有自适应斜坡信号以及在开关信号的断开状态期间显示出的电流电平的存储值。总和信号表示在开关信号的接通状态期间存在的负载电流电平，其可在开关信号的接通状态期间被馈送到保护电路中的一个以用于限制过流状况。
开关式调压器是使用开关电路来控制输出电压的特定类型的调压器，所述开关电路以与调压器的测量输出电压成比例的占空比来接通和断开。开关电路可包括例如耦接到续流二极管的单个开关(例如，晶体管)，以便在开关断开时将由输出电感器激发的反向电流分流。开关电路可包括多个开关，诸如包括两个开关的推挽式开关电路，所述两个开关交替地接通和断开，以用于产生到电感器的开关信号。
使用此类开关式调压器可通过减小或限制调压器中开关两端的电压降来提供超过非开关调压器的增强效率。也就是说，开关式调压器通过如下方式来调节其输出：以足以维持调节的占空比交替地使一个或多个开关接通和断开，同时使开关在其接通状态或断开状态下保持在饱和状况或接近饱和状况。然而，开关式调压器面临着待克服以确保其正确操作的若干挑战。例如，瞬态负载状况，诸如跨开关式调压器的输出放置的短路，可导致通过其开关电路汲取过量电流，如果没有得到恰当控制或限制的话，这会造成永久损害。
为解决此问题，已实施用于过流限制的若干常规方法。例如，已开发出一种过流保护方法，该方法感测推挽式开关电路的高端开关电流感测点(例如，开关电路的输入电压(Vin))。此电路可在开关信号的接通状态期间控制过流状况，但在高端开关接通时，有限的电流电平因通常在电流感测点处引起的相对较大的噪声而不是非常准确。另外，使用开关电路的高端感测点的过流保护电路可为针对窄接通时间应用的待实施的挑战。
另一种类型的常规过流保护方法包括感测推挽式开关电路的低端开关感测点的一种方法。尽管这种常规方法在开关信号的断开状态期间有效地控制过流状况，但它基本上不能在开关信号的接通状态期间控制过流状况。以上所描述的过流保护方法的替代方法包括过流保护电路，该电流保护电路感测开关电路的高端开关电流感测点和低端开关电流感测点。然而，此类型的过流保护电路通常很复杂，因此实施起来很昂贵。另外，此类电路的具体实施可能仍需要克服针对窄接通时间应用的挑战。
图1示出根据本公开的一个实施方案的示例性开关式调压器100。开关式调压器100用开关式调压器来实施，该开关式调压器在这种特定情况下是将输入电压(Vin)转换成输出电压(Vout)的同步降压转换器。开关式调压器包括脉冲宽度调制(PWM)电路106、门驱动电路108、推挽式开关电路110、电感器112和反馈电路114。PWM电路106生成PWM信号，该PWM信号通过驱动电路108馈送到推挽式开关电路110，以将电力从输入(Vin)递送至输出(Vout)，该输出耦接到负载116和电容器118。如以下将详细描述的，开关式调压器100修改发送到开关电路110的PWM信号，从而可使用推挽式开关电路110的低端开关电流感测点124来保护开关式调压器100免于在PWM信号的断开状态期间以及在PWM信号的接通状态期间引发的过流状况。
在特定示例性开关式调压器100中，开关电路110是具有上开关122'和下开关122”的推挽式开关电路，该推挽式开关电路使用PWM信号选择性地将电路的输入Vin耦接到电路的输出Vout。尽管如所示和所述的推挽式开关电路110是推挽式开关电路，但过流保护电路100可用其他类型的开关电路来实施，诸如具有仅单个开关和续流二极管的开关电路，所述续流二极管在开关断开时对电感器112电流进行整流。另外，尽管如图所示的开关122包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，但开关可以是任何合适的类型，诸如双极晶体管、结型场效应晶体管(JFET)等。
针对用MOSFET开关实施的推挽式开关电路，低端电流感测点124通常是指推挽式开关电路110的接近低端开关122”的漏极端子的节点，而高端感测点126是指推挽式开关电路110的接近高端开关122'的漏极端子的节点(即Vin输入)。另外，连续电流感测点128被定义为使电感器112与负载116互连的节点。
控制电路106使用反馈电路114生成PWM信号，该PWM信号具有与调压器的输出电压成比例的占空比。误差放大器监测输出电压感测(FB)信号和电压参考(VREF)信号之间的差异，并据此提供用于控制PWM控制电路106的操作的补偿误差(COMP)信号。在正常操作中，PWM开关脉冲由PWM设置(PWM_S_1)信号启动，并且由PWM重置(PWM_R_1)信号终止，所述信号由PWM控制电路106生成。
应当理解，图1仅描述开关式调压器的一个实例，并且应当理解，其他实施方案设想开关式调压器100可用相比本文所描述的开关式调压器具有另外的、更少的或其他类型的部件的其他开关式调压器来实施。例如，尽管如所示和所述的开关式调压器是减少其输入与输出之间的电压电平的同步降压转换器，但开关式调压器的其他实施方案还可包括其他类型的开关式调压器，诸如降压-升压转换器或Zeta转换器。
开关式调压器100的第一过流保护电路132包括由电流感测电路136和VILMT阈值电压源138馈送的第一比较器134。一般来讲，根据电流感测电路136所生成的低端电流感测电平(CS)，当PWM信号的断开状态期间存在过流状况时，第一过流保护电路132通过与门140和PWM锁存器142阻断PWM信号。低端开关电流感测电路136在其接通时间(即PWM信号的断开时间)期间通过测量低端开关(例如，MOSFET)122”的漏极端子和源极端子两端的电压降来感测电感器112电流，以生成电流感测(CS)信号。如果CS信号超过电流限制参考信号发生器138所生成的电流限制阈值VILMT信号，则第一比较器134的输出信号使用与门140来阻断第一信号(PWM_S_1)设置PWM锁存器142。
开关式调压器100的第二过流保护电路148包括第二比较器150、斜坡发生器152和阈值发生器154。第二比较器150被构造成能够根据包括与低端电流感测(CS)信号相加的斜坡电压的斜坡调节电压电平(CSR)信号，在PWM信号的接通状态期间存在过流状况时关闭PWM信号。也就是说，一旦CS信号和斜坡发生器152所生成的斜坡信号的总和高于第二阈值(CSR_TH)信号，该第二阈值信号是电流限制阈值VILMT信号和阈值发生器154所生成的输出阈值VTH信号的总和，则第二比较器150的输出使用或门156来重置PWM锁存器142。
为了在可变操作条件下具有恒定过流保护电平和稳定开关频率，可在斜坡发生器152和阈值发生器154中使用自适应前馈控制。斜坡信号的转换速率与输入电源电压(Vin)和标称开关频率(FSW)成比例，而阈值信号(VTH)与输出电压(Vout)或参考电压(VREF)成比例。
图2示出根据本公开的一个实施方案的由第一过流保护电路132和第二过流保护电路148的各种部件生成的信号的示例性波形。具体地讲，波形202示出PWM锁存器142所生成的PWM信号，波形204示出CS信号和斜坡信号的总和组合所形成的CSR信号，波形206示出电流感测电路136所生成的CS信号，而波形208示出斜坡发生器152所生成的斜坡信号。另外，CSL波形210是指表示电感器电流与低端开关122”的传导电阻的乘积的虚构信号。一般而言，PWM信号具有由TON和TON1指定的对应于PWM信号的逻辑高状态的接通时间，并且具有由接通时间之间的那些时段指定的对应于PWM信号的逻辑低状态的断开时间(例如，逻辑lo)。
在此示例性情况中，电流感测电路136在PWM信号的断开时间(例如，PWM信号的谷部分)期间感测和追踪低端开关122”两端的传导电压降，并且利用采样保持电路在PWM信号的整个接通时间里保持感测的传导电压降。CSR信号是CS信号和斜坡信号的总和，而CSR_TH信号是电流限制阈值(VILMT)信号和阈值电压信号(VTH)的总和。
在时间(t0)之前，开关式调压器在正常状况下运行，其中输出电流低于设置电流限制。然而，在时间(t0)之后，输出负载116中发生过流事件，使得电感器电流因PWM信号中接通时间的长持续时间而迅速上升。在时间(t1)处，CSR信号接近CSR_TH信号的值，并且PWM信号由第二比较器150通过或门156重置。在该点处，PWM信号可仅在CS信号变成低于电流限制阈值信号(VILMT)的时间(t2)处被再次设置。只要过流事件继续，CSR信号就将在CSR_TH信号与电流限制阈值信号(VILMT)之间的窗口中操作，以用于进行中的PWM信号周期。因此，CSL所描绘的低通滤波器电流电平被良好地钳位至如电感器过流电压信号(VOC)所表示的平均电平。
在正常操作中，PWM信号具有标称开关周期(TSW)，并且生成具有可根据下式计算的接通时间(TON)的脉冲：
Ton＝(Tsw*Vout)/Vin
良好的实践将是使过流模式开关周期(TSW1)在过流保护操作期间接近标称开关周期(TSW)。一般来讲，如果过流模式开关周期(TSW1)比标称开关周期(TSW)短得多，那么开关损耗会增加。在另一个方向上，如果过流模式开关周期(TSW1)比标称开关周期(TSW)长得多，那么输出中的纹波电压会增加。因此，在一个实施方案中，斜坡信号的转换速率(Sramp)可根据下式来设置：
Sramp＝VTH/Ton
也就是说，斜坡信号的转换速率可被设计成大体上等于VTH除以Ton的商，以使得阈值电压信号(VTH)可被调整为在正常操作期间将开关周期(TSW1)维持成大体类似于开关周期(TSW)。
图3示出根据本公开的教导的可利用过流保护电路的另一个示例性开关式调压器300。开关式调压器300一般包括：推挽式开关电路302、电感器304、负载306、与门308、或门310，PWM锁存器312和反馈电路314，其在设计和构造上类似于图1的推挽式开关电路110、电感器112、负载116、与门140、或门156、PWM锁存器142和反馈电路114。
开关式调压器300还包括PWM控制电路318，该PWM控制电路可由阈值发生器电路320以及电流感测和斜坡发生器电路322控制，以在PWM电路318所生成的PWM信号的接通时间和断开状态期间提供过流保护。
阈值发生器电路320可借助于增益级放大器(GVo)324生成与Vout成比例的阈值信号VTH。为在低Vout条件下减少开关频率，阈值信号VTH可具有由最小电压源Vmin 326确定的最小输出电压VMIN。VTH信号随后与来自偏置电压源VOS 328的信号相加，以生成馈送到PWM控制电路318的COMP_TH信号。
电流感测和斜坡发生器电路322可用于在PWM信号的接通时间和断开状态期间提供过流保护。电流感测和斜坡发生器电路322包括采样保持电路，其具有运算放大器(op-amp)332、第一延迟电路334和第二延迟电路336。采样保持电路在其接通状态期间追踪和保持开关电路302的低端开关的传导电压。采样保持电路中的延迟时间还可添加消隐时间以防止噪声注入。当PWM信号关闭时，第一延迟电路334选通第一开关338以给电容器340充电，而第二延迟电路336选通第二开关342以在PWM信号的接通状态期间向斜坡发生器施加感测的CS信号电平。
斜坡发生器具有自适应电流源(iup)344、开关346和电容器348。如图所示，斜坡发生器所生成的斜坡信号的转换速率在PWM信号的接通状态期间与Vin电平成比例并通过开关346选通到电容器348。也就是说，电流源344由Vin信号控制以获得PWM信号的自适应脉冲宽度控制。CSR信号是斜坡信号与来自感测电路的存储CS信号的组合。电容器348以及电阻器350和352形成加法电路，以使斜坡信号与来自具有适当时间常数的采样保持电路的CS信号相加。
图4示出根据本公开的一个实施方案的过流保护电路400的另一个实施方案，其可用于在PWM信号的断开状态期间以及在PWM信号的接通状态期间提供过流保护。过流保护电路400包括PWM控制电路402、多输入比较器404、第一反相器406、与门408、两个开关410和第二反相器412。
在一个实施方案中，PWM控制电路402可实施为单片芯片，该单片芯片利用其内部电路提供PWM_pre信号、RAMP信号和COMPTH信号。这样，根据本公开的教导的过流保护所需要的总体零件可减少。一般来讲，图4的RAMP信号和COMPTH信号在功能性上类似于相对于图1所示出和所述的RAMP信号和VTH信号。过流保护电路400还可包括与以上参考图1所述信号类似的其他信号。例如，过流保护电路400可使用在功能性上类似于图1中CS信号的CS信号，而VILMT信号在功能性上类似于图1的VILMT信号。
如以上参考图1所述，过流保护电路400可在PWM信号的断开状态期间使用CS信号和VILMT信号向多输入比较器404提供过流保护。另外，过流保护电路400可在PWM信号的接通状态期间使用RAMP信号和COMPTH信号向多输入比较器404提供过流保护。针对断开时间过流保护，当CS信号超过VILMT信号的电平时，多输入比较器404的输出停留在逻辑高电平，使得与门408通过反相器406阻断PWM_pre信号传播到PWM信号以用于控制开关式调压器。在PWM信号的这些断开状态期间，COMPTH信号通过第一开关410”从多输入比较器404的输入断开，而多输入比较器404的输入通过第二开关410'和反相器412连接到地面或RAMP信号。与此同时，RAMP信号可停留在接地电平。
对于COMPTH通过第一开关410”连接到多输入比较器404的接通时间过流保护，当CS信号和RAMP信号的总和电平超过VILMT信号和COMPTH信号的总和电平时，多输入比较器404的输出转到逻辑高电平，使得与门408通过反相器406阻断PWM_pre信号传播到PWM信号。
过流保护电路400的实施方案可具有优于图1的电流保护电路100的特别优点，即使用PWM控制电路402所提供的RAMP信号和COMPTH信号达成减少的部件数。
图5示出根据本公开的一个实施方案的过流保护电路500的另一个示例性实施方案，其可用于在PWM信号的断开状态期间以及在PWM信号的接通状态期间提供过流保护。如图所示的过流保护电路500可在使用连续电流感测时特别有用；即，在跨电感器或与电感器串联的感测电阻感测过流状况时，而不是如以上参考图1所示和所述的在推挽式开关电路的低端开关处。
过流保护电路500通常包括PWM控制电路502、断开时间过流保护电路504、接通时间过流保护电路506和PWM锁存器508。PWM控制电路502可包括生成馈送到PWM锁存器508的PWM_S_pre信号和PWM_R_pre信号的任何类型的电路(例如，单片电路芯片)。断开时间电流限制电路504选择性地将PWM_S_pre信号选通到PWM锁存器508，并且接通时间电流限制电路506选择性地将PWM_R_pre信号选通到PWM锁存器508。
断开时间电流限制电路504可在PWM信号的断开状态期间使用CS信号和VILMT信号向第一比较器510提供过流保护，其中CS信号和VILMT信号以与以上参考图1所描述的那种类似的方式来起作用。当CS信号超过VILMT信号的电平时，第一比较器510的输出可转到逻辑高电平，使得与门514通过反相器516阻断PWM_S_pre信号传播到PWM信号以用于控制开关式调压器。在PWM信号的这些断开状态期间，RAMP信号被与非门522所控制的开关547拉低，并且与门518阻断第二比较器512的输出，使之无法传播到PWM锁存器508的重置信号PWM_R。
对于接通时间过流保护，一旦CS信号在PWM信号的接通状态期间转到高于VILMT电平，自适应电流源544就开始对电容器548充电。当RAMP信号超过COMPTH信号的电平时，第二比较器512的输出可转到逻辑高电平，使得或门520重置PWM信号以用于控制开关式调压器。
尽管过流保护电路100、300、400和500示出了可用于为调压器提供过流保护的电路的示例性实施方案，但其他实施方案可具有其他拓扑而不偏离本公开的精神和范围。例如，可相比于本文所描述的部件，其他实施方案包括另外的、更少的或不同的部件。另外，示例性电路100、300、400和500中的每一个的特定部件可集成到单片电路芯片中，而其他部件是使用离散电路来实施的。
本实用新型因而公开了一种用于电路的过流保护方法，所述方法包括：当在PWM信号的断开状态期间存在过流状况，即从开关电路获得的低端开关电流感测电平超过第一参考电压时，阻断到所述开关电路的所述PWM信号；以及当在所述PWM信号的接通状态期间存在过流状况，即在包括与所述低端开关电流感测电平相加的斜坡信号的斜坡调节电压电平超过所述第一参考电压和阈值电压的总和电平时，关闭到所述开关电路的所述PWM信号。
根据上述方法的一个单独实施例，还包括感测推挽式开关电路的所述低端开关电流感测电平，所述推挽式开关电路包括高端金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关和低端MOSFET开关，低端电流感测点包括所述低端MOSFET开关的漏极端子。
根据上述方法的一个单独实施例，还包括使用调压器的连续电流感测点感测所述开关电路的所述低端开关电流感测电平。
根据上述方法的一个单独实施例，还包括在所述PWM信号的接通状态期间存储所述低端开关电流感测电平。
根据上述方法的一个单独实施例，还包括将所述斜坡信号设置成具有与所述调压器的输入电压和所述PWM信号的开关频率成比例的转换速率。
根据上述方法的一个单独实施例，还包括将所述转换速率设置为使得在过流保护期间的所述开关频率基本上类似于在正常操作期间的所述开关频率。
根据上述方法的一个单独实施例，还包括设置与输出电压电平或者第二参考电压成比例的所述阈值电压。
根据上述方法的一个单独实施例，还包括在所述PWM信号的所述断开状态期间禁用第二过流保护电路的操作。
据信，通过上述描述，本公开和及其许多附带优点将被理解，并且显而易见的是，可在不偏离所公开的主题或不牺牲其所有材料优点的情况下对部件的形式、构造和布置做出各种改变。所描述的形式仅是说明性的，并且以下权利要求的意图涵盖和包括此类改变。
尽管已经参考各种实施方案描述了本公开，但应当理解，这些实施方案是例示性的，并且本公开的范围不限于这些实施方案。很多变化、修改、添加和改进都是可能的。更一般地说，根据本公开的实施方案已在具体实施方式的背景下作了描述。功能性可在本公开的各种实施方案中以不同的方式分开或合并成块中，或者用不同的术语来描述。这些与其他变化、修改、添加和改进可属于以下权利要求书所限定的本公开的范围。
Claims (11)
1.一种用于过流保护的电路，其特征在于包括：
控制电路，所述控制电路用于生成PWM信号，所述PWM信号具有与调压器的输出电压成比例的占空比；
开关电路，所述开关电路使用所述PWM信号选择性地将所述调压器的输入耦接到所述调压器的输出；
第一过流保护电路，包括：
第一比较器，所述第一比较器具有输出、第一输入和第二输入，所述第一输入耦接到所述开关电路的低端电流感测点，所述第二输入耦接到第一参考电压；以及
第一逻辑门，所述第一逻辑门具有输出、第一输入和第二输入，所述输出耦接到所述开关电路，所述第一输入耦接到所述控制电路，所述第二输入耦接到所述第一比较器的所述输出；以及
第二过流保护电路，包括：
第一加法电路，所述第一加法电路具有输出、第一输入和第二输入，所述第一输入耦接到所述开关电路的所述低端电流感测点，所述第二输入耦接到斜坡发生器；
第二加法电路，所述第二加法电路具有输出、第一输入和第二输入，所述第一输入耦接到所述第一参考电压，所述第二输入耦接到阈值发生器；
第二比较器，所述第二比较器具有输出、第一输入和第二输入，所述第一输入耦接到所述第一加法电路的所述输出，所述第二输入耦接到所述第二加法电路的所述输出；以及
第二逻辑门，所述第二逻辑门具有输出、第一输入和第二输入，所述输出耦接到所述开关电路，所述第一输入耦接到所述控制电路，所述第二输入耦接到所述第二比较器的所述输出。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于所述开关电路包括推挽式开关电路，所述推挽式开关电路包括高端金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET开关和低端MOSFET开关。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于还包括采样保持电路，所述采样保持电路用于在所述PWM信号的接通状态期间存储低端开关电流感测电平。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于还包括使用所述调压器的连续电流感测点感测所述开关电路的所述低端开关电流感测电平的电路。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于所述斜坡发生器生成具有转换速率的斜坡信号，所述转换速率与所述调压器的所述输入电压和所述PWM信号的开关频率成比例。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于所述斜坡信号的所述转换速率被设置为使得在过流保护期间的所述开关频率基本上类似于在正常操作期间的所述开关频率。
7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于所述阈值发生器耦接到所述调压器的所述输出和第二参考电压中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于还包括门控电路，所述门控电路用于在所述PWM信号的断开状态期间禁用所述第二过流保护电路的操作。
9.一种用于过流保护的电路，其特征在于包括：
控制电路，所述控制电路用于生成PWM信号，所述PWM信号具有与调压器的输出电压成比例的占空比；
推挽式开关电路，所述推挽式开关电路使用所述PWM信号选择性地将所述推挽式开关电路的输入耦接到所述推挽式开关电路的输出，所述推挽式开关电路包括高端金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET开关和低端MOSFET开关；
第一过流保护电路，包括：
第一比较器，所述第一比较器具有输出、第一输入和第二输入，所述第一输入耦接到所述推挽式开关电路的低端开关电流感测点，所述第二输入耦接到第一参考电压；以及
第一逻辑门，所述第一逻辑门具有输出、第一输入和第二输入，所述输出耦接到所述开关电路，所述第一输入耦接到所述控制电路，所述第二输入耦接到所述第一比较器的所述输出；以及
第二过流保护电路，包括：
采样保持电路，所述采样保持电路耦接到所述低端开关电流感测点，所述采样保持电路用于在所述PWM信号的接通状态期间存储所述低端电流感测电压电平；
第一加法电路，所述第一加法电路具有输出、第一输入和第二输入，所述第一输入耦接到所述采样保持电路，所述第二输入耦接到斜坡发生器；
第二加法电路，所述第二加法电路具有输出、第一输入和第二输入，所述第一输入耦接到所述第一参考电压，所述第二输入耦接到阈值发生器；
第二比较器，所述第二比较器具有输出、第一输入和第二输入，所述第一输入耦接到所述第一加法电路的所述输出，所述第二输入耦接到所述第二加法电路的所述输出；以及
第二逻辑门，所述第二逻辑门具有输出、第一输入和第二输入，所述输出耦接到所述开关电路，所述第一输入耦接到所述控制电路，所述第二输入耦接到所述第二比较器的所述输出。
10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于所述斜坡发生器生成具有转换速率的斜坡信号，所述转换速率与所述调压器的所述输入电压和所述PWM信号的开关频率成比例。
11.根据权利要求10所述的电路，其特征在于所述转换速率被设置为使得在过流保护期间的所述开关频率基本上类似于在正常操作期间的所述开关频率。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201662277109P | 2016-01-11 | 2016-01-11 | |
| US62/277,109 | 2016-01-11 | ||
| US15/158,377 | 2016-05-18 | ||
| US15/158,377 US10090663B2 (en) | 2016-01-11 | 2016-05-18 | Over-current protection circuit and method for voltage regulators |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN206389107U true CN206389107U (zh) | 2017-08-08 |
Family
ID=59276033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201621407417.0U Active CN206389107U (zh) | 2016-01-11 | 2016-12-20 | 用于过流保护的电路 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10090663B2 (zh) |
| CN (1) | CN206389107U (zh) |
| TW (1) | TWI709288B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110086325A (zh) * | 2018-01-25 | 2019-08-02 | 万国半导体(开曼)股份有限公司 | 转换装置及其方法 |
| CN110544967A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-12-06 | 恒大智慧充电科技有限公司 | 过流检测方法、过流保护方法、计算机设备及存储介质 |
| CN112636598A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-04-09 | 深圳市正浩创新科技有限公司 | 同步buck电路的控制方法、装置、系统和电子装置 |
| CN112783472A (zh) * | 2019-11-05 | 2021-05-11 | 何群 | 多值逻辑宽位高速加法器 |
| CN117318681A (zh) * | 2023-11-29 | 2023-12-29 | 深圳鹏城新能科技有限公司 | 一种pwm发生器的自适应调整方法、系统和存储介质 |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016143364A1 (ja) * | 2015-03-09 | 2016-09-15 | 富士電機株式会社 | 駆動回路および半導体モジュール |
| EP3232571A1 (en) * | 2016-04-14 | 2017-10-18 | Nexperia B.V. | Solid state relay |
| US10412797B2 (en) * | 2016-05-13 | 2019-09-10 | Allegro Microsystems, Llc | Apparatus and methods for converter mode and load configuration control |
| US9997925B2 (en) * | 2016-07-14 | 2018-06-12 | Getac Technology Corporation | Power supplying method and device thereof |
| JP6806533B2 (ja) * | 2016-11-09 | 2021-01-06 | ローム株式会社 | 半導体装置 |
| US10447154B2 (en) * | 2017-07-14 | 2019-10-15 | Renesas Electronics America Inc. | PWM control scheme for providing minimum on time |
| DE102018200668A1 (de) * | 2018-01-17 | 2019-07-18 | Robert Bosch Gmbh | Schaltung zum Erkennen von Schaltungsdefekten und zur Vermeidung von Überspannungen in Reglern |
| TWI697186B (zh) * | 2018-01-26 | 2020-06-21 | 英屬開曼群島商萬國半導體（開曼）股份有限公司 | 轉換裝置及其方法 |
| WO2019146641A1 (ja) * | 2018-01-29 | 2019-08-01 | ローム株式会社 | 発光素子駆動制御装置、発光素子駆動回路装置 |
| JP7149104B2 (ja) * | 2018-05-28 | 2022-10-06 | ローム株式会社 | 半導体集積回路、オーディオ出力装置、電子機器 |
| US20200195121A1 (en) * | 2018-12-13 | 2020-06-18 | Texas Instruments Incorporated | Dynamically adjustable gate driver for switching devices and related methods |
| US10411600B1 (en) | 2019-01-28 | 2019-09-10 | Allegro Microsystems, Llc | Apparatus and methods for converter mode and load configuration control |
| KR102684974B1 (ko) * | 2019-02-11 | 2024-07-17 | 삼성전자주식회사 | Cds 회로, 이미지 센서 및 cds 회로의 출력 신호 분산 방법 |
| CN110120656A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-13 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 过电流保护电路及其驱动方法 |
| US11223272B2 (en) * | 2019-09-13 | 2022-01-11 | Semiconductor Components Industries, Llc | Uninterrupted current sense |
| KR20210034219A (ko) * | 2019-09-20 | 2021-03-30 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 신호 생성 회로 및 이를 이용하는 반도체 장치 |
| WO2021124910A1 (ja) * | 2019-12-17 | 2021-06-24 | ローム株式会社 | 出力帰還制御回路 |
| US11095221B1 (en) | 2020-04-16 | 2021-08-17 | Elite Semiconductor Memory Technology Inc. | Constant on-time controller and buck regulator device using the same |
| TWI743834B (zh) * | 2020-06-15 | 2021-10-21 | 晶豪科技股份有限公司 | 恆定導通時間控制器和使用恆定導通時間控制器的降壓調節器裝置 |
| CN113972837B (zh) * | 2020-07-23 | 2023-08-08 | 晶豪科技股份有限公司 | 恒定导通时间控制器和使用该控制器的降压调节器装置 |
| TWI737435B (zh) * | 2020-08-06 | 2021-08-21 | 光寶電子（廣州）有限公司 | 多階層過電流保護電路 |
| TWI777459B (zh) * | 2021-03-18 | 2022-09-11 | 立錡科技股份有限公司 | 用於d類放大器之bd型脈寬調變電路及其中之調變方法 |
| US11757351B2 (en) | 2021-07-30 | 2023-09-12 | Texas Instruments Incorporated | Dynamic overcurrent limit threshold for a voltage regulator |
| US11923799B2 (en) * | 2021-08-09 | 2024-03-05 | Texas Instruments Incorporated | Systems and methods for regulating slew time of output voltage of DC motor drivers |
| US11923762B2 (en) * | 2021-11-30 | 2024-03-05 | Texas Instruments Incorporated | Power converters with reduced ripple voltage |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100321964B1 (ko) * | 1998-01-05 | 2002-02-02 | 인터내셔널 렉터파이어 코퍼레이션 | 전집적 안정기 집적회로 |
| US6465993B1 (en) * | 1999-11-01 | 2002-10-15 | John Clarkin | Voltage regulation employing a composite feedback signal |
| US7245113B2 (en) * | 2004-05-21 | 2007-07-17 | Intersil Corporation | High light load efficiency synchronous buck regulator with pulse skipping control |
| TWI262645B (en) * | 2004-10-15 | 2006-09-21 | Richtek Technology Corp | Multiple-input-and-single-output power adapter and conversion method thereof |
| US8358518B2 (en) * | 2009-08-14 | 2013-01-22 | System General Corporation | Switching regulator having terminal for feedback signal inputting and peak switching current programming |
-
2016
- 2016-05-18 US US15/158,377 patent/US10090663B2/en active Active
- 2016-12-20 CN CN201621407417.0U patent/CN206389107U/zh active Active
- 2016-12-21 TW TW105142377A patent/TWI709288B/zh active
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110086325A (zh) * | 2018-01-25 | 2019-08-02 | 万国半导体(开曼)股份有限公司 | 转换装置及其方法 |
| CN110086325B (zh) * | 2018-01-25 | 2021-01-01 | 万国半导体(开曼)股份有限公司 | 转换装置及其方法 |
| CN110544967A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-12-06 | 恒大智慧充电科技有限公司 | 过流检测方法、过流保护方法、计算机设备及存储介质 |
| CN110544967B (zh) * | 2019-07-26 | 2022-02-11 | 恒大恒驰新能源汽车研究院(上海)有限公司 | 过流检测方法、过流保护方法、计算机设备及存储介质 |
| CN112783472A (zh) * | 2019-11-05 | 2021-05-11 | 何群 | 多值逻辑宽位高速加法器 |
| CN112783472B (zh) * | 2019-11-05 | 2023-12-12 | 何群 | 多值逻辑宽位高速加法器 |
| CN112636598A (zh) * | 2021-03-11 | 2021-04-09 | 深圳市正浩创新科技有限公司 | 同步buck电路的控制方法、装置、系统和电子装置 |
| CN117318681A (zh) * | 2023-11-29 | 2023-12-29 | 深圳鹏城新能科技有限公司 | 一种pwm发生器的自适应调整方法、系统和存储介质 |
| CN117318681B (zh) * | 2023-11-29 | 2024-03-22 | 深圳鹏城新能科技有限公司 | 一种pwm发生器的自适应调整方法、系统和存储介质 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI709288B (zh) | 2020-11-01 |
| US10090663B2 (en) | 2018-10-02 |
| TW201801434A (zh) | 2018-01-01 |
| US20170201086A1 (en) | 2017-07-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN206389107U (zh) | 用于过流保护的电路 | |
| US7391190B1 (en) | Apparatus and method for three-phase buck-boost regulation | |
| US7538527B2 (en) | Current-fed multiple-output power converter | |
| US8193793B2 (en) | DC-DC converter | |
| US8013585B2 (en) | DC-DC converter and DC-DC power conversion method employing overcurrent protection | |
| US6747441B2 (en) | Non-synchronous switching regulator with improved output regulation at light or low loads | |
| US9455626B2 (en) | Hysteretic buck DC-DC converter | |
| US7423414B1 (en) | Apparatus and method for switching regulator with compensation delay for output voltage error correction | |
| US11050349B2 (en) | Coupled-inductor power-supply controller for operating a power supply in a reduced-power-dissipation mode | |
| US10770961B2 (en) | Power converter with adjustable ramp | |
| CN107370366B (zh) | 一种降压型dc-dc变换器系统 | |
| CN101669273A (zh) | 开关电源装置以及一次侧控制电路 | |
| US11038421B2 (en) | Methods and apparatus for adaptive timing for zero voltage transition power converters | |
| US10483853B2 (en) | DC-DC converter | |
| US10727742B2 (en) | Power converter with improved load transient response and associated control method | |
| US10305367B2 (en) | Power conversion circuit | |
| US7054168B1 (en) | Undershoot eliminator circuit and method for synchronous rectified DC-DC converters | |
| US8228050B2 (en) | Switching power supply | |
| Nagesha et al. | Simulation and hardware implementation of 24 watt multiple output Flyback converter | |
| US20210091679A1 (en) | Low Noise Power Conversion System and Method | |
| JP2004312913A (ja) | 降圧型ｄｃ−ｄｃコンバータ | |
| CN111585426B (zh) | Dc-ac变换器逐开关周期峰值电流限流系统和方法 | |
| US20240113621A1 (en) | Boost converter with wide average current limiting range | |
| CN110048602B (zh) | 一种dc-dc boost自充电电路 | |
| Wang et al. | A novel on-chip current-sensing structure for current-mode DC-DC converter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |