CN217335069U - 过电流保护电路、ac-dc转换器及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种过电流保护电路、AC‑DC转换器及电子设备，所述电路包括调节电路、存储电路、比较电路和逻辑处理电路；调节电路接收参考电压信号并根据参考电压信号输出电压Vchg，存储电路将电压Vchg存储为电压Vchg_sh；调节电路接收峰值取样电压信号并根据峰值取样电压信号输出电压Vpk；比较电路的正相输入端接收电压Vchg_sh，比较电路的负相输入端接收电压Vpk，对比电压Vchg_sh和电压Vpk，当电压Vpk达到电压Vchg_sh时，生成逻辑信号，逻辑处理电路基于逻辑信号生成过电流保护信号；本实用新型中通过调节电路利用两个输出通路形成两个周期以进行电压切换来达到误差消除，不仅节省面积还能消除误差影响，对得到的电压进行比较，当两者出现重合时进入过电流保护状态。

Description

过电流保护电路、AC-DC转换器及电子设备

技术领域

本实用新型属于电子设备技术领域，具体涉及一种过电流保护电路、AC-DC转换器及电子设备。

背景技术

AC-DC转换器由交流电输入，直流电输出，且直流电输出常会连接其他DC-DC控制器做应用，此DC-DC控制器有其需要的电流，在AC-DC端称为Iout。

在常见的Flyback电路中，不同的应用会有不同的输入输出电压与电流，如果想要达到稳定的输出，可以使用PWM控制器将责任周期控制在一定范围，使变压器产生稳定的电流提供给输出，尤其是输出电流Iout，因为隔离式Flyback架构的关系，原边想要获取副边输出电流的资讯特别困难。现有技术是限制副边的回授PIN即FB，或原边Power MOS的电流侦测PIN即CS，当FB或CS被限制在一定高度时，PWM的责任周期也就被限制在一定宽度，这样做可使副边的电流不再上升，有些设计会关闭GATE输出，即传统的过电流保护，或称过负载保护，但因为FB或CS都并非真的Iout，而是模拟此数值进行转换，所以在不同的输入或输出电压下，获取的值也会有所变动，因此只能得到变化范围较大的过电流保护值，但超出保护值会使电路受损，低于保护值会使后端电路操作错误，因此需要更精确的过电流保护来符合此需求。

相关技术中，过电流保护电路考虑到放大器的误差，在使用两个以上的放大器来实现此功能时，因为每个放大器都有各自的误差，两者做比较时会使误差的影响加大。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种过电流保护电路、AC-DC转换器及电子设备，以解决现有技术中过电流保护电路使用两个以上的放大器会使误差的影响较大的问题。

为实现以上目的，本实用新型采用如下技术方案：一种过电流保护电路，包括：包括：调节电路、存储电路、比较电路和逻辑处理电路；

在所述调节电路形成第一输出通路时，接收参考电压信号并根据所述参考电压信号输出电压Vchg，所述存储电路将所述电压Vchg存储为电压Vchg_sh；

在所述调节电路形成第二输出通路时，所述调节电路接收峰值取样电压信号并根据所述峰值取样电压信号输出电压Vpk；

所述比较电路的正相输入端接收所述电压Vchg_sh，所述比较电路的负相输入端接收所述电压Vpk，所述比较电路用于对比所述电压Vchg_sh和电压Vpk，当所述电压Vpk达到电压Vchg_sh时，生成逻辑信号；

所述逻辑处理电路基于所述逻辑信号生成过电流保护信号。

进一步的，所述调节电路，包括：运算放大器、电阻、可控开关管、电流镜、电容以及输出控制开关电路

所述运算放大器的正相输入端接收参考电压信号或峰值取样电压信号，所述运算放大器的输出端与所述可控开关管的控制端连接，所述可控开关管的第一端与所述运算放大器的负相输入端、电阻的一端共接，所述可控开关管的第二端与所述电流镜的输入端连接，所述电流镜的输出端与电容的一端、输出控制开关电路的一端共接，所述电阻的另一端、所述电容的另一端均接地，所述输出控制开关电路的输出端分别与存储电路的输入端、比较电路的负相输入端连接。

进一步的，所述调节电路包括：输入控制开关电路；

所述输入控制开关电路用于与所述输出控制开关电路配合导通第一输出通路和第二输出通路；

所述输入控制开关电路的输出端与所述调节电路的输入端连接。

进一步的，还包括：峰值电压取样电路，用于对峰值电压进行取样得到峰值取样电压；

所述峰值电压取样电路的输出端与所述输入控制开关电路连接。

进一步的，所述输入控制开关电路包括：第一输入开关、第二输入开关；

所述输出控制开关电路包括：第一输出开关，第二输出开关；

其中，所述第一输入开关用于输入参考电压信号，所述第二输入开关用于输入峰值取样电压信号，所述第一输出开关用于输出电压Vchg，所述第二输开关用于输出电压Vpk。

进一步的，所述第二输入开关的一端与所述峰值电压取样电路的输出端连接，所述第二输入开关与所述第一输入开关的一端、所述运算放大器的正相输入端共接；

所述第一输出开关的一端与所述第二输出开关的一端、电容的一端共接，所述第一输出开关的另一端与所述存储电路连接，所述第二输出开关的另一端与所述比较电路的负相输入端连接。

本申请实施例提供一种过电流保护电路，包括：调节电路、存储电路、比较电路和逻辑处理电路；

在所述调节电路形成第一输出通路时，接收参考电压信号并根据所述参考电压信号输出电压Vchg，所述存储电路将所述电压Vchg存储为电压Vchg_sh；

在所述调节电路形成第二输出通路时，所述调节电路接收反馈取样电压信号并根据所述反馈取样电压信号输出电压Vpk；

所述比较电路的正相输入端接收所述电压Vchg_sh，所述比较电路的负相输入端接收所述电压Vpk，所述比较电路用于对比所述电压Vchg_sh和电压Vpk，当所述电压Vpk达到电压Vchg_sh时，生成逻辑信号；

所述逻辑处理电路基于所述逻辑信号生成过电流保护信号。

进一步的，还包括：

反馈电压取样电路，用于对反馈电压进行取样得到反馈取样电压；

所述反馈电压取样电路的输出端与所述输入控制开关电路连接。

本申请实施例提供一种AC-DC转换器，应用上述任一实施例提供的过电流保护电路。

本申请实施例提供一种电子设备，应用上述实施例提供的AC-DC转换器。

本实用新型采用以上技术方案，能够达到的有益效果包括：

本申请提供的过电流保护电路，采用调节电路通过两个周期的电压切换，再将两个周期得到的电压进行对比生成逻辑信号，基于该逻辑信号实现过电流保护，本申请技术方案中采用调节电路实现电压切换，在节省电路构成面积的同时还可以消除误差的影响，从而实现了更精确的过电流保护。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中实施例提供的Flyback电路的结构示意图；

图2为原边电流峰值Ipk与副边平均电流Isec原理示意图；

图3为本实用新型提供的过电流保护电路的结构示意图；

图4为本实用新型提供的过电流保护电路的另一种结构示意图；

图5为本实用新型提供的过电流保护波形图；

图6为本实用新型提供的过电流保护电路的结构示意图；

图7为本实用新型提供的过电流保护电路的另一种结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

如图1所示为常见的Flyback电路，其中，原边电流峰值Ipk与副边平均电流Isec原理如图2所示，在能量守恒的情况下，关闭时间三角形阴影的面积会与全周期另一个阴影的面积相等，所以可以得到Isec＝Iout＝N*(0.5*Ipk*t_off)/T的公式，N为原边与副边的匝数比，原边的PWM控制器只要将原边的参数经过计算，就可以得到一个准确且无关输入输出电压的Iout。

如果想设定Iout的值，可以选定匝数比N与参考电压Vref及感测电阻Rsense，Ipk在责任周期关闭的时间t_off做电流积分，Isec在全周期T做电流积分，当两者的值相等时就触发过电流保护，原边Power MOS的电流经过一电阻产生的电压称为CS，将其峰值取样CS_SH除以一电阻R可转换峰值电流Ipk，将参考电压Vref除以一电阻R可转换设定电流Iout，两者分别将电流灌入电容，比较两者的电压值来决定是否进入过电流保护。

下面结合附图介绍本申请实施例中提供的一个具体的过电流保护电路、AC-DC转换器及电子设备。

如图3所示，本申请实施例中提供的过电流保护电路，包括：调节电路1、存储电路2、比较电路3和逻辑处理电路4；

在所述调节电路1形成第一输出通路时，接收参考电压信号并根据所述参考电压信号输出电压Vchg，所述存储电路2将所述电压Vchg存储为电压Vchg_sh；

在所述调节电路1形成第二输出通路时，所述调节电路1接收峰值取样电压信号并根据所述峰值取样电压信号输出电压Vpk；

所述比较电路3的正相输入端接收所述电压Vchg_sh，所述比较电路3的负相输入端接收所述电压Vpk，对比所述电压Vchg_sh和电压Vpk，当所述电压Vpk达到电压Vchg_sh时，所述比较电路生成逻辑信号；

所述逻辑处理电路4基于所述逻辑信号生成过电流保护信号。

具体的，本申请提供的过电流保护电路包括第一周期和第二周期，本申请提供的过电流保护电路通过输入电压的不同进行第一周期和第二周期的切换，可以理解的是，第一周期和第二周期循环切换；在所述调节电路1形成第一输出通路时形成第一周期，如图3所示，此时调节电路1接收参考电压信号并根据参考电压信号输出电压Vchg，存储电路2将电压Vchg存储为电压Vchg_sh；在所述调节电路1形成第二输出通路时形成第二周期，如图4所示，调节电路1接收峰值取样电压信号并根据所述峰值取样电压信号输出电压Vpk，比较电路3的正相输入端接收电压Vchg_sh，比较电路3的负相输入端接收电压Vpk，对比电压Vchg_sh和电压Vpk，当电压Vpk达到电压Vchg_sh时，生成逻辑信号，逻辑处理电路4基于所述逻辑信号生成过电流保护信号。

本申请提供的过电流保护电路中设置的调节电路，可以实现电压切换消除了误差影响，通过周期性的电压切换，然后对比得到的电压Vchg_sh和电压Vpk，即可生成逻辑信号，基于该逻辑信号可生成过电流保护信号。本申请提供的过电流保护电路通过设置调节电路，不仅可以节省电路的结构面积，同时无误差影响，实现了更精确的过电流保护。

一些实施例中，如图3所示，所述调节电路1，包括：运算放大器11、电阻R、可控开关管12、电流镜13、电容C以及输出控制开关电路14；

所述运算放大器11的正相输入端接收参考电压信号或峰值取样电压信号，所述运算放大器11的输出端与所述可控开关管12的控制端连接，所述可控开关管12的第一端与所述运算放大器11的负相输入端、电阻R的一端共接，所述可控开关管12的第二端与所述电流镜13的输入端连接，所述电流镜13的输出端与电容C的一端、输出控制开关电路14的一端共接，所述电阻R的另一端、所述电容C的另一端均接地，所述输出控制开关电路14的输出端分别与存储电路2的输入端、比较电路3的负相输入端连接。

具体的，第一周期时，参考电压Vref信号输入至运算放大器11，运算放大器11将正相输入端接收到的参考电压Vref钳位到电阻R的一端，使得运算放大器11的反相输入端、电阻R以及接地端之间形成电流I1，I1＝Vref/R，电流I1通过可控开关管12输入电流镜13，电流镜13将参考电流I2输出，其中电流镜13具有比例k，则I2＝k I1。参考电流I2在电容C端形成压降，最后通过输出控制开关电路14输出电压Vchg；第二周期时，峰值取样电压CS_SH信号输入至运算放大器11，运算放大器11将正相输入端接收到的峰值取样电压CS_SH钳位到电阻R的一端，使得运算放大器11的反相输入端、电阻R以及接地端之间形成电流I3，I3＝Vref/R，电流I3通过可控开关管12输入电流镜13，电流镜13将峰值电流I4输出，I4＝k I3，在电容C端形成压降，最后通过输出控制开关电路14输出电压Vpk。

通过调节电路即可实现通过一个运算放大器11接收两个周期交替的电压信号，根据切换的电压信号得到参考电流I2和峰值电流I4，在通过参考电流I2和峰值电流I4在电容C端形成压降，通过控制开关电路14输出两个电压信号分别相应的电压。即通过一个运算放大器实现了不同电压信号的处理输出，减小了因多个放大器造成的误差影响。

一些实施例中，所述调节电路1还包括：输入控制开关电路15；

所述输入控制开关电路15用于与所述输出控制开关电路14配合导通第一输出通路和第二输出通路；

所述输入控制开关电路15的输出端与所述调节电路1的输入端连接。

具体的，输入控制开关电路15用于控制选择将参考电压信号Vref或峰值取样电压信号CS_SH输入运算放大器11的正相输入端，当选择将参考电压信号Vref输入运算放大器11的正相输入端时，所述调节电路1形成第一输出通路；当选择将峰值取样电压信号CS_SH输入运算放大器11的正相输入端时，所述调节电路1形成第二输出通路。

一些实施例中，还包括：峰值电压取样电路5，用于对峰值电压进行取样得到峰值取样电压；

所述峰值电压取样电路5的输出端与所述输入控制开关电路15连接。

其中，峰值电压取样电路5用于对峰值电压进行取样，得到峰值取样电压信号。

一些实施例中，所述输入控制开关电路15包括：第一输入开关K1、第二输入开关K2；

所述输出控制开关电路14包括：第一输出开关K3，第二输出开关K4；

其中，所述第一输入开关K1用于输入参考电压信号，所述第二输入开关K2用于输入峰值取样电压信号，所述第一输出开关K3用于输出电压Vchg，所述第二输开关用于输出电压Vpk。

在一个具体的实施例中，所述第二输入开关K2的一端与所述峰值电压取样电路5的输出端连接，所述第二输入开关K2与所述第一输入开关K1的一端、所述运算放大器11的正相输入端共接；

所述第一输出开关K3的一端与所述第二输出开关K4的一端、电容C的一端共接，所述第一输出开关K3的另一端与所述存储电路2连接，所述第二输出开关K4的另一端与所述比较电路3的负相输入端连接。

可以理解的是，本申请中，第一输入开关K1与第一输出开关K3配合使用，使得调节电路1形成第一输出通路，第二输入开关K2与第二输出开关K4配合使用，使得调节电路1形成第二输出通路。当形成第一输出通路时，第一输入开关K1输入参考电压信号，第一输出开关K3用于输出电压Vchg，当形成第二输出通路时，第二输入开关K2输入峰值取样电压信号，第二输开关用于输出电压Vpk。

其中，第一输入开关K1、输入开关K2、第一输出开关K3、第二输出开关K4均采用单刀单掷开关。本申请采用单刀单掷开关实现只能打开或关闭一个通路，单刀单掷开关体积小，集成度高。

一些实施例中，所述比较电路3采用电压比较器。

一些实施例中，所述可控开关管12为场效应管；

所述场效应管的栅极与所述运算放大器11的输出端连接，所述场效应管的源极与所述运算放大器11的负相输入端、电阻R的一端共接，所述可控开关管12的漏极与所述电流镜13的输入端连接。

本申请中，电压比较器将电压Vpk与上述的电压Vchg_sh做比较，如图5所示，当两者在图中出现交叉时，生成逻辑信号，逻辑处理电路4根据逻辑信号生成过电流保护信号，使得电路进入过电流保护状态，从而使得芯片通过GATE引脚控制对应的MOS关闭。

本申请提供的电路实现考虑到放大器的误差，因此不使用两个以上的放大器来实现，而是将两个放大器结合成一个，再利用两个周期做参考电压与峰值电压的切换来达到误差消除的目的，采用本申请提供的技术方案在电路面积节省之外也无误差的影响，第一周期将参考电压Vref产生的参考电流转成电压Vchg后储存起来叫Vchg_sh，第二周期将峰值取样CS_SH产生峰值电流转成电压Vpk后与上述的电压Vchg_sh做比较，当两者交叉表示进入过电流保护，后续芯片可通过GATE引脚控制对应的MOS关闭。

可以理解的是，本申请周期性包括第一周期和第二周期，第一周期时输入参考电压信号，第二周期输入峰值取样电压信号，因为输入的电压不同，因此得到的电流也不相同，转换后的电压也不相同。当峰值电流转换后的电压Vpk达到参考电流转换的电压Vchg_sh时，执行过电流保护。

一些实施例中，如图6所示，本申请提供一种过电流保护电路，包括：调节电路1、存储电路2、比较电路3和逻辑处理电路4；

在所述调节电路1形成第一输出通路时，接收参考电压信号并根据所述参考电压信号输出电压Vchg，所述存储电路2将所述电压Vchg存储为电压Vchg_sh；

在所述调节电路1形成第二输出通路时，所述调节电路1接收反馈取样电压信号并根据所述反馈取样电压信号输出电压Vpk；

所述比较电路3的正相输入端接收所述电压Vchg_sh，所述比较电路3的负相输入端接收所述电压Vpk，所述比较电路3用于对比所述电压Vchg_sh和电压Vpk，当所述电压Vpk达到电压Vchg_sh时，生成逻辑信号；

所述逻辑处理电路4基于所述逻辑信号生成过电流保护信号。

具体的，在所述调节电路1形成第一输出通路时形成第一周期，如图6所示，此时调节电路1接收参考电压信号并根据参考电压信号输出电压Vchg，存储电路2将电压Vchg存储为电压Vchg_sh；在所述调节电路1形成第二输出通路时形成第二周期，如图7所示，调节电路1接收反馈取样电压信号并根据所述反馈取样电压信号输出电压Vpk，比较电路3的正相输入端接收电压Vchg_sh，比较电路3的负相输入端接收电压Vpk，对比电压Vchg_sh和电压Vpk，当电压Vpk达到电压Vchg_sh时，生成逻辑信号，逻辑处理电路4基于所述逻辑信号生成过电流保护信号。

一些实施例中，本申请提供的过电流保护电路，还包括：

反馈电压取样电路6，用于对反馈电压进行取样得到反馈取样电压；

所述反馈电压取样电路6的输出端与所述输入控制开关电路15连接。

本申请实施例提供一种AC-DC转换器，应用上述任一实施例提供的过电流保护电路。

本申请实施例提供一种电子设备，应用上述实施例提供的过电流保护电路。

综上所述，本实用新型提供一种过电流保护电路、AC-DC转换器及电子设备，本实用新型提供的电路中通过设置调节电路，再利用两个周期做电压切换来达到误差消除，在节省面积的情况下无误差影响，通过两个周期得到的电压进行比较，当两者出现重合时进入过电流保护状态。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种过电流保护电路，其特征在于，包括：调节电路(1)、存储电路(2)、比较电路(3)和逻辑处理电路(4)；

在所述调节电路(1)形成第一输出通路时，接收参考电压信号并根据所述参考电压信号输出电压Vchg，所述存储电路(2)将所述电压Vchg存储为电压Vchg_sh；

在所述调节电路(1)形成第二输出通路时，所述调节电路(1)接收峰值取样电压信号并根据所述峰值取样电压信号输出电压Vpk；

所述比较电路(3)的正相输入端接收所述电压Vchg_sh，所述比较电路(3)的负相输入端接收所述电压Vpk，所述比较电路(3)用于对比所述电压Vchg_sh和电压Vpk，当所述电压Vpk达到电压Vchg_sh时，生成逻辑信号；

所述逻辑处理电路(4)基于所述逻辑信号生成过电流保护信号。

2.根据权利要求1所述的过电流保护电路，其特征在于，所述调节电路(1)，包括：运算放大器(11)、电阻(R)、可控开关管(12)、电流镜(13)、电容(C)以及输出控制开关电路(14)；

所述运算放大器(11)的正相输入端接收参考电压信号或峰值取样电压信号，所述运算放大器(11)的输出端与所述可控开关管(12)的控制端连接，所述可控开关管(12)的第一端与所述运算放大器(11)的负相输入端、电阻(R)的一端共接，所述可控开关管(12)的第二端与所述电流镜(13)的输入端连接，所述电流镜(13)的输出端与电容(C)的一端、输出控制开关电路(14)的一端共接，所述电阻(R)的另一端、所述电容(C)的另一端均接地，所述输出控制开关电路(14)的输出端分别与存储电路(2)的输入端、比较电路(3)的负相输入端连接。

3.根据权利要求2所述的过电流保护电路，其特征在于，所述调节电路(1)还包括：输入控制开关电路(15)；

所述输入控制开关电路(15)用于与所述输出控制开关电路(14)配合导通第一输出通路和第二输出通路；

所述输入控制开关电路(15)的输出端与所述调节电路(1)的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的过电流保护电路，其特征在于，还包括：峰值电压取样电路(5)，用于对峰值电压进行取样得到峰值取样电压；

所述峰值电压取样电路(5)的输出端与所述输入控制开关电路(15)连接。

5.根据权利要求4所述的过电流保护电路，其特征在于，

所述输入控制开关电路(15)包括：第一输入开关(K1)、第二输入开关(K2)；

所述输出控制开关电路(14)包括：第一输出开关(K3)，第二输出开关(K4)；

其中，所述第一输入开关(K1)用于输入参考电压信号，所述第二输入开关(K2)用于输入峰值取样电压信号，所述第一输出开关(K3)用于输出电压Vchg，所述第二输出开关用于输出电压Vpk。

6.根据权利要求5所述的过电流保护电路，其特征在于，

所述第二输入开关(K2)的一端与所述峰值电压取样电路(5)的输出端连接，所述第二输入开关(K2)与所述第一输入开关(K1)的一端、所述运算放大器(11)的正相输入端共接；

所述第一输出开关(K3)的一端与所述第二输出开关(K4)的一端、电容(C)的一端共接，所述第一输出开关(K3)的另一端与所述存储电路(2)连接，所述第二输出开关(K4)的另一端与所述比较电路(3)的负相输入端连接。

7.一种过电流保护电路，其特征在于，包括：调节电路(1)、存储电路(2)、比较电路(3)和逻辑处理电路(4)；

在所述调节电路(1)形成第一输出通路时，接收参考电压信号并根据所述参考电压信号输出电压Vchg，所述存储电路(2)将所述电压Vchg存储为电压Vchg_sh；

在所述调节电路(1)形成第二输出通路时，所述调节电路(1)接收反馈取样电压信号并根据所述反馈取样电压信号输出电压Vpk；

所述比较电路(3)的正相输入端接收所述电压Vchg_sh，所述比较电路(3)的负相输入端接收所述电压Vpk，所述比较电路(3)用于对比所述电压Vchg_sh和电压Vpk，当所述电压Vpk达到电压Vchg_sh时，生成逻辑信号；

所述逻辑处理电路(4)基于所述逻辑信号生成过电流保护信号。

8.根据权利要求7所述的过电流保护电路，其特征在于，还包括：

反馈电压取样电路(6)，用于对反馈电压进行取样得到反馈取样电压；

所述反馈电压取样电路(6)的输出端与输入控制开关电路(15)连接。

9.一种AC-DC转换器，其特征在于，应用如权利要求1-6任一项所述的过电流保护电路或7-8任一项所述的过电流保护电路。

10.一种电子设备，其特征在于，应用如权利要求9所述的AC-DC转换器。

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