TWI553984B - 短路保護電路及其開關電源和保護方法 - Google Patents

Description

短路保護電路及其開關電源和保護方法

本發明涉及電路，具體但不限於涉及功率開關的短路保護電路及其保護方法。

開關電源因其眾多的優點如高效率、高載流能力等而被廣泛用於將輸入電壓轉換成輸出電壓用於為負載供電。輸出電壓往往藉由調節功率開關的占空係數進行調節，其中占空係數為導通時間與週期的比值。開關電源具有多種拓撲，如升壓電壓變換器、降壓電壓變換器、反激式電壓變換器等。

圖1示出了傳統的升壓電壓變換器，其將輸入節點IN的輸入電壓Vin轉換成高於輸入電壓Vin的輸出電壓Vout，並在輸出節點OUT提供。輸出電壓Vout藉由功率開關Q的開關動作獲得，其中功率開關Q耦接在開關節點SW和系統地端GND之間。升壓變換器進一步包括耦接在輸入節點IN和開關節點SW之間的電感L1，耦接在 開關節點SW和輸出節點OUT之間的整流器D1，以及耦接在輸出節點OUT和系統地端GND之間的輸出電容Cout。

然而，當功率開關Q處於導通狀態且開關節點SW與輸入節點IN短接時，流過功率開關Q的電流將超過正常值並使功率開關Q損壞。因此有必要提供一個短路保護電路用於在開關節點SW與高壓輸入節點IN短接時對功率開關Q提供保護。

傳統的短路保護電路通常採用一電流放大器用於檢測流過功率開關的電流，並將檢測到的電流信號與最大電流參考值進行比較。當電流信號超過最大電流參考值時，將功率開關Q關斷。然而，在這種場合需要對電流比較器有較高的精度要求。且電流比較器往往有一定的滯後，因此當檢測到的電流信號大於最大電流參考值時，往往實際的電流已經遠大於最大電流參考值，這種情況下功率開關依然可能被損壞。

為了解決前面描述的一個問題或者多個問題，本發明提出一種功率開關的短路保護電路、相應的開關電源和功率開關短路保護方法。

根據本發明的一個方面，提出了一種用於保護功率開關的短路保護電路。其中功率開關具有第一端、第二端和控制端，短路保護電路具有第一輸入端、第二輸入端和輸 出端，其中短路保護電路的第一輸入端耦接功率開關的第一端，短路保護電路的第二輸入端耦接功率開關的第二端，短路保護電路的輸出端提供短路保護信號，其中短路保護電路包含一電晶體，電晶體具有閾值電壓；當且僅當功率開關導通時，短路保護電路將功率開關第一端和第二端之間的差值電壓與電晶體的閾值電壓相比較；以及當差值電壓大於電晶體的閾值電壓時，短路保護信號變換為有效狀態用於關斷功率開關。在一個實施例中，短路保護電路進一步具有第三輸入端、第四輸入端和第五輸入端，其中短路保護電路的第三輸入端耦接功率開關的控制端，短路保護電路的第四輸入端接收開關信號，短路保護電路的第五輸入端耦接啟動信號。在一個實施例中，短路保護電路進一步包含：致能電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中致能電路的第一輸入端耦接功率開關的控制端用於接收閘極控制信號，致能電路的第二輸入端接收開關信號，致能電路的輸出端提供致能信號，其中當閘極控制信號變換為有效狀態的空白時間後致能信號變換為其有效狀態，當開關信號或閘極控制信號之任一變換為其無效狀態時致能信號變換為其無效狀態，其中閘極控制信號的有效狀態用於導通功率開關，開關信號或閘極控制信號的無效狀態用於關斷功率開關；比較電路，包含致能開關和電晶體，比較電路具有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和輸出端，其中比較電路的第一輸入端耦接功率開關的第一端，比較電路的第二輸入端耦接功率開關的第二 端，比較電路的第三輸入端耦接致能電路的輸出端用於接收致能信號，比較電路的輸出端提供比較信號，其中當致能信號為其有效狀態時，致能開關導通，比較電路將功率開關的差值電壓與電晶體的閾值電壓相比較，當差值電壓高於閾值電壓時，比較信號為其有效狀態，當差值電壓低於閾值電壓時，比較信號為其無效狀態，且當致能信號為其無效狀態時，致能開關關斷，比較信號亦為其無效狀態；以及閂鎖電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中閂鎖電路的第一輸入端接收啟動信號，閂鎖電路的第二輸入端耦接比較電路的輸出端用於接收比較信號，閂鎖電路的輸出端提供短路保護信號，其中當比較信號為其有效狀態時，短路保護信號變換為其有效狀態，當啟動信號為有效狀態時，短路保護信號變換為其無效狀態。在一個實施例中，致能電路包含：延時電路，具有輸入端和輸出端，其中延時電路的輸入端接收閘極控制信號；反及閘，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中反及閘的第一輸入端耦接延時電路的輸出端，反及閘的第二輸出端接收開關信號；以及反相電路，具有輸入端和輸出端，其中反相電路的輸入端耦接反及閘的輸出端，反相電路的輸出端提供致能信號。在一個實施例中，致能開關具有第一端、第二端和控制端，其中致能開關的第一端耦接比較電路的第一輸入端，致能開關的控制端耦接致能電路的輸出端；電晶體為第一電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一電晶體的第一端耦接比較電路的第二輸入 端，第一電晶體的控制端耦接致能開關的第二端；其中比較電路進一步包含：第二電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第二電晶體的第一端耦接參考電壓，第二電晶體的第二端耦接第一電晶體的第二端，第二電晶體的控制端耦接偏置電壓；第三電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第三電晶體的第一端耦接功率開關的第二端，第三電晶體的第二端耦接致能開關的第二端，第三電晶體的控制端耦接致能電路的第二輸出端；第四電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第四電晶體的第一端耦接參考電壓，第四電晶體的第二端耦接第一電晶體的第二端，第四電晶體的控制端耦接致能電路的輸出端；以及反相電路，具有輸入端和輸出端，其中反相電路的輸入端耦接第一電晶體的第二端，反相電路的輸出端提供比較信號。在一個實施例中，第一電晶體為NMOSFET，第二電晶體為PMOSFET，第三電晶體為NMOSFET，第四電晶體為PMOSFET。在一個實施例中，功率開關為升壓變換電路的低位開關，功率開關的第一端耦接升壓變換電路的開關節點，功率開關的第二端耦接系統地。在一個實施例中，功率開關為降壓變換電路的高位開關，其中功率開關的第一端耦接降壓變換電路的輸入節點，功率開關的第二端耦接降壓變換電路的開關節點。在一個實施例中，功率開關為降壓變換電路的低位開關，其中功率開關的第一端耦接降壓變換電路的開關節點，功率開關的第二端耦接系統地。在一個實施例中，功率開關為熱插拔電路的負載開 關。在一個實施例中，功率開關為電熔絲電路的電熔功率開關。在一個實施例中，短路保護電路進一步包含邏輯電路，邏輯電路具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中邏輯電路的第一輸入端接收開關信號，邏輯電路的第二輸入端接收短路保護信號，邏輯電路的輸出端耦接功率開關的控制端。在一個實施例中，邏輯電路包含及閘。

根據本發明的另一個方面，一種開關電源包含開關電路，將輸入端的輸入電壓轉換為輸出端的輸出電壓，其中開關電路包含功率開關，藉由控制功率開關的導通和關斷來控制輸出電壓，其中功率開關具有第一端、第二端和控制端；開關控制電路，其輸出端提供開關信號用於選擇性的導通功率開關；如上所述的短路保護電路，產生短路保護信號；以及邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中邏輯電路的第一輸入端接收開關信號，邏輯電路的第二輸入端接收短路保護信號，邏輯電路的輸出端耦接功率開關的控制端用於控制功率開關的導通和關斷。

根據本發明的又一個方面，一種保護功率開關的短路保護方法包含：檢測功率開關的狀態；當檢測到功率開關處於導通狀態時，將功率開關兩端的差值電壓與電晶體的閾值電壓相比較；以及當差值電壓高於閾值電壓時關斷功率開關。在一個實施例中，方法進一步包含：藉由啟動信號啟動功率開關；藉由開關信號導通和關斷功率開關；當功率開關為導通狀態時致能短路保護電路，且當功率開關為關斷狀態時抑制短路保護電路；當短路保護電路被致能 時且差值電壓高於閾值電壓時，導通電晶體，關斷功率開關，保持功率開關的關斷狀態直到功率開關重新被啟動。在一個實施例中，致能短路保護電路包含導通致能開關，將功率開關的兩端分別耦接到電晶體。在一個實施例中，短路保護電路在功率開關被導通的空白時間後被致能。在一個實施例中，將差值電壓與閾值電壓相比較包含將功率開關的兩端分別耦接到NMOSFET的閘極和NMOSFET的源極，其中閾值電壓為NMOSFET的導通閾值電壓。

根據本發明的實施例所提供的短路保護電路、開關電源及其短路保護方法，具有電路簡單、精度要求低、反應快、可靠性高等優點。

Q‧‧‧功率開關

SW‧‧‧開關節點

D1‧‧‧整流器

L1‧‧‧電感

200‧‧‧開關電源系統

20‧‧‧控制電路

21‧‧‧開關電路

22‧‧‧開關控制電路

23‧‧‧短路保護電路

24‧‧‧邏輯電路

231‧‧‧第一端

232‧‧‧第二端

236‧‧‧輸出端

T‧‧‧電晶體

ON‧‧‧判斷開關信號

SP‧‧‧短路保護信號

GATE‧‧‧閘極控制信號

300‧‧‧功率開關控制電路

31‧‧‧致能電路

32‧‧‧比較電路

33‧‧‧閂鎖電路

34‧‧‧驅動電路

234‧‧‧第四輸入端

235‧‧‧第五輸入端

233‧‧‧第三輸入端

321‧‧‧第一輸入端

322‧‧‧第二輸入端

323‧‧‧第三輸入端

324‧‧‧輸出端

K‧‧‧開關

500‧‧‧功率開關控制電路

311‧‧‧延時電路

X1‧‧‧反及閘

X2‧‧‧反相電路

T‧‧‧電晶體

MP1‧‧‧第二電晶體

MN1‧‧‧第三電晶體

MP2‧‧‧第四電晶體

X3‧‧‧反相電路

X4‧‧‧第一反或閘

X5‧‧‧第二反或閘

X6‧‧‧反相電路

X7‧‧‧反及閘

X8‧‧‧反相電路

X9‧‧‧反相電路

X10‧‧‧反相電路

700‧‧‧功率開關控制電路

Y1-Y13‧‧‧邏輯電路

800‧‧‧降壓變換器

Q1‧‧‧高位功率開關

Q2‧‧‧低位開關

Q3‧‧‧負載開關

Q4‧‧‧電熔功率開關

831‧‧‧第一短路保護電路

832‧‧‧第二短路保護電路

T1‧‧‧電晶體

T2‧‧‧電晶體

900‧‧‧熱插拔電路

92‧‧‧開關控制電路

1000‧‧‧電熔絲電路

1100‧‧‧方法

1101‧‧‧步驟

1102‧‧‧步驟

1103‧‧‧步驟

1104‧‧‧步驟

1105‧‧‧步驟

1106‧‧‧步驟

1107‧‧‧步驟

1108‧‧‧步驟

為了更好的理解本發明，將根據以下附圖對本發明進行詳細描述：圖1示出了一個現有的升壓電壓變換器；圖2示出了根據本發明一實施例的開關電源系統200的方塊圖；圖3示出了根據本發明一實施例的功率開關控制電路300；圖4示出了根據本發明一實施例的圖3電路中信號的工作波形圖；圖5示出了根據本發明一實施例的功率開關控制電路500的具體電路圖； 圖6A-6C示出了根據本發明一實施例的圖5中電路的三種工作狀態下的信號工作波形圖；圖7示出了根據本發明一實施例的功率開關控制電路700，該電路包括P型功率開關Q；圖8示出了根據本發明一實施例的降壓電壓變換器800；圖9示出了根據本發明一實施例的包含短路保護電路23用於保護負載開關Q3的熱插拔電路900；圖10示出了根據本發明一實施例的包含電熔功率開關Q4的電熔絲電路1000；圖11示出了根據本發明一實施例的短路保護方法流程圖1100。

下面將參考附圖詳細說明本發明的實施方式。貫穿所有附圖相同的附圖標記表示相同的或相似的元件或特徵。

下面將詳細描述本發明的具體實施例，應當注意，這裏描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本發明。在下面對本發明的詳細描述中，為了更好地理解本發明，描述了大量的細節。然而，本領域技術人員將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。為了清晰明瞭地闡述本發明，本文簡化了一些具體結構和功能的詳細描述。此外，在一些實施例中已經詳細描述過的類似的結構和功能，在其它實施例中不再贅述。儘管本發明的各項術語是 結合具體的示範實施例來一一描述的，但這些術語不應理解為局限於這裏闡述的示範實施方式。

本發明的一些實施例藉由一電晶體選擇性檢測功率開關兩端的差值電壓，然後將該差值電壓與該電晶體的閾值電壓比較用於進行短路保護。該檢測到的電壓要麼為很小的值，如100毫伏特，要麼為很大的值，如近似電壓變換器的輸入電壓值，因此可採用精度不高的高速比較電路用於關斷和保護功率開關。相應地，從出現短路狀態到切斷功率開關之間的延時非常短。其中將差值電壓與電晶體固有閾值相比的短路保護可單獨使用，也可與傳統的含有電流比較電路的保護電路一起使用。

圖2示出了根據本發明一實施例的開關電源系統200的方塊圖。開關電源系統200包括開關電路21和控制電路20，其中開關電路21用於將輸入節點IN的輸入電壓轉換成輸出節點OUT的輸出電壓。控制電路20用於調節輸出電壓。開關電路21包括功率開關Q，且藉由調節功率開關Q的導通和關斷的時間比調節輸出節點OUT的輸出電壓。圖1所示的開關電路21可為一個升壓電壓變換器、或降壓電壓變換器、或其它任何形式的開關電源電路。在另一些實施例中，電路21不是開關電源電路，如可為熱插拔電路或電熔絲電路。控制電路20輸出一閘極控制信號GATE至功率開關Q的控制端用於控制功率開關Q的導通和關斷。控制電路20包含開關控制電路22，短路保護電路23和邏輯電路24。

開關控制電路22的輸出端提供開關信號ON，用於將功率開關Q導通。在正常的工作狀態下，當開關信號ON為有效狀態，如高位準時，功率開關Q導通。在一個實施例中，開關信號ON為脈衝寬度調變信號。

在正常的工作狀態下，也即短路情形沒有出現的狀態下，開關信號ON控制功率開關Q的導通和關斷，而且藉由調節開關信號ON的占空係數調節輸出電壓的高低。短路情形指當功率開關Q處於導通狀態時，功率開關Q不正常地短接至電壓源，使得功率開關Q兩端的電壓不正常地處於高值。在一個實施例中，開關控制電路22包含恒定導通時間控制電路。

短路保護電路23具有第一端231、第二端232和輸出端236。其中第一端231耦接功率開關Q的第一端，第二端232耦接功率開關Q的第二端，輸出端236提供短路保護信號SP。藉由這個結構短路保護電路23可用於檢測到功率開關Q的第一端和第二端之間的差值電壓。當短路情形出現時，短路保護信號SP處於有效狀態如低位準，功率開關Q被關斷。在另一個實施例中，當短路情形出現時，短路保護信號SP處於有效狀態的高位準，功率開關Q被關斷。

短路保護電路23包含電晶體T。當藉由閘極控制信號GATE判斷出功率開關Q處於導通狀態時，短路保護電路23處於致能狀態從而將功率開關Q的差值電壓與電晶體T的固有閾值相比較，並當該差值電壓大於電晶體T的 固有閾值時關斷功率開關Q。當短路保護電路23檢測到功率開關Q處於關斷狀態時，短路保護電路處於被抑制狀態，不將差值電壓與閾值電壓進行比較。在另一個實施例中，功率開關Q的導通狀態藉由判斷開關信號ON的狀態確定。在又一個實施例中，功率開關Q的導通狀態藉由判斷開關信號ON和短路保護信號SP的狀態共同確定，即當開關信號ON處於有效狀態且短路保護信號SP處於無效狀態時判斷功率開關Q處於導通狀態。

邏輯電路24具有接收開關信號ON的第一輸入端、接收短路保護信號SP的第二輸入端以及耦接功率開關Q的控制端的輸出端。在一個實施例中，邏輯電路24的輸出端藉由驅動電路間接連接至功率開關Q的控制端，驅動電路耦接在邏輯電路24和功率開關Q的控制端之間，並基於邏輯電路24提供的信號向功率開關Q提供閘極控制信號GATE。

繼續圖2的說明，當短路保護信號SP處於有效狀態時，如邏輯低位準，閘極控制信號GATE切換至無效狀態用於關斷功率開關Q。當短路保護信號SP處於無效狀態時，如邏輯高位準，閘極控制信號GATE受開關信號ON控制用於導通和關斷功率開關Q。在一個實施例中，邏輯電路24包含及閘。在另一個實施例中，邏輯電路24包含反及閘，也即及閘和反閘的串聯集合。在另一些實施例中，邏輯電路進一步接收其它信號，如過溫信號、欠壓保護信號等用於控制功率開關Q。

在一個實施例中，短路保護電路23在閘極控制信號GATE由無效狀態切換至有效狀態後的一段空白時間後被致能，用於確保致能時功率開關Q兩端的電壓已經穩定。短路保護電路23只能在被致能時輸出有效的短路保護信號SP。其中有效狀態的閘極控制信號用於導通功率開關Q。這樣，短路保護信號SP僅在功率開關Q處於導通狀態且其兩端電壓已經穩定的狀態下起到短路保護作用關斷功率開關Q。在正常的工作狀態下，導通狀態下的功率開關Q的差值電壓Vd為很低的值。然而，當功率開關Q不正常地短接到電壓源時，功率開關兩端的差值電壓將遠高於正常值，如不進行保護將損壞功率開關。當短路保護電路23被致能時，若功率開關的差值電壓Vd高於電晶體T的固有閾值電壓時，電晶體T將進入激活狀態，如導通狀態用於觸發短路保護信號SP進入有效狀態，從而使功率開關Q關斷。

由於差值電壓Vd僅為正常狀態下的很低的值或短路情形下的很高的值，對短路保護電路23的精度要求很低，因此從短路情形發生到短路保護信號SP轉變為有效狀態之間的延時可以很短，從而功率開關Q可在短路情形發生後的短時間內得到有效保護。

圖3示出了根據本發明一實施例的包含短路保護電路23的功率開關控制電路300。功率開關控制電路300包含功率開關Q，開關控制電路22，短路保護電路23，邏輯電路24和驅動電路34。功率開關Q具有第一端、第二端 和控制端，其中功率開關Q的第一端耦接第一功率節點P1，功率開關Q和第二端耦接第二功率節點P2。在本說明書中，標記P1和P2也可用於分別表示功率開關Q的第一端和功率開關Q的第二端。

在一個實施例中，如圖1所示，功率開關Q為升壓電壓變換器的低位開關，其中第一功率節點P1為開關節點SW，第二功率節點P2為系統地端節點GND。

在另一個實施例中，功率開關為降壓電壓變換器的高位開關，如圖8所示的功率開關Q1，其中第一功率節點P1為輸入節點IN，第二功率節點P2為開關節點SW。

在又一個實施例中，功率開關Q為降壓電壓變換器的低位同步整流器，如圖8所示的功率開關Q2所示，其中功率開關Q2的第一功率節點P1為開關節點SW，第二功率節點P2為系統地端節點GND。

在另一些實施例中，功率開關Q可用於其它形式的拓撲，如為圖9所示的熱插拔電路的負載開關Q3，或者為如圖10所示的電熔絲電路的功率開關Q等。

開關控制電路22具有提供開關信號ON的輸出端，用於選擇性地導通功率開關Q。開關控制電路22可為任意可行的用於導通功率開關的電路。在一個實施例中，開關控制電路22包括用於產生PWM信號的PWM信號產生電路，其中PWM信號至少基於輸出電壓反饋信號或輸出電流反饋信號產生。

短路保護電路23用於產生短路保護信號SP，用於在 短路情形下當功率開關Q的差值電壓超過一安全閾值時關斷功率開關Q。當短路保護信號SP處於有效狀態時，如邏輯低位準狀態，功率開關Q被關斷。當短路保護信號SP處於不同於有效狀態的無效狀態時，如邏輯高位準狀態，功率開關Q受開關信號ON或其它信號控制進行導通和關斷。短路保護電路23具有第一輸入端231、第二輸入端232、第三輸入端233，第四輸入端234，第五輸入端235和輸出端236。其中第一輸入端231耦接功率開關Q的第一端P1。第二輸入端232耦接功率開關Q的第二端P2。這樣短路保護電路23可藉由將第一端P1上電壓減去第二端P2上的電壓，用於獲得功率開關Q兩端的差值電壓Vd，或表示為Vd=V1-V2，其中Vd表示功率開關Q兩端的差值電壓，V1表示功率開關Q第一端P1上的電壓，V2表示功率開關Q第二端P2上的電壓。短路保護電路23的第三輸入端233接收閘極控制信號GATE，第四輸入端接收開關信號ON，第五輸入端235接收啟動信號POR，輸出端236提供短路保護信號SP。

短路保護電路23包含致能電路31，比較電路32和閂鎖電路33。致能電路31具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中致能電路31的第一輸入端耦接功率開關Q的控制端用於接收閘極控制信號GATE，致能電路31的第二輸入端接收開關信號ON，致能電路31的輸出端提供致能信號EN。當致能電路31檢測到閘極控制信號GATE為有效狀態時，致能信號EN切換至有效狀態用於致能短 路保護電路23。在一個實施例中，致能信號EN在開關信號ON切換為有效狀態的一段空白時間後切換為有效狀態。當致能電路31檢測到開關信號ON處於無效狀態或閘極控制信號GATE處於無效狀態，如邏輯低位準，致能信號切換為無效狀態用於抑制短路保護電路23。其中開關信號ON的無效狀態或閘極控制信號GATE的無效狀態用於關斷功率開關Q。

圖4示出了根據本發明一實施例的圖3中功率開關控制電路300的信號工作波形圖。在時間t1，控制信號ON切換至有效狀態高位準。在經過短期的延遲時間Td1後，在時間t2，閘極控制信號GATE切換至高位準的有效狀態用於導通功率開關Q。延遲時間Td1可由驅動電路34產生。同時，致能電路31檢測到閘極控制信號GATE的有效狀態改變(信號上升沿)。經過一段空白時間Td2後，在時間t3，致能信號EN切換為高位準的有效狀態。在時間t4，開關信號ON切換為低位準，同時，致能信號EN也切換至低位準。在時間段t3至t4之間，短路保護電路23被致能，比較電路32檢測功率開關Q兩端的差值電壓Vd用於檢測功率開關Q是否處於短路情形。經過延時Td1後，在時間點t4，功率開關Q被關斷。該功能用於保證短路保護電路23只在功率開關Q處於導通狀態時被致能。

繼續圖3的說明，比較電路32具有第一輸入端321，第二輸入端322，第三輸入端323和輸出端324，其 中比較電路32的第一輸入端321耦接功率開關Q的第一端P1，比較電路32的第二輸入端322耦接功率開關Q的第二端P2，比較電路32的第三輸入端323耦接致能電路31的輸出端，比較電路32的輸出端324提供比較信號CMP。比較電路32包含致能開關K和電晶體T。如上所述，致能開關K在致能信號EN為有效狀態時導通。致能開關K具有第一端，第二端和控制端，其中致能開關K的第一端耦接到短路保護電路23的第一輸入端231和功率開關Q的第一端，致能開關K的第二端耦接電晶體T的控制端，致能開關K的控制端耦接致能電路31的輸出端用於接收致能信號EN。當致能開關K導通時，比較電路32經由短路保護電路23的第一輸入端231檢測位於第一功率節點P1處的第一電壓V1，以及經由短路保護電路23的第二輸入端232檢測位於第二功率節點P2處的第二電壓V2。因此，功率開關Q兩端的差值電壓Vd藉由Vd=V1-V2的公式被檢測。

電晶體T具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接比較電路32的第二輸入端用於接收第二電壓V2。電晶體T的第二端耦接反相電路X3的輸入端，電晶體T的控制端耦接致能開關K的第二端。

當致能信號EN處於無效狀態時，如低位準，致能開關K關斷，短路保護電路23被抑制。相應地，比較信號CMP處於無效狀態，如邏輯低，且短路保護信號SP處於高位準的無效狀態。

當致能信號EN為有效狀態時，短路保護電路23被致能，致能開關K導通。同時，功率開關Q的第一端P1和第二端P2分別耦接至電晶體T的控制端和第一端。因此，比較電路32能檢測到功率開關Q上的差值電壓Vd，並將該差值電壓Vd與電晶體T的閾值電壓相比較。當差值電壓Vd大於電晶體T的閾值電壓時，電晶體T切換狀態使得比較信號CMP切換為高位準的有效狀態。當差值電壓Vd小於該閾值電壓時，比較信號CMP為低位準的無效狀態。

閂鎖電路33具有第一輸入端R，第二輸入端S，以及輸出端/Q，其中第一輸入端R接收啟動信號POR，第二輸入端S耦接比較電路32的輸出端用於接收比較信號CMP，輸出端/Q提供短路保護信號SP。在圖示的實施例中，啟動信號POR被輸入至閂鎖電路33的重設輸入端R，比較信號CMP被輸入至閂鎖電路33的設定輸入端S。然而，應當知道在不同的實施例中，藉由邏輯位準的配置，啟動信號POR也可能被輸入至閂鎖電路的設定輸入端，比較信號CMP輸入至重設輸入端而同時實現上述相同的控制效果。當功率開關Q被重設時，POR信號為邏輯高位準，閂鎖電路33的輸出切換至高位準，表示短路保護信號SP處於無效狀態。閂鎖電路33的輸出狀態維持，直至比較電路32輸出高位準的比較信號CMP將閂鎖電路33設定，並使短路保護信號SP切換為低位準的有效狀態。閂鎖電路在啟動信號POR進入有效狀態時再次被 重設。

然而，應當知道，閂鎖電路33可被其它類型的電路所代替，只要實現當比較信號CMP進入有效狀態時將功率開關Q關斷的功能。

在圖3所示的實施例中，邏輯電路24包含反及閘。反及閘24具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收開關信號ON，第二輸入端耦接短路保護電路23的輸出端236用於接收短路保護信號SP，反及閘24的輸出端耦接驅動電路。驅動電路34具有輸入端和輸出端，其中驅動電路34的輸入端耦接邏輯電路24的輸出端，驅動電路34的輸出端提供閘極控制信號GATE並耦接至功率開關Q的控制端。在另一個實施例中，邏輯電路24包含及閘，當短路保護信號SP切換至邏輯低位準時(短路保護信號的有效狀態)，邏輯電路24輸出低位準的信號關斷功率開關Q。當短路保護信號SP切換為無效的高位準狀態時，驅動電路34輸出與開關信號ON邏輯位準一致的閘極控制信號GATE，使得功率開關Q根據開關信號ON進行導通和關斷。

圖5示出了根據本發明一實施例的功率開關控制電路500的具體電路圖。功率開關控制電路500包含功率開關Q、開關控制電路22、短路保護電路23、邏輯電路24和驅動電路34。短路保護電路23包含致能電路31、比較電路32和閂鎖電路33。

致能電路31具有第一輸入端、第二輸入端、第一輸 出端和第二輸出端，其中第一輸入端接收閘極控制信號GATE，第二輸入端接收開關信號ON，第一輸出端提供致能信號EN，第二輸出端提供與致能信號EN呈相反狀態的信號。致能電路31包含延時電路311、反及閘X1和反相電路X2。延時電路311的輸入端接收閘極控制信號，延時電路311的輸出端提供延時閘極控制信號DELAY。在一個實施例中，延時閘極控制信號DELAY在閘極控制信號GATE切換為有效狀態時在經過一段空白時間後跟隨閘極控制信號GATE，但是在閘極控制信號GATE為關斷功率開關Q而切換為無效狀態時沒有延時地跟隨閘極控制信號GATE。空白時間用於短路保護電路23在被致能前，第一功率節點P1和第二功率節點P2上的電壓已穩定，可安全地觸發短路保護。反及閘X1具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接延時電路311的輸出端，第二輸入端接收開關信號ON。反相電路X2具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接反及閘X1的輸出端，反相電路X2的輸出端致能信號EN並耦接至致能開關K的控制端。因此，當開關信號ON和延時閘極控制信號DELAY都處於高位準狀態時，反及閘X1的輸出為低位準，反相電路X2輸出的致能信號EN為高位準，使得致能開關K導通，短路保護電路23被致能。藉由這種佈局，致能信號EN在閘極控制信號GATE轉變為高位準狀態後的一定延時後亦切換至高位準的有效狀態。當開關信號ON或延時閘極控制信號DELAY之中的任一個為低 位準時，致能信號為低位準的無效狀態，短路保護電路23被抑制。

比較電路32包含致能開關K、電晶體T、第二電晶體MP1、第三電晶體MN1、第四電晶體MP2和反相電路X3。

致能開關K具有第一端、第二端和控制端，致能開關K的第一端耦接短路控制電路的第一輸入端231，致能開關K的第二端耦接電晶體T的控制端，致能開關K的控制端耦接致能電路31的第一輸出端用於並受致能信號EN的控制。致能開關K在致能信號為有效狀態時導通，用於將功率開關Q的第一功率節點P1耦接至電晶體T的控制端，以此致能短路保護電路23。在圖示的實施例中，致能開關K為N型金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)，在致能信號EN為高位準時導通。然而，應當知道，在其它的實施例中，致能開關可為P型MOSFET，其中P型MOSFET的控制端耦接至反及閘X1的輸出端即致能電路31的第二個輸出端，致得當延時閘極控制信號DELAY為有效狀態時致能開關導通。

在圖示的實施例中，電晶體T包含N型MOSFET(或NMOSFET)。當致能開關K導通時，NMOSFET T的源極接收第二電壓V2，NMOSFET T的閘極也即控制端接收第一電壓V1。應當知道，電晶體T可為其它類型的電晶體，如NPN三極型電晶體等。電晶體T也可為P型MOSFET或PNP三極型電晶體。在圖示的實施例中，電 晶體T的固有閾值電壓為NMOSFET T的源極-閘極之間的導通閾值電壓。當功率開關Q兩端的差值電壓大於NMOSFET T的導通閾值電壓時，電晶體T導通，比較信號CMP切換為高位準的有效狀態。當功率開關Q的差值電壓低於電晶體T的導通電壓時，電晶體為關斷狀態，比較信號CMP為低位準的無效狀態。在另一個實施例中，電晶體的固有閾值電壓可為關斷電壓，且當功率開關兩端的差值電壓大於該關斷電壓時，電晶體關斷，同時比較電路輸出的比較信號為有效狀態用於關斷功率開關。為與其它電晶體相區別，電晶體T亦可稱為比較電路32的的第一電晶體。第一電晶體T具有第一端、第二端和控制端，其中第一電晶體T的第一端耦接功率開關Q的第二端用於接收第二電壓V2，第一電晶體T的控制端耦接致能開關K的第二端。第二電晶體MP1具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接參考電壓VDD，第二電晶體MP1的第二端耦接第一電晶體T的第二端，第二電晶體MP1的控制端耦接偏置電壓Vbias。第三電晶體MN1具有第一端、第二端和控制端，其中第三電晶體MN1的第一端耦接短路保護電路的第二輸入端232用於接收第二電壓V2，第三電晶體MN1的第二端耦接致能開關的第二端，第三電晶體MN1的控制端耦接致能電路31的第二輸出端即反及閘X1的輸出端。第四電晶體MP2具有第一端、第二端和控制端，其中第四電晶體MP2的第一端耦接參考電壓VDD，第四電晶體MP2的第二端耦接第一電晶體T 的第二端，第四電晶體MP2的控制端耦接致能電路31的輸出端用於接收致能信號EN。反相電路X3具有輸入端和輸出端，其中反相電路X3的輸入端耦接第一電晶體T的第二端，反相電路X3的輸出端提供比較信號CMP並輸送至閂鎖電路33。在圖示的實施例中，第一電晶體T為NMOSFET(N型金屬氧化物半導體場效應電晶體)，第二電晶體MP1為PMOSFET(P型金屬氧化物半導體場效應電晶體)，第三電晶體MN1為NMOSFET，第四電晶體MP2為PMOSFET。在一個實施例中，反相電路X3為滯環反相電路。

在一個實施例中，邏輯電路X1-X10以參考電壓VDD為高壓偏置電壓源，以第二功率節點P2處的第二電壓為低壓偏置電壓源。這樣，邏輯電路X1-X10輸出的高邏輯位準接近參考電壓VDD，輸出的低邏輯位準接近第二電壓V2。

當致能信號EN為邏輯高時，致能開關K導通，電晶體T的閘極耦接第一功率節點P1用於接收第一電壓V1。這樣，功率開關Q兩端的差值電壓Vd(Vd=V1-V2)等於電晶體T閘極電壓與源極電壓的差值，即電晶體T的閘源電壓Vgs。同時，電晶體MN1和MP2關斷。這時，如果功率開關Q的差值電壓Vd超過電晶體T的導通閾值電壓Vth，電晶體T克服電晶體MP1的偏置電流導通，反相電路X3輸入端電壓為低位準電壓。同時反相電路X3輸出的比較信號CMP為高位準的有效狀態，使得閂鎖電路33 設定，短路保護信號SP變換為有效狀態的低位準電壓，用於將功率開關Q關斷。

然而，如果功率開關Q兩端的差值電壓低於閾值電壓Vth，電晶體T為關斷狀態，電晶體MP1的偏置電流將反相電路X3的輸入端保持在高電位。因此反相電路X3輸出的比較信號CMP為低位準的無效狀態。

當致能信號EN轉變為低位準，致能開關K關斷，短路保護電路23被抑制。這是，電晶體MN1和MP2導通。因此，反相電路X3輸入端的電壓等於電晶體MP2源極端的電壓，為高位準電壓。相應地，反相電路X3輸出的比較信號CMP處於低位準的無效狀態。

閂鎖電路33包括第一反或閘X4，第二反或閘X5和反相電路X6。反或閘X4具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中反或閘X4的第一輸入端接收啟動信號POR。反或閘X5具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中反或閘X5的第一輸入端耦接反或閘X4的輸出端，反或閘X5的第二輸入端耦接比較電路32的輸出端用於接收比較信號CMP，反或閘X5的輸出端耦接反或閘X4的第二輸入端。反相電路X6具有輸入端和輸出端，其中反相電路X6的輸入端耦接反或閘X4的輸出端，反相電路X6的輸出端提供短路保護信號SP。當啟動信號POR轉變為有效狀態的高位準，閂鎖電路33被重設，短路保護信號SP轉變為邏輯高的無效狀態，功率開關Q受開關信號ON控制。在一個實施例中，啟動信號POR的有效狀 態僅維持一個短期的脈衝之後馬上轉變為無效狀態。閂鎖電路33的輸出信號維持高位準的無效狀態直到比較信號CMP再次切換到高位準。當比較信號CMP變換為高位準時，比較電路33被設定，短路保護信號SP切換到低位準的有效狀態，用於關斷功率開關Q。應當知道，閂鎖電路可為其它形式，具有不同的元件，但也能實現當比較信號CMP切換為有效狀態時輸出有效的短路保護信號SP用於關斷功率開關Q。

邏輯電路24包含反及閘X7。反及閘X7具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收開關信號ON，第二輸入端接收短路保護信號SP，輸出端耦接至驅動電路34。

驅動電路34包含三個串聯的反相電路X8、X9和X10。驅動電路34具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接到反及閘X7的輸出端，驅動電路34的輸出端提供閘極控制信號GATE，並耦接至功率開關Q的控制端。

當短路保護信號SP變換為低位準的有效狀態時，反及閘X7的輸出信號變換為高位準，驅動電路34輸出的閘極控制信號GATE為無效狀態的低電壓，功率開關Q關斷。當短路保護信號SP變換為無效狀態的高位準時，反及閘X7的輸出為開關信號ON的反相信號，驅動電路34的輸出信號跟隨開關信號ON，具有相似形狀的波形，因此功率開關Q根據開關信號ON導通和關斷。

應當知道，邏輯電路和驅動電路可具有不同於圖示的 結構，只要保證當短路保護信號SP為有效狀態時功率開關Q關斷，當短路保護信號SP為無效狀態時功率開關Q受開關信號ON控制即可。

圖6A-6C示出了根據本發明一實施例的如圖5所示電路在三種情形下的波形示意圖。圖6A示出了沒有短路情形發生的正常情況下的波形。圖6B示出了功率開關在導通前發生短路情形的波形。圖6C示出了功率開關在導通時發生短路情形的波形。

先看圖6A沒有短路發生情況下的波形。在致能信號EN為高位準的有效狀態下，短路保護電路的比較電路檢測到的差值電壓Vd一直為低電壓水平，因此短路保護信號SP抑制保持無效狀態的高位準。閘極控制信號GATE基於開關信號ON產生並有一個延遲。在時間t3，閘極控制信號GATE變換為高位準的有效狀態。一空白時間後，在時間t4，延時閘極控制信號DELAY切換為高位準的有效狀態。同時，致能信號EN變換為高位準的有效狀態。在時間t5，開關信號ON切換為低位準的無效狀態，致能信號EN同時切換為低位準的無效狀態。應當知道，時間標記t1-t7僅用於說明一幅圖中的時間順序，不同圖(圖4、圖6A，圖6B，圖6C)中的相同的時間標記沒有任何關聯。

再看圖6B中的功率開關導通前的短路發生情形。在時間t2，開關信號ON切換為高位準的有效狀態。一短暫的延時後，在時間t3，閘極控制信號GATE變換為高位準 的有效狀態。一空白時間後，在時間t4，延時閘極控制信號DELAY變為高位準的有效狀態，致能信號EN也變為有效的高位準用於致能短路保護電路。同時，功率開關兩端的差值電壓Vd由短路保護電路檢測到。這是，由於功率開關Q被短路，檢測到的差值電壓Vd高於一電晶體的閾值電壓，短路保護信號SP被觸發至低位準的有效狀態。一短暫延時後，在時間t5，閘極控制信號GATE變換為低位準的無效狀態用於關斷功率開關。同時，延時閘極控制信號DELAY以及致能信號EN在信號GATE的下降沿觸發為低位準的無效狀態。短路保護信號SP維持低位準使得功率開關持續關斷。直到時間t6，啟動信號POR變換為有效的高位準，短路保護信號SP重新被觸發為高位準的無效狀態。

最後參看圖6C，功率開關在導通過程中被短路。在時間t5前，功率開關處於正常工作狀態。如在時間t2，開關信號ON變換為高位準的有效狀態，一短暫延時後，在時間t3，閘極控制信號GATE變換為高位準用於導通功率開關。一空白時間後，在時間t4，延時閘極控制信號DELAY變為高位準。同時，致能信號EN亦變為高位準，短路保護電路被致能用於檢測功率開關兩端的差值電壓，並將該差值電壓和短路保護電路中一電晶體的閾值電壓相比較。在正常工作狀態下，差值電壓Vd低於該閾值電壓，短路保護信號SP為高位準的無效狀態。在時間t5，短路情形發生，差值電壓Vd高於電晶體的閾值電 壓。同時，短路保護信號SP變為低位準的有效狀態。一短暫電路延時後，在時間t6，閘極控制信號GATE變為低位準，功率開關被關斷。同時，延時閘極控制信號DELAY和致能信號EN變為無效的低位準狀態，短路保護電路被抑制。由於本發明多個實施例中的比較電路對精度要求很低，功率開關短路情形發生和功率開關被關斷之間的時間差僅主要由驅動電路的延時決定，因此時間差非常短。短路保護信號SP維持低位準直到在時間t7，啟動信號POR變為有效狀態用於重新啟動功率開關。此時，短路保護信號SP被觸發為高位準的無效狀態，並進入正常工作狀態。

圖7示出了根據本發明一實施例的包含P型功率開關Q的功率開關控制電路700。P型功率開關Q在閘極低電壓時導通，在高電壓時關斷。這樣，功率開關控制電路700中的邏輯電路Y1-Y13和比較電路73的電晶體T因不同的邏輯計算而與圖5中的控制電路有所不同，用於保證當功率開關在導通時若其兩端的差值電壓大於電晶體T的閾值電壓時關斷功率開關Q。

圖8示出了根據本發明一實施例的降壓變換器800示意圖。降壓變換器800包含耦接在輸入端IN和開關節點SW之間的高位功率開關Q1，耦接在系統地和開關節點SW之間的低位開關Q2，耦接在開關節點SW和輸出端OUT之間的電感L，以及耦接在輸出端OUT和系統地之間的輸出電容Cout。其中輸出端OUT提供輸出電壓Vout 用於為負載供電。功率開關Q1和Q2各自對應一短路保護電路，稱為第一短路保護電路831和第二短路保護電路832。當功率開關Q1導通時，短路保護電路831被致能，功率開關Q1的差值電壓被用於和電晶體T1的閾值電壓比較，以此控制當短路發生時功率開關Q1被短路保護電路831關斷。當功率開關Q2導通時，短路保護電路832被致能，功率開關Q2的差值電壓被用於和電晶體T2的閾值電壓比較，以此控制當短路發生時功率開關Q2被短路保護電路832關斷。短路保護電路831和832與圖5中的短路保護電路相比，除了短路保護電路831的邏輯閘被偏置在開關節點SW電壓和高於開關節點SW的自舉電壓VBST之間，以及短路保護電路832的邏輯閘被偏置在低電壓GND與參考電壓VDRV之間，其它的結構相同。

圖9示出了根據本發明一實施例的包含短路保護電路23用於保護負載開關Q3的熱插拔電路900。熱插拔電路900包含短路保護電路23，開關控制電路92和邏輯電路24。在一個實施例中，短路保護電路23僅在功率開關Q完全被導通時，也就是功率開關Q的控制端電壓已置於最高值時被致能。例如，在電湧控制階段，功率開關Q導通用於為負載電容充電。然而，在該階段，功率開關Q未完全導通，短路保護電路未被致能。當短路保護電路23被致能且功率開關Q兩端的差值電壓高於短路保護電路23中一電晶體的閾值電壓時，功率開關Q關斷。

圖10示出了根據本發明一實施例的用於保護電熔功 率開關Q4的電熔絲電路1000。在一個實施例中，短路保護電路23僅當功率開關Q的閘極電壓處於最大值且功率開關Q完全導通時致能短路保護電路23。當短路保護電路23被致能時，且當功率開關Q兩端的差值電壓大於短路保護電路23中電晶體的閾值電壓時，功率開關Q被短路保護電路23關斷。

圖11示出了根據本發明一實施例的保護功率開關免於短路損壞的短路保護方法1100流程圖。方法1100包括：檢測功率開關Q的導通狀態，當功率開關Q處於導通狀態時將功率開關Q兩端的差值電壓與一電晶體的閾值電壓相比較，然後當檢測到功率開關的差值電壓大於該閾值電壓時關斷功率開關。

具體地，方法1100包括在步驟1101啟動功率開關Q。在一個實施例中，啟動功率開關Q包括提供一啟動信號POR，在接收到該啟動信號POR時，功率開關Q啟動，系統正常工作。在一個實施例中，功率開關Q應用在開關電源中。

方法1100包括在步驟1102基於一開關信號ON導通和關斷功率開關Q。在一個實施例中，開關信號ON的有效狀態用於導通功率開關Q，開關信號ON的無效狀態用於關斷功率開關Q。

然後在步驟1103，方法包括檢測功率開關Q是否處於導通狀態。如果功率開關Q為導通狀態，則進入步驟1104，如果功率開關Q為關斷狀態，則進入步驟1105。 在一個實施例中，檢測功率開關Q是否處於導通狀態藉由檢測耦接至功率開關Q的閘極控制信號的狀態來判斷。

在步驟1104，方法1100包含致能短路保護電路。在一個實施例中，致能短路保護電路包括將一致能開關導通用於檢測功率開關Q兩端的差值電壓。在一個實施例中，在導通功率開關Q和導通致能開關之間增加一空白時間，用於保證致能開關被導通時功率開關Q兩端的電壓已經穩定。或者在步驟1105，當功率開關Q被關斷或將要被關斷時，短路保護電路被抑制，致能開關被關斷。

方法1100包括在步驟1106將功率開關Q兩端的差值電壓與電晶體T的閾值電壓Vth相比較。在一個實施例中，步驟1106包括將功率開關Q的第一端和第二端分別耦接至電晶體的控制端和其中一端。在一個實施例中，功率開關的第一端和第二端分別耦接至NMOSFET的閘極和源極，這樣NMOSFET的閘源電壓Vgs即等於功率開關兩端的差值電壓，其中上述閾值電壓Vth即為NMOSFET的閘源導通閾值電壓。

方法1100進一步在步驟1107包括判斷差值電壓Vd是否高於電晶體T的閾值電壓Vth。當差值電壓Vd大於閾值電壓Vth時，進入步驟1108。否則，若差值電壓Vd低於閾值電壓Vth時，進入步驟1102，此時功率開關Q的導通和關斷受開關信號ON控制。

在步驟1108，方法1100包括將電晶體T導通用於關斷功率開關Q。在一個實施例中，當短路保護電路輸出的 短路保護信號為有效狀態時功率開關被關斷。在一個實施例中，電晶體包含NMOSFET，且由於NMOSFET的閘源電壓Vgs等於功率開關的差值電壓，當差值電壓大於NMOSFET的導通閾值電壓時，NMSOFET被導通用於觸發短路保護信號進入有效狀態，從而關斷功率開關Q。功率開關Q將保持關斷狀態，直到啟動信號POR進入有效狀態重新啟動功率開關，即再次進入步驟1101。

應當知道，一個信號的有效狀態可為邏輯高位準，也可為邏輯低位準，且不同信號的邏輯狀態可不同。一邏輯電路可具有不同的拓撲結構，只要它在申請專利範圍所定義的功能或範圍之內。

需要聲明的是，上述發明內容及具體實施方式意在證明本發明所提供技術方案的實際應用，不應解釋為對本發明保護範圍的限定。本領域技術人員在本發明的精神和原理內，當可作各種修改、等同替換、或改進。本發明的保護範圍以所附申請專利範圍為準。

22‧‧‧開關控制電路

23‧‧‧短路保護電路

24‧‧‧邏輯電路

31‧‧‧致能電路

32‧‧‧比較電路

33‧‧‧閂鎖電路

34‧‧‧驅動電路

231‧‧‧第一端

232‧‧‧第二端

311‧‧‧延時電路

500‧‧‧功率開關控制電路

X1‧‧‧反及閘

X2‧‧‧反相電路

X3‧‧‧反相電路

X4‧‧‧第一反或閘

X5‧‧‧第二反或閘

X6‧‧‧反相電路

X7‧‧‧反及閘

X8‧‧‧反相電路

X9‧‧‧反相電路

X10‧‧‧反相電路

P1‧‧‧第一功率節點

P2‧‧‧第二功率節點

V1‧‧‧第一電壓

V2‧‧‧第二電壓

MP1‧‧‧第二電晶體

MP2‧‧‧第四電晶體

MN1‧‧‧第三電晶體

CMP‧‧‧比較信號

VDD‧‧‧參考電壓

SP‧‧‧短路保護信號

EN‧‧‧致能信號

K‧‧‧開關

Q‧‧‧功率開關

DELAY‧‧‧延時閘極控制信號

GATE‧‧‧閘極控制信號

Claims (19)

1. 一種用於保護功率開關的短路保護電路，其中功率開關具有第一端、第二端和控制端，短路保護電路具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中短路保護電路的第一輸入端耦接功率開關的第一端，短路保護電路的第二輸入端耦接功率開關的第二端，短路保護電路的輸出端提供短路保護信號，其中短路保護電路包含電晶體，其中：電晶體具有閾值電壓；當且僅當功率開關導通時，短路保護電路將功率開關第一端和第二端之間的差值電壓與電晶體的閾值電壓相比較；以及當差值電壓大於電晶體的閾值電壓時，短路保護信號變換為有效狀態用於關斷功率開關。
2. 如申請專利範圍第1項所述的短路保護電路，進一步具有第三輸入端、第四輸入端和第五輸入端，其中短路保護電路的第三輸入端耦接功率開關的控制端，短路保護電路的第四輸入端接收開關信號，短路保護電路的第五輸入端耦接啟動信號。
3. 如申請專利範圍第1項所述的短路保護電路，進一步包含：致能電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中致能電路的第一輸入端耦接功率開關的控制端用於接收閘極控制信號，致能電路的第二輸入端接收開關信號，致能電路的輸出端提供致能信號，其中當閘極控制信號變 換為有效狀態的空白時間後致能信號變換為其有效狀態，當開關信號或閘極控制信號之任一變換為其無效狀態時致能信號變換為其無效狀態，其中閘極控制信號的有效狀態用於導通功率開關，開關信號或閘極控制信號的無效狀態用於關斷功率開關；比較電路，包含致能開關和電晶體，比較電路具有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和輸出端，其中比較電路的第一輸入端耦接功率開關的第一端，比較電路的第二輸入端耦接功率開關的第二端，比較電路的第三輸入端耦接致能電路的輸出端用於接收致能信號，比較電路的輸出端提供比較信號，其中當致能信號為其有效狀態時，致能開關導通，比較電路將功率開關的差值電壓與電晶體的閾值電壓相比較，當差值電壓高於閾值電壓時，比較信號為其有效狀態，當差值電壓低於閾值電壓時，比較信號為其無效狀態，且當致能信號為其無效狀態時，致能開關關斷，比較信號亦為其無效狀態；以及閂鎖電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中閂鎖電路的第一輸入端接收啟動信號，閂鎖電路的第二輸入端耦接比較電路的輸出端用於接收比較信號，閂鎖電路的輸出端提供短路保護信號，其中當比較信號為其有效狀態時，短路保護信號變換為其有效狀態，當啟動信號為有效狀態時，短路保護信號變換為其無效狀態。
4. 如申請專利範圍第3項所述的短路保護電路，其中致能電路包含： 延時電路，具有輸入端和輸出端，其中延時電路的輸入端接收閘極控制信號；反及閘，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中反及閘的第一輸入端耦接延時電路的輸出端，反及閘的第二輸出端接收開關信號；以及反相電路，具有輸入端和輸出端，其中反相電路的輸入端耦接反及閘的輸出端，反相電路的輸出端提供致能信號。
5. 如申請專利範圍第3項所述的短路保護電路，其中：致能開關具有第一端、第二端和控制端，其中致能開關的第一端耦接比較電路的第一輸入端，致能開關的控制端耦接致能電路的輸出端；電晶體為第一電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一電晶體的第一端耦接比較電路的第二輸入端，第一電晶體的控制端耦接致能開關的第二端；其中比較電路進一步包含：第二電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第二電晶體的第一端耦接參考電壓，第二電晶體的第二端耦接第一電晶體的第二端，第二電晶體的控制端耦接偏置電壓；第三電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第三電晶體的第一端耦接功率開關的第二端，第三電晶體的第二端耦接致能開關的第二端，第三電晶體的控制端耦接 致能電路的第二輸出端；第四電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第四電晶體的第一端耦接參考電壓，第四電晶體的第二端耦接第一電晶體的第二端，第四電晶體的控制端耦接致能電路的輸出端；以及反相電路，具有輸入端和輸出端，其中反相電路的輸入端耦接第一電晶體的第二端，反相電路的輸出端提供比較信號。
6. 如申請專利範圍第5項所述的短路保護電路，其中第一電晶體為NMOSFET，第二電晶體為PMOSFET，第三電晶體為NMOSFET，第四電晶體為PMOSFET。
7. 如申請專利範圍第1項所述的短路保護電路，其中功率開關為升壓變換電路的低位開關，功率開關的第一端耦接升壓變換電路的開關節點，功率開關的第二端耦接系統地端。
8. 如申請專利範圍第1項所述的短路保護電路，其中功率開關為降壓變換電路的高位開關，其中功率開關的第一端耦接降壓變換電路的輸入節點，功率開關的第二端耦接降壓變換電路的開關節點。
9. 如申請專利範圍第1項所述的短路保護電路，其中功率開關為降壓變換電路的低位開關，其中功率開關的第一端耦接降壓變換電路的開關節點，功率開關的第二端耦接系統地端。
10. 如申請專利範圍第1項所述的短路保護電路，其 中功率開關為熱插拔電路的負載開關。
11. 如申請專利範圍第1項所述的短路保護電路，其中功率開關為電熔絲電路的電熔功率開關。
12. 如申請專利範圍第1項所述的短路保護電路，進一步包含邏輯電路，邏輯電路具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中邏輯電路的第一輸入端接收開關信號，邏輯電路的第二輸入端接收短路保護信號，邏輯電路的輸出端耦接功率開關的控制端。
13. 如申請專利範圍第12項所述的短路保護電路，其中邏輯電路包含及閘。
14. 一種開關電源，包含：開關電路，將輸入節點的輸入電壓轉換為輸出節點的輸出電壓，其中開關電路包含功率開關，藉由控制功率開關的導通和關斷來控制輸出電壓，其中功率開關具有第一端、第二端和控制端；開關控制電路，其輸出端提供開關信號用於選擇性的導通功率開關；如申請專利範圍第1-9項所述的短路保護電路，產生短路保護信號；以及邏輯電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中邏輯電路的第一輸入端接收開關信號，邏輯電路的第二輸入端接收短路保護信號，邏輯電路的輸出端耦接功率開關的控制端用於控制功率開關的導通和關斷。
15. 一種保護功率開關的短路保護方法，包含： 檢測功率開關的狀態；當檢測到功率開關處於導通狀態時，將功率開關兩端的差值電壓與電晶體的閾值電壓相比較；以及當差值電壓高於閾值電壓時關斷功率開關。
16. 如申請專利範圍第15項所述的方法，進一步包含：藉由啟動信號啟動功率開關；藉由開關信號導通和關斷功率開關；當功率開關為導通狀態時致能短路保護電路，且當功率開關為關斷狀態時抑制短路保護電路；當短路保護電路被致能時且差值電壓高於閾值電壓時，導通電晶體，關斷功率開關，保持功率開關的關斷狀態直到功率開關重新被啟動。
17. 如申請專利範圍第16項所述的方法，其中致能短路保護電路包含導通致能開關，將功率開關的兩端分別耦接到電晶體。
18. 如申請專利範圍第17項所述的方法，其中短路保護電路在功率開關被導通的空白時間後被致能。
19. 如申請專利範圍第17項所述的方法，其中將差值電壓與閾值電壓相比較包含將功率開關的兩端分別耦接到NMOSFET的閘極和NMOSFET的源極，其中閾值電壓為NMOSFET的導通閾值電壓。