專利名稱：用于為開關(guān)電源變換器提供過流保護的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)電源領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明為開關(guān)電源變換器提供了一種過流保護的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電源作為所有電子產(chǎn)品的供電設(shè)備，除了設(shè)計需滿足性能要求之外，其自身的保護措施也非常重要。例如過流保護，過壓保護，過溫保護等等。目前，在開關(guān)電源變換器中，具有高頻開關(guān)特性的大功率MOSFET開關(guān)管得到了廣泛應(yīng)用。但其承受短時過載的能力較弱，在負載電路系統(tǒng)出現(xiàn)故障或短路等異常情況下，產(chǎn)生的功耗會急劇增大，從而影響 MOSFET開關(guān)管的正常工作，并可能對電源系統(tǒng)產(chǎn)生永久性的損壞。過流保護系統(tǒng)能夠在很短的時間內(nèi)將電源電路關(guān)閉，保證電源電路本身和負載系統(tǒng)電路不受損壞。在傳統(tǒng)的過流保護系統(tǒng)中，需要在開關(guān)電源變換器的電流檢測引腳接RC濾波器， 這樣會造成開關(guān)電源系統(tǒng)元器件數(shù)量的增加。同時在過流保護時，沒有考慮在變換器內(nèi)部信號的延時問題，會造成電流短時間增大，這樣就增加了開關(guān)永久性損壞的危險。所以有必要改進用于開關(guān)電源變換器的過流保護的技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于保護開關(guān)電源變換器的過流保護系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括前沿消隱、線性補償和過流保護比較器。前沿消隱電路包括電阻分壓器、共源放大器、串接延時反相器、RS觸發(fā)器、延時電容、施密特觸發(fā)器和與門；線性補償電路包括補償電流源、基準電流源、運算放大器、比較器；過流保護比較器由普通比較器構(gòu)成。前沿消隱電路，被配置來對流過開關(guān)電源變換器的外部開關(guān)管的電流檢測信號產(chǎn)生前沿消隱作用。其中電阻分壓器，被配置來產(chǎn)生對開關(guān)電源變換器的柵極驅(qū)動信號進行取樣；共源放大器，被配置來對開關(guān)電源變換器的柵極驅(qū)動信號的取樣信號放大；串接反相器，被配置來產(chǎn)生延時信號，同時實現(xiàn)高壓到低壓的轉(zhuǎn)換；RS觸發(fā)器，被配置來實現(xiàn)取樣信號和開關(guān)電源變換器脈寬調(diào)制信號的運算，產(chǎn)生脈沖信號；延時電容，被配置來對脈沖信號展寬；斯密特觸發(fā)器，被配置用來轉(zhuǎn)換電平并做延時；與門，被配置用來產(chǎn)生前沿消隱信號。線性補償電路，被配置用來對過流保護比較器的閾值電壓進行線性補償。其中補償電流源，被偏置用來檢測補償電流，并產(chǎn)生比例輸出電流；基準電流源，被偏置用來作為初始閾值電壓電路的基準電流；運算放大器，被偏置用來作為閉環(huán)使用，產(chǎn)生反饋電壓。過流比較器，被配置用來產(chǎn)生過流保護的比較信號。其中所述電流檢測信號指流過外部開關(guān)管的輸入電流；所述輸入電流與開關(guān)電源變換器的輸出功率相關(guān)聯(lián)；所述的電流保護閾值電壓與開關(guān)電源變換器的最大輸出功率相關(guān)聯(lián)。
本發(fā)明的過流保護系統(tǒng)工作方法包括系統(tǒng)需要接收一個電流檢測信號和一個 Icp引腳的補償電流信號。然后處理Icp電流信號，產(chǎn)生與其相關(guān)聯(lián)的閾值補償電流，調(diào)節(jié)閾值電壓。系統(tǒng)通過處理開關(guān)電源變換器的振蕩信號和PWM控制信號產(chǎn)生與其相關(guān)聯(lián)的前沿消隱信號，對電流檢測信號實施消隱。處理補償電流信號，產(chǎn)生與其相關(guān)聯(lián)的可調(diào)整的輸出電流信號。處理輸出電流信號，產(chǎn)生補償后的閾值電壓。對補償后的閾值電壓與電流檢測信號進行比較，產(chǎn)生與其相關(guān)聯(lián)的過流保護輸出信號。相對與傳統(tǒng)技術(shù)，通過本發(fā)明已經(jīng)實現(xiàn)了許多優(yōu)點。例如，前沿消隱電路防止了 MOSFET開關(guān)管開啟瞬間產(chǎn)生的上沖電流導致過流保護電路誤判斷。不僅可以有效的濾除因開關(guān)管翻轉(zhuǎn)引入的開關(guān)噪聲，而且還可以為系統(tǒng)節(jié)省一個外部的RC濾波器，降低了系統(tǒng)成本。本發(fā)明的線性補償過流保護電路考慮了系統(tǒng)內(nèi)部過流保護輸出信號的延時，從而避免了在高輸入電壓時，可能出現(xiàn)的大電流導通導致MOSFET開關(guān)管永久性損壞。同時還穩(wěn)定了最大輸出功率，使得電源系統(tǒng)在全電壓輸入范圍內(nèi)都能達到最大功率平坦化。參考下面的附圖和實施方式，可以更加充分地了解本發(fā)明的目的，特征和優(yōu)點。
圖1是傳統(tǒng)反激式開關(guān)電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)簡化示意2是帶有本發(fā)明的過流保護系統(tǒng)的開關(guān)電源變換器的簡化示意3是本發(fā)明的前沿消隱電路簡化示意4是本發(fā)明的前沿消隱電路波形示意5是本發(fā)明的線性補償過流保護電路簡化示意6是本發(fā)明的線性補償過流保護電路波形示意7是本發(fā)明的線性補償過流保護電路功能示意圖
具體實施例方式本發(fā)明為開關(guān)電源變換器提供了一種過流保護的系統(tǒng)和方法。在MOSFET開關(guān)開啟瞬間，寄生電容突然放電，會在回路中產(chǎn)生很大的電流尖峰。如果此時檢測電流值，會產(chǎn)生錯誤觸發(fā)動作，為了避免系統(tǒng)過早的檢測開關(guān)管電流，需要屏蔽該尖峰脈沖的干擾。傳統(tǒng)的開關(guān)電源常常需要在電流檢測端外接一個較大的RC濾波器來屏蔽尖峰，這樣就會造成電源系統(tǒng)成本的增加。本發(fā)明的過流保護系統(tǒng)里面的前沿消隱電路，使得開關(guān)導通一段時間后再檢測電流，消除了尖峰脈沖的干擾，防止了錯誤觸發(fā)動作的發(fā)生，而且為系統(tǒng)節(jié)省一個外部的RC網(wǎng)絡(luò)，降低系統(tǒng)成本。傳統(tǒng)的開關(guān)電源變換器采用比較簡單的比較器來產(chǎn)生過流保護輸出信號的產(chǎn)生，沒有考慮到過流保護輸出信號的延時，因為過流保護輸出信號會有固定的延時，在這段延時內(nèi)，由于電流沒有限制，所以可能會產(chǎn)生很大的峰值，造成熱量過于集中，最終導致開關(guān)管永久性損壞。本發(fā)明的線性補償過流保護系統(tǒng)會根據(jù)輸入電壓的大小補償過流保護的閾值電壓，使得在輸入電壓大的時候，閾值電壓減?。辉谳斎腚妷盒〉臅r候，閾值電壓增大。從而限制了開關(guān)管的峰值電流。使得開關(guān)電源變換器的最大功率平坦化。圖1是傳統(tǒng)的開關(guān)電源變換器系統(tǒng)簡化示意圖，系統(tǒng)100包括振蕩器110、邏輯控制111、驅(qū)動112、PWM比較器113、過流保護比較器114、原邊電感115、開關(guān)管116、電流檢測電阻117、RC濾波器118。系統(tǒng)從電流檢測端接收電流檢測信號101，從電壓反饋端端接收反饋電壓信號102，由PWM比較器113產(chǎn)生PWM信號103，輸入到邏輯控制111。振蕩器 110產(chǎn)生時鐘信號104，輸入到邏輯控制111，邏輯控制111產(chǎn)生一個與時鐘同步的PWM輸出信號105輸入到驅(qū)動112中，同時電流檢測信號101與閾值電壓106相比較，產(chǎn)生一個過流保護控制信號107，輸入到邏輯控制111，當過流保護信號107有效時，將切斷PWM輸出信號 105。驅(qū)動112接收到PWM輸出信號105后開始驅(qū)動開關(guān)管116導通，流過開關(guān)管的電流斜坡上升。系統(tǒng)通過電壓反饋信號102和電流檢測信號101來控制PWM輸出信號105的導通脈寬。圖2是帶有本發(fā)明的過流保護系統(tǒng)的開關(guān)電源變換器的簡化示意圖，系統(tǒng)200包括振蕩器210、邏輯控制211、驅(qū)動212、前沿消隱213、PWM比較器214、過流保護比較器215、 原邊電感216、開關(guān)管217、電流檢測電阻218、補償電流產(chǎn)生電阻219、線性補償220。系統(tǒng)從電流檢測端接收電流檢測信號201，經(jīng)前沿消隱電路產(chǎn)生信號202，從電壓反饋端接收反饋電壓信號203，由信號202和反饋電壓信號203輸入到PWM比較器產(chǎn)生PWM信號204，輸入到邏輯控制211。振蕩器210產(chǎn)生時鐘信號205，輸入到邏輯控制211，邏輯控制211產(chǎn)生一個與時鐘同步的PWM輸出信號206輸入到驅(qū)動212中，同時這個信號與驅(qū)動的輸出取樣信號207產(chǎn)生前沿消隱信號202。驅(qū)動212接收到PWM輸出信號206后開始驅(qū)動開關(guān)管 217導通，流過開關(guān)管217的電流斜坡上升。系統(tǒng)通過外部的補償電流產(chǎn)生電阻219產(chǎn)生一個與輸入電壓119相關(guān)聯(lián)的補償電流Icp。該補償電流輸入到線性補償220中，調(diào)整過流保護閾值電壓208，產(chǎn)生一個與補償電流Icp相關(guān)聯(lián)的閾值電壓209。輸入到過流保護比較器 215，使得過流保護與輸入電壓119相關(guān)聯(lián)。從而使開關(guān)電源變換器最大輸出功率平坦化， 避免了在過流保護信號延時的時間內(nèi)，系統(tǒng)出現(xiàn)短暫的大電流燒毀開關(guān)管的現(xiàn)象。圖3是用于為開關(guān)電源變換器提供過流保護系統(tǒng)的前沿消隱電路簡化示意圖，電路300包括電阻分壓器310、一個共源放大器311、一個共源放大器312、四個串接延時反相器313、一個RS觸發(fā)器314、一個延時電容315、一個施密特觸發(fā)器316、兩個串接的延時反相器317和一個與門318。電路從GATE端取信號301，經(jīng)過共源放大后，輸入到四個串接的反相器313，實現(xiàn)信號301由高壓到低壓的轉(zhuǎn)換，同時實現(xiàn)延時，產(chǎn)生與GATE信號有一定延時的信號302。然后與邏輯控制211輸出的PffM輸出信號206同時輸入到RS觸發(fā)器314， 輸出一個窄脈沖信號303，此信號經(jīng)過共源放大器放大，后經(jīng)延時電容315產(chǎn)生相應(yīng)脈寬的脈沖信號304。后經(jīng)兩個串接的反相器317與邏輯控制輸出的PWM信號206進行‘與’運算，輸出具有一定脈寬的前沿消隱信號305。圖4是前沿消隱信號的波形示意圖。上面的信號是邏輯控制輸出的PWM信號206， 下面的是GATE信號20，從圖中可以看到，沒有前沿消隱電路的時候，電流檢測端的信號101 在開關(guān)管116開啟的時候，會產(chǎn)生很大的尖峰，這個尖峰會引起開關(guān)電源變換器系統(tǒng)的誤操作，在下一個周期會引起邏輯控制輸出錯誤的PWM信號105，進而導致驅(qū)動發(fā)生錯誤，引起開關(guān)管116錯誤導通，損壞系統(tǒng)。在加入前沿消隱后，電流檢測端的尖峰信號202被消隱一段固定的時間t·，不管這個尖峰是大還是小，都對開關(guān)電源變換器來說無效，所有就徹底避免了尖峰引起誤操作的現(xiàn)象的發(fā)生。圖5是用于為開關(guān)電源變換器提供過流保護系統(tǒng)的線性補償電路簡化示意圖，電路包括一個補償電流源510，被偏置用來檢測補償電流Icp，并將其按比例輸出；一個基準
5電流源511，被偏置用來作為初始閾值電壓電路的基準電流Iref ；—個運算放大器512和一個運算放大器513，被偏置用來作為閉環(huán)使用，產(chǎn)生反饋電壓；一個比較器514，被偏置用來作為OCP比較器，產(chǎn)生過流保護輸出信號515。如圖1所示，開關(guān)電源變換器通過檢測電阻117可得到流過MOSFET開關(guān)管的電流檢測值101，與過流保護閥值壓106比較。在沒有對106進行補償時，閾值電壓(Vth)是恒定的。理論上系統(tǒng)最大輸出功率POUT可按下式計算
權(quán)利要求
1. 一種用于為開關(guān)電源變換器提供過流保護的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括前沿消隱、線性補償和過流保護比較器；其中前沿消隱電路包括電阻分壓器、共源放大器、串接延時反相器、RS觸發(fā)器、延時電容、施密特觸發(fā)器和與門，線性補償電路包括補償電流源、基準電流源、運算放大器、比較器，過流保護比較器由普通比較器構(gòu)成；前沿消隱電路，被配置來對流過開關(guān)電源變換器的外部開關(guān)管的電流檢測信號產(chǎn)生前沿消隱作用，其中電阻分壓器，被配置來對開關(guān)電源變換器的柵極驅(qū)動信號進行取樣，共源放大器，被配置來對開關(guān)電源變換器的柵極驅(qū)動信號的取樣信號放大，串接反相器，被配置來產(chǎn)生延時信號，同時實現(xiàn)信號從高壓到低壓的轉(zhuǎn)換，RS觸發(fā)器，被配置來實現(xiàn)取樣信號和開關(guān)電源變換器脈寬調(diào)制信號的運算，產(chǎn)生脈沖信號，延時電容，被配置來對脈沖信號展寬；施密特觸發(fā)器，被配置用來轉(zhuǎn)換電平并做延時，與門，被配置用來產(chǎn)生前沿消隱信號；線性補償電路，被配置用來對過流保護比較器的閾值電壓進行線性補償，其中補償電流源，被偏置用來檢測補償電流，并產(chǎn)生比例輸出電流，基準電流源，被偏置用來作為初始閾值電壓電路的基準電流，運算放大器，被偏置用來作為閉環(huán)使用，產(chǎn)生反饋電壓； 過流比較器，被配置用來產(chǎn)生過流保護的比較輸出信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于為開關(guān)電源變換器提供過流保護的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括前沿消隱、線性補償和過流保護比較器。前沿消隱電路，被配置來對流過開關(guān)電源變換器的外部開關(guān)管的電流檢測信號產(chǎn)生前沿消隱作用。線性補償電路，被配置用來對過流保護比較器的閾值電壓進行線性補償。過流比較器，被配置用來產(chǎn)生過流保護的比較信號。本發(fā)明的線性補償過流保護電路考慮了系統(tǒng)內(nèi)部過流保護輸出信號的延時，從而避免了在高輸入電壓時，可能出現(xiàn)的大電流導通導致MOSFET開關(guān)管永久性損壞。同時還穩(wěn)定了最大輸出功率，使得電源系統(tǒng)在全電壓輸入范圍內(nèi)都能達到最大功率平坦化。
文檔編號H02M1/32GK102214987SQ201010141078
公開日2011年10月12日 申請日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者葉英, 李拓, 趙宏偉 申請人:大連精拓光電有限公司