一種短路保護(hù)電路及其開關(guān)電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電路，具體但不限于涉及功率開關(guān)的短路保護(hù)電路及開關(guān)電源。
【背景技術(shù)】
[0002]開關(guān)電源因其眾多的優(yōu)點(diǎn)如高效率、高載流能力等而被廣泛用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換成輸出電壓用于為負(fù)載供電。輸出電壓往往通過調(diào)節(jié)功率開關(guān)的占空系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中占空系數(shù)為導(dǎo)通時(shí)間與周期的比值。開關(guān)電源具有多種拓?fù)洌缟龎弘妷鹤儞Q器、降壓電壓變換器、反激式電壓變換器等。
[0003]圖1示出了傳統(tǒng)的升壓電壓變換器，其將輸入節(jié)點(diǎn)IN的輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換成高于輸入電壓Vin的輸出電壓Vout，并在輸出節(jié)點(diǎn)OUT提供。輸出電壓Vout通過功率開關(guān)Q的開關(guān)動(dòng)作獲得，其中功率開關(guān)Q耦接在開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW和系統(tǒng)地GND之間。升壓變換器進(jìn)一步包括耦接在輸入節(jié)點(diǎn)IN和開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW之間的電感LI，耦接在開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW和輸出節(jié)點(diǎn)OUT之間的整流器D1，以及耦接在輸出節(jié)點(diǎn)OUT和系統(tǒng)地GND之間的輸出電容Cout。
[0004]然而，當(dāng)功率開關(guān)Q處于導(dǎo)通狀態(tài)且開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW與輸入節(jié)點(diǎn)IN短接時(shí)，流過功率開關(guān)Q的電流將超過正常值并使功率開關(guān)Q損壞。因此有必要提供一個(gè)短路保護(hù)電路用于在開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW與高壓輸入節(jié)點(diǎn)IN短接時(shí)對功率開關(guān)Q提供保護(hù)。
[0005]傳統(tǒng)的短路保護(hù)電路通常采用一電流放大器用于檢測流過功率開關(guān)的電流，并將檢測到的電流信號與最大電流參考值進(jìn)行比較。當(dāng)電流信號超過最大電流參考值時(shí)，將功率開關(guān)Q關(guān)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后，因此當(dāng)檢測到的電流信號大于最大電流參考值時(shí)，往往實(shí)際的電流已經(jīng)遠(yuǎn)大于最大電流參考值，這種情況下功率開關(guān)依然可能被損壞。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]為了解決前面描述的一個(gè)問題或者多個(gè)問題，本實(shí)用新型提出一種功率開關(guān)的短路保護(hù)電路和相應(yīng)的開關(guān)電源。
[0007]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提出了一種用于保護(hù)功率開關(guān)的短路保護(hù)電路。其中功率開關(guān)具有第一端、第二端和控制端，短路保護(hù)電路具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中短路保護(hù)電路的第一輸入端耦接功率開關(guān)的第一端，短路保護(hù)電路的第二輸入端耦接功率開關(guān)的第二端，短路保護(hù)電路的輸出端提供短路保護(hù)信號，其中短路保護(hù)電路包含一晶體管，晶體管具有閾值電壓；當(dāng)且僅當(dāng)功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，短路保護(hù)電路將功率開關(guān)第一端和第二端之間的差值電壓與晶體管的閾值電壓相比較；以及當(dāng)差值電壓大于晶體管的閾值電壓時(shí)，短路保護(hù)信號變換為有效狀態(tài)用于關(guān)斷功率開關(guān)。在一個(gè)實(shí)施例中，短路保護(hù)電路進(jìn)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(hù)電路的第三輸入端耦接功率開關(guān)的控制端，短路保護(hù)電路的第四輸入端接收開關(guān)信號，短路保護(hù)電路的第五輸入端耦接啟動(dòng)信號。在一個(gè)實(shí)施例中，短路保護(hù)電路進(jìn)一步包含:使能電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中使能電路的第一輸入端耦接功率開關(guān)的控制端用于接收柵極控制信號，使能電路的第二輸入端接收開關(guān)信號，使能電路的輸出端提供使能信號，其中當(dāng)柵極控制信號變換為有效狀態(tài)的空白時(shí)間后使能信號變換為其有效狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)信號或柵極控制信號之任一變換為其無效狀態(tài)時(shí)使能信號變換為其無效狀態(tài)，其中柵極控制信號的有效狀態(tài)用于導(dǎo)通功率開關(guān)，開關(guān)信號或柵極控制信號的無效狀態(tài)用于關(guān)斷功率開關(guān)；比較電路，包含使能開關(guān)和晶體管，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(guān)的第一端，比較電路的第二輸入端耦接功率開關(guān)的第二端，比較電路的第三輸入端耦接使能電路的輸出端用于接收使能信號，比較電路的輸出端提供比較信號，其中當(dāng)使能信號為其有效狀態(tài)時(shí)，使能開關(guān)導(dǎo)通，比較電路將功率開關(guān)的差值電壓與晶體管的閾值電壓相比較，當(dāng)差值電壓高于閾值電壓時(shí)，比較信號為其有效狀態(tài)，當(dāng)差值電壓低于閾值電壓時(shí)，比較信號為其無效狀態(tài)，且當(dāng)使能信號為其無效狀態(tài)時(shí)，使能開關(guān)關(guān)斷，比較信號亦為其無效狀態(tài)；以及鎖存電路，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中鎖存電路的第一輸入端接收啟動(dòng)信號，鎖存電路的第二輸入端耦接比較電路的輸出端用于接收比較信號，鎖存電路的輸出端提供短路保護(hù)信號，其中當(dāng)比較信號為其有效狀態(tài)時(shí)，短路保護(hù)信號變換為其有效狀態(tài)，當(dāng)啟動(dòng)信號為有效狀態(tài)時(shí)，短路保護(hù)信號變換為其無效狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中，使能電路包含:延時(shí)電路，具有輸入端和輸出端，其中延時(shí)電路的輸入端接收柵極控制信號；與非門，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中與非門的第一輸入端耦接延時(shí)電路的輸出端，與非門的第二輸出端接收開關(guān)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與非門的輸出端，反相電路的輸出端提供使能信號。在一個(gè)實(shí)施例中，使能開關(guān)具有第一端、第二端和控制端，其中使能開關(guān)的第一端耦接比較電路的第一輸入端，使能開關(guān)的控制端耦接使能電路的輸出端；晶體管為第一晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一晶體管的第一端耦接比較電路的第二輸入端，第一晶體管的控制端耦接使能開關(guān)的第二端；其中比較電路進(jìn)一步包含:第二晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其中第二晶體管的第一端耦接參考電壓，第二晶體管的第二端耦接第一晶體管的第二端，第二晶體管的控制端耦接偏置電壓；第三晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其中第三晶體管的第一端耦接功率開關(guān)的第二端，第三晶體管的第二端耦接使能開關(guān)的第二端，第三晶體管的控制端耦接使能電路的第二輸出端；第四晶體管，具有第一端、第二端和控制端，其中第四晶體管的第一端耦接參考電壓，第四晶體管的第二端耦接第一晶體管的第二端，第四晶體管的控制端耦接使能電路的輸出端；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晶體管的第二端，反相電路的輸出端提供比較信號。在一個(gè)實(shí)施例中，第一晶體管為NMOSFET，第二晶體管為PMOSFET，第三晶體管為NM0SFET，第四晶體管為PM0SFET。在一個(gè)實(shí)施例中，功率開關(guān)為升壓變換電路的低位開關(guān)，功率開關(guān)的第一端耦接升壓變換電路的開關(guān)節(jié)點(diǎn)，功率開關(guān)的第二端耦接系統(tǒng)地。在一個(gè)實(shí)施例中，功率開關(guān)為降壓變換電路的高位開關(guān)，其中功率開關(guān)的第一端耦接降壓變換電路的輸入節(jié)點(diǎn)，功率開關(guān)的第二端耦接降壓變換電路的開關(guān)節(jié)點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，功率開關(guān)為降壓變換電路的低位開關(guān)，其中功率開關(guān)的第一端耦接降壓變換電路的開關(guān)節(jié)點(diǎn)，功率開關(guān)的第二端耦接系統(tǒng)地。在一個(gè)實(shí)施例中，功率開關(guān)為熱插拔電路的負(fù)載開關(guān)。在一個(gè)實(shí)施例中，功率開關(guān)為電熔絲電路的電熔功率開關(guān)。在一個(gè)實(shí)施例中，短路保護(hù)電路進(jìn)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(guān)信號，邏輯電路的第二輸入端接收短路保護(hù)信號，邏輯電路的輸出端耦接功率開關(guān)的控制端。在一個(gè)實(shí)施例中，邏輯電路包含與門。
[0008]根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，一種開關(guān)電源包含開關(guān)電路，將輸入端的輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出端的輸出電壓，其中開關(guān)電路包含功率開關(guān)，通過控制功率開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷來控制輸出電壓，其中功率開關(guān)具有第一端、第二端和控制端；開關(guān)控制電路，其輸出端提供開關(guān)信號用于選擇性的導(dǎo)通功率開關(guān)；如上所述的短路保護(hù)電路，產(chǎn)生短路保護(hù)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(guān)信號，邏輯電路的第二輸入端接收短路保護(hù)信號，邏輯電路的輸出端耦接功率開關(guān)的控制端用于控制功率開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷。
[0009]根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例所提供的短路保護(hù)電路及其開關(guān)電源，具有電路簡單、精度要求低、反應(yīng)快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0010]為了更好的理解本實(shí)用新型，將根據(jù)以下附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述:
[0011]圖1示出了一個(gè)現(xiàn)有的升壓電壓變換器；
[0012]圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的開關(guān)電源系統(tǒng)200的框圖；
[0013]圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的功率開關(guān)控制電路300 ；
[0014]圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的圖3電路中信號的工作波形圖；
[0015]圖5示出了根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的功率開關(guān)控制電路500的具體電路圖；
[0016]圖6A-6C示出了根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的圖5中電路的三種工作狀態(tài)下的信號工作波形圖；
[0017]圖7示出了根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的功率開關(guān)控制電路700，該電路包括P型功率開關(guān)Q ；
[0018]圖8示出了根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的降壓電壓變換器800 ;
[0019]圖9示出了根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的包含短路保護(hù)電路23用于保護(hù)負(fù)載開關(guān)Q的熱插拔電路900 ；
[0020]圖10示出了根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的包含電熔功率開關(guān)Q的電熔絲電路1000。
[0021]下面將參考附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】。貫穿所有附圖相同的附圖標(biāo)記表示相同的或相似的部件或特征。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面將詳細(xì)描述本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實(shí)施例只用于舉例說明，并不用于限制本實(shí)用新型。在下面對本實(shí)用新型的詳細(xì)描述中，為了