一種開關電源的保護電路的製作方法
2023-04-25 21:04:51
專利名稱：一種開關電源的保護電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及開關電源領域，尤其涉及一種開關電源的保護電路。
背景技術：
DC/DC開關電源的應用廣泛。如圖1所示，為開關電源中的輸出相關電路結構，其 中，主開關管11和同步開關管12之間的連接點即為開關電源的輸出端SW。在使用開關電 源時，一般將開關電源的輸出端SW通過輸出電感L和輸出電容C接地，輸出電感L和輸出 電容C之間的連接點作為開關電源的實際輸出端V0UT。為了防止開關電源啟動時實際輸出端VOUT輸出的輸出電壓Vout產生較大的電壓 過衝、輸出電感L中的電流產生較大的浪湧電流，會在開關電源中加入軟啟動控制，以使輸 出電壓Vout和電感電流緩慢變化到某一預設值。常用的一種控制方法是設置從O開始緩 慢提升至預設值的基準電壓，通過環路調整使得輸出電壓跟隨基準電壓從O逐漸升高至預 設值，以避免輸出電壓的過衝。但是，在實際應用中，實際輸出端VOUT可能存在殘留電壓，使得輸出電壓Vout並 不是從O開始上升。由於啟動過程屬於閉環控制，當檢測到輸出反饋信號高於所述緩慢升 高的基準電壓時，控制電路會通過導通同步開關管12以將輸出電壓Vout拉低，這樣會長時 間打開同步開關管12，使輸出電壓Vout經過輸出電感L和同步開關管12持續放電。在這種情況下，同步開關管12長時間導通，流過同步開關管12的反向電流非常 大，增大了同步開關管12的損耗，以至超過其熱限制，嚴重時會損壞同步開關管12。為了解決該問題，目前常用的一種軟啟動保護電路如圖2所示，將開關電源的輸 出反饋端FB連接第一比較器21的負相輸入端，正相輸入端連接一緩慢變化的基準電壓 SSREF0當開關電源準備啟動時，對輸出反饋信號和基準電壓SSREF進行比較，如果輸出反 饋信號小於基準電壓SSREF，開關電源正常啟動；如果輸出反饋信號大於基準電壓SSREF， 則關斷主開關管11和同步開關管12，此時，基準電壓SSREF仍然正常上升，直到高於輸出反 饋信號時，開關電源進入啟動過程，主開關管11和同步開關管12交替導通。但是，當實際輸出端VOUT上的預存電壓低於開關電源的預定輸出電壓，而啟動過 程中輸出反饋信號大於基準電壓SSREF時，則軟啟動的初始階段主開關管11和同步開關管 12同時關斷，直到基準電壓SSREF上升到大於輸出反饋信號時，才正常的交替導通主開關 管11和同步開關管12，從而使得開關電源的軟啟動過程中存在兩種狀態的切換，容易造成 實際輸出端VOUT的輸出電壓Vout波形不平滑；而且，如果實際輸出端VOUT上的預存電壓 高於輸出電壓的預設值時，在整個軟啟動周期中，主開關管11和同步開關管12同時關斷， 軟啟動周期結束後才會通過環路調整將輸出電壓Vout調整到預設值，調整過程中仍可能 出現輸出電壓Vout過衝的問題。基於以上問題可知，現有的軟啟動保護電路並無法保證開 關電源軟啟動到正常工作的平穩過渡。
發明內容
有鑑於此，本發明要解決的技術問題是，提供一種開關電源的保護電路，能夠實現 開關電源軟啟動到正常工作的平穩過渡。為此，本發明實施例採用如下技術方案本發明實施例提供一種開關電源的保護電路，其特徵在於，包括檢測單元，用於將開關電源的輸出反饋信號與預設基準電壓進行比較，根據比較 結果相應生成高電平或低電平的電平信號；控制單元，用於根據檢測單元生成的電平信號以及開關電源的使能信號，生成控 制信號；放電單元，用於根據控制單元生成的控制信號，控制開關電源的實際輸出端所對 應的對地放電通路的導通或關斷。其中，檢測單元具體用於當輸出反饋信號小於預設基準電壓時，生成高電平信 號；當輸出反饋信號大於預設基準電壓時，生成低電平信號。控制單元具體用於當檢測單元生成高電平信號，所述使能信號為低電平信號時，生成低電平的控制 信號；當檢測單元生成低電平信號，所述使能信號為低電平信號時，生成高電平的控制信號。所述放電單元具體用於當所述控制信號為高電平時，控制實際輸出端所對應的對地放電通路導通；當所 述控制信號為低電平時，控制實際輸出端所對應的對地放電通路關斷。所述檢測單元由第二比較器實現，所述第二比較器的正相輸入端連接所述預設基 準電壓，負相輸入端連接開關電源的輸出反饋端；所述第二比較器的輸出端輸出所述電平信號。所述控制單元包括RS鎖存器以及非門；其中，RS鎖存器S端連接檢測單元的輸出端，R端連接使能信號，RS鎖存器的輸出端連 接所述非門的輸入端，所述非門的輸出端輸出所述控制信號。所述控制單元包括D觸發器以及非門；其中，D觸發器的D端連接電源電壓，CLK端連接檢測單元的輸出端，R端連接使能信號， 輸出端連接所述非門的輸入端，所述非門的輸出端輸出所述控制信號。所述放電單元包括第一開關管、第三電阻以及輸出電感；其中，第一開關管的柵極連接所述控制單元的輸出端，源極接地，漏極通過第三電阻連接所述開關電源的輸出端；所述開關電源的輸出端通過輸出電感連接開關電源的實際輸出端。對於上述技術方案的技術效果分析如下本發明開關電源的保護電路使開關電源在整個啟動過程均工作在完全閉環控制 下，而且，在開關電源啟動前即可以對實際輸出端VOUT中的輸出電壓Vout進行檢測並通過 開關電源的輸出端SW對實際輸出端VOUT儲存的電荷進行放電，使得實際輸出端VOUT的輸 出電壓Vout能夠從0開始正常完整的啟動，實現開關電源軟啟動到正常工作的平穩過渡； 而且，該保護電路實現相對簡單，易於實現。
圖1為現有技術開關電源中輸出相關電路結構示意圖；圖2為現有技術開關電源的一種軟啟動保護電路結構示意圖；圖3為本發明實施例開關電源保護電路結構示意圖；圖4為本發明實施例開關電源保護電路的一種實現結構示意圖；圖5為本發明實施例開關電源保護電路的另一種實現結構示意圖。
具體實施例方式以下，結合附圖詳細說明本發明實施例開關電源保護電路的實現。圖3為本發明實施例開關電源保護電路結構示意圖，如圖3所示，該電路包括檢測單元310，用於將開關電源的輸出反饋信號與預設基準電壓進行比較，根據比 較結果相應生成高電平或低電平的電平信號。具體的，檢測單元310可以用於當輸出反饋信號小於預設基準電壓時，生成高電 平信號；當輸出反饋信號大於預設基準電壓時，生成低電平信號。這個基準電壓應設置為一個儘量接近於0的值，以便使得開關電源能夠從接近於 0的電壓值開始啟動。控制單元320，用於根據檢測單元310生成的電平信號以及開關電源的使能信號， 生成控制信號。控制單元320具體用於當檢測單元310生成高電平信號，所述使能信號為低電平 信號時，生成低電平的控制信號；當檢測單元310生成低電平信號，所述使能信號為低電平 信號時，生成高電平的控制信號。放電單元330，用於根據控制單元生成的控制信號，控制開關電源的實際輸出端所 對應的對地放電通路的導通或關斷。其中，所述放電單元330具體用於當控制信號為高電平時，控制實際輸出端所對 應的對地放電通路導通；當控制信號為低電平時，控制實際輸出端所對應的對地放電通路 關斷。圖4為圖3所述的開關電源保護電路的一種具體的電路實現，如圖4所示，其中， 開關電源的輸出端SW通過輸出電感L和輸出電容C接地。輸出電感L和輸出電容C之間 的連接點為開關電源的實際輸出端VOUT ；實際輸出端VOUT通過第一電阻Rl和第二電阻R2 接地，第一電阻Rl和第二電阻R2的連接點為開關電源的輸出反饋端FB。其中，對於固定輸 出的開關電源來說，第一電阻Rl和第二電阻R2集成於開關電源內部，而對於可調輸出的開 關電源來說，第一電阻Rl和第二電阻R2則由用戶自主設置。如圖4所示，所述保護電路包 括開關電源的輸出反饋端FB與第二比較器41的負相輸入端連接，向第二比較器41 的負相輸入端輸入開關電源的輸出反饋信號；第二比較器41的正相輸入端連接預設基準 電壓REF，第二比較器41的輸出端連接RS鎖存器42的S端。其中，當輸出反饋端FB輸出 的輸出反饋信號低於預設基準電壓REF時，第二比較器41輸出高電平信號，當輸出反饋端 FB輸出的輸出反饋信號高於預設基準電壓REF時，第二比較器41輸出低電平信號。第二比較器41的輸出端連接RS鎖存器42的S端，RS鎖存器42的R端連接開關電源的使能端EN，接收使能信號；RS鎖存器42的輸出端Q連接非門43的輸入端，非門43 的輸出端連接第一開關管45的柵極。其中，當第二比較器41輸出高電平信號，所述使能端 EN輸出的使能信號為低電平信號時，RS鎖存器42輸出高電平信號，進而通過非門43轉換 為低電平的控制信號；當第二比較器41生成低電平信號，所述使能信號為低電平信號時， RS鎖存器42輸出低電平信號，進而通過非門43轉換為高電平的控制信號。第一開關管45的柵極與非門43的輸出端相連，源極接地，漏極通過第三電阻R3 連接開關電源的輸出端SW。
其中，所述第二比較器41構成的電路實現了檢測單元310的功能。所述RS鎖存 器42和非門43組成的電路實現了所述控制單元320的功能，非門43輸出端輸出的電信號 用於控制第一開關管45的打開或關斷。而所述第一開關管45、第三電阻R3以及輸出電感 L構成了所述放電單元330中的所述實際輸出端VOUT所對應的對地放電通路。以上圖4所示的保護電路的工作原理為當輸出反饋端FB輸出的輸出反饋信號低於基準電壓REF時，第二比較器41輸出 高電平，RS鎖存器42輸出為高電平，經過非門43反向後轉換為低電平，該低電平信號控制 第一開關管45關斷，從而由第一開關管45、第三電阻R3以及輸出電感L構成的放電通路 關斷；當輸出反饋端FB輸出的輸出反饋信號高於基準電壓REF時，第二比較器41輸出低電 平，進而RS鎖存器42輸出低電平，經過非門43反向後轉換為高電平，該高電平信號控制第 一開關管45打開，從而由第一開關管45、第三電阻R3以及輸出電感L構成的放電通路導 通，將實際輸出端VOUT中儲存的電量通過第三電阻R3以及輸出電感L對地放電。另外，所述控制單元320還可以通過D觸發器以及非門實現，如圖5所示的開關電 源保護電路中，與圖4所示的開關電源保護電路區別僅在於將RS鎖存器42替換為D觸發 器44，其中，D觸發器44為上升沿觸發，R端高電平清零輸出，低電平無效。具體的連接結 構為D觸發器44的CLK端連接第二比較器41的輸出端，R端連接使能端EN，D端接電 源VIN，輸出端接非門43的輸入端。圖5所示的開關電源保護電路具體工作原理為將第二比較器41的輸出初態設置 為低電平，當輸出反饋信號大於基準電壓REF時，第二比較器41輸出仍為低電平，D觸發器 44輸出低電平，經過非門43反向後控制第一開關管45打開；當輸出反饋信號小於基準電 壓REF時，第二比較器41輸出高電平，D觸發器44輸出高電平，經過非門43反向後控制第 一開關管45關斷。本發明開關電源的保護電路使開關電源在整個啟動過程均工作在完全閉環控制 下，而且，在開關電源啟動前即可以對實際輸出端VOUT中的輸出電壓Vout進行檢測並通 過開關電源的輸出端SW對實際輸出端VOUT儲存的電荷進行放電，不會出現現有技術中的 所述狀態切換的問題，而且，也不會出現所述調整過程中輸出電壓Vout可能發生過衝的問 題。本發明實施例中的實際輸出端VOUT的輸出電壓Vout能夠從O開始正常完整的啟動， 實現了開關電源從軟啟動到正常工作的平穩過渡；而且，該保護電路實現相對簡單，易於實 現。本方法從SW點通過輸出電感L對開關電源實際輸出端VOUT存儲的電荷進行放 電，而不是直接由實際輸出端VOUT放電，一方面增加了放電的阻尼係數；另一方面避免了可調輸出的開關電源沒有VOUT埠而無法由實際輸出端VOUT直接放電的問題，使得本保護電路可以同時應用於固定輸出和可調輸出兩種開關電源，應用範圍更為廣泛。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發明的保護範圍。
權利要求
一種開關電源的保護電路，其特徵在於，包括檢測單元，用於將開關電源的輸出反饋信號與預設基準電壓進行比較，根據比較結果相應生成高電平或低電平的電平信號；控制單元，用於根據檢測單元生成的電平信號以及開關電源的使能信號，生成控制信號；放電單元，用於根據控制單元生成的控制信號，控制開關電源的實際輸出端所對應的對地放電通路的導通或關斷。
2.根據權利要求1所述的電路，其特徵在於，檢測單元具體用於當輸出反饋信號小 於預設基準電壓時，生成高電平信號；當輸出反饋信號大於預設基準電壓時，生成低電平信號。
3.根據權利要求1或2所述的電路，其特徵在於，控制單元具體用於當檢測單元生成高電平信號，所述使能信號為低電平信號時，生成低電平的控制信號； 當檢測單元生成低電平信號，所述使能信號為低電平信號時，生成高電平的控制信號。
4.根據權利要求3所述的電路，其特徵在於，所述放電單元具體用於當所述控制信號為高電平時，控制實際輸出端所對應的對地放電通路導通；當所述控 制信號為低電平時，控制實際輸出端所對應的對地放電通路關斷。
5.根據權利要求2所述的電路，其特徵在於，所述檢測單元由第二比較器實現，所述第 二比較器的正相輸入端連接所述預設基準電壓，負相輸入端連接開關電源 的輸出反饋端； 所述第二比較器的輸出端輸出所述電平信號。
6.根據權利要求3所述的電路，其特徵在於，所述控制單元包括RS鎖存器以及非門； 其中，RS鎖存器S端連接檢測單元的輸出端，R端連接使能信號，RS鎖存器的輸出端連接所 述非門的輸入端，所述非門的輸出端輸出所述控制信號。
7.根據權利要求3所述的電路，其特徵在於，所述控制單元包括D觸發器以及非門；其中，D觸發器的D端連接電源電壓，CLK端連接檢測單元的輸出端，R端連接使能信號，輸出 端連接所述非門的輸入端，所述非門的輸出端輸出所述控制信號。
8.根據權利要求4所述的電路，其特徵在於，所述放電單元包括第一開關管、第三電 阻以及輸出電感；其中，第一開關管的柵極連接所述控制單元的輸出端，源極接地，漏極通過第三電阻連接所 述開關電源的輸出端；所述開關電源的輸出端通過輸出電感連接開關電源的實際輸出端。
全文摘要
本發明公開了一種開關電源的保護電路，包括檢測單元，用於將開關電源的輸出反饋信號與預設基準電壓進行比較，根據比較結果相應生成高電平或低電平的電平信號；控制單元，用於根據檢測單元生成的電平信號以及開關電源的使能信號，生成控制信號；放電單元，用於根據控制單元生成的控制信號，控制開關電源的實際輸出端所對應的對地放電通路的導通或關斷。該開關電源保護電路能夠實現開關電源軟啟動到正常工作的平穩過渡。
文檔編號H02M1/36GK101800467SQ20101012385
公開日2010年8月11日 申請日期2010年3月11日 優先權日2010年3月11日
發明者劉偉, 吳德欽, 巫煒, 布魯斯·弗格森, 戰·阮, 李國軍, 林雄傑, 賈立剛 申請人:Bcd半導體製造有限公司;美高森美股份有限公司