專利名稱：保護電路與保護方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于ー種關(guān)于電源供應(yīng)器的保護電路。
背景技術(shù)：
為了轉(zhuǎn)換效率以及產(chǎn)品體積的考慮，目前許多的電源供應(yīng)器都是屬于開關(guān)式電源供應(yīng)器(switching mode power supply, SMPS)，控制一功率開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)閉，決定對于一電感組件的儲能與釋能，達到對負載供應(yīng)所需要的規(guī)格的電源。有些SMPS需要偵測流經(jīng)電感組件的電流，來控制功率開關(guān)的開啟時間或是關(guān)閉時間。舉例來說，圖1為已知的一 SMPS 10，其具有返馳式(flyback)架構(gòu)。橋式整流器12 對市電交流電源整流，在IN端提供ー線電壓電源Vin，其電壓可能高達100伏特或300伏特。 透過CS端，控制器18從電流偵測電阻14的偵測信號Vcs，其正常時代表流經(jīng)變壓器沈的一次側(cè)繞組觀的電感電流。透過GATE(門)端來開關(guān)功率開關(guān)16，控制器18控制電感電流増加或減少。而分壓電阻22與M提供控制器18線電壓電源的電壓準位。當控制器18 操作于ー種習(xí)稱的電流模式時(current mode)，控制器18會大略地限制偵測信號VCS的峰值，來控制功率開關(guān)16的開啟時間，以維持負載30于ー穩(wěn)定供電狀態(tài)。一旦電流偵測電阻14短路，偵測信號VCS會維持在大約為0伏特，控制器18會誤認為一次側(cè)繞組觀的電感電流不到所希望限制的峰值，而一直維持功率開關(guān)16于導(dǎo)通狀態(tài)。其危險可能是變壓器26飽和過熱，更甚者可能引起變壓器沈爆炸或失火。針對這樣短路的問題，美國專利申請公開號20090279214(以下稱’ 214號申請案)提供了一種保護裝置與方法。但是，’ 214號申請案還是有其缺點存在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種保護電路和保護方法。本發(fā)明的實施例提供一種保護電路，適用于ー控制器。該控制器偵測流經(jīng)ー偵測電阻的電流所產(chǎn)生的ー輸入信號來切換一開關(guān)，以控制該電流。一遮蔽時間產(chǎn)生器提供一遮蔽時間。于該開關(guān)開啟且于該遮蔽時間外吋，一短路偵測器比較該輸入信號與一第一參考電壓，以致能(assert) —短路偵測信號。于該開關(guān)關(guān)閉或于該遮蔽時間內(nèi)時，該短路偵測信號不會被致能。當每次該短路偵測信號被致能吋，一邏輯控制器關(guān)閉該開關(guān)，以降低該電流。本發(fā)明的實施例提供一種保護方法，適用于ー控制器。該控制器偵測流經(jīng)ー偵測電阻的電流所產(chǎn)生的ー輸入信號來切換一開關(guān)，以控制該電流。該保護方法首先提供一遮蔽時間。于該開關(guān)開啟且于該遮蔽時間外吋，比較該輸入信號與一第一參考電壓，以致能一短路偵測信號。于該開關(guān)關(guān)閉或于該遮蔽時間內(nèi)吋，禁能該短路偵測信號。毎次當該短路偵測信號被致能吋，立刻關(guān)閉該開關(guān)，以降低該電流。本發(fā)明的保護電路和保護方法可以為電源供應(yīng)器提供電路保護功能。


圖1為已知的一 SMPS ；
圖2為依據(jù)本發(fā)明所實施的控
圖3為邏輯控制器的一實施例
圖4為圖2中發(fā)信號波形圖。
主要組件符號說明
10開關(guān)式電源供應(yīng)器
12橋式整流器
14電流偵測電阻
16功率開關(guān)
18控制器
22、24分壓電阻
26變壓器
28一次側(cè)繞組
30負載
42遮蔽時間產(chǎn)生器
44短路偵測器
46計數(shù)器
48記錄器
50邏輯控制器
52驅(qū)動電路
54參考電壓產(chǎn)生器
82遮蔽器
84開關(guān)
86電壓轉(zhuǎn)電流裝置
88比較器
CLK頻率信號
CS端點
EN端點
GATE端點
IN端點
LN端點
OUT端點
PAS信號
PLS脈波信號
UVLO--resetイ旨ヲ
VCD中繼信號
Vcom補償信號
Vcs偵測信號
、CS-LIMIT限流參考電壓
Vg柵極信號
ヽ GATE驅(qū)動信號
VIN線電壓電源
VLN信號
\ EEF參考電壓
SH短路偵測信號
Ts遮蔽時間
ヽ EEFP參考信號
具體實施例方式圖2為依據(jù)本發(fā)明所實施的控制器18，可適用于圖1的SMPS 10。圖3為邏輯控制器50的ー實施例。圖4為圖2中的信號波形圖(waveform diagram)，其中，左半邊為正常狀態(tài)的信號波形，右半邊為短路發(fā)生(也就是圖1的電流偵電阻14阻值為0)時的信號波形。控制器18中有遮蔽時間產(chǎn)生器42、短路偵測器44、邏輯控制器50、記錄器48、計數(shù)器46、以及參考電壓產(chǎn)生器M。如同圖4中的頻率信號CLK波形所示，頻率信號CLK周期性地發(fā)出ー頻率短脈沖 (clock short pulse)，意味著ー開關(guān)循環(huán)的開始。圖2的遮蔽時間產(chǎn)生器42中，電壓轉(zhuǎn)電流裝置86提供ー電流，來對ー電容充電。透過LN端的信號Vu來偵測線電壓電源Vin的電壓，此電流會隨著線電壓電源Vin的電壓變化而改變。而頻率信號CLK周期性的對該電容重置放電。透過簡單的電路理論推之，脈波信號PLS為邏輯上的0吋，會提供一遮蔽時間Ts, 如同圖4的脈波信號PLS的波形所示。遮蔽時間Ts會隨著線電壓電源Vin的電壓不同而改變。在圖2中，信號PAS為柵極信號Ve與脈波信號PLS的與(And)運算結(jié)果，所以信號 PAS為邏輯上的1吋，代表了功率開關(guān)16于導(dǎo)通狀態(tài)，且控制器18不在遮蔽時間Ts之內(nèi)。 相反的，信號PAS為邏輯上的0吋，代表了功率開關(guān)16于不導(dǎo)通狀態(tài)，或控制器18在遮蔽時間Ts之內(nèi)。短路偵測器44在信號PAS為邏輯上的1時，偵測偵測信號V。s是否低于ー預(yù)設(shè)準位。當信號PAS為邏輯上的1吋，開關(guān)84短路，遮蔽器82成為一源極追隨器(source follower)或是ー準位平移器(level shifter)，所以中繼信號Vm隨偵測信號Vcs改變而改變，且中繼信號Vm大約高于偵測信號Ves —個PMOS的臨界電壓值(threshold voltage) VTHP0如果中繼信號Vm低于參考電壓Vkef吋，也就是偵測信號V。s低于參考電壓Vkef減去臨界電壓值VTHP吋，比較器86便致能短路偵測信號SH。當信號PAS為邏輯上的0吋，遮蔽器 82阻擋了偵測信號V。s，中繼信號Vm會被拉到高于參考電壓Vkef的ー個固定準位，無法致能短路偵測信號SH。參考電壓Vkef需要小心選取，用以區(qū)別正常狀態(tài)與短路發(fā)生的狀態(tài)。參考電壓Vkef要夠低，使得正常狀態(tài)下，信號PAS為邏輯上的1吋，偵測信號1不會致能短路偵測信號SH。參考電壓Vkef也要夠高，使得短路發(fā)生的狀態(tài)下，信號PAS為邏輯上的1吋， 偵測信號Ves會致能短路偵測信號SH。
邏輯控制器50在短路偵測信號SH被致能吋，會立刻禁能柵極信號Ve，透過驅(qū)動電路52，以驅(qū)動信號VeATE關(guān)閉功率開關(guān)16，降低流經(jīng)一次側(cè)繞組觀的電感電流。如果當下開關(guān)循環(huán)(switch cycle)中，短路偵測信號SH沒有被致能，記錄器48 就會強迫計數(shù)器46中的D觸發(fā)器重置，全部輸出邏輯上的0。只有當下開關(guān)循環(huán)中，記錄器48記錄到短路偵測信號SH有被致能，計數(shù)器46才能在下一開關(guān)循環(huán)維持上數(shù)。計數(shù)器46計算短路偵測信號SH被致能了 3次之后，會禁能(disable)邏輯控制器50，使功率開關(guān)16維持在關(guān)閉狀態(tài)，不再隨脈波信號PLS而周期性的導(dǎo)通。所以，記錄器48與計數(shù)器46的結(jié)合，可以視為一延遲邏輯控制器，其可以在短路偵測信號SH于連續(xù)4次開關(guān)周期 (switchcycle)都被致能后，透過禁能(disable)邏輯控制器50，禁止功率開關(guān)16導(dǎo)通。電路設(shè)計者可以自己簡單的修改或變更，來決定連續(xù)幾次短路偵測信號SH被致能后，才禁能邏輯控制器50。信號Uvu)_,eset為邏輯上的1吋，可以同時重置記錄器48以及計數(shù)器46，使記錄器48重新記錄，而計數(shù)器46重新計數(shù)。當然，要達到與記錄器48以及計數(shù)器46—祥的功能，也可以用其它的邏輯電路來構(gòu)成，不一定要完全以圖2的電路來實施。在圖3中，因為或邏輯門(Or gate)與SR觸發(fā)器，所以只要以下三個條件其中之 ー發(fā)生，功率開關(guān)16就會被立刻關(guān)閉1.偵測信號Vcs高過限流參考電壓VCS_UMIT ；2.偵測信號V。s高過補償信號Vot ；以及3.短路偵測信號SH被致能。補償信號Vot，如同業(yè)界所知的，大致反映負載30所需求的功率。當邏輯控制器50被致能(enable)時(EN端為邏輯上的1)，柵極信號\周期性地被頻率信號CLK所致能(assert)。當邏輯控制器50被禁能 (disable)時(EN端為邏輯上的0)，頻率信號CLK被阻擋，無法致能(assert)柵極信號\。請參閱圖4的左半邊的正常狀態(tài)的信號波形。頻率信號CLK周期性地發(fā)出ー頻率短脈沖(short pulse)。每個頻率短脈沖會使脈波信號PLS進入邏輯上的0。遮蔽時間TS， 也就是脈波信號PLS于邏輯上0的時間，會隨線電壓電源Vin的電壓變化。每個頻率短脈沖也致能(assert)柵極信號Ve，因此，偵測信號V。s將隨著時間而增加。遮蔽時間Ts之內(nèi)，信號PAS為邏輯上的0，所以中繼信號Vm被拉到ー個固定準位。遮蔽時間Ts之后，如果柵極信號\依然是被致能的，那信號PAS轉(zhuǎn)態(tài)為邏輯上的1，造成中繼信號Vm追隨偵測信號Vcs。 當偵測信號V。s高過限流參考電壓V。S_UMIT或補償信號Vot吋，柵極信號Ve被禁能，所以信號 PAS轉(zhuǎn)態(tài)為邏輯上的0，中繼信號Vm回到固定準位。從中繼信號Vm的波形可以發(fā)現(xiàn)，因為其一直高于參考電壓Vkef，所以短路偵測信號SH—直是被禁能(disasserted)。請參閱圖4的右半邊的短路狀態(tài)的信號波形。因為，電阻14阻值為0，所以偵測信號v。s會一直被鎖在0伏持，不會高過限流參考電壓v。s_UMIT或補償信號νωΜ，且導(dǎo)致在遮蔽時間Ts內(nèi)無法禁能柵極信號\。遮蔽時間Ts之后，信號PAS轉(zhuǎn)態(tài)為邏輯上的1，造成中繼信號Vm追隨偵測信號V。s。此時，因為偵測信號V。s大致會被鎖在0伏持，所以中繼信號 Vcd低于參考電壓Vkef，因而致能短路偵測信號SH，然后禁能了柵極信號Ve，立刻關(guān)閉功率開關(guān)16。被禁能的柵極信號Ve也導(dǎo)致了信號PAS轉(zhuǎn)態(tài)為邏輯上的0，中繼信號Vm回到固定準位，以及短路偵測信號SH被禁能。由圖4的右半邊可以發(fā)現(xiàn)，如果短路發(fā)生(當偵測信號Vcs —直被鎖在0伏特時)， 每ー個開關(guān)循環(huán)，在遮蔽時間Ts之后，短路偵測信號SH會短暫的被致能一次。而且，毎次短路偵測信號SH被致能吋，再經(jīng)歷一點點信號延遲之后，柵極信號Ve就會被立刻禁能。這樣，可以在每ー開關(guān)循環(huán)中，避免因為短路，而導(dǎo)致任何ー開關(guān)周期柵極信號Ve過長而可能產(chǎn)生的問題。一旦短路偵測信號SH于連續(xù)4次開關(guān)周期(switch cycle)都被致能后，邏輯控制器50被禁能。等到信號UVLO-reset為邏輯上的1后，邏輯控制器50才會隨脈波信號 PLS而周期性的導(dǎo)通。信號UVLO-reset中的UVLO為已知的過低電壓鎖定(under-voltage lockout)。當信號UVLO-reset為邏輯上的1，可以代表是控制器18的一操作電源的電壓過低。遮蔽時間Ts隨著線電壓電源Vin的電壓升高而減小。舉例來說，當線電壓電源Vin 是300伏特時，遮蔽時間Ts是1/4開關(guān)循環(huán)T ；當線電壓電源Vin是100伏特時，遮蔽時間Ts 是1/2開關(guān)循環(huán)T。在另ー個實施例中，遮蔽時間Ts可以不隨著線電壓電源Vin的電壓而改變。參考電壓產(chǎn)生器M，透過偵測柵極信號Ve，依據(jù)該開關(guān)的工作比例(dutyratio)， 來產(chǎn)生的參考電壓VKEF。舉例來說，當工作比例為0. 75吋，參考電壓Vkef等于0. 1+VTHP ；當工作比例為0. 25吋，參考電壓Vkef等于0. 3+VTHP。在另ー個實施例中，參考電壓Vkef可以不隨著工作比例變化而改變。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求書范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種保護電路，其特征在于，適用于ー控制器，該控制器偵測流經(jīng)ー偵測電阻的電流所產(chǎn)生的ー輸入信號來切換一開關(guān)，以控制該電流，該保護電路包含有一遮蔽時間產(chǎn)生器，用以提供一遮蔽時間；一短路偵測器，于該開關(guān)開啟且于該遮蔽時間外吋，比較該輸入信號與一第一參考電壓，以致能一短路偵測信號，于該開關(guān)關(guān)閉或于該遮蔽時間內(nèi)時，該短路偵測信號不會被致能；以及一邏輯控制器，當每次該短路偵測信號被致能吋，關(guān)閉該開關(guān)，以降低該電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護電路，其特征在于，該短路偵測器包含有一遮蔽器，接收該輸入信號，產(chǎn)生一中繼信號，于該開關(guān)開啟且于該遮蔽時間外時，該中繼信號隨該輸入信號而改變；以及ー比較器，用以比較該中繼信號與一第二參考電壓，以致能該短路偵測信號； 其中，于該開關(guān)關(guān)閉或于該遮蔽時間內(nèi)吋，該中繼信號不會致能該短路偵測信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護電路，其特征在于，另包含有 ー計數(shù)器，于該短路偵測信號被致能一定次數(shù)后，禁止該開關(guān)導(dǎo)通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護電路，其特征在于，另包含有一延遲邏輯控制器，于該短路偵測信號于連續(xù)一定次數(shù)開關(guān)周期都被致能后，禁止該開關(guān)導(dǎo)通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護電路，其特征在于，該遮蔽時間隨著ー電源電壓而改變。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護電路，其特征在于，另包含有一參考電壓產(chǎn)生器，依據(jù)該開關(guān)的工作比例，來產(chǎn)生該第一參考電壓。
7.一種保護方法，其特征在于，適用于ー控制器，該控制器偵測流經(jīng)ー偵測電阻的電流所產(chǎn)生的ー輸入信號來切換一開關(guān)，以控制該電流，該保護方法包含有提供一遮蔽時間；于該開關(guān)開啟且于該遮蔽時間外吋，比較該輸入信號與一第一參考電壓，以致能一短路偵測信號；于該開關(guān)關(guān)閉或于該遮蔽時間內(nèi)吋，禁能該短路偵測信號；以及毎次當該短路偵測信號被致能吋，立刻關(guān)閉該開關(guān)，以降低該電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的保護方法，其特征在干，包含有接收該輸入信號，產(chǎn)生一中繼信號，其中，于該開關(guān)開啟且于該遮蔽時間外吋，該中繼信號隨該輸入信號而改變；以及比較該中繼信號與一第二參考電壓，以致能該短路偵測信號；以及于該開關(guān)關(guān)閉或于該遮蔽時間內(nèi)吋，使該中繼信號不會致能該短路偵測信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的保護方法，其特征在干，包含有于該短路偵測信號于連續(xù)一定次數(shù)開關(guān)周期都被致能后，禁止該開關(guān)導(dǎo)通。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的保護方法，其特征在于，該遮蔽時間隨著一電源電壓而改變。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的保護方法，其特征在干，包含有 依據(jù)該開關(guān)的工作比例，來產(chǎn)生該第一參考電壓。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種保護電路與保護方法，適用于一控制器。該控制器偵測流經(jīng)一偵測電阻的電流所產(chǎn)生的一輸入信號來切換一開關(guān)，以控制該電流。一遮蔽時間產(chǎn)生器提供一遮蔽時間。于該開關(guān)開啟且于該遮蔽時間外時，一短路偵測器比較該輸入信號與一第一參考電壓，以致能(assert)一短路偵測信號。于該開關(guān)關(guān)閉或于該遮蔽時間內(nèi)時，該短路偵測信號不會被致能。當每次該短路偵測信號被致能時，一邏輯控制器關(guān)閉該開關(guān)，以降低該電流。
文檔編號H02M1/32GK102594110SQ20111000521
公開日2012年7月18日 申請日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者陳仁義, 黃國建 申請人:通嘉科技股份有限公司