短路保护软启动电路及方法
【专利摘要】本发明公开了一种短路保护软启动电路及方法，包括短路检测电路、放电电路和放电控制电路，所述的短路检测电路检测主电路的输出电压以判断是否发生短路，由输入端对放电电路中的储能元件充电产生软启基准信号；在发生短路时，短路检测电路检测到发生短路，产生短路信号；所述的放电控制电路包括箝位电路，所述的箝位电路接收软启基准信号，所述软启基准信号达到箝位电路的箝位电压时则产生放电控制信号，由短路信号和放电控制信号产生放电信号，放电电路接收放电信号对放电电路中的储能元件放电，以降低软启基准信号。采用本发明，能够防止主电路芯片在短路中过热甚至烧坏的现象，短路结束后，主电路输出电压有足够余量作跟随软启基准，避免输出电压过充。
【专利说明】短路保护软启动电路及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子【技术领域】，具体涉及一种短路保护软启动电路及方法。
【背景技术】
[0002]众所周知，电路中发生短路不仅会影响电路的正常工作，甚至也可能烧坏元器件，并造成电路故障。为了防止上述现象的发生，短路保护电路被广泛应用，同时短路保护电路还能实现电路的软启动，以提闻电路的性能。
[0003]现有技术的短路保护软启动电路，包括短路检测电路和放电电路，所述的短路检测电路检测是否发生短路，若发生短路，则由放电电路对软启基准电压放电，并一直做重启工作。如图1所示，FB为主电路的输出电压，SS为软启基准，REF为基准电压，选择FB和REF中的较小者与FB相比较进行误差处理，得到误差信号VC，以决定主电路输出电流的大小。正常启动时，放电电路工作，使SS逐渐升高，FB跟随SS，最后等于REF，系统达到平衡。Short CMP为短路检测比较器，REF2为短路阈值，当FB低于REF2，短路保护开始。
[0004]在短路保护模式下，SS会一直做重启工作，在短路状态SHORT信号(Short CMP的输出信号)为高，如果SS被充高，SS_D0NE信号(SS信号经触发器Q和非门)变高，放电信号DIS将变高，开关管Ml开启对SS放电。SS_D0NE变低后，继续对SS充电，如此重复，直到短路状态结束，SHORT信号变低。
[0005]上述现有技术中，由于SS较长时间处于高电位，误差信号VC较高导致输出电流过大，主电路芯片发热甚至烧坏；短路结束后，由于SS高于REF，电路不会做软启动，若电路处于轻载状态，大电流容易把输出电压FB充高，导致输出过充。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种短路保护软启动电路及方法，以解决现有技术中存在的短路时主电路芯片发热、短路结束后输出过充的问题。
[0007]本发明的技术解决方案是，提供一种以下结构的短路保护软启动电路，包括短路检测电路、放电电路和放电控制电路，所述的短路检测电路检测主电路的输出电压以判断是否发生短路，由输入电源对放电电路中的储能元件充电以产生软启基准信号，
[0008]在发生短路时，短路检测电路检测到发生短路，产生短路信号；所述的放电控制电路包括箝位电路，所述的箝位电路接收软启基准信号，所述软启基准信号达到箝位电路的箝位电压时则产生放电控制信号，由短路信号和放电控制信号产生放电信号，放电电路接收放电信号对放电电路中的储能元件放电，以降低软启基准信号。
[0009]优选地,所述的短路保护软启动电路还包括软启基准传输控制电路，所述的软启基准传输控制电路包括控制软启基准传输的控制开关和分频电路，所述的分频电路接收短路信号，对短路信号进行分频，分频电路输出分频信号至控制开关的控制端，在控制开关断开时，由分频信号控制将软启基准信号的电位拉低。
[0010]优选地，所述的箝位电路为第一比较器，第一比较器的第一输入端接入软启基准信号，第一比较器的第二输入端接入表征箝位电压的第一参考电压，当软启基准信号大于第一参考电压时，第一比较器输出放电控制信号。
[0011]优选地，所述的短路检测电路为第二比较器，第二比较器的第一输入端接入主电路的输出电压，第二比较器的第二输入端接入第二参考电压，当发生短路时，主电路的输出电压低于第二参考电压，此时第二比较器输出短路信号。
[0012]优选地，所述的放电控制电路还包括与门，所述的短路信号和放电控制信号分别输入与门的两个输入端，与门输出端输出放电信号至放电电路。
[0013]优选地，所述的放电电路包括第一开关管和作为储能元件的电容，所述的放电信号接入第一开关管的控制端。
[0014]本发明的另一技术解决方案是，提供一种以下步骤的基于短路保护软启动电路，所述的短路保护软启动电路包括短路检测电路、放电电路和放电控制电路，所述的短路检测电路检测主电路的输出电压以判断是否发生短路，由输入电源对放电电路中的储能元件充电以产生软启基准信号；
[0015]在发生短路时，短路检测电路检测到发生短路，产生短路信号；
[0016]所述的放电控制电路接收软启基准信号，所述软启基准信号达到第一参考电路时则产生放电控制信号；
[0017]根据短路信号和放电控制信号产生放电信号，放电电路接收放电信号对放电电路中的储能元件放电，以降低软启基准信号。
[0018]优选地,所述的短路保护软启动电路还包括软启基准传输控制电路，所述的软启基准传输控制电路包括控制软启基准传输的控制开关和分频电路，所述的分频电路接收短路信号，对短路信号进行分频，分频电路输出分频信号至控制开关的控制端，在控制开关断开时，由分频信号控制将软启基准信号的电位拉低。
[0019]采用本发明的结构和方法，与现有技术相比，具有以下优点:由于对软启基准进行了箝位，在短路保护模式下，可以限定软启基准做重启工作的最高阈值，从而降低了输出电压反馈的输出电流；通过分频电路对控制开关进行控制，以控制软启基准的传输，即在部分重启周期内，断开软启基准的传输，并拉低与主电路输出电压进行比较的软启基准；采用本发明，能够防止主电路芯片在短路中过热甚至烧坏的现象，由于箝制了软启基准的最高电压，短路结束后，主电路输出电压有足够余量作跟随软启基准，避免输出电压过充。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为现有技术短路保护软启动电路的结构示意图；
[0021]图2为现有技术短路保护软启动电路的工作波形图；
[0022]图3为本发明短路保护软启动电路一种实施例的结构示意图；
[0023]图4为本发明短路保护软启动电路又一种实施例的结构示意图；
[0024]图5为图4中实施例的工作波形图。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合示意图对本发明的短路保护软启动电路及方法作更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以在此描述基础上，在权利要求的范围内对本发明具体电路进行变换和替换，而仍然实现本发明的有利效果。下列描述并不作为对本发明的限制。
[0026]在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0027]本发明的核心在于，提供一种短路保护软启动电路，包括短路检测电路、放电电路和放电控制电路，所述的短路检测电路检测主电路的输出电压以判断是否发生短路，由输入端对放电电路中的储能元件充电产生软启基准信号，
[0028]在发生短路时，短路检测电路检测到发生短路，产生短路信号；所述的放电控制电路包括箝位电路，所述的箝位电路接收软启基准信号，所述软启基准信号达到箝位电路的箝位电压时则产生放电控制信号，由短路信号和放电控制信号产生放电信号，放电电路接收放电信号对放电电路中的储能元件放电，以降低软启基准信号。
[0029]进一步地，本发明还提供一种短路保护软启动方法，基于短路保护软启动电路，所述短路保护软启动电路包括短路检测电路、放电电路和放电控制电路，所述的短路检测电路检测主电路的输出电压以判断是否发生短路，由输入端对放电电路中的储能元件充电产生软启基准信号，
[0030]在发生短路时，短路检测电路检测到发生短路，产生短路信号；所述的放电控制电路包括箝位电路，所述的箝位电路接收软启基准信号，所述软启基准信号达到箝位电路的箝位电压时则产生放电控制信号，由短路信号和放电控制信号产生放电信号，放电电路接收放电信号对放电电路中的储能元件放电，以降低软启基准信号。
[0031]参考图3所示，示意了短路保护软启动电路的一种实施方式。所述的放电控制电路包括箝位电路和与门，所述的箝位电路采用第一比较器CMPl实现，但不限于这一实现方式，第一比较器CMPl的反向输入端接入第一参考电压REFl (表征箝位电压)，其同向输入端接入软启基准信号，其输出端的输出信号输入与门。所述的短路检测电路采用第二比较器CMP2实现，但不限于这一实现方式，第二比较器CMP2的反向输入端接入主电路输出电压FB (表征主电路输出电压，与主电路实际输出电压成比例关系)，其同向输入端接入第二参考电压，其输出端的输出信号输入与门。所述的放电电路包括第一开关管Ml和作为储能兀件的电容C，电容C连接在第一开关管Ml的漏极和源极之间。
[0032]主电路正常启动时，输入端电流源ISS对电容C充电，软启基准信号SS随着充电的进行而上升，主电路输出电压FB跟随软启基准信号SS做软启动，最后等于基准电压REF，系统达到平衡，软启基准信号SS稳定后的电压大小一般大于基准电压REF。上述过程中FB选择SS和REF中的较小者进行误差处理产生误差信号VC，以决定主电路输出电流的大小。
[0033]当发生电路短路时，FB会小于第二参考电压REF2，从而判断发生短路，产生短路信号SHORT，此时若软启基准信号SS已被充至第一基准电压REFl时，则第一比较器CMPl翻转，产生放电控制信号SS_D0NE，短路信号SHORT和放电控制信号SS_D0NE —起输入与门，产生驱动第一开关管Ml的放电信号DIS,第一开关管Ml导通对电容C放电,从而降低软启基准信号SS的电位，之后再次重启，如此循环。
[0034]由于本实施方式将软启基准信号SS箝位至第一参考电压REF1,将第一基准电压REFl设置成小于REF (例如，REFl = 1/2REF)，即使在短路状态下不断重启，但由于短路时的软启基准信号SS相对较低，因而产生误差信号VC也相比现有技术较低，既防止芯片过热，同时也避免了短路结束后的输出电压过充。
[0035]参考图4所示，示意了本发明的又一实施方式，本实施例是基于图3中中实施例所作的进一步改进，在此基础上增加了控制开关和分频电路。由对电容C充电产生的软启基准信号SS_F，软启基准信号SS_F由控制开关的通断来控制其何时接入误差放大器EA，从而将软启基准信号SS_F改造成软启基准信号SS。
[0036]以分频电路为二分频为例，分频电路接收短路信号DIS，进行分频处理，输出周期为DIS两倍的分频信号，分频信号接入控制开关的控制端(亦可称为使能端)，分频信号每隔一个周期打开控制开关，即每隔一个周期软启基准信号SS_F通过控制开关传输，从而形成软启基准信号SS。在控制开关断开期间，通过对分频信号取反，驱动第二开关管M2导通，将软启基准信号SS拉低。
[0037]上述实施例的性能优于图3实施例，在短路状态下的功耗要明显低于图3中实施例。若图3中的实施例的主电路中的功耗为P = I2R,则二分频下的本实施例中的主电路中的功耗为 P= (1/21)?= 1/4I2R。若 η 分频，则其功耗为 P= (IM)2R= (l/nI)2R。
[0038]参考图5所示，示意了图4中实施例的工作波形图，包括短路状态(ShortCondit1n)和短路恢复(Short recovery)两个阶段。。在二分频下，可以很明显看出SS每隔一个周期接收SS_F，实际上减少了误差放大器EA的重启次数，使得两个周期中有一个周期所产生的VC处于低电位，其对应的主电路的输出电流为零。在短路结束后，恢复正常状态，由于SS为1/2REF，有足够的余量让FB跟随SS启动，不会发生过充。
[0039]以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种短路保护软启动电路，包括短路检测电路、放电电路和放电控制电路，所述的短路检测电路检测主电路的输出电压以判断是否发生短路，由输入电源对放电电路中的储能元件充电以产生软启基准信号，其特征在于: 在发生短路时，短路检测电路检测到发生短路，产生短路信号； 所述的放电控制电路包括箝位电路，所述的箝位电路接收软启基准信号，所述软启基准信号达到箝位电路的箝位电压时则产生放电控制信号； 根据短路信号和放电控制信号产生放电信号，放电电路接收放电信号对放电电路中的储能元件放电，以降低软启基准信号。
2.根据权利要求1所述的短路保护软启动电路，其特征在于:所述的短路保护软启动电路还包括软启基准传输控制电路，所述的软启基准传输控制电路包括控制软启基准传输的控制开关和分频电路，所述的分频电路接收短路信号，对短路信号进行分频，分频电路输出分频信号至控制开关的控制端，在控制开关断开时，由分频信号控制将软启基准信号的电位拉低。
3.根据权利要求1或2所述的短路保护软启动电路，其特征在于:所述的箝位电路为第一比较器，第一比较器的第一输入端接入软启基准信号，第一比较器的第二输入端接入表征箝位电压的第一参考电压，当软启基准信号大于第一参考电压时，第一比较器输出放电控制信号。
4.根据权利要求1所述的短路保护软启动电路，其特征在于:所述的短路检测电路为第二比较器，第二比较器的第一输入端接入主电路的输出电压，第二比较器的第二输入端接入第二参考电压，当发生短路时，主电路的输出电压低于第二参考电压，此时第二比较器输出短路信号。
5.根据权利要求1或2所述的短路保护软启动电路，其特征在于:所述的放电控制电路还包括与门，所述的短路信号和放电控制信号分别输入与门的两个输入端，与门输出端输出放电信号至放电电路。
6.根据权利要求1或2所述的短路保护软启动电路，其特征在于:所述的放电电路包括第一开关管和作为储能元件的电容，所述的放电信号接入第一开关管的控制端。
7.—种短路保护软启动方法，基于短路保护软启动电路，所述的短路保护软启动电路包括短路检测电路、放电电路和放电控制电路，所述的短路检测电路检测主电路的输出电压以判断是否发生短路，由输入电源对放电电路中的储能元件充电以产生软启基准信号，其特征在于: 在发生短路时，短路检测电路检测到发生短路，产生短路信号； 所述的放电控制电路接收软启基准信号，所述软启基准信号达到第一参考电路时则产生放电控制信号； 根据短路信号和放电控制信号产生放电信号，放电电路接收放电信号对放电电路中的储能元件放电，以降低软启基准信号。
8.根据权利要求7所述的短路保护软启动方法，其特征在于:所述的短路保护软启动电路还包括软启基准传输控制电路，所述的软启基准传输控制电路包括控制软启基准传输的控制开关和分频电路，所述的分频电路接收短路信号，对短路信号进行分频，分频电路输出分频信号至控制开关的控制端，在控制开关断开时，由分频信号控制将软启基准信号的电位拉低。
【文档编号】H02M1/36GK104201875SQ201410386253
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】冯旭, 李帆 申请人:矽力杰半导体技术(杭州)有限公司