过流控制电路、过流控制方法及应用其的电源系统与流程

本发明涉及一种电力电子技术，更具体地说，涉及一种应用于开关电源中的过流控制电路及过流控制方法。

背景技术：

电源作为一切电子产品的供电设备，除了性能要满足供电产品的要求外，其自身的保护措施也非常重要，如过压，过流，过热等。一旦电子产品出现故障，会引起电子产品的损坏，甚至引起火灾等现象，因此，开关电源的保护功能一定要完善。过流保护是其中很常用的一种保护。

现有技术中，如图1所示，在开关电源电路中，当输出负载短路或者输出过流时，系统通过输出短路检测电路，产生短路信号SHORT。在短路或过流状态时，系统会输出最大电流，或者输出最大电流一段时间，停止输出一段时间，再输出最大电流一段时间，再停止一段时间。此时，输出反馈端FB一直比其参考电压VREF小，所以运算放大器U1的输出一直为最高电压。当在输出最大电流时，输出负载短路或者输出过流的情况恢复，运算放大器U1输出高电压，输出电压会迅速上升，当输出电压VOUT上升到输出电压反馈信号VFB等于参考电压VREF时，U1的输出比稳态时的输出高很多。

一般调节系统中会存在容性原件，或者容性参数，所以运算放大器U1需要一段时间才能将其输出调节到稳态值。该调节过程导致输出电压产生过冲，如图2所示。该过冲对负载和电源电路会造成极大的损伤。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种，以解决传统方案在输出短路恢复或过流恢复时，输出电压会出现过冲，导致电源或者负载损坏的问题。

第一方面，提供一种过流控制电路，应用于开关电源系统中，其特征在于，包括：

辅助参考电压生成电路，用于生成一辅助参考电压；

低电压跟随电路，用于接收第一阈值和所述辅助参考电压，并输出其中的较低者作为参考电压，所述第一阈值用于表征额定的输出电压；

其中，当系统输出短路或者过流时，所述辅助参考电压小于所述第一阈值；

误差放大器，用于根据所述输出电压反馈信号和所述参考电压生成误差放大信号。

优选地，所述辅助参考电压生成电路包括：

电压电路，用于生成一中间电压；

钳位下拉电路，用于当所述中间电压大于预定值时，将所述中间电压钳位在所述预定值，此时，将所述预定值作为所述辅助参考电压；当所述中间电压小于所述预定值时，所述钳位下拉电路不对所述中间电压产生影响，此时，将所述中间电压作为所述辅助参考电压。

优选地，所述预定值为输出电压反馈信号和第二阈值之和，其中，所述输出电压反馈信号用于表征输出电压的大小，所述第二阈值小于所述第一阈值。

优选地，所述钳位下拉电路在系统输出短路或者过流时使能。

优选地，所述钳位下拉电路在系统输出短路恢复或者过流恢复之前使能。

优选地，当系统输出短路或者过流时，所述误差放大器的输出饱和。第二方面，提供一种电源系统，包括：

功率级电路，以及，

上述的过流控制电路。

第三方面，提供一种过流控制方法，应用于开关电源系统中，其特征在于，包括：

根据输出电压反馈信号和参考电压生成误差放大信号；

当系统正常工作时，所述参考电压为第一阈值，所述第一阈值用于表征额定的输出电压；

当系统输出短路或者过流时，所述参考电压被钳位在所述输出电压反馈信号和第二阈值之和，其中，所述第二阈值小于第一阈值；

根据所述误差放大信号生成所述开关电源的开关管控制信号。

优选地，当系统输出短路恢复或者过流恢复时，所述参考电压从所述输出电压反馈信号和第二阈值之和处开始上升，直至等于第一阈值。

优选地，当系统输出短路或者过流时，所述误差放大器的输出饱和。

本发明技术通过在系统正常工作时，采用固定的参考电压；在输出短路或者过流时，将参考电压拉低，则在输出短路恢复或者过流恢复时，参考电压缓慢上升到稳态值，输出电压反馈信号也缓慢地跟随参考电压上升，从而能够有效地消除输出电压上的过冲，避免对系统的损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术的开关电源的结构框图；

图2为现有技术的开关电源的工作波形图；

图3为本发明的过流控制电路的结构框图；

图4为发生输出短路时开关电源的工作波形图；

图5为发生过流时开关电源的工作波形图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参见背景技术中对现有技术的分析可知，现有技术中的过流控制电路，由于参考电压VREF一直为一个固定值，在输出短路或者过流恢复时，会导致输出电压过冲。基于此，本发明的过流控制电路，在负载短路或者过流时(短路是过流的一种特殊情况)，将参考电压VREF拉低，则在负载短路恢复或者过流恢复时，参考电压VREF缓慢上升到稳态值，输出电压反馈信号VFB也缓慢地跟随参考电压VREF上升，从而消除输出电压上的过冲。

图3所示为本发明的过流控制电路的结构框图。如图3所示，过流控制电路应用于开关电源系统中，包括：辅助参考电压生成电路01、低电压跟随电路02以及误差放大器03。

辅助参考电压生成电路01，用于生成一辅助参考电压VAUX。在一种实施方式中，辅助参考电压生成电路可以包括电压电路011以及钳位下拉电路012。

其中，电压电路011，用于生成一中间电压VM，该中间电压为线性电压或者非线性电压。在图3所示的实施例中，电压电路011以一线性电压电路为例，包括电流源ISS和第一电容C1，第一电容C1的一端与电流源ISS相连，另一端连接至地，电压电路011在第一电容C1与电流源ISS相连的一端输出中间电压VM。

钳位下拉电路012，用于当中间电压VM大于预定值时，将中间电压VM钳位在所述预定值，此时，将所述预定值作为辅助参考电压VAUX；当所中间电压VM小于所述预定值时，钳位下拉电路012不对中间电压VM产生影响，此时，将中间电压VM作为辅助参考电压VAUX。钳位下拉电路012在系统输出短路恢复或者过流恢复之前使能，优选地，可以使钳位下拉电路012在系统输出短路或者过流时便开始使能。

需要说明的是，这里，预定值不是指一个固定的阈值，而是设置为预定值等于输出电压反馈信号VFB和第二阈值V2之和，其中，输出电压反馈信号用于表征输出电压VOUT的大小，由于输出电压VOUT是会随着负载的变化而变化的，故输出电压反馈信号VFB也是变化的，从而导致所述预定值也不是固定的阈值。

低电压跟随电路02，用于接收第一阈值V1和辅助参考电压VAUX，并输出其中的较低者作为参考电压VREF，第一阈值V1用来表征额定的输出电压。其中，当系统输出短路或者过流时，辅助参考电压VAUX小于第一阈值V1。

误差放大器03，用于根据输出电压反馈信号VFB和参考电压VREF生成误差放大信号VCOMP。

可以理解的是，过流控制电路还可以包括驱动电路04，用于根据误差放大信号VCOMP生成开关电源的功率开关管的控制信号，以控制功率开关管的导通时间和关断时间，使得输出电压满足工作要求。

在本发明中，判断是否出现系统短路或者过流，可以通过检测误差放大器03的饱和情况，当系统输出短路或者过流时，误差放大器03的输出饱和，其输出的误差放大信号VCOMP达到最高值或最低值。因此，本发明不需要额外添加比较器来判断系统的工作状态，并且，短路和过流的状态可以和正常状态无缝衔接。

本发明的过流控制电路，为了抑制在输出短路恢复或过流恢复时，输出电压VOUT产生过冲，在负载短路或者过流时，输出电压反馈信号VFB电压大大降低，此时将参考电压VREF也拉低，减小两者的电压差，则在负载短路恢复或者过流恢复时，参考电压VREF能够缓慢地升高到稳态值。参考电压VREF的上升速度足够慢，使得输出电压反馈信号VFB可以跟随参考电压VREF，输出电压上的过冲便可以消失。

下面结合开关电源的工作波形，来详细说明本发明的过流控制电路的工作原理和工作过程：

如图3所示，钳位下拉电路012的输入端接收输出电压反馈信号VFB，输出端连接至电压电路011中第一电容C1与电流源ISS的公共连接点。当中间电压VM大于输出电压反馈信号VFB和第二阈值V2之和时，钳位下拉电路012将中间电压VM下拉到输出电压反馈信号VFB和第二阈值V2之和。当中间电压VM小于等于输出电压反馈信号VFB和第二阈值V2之和时，钳位下拉电路012不对中间电压VM产生影响，以此生成辅助参考电压VAUX；低电压跟随电路02接收第一阈值V1和辅助参考电压VAUX，并输出其中的较低者作为参考电压VREF；误差放大器03，用于根据输出电压反馈信号VFB和参考电压VREF生成误差放大信号VCOMP；驱动电路04根据误差放大信号VCOMP生成开关电源的功率开关管的控制信号。

在开关电源正常工作时，参考电压VREF为第一阈值V1，误差放大电路03根据输出电压反馈信号VFB和第一阈值V1，生成误差放大信号VCOMP，驱动电路04据此误差放大信号VCOMP生成开关电源的功率开关管的控制信号，来调整开关电源的输出电流，使输出电压反馈信号VFB等于参考电压VREF，即输出电压反馈信号VFB电压等于第一阈值V1，第一阈值V1用于表征额定的输出电压，故能够将开关电源调节到正常的工作状态。

在开关电源输出短路时，如图4所示，t0时刻，输出电压反馈信号VFB降低到0，此时中间电压VM大于输出电压反馈信号VFB和第二阈值V2之和，则辅助参考电压VAUX被钳位下拉电路012下拉到输出电压反馈信号VFB和第二阈值V2之和，也即为第二阈值V2。t1时刻，短路恢复时，输出电压反馈信号FB电压上升，同时辅助参考电压VAUX也跟随上升。可以通过设置电流源Iss电流和第一电容C1的大小来调节中间电压VM的上升速度，使中间电压VM的上升速度低于短路或过流恢复时输出电压反馈信号VFB的上升速度。由于输出电压反馈信号VFB的上升速度大于中间电压VM的上升速度，当输出电压反馈信号VFB上升到使得中间电压VM小于等于输出电压反馈信号VFB和第二阈值V2之和时，钳位下拉电路012不对中间电压VM进行下拉，此时辅助参考电压VAUX即中间电压VM，辅助参考电压VAUX的上升速度仅由电流源ISS和第一电容C1控制。此时，参考电压VREF一直跟随中间电压VM，输出电压反馈信号VFB也跟随参考电压VREF。当辅助参考电压VAUX上升到V1时，参考电压VREF不再跟随辅助参考电压VAUX，而为固定的第一阈值V1。由于参考电压VREF上升速度比较慢，输出电压反馈信号VFB可以跟随参考电压VREF的上升速度，所以输出电压VOUT的过冲会消失。

在开关电源输出过流时，如图5所示，与输出短路不同的是，在过流时，输出电压VOUT和输出电压反馈信号VFB不会降低至零，而是降低到一定阈值，如第三阈值V3，其他工作原理和过程均与输出短路时相同。

本发明的过流控制电路，在系统正常工作时，采用固定的参考电压，在输出短路或者过流时，将参考电压VREF拉低，则在输出短路恢复或者过流恢复时，参考电压VREF缓慢上升到稳态值，输出电压反馈信号VFB也缓慢地跟随参考电压VREF上升，从而能够有效地消除输出电压上的过冲，避免对系统的损伤。

另外，本发明还公开了一种过流控制方法，包括：

根据输出电压反馈信号和参考电压生成误差放大信号；

当系统正常工作时，所述参考电压为第一阈值，所述第一阈值用于表征额定的输出电压；

当系统输出短路或者过流时，所述参考电压被钳位在所述输出电压反馈信号和第二阈值之和，其中，所述第二阈值小于第一阈值；

根据所述误差放大信号生成所述开关电源的开关管控制信号。

当系统输出短路恢复或者过流恢复时，所述参考电压从所述输出电压反馈信号和第二阈值之和处开始上升，直至等于第一阈值。

在所述系统输出短路恢复或者过流恢复时，所述参考电压的上升速度低于所述输出电压反馈信号的上升速度。

本发明的过流控制方法，在系统正常工作时，采用固定的参考电压，在输出短路或者过流时，将参考电压拉低，则在输出短路恢复或者过流恢复时，参考电压F缓慢上升到稳态值，输出电压反馈信号VFB也缓慢地跟随参考电压上升，从而能够有效地消除输出电压上的过冲，避免对系统的损伤。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。