一种过流检测电路的制作方法
【专利摘要】本发明属于电子技术领域，涉及一种适用于BUCK变换器的过流检测电路。本发明的电路在功率上管打开时，比较器1对节点SW电压进行检测，其中SW点电压可以反映出电感电流大小，如果过流，比较器1翻转，屏蔽环路比较器，同时关闭功率上管，打开同步整流开关管，此时比较器2开始工作，当比较器2翻转时，关闭同步整流开关管，打开功率上管。通过设置比较器2的翻转点来控制过流时的开关频率，同时保证过流时电感电流稳定在两个比较器的翻转点之间，使得负载电流恒定。
【专利说明】
-种过流检测电路
技术领域
[0001] 本发明属于电子技术领域，设及一种适用于BUCK变换器的过流检测电路。
【背景技术】
[0002] 随着集成电路的发展，作为其关键技术的大功率器件M0SFET因其出色的高频开关 特性而被广泛地应用于通信、电子等领域，但是M0SFET具有较弱的短时过载能力，当工作中 因过压或过流而使管内能量聚集时，若不能及时正确处理，不仅对DC/DC变换器自身损坏， 还会危及DC/DC变换器的前级或后级电路，使整个系统崩溃。因此要设计一种有效的过流检 测电路，然而过流之后会屏蔽环路比较器，通过最小关断时间来控制下管开启时间，运会使 得在过流时开关频率会增加到很大，导致开关管能量损耗很大甚至烧坏，因此需要做一种 可W在过流后降低开关频率的过流检测电路。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的，就是针对上述问题，提出一种在过流之后，降低忍片开关频 率，防止功率管因过流后开关频率过高而烧坏，使忍片能够稳定地检测过流。
[0004] 本发明的技术方案是:如图1所示，一种过流检测电路，包括第一比较器、第二比较 器、第一反相器INV1、第二反相器INV2、第Ξ反相器INV3、第四反相器INV4、第五反相器 INV5、第六反相器INV6、第屯反相器INV7、第八反相器INV8、第九反相器INV9、第十反相器 1^10、第^^一反相器INV11、第十二反相器INV12、第一双输入或非口 N0R1、第二双输入或非 HN0R2、第Ξ双输入或非口 N0R3、第四双输入或非口 N0R4、第五双输入或非口 N0R5、第六双 输入或非口 N0R6、第屯双输入或非口 N0R7、第八双输入或非口 N0R8、第九双输入或非口 N0R9、第一电阻R1、第二电阻R2、第Ξ电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1、第二电 容C2、第Ξ电容C3、第一电流源11、第二电流源12、第一计数器、第二计数器、第一功率管、第 二功率管和驱动控制器;其中，
[0005] 第一功率管的源极接电源，其栅极接第一驱动信号；第二功率管的漏极接第一功 率管的漏极，第二功率管的栅极接第二驱动信号，第二功率管的源极接地；
[0006] 第一比较器的正输入端通过第四电阻R4后接电源，第一比较器正输入端与第四电 阻R4的连接点接第一电流源II的一端，第一电流源II的另一端接地;第一比较器的负输入 端接第一功率管的漏极；
[0007] 第一反相器INV1的输入端接第一计数器的输出端，第一反相器INV1的输出端通过 第一电阻R1后接第二反相器INV2的输入端;第一电阻R1与第二反相器INV2输入端的连接点 通过第一电容C1后接地;第二反相器INV2的输出端接第一双输入或非口 N0R1的一个输入 端，第一双输入或非口N0R1的另一个输入端接第二计数器的输出端，第一双输入或非口 N0R1的输出端接第Ξ反相器INV3的输入端，第Ξ反相器INV3的输出端接第二双输入或非口 N0R2的一个输入端，第二双输入或非口 N0R2的另一个输入端接第Ξ双输入或非口 N0R3的输 出端；第Ξ双输入或非口N0R3的一个输入端接第一比较器的输出端，第Ξ双输入或非口 N0R3的另一个输入端接第二双输入或非口 N0R2的输出端；
[0008] 第一计数器的使能信号端接第二双输入或非口 N0R2的输出端，第一计数器的时钟 信号端接第五反相器INV5的输出端;第五反相器INV5的输入端接第四反相器INV4的输出 端;第四反相器INV4的输入端接第一比较器的输出端；
[0009] 第二比较器的正输入端接电源与第二电流源12-端的连接点，第二电流源12的另 一端通过第五电阻R5后接第二功率管的漏极;第二比较器的负输入端接地；
[0010] 第六反相器INV6的输入端接第二计数器的输出端，第六反相器INV6的输出端通过 第二电阻R2后接第屯反相器INV7的输入端;第二电阻R2与第屯反相器INV7输入端的连接点 通过第二电容C2后接地；第屯反相器INV7的输出端接第四双输入或非口 N0R4的一个输入 端，第四双输入或非口N0R4的另一个输入端接第一比较器的输出端，第四双输入或非口 N0R4的输出端接第八反相器INV8的输入端;第八反相器INV8的输出端接第五双输入或非口 N0R5的一个输入端，第五双输入或非口 N0R5的另一个输入端接第六双输入或非口 N0R6的输 出端;第六双输入或非口 N0R6的一个输入端接第五双输入或非口 N0R5的输出端，第六双输 入或非口 N0R6的另一个输入端接第二比较器的输出端;第二计数器的使能信号端接第五双 输入或非口 N0R5的输出端，第二计数器的时钟信号端接第十反相器INV10的输出端;第十反 相器INV10的输入端接第九反相器INV9的输出端;第九反相器INV9的输入端接外部Pmi信 号；
[0011] 第屯双输入或非口N0R7的一个输入端接外部PWM信号，其另一个输入端接第八双 输入或非口 N0R8的输出端，第屯双输入或非口 N0R7的输出端接驱动控制器;第八双输入或 非HNORS的一个输入端接第二比较器的输出端，第八双输入或非口 N0R8的另一个输入端接 第九双输入或非口 N0R9的输出端;第九双输入或非口 N0R9的一个输入端接第八双输入或非 口 N0R8的输出端，第九双输入或非口 N0R9的另一个输入端接第一比较器的输出端；
[0012]第反相器1^11的输入端接第八双输入或非口^38的输出端，第^ 反相器 INV11的输出端通过第Ξ电阻R3后接第十二反相器INV12的输入端;第Ξ电阻R3与第十二反 相器INV12输入端的连接点通过第Ξ电容C3后接地;第十二反相器INV12的输出端接第二比 较器的使能信号端。
[0013] 图1中，第二功率管的漏极通过电感L后连接负载，由电容Cout和电阻Rload并联组 成。
[0014] 本发明的技术方案，如图1所示，在功率上管(第一功率管)打开时，比较器1对节点 SW电压进行检测，其中SW点电压可W反映出电感电流大小，如果过流，比较器1翻转，屏蔽环 路比较器，同时关闭功率上管，打开同步整流开关管(第二功率管），此时比较器2开始工作， 当比较器2翻转时，关闭同步整流开关管，打开功率上管。运里通过设置比较器2的翻转点来 控制过流时的开关频率，同时保证过流时电感电流稳定在两个比较器的翻转点之间，使得 负载电流恒定。如果连续96次检测到过流，计数器1计满后Ctrl 1信号翻转，重启忍片;如果 未计满96次过流在之后连续6个开关周期内没有检测到过流(认为忍片恢复正常工作），计 数器2输出Ctrl2信号翻转，对计数器1清零，也就是对之前的过流计数清零。
[0015] 本发明的有益效果为，通过设计两条过流限，功率上管打开时，当电感电流碰到电 流上限时，屏蔽环路，功率上管关闭，同步整流开关管打开；当电感电流碰到电流下限时，同 步整流开关管关闭，功率上管打开。因为过流之后输出电压被降到很低，电感电流下降的斜 率会减小，所w运里通过设置电流下限的大小即可降低过流时的开关频率，避免了忍片在 过流后频率增加到很大而烧坏开关管的情况，降低了开关损耗。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明的过流检测原理的示意图；
[0017] 图2为过流检测原理的流程图；
[0018] 图3为计满96次过流时过流检测原理的时序分析图；
[0019] 图4为未计满96次过流便不再过流时过流检测原理的时序分析图；
[0020] 图5为计满96次过流时电感电流波形示意图；
[0021 ]图6为未计满96次过流便不再过流时电感电流波形示意图；
[0022] 图7为忍片进入打嗎模式后电感电流与输出电压的波形；
[0023] 图8为过流状态下电感电流的示意图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图，详细描述本发明的技术方案：
[0025] 本发明的过流检测原理如图1所示，其中，IN信号是触发器的初始化信号，在使能 信号未建立之前为高电平，建立之后为低电平，因此或非口 N0R2、N0R5、N0R8的初始输出为 低，计数器1和计数器2输出为低。（注:计数器EN端为高时开始计数，为低时清零，计数器1设 置计数96次输出跳高，计数器2设置计数6次输出跳高）
[0026] 图中比较器1和比较器2通过对SW点电压采样，间接判断电感电流大小，比较器1是 过流比较器，在功率上管开时进行检测，用于设置电流上限；比较器2用于设置电流下限，在 同步整流开关管开时开始工作。
[0027] 电流上限I日αι的设置：
[002引在功率上管打开时，当Vsw < V1N-I1R4时，比较器1翻转，其中：
[0029] ￥51=￥抑-山1?<13(。。)_。(1?<13(。。)_。表示功率上管导通电阻）
[0030] 因此；
[0031]
[0032] 电流下限1日化2的设置：
[0033] 在同步整流开关管打开时，当Vsw+IsRs含0时，比较器2翻转，其中：
[0034] ￥51=诚<13(。。)_。晰3(。。)_。表示同步整流开关管导通电阻）
[0035] 因此；
[0036]
[0037] 综上，在功率上管打开时，当电感电流超过Ιοαι时，系统判定过流，比较器1输出 OCP_Flag固隔，此时，OCP_Flag固隔会影响立处地方：
[003引1:或非口 N0R2输出端（即计数器1的EN端)跳高，计数器1开始计数，同时OCP_Flag 信号作为计数器1的计数脉冲。
[0039] 2:或非口 N0R4输出为低，N0R5输出（即计数器2的EN端)为低。
[0040] 3:或非口 N0R9输出为低，N0R8输出为高，屏蔽环路比较器从而去控制化iver模块， 关闭功率上管，开启同步整流开关管。
[0041] 可总结为：电路过流时，关闭功率上管开启功率开关管，计数器1计数加1，计数器2 清零一次。
[0042] 当过流之后，功率开关管打开，或非口 N0R8跳高，反相器INV12输出L0跳高，比较器 2才开始工作(此处L0信号的目的就是在忍片正常工作时，即不过流时，计数器2不会计数）。 因为过流之后，环路比较器被屏蔽，只能靠比较器2来开启功率上管。当电感电流下降到 I0CL2之后，比较器2输出LA跳高，此时，LA跳高会影响Ξ处地方：
[0043] 1:或非口 N0R5输出跳高，计数器2开始计数，PWM_Flag信号作为计数器2的计数脉 冲。
[0044] 2:L0信号跳低，比较器2停止工作，其输出LA被拉到低电平，此处用R3和C3做的延 时用于控制LA信号窄脉冲的宽度。
[0045] 3:或非口 N0R8输出跳低，此时放开环路比较器。
[0046] 可总结为：电路过流之后，功率开关管打开，信号LA跳高时，计数器2准备计数，如 果在运之后不再过流，PWM_Flag信号产生6个脉冲信号时（即计数器2计数6次），计数器2输 出Ctrl2固協，使得或非口N0R1输出跳低，N0R2输出跳低，计数器1清零。同时，当Ctrl2固協 之后，又会时反相器INV6输出跳低，经过R2C2的延时之后，又会使计数器2清零，C化12输出 跳低，R2C2做的延时作为Ctrl2窄脉冲的宽度。其波形图如图6所示。
[0047] 综上所述，在过流计数过程中，如果不存在连续的6个开关周期不过流，那么当过 流次数累计到96次时，计数器1输出信号Ctrll跳高，同样，Ctrll跳高之后，反相器INV1输出 跳低，经过R1C1延时之后，又会使计数器1清零，R1C1做的延时作为Ctrll窄脉冲的宽度。如 图5所示。
[004引当信号Ctrll跳高之后，会去控制软启动模块，重启忍片。如果一直处于过流状态， 忍片进入打嗎模式。如图7所示。
[0049] 忍片处于过流状态时开关频率的计算
[0050] 如图8所示，忍片过流之后，电感电流稳定在电流上限和电流下限之间，此时输出 电压为
[0051] 电感电流上升的斜率为：
[0化2]
[0053]电感电流下降的斜率为：
[0化4]
[0055]电感电流上升的时间为：
[0化6]
[0057]电感电流下降的时间为：
[0063]对于一款特定的忍片，其承载电流的能力是确定的，即电流上限是确定的，并且电 源电压、电感大小都是确定的，因此，由上述公式可知运里只需通过设置电流下限即可设置 过流状态下的开关频率，可W避免过流时开关频率过高的情况，并且该开关频率随着负载 电阻的下降而下降，进一步降低了忍片在过流状态下的开关损耗。
【主权项】
1. 一种过流检测电路，包括第一比较器、第二比较器、第一反相器INV1、第二反相器 INV2、第三反相器INV3、第四反相器INV4、第五反相器INV5、第六反相器INV6、第七反相器 INV7、第八反相器INV8、第九反相器INV9、第十反相器INV10、第^^一反相器INV11、第十二反 相器INV12、第一双输入或非门N0R1、第二双输入或非门N0R2、第三双输入或非门N0R3、第四 双输入或非门N0R4、第五双输入或非门N0R5、第六双输入或非门N0R6、第七双输入或非门 N0R7、第八双输入或非门N0R8、第九双输入或非门N0R9、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻 R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电流源II、第二电 流源12、第一计数器、第二计数器、第一功率管、第二功率管和驱动控制器;其中， 第一功率管的源极接电源，其栅极接第一驱动信号；第二功率管的漏极接第一功率管 的漏极，第二功率管的栅极接第二驱动信号，第二功率管的源极接地； 第一比较器的正输入端通过第四电阻R4后接电源，第一比较器正输入端与第四电阻R4 的连接点接第一电流源II的一端，第一电流源II的另一端接地;第一比较器的负输入端接 第一功率管的漏极； 第一反相器INV1的输入端接第一计数器的输出端，第一反相器INV1的输出端通过第一 电阻R1后接第二反相器INV2的输入端;第一电阻R1与第二反相器INV2输入端的连接点通过 第一电容C1后接地;第二反相器INV2的输出端接第一双输入或非门N0R1的一个输入端，第 一双输入或非门N0R1的另一个输入端接第二计数器的输出端，第一双输入或非门N0R1的输 出端接第三反相器INV3的输入端，第三反相器INV3的输出端接第二双输入或非门N0R2的一 个输入端，第二双输入或非门N0R2的另一个输入端接第三双输入或非门N0R3的输出端;第 三双输入或非门N0R3的一个输入端接第一比较器的输出端，第三双输入或非门N0R3的另一 个输入端接第二双输入或非门N0R2的输出端； 第一计数器的使能信号端接第二双输入或非门N0R2的输出端，第一计数器的时钟信号 端接第五反相器INV5的输出端;第五反相器INV5的输入端接第四反相器INV4的输出端;第 四反相器INV4的输入端接第一比较器的输出端； 第二比较器的正输入端接电源与第二电流源12-端的连接点，第二电流源12的另一端 通过第五电阻R5后接第二功率管的漏极;第二比较器的负输入端接地； 第六反相器INV6的输入端接第二计数器的输出端，第六反相器INV6的输出端通过第二 电阻R2后接第七反相器INV7的输入端;第二电阻R2与第七反相器INV7输入端的连接点通过 第二电容C2后接地;第七反相器INV7的输出端接第四双输入或非门N0R4的一个输入端，第 四双输入或非门N0R4的另一个输入端接第一比较器的输出端，第四双输入或非门N0R4的输 出端接第八反相器INV8的输入端;第八反相器INV8的输出端接第五双输入或非门N0R5的一 个输入端，第五双输入或非门N0R5的另一个输入端接第六双输入或非门N0R6的输出端;第 六双输入或非门N0R6的一个输入端接第五双输入或非门N0R5的输出端，第六双输入或非门 N0R6的另一个输入端接第二比较器的输出端;第二计数器的使能信号端接第五双输入或非 门N0R5的输出端，第二计数器的时钟信号端接第十反相器INV10的输出端；第十反相器 INV10的输入端接第九反相器INV9的输出端;第九反相器INV9的输入端接外部PWM信号； 第七双输入或非门N0R7的一个输入端接外部WM信号，其另一个输入端接第八双输入 或非门N0R8的输出端，第七双输入或非门N0R7的输出端接驱动控制器;第八双输入或非门 N0R8的一个输入端接第二比较器的输出端，第八双输入或非门N0R8的另一个输入端接第九 双输入或非门N0R9的输出端；第九双输入或非门N0R9的一个输入端接第八双输入或非门 N0R8的输出端，第九双输入或非门N0R9的另一个输入端接第一比较器的输出端； 第十一反相器INV11的输入端接第八双输入或非门N0R8的输出端，第^^一反相器INV11 的输出端通过第三电阻R3后接第十二反相器INV12的输入端;第三电阻R3与第十二反相器 INV12输入端的连接点通过第三电容C3后接地;第十二反相器INV12的输出端接第二比较器 的使能信号端。
【文档编号】H02M1/32GK105871189SQ201610347709
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】明鑫, 何烨, 李要, 张波
【申请人】电子科技大学