专利名称：短路保护电路及包括该电路的升压转换器和电子装置的制作方法
技术领域：
本实用新型一般涉及电子电路，并且特别涉及升压转换器。
背景技术：
升压转换器是一种提供大于其输入直流电压的输出直流电压的功率变换器。这种类型的电路用于“增强”源电压至一个更高的稳定电压，使得一个电源能够提供不同的驱动电压。如图1所示，传统升压转换器的一个例子使用电感2作为能量储存元件，通过电源开关6和二极管4控制电感2的充电放电。某些情况下在输出端5和地之间连接电容以提供稳定的输出电压。使用图1所示的升压转换器的一个潜在问题是，该转换器不能被真关断，这使得转换器处于待机模式时仍存在较大能耗。此外，图1的升压转换器是没有短路保护的，因为在其短接通路上没有关断器件。具体地，一旦输出端5被短接，从输入端1至输出端5的电流增长将无法控制，这可能损坏电路元件，例如二极管4。一种用于解决关断问题的方法示于图2，该方法在二极管4和输出端5之间设置负载开关7。当转换器需要被关断时，则打开电源开关6和负载开关7，从而输入端1被从输出端5隔离开。然而，图2的升压转换器仍然存在短路保护的问题。具体地，在短路发生时，电流可能在例如微秒的时间内增加到较高的水平并损坏电路元件。为了防止这种情形，负载开关应该被立即打开。然而，这对于图2的升压转换器来说是不可行的，因为在关断转换器之前负载开关7应该被闭合足够长的时间从而安全地释放掉储存在电感2中的电流能量，否则电感2中的能量将使得节点8处的电压升高到可能损坏连接到节点8的器件的水平。因此需要一种同时提供短路保护和能量泻放的电路和方法。
实用新型内容在一个实施例中，提供了一种电路，该电路包括输入端，用于接收输入电压；输出端，用于提供输出电压；第一开关，耦接在第一中间节点和参考电位线之间；电感元件，耦接在所述输入端和所述第一中间节点之间；整流元件，耦接在所述第一中间节点和第二中间节点之间；多态模块，耦接在所述第二中间节点和所述输出端之间，具有至少一个低阻态和一个高阻态；以及控制模块，耦接于所述输出端、所述第一开关和所述多态模块，配置成控制所述第一开关和所述多态模块从而使得，响应于所述输出电压低于阈值，所述第一开关是打开的并且所述多态模块处于所述高阻态。在另一个实施例中，所述多态模块还具有关断态，并在第一时间延迟结束后处于该关断态，该第一时间延迟是由所述输出电压低于所述阈值触发的。在又一个实施例中，所述控制模块还配置成响应于第一控制信号而使得所述电路运行于预充电模式或者关断模式。在一个例子中，当转换器运行于所述预充电模式时，该多态模块处于所述高阻态直到第二时间延迟结束，所述第一开关是打开的直到第三时间延迟结束；并且在所述第二时间延迟结束后如果所述输出电压高于所述阈值，则所述多态模块处于所述低阻态；或者如果所述输出电压低于所述阈值，则所述多态模块处于所述高阻态，其中，所述第三时间延迟比所述第二时间延迟长。在另一个例子中，当转换器运行于关断模式时，所述第一开关是打开的，所述多态模块处于高阻态，并且在第一时间延迟结束后转换到关断态。在又一个实施例中，提供了一种电路，该电路包括输入端，用于接收输入电压；输出端，用于提供输出电压；第一开关，耦接在第一中间节点和参考电位线之间；电感元件， 耦接在所述输入端和所述第一中间节点之间；整流元件，耦接在所述第一中间节点和第二中间节点之间；第二开关，耦接在所述第二中间节点和所述输出端之间；第三开关，与所述第二开关并联，耦接在所述第二中间节点和所述输出端之间，其中，所述第三开关的导通电阻大于所述第二开关的导通电阻；以及控制模块，配置成响应于所述输出电压低于阈值而打开所述第一开关和所述第二开关并闭合所述第三开关。在又一个实施例中，提供了一种升压转换器，包括根据不同实施例的电路。在又一个实施例中，提供了一种电子装置，包括根据不同实施例的电路。上文已经概括而非宽泛地给出了本公开内容的特征。本公开内容的附加特征将在此后描述，其形成了本实用新型权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，可以容易地使用所公开的构思和具体实施方式
，作为修改和设计其他结构或者过程的基础，以便执行与本实用新型相同的目的。本领域技术人员还应当理解，这些等同结构没有脱离所附权利要求书中记载的本实用新型的主旨和范围。
为了更完整地理解本公开以及其优点，现在结合附图参考以下描述，其中图1示出了传统升压转换器的一个例子；图2示出了传统升压转换器的又一个例子；图3示出了根据本公开的电路的第一实施例的电路简图；图4示出了图3的电路的一个模块的电路图；图5示出了图3的电路的一个运行模式；图6示出了图3的电路的又一个运行模式；图7示出了根据本公开的电路的第二实施例的电路简图；图8示出了图7的电路的一个运行模式；图9示出了图7的电路的又一个运行模式；图10示出了图7的电路图的具体构成的一个例子。除非指明，否则不同附图中的相应标记和符号一般表示相应的部分。绘制附图是为了清晰地示出本公开内容的实施方式的有关方面，而未必是按照比例绘制的。为了更为清晰地示出某些实施方式，在附图标记之后可能跟随有字母，其指示相同结构、材料或者过程步骤的变形。
具体实施方式
下面详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本实用新型的特定方式，而非限制本实用新型的范围。图3示出了根据本公开的电路的第一实施例的电路简图。如示出的，电路10包括输入端11，用于接收输入电压；输出端17，用于提供输出电压；第一开关18，耦接在第一中间节点13和参考电位线19之间；电感元件12，耦接在输入端11和第一中间节点13之间； 整流元件14，耦接在第一中间节点13和第二中间节点15之间；多态模块20，耦接在第二中间节点15和输出端17之间，具有至少一个低阻态和一个高阻态；以及控制模块21，耦接到输出端17、第一开关18和多态模块20，用于响应于输出电压而控制第一开关18和多态模块20，从而使得当输出电压低于阈值时第一开关18是打开的并且多态模块20处于高阻态。具体地，如图4所示，多态模块20由，例如，第二开关22和第三开关23构成。第二开关22和第三开关23在第二中间节点15和输出端17之间并联连接。第三开关23的导通电阻大于第二开关22的导通电阻，从而在第三开关23闭合且第二开关22打开时，多态模块20处于高阻态，并且在第二开关22闭合时多态模块20处于低阻态。应当理解，该第一、第二、第三开关可以是，例如，金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，或者其它半导体开关器件。图5示出了图3和图4的电路的一个示例性运行模式。在时刻Tl之前，电路10运行于“正常的”升压模式。在运行中，第一开关18响应于一个脉冲序列而被打开和闭合。该脉冲序列可以由电路10的一个传统的脉冲序列发生器提供，该脉冲序列发生器基于测量输出电压而生成脉冲序列。按照该脉冲序列，当第一开关18闭合时，电感12被充电，当第一开关18打开时，储存在电感12中的能量被经由二极管14转移至输出端17。优选地，当电路10在正常升压模式时，多态模块20处于低阻态，即第二开关22是闭合的，从而电路10具有较高的输出效率。在时刻Tl，如果输出端17被短接(如示出的，输出电压在时刻Tl低于阈值)，第一开关18被控制模块21打开，并且多态模块20被切换到高阻态，即第二开关22被打开(并且第三开关如果之前是打开的，则被闭合)。通过这种方式，短路电流被第三开关23的较大的导通电阻所限制，通过下式表示
权利要求1.一种电路，包括输入端，用于接收输入电压； 输出端，用于提供输出电压； 第一开关，耦接在第一中间节点和参考电位线之间； 电感元件，耦接在所述输入端和所述第一中间节点之间； 整流元件，耦接在所述第一中间节点和第二中间节点之间； 第二开关，耦接在所述第二中间节点和所述输出端之间；第三开关，与所述第二开关并联，耦接在所述第二中间节点和所述输出端之间，其中， 所述第三开关的导通电阻大于所述第二开关的导通电阻；以及控制模块，配置成响应于所述输出电压低于阈值而打开所述第一开关和所述第二开关并闭合所述第三开关。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制模块包括 比较器，用于比较所述输出电压和所述阈值；以及时间延迟单元，耦接于所述比较器和所述第三开关之间，用于响应于所述输出电压低于所述阈值而提供第一时间延迟。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制模块包括 比较器，用于比较所述输出电压和所述阈值，其中，所述第二开关耦接于所述比较器，配置成响应于所述输出电压高于所述阈值而保持闭合。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制模块包括 比较器，用于比较所述输出电压和所述阈值；第一单元，耦接于所述比较器、第一控制信号和所述第一开关； 第二单元，耦接于所述比较器、第一控制信号和所述第二开关；以及第三单元，耦接于所述比较器、第一控制信号和所述第三开关。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于， 所述第一单元包括反相器，耦接于所述比较器，用于生成与所述比较器的输出相位相反的信号； 第一时间延迟单元，耦接于所述第一控制信号，用于在所述第一控制信号变为有效电平时提供第三时间延迟；与门，耦接于所述反相器、第一时间延迟单元以及脉冲序列以生成第一驱动信号；以及第一门驱动器，耦接于所述与门和所述第一开关，响应于所述第一驱动信号而驱动所述第一开关，所述第二单元包括第二时间延迟单元，耦接于所述第一控制信号，用于提供第二时间延迟，所述第二时间延迟比所述第三时间延迟短；与非门，耦接于所述反相器以及所述第二时间延迟单元以生成第二驱动信号；以及第二门驱动器，耦接于所述与非门和所述第二开关，响应于所述第二驱动信号而驱动所述第二开关，所述第三单元包括第二反相器，耦接于所述第一控制信号，用于生成与所述第一控制信号相位相反的信号；或门，耦接于所述第二反相器和所述比较器以生成第三驱动信号； 第三时间延迟单元，耦接于所述第三驱动信号，用于在所述第三驱动信号变为有效电平时提供第一时间延迟；以及第三门驱动器，耦接于所述第三时间延迟单元和所述第一开关，响应于所述第三时间延迟单元的输出而驱动所述第一开关。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述整流元件包括同步整流开关。
7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述整流元件、所述第二开关和所述第三开关包括MOS晶体管，并布置成当所述MOS晶体管关断时所述整流元件的体二极管和所述第二开关以及所述第三开关的每一个开关的体二极管阻止彼此导通。
8.升压转换器，包括权利要求1-7中任一项所述的电路。
9.电子装置，包括权利要求1-7中任一项所述的电路。
10.一种电路，包括输入端，用于接收输入电压； 输出端，用于提供输出电压； 第一开关，耦接在第一中间节点和参考电位线之间； 电感元件，耦接在所述输入端和所述第一中间节点之间； 整流元件，耦接在所述第一中间节点和第二中间节点之间；多态模块，耦接在所述第二中间节点和所述输出端之间，具有至少一个低阻态和一个高阻态；以及控制模块，耦接于所述输出端、所述第一开关和所述多态模块，配置成控制所述第一开关和所述多态模块从而使得，响应于所述输出电压低于阈值，所述第一开关是打开的并且所述多态模块处于所述高阻态。
11.根据权利要求10所述的电路，其特征在于，所述多态模块包括第二开关和第三开关，所述第二开关和所述第三开关在所述第二中间节点和所述输出端之间并联连接，并且所述第三开关的导通电阻大于所述第二开关的导通电阻。
12.根据权利要求11所述的电路，其特征在于，所述控制模块包括比较器，配置成通过比较所述输出电压与所述阈值而生成第二控制信号； 第一单元，用于接收所述第二控制信号并且生成用于所述第一开关的第一驱动信号； 第二单元，用于接收所述第二控制信号并且生成用于所述第二开关的第二驱动信号； 第三单元，用于接收所述第二控制信号并且生成用于所述第三开关的第三驱动信号。
13.根据权利要求11所述的电路，其特征在于，所述整流元件包括同步整流开关。
14.根据权利要求11所述的电路，其特征在于，所述整流元件、所述第二开关和所述第三开关包括MOS晶体管，并布置成当所述MOS晶体管关断时所述整流元件的体二极管和所述第二开关以及所述第三开关的每一个开关的体二极管阻止彼此导通。
15.升压转换器，包括权利要求10-14中任一项所述的电路。
16.电子装置，包括权利要求10-14中任一项所述的电路。
专利摘要本公开涉及短路保护电路及包括该电路的升压转换器和电子装置。在一个实施例中，提供了一种电路，该电路包括输入端，用于接收输入电压；输出端，用于提供输出电压；第一开关，耦接在第一中间节点和参考电位线之间；电感元件，耦接在所述输入端和所述第一中间节点之间；整流元件，耦接在所述第一中间节点和第二中间节点之间；多态模块，耦接在所述第二中间节点和所述输出端之间，具有至少一个低阻态和一个高阻态；以及控制模块，耦接于所述输出端、所述第一开关和所述多态模块，配置成控制所述第一开关和所述多态模块从而使得，响应于所述输出电压低于阈值，所述第一开关是打开的并且所述多态模块处于所述高阻态。
文档编号H02M3/10GK202121504SQ20102070147
公开日2012年1月18日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者张海波, 李进, 王光峰 申请人:意法半导体研发(深圳)有限公司