专利名称：保护电路与保护方法
技术领域：
本发明是有关于ー种关于电源供应器的保护电路。
背景技术：
为了转换效率以及产品体积的考虑，目前许多的电源供应器都是属于开关式电源供应器(switching mode power supply, SMPS)，控制一功率开关的导通与关闭，决定对于一电感组件的储能与释能，达到对负载供应所需要的规格的电源。有些SMPS需要侦测流经电感组件的电流，来控制功率开关的开启时间或是关闭时间。举例来说，图1为已知的一 SMPS 10，其具有返驰式(flyback)架构。桥式整流器12 对市电交流电源整流，在IN端提供ー线电压电源Vin，其电压可能高达100伏特或300伏特。 透过CS端，控制器18从电流侦测电阻14的侦测信号Vcs，其正常时代表流经变压器沈的一次侧绕组观的电感电流。透过GATE(门)端来开关功率开关16，控制器18控制电感电流増加或減少。而分压电阻22与M提供控制器18线电压电源的电压准位。当控制器18 操作于ー种习称的电流模式时(current mode)，控制器18会大略地限制侦测信号VCS的峰值，来控制功率开关16的开启时间，以维持负载30于ー稳定供电状态。一旦电流侦测电阻14短路，侦测信号VCS会維持在大约为0伏特，控制器18会误认为一次侧绕组观的电感电流不到所希望限制的峰值，而一直維持功率开关16于导通状态。其危险可能是变压器26饱和过热，更甚者可能引起变压器沈爆炸或失火。针对这样短路的问题，美国专利申请公开号20090279214(以下称’ 214号申请案)提供了一种保护装置与方法。但是，’ 214号申请案还是有其缺点存在。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种保护电路和保护方法。本发明的实施例提供一种保护电路，适用于ー控制器。该控制器侦测流经ー侦测电阻的电流所产生的ー输入信号来切換一开关，以控制该电流。一遮蔽时间产生器提供一遮蔽时间。于该开关开启且于该遮蔽时间外吋，一短路侦测器比较该输入信号与一第一參考电压，以致能(assert) —短路侦测信号。于该开关关闭或于该遮蔽时间内时，该短路侦测信号不会被致能。当每次该短路侦测信号被致能吋，一逻辑控制器关闭该开关，以降低该电流。本发明的实施例提供一种保护方法，适用于ー控制器。该控制器侦测流经ー侦测电阻的电流所产生的ー输入信号来切換一开关，以控制该电流。该保护方法首先提供一遮蔽时间。于该开关开启且于该遮蔽时间外吋，比较该输入信号与一第一參考电压，以致能一短路侦测信号。于该开关关闭或于该遮蔽时间内吋，禁能该短路侦测信号。毎次当该短路侦测信号被致能吋，立刻关闭该开关，以降低该电流。本发明的保护电路和保护方法可以为电源供应器提供电路保护功能。
图1为已知的一 SMPS ；
图2为依据本发明所实施的控
图3为逻辑控制器的一实施例
图4为图2中发信号波形图。
主要组件符号说明
10开关式电源供应器
12桥式整流器
14电流侦测电阻
16功率开关
18控制器
22、24分压电阻
26变压器
28一次侧绕组
30负载
42遮蔽时间产生器
44短路侦测器
46计数器
48记录器
50逻辑控制器
52驱动电路
54參考电压产生器
82遮蔽器
84开关
86电压转电流装置
88比较器
CLK频率信号
CS端点
EN端点
GATE端点
IN端点
LN端点
OUT端点
PAS信号
PLS脉波信号
UVLO--resetイ旨ヲ
VCD中继信号
Vcom补偿信号
Vcs侦测信号
、CS-LIMIT限流參考电压
Vg栅极信号
ヽ GATE驱动信号
VIN线电压电源
VLN信号
\ EEF參考电压
SH短路侦测信号
Ts遮蔽时间
ヽ EEFP參考信号
具体实施例方式图2为依据本发明所实施的控制器18，可适用于图1的SMPS 10。图3为逻辑控制器50的ー实施例。图4为图2中的信号波形图(waveform diagram)，其中，左半边为正常状态的信号波形，右半边为短路发生(也就是图1的电流侦电阻14阻值为0)时的信号波形。控制器18中有遮蔽时间产生器42、短路侦测器44、逻辑控制器50、记录器48、计数器46、以及參考电压产生器M。如同图4中的频率信号CLK波形所示，频率信号CLK周期性地发出ー频率短脉冲 (clock short pulse)，意味着ー开关循环的开始。图2的遮蔽时间产生器42中，电压转电流装置86提供ー电流，来对ー电容充电。透过LN端的信号Vu来侦测线电压电源Vin的电压，此电流会随着线电压电源Vin的电压变化而改变。而频率信号CLK周期性的对该电容重置放电。透过简单的电路理论推之，脉波信号PLS为逻辑上的0吋，会提供一遮蔽时间Ts, 如同图4的脉波信号PLS的波形所示。遮蔽时间Ts会随着线电压电源Vin的电压不同而改变。在图2中，信号PAS为栅极信号Ve与脉波信号PLS的与(And)运算結果，所以信号 PAS为逻辑上的1吋，代表了功率开关16于导通状态，且控制器18不在遮蔽时间Ts之内。 相反的，信号PAS为逻辑上的0吋，代表了功率开关16于不导通状态，或控制器18在遮蔽时间Ts之内。短路侦测器44在信号PAS为逻辑上的1时，侦测侦测信号V。s是否低于ー预设准位。当信号PAS为逻辑上的1吋，开关84短路，遮蔽器82成为一源极追随器(source follower)或是ー准位平移器(level shifter)，所以中继信号Vm随侦测信号Vcs改变而改变，且中继信号Vm大约高于侦测信号Ves —个PMOS的临界电压值(threshold voltage) VTHP0如果中继信号Vm低于參考电压Vkef吋，也就是侦测信号V。s低于參考电压Vkef减去临界电压值VTHP吋，比较器86便致能短路侦测信号SH。当信号PAS为逻辑上的0吋，遮蔽器 82阻挡了侦测信号V。s，中继信号Vm会被拉到高于參考电压Vkef的ー个固定准位，无法致能短路侦测信号SH。參考电压Vkef需要小心选取，用以区别正常状态与短路发生的状态。參考电压Vkef要够低，使得正常状态下，信号PAS为逻辑上的1吋，侦测信号1不会致能短路侦测信号SH。參考电压Vkef也要够高，使得短路发生的状态下，信号PAS为逻辑上的1吋， 侦测信号Ves会致能短路侦测信号SH。
逻辑控制器50在短路侦测信号SH被致能吋，会立刻禁能栅极信号Ve，透过驱动电路52，以驱动信号VeATE关闭功率开关16，降低流经一次侧绕组观的电感电流。如果当下开关循环(switch cycle)中，短路侦测信号SH没有被致能，记录器48 就会强迫计数器46中的D触发器重置，全部输出逻辑上的0。只有当下开关循环中，记录器48记录到短路侦测信号SH有被致能，计数器46才能在下一开关循环维持上数。计数器46计算短路侦测信号SH被致能了 3次之后，会禁能(disable)逻辑控制器50，使功率开关16維持在关闭状态，不再随脉波信号PLS而周期性的导通。所以，记录器48与计数器46的结合，可以视为一延迟逻辑控制器，其可以在短路侦测信号SH于连续4次开关周期 (switchcycle)都被致能后，透过禁能(disable)逻辑控制器50，禁止功率开关16导通。电路设计者可以自己简单的修改或变更，来决定连续几次短路侦测信号SH被致能后，才禁能逻辑控制器50。信号Uvu)_,eset为逻辑上的1吋，可以同时重置记录器48以及计数器46，使记录器48重新记录，而计数器46重新计数。当然，要达到与记录器48以及计数器46—祥的功能，也可以用其它的逻辑电路来构成，不一定要完全以图2的电路来实施。在图3中，因为或逻辑门(Or gate)与SR触发器，所以只要以下三个条件其中之 ー发生，功率开关16就会被立刻关闭1.侦测信号Vcs高过限流參考电压VCS_UMIT ；2.侦测信号V。s高过补偿信号Vot ；以及3.短路侦测信号SH被致能。补偿信号Vot，如同业界所知的，大致反映负载30所需求的功率。当逻辑控制器50被致能(enable)时(EN端为逻辑上的1)，栅极信号\周期性地被频率信号CLK所致能(assert)。当逻辑控制器50被禁能 (disable)时(EN端为逻辑上的0)，频率信号CLK被阻挡，无法致能(assert)栅极信号\。请參阅图4的左半边的正常状态的信号波形。频率信号CLK周期性地发出ー频率短脉冲(short pulse)。每个频率短脉冲会使脉波信号PLS进入逻辑上的0。遮蔽时间TS， 也就是脉波信号PLS于逻辑上0的时间，会随线电压电源Vin的电压变化。每个频率短脉冲也致能(assert)栅极信号Ve，因此，侦测信号V。s将随着时间而增加。遮蔽时间Ts之内，信号PAS为逻辑上的0，所以中继信号Vm被拉到ー个固定准位。遮蔽时间Ts之后，如果栅极信号\依然是被致能的，那信号PAS转态为逻辑上的1，造成中继信号Vm追随侦测信号Vcs。 当侦测信号V。s高过限流參考电压V。S_UMIT或补偿信号Vot吋，栅极信号Ve被禁能，所以信号 PAS转态为逻辑上的0，中继信号Vm回到固定准位。从中继信号Vm的波形可以发现，因为其一直高于參考电压Vkef，所以短路侦测信号SH—直是被禁能(disasserted)。请參阅图4的右半边的短路状态的信号波形。因为，电阻14阻值为0，所以侦测信号v。s会一直被锁在0伏持，不会高过限流參考电压v。s_UMIT或补偿信号νωΜ，且导致在遮蔽时间Ts内无法禁能栅极信号\。遮蔽时间Ts之后，信号PAS转态为逻辑上的1，造成中继信号Vm追随侦测信号V。s。此时，因为侦测信号V。s大致会被锁在0伏持，所以中继信号 Vcd低于參考电压Vkef，因而致能短路侦测信号SH，然后禁能了栅极信号Ve，立刻关闭功率开关16。被禁能的栅极信号Ve也导致了信号PAS转态为逻辑上的0，中继信号Vm回到固定准位，以及短路侦测信号SH被禁能。由图4的右半边可以发现，如果短路发生(当侦测信号Vcs —直被锁在0伏特时)， 每ー个开关循环，在遮蔽时间Ts之后，短路侦测信号SH会短暂的被致能一次。而且，毎次短路侦测信号SH被致能吋，再经历一点点信号延迟之后，栅极信号Ve就会被立刻禁能。这样，可以在每ー开关循环中，避免因为短路，而导致任何ー开关周期栅极信号Ve过长而可能产生的问题。一旦短路侦测信号SH于连续4次开关周期(switch cycle)都被致能后，逻辑控制器50被禁能。等到信号UVLO-reset为逻辑上的1后，逻辑控制器50才会随脉波信号 PLS而周期性的导通。信号UVLO-reset中的UVLO为已知的过低电压锁定(under-voltage lockout)。当信号UVLO-reset为逻辑上的1，可以代表是控制器18的一操作电源的电压过低。遮蔽时间Ts随着线电压电源Vin的电压升高而减小。举例来说，当线电压电源Vin 是300伏特时，遮蔽时间Ts是1/4开关循环T ；当线电压电源Vin是100伏特时，遮蔽时间Ts 是1/2开关循环T。在另ー个实施例中，遮蔽时间Ts可以不随着线电压电源Vin的电压而改变。參考电压产生器M，透过侦测栅极信号Ve，依据该开关的工作比例(dutyratio)， 来产生的參考电压VKEF。举例来说，当工作比例为0. 75吋，參考电压Vkef等于0. 1+VTHP ；当工作比例为0. 25吋，參考电压Vkef等于0. 3+VTHP。在另ー个实施例中，參考电压Vkef可以不随着工作比例变化而改变。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求书范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种保护电路，其特征在于，适用于ー控制器，该控制器侦测流经ー侦测电阻的电流所产生的ー输入信号来切換一开关，以控制该电流，该保护电路包含有一遮蔽时间产生器，用以提供一遮蔽时间；一短路侦测器，于该开关开启且于该遮蔽时间外吋，比较该输入信号与一第一參考电压，以致能一短路侦测信号，于该开关关闭或于该遮蔽时间内时，该短路侦测信号不会被致能；以及一逻辑控制器，当每次该短路侦测信号被致能吋，关闭该开关，以降低该电流。
2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，该短路侦测器包含有一遮蔽器，接收该输入信号，产生一中继信号，于该开关开启且于该遮蔽时间外时，该中继信号随该输入信号而改变；以及ー比较器，用以比较该中继信号与一第二參考电压，以致能该短路侦测信号； 其中，于该开关关闭或于该遮蔽时间内吋，该中继信号不会致能该短路侦测信号。
3.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，另包含有 ー计数器，于该短路侦测信号被致能一定次数后，禁止该开关导通。
4.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，另包含有一延迟逻辑控制器，于该短路侦测信号于连续一定次数开关周期都被致能后，禁止该开关导通。
5.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，该遮蔽时间随着ー电源电压而改变。
6.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，另包含有一參考电压产生器，依据该开关的工作比例，来产生该第一參考电压。
7.一种保护方法，其特征在于，适用于ー控制器，该控制器侦测流经ー侦测电阻的电流所产生的ー输入信号来切換一开关，以控制该电流，该保护方法包含有提供一遮蔽时间；于该开关开启且于该遮蔽时间外吋，比较该输入信号与一第一參考电压，以致能一短路侦测信号；于该开关关闭或于该遮蔽时间内吋，禁能该短路侦测信号；以及毎次当该短路侦测信号被致能吋，立刻关闭该开关，以降低该电流。
8.根据权利要求7所述的保护方法，其特征在干，包含有接收该输入信号，产生一中继信号，其中，于该开关开启且于该遮蔽时间外吋，该中继信号随该输入信号而改变；以及比较该中继信号与一第二參考电压，以致能该短路侦测信号；以及于该开关关闭或于该遮蔽时间内吋，使该中继信号不会致能该短路侦测信号。
9.根据权利要求7所述的保护方法，其特征在干，包含有于该短路侦测信号于连续一定次数开关周期都被致能后，禁止该开关导通。
10.根据权利要求7所述的保护方法，其特征在于，该遮蔽时间随着一电源电压而改变。
11.根据权利要求7所述的保护方法，其特征在干，包含有 依据该开关的工作比例，来产生该第一參考电压。
全文摘要
本发明揭露一种保护电路与保护方法，适用于一控制器。该控制器侦测流经一侦测电阻的电流所产生的一输入信号来切换一开关，以控制该电流。一遮蔽时间产生器提供一遮蔽时间。于该开关开启且于该遮蔽时间外时，一短路侦测器比较该输入信号与一第一参考电压，以致能(assert)一短路侦测信号。于该开关关闭或于该遮蔽时间内时，该短路侦测信号不会被致能。当每次该短路侦测信号被致能时，一逻辑控制器关闭该开关，以降低该电流。
文档编号H02M1/32GK102594110SQ20111000521
公开日2012年7月18日 申请日期2011年1月6日 优先权日2011年1月6日
发明者陈仁义, 黄国建 申请人:通嘉科技股份有限公司