开关电源的控制电路、开关电源及其控制方法与流程

本发明涉及电力电子技术，更具体地，涉及开关电源的控制电路、开关电源及其控制方法。

背景技术：

随着开关电源需求量的日益增加，降低生产成本、增加应用功能以及优化性能已经成为一般消费电子产品的电源部分的基本要求。

开关电源在生产、测试和使用等各个环节中，存在很多因素可能导致系统中某些器件损坏或者短路，从而对开关电源的正常工作造成安全隐患，因此要求开关电源能够在系统中某些器件异常的情况下自我保护，从而进一步提高开关电源的安全性。例如，在开关电源应用系统中，如果采样电阻损坏或者因生产过程中焊接不良导致采样电阻短路，那么流过开关管的电流将会很大，可能超出开关管电流的安全上限值或者使得变压器磁芯严重饱和，进而导致开关电源中的元件被烧毁，即“炸机”现象，给开关电源的生产和使用带来很大的安全隐患。

因此，需要对现有技术进行改进以提高开关电源的安全性和可靠性。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种开关电源的控制电路、开关电源及其控制方法，从而在全电压交流输入下对开关电源进行短路保护，避免由于采样电阻异常或短路造成开关电源受损或失效。

根据本发明的第一方面，提供了一种开关电源的控制电路，包括：短路保护电路，根据采样电压产生检测信号，其中所述采样电压由所述开关电源中用于对开关管的电流进行采样的采样电阻提供，若所述采样电压的上升斜率小于预设斜率值，则所述检测信号提供脉冲信号；以及驱动电路，用于提供控制所述开关管的开关信号，并根据所述脉冲信号增大所述开关管的开关信号的工作周期，以增大所述开关管的关断时间。

优选地，所述驱动电路响应于每个所述脉冲信号，以在每个所述脉冲信号的控制下增大所述开关管的工作周期和关断时间。

优选地，所述驱动电路响应于一组所述脉冲信号，每组所述脉冲信号包括依次出现的多个所述脉冲信号，从而：每间隔一定数量的所述脉冲信号，所述驱动电路调节所述开关信号，使得所述开关管的工作周期和关断时间相应地被增大。

优选地，每个所述脉冲信号具有上升沿和下降沿，所述驱动电路在所述脉冲信号的下降沿触发下将所述开关信号由有效电平变为无效电平，以使所述开关管由导通状态变为关断状态。

优选地，所述短路保护电路包括：比较模块，当所述开关管处于导通状态时，比较所述采样电压和参考电压，并输出结果信号，所述结果信号表征所述采样电压的上升斜率是否小于所述预设斜率值，当所述开关管处于关断状态时，将所述结果信号复位至低电平；计时模块，当所述开关信号的导通持续时间达到检测时间时，所述计时模块提供计时脉冲；逻辑模块，根据所述计时脉冲和所述结果信号提供所述检测信号，当所述计时脉冲开始时，若所述采样电压小于所述参考电压，则所述检测信号提供所述脉冲信号，若所述采样电压大于等于所述参考电压，则所述检测信号维持在高电平，当所述计时脉冲结束时，所述检测信号复位至所述高电平。

优选地，所述短路保护电路还包括电压产生模块，用于根据所述预设斜率值提供恒定的所述参考电压。

优选地，所述比较模块由比较器实现，所述比较器的正相输入端接收所述参考电压，所述比较器的反相输入端接收所述采样电压，所述比较器的输出端提供所述结果信号，所述计时脉冲为高电平脉冲，当开关管的导通持续时间达到所述检测时间时，所述计时脉冲出现上升沿，该开关周期结束后所述计时脉冲出现下降沿，所述逻辑模块对所述计时脉冲和所述结果信号进行逻辑运算以产生所述检测信号。

优选地，所述参考电压小于(ulmin*rcs)*t/lp，其中，ulmin表征所述开关电源正常工作时所述输入电压的直流高压最小值，rcs表征所述采样电阻的阻值，lp表征所述原边绕组的电感量，t表征所述检测时间。

优选地，所述的控制电路还包括：计数器，所述计数器接收所述检测信号，并且对所述脉冲信号进行计数以获得计数值，当所述计数值等于设定值时，所述计数器向所述驱动电路提供有效的保护信号，使得所述开关管被关断、所述开关电源被重启，并复位所述计数值。

优选地，所述驱动电路包括：振荡器，提供方波脉冲，所述振荡器根据所述检测信号调节所述方波脉冲的脉宽；以及开关驱动模块，根据所述方波脉冲产生所述开关信号，每个所述方波脉冲的脉宽对应于所述开关信号的工作周期或无效电平时间。

优选地，所述的控制电路还包括：反馈电路，用于根据所述输出电流提供反馈信号，和/或用于根据所述采样电压或所述输出电压提供所述反馈信号，所述驱动电路根据所述反馈信号调节所述开关信号；以及供电电路，用于根据所述输入电流提供供电电压至所述驱动电路的供电端。

优选地，所述预设斜率值小于所述开关电源在正常工作时所述采样电压的最小变化率。

根据本发明的第二方面，提供一种开关电源，包括：原边绕组和副边绕组，所述原边绕组根据输入电压产生输入电流，所述副边绕组根据所述输入电流产生输出电流；开关管和采样电阻，所述开关管、所述采样电阻与所述原边绕组串联，所述采样电阻对流经所述开关管的电流进行采样以获得采样电压，开关信号控制所述开关管的导通时间和关断时间；短路保护电路，根据所述采样电压产生检测信号，若所述采样电压的上升斜率小于预设斜率值，则所述检测信号提供脉冲信号；以及驱动电路，用于提供所述开关信号，并根据所述脉冲信号增大所述开关信号的工作周期，以增大所述开关管的关断时间。

优选地，所述驱动电路响应于每个所述脉冲信号，以在每个所述脉冲信号的控制下增大所述开关管的工作周期和关断时间。

优选地，所述驱动电路响应于一组所述脉冲信号，每组所述脉冲信号包括依次出现的多个所述脉冲信号，从而：每间隔一定数量的所述脉冲信号，所述驱动电路调节所述开关信号，使得所述开关管的工作周期和关断时间相应地被增大。

优选地，每个所述脉冲信号具有上升沿和下降沿，所述驱动电路在所述脉冲信号的下降沿触发下将所述开关信号由有效电平变为无效电平，以使所述开关管由导通状态变为关断状态。

优选地，所述短路保护电路包括：比较模块，当所述开关管处于导通状态时，比较所述采样电压和参考电压，并输出结果信号，所述结果信号表征所述采样电压的上升斜率是否小于所述预设斜率值，当所述开关管处于关断状态时，将所述结果信号复位至低电平；计时模块，当所述开关信号的导通持续时间达到检测时间时，所述计时模块提供计时脉冲；逻辑模块，根据所述计时脉冲和所述结果信号提供所述检测信号，当所述计时脉冲开始时，若所述采样电压小于所述参考电压，则所述检测信号提供所述脉冲信号，若所述采样电压大于等于所述参考电压，则所述检测信号维持在高电平，当所述计时脉冲结束时，所述检测信号复位至所述高电平。

优选地，所述短路保护电路还包括电压产生模块，用于根据所述预设斜率值提供恒定的所述参考电压。

优选地，所述比较模块由比较器实现，所述比较器的正相输入端接收所述参考电压，所述比较器的反相输入端接收所述采样电压，所述比较器的输出端提供所述结果信号，所述计时脉冲为高电平脉冲，当开关管的导通持续时间达到所述检测时间时，所述计时脉冲出现上升沿，该开关周期结束后所述计时脉冲出现下降沿，所述逻辑模块对所述计时脉冲和所述结果信号进行逻辑运算以产生所述检测信号。

优选地，所述的开关电源还包括：计数器，所述计数器接收所述检测信号，并且对所述脉冲信号进行计数以获得计数值，当所述计数值等于设定值时，所述计数器向所述驱动电路提供有效的保护信号，使得所述开关管被关断、所述开关电源被重启，并复位所述计数值。

优选地，所述驱动电路包括：振荡器，提供方波脉冲，所述振荡器根据所述检测信号调节所述方波脉冲的脉宽；以及开关驱动模块，根据所述方波脉冲产生所述开关信号，每个所述方波脉冲的脉宽对应于所述开关信号的工作周期或无效电平时间。

优选地，所述的开关电源还包括：反馈电路，用于根据所述输出电流提供反馈信号，和/或用于根据所述采样电压或所述输出电压提供所述反馈信号，所述驱动电路根据所述反馈信号调节所述开关信号；供电电路，用于根据所述输入电流提供供电电压至所述驱动电路的供电端。

优选地，所述预设斜率值小于所述开关电源在正常工作时所述采样电压的最小变化率。

优选地，所述参考电压小于(ulmin*rcs)*t/lp，其中，ulmin表征所述开关电源正常工作时所述输入电压的直流高压最小值，rcs表征所述采样电阻的阻值，lp表征所述原边绕组的电感量，t表征所述检测时间。

根据本发明的第三方面，提供一种开关电源的控制方法，包括：根据采样电压产生检测信号，其中所述采样电压由与所述开关电源中用于对开关管的电流进行采样的采样电阻提供，若所述采样电压的上升斜率小于预设斜率值，则所述检测信号提供脉冲信号；以及根据所述脉冲信号增大用于控制所述开关管的开关信号的工作周期，以增大所述开关管的关断时间。

优选地，所述的控制方法还包括：根据所述脉冲信号减小所述开关管的导通时间。

优选地，所述脉冲信号具有上升沿与下降沿，在所述脉冲信号的下降沿的触发下，所述开关管由导通状态变为关断状态。

优选地，根据所述采样电压产生检测信号的步骤包括：提供参考电压；以及当所述开关信号的导通持续时间达到检测时间时，若所述采样电压小于所述参考电压，则提供所述脉冲信号。

优选地，当所述开关信号的导通持续时间达到检测时间时，若所述采样电压小于所述参考电压，则提供所述脉冲信号的步骤包括：提供计时脉冲，当所述开关信号的导通持续时间达到所述检测时间时所述计时脉冲由低电平翻转为高电平，直到该开关周期结束后再复位到低电平；在所述计时脉冲开始后，若所述采样电压小于所述参考电压，则提供所述脉冲信号的下降沿，所述开关管被关断之后提供所述脉冲信号的上升沿。

优选地，提供所述参考电压的步骤包括：根据所述检测时间产生所述参考电压。

优选地，根据所述原边绕组的磁通密度设定所述检测时间，以防止所述原边绕组达到饱和。

优选地，所述的控制方法还包括：对所述脉冲信号进行计数以获得计数值；以及当所述计数值等于设定值时，关断所述开关管、重启所述开关电源，并且复位所述计数值。

优选地，根据所述脉冲信号增大所述开关信号的工作周期，以增大所述开关管的关断时间的步骤包括：提供方波脉冲，每个所述方波脉冲的脉宽对应于所述开关信号的工作周期或无效电平时间；以及根据所述检测信号调节所述方波脉冲的脉宽。

优选地，根据所述脉冲信号增大所述开关信号的工作周期，以增大所述开关管的关断时间的步骤还包括：在每个所述脉冲信号的控制下增大所述开关管的工作周期和关断时间。

优选地，根据所述脉冲信号增大所述开关信号的工作周期，以增大所述开关管的关断时间的步骤还包括：每间隔至少一个所述脉冲信号调节所述开关信号，使得所述开关管的工作周期和关断时间被相应地增大。

优选地，所述预设斜率值小于所述开关电源在正常工作时所述采样电压的最小变化率。

优选地，所述参考电压小于所述开关电源在软启动过程中的首个电流限制台阶值。

本发明实施例提供的开关电源的控制电路、开关电源及其控制方法根据采样电阻提供的采样电压的上升斜率是否小于预设斜率值来检测采样电阻是否异常。当采样电压的上升斜率小于预设斜率值时，说明采样电阻异常，则产生脉冲信号以降低开关电源的工作频率，从而增大开关管的关断时间，且关断时间的调节不受开关周期的限制，使得变压器原边绕组的电流得以充分释放，避免在采样电阻异常时出现原边绕组电流积累过多的现象，从而在采样电阻短路或异常时能够在全电压交流输入下保护开关电源。

在优选地实施例中，当采样电压的上升斜率小于预设斜率值时，还可以在降低开关电源的工作频率的同时减小开关管的导通时间，使得原边绕组的电流积累时间缩短，进一步缓解原边电流的电流累积。

在优选的实施例中，还可以通过对脉冲信号进行计数判断开关电源是否需要重新启动，当脉冲信号出现的次数达到预设上限时，则判定开关电源需要通过重新启动进行恢复，从而能够在全电压交流输入条件下保护开关电源，避免采样电阻出现异常甚至短路而导致开关电源损毁。

在优选地实施例中，通过对预设斜率值进行合理设置(预设斜率值略小于开关电源正常工作时最小输入电压下采样电压的上升斜率)，从而可避免在采样电阻正常工作时开关电源的短路保护机制被误触发，保证开关电源能够在正常工作电压情况下连续工作而不被打断。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出本发明第一实施例的开关电源的结构示意图。

图2示出本发明第一实施例的短路保护电路的结构示意图。

图3a示出本发明第一实施例的短路保护电路在正常情况下各个信号波形示意图。图3b示出本发明第一实施例的短路保护电路在短路保护情况下各个信号波形示意图。

图4示出本发明第一实施例的驱动电路的结构示意图。

图5示出本发明第一实施例中输入电流在一个工作周期内的波形示意图。

图6示出本发明第二实施例的开关电源的结构示意图。

图7示出本发明第三实施例的开关电源的结构示意图。

图8示出开关电源中原边绕组提供的输入电流的波形示意图。

图9示出本发明第四实施例的开关电源的控制方法。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本发明的很多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺或技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。

图1示出本发明第一实施例的开关电源的结构示意图。

如图1所示，该开关电源100包括整流桥110、控制电路1000、变压器、开关管m1、采样电阻rcs、续流二极管d0、输入电容cin以及输出电容cout。其中，整流桥110用于将交流输入信号转换为输入电压vin，输入电容cin用于对输入电压vin进行稳定和滤波；变压器包括原边绕组lp和副边绕组ls，原边绕组与开关管m1以及采样电阻rcs串联并根据输入电压vin产生输入电流iin，副边绕组ls与续流二极管d0串联，副边绕组ls根据输入电流iin产生输出电流，输出电容cout对输出电压vout进行稳定与滤波；采样电阻rcs对流经开关管m1的电流进行采样以获得采样电压vcs，该采样电压例如用于检测开关电源的工作状态或实现反馈控制。

作为一种具体的实施例，如图1所示，开关管m1串联在原边绕组lp和采样电阻rcs之间，采样电阻rcs与开光管m1相连的第一端提供采样电压vcs，另一端接参考地电位。需要说明的是，图1仅示出了开关电源的一种结构，本发明实施例的开关电源还可以由开关管m1、变压器、续流二极管d0等元件按照其他连接方式构成，使得采样电阻rcs能够根据流经开关管m1的电流提供采样电压vcs。

控制电路1000用于根据采样电压vcs提供开关信号sw，并在采样电压vcs异常时让开关电源进入短路预警模式。开关管m1的控制端接收开关信号sw，从而开关信号sw能够控制开关管m1的导通时间ton和关断时间toff。

具体地，控制电路1000包括驱动电路130和短路保护电路120。短路保护电路120用于检测开关电源是否工作在异常状态(例如采样电阻rcs出现异常甚至短路而导致原边绕组lp中的电流过度累积)，并根据检测结果产生检测信号vsen；驱动电路130在检测信号vsen的控制下提供开关信号sw至开关管m1，从而当检测信号vsen表征正常状态时，驱动电路130驱动开关电源继续正常工作，而当检测信号vsen表征异常状态时，驱动电路130驱动开关电源进入短路预警模式以保护开关电源。

在本实施例中，短路保护电路120根据采样电压vcs的上升斜率来判断开关电源是否工作在异常状态。当采样电压vcs的上升斜率小于预设斜率值时，则检测信号vsen将提供脉冲信号，驱动电路130在接收到脉冲信号时增大开关信号sw的工作周期，即降低开关电源的工作频率，从而在不受正常工作周期的限制下增大开关管m1的关断时间toff，使得原边绕组lp上累积的电流能够在关断时间内被充分释放。

在优选实施例中，驱动电路130还可以在接收到脉冲信号时降低开关管m1的导通时间ton。在具体的优选实施例中，驱动电路130可以在脉冲信号的下降沿的触发下关断开关管m1，此时开关管m1的导通时间降低至固定值，例如降低至检测时间tj。

需要说明的是，在一些实施例中，可以在每个所述脉冲信号的控制下增大开关信号的工作周期，即驱动电路130响应于每个脉冲信号。而在一些替代的实施例中，电流在原边绕组的积累量有限，因此也可以每间隔至少一个脉冲信号才调节开关信号，使得工作周期和开关管的关断时间被相应地增大，也就是说，所述驱动电路响应于一组所述脉冲信号，每组所述脉冲信号包括依次出现的多个所述脉冲信号，从而：每间隔一定数量的所述脉冲信号，所述驱动电路调节所述开关信号，使得所述开关管的工作周期和关断时间相应地被增大。

图2示出本发明第一实施例的短路保护电路的结构示意图。图3a示出本发明第一实施例的短路保护电路在正常情况下各个信号的波形示意图。图3b示出本发明第一实施例的短路保护电路在短路保护情况下各个信号的波形示意图。

如图2所示，短路保护电路120包括比较模块121、计时模块122、逻辑模块123以及电压产生模块124。

比较模块121用于比较采样电压vcs和参考电压vref，并输出结果信号vcomp，该结果信号vcomp表征采样电压vcs的上升斜率是否小于预设斜率值。

计时模块122用于提供计时脉冲vj。开关周期的起始时刻至该开关周期内的计时脉冲的上升沿之间具有固定的检测时间。

电压产生模块124用于提供参考电压vref。参考电压vref可以是固定电压，也可以是跟随输入电压变化的斜坡电压，通过对参考电压vref的合理设置，可以使参考电压vref和采样电压vcs的比较结果表征采样电压vcs的上升斜率是否小于预设斜率值。

逻辑模块123用于根据计时脉冲vj和结果信号vcomp提供检测信号vsen。在检测时间内，不进行采样电压和参考电压之间的比较，检测信号处于初始状态(例如为高电平)。当计时脉冲vj上升沿开始时，若采样电压vcs小于参考电压vref，则说明采样电压vcs的上升斜率小于预设斜率值(即流经开关管m1的电流的上升速率没有达到合理值)，开关电源可能出现了异常状况，需要进入短路预警模式，此时检测信号vsen提供脉冲信号；反之，当计时脉冲vj上升沿开始时，若采样电压vcs大于等于参考电压vref，说明采样电压vcs的上升斜率大于等于预设斜率值(即流经开关管m1的电流的上升斜率达到了合理值)，开关电源暂无异常状况，不需要进入短路预警模式，此时检测信号vsen维持在初始的高电平。进一步地，检测信号vsen可以在开关管关断后复位至高电平。

作为一种具体的实施例，如图2、图3a和图3b所示，比较模块121由比较器实现，比较器的正相输入端接收参考电压vref，比较器的反相输入端接收采样电压vcs，比较器的输出端提供结果信号vcomp，计时脉冲vj为方波脉冲，逻辑模块123对计时脉冲vj和结果信号vcomp进行逻辑运算(例如为与非运算)以产生检测信号vsen，从而在开关电源异常时提供脉冲信号。

当开关电源正常工作时，输入电压可能等于正常输入电压vin范围内的较小值，此时采样电压vcs的上升速率很慢，因此需要合理设置预设斜率值以防止短路预警模式的误触发。具体地，可以根据输入电压vin稳定后的最小电压值(即开关电源正常工作时输入电压的最小值)计算预设斜率值，使得预设斜率值小于等于开关电源在正常工作时提供的输入电流的最小变化率。基于此，参考信号vref例如满足：

其中，ulmin表示开关电源正常工作时输入直流高压的最小值，rcs表示采样电阻的阻值，lp表征原边绕组的电感量，tj表征检测时间。

另一方面，除了避免误触发的问题以外，还要注意采样电阻发生短路后开关电源开机启动时触发不了短路保护的问题。因此要将参考电压设置为小于开关电源在软启动过程中的首个电流限制台阶值。

另外，为了防止采样电阻rcs短路时原边绕组上的电流过大而导致开关电源中的元件被烧毁，在开关电源进入短路预警模式之后的第一个工作周期内，此时开关管的开通时间等于检测时间，原边绕组上的电流峰值ipk应该要满足：

其中，bm表征变压器的最大磁通密度，np表征变压器原边匝数，ae表征变压器磁芯的有效截面积，ul表示输入直流高压(一般由于高压下电流上升非常快，故此处计算ipk与bm时应以系统正常工作电压范围中的最大输入电压来求解)，lp表征原边绕组的电感量，t表征短路保护的开通时间，iv表示初始电流。需要说明的是，磁通密度的边界值通常为0.35，然而本领域技术人员也可以根据实际需要设置其他边界值。

图4示出本发明第一实施例的驱动电路的结构示意图。图5示出本发明第一实施例中输入电流在一个工作周期内的波形示意图。

如图4所示，驱动电路130包括开关驱动模块131和振荡器132。开关驱动模块131用于产生开关信号sw；振荡器132用于提供方波脉冲至开关驱动模块131，每个所述方波脉冲对应于所述开关信号的工作周期或无效电平时间，从而振荡器132能够调节开关驱动模块131输出的开关信号sw的工作周期或无效电平时间。具体地，当振荡器132接收到脉冲信号时，振荡器132会增大方波脉冲的脉宽，使得开关驱动模块131减小开关管的工作频率，从而增大开关管的关断时间toff，以让原边绕组上积累的电流被充分释放。

当开关电源中连续产生了多个脉冲信号时，为了确保原边电流不会发生严重积累，需要合理地设置开关管的关断时间toff，使得每个工作周期中在导通过程中输入电流的增长量δi1与关断过程中输入电流的减少量δi2相近或相同(如图5所示)，即需要满足：

其中，ulmax表征输入电压vin在正常情况下的最大直流电压值，ton表征开关管m1的导通时间，toff表征开关管m1的关断时间，n表征原边绕组与副边绕组之间的匝数比，vs表征副边绕组两端的电压。可以看出，当开关电源在采样电阻短路后利用高压驱动负载时，vs最小(例如可以取值为0.5v)，此时需要的关断时间toff最长。

图6示出本发明第二实施例的开关电源的结构示意图。

如图6所示，本发明第二实施例的开关电源200与上述第一实施例的开关电源100基本相同，不同之处在于：开关电源200还能够根据脉冲信号的数量控制驱动电路从短路预警模式进入短路保护模式，使得开关电源重启或直接关断，以防止开关电源中的元件在采样电阻短路或异常时承受过大的电流而被烧毁。

具体地，在上述第一实施例的基础上，如图6所示，开关电源200的控制电路1000还包括计数器140，其接收检测信号vsen，从而能够对脉冲信号进行计数以获得计数值。

当计数值等于设定值时，计数器140向驱动电路130提供有效的保护信号vrst，驱动电路130将会进入短路保护模式。在短路保护模式下，开关管m1被关断，整个开关电源可以被关闭/重启，并且计数值将会复位至0，以准备在开关电源重新启动后重新对脉冲信号进行计数。

在一些实施例中，计数器获得的计数值也可以用于控制驱动电路，使得驱动电路不响应于每个脉冲信号，而仅响应于间隔了至少一个脉冲信号之后的脉冲信号。

图7示出本发明第三实施例的开关电源的结构示意图。

如图7所示，本发明第三实施例的开关电源300与上述第一实施例和第二实施例的开关电源基本相同，其中，控制电路1000可以与上述第一实施例的控制电路或上述第二实施例的控制电路相同。不同之处在于，开关电源300还包括反馈电路360和/或供电电路350。

反馈电路360用于根据采样电压vcs和/或由输出电流产生的输出电压vout(或采样电压)提供反馈信号vfb，控制电路1000中的驱动电路根据反馈信号vfb调节开关信号sw，从而对开关电源进行反馈控制。

供电电路350用于根据输入电流iin提供供电电压vcc至控制电路1000，供电电压vcc可以作为控制电路中驱动电路和短路保护电路的供电电压。

图8示出开关电源中原边绕组提供的输入电流的波形示意图。

如图1、图6、图7和图8所示，当开关电源正常工作时(例如对应时间段t0-t1)，驱动电路130工作在正常工作模式，开关管m1在开关信号sw的作用下导通和关断，以保证输出电压vout的稳定和工作周期t的恒定。当开关信号sw有效时，开关管m1导通，原边绕组lp提供的输入电流iin随时间逐渐增大，在其情况下，输入电流iin的上升斜率大于等于预设斜率值；当开关信号sw无效时，开关管m1关断，输入电流iin随时间逐渐下降。

当开关电源工作在异常状态时(例如对应时间段t1-t2)，例如采样电阻rs发生短路，如果没有短路保护电路120，则由于采样电压vcs的电压值无法检测，开关管m1将以最大占空比工作，此时开关管m1的导通时间很长且持续大于关断时间，这会造成变压器原边电流持续积累而不能在每个工作周期t中被充分释放。当输入电流使得原边绕组的磁芯严重饱和时，会导致开关电源在大电流的作用下被烧毁。

而在本申请的实施例中，当开关电源工作在异常状态时(例如对应时间段t2-t3)，例如采样电阻rs发生短路，短路保护电路120会对采样电压vcs的上升速率进行判断，如果采样电压vcs的上升速率小于合理的预设斜率值，则产生脉冲信号，使得驱动电路130进入短路预警模式。在短路预警模式下，开关管m1的工作周期t被增大以使开关管m1的关断时间toff增大，从而直接增加了原边绕组释放电流的时间。

在优选的实施例中，还可以同时将开关管m1的导通时间减小(例如减小至一个固定值)，使得原边绕组积累电流的时间也能够缩短，进一步防止原边绕组上的输入电流过大。

在优选的实施例中，如图8所示，当脉冲信号的个数达到设定值时(例如3时刻之后)，驱动电路130可以关断开关管m1以关闭/重启开关电源，使得原边绕组上的输入电流持续下降。

图9示出本发明第四实施例的开关电源的短路保护方法。

本实施例的开关电源可以为上述各实施例中的开关电源，包括：原边绕组和副边绕组，原边绕组根据输入电压产生输入电流，副边绕组根据所述输入电流产生输出电流；开关管和采样电阻，开关管、采样电阻与原边绕组串联，采样电阻对流经开关管的电流进行采样以获得采样电压，开关信号控制开关管的导通时间和关断时间。

如图9所示，该短路保护方法包括以下步骤s110至s140。其中步骤s120和步骤s140可以省略。

步骤s110，根据采样电压产生检测信号，若采样电压的上升斜率小于预设斜率值，则检测信号提供脉冲信号。该脉冲信号用于使开关电源进入短路预警模式。脉冲信号具有上升沿和下降沿。

作为一种实施例，可以通过比较采样电压和参考电压检测采样电压的上升斜率是否小于预设值。当开关信号的导通持续时间达到检测时间时，若采样电压小于参考电压，则提供脉冲信号。

提供脉冲信号的具体步骤包括：当开关信号的导通持续时间达到检测时间时，开始提供计时脉冲(此时计时脉冲例如出现上升沿，直到该开关周期结束后再复位到低电平)，若此时检测到采样电压小于参考电压，则提供脉冲信号的下降沿；当开关管被关断时可以结束计时脉冲，并提供脉冲信号的上升沿或将检测信号复位至初始电平。

作为优选的实施例，可以根据原边绕组的磁通密度设定检测时间，以防止原边绕组达到饱和，也可以根据检测时间提供参考电压，参考电压可以为恒定电压或斜坡电压。为了保证短路预警模式不会在正常工作时(输入电压较小时)被误触发，预设斜率值略小于开关电源正常工作时最小输入电压下输入电流的变化率。

步骤s120，判断脉冲信号出现的次数是否达到设定值。若是则执行步骤s140；若否，则执行步骤s130。

在步骤s130中，根据脉冲信号增大开关信号的工作周期，以增加所述开关管的关断时间。

作为一种实施例，可以提供表征开关信号工作周期/关断时间的方波脉冲，每个方波脉冲的脉宽例如对应于开关信号的工作周期或无效电平时间，之后根据检测信号调节方波脉冲的脉宽，使得开关管在短路预警模式下的工作周期和关断时间被加长。

在优选的实施例中，步骤s130还包括：根据脉冲信号减小开关管的导通时间，从而进一步缓解原边绕组上的电流积累。具体地，可以在脉冲信号的下降沿的触发下，开关管由导通状态变为关断状态，从而在正常导通时间结束之前，提前关断开关管。

在步骤s140中，当脉冲信号出现的次数达到设定值时，关断开关管使得开关电源从短路预警模式进入短路保护模式。具体步骤包括：对脉冲信号进行计数以获得计数值；当计数值等于设定值时，关断开关管、重启开关电源，并且复位计数值。

综上所述，本发明实施例提供的开关电源的控制电路、开关电源及其控制方法根据采样电阻提供的采样电压的上升斜率是否小于预设斜率值来检测采样电阻是否异常。当采样电压的上升斜率小于预设斜率值时，说明采样电阻异常，则产生脉冲信号以降低开关电源的工作频率，从而能够增大开关管的关断时间，且关断时间的调节不受开关周期的限制，使得变压器原边绕组的电流得以充分释放，避免在采样电阻异常时出现原边绕组电流积累过多的现象，从而在采样电阻短路或异常时保护开关电源。

在优选地实施例中，当采样电压的上升斜率小于预设斜率值时，还可以在降低开关电源的工作频率的同时减小开关管的导通时间，使得原边绕组的电流积累时间缩短，进一步缓解原边电流的电流累积。

在优选的实施例中，还可以通过对脉冲信号进行计数判断开关电源是否需要重新启动，当脉冲信号出现的次数达到预设上限时，则判定开关电源需要通过重新启动进行恢复，从而能够在全电压交流输入条件下保护开关电源，避免采样电阻出现异常甚至短路而导致开关电源损毁。

在优选地实施例中，通过对预设斜率值进行合理设置(预设斜率值略小于开关电源正常工作时最小输入电压下采样电压的上升斜率)，从而可避免在采样电阻正常工作时开关电源的短路保护机制被误触发，保证开关电源能够在正常情况下连续工作而不被打断。

依照本发明的实施例如上文，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。