一种短路保护电路及其开关电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电路，具体但不限于涉及功率开关的短路保护电路及开关电源。
【背景技术】
[0002]开关电源因其众多的优点如高效率、高载流能力等而被广泛用于将输入电压转换成输出电压用于为负载供电。输出电压往往通过调节功率开关的占空系数进行调节，其中占空系数为导通时间与周期的比值。开关电源具有多种拓扑，如升压电压变换器、降压电压变换器、反激式电压变换器等。
[0003]图1示出了传统的升压电压变换器，其将输入节点IN的输入电压Vin转换成高于输入电压Vin的输出电压Vout，并在输出节点OUT提供。输出电压Vout通过功率开关Q的开关动作获得，其中功率开关Q耦接在开关节点SW和系统地GND之间。升压变换器进一步包括耦接在输入节点IN和开关节点SW之间的电感LI，耦接在开关节点SW和输出节点OUT之间的整流器D1，以及耦接在输出节点OUT和系统地GND之间的输出电容Cout。
[0004]然而，当功率开关Q处于导通状态且开关节点SW与输入节点IN短接时，流过功率开关Q的电流将超过正常值并使功率开关Q损坏。因此有必要提供一个短路保护电路用于在开关节点SW与高压输入节点IN短接时对功率开关Q提供保护。
[0005]传统的短路保护电路通常采用一电流放大器用于检测流过功率开关的电流，并将检测到的电流信号与最大电流参考值进行比较。当电流信号超过最大电流参考值时，将功率开关Q关断。然而，在这种场合需要对电流比较器有较高的精度要求。且电流比较器往往有一定的滞后，因此当检测到的电流信号大于最大电流参考值时，往往实际的电流已经远大于最大电流参考值，这种情况下功率开关依然可能被损坏。
【实用新型内容】
[0006]为了解决前面描述的一个问题或者多个问题，本实用新型提出一种功率开关的短路保护电路和相应的开关电源。
[0007]根据本实用新型的一个方面，提出了一种用于保护功率开关的短路保护电路。其中功率开关具有第一端、第二端和控制端，短路保护电路具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中短路保护电路的第一输入端耦接功率开关的第一端，短路保护电路的第二输入端耦接功率开关的第二端，短路保护电路的输出端提供短路保护信号，其中短路保护电路包含一晶体管，晶体管具有阈值电压；当且仅当功率开关导通时，短路保护电路将功率开关第一端和第二端之间的差值电压与晶体管的阈值电压相比较；以及当差值电压大于晶体管的阈值电压时，短路保护信号变换为有效状态用于关断功率开关。在一个实施例中，短路保护电路进一步具有第三输入端、第四输入端和第五输入端，其中短路保护电路的第三输入端耦接功率开关的控制端，短路保护电路的第四输入端接收开关信号，短路保护电路的第五输入端耦接启动信号。在一个实施例中，短路保护电路进一步包含:使能电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中使能电路的第一输入端耦接功率开关的控制端用于接收栅极控制信号，使能电路的第二输入端接收开关信号，使能电路的输出端提供使能信号，其中当栅极控制信号变换为有效状态的空白时间后使能信号变换为其有效状态，当开关信号或栅极控制信号之任一变换为其无效状态时使能信号变换为其无效状态，其中栅极控制信号的有效状态用于导通功率开关，开关信号或栅极控制信号的无效状态用于关断功率开关；比较电路，包含使能开关和晶体管，比较电路具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，其中比较电路的第一输入端耦接功率开关的第一端，比较电路的第二输入端耦接功率开关的第二端，比较电路的第三输入端耦接使能电路的输出端用于接收使能信号，比较电路的输出端提供比较信号，其中当使能信号为其有效状态时，使能开关导通，比较电路将功率开关的差值电压与晶体管的阈值电压相比较，当差值电压高于阈值电压时，比较信号为其有效状态，当差值电压低于阈值电压时，比较信号为其无效状态，且当使能信号为其无效状态时，使能开关关断，比较信号亦为其无效状态；以及锁存电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中锁存电路的第一输入端接收启动信号，锁存电路的第二输入端耦接比较电路的输出端用于接收比较信号，锁存电路的输出端提供短路保护信号，其中当比较信号为其有效状态时，短路保护信号变换为其有效状态，当启动信号为有效状态时，短路保护信号变换为其无效状态。在一个实施例中，使能电路包含:延时电路，具有输入端和输出端，其中延时电路的输入端接收栅极控制信号；与非门，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中与非门的第一输入端耦接延时电路的输出端，与非门的第二输出端接收开关信号；以及反相电路，具有输入端和输出端，其中反相电路的输入端耦接与非门的输出端，反相电路的输出端提供使能信号。在一个实施例中，使能开关具有第一端、第二端和控制端，其中使能开关的第一端耦接比较电路的第一输入端，使能开关的控制端耦接使能电路的输出端；晶体管为第一晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第一晶体管的第一端耦接比较电路的第二输入端，第一晶体管的控制端耦接使能开关的第二端；其中比较电路进一步包含:第二晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第二晶体管的第一端耦接参考电压，第二晶体管的第二端耦接第一晶体管的第二端，第二晶体管的控制端耦接偏置电压；第三晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第三晶体管的第一端耦接功率开关的第二端，第三晶体管的第二端耦接使能开关的第二端，第三晶体管的控制端耦接使能电路的第二输出端；第四晶体管，具有第一端、第二端和控制端，其中第四晶体管的第一端耦接参考电压，第四晶体管的第二端耦接第一晶体管的第二端，第四晶体管的控制端耦接使能电路的输出端；以及反相电路，具有输入端和输出端，其中反相电路的输入端耦接第一晶体管的第二端，反相电路的输出端提供比较信号。在一个实施例中，第一晶体管为NMOSFET，第二晶体管为PMOSFET，第三晶体管为NM0SFET，第四晶体管为PM0SFET。在一个实施例中，功率开关为升压变换电路的低位开关，功率开关的第一端耦接升压变换电路的开关节点，功率开关的第二端耦接系统地。在一个实施例中，功率开关为降压变换电路的高位开关，其中功率开关的第一端耦接降压变换电路的输入节点，功率开关的第二端耦接降压变换电路的开关节点。在一个实施例中，功率开关为降压变换电路的低位开关，其中功率开关的第一端耦接降压变换电路的开关节点，功率开关的第二端耦接系统地。在一个实施例中，功率开关为热插拔电路的负载开关。在一个实施例中，功率开关为电熔丝电路的电熔功率开关。在一个实施例中，短路保护电路进一步包含逻辑电路，逻辑电路具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中逻辑电路的第一输入端接收开关信号，逻辑电路的第二输入端接收短路保护信号，逻辑电路的输出端耦接功率开关的控制端。在一个实施例中，逻辑电路包含与门。
[0008]根据本实用新型的另一个方面，一种开关电源包含开关电路，将输入端的输入电压转换为输出端的输出电压，其中开关电路包含功率开关，通过控制功率开关的导通和关断来控制输出电压，其中功率开关具有第一端、第二端和控制端；开关控制电路，其输出端提供开关信号用于选择性的导通功率开关；如上所述的短路保护电路，产生短路保护信号；以及逻辑电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中逻辑电路的第一输入端接收开关信号，逻辑电路的第二输入端接收短路保护信号，逻辑电路的输出端耦接功率开关的控制端用于控制功率开关的导通和关断。
[0009]根据本实用新型的实施例所提供的短路保护电路及其开关电源，具有电路简单、精度要求低、反应快、可靠性高等优点。
【附图说明】
[0010]为了更好的理解本实用新型，将根据以下附图对本实用新型进行详细描述:
[0011]图1示出了一个现有的升压电压变换器；
[0012]图2示出了根据本实用新型一实施例的开关电源系统200的框图；
[0013]图3示出了根据本实用新型一实施例的功率开关控制电路300 ；
[0014]图4示出了根据本实用新型一实施例的图3电路中信号的工作波形图；
[0015]图5示出了根据本实用新型一实施例的功率开关控制电路500的具体电路图；
[0016]图6A-6C示出了根据本实用新型一实施例的图5中电路的三种工作状态下的信号工作波形图；
[0017]图7示出了根据本实用新型一实施例的功率开关控制电路700，该电路包括P型功率开关Q ；
[0018]图8示出了根据本实用新型一实施例的降压电压变换器800 ;
[0019]图9示出了根据本实用新型一实施例的包含短路保护电路23用于保护负载开关Q的热插拔电路900 ；
[0020]图10示出了根据本实用新型一实施例的包含电熔功率开关Q的电熔丝电路1000。
[0021]下面将参考附图详细说明本实用新型的【具体实施方式】。贯穿所有附图相同的附图标记表示相同的或相似的部件或特征。
【具体实施方式】
[0022]下面将详细描述本实用新型的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本实用新型。在下面对本实用新型的详细描述中，为了