更好地理解本实用新型，描述了大量的细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本实用新型同样可以实施。为了清晰明了地阐述本实用新型，本文简化了一些具体结构和功能的详细描述。此外，在一些实施例中已经详细描述过的类似的结构和功能，在其它实施例中不再赘述。尽管本实用新型的各项术语是结合具体的示范实施例来一一描述的，但这些术语不应理解为局限于这里阐述的示范实施方式。
[0023]本实用新型的一些实施例通过一晶体管选择性检测功率开关两端的差值电压，然后将该差值电压与该晶体管的阈值电压比较用于进行短路保护。该检测到的电压要么为很小的值，如100毫伏特，要么为很大的值，如近似电压变换器的输入电压值，因此可采用精度不高的高速比较电路用于关断和保护功率开关。相应地，从出现短路状态到切断功率开关之间的延时非常短。其中将差值电压与晶体管固有阈值相比的短路保护可单独使用，也可与传统的含有电流比较电路的保护电路一起使用。
[0024]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。开关电源系统200包括开关电路21和控制电路20，其中开关电路21用于将输入节点IN的输入电压转换成输出节点OUT的输出电压。控制电路20用于调节输出电压。开关电路21包括功率开关Q，且通过调节功率开关Q的导通和关断的时间比调节输出节点OUT的输出电压。图1所示的开关电路21可为一个升压电压变换器、或降压电压变换器、或其它任何形式的开关电源电路。在另一些实施例中，电路21不是开关电源电路，如可为热插拔电路或电熔丝电路。控制电路20输出一栅极控制信号GATE至功率开关Q的控制端用于控制功率开关Q的导通和关断。控制电路20包含开关控制电路22，短路保护电路23和逻辑电路24。
[0025]开关控制电路22的输出端提供开关信号0N，用于将功率开关Q导通。在正常的工作状态下，当开关信号ON为有效状态，如高电平时，功率开关Q导通。在一个实施例中，开关信号ON为脉冲宽度调制信号。
[0026]在正常的工作状态下，也即短路情形没有出现的状态下，开关信号ON控制功率开关Q的导通和关断，而且通过调节开关信号ON的占空系数调节输出电压的高低。短路情形指当功率开关Q处于导通状态时，功率开关Q不正常地短接至电压源，使得功率开关Q两端的电压不正常地处于高值。在一个实施例中，开关控制电路22包含恒定导通时间控制电路。
[0027]短路保护电路23具有第一端231、第二端232和输出端236。其中第一端231耦接功率开关Q的第一端，第二端232耦接功率开关Q的第二端，输出端236提供短路保护信号SP。通过这个结构短路保护电路23可用于检测到功率开关Q的第一端和第二端之间的差值电压。当短路情形出现时，短路保护信号SP处于有效状态如低电平，功率开关Q被关断。在另一个实施例中，当短路情形出现时，短路保护信号SP处于有效状态的高电平，功率开关Q被关断。
[0028]短路保护电路23包含晶体管T。当通过栅极控制信号GATE判断出功率开关Q处于导通状态时，短路保护电路23处于使能状态从而将功率开关Q的差值电压与晶体管T的固有阈值相比较，并当该差值电压大于晶体管T的固有阈值时关断功率开关Q。当短路保护电路23检测到功率开关Q处于关断状态时，短路保护电路处于被抑制状态，不将差值电压与阈值电压进行比较。在另一个实施例中，功率开关Q的导通状态通过判断开关信号ON的状态确定。在又一个实施例中，功率开关Q的导通状态通过判断开关信号ON和短路保护信号SP的状态共同确定，即当开关信号ON处于有效状态且短路保护信号SP处于无效状态时判断功率开关Q处于导通状态。
[0029]逻辑电路24具有接收开关信号ON的第一输入端、接收短路保护信号SP的第二输入端以及耦接功率开关Q的控制端的输出端。在一个实施例中，逻辑电路24的输出端通过驱动电路间接连接至功率开关Q的控制端，驱动电路耦接在逻辑电路24和功率开关Q的控制端之间，并基于逻辑电路24提供的信号向功率开关Q提供栅极控制信号GATE。
[0030]继续图2的说明，当短路保护信号SP处于有效状态时，如逻辑低电平，栅极控制信号GATE切换至无效状态用于关断功率开关Q。当短路保护信号SP处于无效状态时，如逻辑高电平，栅极控制信号GATE受开关信号ON控制用于导通和关断功率开关Q。在一个实施例中，逻辑电路24包含与门。在另一个实施例中，逻辑电路24包含与非门，也即与门和非门的串联集合。在另一些实施例中，逻辑电路进一步接收其它信号，如过温信号、欠压保护信号等用于控制功率开关Q。
[0031]在一个实施例中，短路保护电路23在栅极控制信号GATE由无效状态切换至有效状态后的一段空白时间后被使能，用于确保使能时功率开关Q两端的电压已经稳定。短路保护电路23只能在被使能时输出有效的短路保护信号SP。其中有效状态的栅极控制信号用于导通功率开关Q。这样，短路保护信号SP仅在功率开关Q处于导通状态且其两端电压已经稳定的状态下起到短路保护作用关断功率开关Q。在正常的工作状态下，导通状态下的功率开关Q的差值电压Vd为很低的值。然而，当功率开关Q不正常地短接到电压源时，功率开关两端的差值电压将远高于正常值，如不进行保护将损坏功率开关。当短路保护电路23被使能时，若功率开关的差值电压Vd高于晶体管T的固有阈值电压时，晶体管T将进入激活状态，如导通状态用于触发短路保护信号SP进入有效状态，从而使功率开关Q关断。
[0032]由于差值电压Vd仅为正常状态下的很低的值或短路情形下的很高的值，对短路保护电路23的精度要求很低，因此从短路情形发生到短路保护信号SP转变为有效状态之间的延时可以很短，从而功率开关Q可在短路情形发生后的短时间内得到有效保护。
[0033]图3示出了根据本实用新型一实施例的包含短路保护电路23的功率开关控制电路300。功率开关控制电路300包含功率开关Q，开关控制电路22，短路保护电路23，逻辑电路24和驱动电路34。功率开关Q具有第一端、第二端和控制端，其中功率开关Q的第一端耦接第一功率节点P1，功率开关Q和第二端耦接第二功率节点P2。在本说明书中，标记Pl和P2也可用于分别指代功率开关Q的第一端和功率开关Q的第二端。
[0034]在一个实施例中，如图1所示，功率开关Q为升压电压变换器的低位开关，其中第一功率节点Pl为开关节点SW，第二功率节点P2为系统地节点GND。
[0035]在另一个实施例中，功率开关为降压电压变换器的高位开关，如图8所示的功率开关Ql，其中第一功率节点Pl为输入节点IN，第二功率节点P2为开关节点SW。
[0036]在又一个实施例中，功率开关Q为降压电压变换器的低位同步整流管，如图8所示的功率开关Q2所示，其中功率开关Q2的第一功率节点Pl为开关节点SW，第二功率节点P2为系统地节点GND。
[0037]在另一些实施例中，功率开关Q可用于其它形式的拓扑，如为图9所示的热插拔电路的负载开关Q，或者为如图10所不的电恪丝电路的功率开关Q等。
[0038]开关控制电路22具有提供开关信号ON的输出端，用于选择性地导通功率开关Q。开关控制电路22可为任意可行的用于导通功率开关的电路。在一个实施例中，开关控制电路22包括用于产生PWM信号的PWM信号产生电路，其中PWM信号至少基于输出电压反馈信号或输出电流反馈信号产生。
[0039]短路保护电路23用于产生短路保护信号SP，用于在短路情形下当功率开关Q的差值电压超过一安全阈值时关断功率开关Q。当短路保护信号SP处于有效状态时，如逻辑低电平状态，功率开关Q被关断。当短路保护信号SP处于不同于有效状态的无效状态时，如逻辑高电平状态，功率开关Q受开关信号ON或其它信号控制进行导通和关断。短路保护电路23具有第一输入端231、第二输入端232、第三输入端233，第四输入端234，第五输入端235和输出端236。其中第一输入端231耦接功率开关Q的第一端P1。第二输入端232耦接功率开关Q的第二端P2。这样短路保护电路23可通过将第一端Pl上电压减去第二端P2上的电压，用于获得功率开关Q两端的差值电压Vd，或表示为Vd = V1-V2，其中Vd表示功率开关Q两端的差值电压，Vl表示功率开关Q第一端Pl上的电压，V2表示功率开关Q第二端P2上的电压。短路保护电路23的第三输入端233接收栅极控制信号GATE，第四输入端接收开关信号0N，第五输入端235接收启动信号POR，输出端236提供短路保护信号SP。
[0040]短路保护电路23包含使能电路31，比较电路32和锁存电路33。使能电路31具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中使能电路31的第一输入端耦接功率开关Q的控制端用于接收栅极控制信号GATE，使能电路31的第二输入端接收开关信号ON，使能电路31的输出端提供使能信号EN。当使能电路31检测到栅极控制信号GATE为有效状态时，使能信号EN切换至有效状态用于使能短路保护电路23。在一个实施例中，使能信号EN在开关信号ON切换为有效状态的一段空白时间后切换为有效状态。当使能电路31检测到开关信号ON处于无效状态或栅极控制信号GATE处于无