[发明专利]开关电源控制器及其电流控制端短路保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路领域。更具体地说，本发明提出了一种用于电流控制端短路保护的实现方法。

背景技术

由于和传统线性电源相比所具有的多方面优点，诸如更高的效率，更低的待机功耗，更低的成本，更小的体积和更轻的重量，开关电源被越来越广泛地应用于各种电子设备中。

图1示出了目前应用最广泛的电流模式开关电源系统的基本原理框图。该系统包含开关功率转换器11，开关电源控制器12，反馈网络13，功率输入端口14，以及功率输出端口15。该系统的功能是：把从功率输入端口14输入的交流(AC)电源或直流(DC)电源转换成满足特定规格要求的直流(DC)或交流(AC)电源并从功率输出端口15输出。

图1中的开关功率转换器11一般包括磁性储能元件(如电感或变压器)，功率开关器件(如功率MOS开关或功率三极管开关)，功率二极管和滤波电容等。功率开关器件受到开关控制信号的控制，周期性地导通或关断。其中，开关控制信号一般是脉宽被调制(PWM)或频率被调制(PFM)的脉冲信号，也可能是PWM，PFM的混合调制信号。开关控制信号的脉冲宽度决定功率开关在一个周期内的导通时间，它和开关频率一起控制功率输入端口14传递到功率输出端口15的功率，即输出功率。在本说明书的上下文中，把开关控制信号统称为PWM信号。

以AC-DC电流模式开关电源系统为例，为了能够在不同的负载条件下都能获得恒定的电压输出，则需要根据输出负载的大小来实时调节开关控制信号的频率和(或)脉冲宽度，进而控制输出功率的大小。如图1所示，反馈网络13从输出功率信号取样，并且产生反馈信号输入到开关电源控制器12。同时，由开关功率转换器11输出的电流控制信号也输入到开关电源控制器12中。在反馈信号和电流控制信号的共同作用下，开关控制信号的脉冲宽度或(和)频率被调制，从而得到与输出负载相匹配的输出功率。

为了能够更清楚地描述电流模式开关电源的工作原理，图2示例了一种原边反馈的反激式(Flyback)开关电源系统和它的控制芯片电路框图。这种反激式(Flyback)开关电源系统广泛应用于输入、输出需要隔离的电子设备中，例如AC-DC或DC-DC适配器，便携式电子设备(如手机等)的充电器，LED驱动器等。图2中的开关电源系统包括：开关功率转换器200，开关电源控制器芯片220，反馈网络240，输入EMI滤波器260，输入整流器(Rectifier)280，启动电阻R1，Buck电容C1，芯片供电整流二极管D1，芯片电源退偶电容C2，电流控制信号的感应电阻Rs和输出负载R_L。

图2虚框中的反激式开关功率转换器(flyback converter)200包括：一个隔离变压器TX，一个功率整流二极管D2，一个滤波电容C3和一个功率开关SW。变压器初级侧线圈PRE的一端与LINE电压相连，另一端和一个功率开关SW相连，其中LINE电压是交流输入电压经过EMI滤波器260，桥式整流器280整流后的电压。功率开关SW的另一端通过一个电阻Rs连接到地(GND)。电阻Rs的作用是把变压器初级侧线圈PRE的电流信号转换成电压信号，并把它输入到开关电源控制器芯片220作为电流控制信号。当开关SW导通时，LINE电压施加在变压器TX的初级侧，变压器初级侧线圈PRE的电流开始线性增长，变压器TX处于储能阶段；当开关SW断开时，初级侧存储的能量被转移到次级侧线圈SEC，进而传递到输出负载。反激式开关功率转换器(flyback converter)包括两种工作模式：非连续式(DCM)和连续式(CCM)。其中，DCM模式指功率开关导通期间初级侧线圈存储的能量将在功率开关截止期间全部转移到变压器次级侧的负载；而CCM模式中，功率开关截止期间，变压器初级侧线圈的能量只有部分转移到次级侧的输出负载。

为了确保在负载RL变化的情况下，输出电压仍然可以在可控的条件下保持恒定，需要对输出电压取样。取样的输出电压经过反馈网络240产生反馈信号输入到开关电源控制器芯片220。该信号与初级侧的电流控制信号经过开关电源控制器芯片220的处理，产生控制功率开关的信号V_GATE。