[发明专利]开关电源功率管过载检测电路

说明书

技术领域

本发明属于集成电路领域，涉及一种开关电源功率管过载检测电路。

背景技术

  隔离式DC/DC转换器在实现输出与输入电气隔离时，通常采用变压器来实现，由于变压器具有变压的功能，所以有利于扩大转换器的输出应用 范围，也便于实现不同电压的多路输出，或相同电压的多种输出。

 在开关电源管理芯片中，根据电感电流电压工作模式的不同可以分为CCM(连续电流工作模式)，BCM（临界连续电流工作模式）,DCM(断续电流工作模式)以及为了提高效率的QR（准谐振控制模式）等。不同的电源系统设计中会采用不同的工作模式，例如在AC-DC的LED(Light Emitting Diode)照明电源设计中为了更简单方便计算和控制LED的输出电流，有芯片会采用BCM或DCM模式，通过检测电感电流过零可实现对LED的恒流控制，有的芯片为了提高效率会采用QR控制模式，此时需要增加波谷检测。

  图1给出了传统的BUCK架构检测方法系统电路图。L1，L2为耦合电感，D0为续流二极管，Q1为Low side功率NMOS开关管，Rfh和Rfl为分压电阻。要实现L1和Np的电感电流过零检测和谐振波谷检测都需要通过ZCD引脚的电压检测输入到控制芯片实现。

  BCM工作模式是指在电感或变压器的电流降低为零时产生开启功率管信号，而QR工作模式是指在电感或变压器电流降为零后在功率管的漏端会发生谐波振荡，在谐振波形到达波谷的时候开启功率管。

 图2给出了上述应用图中关键节点的电压和电流波形。控制芯片通过检测ZCD波形的a电压可实现电感电流的过零判断，对谐振波谷的检测则通过芯片内部的波谷检测电路检测ZCD的b点实现。由于芯片为低压控制器，ZCD需要为低压波形，且其波形能够映射LX的波形才可实现检测功能。为了实现ZCD这一功能，三种电路需要增加耦合电感L2或辅助绕组Ns以及分压电阻Rfh和Rf来实现。这额外的元器件增加的电感和变压器的设计复杂度，同时也大幅增加了系统的成本。

发明内容

针对现有的芯片为了实现电感电流过零和谐振波谷检测需要增加耦合电感或辅助绕组以及分压电阻，从而造成了增加系统设计复杂度和成本增加的不足，本发明提供一种开关电源功率管过载检测电路。

开关电源功率管过载检测电路，包括输出端与功率NMOS管控制端连接的逻辑驱动电路，所述逻辑驱动电路包括PWM信号产生器和用于直接驱动功率NMOS栅极且成反相器连接形式的第一PMOS管和第一NMOS管，所述第一PMOS管和第一NMOS管的漏端作为逻辑驱动电路的输出端；

所述逻辑驱动电路的输出端还连接一下拉支路，所述下拉支路具备如下功能：在每周期内功率NMOS管栅极下降沿结束后，下拉支路开始持续时间为T1的下拉状态；所述PWM信号产生器包括用于检测电感电流的电流比较器和RS触发器，所述电流比较器和栅极比较器的输出端分别连接RS触发器的S端和R端，RS触发器的Q端为PWM信号产生器的输出端。

对本领域技术人员，实现上述逻辑运算功能容易实现，对复杂逻辑，可以利用硬件编程语言例如VHDL或VERILOG编程生成门级逻辑电路，本发明中上述逻辑功能相当简单，本领域技术人员可以直接根据逻辑关系，利用与门、或门、传输门、触发器等门级电路组合实现。

优选的，所述逻辑驱动电路还包括屏蔽电路，所述屏蔽电路具备如下功能：在T1 结束后，开始持续时间为T2的屏蔽状态，屏蔽状态时，所述栅极比较器的输出信号保持不变。

进一步的，所述屏蔽电路由第一或非门和第二触发计时器组成，所述第一或非门的两个输入端分别连接第二触发计时器和栅极比较器的输出端，所述第一或非门的输出端作为电流过零和谐振波谷检测信号输出端；

所述第二触发计时器的输入端连接第一触发计时器的输出端，所述第二触发计时器检测输入信号的下降沿，并以下降沿为起点，持续时间为T2的高电平输出。

优选的，所述下拉支路由下拉MOS管和与下拉管栅极连接的第一触发计时器连接，所述第一触发计时器的输入端与PWM信号产生器的输出端连接，所述第一触发计时器检测输入信号的下降沿，并以下降沿为起点，持续时间为T1的高电平输出。

进一步的，触发计时器由第一支路、电容和第二或非门组成，

触发计时器的信号输入端通过第一支路与或非门的第一输入端连接，所述第一支路包括至少3个以上的奇数个连续连接的反相器，所述电容连接在任一反相器的输出端和地之间；

触发计时器的信号输入端还直接与第二或非门的第二输入端连接，所述第二或非门的输出端作为触发计时器的输出端。