[发明专利]一种输出短路保护电路、变换器的控制方法及变换器

说明书

本发明公开了一种输出短路保护电路、变换器的控制方法及变换器，所述的短路保护电路包括：自启动监测电路以及由工作时序电路、休眠时序电路和逻辑电路组成的自适应打嗝保护电路；自启动监测电路监测芯片自启动的时序信号，输出自启动监测信号，保证芯片短路时的工作时间等于或大于芯片自启动所需时间；工作时序电路根据自启动监测信号、短路监测信号和时钟信号的时序进行计算，自适应调节芯片短路时的工作时间；休眠时序电路产生芯片短路时的固定休眠时间；逻辑电路根据工作时序电路和休眠时序电路的输出时序，产生自适应短路打嗝信号，控制系统的功率级和其它电路。本发明在保证芯片可以正常启动的前提下，能尽可能的降低平均短路功耗。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种开关电源变换器的输出短路保护电路及其实现方法。

背景技术

随着电力电子产品的需求和半导体技术的发展，集成电路(IC)在电力电子产品中的重要性越来越高，在开关电源等领域的应用也越来越广泛。尤其是近年来在大功率输出的模块电源产品中，为了增大电源的功率密度和集成更多功能，对产品中的IC性能功能及可靠性要求也越来越高。在这些电源产品IC中，输出短路保护是一种基本且必需的功能，它要求对应IC具有低的短路功耗和高的可靠性。在现今的开关电源的应用中，大部分控制IC和变换器IC是通过以下两种方法来实现输出短路保护的：

一、当芯片检测到输出处于短路状态时，会控制系统降低开关频率，同时降低此时的电流限制值来保证芯片不被损坏；

二、采用短路打嗝(Hiccup)保护的方式，短路打嗝就是说开关电源在输出短路故障情况下，开关电源芯片工作一段时间(Ton)试图恢复启动，然后进入休眠状态停止工作一段时间(Toff)，如果短路状态没有恢复，再进入Ton状态，如此反复不断循环这一过程直至短路状态恢复。

传统的短路保护电路结构如图1。包括功率驱动及输出级、短路检测、振荡器、电流限制和逻辑电路；短路检测通过将功率驱动及输出级的反馈电压和一个基准电压比较，来监测当前是否处于短路状态，产生短路标识信号(与下文的“短路监测信号”含义相同)，然后分别进入振荡器和电流限制电路实现降频和降电流限制值的功能。这种方式的缺点在于电路在短路状态下一直处于开关状态，导致芯片处于大短路功耗工作状态之下，易造成芯片迅速升温可靠性减低而损坏。

为了改善以上缺点，出现了改进型短路保护电路，即短路打嗝保护(Hiccup)模式结构，如图2。图2中用短路打嗝保护电路(Hiccup)取代了图1中的振荡器和电流限制，其工作原理不同之处在于：短路标识信号进入短路打嗝保护电路(Hiccup)，Hiccup电路的输出信号经过逻辑电路控制功率驱动及输出级，在短路时控制芯片在Ton时间内工作，Toff时间内停止工作，和之前的传统短路保护电路相比，Hiccup模式由于间歇性开关工作而明显降低了芯片的短路功耗。我们定义D为单个短路打嗝周期内芯片工作的时间Ton和短路打嗝周期T的比值，Toff为芯片休眠停止工作的时间。

即：

T＝Ton+Toff

然而，Hiccup模式保护电路虽然明显降低了芯片的的短路功耗，但也存在缺点，如下：

由于芯片设计完成并流片出来后，打嗝占空比D是固定的，不能进行调节，所以一般为了降低短路功耗，设计者会希望把打嗝占空比D设计的越小越好。但是由于目前集成电路的制程原因很难在工艺漂移及电压温度变化等基础上把Ton做的非常精准，所以当D值小，即Ton时间较短时，如果出现较大偏差的话，就有可能出现短路不能正常恢复启动的风险。

如果为了克服以上D值小导致的短路不能正常恢复启动的风险，把打嗝占空比D设计大一些的话，又会导致短路功耗较大，芯片短路时的可靠性降低，尤其是在大功率电源产品的应用中。

发明内容