本發(fā)明涉及電源技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種開(kāi)關(guān)電源的cs采樣電阻短路保護(hù)裝置。
背景技術(shù):
隨著開(kāi)關(guān)電源需求量的日益增加,降低生產(chǎn)成本、增加應(yīng)用功能以及優(yōu)化性能已經(jīng)成為一般消費(fèi)電子產(chǎn)品的電源部分的基本要求。
由于開(kāi)關(guān)電源在生產(chǎn)、測(cè)試和使用等各個(gè)環(huán)節(jié)中,存在很多因素可能導(dǎo)致系統(tǒng)中某些器件損壞或者短路,從而對(duì)開(kāi)關(guān)電源的正常工作造成安全隱患,因此要求開(kāi)關(guān)電源能夠在系統(tǒng)中某些器件損壞或者短路的情況下自我保護(hù)或者不工作,從而進(jìn)一步提高開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)安全性。比如,在開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用系統(tǒng)中,如果cs采樣電阻損壞或者生產(chǎn)過(guò)程中焊接不良所導(dǎo)致cs采樣電阻短路,那么傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源在使用過(guò)程中流過(guò)功率管的電流將會(huì)很大,可能超出功率管電流的安全上限值或者使得變壓器磁芯飽和,進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)生“炸機(jī)”現(xiàn)象,從而給生產(chǎn)和使用帶來(lái)很大的安全隱患。
現(xiàn)有的開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用技術(shù)中很少涉及到關(guān)于cs采樣電阻短路的保護(hù)技術(shù),其主要的技術(shù)難點(diǎn)在于:1、在全電壓交流輸入條件下,很難實(shí)現(xiàn)cs采樣電阻短路保護(hù);2、在批量生產(chǎn)過(guò)程中,由于系統(tǒng)外圍應(yīng)用參數(shù)差異容易誤觸發(fā)cs采樣電阻短路保護(hù)。上述問(wèn)題在很大程度上限制了cs采樣電阻短路保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用推廣。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種開(kāi)關(guān)電源的cs采樣電阻短路保護(hù)裝置,能夠在全電壓交流輸入條件下對(duì)cs采樣電阻進(jìn)行可靠的短路保護(hù)。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種開(kāi)關(guān)電源的cs采樣電阻短路保護(hù)裝置,包括斜波產(chǎn)生模塊、斜率檢測(cè)模塊、關(guān)斷時(shí)間設(shè)定模塊、計(jì)時(shí)模塊、計(jì)數(shù)模塊和控制模塊;所述斜波產(chǎn)生模塊用于在功率管導(dǎo)通時(shí),根據(jù)交流輸入電壓產(chǎn)生斜波信號(hào),并向所述斜率檢測(cè)模塊發(fā)送所述斜波信號(hào)以及向所述控制模塊發(fā)送異常導(dǎo)通指示信號(hào);所述斜率檢測(cè)模塊用于在所述功率管導(dǎo)通時(shí),比較所述斜波信號(hào)的上升斜率和cs采樣電阻的采樣信號(hào)的上升斜率,并在所述采樣信號(hào)的上升斜率小于所述斜波信號(hào)的上升斜率時(shí),向所述關(guān)斷時(shí)間設(shè)定模塊、計(jì)時(shí)模塊、計(jì)數(shù)模塊和控制模塊發(fā)送短路報(bào)警信號(hào);所述關(guān)斷時(shí)間設(shè)定模塊用于根據(jù)所述短路報(bào)警信號(hào)向所述控制模塊發(fā)送異常關(guān)斷指示信號(hào);所述計(jì)時(shí)模塊用于根據(jù)所述短路報(bào)警信號(hào)向所述計(jì)數(shù)模塊周期性地發(fā)送清零信號(hào);所述計(jì)數(shù)模塊用于在清零信號(hào)的一個(gè)發(fā)送周期內(nèi),記錄短路報(bào)警信號(hào)的接收次數(shù),并在所述接收次數(shù)達(dá)到預(yù)定次數(shù)時(shí),向所述控制模塊發(fā)送關(guān)斷控制信號(hào);所述控制模塊用于接收外部輸入的正常導(dǎo)通指示信號(hào)和正常關(guān)斷指示信號(hào),并按照所述正常導(dǎo)通指示信號(hào)設(shè)定所述功率管的正常導(dǎo)通時(shí)間、按照所述正常關(guān)斷指示信號(hào)設(shè)定所述功率管的正常關(guān)斷時(shí)間、按照所述異常導(dǎo)通指示信號(hào)設(shè)定所述功率管的異常導(dǎo)通時(shí)間、按照所述異常關(guān)斷指示信號(hào)設(shè)定所述功率管的異常關(guān)斷時(shí)間,以及根據(jù)所述短路報(bào)警信號(hào)控制所述功率管按照所述正常導(dǎo)通時(shí)間和異常導(dǎo)通時(shí)間中較小的一者進(jìn)行導(dǎo)通和按照所述正常關(guān)斷時(shí)間和異常關(guān)斷時(shí)間中較大的一者進(jìn)行關(guān)斷,根據(jù)所述關(guān)斷控制信號(hào)控制所述功率管關(guān)斷并鎖定關(guān)斷狀態(tài);其中,所述異常導(dǎo)通時(shí)間介于所述正常導(dǎo)通時(shí)間的最大值和最小值之間,所述異常關(guān)斷時(shí)間介于所述正常關(guān)斷時(shí)間的最大值和最小值之間。
其中,所述斜波信號(hào)的上升斜率為基準(zhǔn)電壓值與時(shí)間的比值,其中,所述基準(zhǔn)電壓值為與所述交流輸入電壓相關(guān)的定值或者所述時(shí)間為與所述交流輸入電壓相關(guān)的定值。
其中,所述計(jì)數(shù)模塊還用于在所述接收次數(shù)沒(méi)有達(dá)到預(yù)定次數(shù)時(shí),根據(jù)接收到的清零信號(hào)將所述接收次數(shù)清零。
本發(fā)明的有益效果是:區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況,本發(fā)明根據(jù)交流輸入電壓產(chǎn)生斜波信號(hào),比較斜波信號(hào)與cs采樣電阻的采樣信號(hào)的上升斜率,如果采樣信號(hào)的上升斜率較小,則產(chǎn)生短路報(bào)警信號(hào),根據(jù)短路報(bào)警信號(hào)控制功率管按照正常導(dǎo)通時(shí)間和異常導(dǎo)通時(shí)間中較小的一者進(jìn)行導(dǎo)通和按照正常關(guān)斷時(shí)間和異常關(guān)斷時(shí)間中較大的一者進(jìn)行關(guān)斷,并統(tǒng)計(jì)一定時(shí)間內(nèi)短路報(bào)警信號(hào)的產(chǎn)生次數(shù),如果次數(shù)達(dá)到預(yù)定次數(shù),則控制功率管關(guān)斷并鎖定關(guān)斷狀態(tài),從而能夠在全電壓交流輸入條件下對(duì)cs采樣電阻進(jìn)行可靠的短路保護(hù)。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源的cs采樣電阻短路保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的一種應(yīng)用場(chǎng)景示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
參閱圖1,是本發(fā)明實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源的cs采樣電阻短路保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明實(shí)施例的cs采樣電阻短路保護(hù)裝置包括斜波產(chǎn)生模塊1、斜率檢測(cè)模塊2、關(guān)斷時(shí)間設(shè)定模塊3、計(jì)時(shí)模塊4、計(jì)數(shù)模塊5和控制模塊6。
斜波產(chǎn)生模塊1用于在功率管導(dǎo)通時(shí),根據(jù)交流輸入電壓產(chǎn)生斜波信號(hào),并向斜率檢測(cè)模塊2發(fā)送斜波信號(hào)以及向控制模塊6發(fā)送異常導(dǎo)通指示信號(hào)。
斜率檢測(cè)模塊2用于在功率管導(dǎo)通時(shí),比較斜波信號(hào)的上升斜率和cs采樣電阻的采樣信號(hào)的上升斜率,并在采樣信號(hào)的上升斜率小于斜波信號(hào)的上升斜率時(shí),向關(guān)斷時(shí)間設(shè)定模塊3、計(jì)時(shí)模塊4、計(jì)數(shù)模塊5和控制模塊6發(fā)送短路報(bào)警信號(hào)。
關(guān)斷時(shí)間設(shè)定模塊3用于根據(jù)短路報(bào)警信號(hào)向控制模塊6發(fā)送異常關(guān)斷指示信號(hào)。
計(jì)時(shí)模塊4用于根據(jù)短路報(bào)警信號(hào)向計(jì)數(shù)模塊5周期性地發(fā)送清零信號(hào)。
計(jì)數(shù)模塊5用于在清零信號(hào)的一個(gè)發(fā)送周期內(nèi),記錄短路報(bào)警信號(hào)的接收次數(shù),并在接收次數(shù)達(dá)到預(yù)定次數(shù)時(shí),向控制模塊6發(fā)送關(guān)斷控制信號(hào)。
控制模塊6用于接收外部輸入的正常導(dǎo)通指示信號(hào)和正常關(guān)斷指示信號(hào),并按照正常導(dǎo)通指示信號(hào)設(shè)定功率管的正常導(dǎo)通時(shí)間、按照正常關(guān)斷指示信號(hào)設(shè)定功率管的正常關(guān)斷時(shí)間、按照異常導(dǎo)通指示信號(hào)設(shè)定功率管的異常導(dǎo)通時(shí)間、按照異常關(guān)斷指示信號(hào)設(shè)定功率管的異常關(guān)斷時(shí)間,以及根據(jù)短路報(bào)警信號(hào)控制功率管按照正常導(dǎo)通時(shí)間和異常導(dǎo)通時(shí)間中較小的一者進(jìn)行導(dǎo)通和按照正常關(guān)斷時(shí)間和異常關(guān)斷時(shí)間中較大的一者進(jìn)行關(guān)斷,根據(jù)關(guān)斷控制信號(hào)控制功率管關(guān)斷并鎖定關(guān)斷狀態(tài)。其中,異常導(dǎo)通時(shí)間介于正常導(dǎo)通時(shí)間的最大值和最小值之間,異常關(guān)斷時(shí)間介于正常關(guān)斷時(shí)間的最大值和最小值之間。
其中,在時(shí)間先后順序上,控制模塊6會(huì)先接收到短路報(bào)警信號(hào),后接收到關(guān)斷控制信號(hào)。在接收到短路報(bào)警信號(hào)之前,控制模塊6控制功率管按照正常導(dǎo)通時(shí)間和正常關(guān)斷時(shí)間進(jìn)行導(dǎo)通和關(guān)斷,在接收到短路報(bào)警信號(hào)時(shí),則控制功率管按照正常導(dǎo)通時(shí)間和異常導(dǎo)通時(shí)間中較小的一者進(jìn)行導(dǎo)通和按照正常關(guān)斷時(shí)間和異常關(guān)斷時(shí)間中較大的一者進(jìn)行關(guān)斷,在接收到關(guān)斷控制信號(hào),控制功率管關(guān)斷并鎖定關(guān)斷狀態(tài)。
在本實(shí)施例中,計(jì)數(shù)模塊5還用于在接收次數(shù)沒(méi)有達(dá)到預(yù)定次數(shù)時(shí),根據(jù)接收到的清零信號(hào)將接收次數(shù)清零。
下面將詳細(xì)介紹本發(fā)明的cs采樣電阻短路保護(hù)裝置的工作原理:
斜波產(chǎn)生模塊1在功率管導(dǎo)通期間可以根據(jù)不同的交流輸入電壓產(chǎn)生不同上升斜率的斜波信號(hào)。具體而言,斜波信號(hào)的上升斜率為基準(zhǔn)電壓值與時(shí)間的比值,其中,基準(zhǔn)電壓值為與交流輸入電壓相關(guān)的定值或者時(shí)間為與交流輸入電壓相關(guān)的定值。
斜率檢測(cè)模塊2在功率管導(dǎo)通期間檢測(cè)采樣信號(hào)的上升斜率,并將其與斜波信號(hào)的上升斜率相比較,以此判斷是否滿足cs采樣電阻短路保護(hù)的觸發(fā)條件。具體的比較過(guò)程為:如果基準(zhǔn)電壓值為與交流輸入電壓相關(guān)的定值,那么比較斜波信號(hào)和采樣信號(hào)在相同的基準(zhǔn)電壓值下對(duì)應(yīng)的時(shí)間,如果采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)間大于斜波信號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)間,則判定采樣信號(hào)的上升斜率小于斜波信號(hào)的上升斜率;如果時(shí)間為交流輸入電壓相關(guān)的定值,那么比較斜波信號(hào)和采樣信號(hào)在相同的時(shí)間下對(duì)應(yīng)的電壓值,如果采樣信號(hào)對(duì)應(yīng)的電壓值小于斜波信號(hào)對(duì)應(yīng)的電壓值,則判定采樣信號(hào)的上升斜率小于斜波信號(hào)的上升斜率。判定采樣信號(hào)的上升斜率小于斜波信號(hào)的上升斜率后,則滿足cs采樣電阻短路保護(hù)的觸發(fā)條件,斜率檢測(cè)模塊2輸出短路報(bào)警信號(hào),同時(shí)斜波產(chǎn)生模塊1發(fā)送異常導(dǎo)通指示信號(hào)。
計(jì)時(shí)模塊4由短路報(bào)警信號(hào)觸發(fā)開(kāi)始計(jì)時(shí),并按照設(shè)定的時(shí)間向計(jì)數(shù)模塊5周期性地發(fā)送清零信號(hào)。計(jì)數(shù)模塊5記錄接收到短路報(bào)警信號(hào)的次數(shù),也就是在cs采樣電阻短路保護(hù)狀態(tài)下功率管導(dǎo)通或者關(guān)斷的次數(shù),在計(jì)時(shí)器4設(shè)定的時(shí)間內(nèi),如果在接收到清零信號(hào)時(shí),計(jì)數(shù)模塊5所記錄的次數(shù)沒(méi)有達(dá)到設(shè)定次數(shù),那么計(jì)數(shù)模塊5根據(jù)清零信號(hào)將次數(shù)清零,計(jì)數(shù)模塊5重新開(kāi)始計(jì)數(shù);反之,在計(jì)時(shí)器4設(shè)定的時(shí)間內(nèi),如果在接收到清零信號(hào)時(shí),計(jì)數(shù)模塊5所記錄的次數(shù)達(dá)到設(shè)定次數(shù),那么計(jì)數(shù)模塊5輸出關(guān)斷控制信號(hào)。設(shè)置計(jì)時(shí)模塊4和計(jì)數(shù)模塊5可以避免cs采樣電阻短路保護(hù)的誤觸發(fā)。
控制模塊6按照異常導(dǎo)通指示信號(hào)設(shè)定功率管的異常導(dǎo)通時(shí)間、按照異常關(guān)斷指示信號(hào)設(shè)定功率管的異常關(guān)斷時(shí)間、以及根據(jù)關(guān)斷控制信號(hào)控制功率管關(guān)斷。通過(guò)控制模塊6控制功率管關(guān)斷,從而實(shí)現(xiàn)cs采樣電阻短路保護(hù)。在清零信號(hào)的一個(gè)發(fā)送周期內(nèi),由于正常導(dǎo)通時(shí)間和正常關(guān)斷時(shí)間的最大值和最小值均由開(kāi)關(guān)電源的當(dāng)前負(fù)載決定,功率管按照正常導(dǎo)通時(shí)間和異常導(dǎo)通時(shí)間中較小的一者進(jìn)行導(dǎo)通,而異常導(dǎo)通時(shí)間又介于正常導(dǎo)通時(shí)間的最大值和最小值之間,因此異常導(dǎo)通指示信號(hào)就直接決定了在cs采樣電阻短路保護(hù)狀態(tài)下功率管的最大導(dǎo)通時(shí)間。相對(duì)應(yīng)的,由于功率管按照正常關(guān)斷時(shí)間和異常關(guān)斷時(shí)間中較大的一者進(jìn)行關(guān)斷,而異常關(guān)斷時(shí)間又介于正常關(guān)斷時(shí)間的最大值和最小值之間,因此異常關(guān)斷指示信號(hào)就直接決定了在cs采樣電阻短路保護(hù)狀態(tài)下功率管的最小關(guān)斷時(shí)間。也就是說(shuō),功率管在cs采樣電阻短路保護(hù)狀態(tài)下的導(dǎo)通時(shí)間縮短,關(guān)斷時(shí)間延長(zhǎng),并且進(jìn)一步可以關(guān)斷功率管并鎖定關(guān)斷狀態(tài),因而可以保證流過(guò)功率管的電流不會(huì)超出安全上限值,從而避免“炸機(jī)”事故發(fā)生。
其中,通常開(kāi)關(guān)電源具有驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端,功率管如果為mos管,則驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端為gate端,控制模塊6通過(guò)向gate端輸出pwm_on信號(hào)來(lái)控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)以開(kāi)啟功率管以及通過(guò)向gate端輸出pwm_off信號(hào)來(lái)控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端停止輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)以關(guān)斷功率管。應(yīng)當(dāng)注意本發(fā)明不僅限于驅(qū)動(dòng)mos管的應(yīng)用,還可以應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)三極管。
參閱圖1和2,在該應(yīng)用場(chǎng)景中,開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)包括短路保護(hù)主控芯片10、功率nmos管20、cs采樣電阻30、輔助繞組上端分壓電阻40、輔助繞組下端分壓電阻50和變壓器60。其中,短路保護(hù)主控芯片10包括前述實(shí)施例的cs采樣電阻短路保護(hù)裝置101以及現(xiàn)有的電源控制模塊,現(xiàn)有的電源控制模塊包括采樣保持電路7、誤差放大器8、低通濾波電路9、關(guān)斷時(shí)間控制電路10和導(dǎo)通時(shí)間控制電路11,cs采樣電阻短路保護(hù)裝置101的控制模塊6還與關(guān)斷時(shí)間控制電路10和導(dǎo)通時(shí)間控制電路11信號(hào)連接。
采樣保持電路7用于對(duì)負(fù)載的反饋電壓進(jìn)行采樣和保持,并輸出電壓fb_sh。
誤差放大器8用于比較輸出電壓fb_sh與基準(zhǔn)電壓vref的差異,并放大差異后輸出電壓vea,電壓vea經(jīng)過(guò)低通濾波電路9以后形成電壓vea_rc。
關(guān)斷時(shí)間控制電路10用于根據(jù)電壓vea_rc輸出正常關(guān)斷指示信號(hào)。
導(dǎo)通時(shí)間控制電路11用于檢測(cè)到采樣信號(hào)的電壓值上升到電壓vea_rc時(shí),輸出正常導(dǎo)通指示信號(hào)。
具體而言,采樣保持電路7對(duì)反饋到短路保護(hù)主控芯片101的電壓fb進(jìn)行采樣和保持,并輸出電壓fb_sh。誤差放大器8通過(guò)比較輸出電壓fb_sh與基準(zhǔn)電壓vref的差異,并放大該差異以后輸出電壓vea,電壓vea經(jīng)過(guò)低通濾波電路9以后形成電壓vea_rc,電壓vea_rc的電壓值變化反映了輸出負(fù)載狀態(tài)的變化,正常工作狀態(tài)下,關(guān)斷時(shí)間控制電路10根據(jù)電壓vea_rc的電壓值大小輸出正常關(guān)斷指示信號(hào),正常關(guān)斷指示信號(hào)決定了不同輸出負(fù)載狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的功率nmos管102的關(guān)斷時(shí)間。在功率nmos管102導(dǎo)通期間,當(dāng)導(dǎo)通時(shí)間控制電路11檢測(cè)到采樣電壓已經(jīng)上升到不同負(fù)載所對(duì)應(yīng)的電壓vea_rc的電壓值,則輸出正常導(dǎo)通指示信號(hào),正常導(dǎo)通指示信號(hào)決定了不同輸出負(fù)載狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的功率nmos管102的導(dǎo)通時(shí)間。
在驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制功率nmos管102導(dǎo)通期間,流過(guò)變壓器106初級(jí)繞組的電流的上升斜率為
另外,由于不同的開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的交流輸入電壓或者變壓器參數(shù)會(huì)不同,例如在不同的交流輸入電壓或者變壓器初級(jí)繞組的電感條件下,功率nmos管102導(dǎo)通期間采樣電壓的上升斜率
通過(guò)上述方式,本發(fā)明實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電源的cs采樣電阻短路保護(hù)裝置根據(jù)交流輸入電壓產(chǎn)生斜波信號(hào),比較斜波信號(hào)與cs采樣電阻的采樣信號(hào)的上升斜率,如果采樣信號(hào)的上升斜率較小,則產(chǎn)生短路報(bào)警信號(hào),根據(jù)短路報(bào)警信號(hào)控制功率管按照正常導(dǎo)通時(shí)間和異常導(dǎo)通時(shí)間中較小的一者進(jìn)行導(dǎo)通和按照正常關(guān)斷時(shí)間和異常關(guān)斷時(shí)間中較大的一者進(jìn)行關(guān)斷,并統(tǒng)計(jì)一定時(shí)間內(nèi)短路報(bào)警信號(hào)的產(chǎn)生次數(shù),如果次數(shù)達(dá)到預(yù)定次數(shù),則控制功率管關(guān)斷并鎖定關(guān)斷狀態(tài),從而能夠在全電壓交流輸入條件下對(duì)cs采樣電阻進(jìn)行可靠的短路保護(hù)。
以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例,并非因此限制本發(fā)明的專利范圍,凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換,或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域,均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。