[发明专利]输出短路的保护方法及保护电路

说明书

一种输出短路的保护电路，用于控制启动电路给旁路电容C1的充电，来对发生输出短路的开关电源进行间歇检测及重启控制，所述保护电路，具有输入端和关断输出端，输入端用于与启动电路的输出端、旁路电容C1的一端和供电端VDD连接，在开关电源发生输出短路时，由旁路电容经控制器的一次放电过程时间形成检测延时；随后开关电源停止工作，进入休息时间，旁路电容依次进行一次充电过程，二次放电过程及二次充电过程，在旁路电容的二次充电过程完成之前，开关电源不工作；其中，二次放电过程中旁路电容经保护电路进行放电；在旁路电容的二次充电过程完成之时，休息时间结束，保护电路撤销关断信号，重启开关电源。

技术领域

本发明涉及开关电源，特别涉及开关电源的输出短路的保护方法及保护电路。

背景技术

在开关电源带较大容性负载启动时，由于电容电压不能突变，其输出电压的建立时间长，控制器需要长时间工作以控制开关电源完成启动。而理论上，输出短路即为带无穷大的电容启动，为了区分容性负载启动和输出短路，通常控制器会直接或间接检测输出电压，若在预设时间(下文称为检测延时)内输出电压仍低于设定值，则判定为输出短路。若无特殊说明，本文提及的“短路”亦为开关电源的输出短路，“输出电压”亦为开关电源的输出电压，“电源”亦为开关电源。

为了满足容性负载要求，这个检测延时约为80ms～160ms，在某些应用中甚至需要长达400ms，因此即使短路故障已经发生，开关电源也要在检测延时内持续工作，这就会产生热量；而在大多数应用场合下，要求开关电源能在短路故障排除后自动恢复正常工作，即要求开关电源间歇检测输出，因此在检测延时内工作的情况会多次发生直至故障排除；若开关电源停止工作的时间(下文称为休息时间)不足，则产生的热量会发生堆积，使开关电源过热损坏。

为了避免开关电源过热损坏，达到短路保护的目的，前人做出了相当的多努力。如图1所示，电源输出短路后，辅助绕组无法给控制器供电，旁路电容C1放电以维持控制器工作，电容C1电压下降直至控制器欠压，停止输出驱动信号，开关电源停止工作；启动电路以较小的充电电流给旁路电容C1充电，让控制器重新启动，输出驱动信号，开关电源重新工作。此方法正是利用小电流充电时间长的原理来加长休息时间以给开关电源散热，但同时也加长了电源的启动时间。

根据电容充放电公式及上述原理可得，上述短路保护方法的检测延时T_D和休息时间T_R

其中，C₁为旁路电容C1的电容值，ΔV为控制器的重启动电压阈值与欠压阈值之差，I_Run为控制器正常工作所需的电流，I_C为启动电路的充电电流。综合(1)和(2)式可得，短路保护下开关电源间歇工作的占空比(下文称为自动重启动占空比)D_RST

由(3)式可以看出，在充电电流I_C较小(例如I_C＝80uA)的应用，上述方法可以获得较小的自动重启动占空比D_RST，以实现开关电源充分散热，但是充电电流小又会带来启动时间长的弊端。在对启动时间要求严苛的应用中，电源厂商会采用大的充电电流(如I_C≥I_Run)来启动控制器，若沿用上述短路保护方法，则自动重启动占空比将大于50％，可能会使开关电源在短路故障时无法充分散热，进而因热量堆积而过热损坏。这就限制了这种方法的应用。