CN116885948A - 具有短路保护功能的反激式开关电源 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及开关电源的领域，具体为一种具有短路保护功能的反激式开关电源，该电源包括主电路、周边电路和检测电路，周边电路用于从副边获取电能并向主电路供电；检测电路包括开关控制单元、基准单元和镜像单元，开关控制单元基于反激式工作电路副边的短路工作状态控制基准单元通过电流，镜像单元复制基准单元的电流并向主电路输出以相应生成控制信号；主电路基于控制信号控制反激式工作电路工作或触发主电路保护。本申请具有实现低压场景下的欠压保护的优点。
Description
技术领域
本申请涉及开关电源的领域，尤其是涉及一种具有短路保护功能的反激式开关电源。
背景技术
反激式开关电源作为一种常见的电力电子器件，在家用电器、通信电源、笔记本适配器等领域得到广泛应用，由于其体积小、功率小的特点而备受青睐。然而，随着用电设备不断更新和改进，对开关电源的短路保护提出了更高的要求。
为了满足不同型号产品的需求，现有的电源保护模块需要能够快速适配和调整。在传统意义上，开关电源的欠压保护是通过检测输出电压低于设计值后，关闭开关信号并进入保护模式实现的。然而，随着用电设备的更新和改进，这种传统的欠压保护电路已经无法满足某些特定应用的要求。
对于一些特殊应用，例如需要开关电源在输出电压非常低（如0.1V）的情况下仍能正常工作的情况，传统的欠压保护电路已经失效。在没有欠压保护功能的情况下，当发生短路现象时，***会进入连续导电模式（CCM），提高输出电压，从而导致输出回路上的电流过大，器件损耗严重，功率器件过热。在相关设计中，由于保护模块的内部结构复杂，当产品型号改变时，需要对多各元件的参数进行调整，导致开发成本上升。
发明内容
为了实现低压场景下的欠压保护，本申请提供一种具有短路保护功能的反激式开关电源。
本申请提供的一种具有短路保护功能的反激式开关电源，采用如下的技术方案：
一种具有短路保护功能的反激式开关电源，包括：
反激式工作电路，用于向原边提供电能并在副边输出电能；
控制电路，包括主电路、周边电路和检测电路，所述周边电路用于从副边获取感应电能并向主电路供电；所述检测电路包括开关控制单元、基准单元第一镜像单元和第二镜像单元，所述基准单元用于产生基准电流，所述开关控制单元基于反激式工作电路副边的工作状态控制第二镜像单元通过电流，所述第一镜像单元和第二镜像单元分别按预设比例复制基准单元的电流并向主电路输出以相应生成控制信号；所述主电路基于控制信号控制反激式工作电路工作或触发主电路保护。
可选的，所述反激式工作电路包括原边工作电路和副边输出电路，所述原边工作电路用于通过功率电流，所述副边输出电路基于原边工作电路的间断导通获得电能。
可选的，所述主电路用于控制原边工作电路周期地间断导通；所述周边电路用于从副边输出电路周期地且间断地获得感应电能供给并向主电路供电，且在副边断供半周对主电路的供电电压逐渐降低。
可选的，所述主电路在原边工作电路的断电半周检测到控制信号达到第一阈值时控制原边工作电路导通；在周边电路的任意一个断供半周内，当控制信号达到第一阈值的时刻相对周边电路向主电路的供电降低至低于主电路最低工作电压的工作时刻不早于一个预设时间阈值时，主电路断电且不再控制原边工作电路导通。
可选的，所述周边电路包括辅助线圈NA、第二电阻R2、第三电阻R3、第五二极管D5和第三电容C3，辅助线圈NA耦合于副边线圈NS，辅助线圈NA的一端连于地线和第三电阻R3，另一端连于第二电阻R2，第三电阻R3远离地线的一端连于第二电阻R2远离辅助线圈NA的一端，第五二极管D5的正极连于NA远离地线的一端，第五二极管D5的负极连于主电路的供电端，第三电容C3的正极连于第五二极管D5的负极，第三电容C3的负极连于地线，第二电阻R2和第三电阻R3的连接节点用于输出反馈检测信号VS。
可选的，所述主电路包括第一触发器DFFR1、第二触发器DFFR2、第三触发器DFFR3、第一与门AND1、第一比较器CMP1、第六电容C6、第三开关管Q3和置位信号输出单元，设定一初始值为低电平的信号为过零计时防抖信号，所述第一与门AND1用于输入过零计时防抖信号的反向信号和置位信号；第一触发器DFFR1的CLK1脚连于第一与门AND1的输出端，第一触发器DFFR1的D1脚连于VDD，第一触发器DFFR1的RB1脚用于输入表征原边工作电路通断状态的信号，第一触发器DFFR1的Q1脚用于输出开关信号SW；第二触发器DFFR2的CLK2脚用于输入开关信号SW的反向信号，第二触发器DFFR2的D2脚连于VDD，第二触发器DFFR2的RB2脚用于输入过零计时防抖信号的反向信号；第三触发器DFFR3的CLK3脚连于第二触发器DFFR2的Q2脚，第三触发器DFFR3的D3脚连于VDD，第三触发器DFFR3的Q3脚的输出信号作为新的过零计时防抖信号；第三开关管Q3的控制端用于输入过零计时防抖信号的反向信号，输入端连于第六电容C6的正极，输出端连于第六电容C6的负极和地线，第六电容C6的正极用于获取镜像单元的输出电流，第一比较器CMP1的同相输入端用于输入参考电压VREF1，反相输入端连于第六电容C6的正极；
所述置位信号输出单元用于输出PWM置位信号，开关信号SW用于控制原边工作电路的通断。
可选的，副边线圈NS的一端分别连接于第七二极管D7的正极，另一端连接于第五电容C5的负极并作为副边输出电路的负极输出端，第七二极管D7的负极连接第五电容C5的正极并作为副边输出电路的正极输出端。
可选的，所述的开关控制单元包括第二比较器CMP2，所述第二比较器CMP2的同相输入端用于获取反馈检测信号VS，反相输入端用于获取参考电压VREF21，输出端用于连接第二镜像单元以对第二镜像单元进行开关控制，其中，反馈检测信号VS用于表征反激式工作电路的副边的负载状况。
可选的，所述第一镜像单元包括若干并联的第二十二开关管Q22且第一镜像单元输出的电流为各二十二开关管Q22通过电流之和。
可选的，所述第二镜像单元包括若干并联的第二十三开关管Q23和同时串联于各第二十三开关管Q23的第二十四开关管Q24，第二十四开关管Q24为各第二十三开关管Q23通过电流之和且作为第二镜像单元的输出电流，所述开关控制单元的输出端与第二十四开关管Q24的控制端相连。
可选的，所述基准单元包括第二十一开关管Q21，第二十一开关管Q21的输入端连于VDD，输出端和控制端相连并连于恒定电流源；所述第一镜像单元的第二十二开关管Q22的输入端连于VDD，输出端和控制端相连并连于第二十一开关管的控制端；所述第二镜像单元的第二十三开关管Q23的输入端连于VDD，控制端连于第二十一开关管Q21的输出端，输出端连于第二十四开关管Q24的输入端，第二十二开关管Q22和第二十四开关管Q24的输出端的电流之和即为向外输出的供电电流Ich。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1、本申请的反激式开关电源适用于非连续模式，在副边输出电路发生短路时，能够检测到短路状态，并将短路状态与非连续模式进行区分，以控制原边工作电路在非连续模式下延长中断的时长，从而进入电源保护。相比于现有方案，能够适用于开关电源输出很低的情况。
2、由于在不同实用场景下，对电路状态的要求不同，对于开关电源的低压输出阈值也有所不同，因此在本申请中，采用检测电路对短路状态进行控制，通过检测电路内阻值调节，或电流镜开启个数的调节，或电容充放电控制，从而直接地对充电时长进行调整，有效降低了将该反激式开关电源应用于不同产品中所需适应性调整的工作量。
附图说明
图1绘示了本发明一实施例中具有短路保护功能的反激式开关电源的拓扑原理图。
图2绘示了本发明一实施例中主电路的部分电路原理图。
图3绘示了本发明一实施例中检测电路的电路原理图。
附图标记说明：
1、原边工作电路；2、副边输出电路；3、主电路；4、周边电路；5、整流滤波电路。
具体实施方式
以下结合附图，对本申请作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在以下描述中，为了解释的目的，阐述了很多具体细节，以便提供对发明构思的彻底理解。作为本说明书的一部分，本公开的附图中的一些附图以框图形式表示结构和设备，以避免使所公开的原理复杂难懂。为了清晰起见，实际具体实施的并非所有特征都有必要进行描述。此外，本公开中所使用的语言已主要被选择用于可读性和指导性目的，并且可能没有被选择为划定或限定本发明的主题，从而诉诸于所必需的权利要求以确定此类发明主题。在本公开中对“一个具体实施”或“具体实施”的提及意指结合该具体实施所述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个具体实施中，并且对“一个具体实施”或“具体实施”的多个提及不应被理解为必然地全部是指同一具体实施。
除非明确限定，否则术语“一个”、“一种”和“该”并非旨在指代单数实体，而是包括其特定示例可以被用于举例说明的一般性类别。因此，术语“一个”或“一种”的使用可以意指至少一个的任意数目，包括“一个”、“一个或多个”、“至少一个”和“一个或不止一个”。术语“或”意指可选项中的任意者以及可选项的任何组合，包括所有可选项，除非可选项被明确指示是相互排斥的。短语“中的至少一者”在与项目列表组合时是指列表中的单个项目或列表中项目的任何组合。所述短语并不要求所列项目的全部，除非明确如此限定。
本申请公开一种具有短路保护功能的反激式开关电源，参照图1，该反激式开关电源包括反激式工作电路和控制电路，反激式工作电路用于从接通外部电源并通过原副边的转换输出电能，而控制电路用于对原边的通断进行控制，在副边发生短路时中断原边工作，并进入欠压保护。
反激式工作电路包括原边工作电路1和副边输出电路2，原边工作电路用于通过功率电流，副边输出电路基于原边工作电路的间断导通获得电能。
具体的，在某一实施例中，原边工作电路包括原边线圈NP、第二开关管M2和第四电阻R4，原边线圈NP的两端分别连接于第二开关管M2的输入端和外部输入的一个连接端，第四电阻R4的两端分别连接于第二开关管M2的输出端和外部输入的另一个连接端，第二开关管M2的控制端连于控制电路以获取开关信号SW。当然，原边线圈NP、第二开关管M2和第四电阻R4的排列顺序在不同的实施例中可以有所区别，比如以外部输入的两个连接端为正极和负极，则原边线圈NP、第二开关管M2和第四电阻R4可以依次连接于正极到负极，也可以依次连接于负极到正极，或者中间增加其它的电阻等电子元件，但凡能够使得第二开关管M2在接收到开关信号SW后控制该电路的通断，且使得电路在发生通断时原边线圈NP的电流发生变化，且在通路和短路状态下，第四电阻R4两端的电压降发生改变即可。
另外，在不同的实施例中，第二开关管M2能够有所不同，比如第二开关管M2为PMOS管或为NMOS管，但凡具有较低的漏电流且能够对输入控制端的开关信号SW快速响应的开关管均可。作为示例的，在上述实施例中，第二开关管M2为NMOS管，原边线圈NP的两端分别连接于第二开关管M2的漏极和外部输入的正极，第四电阻R4的两端分别连接于第二开关管M2的源极和外部输入的负极，外部输入的负极连于地线，第二开关管M2的栅极连于控制电路以获取开关信号SW。当第二开关管M2接收到高电平的开关信号SW时，即SW=1时，原边工作电路导通，在下文中称之为原边工作电路的导通半周。在导通半周中，第四电阻R4远离地线的一端用于输出工作检测信号CS，且CS=1。当第二开关管M2接收到低电平的开关信号SW时，即SW=0时，原边工作电路断开，在下文中称之为原边工作电路的断电半周。在断电半周中，第四电阻R4远离地线的一端用于输出工作检测信号CS，且CS=0。
为了减小第二开关管M2快速开关时电流急剧变化产生的对电路元件的不良影响，提高原边工作电路的工作质量，在一些实施例中，原边工作电路还包括尖峰脉冲吸收单元，尖峰脉冲吸收单元包括第一电阻R1、第四电容C4和第六二极管D6。第六二极管D6的正极连于原边线圈NP，第六二极管D6的负极连于第四电容C4的负极和第一电阻R1，第一电阻R1远离第六二极管D6的一端连于原边线圈NP远离第六二极管D6的一端，第四电容C4的正极连于原边线圈NP远离第六二极管D6的一端。在这些实施例中，第一电阻R1、第四电容C4和第六二极管D6的连接方式能够有所不同，但凡第四电容C4能够对原边线圈NP产生的脉冲进行吸收，第一电阻R1能够对原边线圈NP和第四电容C4的放电进行消耗，第六二极管D6在第二开关管M2关断时对原边线圈产生的电流进行单向导通，且在第二开关管M2开启时避免第一电阻R1和第四电容C4将原边线圈NP短路即可。
副边输出电路2包括副边线圈NS、第七二极管D7和第五电容C5，副边线圈NS耦合于原边线圈NP，副边线圈NS的两端分别连接于第五电容C5的两端，第七二极管D7位于副边线圈NS与第五电容C5的任一连接线上，第五电容C5的两端作为副边输出电路的输出端。副边线圈NS耦合于原边线圈NP，当原边线圈NP发生电流变化时，副边线圈NS相应的会产生正向或反向的感应电动势。同样的，在这些实施例中，副边线圈NS、第七二极管D7和第五电容C5的连接方式能够有所不同，但凡第七二极管D7能够阻止副边线圈NS的半周输出，且第五电容C5能够在该半周进行输出即可。举个例子，副边线圈NS的一端分别连接于第七二极管D7的正极，另一端连接于第五电容C5的负极并作为副边输出电路的负极输出端，第七二极管D7的负极连接第五电容C5的正极并作为副边输出电路的正极输出端。需要注意的是，在该实施例中，原边线圈NP远离正极输入的一端与副边线圈NS连于第五电容C5正极的一端为同名端。
原边工作电路可以直接以直流输入作为外部输入，也可以对交流输入进行处理以间接得到直流输入。具体的，在一些实施例中，反激式工作电路还包括整流滤波电路5，整流滤波电路包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1和第二电容C2，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4构成整流桥。比如，第一电容C1的正极和负极分别连于火线和零线，第一二极管D1的正极和第三二极管D3的负极连于火线，第二二极管D2的正极和第四二极管D4的负极连于零线，第一二极管D1和第二二极管D2的负极连于第二电容C2的正极，第二电容C2的正极作为整流滤波电路的正极输出，第三二极管D3和第四二极管D4的正极连于第二电容C2的负极，并作为整流滤波电路的负极输出。
控制电路，包括主电路3、周边电路4和检测电路，主电路用于输出开关信号SW以控制原边工作电路周期性地导通和断开，周边电路用于从副边输出电路周期地且间断地获得感应电能供给并向主电路供电，且在断供半周对主电路的供电电压逐渐降低，断供半周的时长可变，且该时长越长，则周边电路对主电路的供电电压越低，直至低于主电路的最低工作电压。通过设定检测电路，能够使得副边输出电压在正常波动范围时，检测电路向主电路输出电流/电压而生成的控制信号能够使得周边电路在断供半周结束时，依然可以向主电路提供足够高的供电电压。换而言之，主电路在原边工作电路的断电半周检测到控制信号达到第一阈值时，控制原边工作电路导通；在周边电路的任意一个断供半周内，当控制信号达到第一阈值的时刻相对周边电路向主电路的供电降低至低于主电路最低工作电压的工作时刻不早于一个预设时间阈值时，主电路断电且不再控制原边工作电路导通。需要注意的是，由于信号的传递存在延时，该预设时间阈值的设定对应于该延时存在。举个例子，当控制信号达到第一阈值时，即通过一系列信号的传递和处理，原边工作电路将会导通，原边工作电路导通到主电路开始充电的过程中，依然存在一系列信号的传递和处理，而信号的传递和处理将会产生耗时，即控制信号达到第一阈值和主电路开始充电存在时间差，该时间差即为所述的预设时间阈值。在不同的实施例中，主电路的实现结构能够有所不同，作为示例的，主电路包括第一触发器DFFR1、第二触发器DFFR2、第三触发器DFFR3、第一与门AND1、第一比较器CMP1、第六电容C6、第三开关管Q3和置位信号输出单元，设定一初始值为低电平的信号为过零计时防抖信号S_tdmin，第一与门AND1用于输入置位信号和过零计时防抖信号S_tdmin的反向信号。具体的，第一与门AND1的一个输入端连接于置位信号输出单元，用于获取PWM置位信号，第一与门AND1的另一个输入端通过第一非门NOT1接收过零计时防抖信号S_tdmin。
第一触发器DFFR1的CLK1脚连于第一与门AND1的输出端，第一触发器DFFR1的D1脚连于VDD，第一触发器DFFR1的RB1脚用于输入表征原边工作电路通断状态的信号，第一触发器DFFR1的Q1脚用于输出开关信号SW。具体的，第一触发器DFFR1的RB1脚用于输入工作检测信号CS对应数字信号的反向信号，需要注意的是，由于工作检测信号CS本身为模拟信号，需要通过一定的变换和阈值判断的方法使之转化为数字信号，本方案不再做具体限定。另外，在本申请给出的实施例中，第一触发器DFFR1、第二触发器DFFR2和第三触发器DFFR3均采用同步复位D触发器，在其它实施例中可以采用异步复位D触发器，只需相对于本方案在RB脚额外添加反向器即可，或者也可以采用其它类型的触发器或电子元件，但凡功能实现逻辑与本方案相同即可。
需要注意的是，对于图2中主电路的VDD，通常是由图1中的VCC转化而来，因此VCC的输入欠压时，主电路中的VDD也将会欠压。目前，在电源启动时，一种通用的做法是，为开关电源设计一个高压启动模块，高压启动模块的实现方式有很多，例如，在电源上电的时刻，通过原边线圈给第三电容C3充电，当VCC电压到达主电路的启动电压后，主电路的各个基准才建立。主电路开始工作后，高压启动完成，第三电容C3的供电就由辅助线圈NA提供，高压启动模块断开。
第二触发器DFFR2的CLK2脚用于输入开关信号SW的反向信号，第二触发器DFFR2的D2脚连于VDD，第二触发器DFFR2的RB2脚用于输入过零计时防抖信号S_tdmin的反向信号。具体的，第二触发器DFFR2的CLK2脚通过反相器第二非门NOT2连接于第一触发器DFFR1的Q1脚，第二触发器DFFR2的RB2脚通过反向器第三非门NOT3接收过零计时防抖信号S_tdmin。
第三触发器DFFR3的CLK3脚连于第二触发器DFFR2的Q2脚，第三触发器DFFR3的D3脚连于VDD，第三触发器DFFR3的Q3脚的输出信号作为新的过零计时防抖信号S_tdmin。第三开关管Q3的控制端用于输入过零计时防抖信号S_tdmin的反向信号，输入端连于第六电容C6的正极，输出端连于第六电容C6的负极和地线，第六电容C6的正极用于获取充电电流Ich。第一比较器CMP1的同相输入端用于输入参考电压VREF1，反相输入端连于第六电容C6的正极。另外，在不同的实施例中，第三开关管Q3能够有所不同，比如第三开关管Q3为PMOS管或为NMOS管，但凡具有较低的漏电流且能够对输入控制端的控制信号快速响应的开关管均可。作为示例的，在上述实施例中，第三开关管Q3为NMOS管，第三开关管Q3的栅极用于输入过零计时防抖信号S_tdmin的反向信号，漏极连于第六电容C6的正极，源极连于第六电容C6的负极和地线。
周边电路包括辅助线圈NA、第二电阻R2、第三电阻R3、第五二极管D5和第三电容C3，辅助线圈NA耦合于副边线圈NS，辅助线圈NA的一端连于地线和第三电阻R3，另一端连于第二电阻R2，第三电阻R3远离地线的一端连于第二电阻R2远离辅助线圈NA的一端，第五二极管D5的正极连于NA远离地线的一端，第五二极管D5的负极连于主电路的供电端，第三电容C3的正极连于第五二极管D5的负极，第三电容C3的负极连于地线，第二电阻R2和第三电阻R3的连接节点用于输出反馈检测信号VS，反馈检测信号VS用于表征副边负载的情况，电容C3获取辅助线圈NA的电能，在原边线圈导通半周时给主电路供电。另外，辅助线圈NA远离地线的一端与原边线圈NP远离正极输入的一端为同名端。
主电路和周边电路的工作原理如下：
在起始阶段，S_tdmin的初始值为低电平（下文均以0指代低电平，1指代高电平，在该处S_tdmin=0），S_tdmin经过第一非门NOT1输出为1并输入到第一与门AND1的输入端。当置位信号输出单元输出的置位信号SET_SW转为高，第一与门输出转为高，即此时CLK1=1。由于原边线圈尚未导通，则CS=0，RB1=1。第一触发器DFFR1的输出Q1转为高，即SW=1。此时原边工作电路导通，断电半周结束，原边线圈电流开始上升，导电半周开始。
开关信号SW在输入到第二非门NOT2后，CLK2转为低，即CLK2=0。S_tdmin在输入到第三非门NOT3后，输出转为高，RB2转为高，即RB2=1。因此，第二触发器DFFR2的输出Q2为低，即Q2=CLK3=0。
由于RB2=1，则第三开关管Q3导通，第六电容C6放电，因此第六电容C6远离地线的一端的电平VC6＜VREF1，第一比较器CMP1输出高，即RB3=1。由于CLK3没有出现上升沿，因此S_tdmin=0。由于原边工作电路持续导通，即原边线圈NP的通过电流向稳定值持续上升，直到原边工作电路的电流上升至设计值后，则工作检测信号CS转为高，对应的，RB1=0。由于第一触发器DFFR1的特性，则第一触发器DFFR1的输出Q1重置为0，即SW=0，因此原边工作电路断开，导电半周结束，断电半周开始。原边工作电路断开的瞬间，原边线圈NP通过尖峰脉冲吸收单元快速放电，相应的，副边线圈NS产生感应电流并导通，副边线圈NS对第五电容C5充电并向外供电。
相应的，辅助线圈NA产生感应电动势并对第三电容C3进行充电，同时对主电路供电。由于SW=0 ，则CLK2转为高，即为向CLK2输入上升沿。此时RB2=1，因此第二触发器DFFR2的输出Q2转为高，即为向CLK3输入上升沿。此时RB3=1，因此第三触发器DFFR3的输出第三开关管Q3转为高，则S_tdmin转为高，即S_tdmin=1。
由于S_tdmin=1，则S_tdmin在经过第三非门NOT3后输出为低，RB2=0，第二触发器DFFR2的输出Q2复位，即Q2=0。需要注意的是，由于RB2=0，第三开关管Q3停止导通，Ich开始对第六电容C6充电，充电的过程中，VC6不断上升，以至超过VREF1。当VC6＞VREF1时，则RB3=0。因此，在VC6＜VREF1时，由于Q2复位，产生下降沿，因此第三触发器DFFR3的输出第三开关管Q3保持原状，依然为高电平，即S_tdmin=1。当Ich对第六电容C6的充电持续一段时间后，VC6＞VREF1，则RB3=0，第三触发器DFFR3的输出第三开关管Q3重置，即S_tdmin=0，直至SW=1，完成断电半周。至此，完成一个原始工作电路的导通半周和断电半周，并进入下一个周期，重复上述过程。
综上，S_tdmin为高的时长由第六电容C6的充电时长来决定，而第六电容C6的充电时长取决于Ich的大小，因此，控制Ich的大小可以控制S_tdmin为高的时长，也就是第二开关管M2关断的时长。
在本申请的实施例中，Ich的充电是由检测电路进行的，在不同的实施例中，检测电路可以控制Ich的大小，也可以通过控制Ich的输出与否来控制第六电容C6的充电时长。具体的，在本申请实施例中，检测电路包括开关控制单元、基准单元、第一镜像单元和第二镜像单元，开关控制单元基于反激式工作电路副边的工作状态控制第二镜像单元通过电流，第一镜像单元和第二镜像单元分别按照预设比例复制基准单元的电流并向第六电容C6输出。
具体的，开关控制单元包括第二比较器CMP2，第二比较器CMP2的同相输入端用于获取反馈检测信号VS，反相输入端用于获取参考电压VREF21，输出端用于连接第二镜像单元以对第二镜像单元进行开关控制参考电压VREF21为一个固定的下限值，比如固定0.1V，当VS大于VREF21时，运算放大器AMP输出的信号为高电平，控制第二镜像单元导通；当VS小于VREF21时，运算放大器AMP输出的信号为低电平，控制第二镜像单元关断。
第一镜像单元包括若干并联的第二十二开关管Q22且第一镜像单元输出的电流为各二十二开关管Q22通过电流之和。第二镜像单元包括若干并联的第二十三开关管Q23和同时串联于各第二十三开关管Q23的第二十四开关管Q24，第二十四开关管Q24为各第二十三开关管Q23通过电流之和且作为第二镜像单元的输出电流，开关控制单元的输出端与第二十四开关管Q24的控制端相连。由于第一镜像单元和第二镜像单元复制基准单元的电流，这里可以采用不同的实现方式，作为示例的，第一镜像单元和第二镜像单元的各支路可以分别与基准单元形成电流镜，也就是说，第一镜像单元和第二镜像单元的各支路在导通时将会通过与基准单元相同的电流。
具体的，基准单元包括第二十一开关管Q21，第二十一开关管Q21的输入端连于VDD，输出端和控制端相连并连于恒定电流源；第一镜像单元的第二十二开关管Q22的输入端连于VDD，输出端和控制端相连并连于第二十一开关管的控制端；第二镜像单元的第二十三开关管Q23的输入端连于VDD，控制端连于第二十一开关管Q21的输出端，输出端连于第二十四开关管Q24的输入端，第二十二开关管Q22和第二十四开关管Q24的输出端的电流之和即为向外输出的供电电流Ich。
需要注意的是，第二十一开关管Q21、第二十二开关管Q22、第二十三开关管Q23和第二十四开关管Q24具体采用的元件能够有所不同，比如为PMOS管或为NMOS管，但凡具有较低的漏电流且能够对输入控制端的信号快速响应的开关管均可。作为示例的，在上述实施例中，第二十一开关管Q21、第二十二开关管Q22、第二十三开关管Q23和第二十四开关管Q24均以NMOS管为例，且输入端为漏极，输出端为源极，控制端为栅极。
检测电路的工作原理如下：
第二十一开关管Q21、第二十二开关管Q22、第二十三开关管Q23互为电流镜，设计不同的比例个数可以的到不同的电流，例如：以通过基准单元的电流为I1，通过第一镜像单元的电流为I2，通过第三镜像单元的电流为I3，Q21：Q22：Q23=1:5:10，则I1:I2:I3=1:5:10，若恒流源I1为1uA ，则I2=5 uA ，I3=10 uA 。VREF21设计值约大于0V（例如：VREF21=0.1V)。在原边工作电路的断电半周且未发生保护的情况下，VS大于VREF21，第二比较器CMP2输出高，第二十四开关管Q24导通，第六电容C6以I2+I3的电流值充电，结合图2，VC6上升，当VC6大于VREF1，第一比较器CMP1的输出低，RB3=0，则第三触发器DFRR1的输出转为低，即S_tdmin复位为低。同时，由于S_tdmin=0，则第三开关管Q3导通，第六电容C6电容放电。
由于S_tdmin=0，在SET_SW转为高后，开关控制信号SW转为高，原边工作电路进入导通半周，原边线圈NP储能。当原边工作电路的电流大于设计值后，CS转为高，RB1=0，第一触发器DFFR1的Q1的输出=0，SW被重置为低，原边工作电路进入断电半周。S_tdmin转为高，第三开关管Q3断开，第六电容C6以I2+I3充电。
当副边输出电路发生输出短路时，反馈检测信号VS=0，VS小于VREF21，第二比较器CMP2的输出为低，第二十四开关管Q24断开，第六电容C6以I2的电流值充电。需要说明的是，I2电流较小，给第六电容C6充电需要很长的时间，也就是说，当第三电容C3不断放电以至于VCC到达欠压值时，第六电容C6还未充电至VC6＞VREF1，或者第六电容C6充至VC6＞VREF1，但是产生的相关信号传导尚未使得辅助线圈NA发生充能，即可满足设计。
由于VC6始终小于VREF1，第一比较器CMP1的输出高，RB3为高，因此S_tdmin将一直为高得不到复位，开关控制信号SW持续为低，原边不再发生储能。当副边线圈NS能量和辅助线圈NA的能量消耗完后，辅助线圈NA不再给VCC和第三电容C3供电，因此VCC电压下降，当下降到欠压保护点后，主电路停止工作，***发生保护。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有短路保护功能的反激式开关电源，其特征在于，包括：
反激式工作电路，用于向原边提供电能并在副边输出电能；
控制电路，包括主电路、周边电路和检测电路，所述周边电路用于从副边获取感应电能并向主电路供电；所述检测电路包括开关控制单元、基准单元第一镜像单元和第二镜像单元，所述基准单元用于产生基准电流，所述开关控制单元基于反激式工作电路副边的工作状态控制第二镜像单元通过电流，所述第一镜像单元和第二镜像单元分别按预设比例复制基准单元的电流并向主电路输出以相应生成控制信号；所述主电路基于控制信号控制反激式工作电路工作或触发主电路保护。
2.根据权利要求1所述的具有短路保护功能的反激式开关电源，其特征在于，所述反激式工作电路包括原边工作电路和副边输出电路，所述原边工作电路用于通过功率电流，所述副边输出电路基于原边工作电路的间断导通获得电能；
所述主电路用于控制原边工作电路周期地间断导通；所述周边电路用于从副边输出电路周期地且间断地获得感应电能供给并向主电路供电，且在副边断供半周对主电路的供电电压逐渐降低。
3.根据权利要求2所述的具有短路保护功能的反激式开关电源，其特征在于，所述主电路在原边工作电路的断电半周检测到控制信号达到第一阈值时控制原边工作电路导通；在周边电路的任意一个断供半周内，当控制信号达到第一阈值的时刻相对周边电路向主电路的供电降低至低于主电路最低工作电压的工作时刻不早于一个预设时间阈值时，主电路断电且不再控制原边工作电路导通。
4.根据权利要求3所述的具有短路保护功能的反激式开关电源，其特征在于，所述周边电路包括辅助线圈NA、第二电阻R2、第三电阻R3、第五二极管D5和第三电容C3，辅助线圈NA耦合于副边线圈NS，辅助线圈NA的一端连于地线和第三电阻R3，另一端连于第二电阻R2，第三电阻R3远离地线的一端连于第二电阻R2远离辅助线圈NA的一端，第五二极管D5的正极连于NA远离地线的一端，第五二极管D5的负极连于主电路的供电端，第三电容C3的正极连于第五二极管D5的负极，第三电容C3的负极连于地线，第二电阻R2和第三电阻R3的连接节点用于输出反馈检测信号VS。
5.根据权利要求4所述的具有短路保护功能的反激式开关电源，其特征在于，所述主电路包括第一触发器DFFR1、第二触发器DFFR2、第三触发器DFFR3、第一与门AND1、第一比较器CMP1、第六电容C6、第三开关管Q3和置位信号输出单元，设定一初始值为低电平的信号为过零计时防抖信号，所述第一与门AND1用于输入过零计时防抖信号的反向信号和置位信号；第一触发器DFFR1的CLK1脚连于第一与门AND1的输出端，第一触发器DFFR1的D1脚连于VDD，第一触发器DFFR1的RB1脚用于输入表征原边工作电路通断状态的信号，第一触发器DFFR1的Q1脚用于输出开关信号SW；第二触发器DFFR2的CLK2脚用于输入开关信号SW的反向信号，第二触发器DFFR2的D2脚连于VDD，第二触发器DFFR2的RB2脚用于输入过零计时防抖信号的反向信号；第三触发器DFFR3的CLK3脚连于第二触发器DFFR2的Q2脚，第三触发器DFFR3的D3脚连于VDD，第三触发器DFFR3的Q3脚的输出信号作为新的过零计时防抖信号；第三开关管Q3的控制端用于输入过零计时防抖信号的反向信号，输入端连于第六电容C6的正极，输出端连于第六电容C6的负极和地线，第六电容C6的正极用于获取镜像单元的输出电流，第一比较器CMP1的同相输入端用于输入参考电压VREF1，反相输入端连于第六电容C6的正极；
所述置位信号输出单元用于输出PWM置位信号，开关信号SW用于控制原边工作电路的通断。
6.根据权利要求2或6所述的具有短路保护功能的反激式开关电源，其特征在于，所述原边工作电路包括原边线圈NP、第二开关管M2和第四电阻R4，原边线圈NP的两端分别连接于第二开关管M2的输入端和外部输入的一个连接端，第四电阻R4的两端分别连接于第二开关管M2的输出端和外部输入的另一个连接端，第二开关管M2的控制端连于主电路以获取开关信号SW。
7.根据权利要求1所述的具有短路保护功能的反激式开关电源，其特征在于，所述的开关控制单元包括第二比较器CMP2，所述第二比较器CMP2的同相输入端用于获取反馈检测信号VS，反相输入端用于获取参考电压VREF21，输出端用于连接第二镜像单元以对第二镜像单元进行开关控制，其中，反馈检测信号VS用于表征反激式工作电路的副边的负载状况。
8.根据权利要求7所述的具有短路保护功能的反激式开关电源，其特征在于，所述第一镜像单元包括若干并联的第二十二开关管Q22且第一镜像单元输出的电流为各二十二开关管Q22通过电流之和。
9.根据权利要求7所述的具有短路保护功能的反激式开关电源，其特征在于，所述第二镜像单元包括若干并联的第二十三开关管Q23和同时串联于各第二十三开关管Q23的第二十四开关管Q24，第二十四开关管Q24为各第二十三开关管Q23通过电流之和且作为第二镜像单元的输出电流，所述开关控制单元的输出端与第二十四开关管Q24的控制端相连。
10.根据权利要求1所述的具有短路保护功能的反激式开关电源，其特征在于，所述基准单元包括第二十一开关管Q21，第二十一开关管Q21的输入端连于VDD，输出端和控制端相连并连于恒定电流源；所述第一镜像单元的第二十二开关管Q22的输入端连于VDD，输出端和控制端相连并连于第二十一开关管的控制端；所述第二镜像单元的第二十三开关管Q23的输入端连于VDD，控制端连于第二十一开关管Q21的输出端，输出端连于第二十四开关管Q24的输入端，第二十二开关管Q22和第二十四开关管Q24的输出端的电流之和即为向外输出的供电电流Ich。
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