CN117578851A - 开关电源装置及其集成控制电路 - Google Patents

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早川章
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Abstract

本申请实施例提供一种开关电源装置的控制方法，集成控制电路以及开关电源装置，该集成控制电路包括：该控制电路包括：过电流保护电路，其用于在开关导通检测时间段内检测到开关电流对应的电压信号大于第二阈值或第一阈值时，输出异常检测信号；其中，所述第二阈值大于所述第一阈值，所述开关导通检测时间段包括前沿消隐时间段和所述前沿消隐时间段后的预定时间段；并且，所述控制电路根据所述异常检测信号执行预定的保护动作。

Description

开关电源装置及其集成控制电路
技术领域
本申请涉及电路技术领域。
背景技术
在现有技术(专利文献1：日本特开2005-130668)的开关电源装置中，只有在过渡(瞬态)(过渡性的输出短路)时提供给开关元件的脉冲驱动信号的下降时间延长，在稳态工作时提供给开关元件的脉冲驱动信号的下降时间被设定的比较短，因此，即使在发生了过渡性的输出短路的情况下，也能够抑制开关元件的浪涌电压，并且在稳态工作时也不会影响开关电源的效率。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
发明人发现，在现有技术中，即使在过渡条件下，开关元件在关闭(turn off)模式下的损失也较大，因此为了抑制浪涌电压，当推迟开关元件的关闭驱动(off drive)时，如果是面积较小的半导体芯片，则芯片温度会瞬间上升，存在破损的可能性。
为了解决上述问题中的至少一个或其他类似的问题，本申请实施例提供一种开关电源装置及其集成控制电路。
根据本申请实施例的第一方面，提供一种开关电源装置的集成控制电路，所述集成控制电路包括：开关元件和用于对所述开关元件的导通和断开进行控制的控制电路，所述控制电路包括：
根据本申请实施例的第二方面，提供一种开关电源装置，包括第一方面所述的集成控制电路。
本申请实施例的有益效果之一在于：通过设置比前沿消隐时间段长的开关导通检测时间段进行过电流检测，以及设定比通常的过电流阈值大的第二阈值进行过电流检测，由此，可以尽早及时地对异常电流进行检测，从而降低关闭(turn off)后立即产生的浪涌电压，实现了开关元件的保护，即使发生了短路，也不会使开关元件发生破损，且不需要进行为了异常保护增加部件，也不会发生过渡时的元件发热的情况。
参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
在本申请实施例的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。此外，在附图中，类似的标号表示几个附图中对应的部件，并可用于指示多于一种实施方式中使用的对应部件。
所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是本申请实施例的开关电源装置的集成控制电路一个示意图；
图2是本申请实施例的开关导通检测时间段的示意图；
图3A和图3B是本申请实施例的输出异常检测信号的条件示意图示意图；
图4是本申请实施例的根据反馈控制信号变更开关频率的示意图；
图5是本申请实施例的开关电源装置的集成控制电路的内部结构一个示意图；
图6是本申请实施例中的驱动控制电路示意图；
图7A和图7B是本申请实施例的未输出异常检测信号的条件示意图示意图；
图8是本申请实施例的开关电源装置的集成控制电路的内部结构一个示意图；
图9是本申请实施例的开关电源装置的一个示意图；
图10是本申请实施例的开关电源装置的一个示意图；
图11是本申请实施例的开关电源装置的控制方法的一个示意图；
图12是本申请实施例的开关电源装置的控制方法的一个示意图。
具体实施方式
参照附图，通过下面的说明书，本申请的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本申请的特定实施方式，其表明了其中可以采用本申请的原则的部分实施方式，应了解的是，本申请不限于所描述的实施方式，相反，本申请包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。下面结合附图对本申请的各种实施方式进行说明。这些实施方式只是示例性的，不是对本申请的限制。
在本申请实施例中，术语“第一”、“第二”、“上”、“下”等用于对不同元素从称谓上进行区分，但并不表示这些元素的空间排列或时间顺序等，这些元素不应被这些术语所限制。术语“和/或”包括相关联列出的术语的一种或多个中的任何一个和所有组合。术语“包含”、“包括”、“具有”等是指所陈述的特征、元素、元件或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、元素、元件或组件。
在本申请实施例中，单数形式“一”、“该”等包括复数形式，应广义地理解为“一种”或“一类”而并不是限定为“一个”的含义；此外术语“所述”应理解为既包括单数形式也包括复数形式，除非上下文另外明确指出。此外术语“根据”应理解为“至少部分根据……”，术语“基于”应理解为“至少部分基于……”，除非上下文另外明确指出。
第一方面的实施例
本申请第一方面的实施例提供一种开关电源装置的集成控制电路。图1是本申请实施例的开关电源装置的集成控制电路一个示意图。
如图1所示，该集成控制电路包括：开关元件111和用于对所述开关元件的导通和断开进行控制的控制电路，该控制电路包括：过电流保护电路112，其用于在开关导通检测时间段内检测到开关电流对应的电压信号大于第二阈值或第一阈值时，输出异常检测信号；其中，该第二阈值大于该第一阈值，该开关导通检测时间段包括前沿消隐时间段和该前沿消隐时间段后的预定时间段；并且，该控制电路根据该异常检测信号执行预定的保护动作。
在一些实施例中，该开关元件111可以是能够通过控制施加到开关管的控制端子的电压来执行输入和输出之间的导通控制的元件。例如，该开关管可以是小型MOSFETF(例如超级结MOSFET，SJ-MOS)等，但本申请并不以此作为限制，此处不再一一举例。
在一些实施例中，控制电路还包括：前沿消隐电路LEB113，其与过电流保护电路112连接，用于在开关导通后，经过一段前沿消隐时间(前沿消隐时间段)才去控制过电流保护电路112进行过电流检测。
在现有方法中，在前沿消隐时间后，漏极电流检测信号经由前沿消隐电路LEB113后输入过电流保护电路112，过电流保护电路112对漏极电流检测信号和过电流检测电压阈值(例如第一阈值)进行比较，在漏极电流检测信号、即开关电流对应的电压信号达到过电流检测电压阈值时，输出关断信号，根据该关断信号控制开关元件111Q1断开(关闭)。由此，使漏极电流检测信号(以下也称为开关电流对应的电压信号)中的、在开关元件111导通时产生浪涌电流的期间内的信号无效(消隐)。而在前沿消隐时间段内，即使漏极电流检测信号超过第一阈值，也不会进行过电流检测。
与之相对的是，在本申请实施例中，过电流保护电路112在开关导通检测时间段内检测到开关电流对应的电压信号大于第二阈值或第一阈值时，输出异常检测信号；其中，该第二阈值大于该第一阈值，该开关导通检测时间段包括前沿消隐时间段和该前沿消隐时间段后的预定时间段。
在一些实施例中，过电流保护电路112在开关导通检测时间段内检测到开关电流对应的电压信号大于第二阈值或第一阈值时，输出异常检测信号包括：该过电流保护电路在该前沿消隐时间段内，检测到该电压信号大于该第二阈值时，输出该异常检测信号。也就是说，在前沿消隐时间段内，在该电压信号超过了新设置的第二阈值时，也会被判定为异常。
在一些实施例中，过电流保护电路112在开关导通检测时间段内检测到开关电流对应的电压信号大于第二阈值或第一阈值时，输出异常检测信号包括：该过电流保护电路在该预定时间段内，检测到该电压信号大于该第一阈值时，输出该异常检测信号。也就是说，在经过了前沿消隐时间段后，立即检测到该电压信号大于该第一阈值时，也会被判定为异常。
以下详细说明。
在一些实施例中，该控制电路还可以包括开关导通检测电路114，其与开关元件111的开启(导通)(turn on)信号同步地输出开关导通检测信号(例如可以是一个高电平信号)，也就是说，该开关导通检测时间段的起始点是开关元件导通开始时，开关导通检测信号的期间(时间段，也可以看作高电平信号持续时间)被设定成比前沿消隐时间段长预定时间，图2是本申请实施例中开关导通检测时间段和t1，tBW关系示意图，如图2所示，该预定时间段与前沿消隐时间段是连续且不重叠的，预定时间段t1+前沿消隐时间段tBW＝开关导通检测时间段。
在一些实施例中，在过电流保护电路112中设定通常的第一阈值以及新设定比通常的第一阈值大的第二阈值，该第一阈值在前沿消隐时间段内并不用于过电流检测，而第二阈值即使在前沿消隐时间段内也用于过电流检测，
在一些实施例中，在开关导通检测时间段内，首先，在前沿消隐时间段内，当过电流保护电路112检测出存在超过第二阈值的过电流时，输出异常检测信号(例如高电平信号)，由此，与现有技术相比，可以对所有的开关导通检测时间段(包含前沿消隐时间段)的异常电流进行检测。在预定时间段内，当过电流保护电路112检测出存在超过第一阈值的过电流时，输出异常检测信号(例如高电平信号)，由此，对消隐后立即产生的超过异常电流进行检测。
图3A和图3B是本申请实施例中输出异常检测信号条件示意图，如图3A所示，在tBW内，检测出存在超过第二阈值(例如1.7V)的电压信号，如图3B所示，在预定时间段内，检测出存在超过第一阈值(例如Vocp)的电压信号。
由此，通过设置比前沿消隐时间段长的开关导通检测时间段进行过电流检测，以及设定比通常的过电流阈值大的第二阈值进行过电流检测，由此，可以尽早及时地对异常电流进行检测，从而降低关闭(turn off)后立即产生的浪涌电压，实现了开关元件的保护，即使发生了短路，也不会使开关元件发生破损，且不需要进行为了异常保护增加部件，也不会发生过渡时的元件发热的情况。
以上前沿消隐电路113和开关导通检测电路114仅为示例说明，还可以通过其他手段生成前述前沿消隐时间段和开关导通检测时间段，本申请实施例并不以此作为限制。该第一阈值，第二阈值，前沿消隐时间段(典型为270ns)可以根据需要确定，该开关导通检测时间段可以设定为比前沿消隐时间段稍长(稍长可以理解为该预定时间段小于一个时间阈值，例如开关导通检测时间段设定为300ns)，此处不再一一举例。
在一些实施例中，在过电流保护电路112检测到异常时，该控制电路根据该异常检测信号执行预定的保护动作，该预定的保护动作包括以下保护动作的一种或多种组合：降低开关频率、切换成软关闭驱动开关元件、降低过电流检测阈值、消除消隐时间，以下分别进行说明。
(1)关于降低开关频率
在一些实施例中，该控制电路还包括频率控制电路115，频率控制电路115是可以控制开关元件的开关频率的振荡器(OSC)，该频率控制电路115是基于PWM模式的，即确定PWM控制时的振荡频率，该频率控制电路115的构成可以参考现有技术，此处不再一一赘述。在通常振荡动作时，频率控制电路115可以根据所述反馈控制(FB)信号控制所述开关元件的开关频率(振荡频率)。关于该反馈控制(FB)信号将在后述实施例进行说明。
图4是本申请实施例中根据反馈控制信号变更开关频率示意图，如图4所示，频率控制电路115根据FB信号，从轻负载时到重负载时，所述频率控制电路根据所述反馈控制信号控制所述开关元件的开关频率从所述第一频率上升至负载恒定时的固定频率(绿色模式功能)。该第一频率为最低频率f1，该固定频率为最高频率f0，该最低频率可以是20kHZ，即人类恰好能够听到的频率的声音，该最高频率可以是150kHZ，此处仅为示例说明，本申请实施例并不以此作为限制。
如图4所示，在反馈信号电压为VFB1以下时，频率控制电路115控制开关频率成为通常时最低频率f1。在反馈信号电压是VFB2以上时，频率控制电路115将开关频率设为通常时最高频率f0。并且，在FB电压在VFB1至VFB2的范围内时，频率控制电路115根据反馈信号电压VFB使振荡频率从最低频率f1上升至最高频率f0。而且，另外，虽然在4中示出了开关频率线性上升的例子，但也可以使开关频率阶梯状或非线性地上升。
在一些实施例中，该频率控制电路115根据该异常检测信号执行该预定的保护动作，包括：该频率控制电路根据该异常检测信号降低该开关元件的开关频率至第一频率。也就是说，在检测到异常时，关闭(turn off)栅极驱动，推迟下一次的开关元件开启(turnon)定时。例如，该频率控制电路控制该开关频率直接下降到该第一频率或逐步直线下降到该第一频率或逐步阶段性地下降到该第一频率。关于该下降的规律(波形)可以由波形生成部确定。
在一些实施例中，为了更加灵活地控制开关频率的变化(下降规律等)，该控制电路还可以包括波形生成部116，其与频率控制电路115连接，波形生成部116基于异常检测信号(高电平信号)，生成频率下降波形信号，并将该频率下降波形信号输入至频率控制电路115，频率控制电路115根据该频率下降波形信号控制开关频率下降至该第一频率，例如，波形生成部116将低电平信号输入至频率控制电路115中，使开关频率直接下降到(转移到)第一频率，或者，波形生成部116还可以输出随着时间经过直线下降的波形信号(线性)或者阶段性下降的波形信号(非线性)，使开关频率逐步直线下降到该第一频率或逐步阶段性地下降到该第一频率，该波形生成部116的具体电路结构可以参考现有技术，本申请实施例并不以此作为限制。
由此，在异常检测时，通过抑制异常时开关元件漏极和源极的电压上升并且使频率降低，从而以分散的方式抑制过渡时元件发热的情况，通过扩大关闭时间段内的占空比降低开关元件的损失。
在一些实施例中，为了进一步使得过电流保护电路112检测到异常后的过电流检测提前，该预定的保护动作可以包括：(2)-(4)，以下详细说明。
(2)降低过电流检测阈值
在一些实施例中，该控制电路根据该异常检测信号执行该预定的保护动作包括：该过电流保护电路112根据该异常检测信号将该第一阈值降低至第三阈值后进行异常检测。该第三阈值可以根据需要设定，例如该第三阈值可以为第一阈值的三分之二，但此处仅为示例说明，本申请并不以此作为限制。
在一些实施例中，可以通过改变第一阈值至第三阈值的方式降低过电流检测阈值(用于检测到异常后的过电流检测)，或者预先设置多个阈值电压，通过将第一阈值切换至第三阈值的方式降低过电流检测阈值(用于检测到异常后的过电流检测)。
在一些实施例中，可以在过电流检测电压上重叠偏置电压，以此将该第一阈值变更至该第三阈值，从而使过电流保护电路的动作开始时间提前，且不必设置多个阈值，实现简单。
由此，通过降低检测到异常后的过电流检测的阈值，抑制开关电流的峰值，避免通过第1阈值无法抑制异常电流的问题，改善过电流检测速度，即进一步使在输出异常检测信号后的过电流检测提前，也就是尽早检测出在输出异常检测信号后的异常情况。
(3)消除前沿消隐期间
在一些实施例中，该控制电路根据该异常检测信号执行该预定的保护动作包括：消除该前沿消隐时间。也就是说，在开启时，对包括浪涌电流的电流进行通常的过电流检测(以第一阈值为过电流检测阈值)。
在一些实施例中，可以使前沿消隐电路113断开与过电流保护电路112的连接，也就是说，开关电流对应的电压信号不需要经过前沿消隐电路113，而是直接进行过电流检测(以第一阈值为过电流检测阈值)，或者，也可以对前沿消隐电路113进行改造，以消除该前沿消隐时间，本申请并不以此作为限制，通过上述实施例可以避免无法抑制异常电流的问题。
(4)切换成软关闭驱动
在一些实施例中，该控制电路还包括驱动控制电路117，该驱动控制电路117输出驱动开关元件111的驱动信号DRV从而控制导通/截止(打开/关闭)。开关元件111的栅极端子与驱动控制电路117连接。关于该驱动信号如何生成将在后述进行说明。
在一些实施例中，该驱动控制电路117根据该异常检测信号执行该预定的保护动作，包括：切换成软关闭驱动。也就是说，将开关关闭驱动时的动作切换成软驱动，即将栅极驱动的关闭速度设定成较缓，由此，推迟关闭驱动，能够抑制漏极电压的浪涌电压，如果在异常检测的同时使开关频率下降，因此通过获得芯片发热后的散热时间，能够抑制芯片温度的上升。
图6是本申请实施例中的驱动控制电路示意图，如图6所示，在检测出异常后，根据异常检测信号(高电平信号，驱动切换信号)，控制开关41切换关闭驱动方式，使关闭(断开)用的驱动元件24的动作停止，通过在关闭(断开)的驱动元件23单体上进行，从而使开关关闭时的电压变化dv/dt变缓，即切换成软关闭驱动，关于驱动控制电路的实现方式(例如图6中驱动控制电路其他元器件以及连接关系)可以参考现有技术，本申请实施例并不以此作为限制。
图5是本申请实施例中开关电源装置的集成控制电路的内部结构示意图，如图5所示，该集成控制电路包括：
开关元件Q1、反馈信号检测电路11、频率控制电路12、前沿消隐(LEB)电路13、起动电路14、开关电流波形补正电路15、过电流保护电路(OCP)16、驱动控制电路(DRV)17、以及波形生成部(MODE)18，开关导通检测电路19，锁存器电路LATCH20以及多个逻辑电路和触发器等。
集成控制电路具有：D/ST(MOSFET漏极/起动电流输入)端子；S/OCP(MOSFET源极/过电流保护)端子；Vcc(集成控制电路电源电压输入)端子；FB/OLP(反馈信号输入/过载保护信号输入)端子；以及GND(接地)端子。连接受光晶体管PC2的FB/OLP端子上连接有反馈信号检测电路11。另外，开关元件Q1的源极与S/OCP端子相连接，并且经由外部电阻Rocp与一次侧GND连接。
起动电路14在D/ST端子和Vcc端子之间连接，并且经由整流电路DB的未示出整流电压的高耐压元件向Vcc端子导通/停止恒电流。
前沿消隐(LEB)电路13与开关电流波形补正电路15和反馈信号检测电路11以及S/OCP端子连接，其中，反馈信号检测电路11还与FB/OLP端子连接，经由前沿消隐(LEB)电路13输入S/OCP端子的开关元件Q1的开关电流信号即外部电阻Rocp的电压(下降)信号，在通常情况下，将其与来自FB/OLP端子的反馈信号进行比较，当开关电流信号大于反馈信号时，向逻辑电路AND2发送H信号，并且使触发器电路FF1重置。由此，经由逻辑电路AND1、AND3以及驱动控制电路(DRV)17，使开关元件Q1断开(OFF)。
在一些实施例中，反馈信号检测电路11的结构可以参考现有技术，此处不再赘述，例如反馈信号检测电路11中包括比较器等，对开关电流信号(即电压信号Vocp)与FB电压VFB进行比较，在当开关电流信号大于VFB时，输出高电平的输出信号(即反馈控制信号-FB信号)，根据该输出信号驱动驱动控制电路(DRV)17，使开关元件断开(OFF)。
在一些实施例中，频率控制电路12与反馈信号检测电路11连接，正常工作期间根据来自反馈信号检测电路11的反馈控制信号(FB信号)控制开关频率，例如从第一频率上升到固定频率。
另外，例如，频率控制电路12生成基于恒电流电路和电容器的斜波，并且根据斜波将单触发信号输出给触发器电路FF1的置位端子。由此，经由逻辑电路AND1、AND3以及驱动控制电路(DRV)17，使开关元件Q1导通(ON)。
以上说明在正常工作期间各电路工作的实施方式，以下结合附图5说明该集成控制电路的过电流检测功能。
在一些实施例中，开关导通检测电路19，其与开关元件Q1的开启(导通)(turn on)信号同步地输出开关导通检测信号(例如可以是一个高电平信号)，也就是说，该开关导通检测时间段的起始点是开关元件导通开始时，开关导通检测信号的期间，而开关元件导通后，开关电流对应的电压信号可以直接输入至过电流保护电路16，所述前沿消隐时间段内，检测到所述电压信号大于所述第二阈值时，输出所述异常检测信号。另外该电压信号经过前沿消隐电路13后，经由开关电流波形补正电路15输入至过电流保护电路(OCP)16，在所述预定时间段内，检测到所述电压信号大于所述第一阈值时，输出所述异常检测信号。
在一些实施例中，过电流保护电路16将异常检测信号(高电平信号)输入至逻辑电路OR1的输入端子，开关导通检测电路10将开关导通检测信号(高电平信号)输入至逻辑电路OR1，因此，在开关导通检测时间段内，当过电流保护电路16检测出存在超过第一阈值或者超过第二阈值的过电流时，从过电流检测电路OCP向逻辑电路OR1的另一个输入端子输出H电平的信号，逻辑电路OR1的输出是将高电平信号(与异常检测信号对应的)输出到锁存器电路LATCH20。同时，过电流保护电路16向逻辑电路AND2输出异常检测信号，向触发器电路FF1的重置端子输入高电平信号，并且经由逻辑电路AND1和AND3，将驱动控制电路(DRV)17的栅极驱动DRV信号反转成L电平，并关闭(断开)开关元件Q1，以保护电路。
在一些方面中，锁存器电路20的输出端与波形生成部18的输入端连接，波形生成部18的输出端与频率控制电路12连接，在锁存器电路LATCH20被输入异常检测信号时，将锁存器电路LATCH20输出信号维持在高电平，并输入至波形生成部18，波形生成部18基于异常检测信号(高电平信号)，生成频率下降波形信号，并将该频率下降波形信号输入至频率控制电路12，频率控制电路12根据该频率下降波形信号控制开关频率下降至该第一频率，具体如前所述此处不再赘述。
在一些方面中，锁存器电路20的输出端还可以与开关电流波形补正电路15连接，在锁存器电路LATCH20被输入异常检测信号时，将锁存器电路LATCH20输出信号维持在高电平，并输入至开关电流波形补正电路15，开关电流波形补正电路15基于异常检测信号(高电平信号)，在来自前沿消隐(LEB)电路13的开关电流信号上重叠偏置电压，从而使检测到异常后的过电流保护电路(OCP)16的动作开始时间提前。
在一些方面中，锁存器电路20的输出端还可以与前沿消隐电路13连接，在锁存器电路LATCH20被输入异常检测信号时，将锁存器电路LATCH20输出信号维持在高电平，并输入至前沿消隐电路13，前沿消隐电路13基于异常检测信号(高电平信号)，在检测到异常后消除前沿消隐时间。
在一些方面中，锁存器电路20的输出端还可以与驱动控制电路17连接，在锁存器电路LATCH20被输入异常检测信号时，将锁存器电路LATCH20输出信号维持在高电平，并输入至驱动控制电路17(例如图6所示开关41)，驱动控制电路17基于异常检测信号(高电平信号)，在检测到异常后切换成软关闭驱动。也就是说，将开关关闭驱动时的动作切换成软驱动，即将栅极驱动的关闭速度设定成较缓。关于驱动控制电路的实现方式(例如图6中驱动控制电路其他元器件以及连接关系)可以参考现有技术，本申请实施例并不以此作为限制。
以上各方面的电路连接关系和控制方式可以单独实施，也可以组合实施，本申请实施例并不以此作为限制。
另外，可选的，该集成控制电路还可以包括过载保护OLP电路、过压保护OVP电路和热关断TSD电路等，其具体连接关系和功能可以参考现有技术，此处不再一一赘述。
在一些实施例中，在开关导通检测时间段未检测到异常检测信号时，还可以对前述过电流检测的设定进行解除，以下分别说明。
在一些实施例中，锁存器电路20具有定时器的功能，其中，该定时器可以将锁存状态维持一定期间，在该一定期间结束后进行解除。在该过电流保护电路在该开关导通检测时间段内均未输出该异常检测信号时，解除该锁存器电路的定时器。即在开关导通检测时间段均未检测到超过第二阈值或第一阈值的情况下，异常检测信号(高电平信号)不会从逻辑电路OR1输入至锁存器电路20中，因此，在定时器的定时结束后的开关动作时会进行解除。也就是说，在该开关导通检测时间段内均未输出该异常检测信号时，从逻辑电路OR1不会输出信号，只要经过了定时器的定时时间，过电流检测就会返回到原来状态(例如使用前述的通常(现有)状态的过电流检测阈值进行过电流检测)。另外，锁存器电路20会在定时器设定的期间内维持前述第一阈值和第二阈值的设定以及对应的过电流检测，从而会维持使频率下降后的状态。
在一些实施例中，定时器的时间至少设定成比最低频率长的期间。由此，即使是下一个开关周期，在发生了异常的情况下，也能够维持异常检测的状态。
图7A和图7B是本申请实施例中未输出异常检测信号条件示意图，如图7A和7B所示，在tBW内，未检测出存在第二阈值的电压信号，在预定时间段内，未检测出超过第一阈值(甚至是第三阈值)的电压信号。
在一些实施例中，除了使用锁存器电路的定时器功能解除前述过电流检测的设定外，还可以在集成控制电路中设置附加的解除电路解除(例如在下一次开关时解除)前述过电流检测的设定。
图8是本申请实施例的集成控制电路示意图，与图5不同之处在于，图8中还追加了解除电路800，该解除电路用于在该过电流保护电路在该开关导通检测时间段内均未输出该异常检测信号时，在下一次开关的定时处重置该锁存器电路。
在一些实施例中，解除电路800包括D-FF逻辑电路FF2801、延迟电路DL802以及二极管803，经由延迟电路DL802将逻辑电路OR1的输出信号输入到D-FF逻辑电路FF2801的输入端子。另外，向D-FF逻辑电路FF2801的时钟端子CK输入逻辑电路AND3的输出信号，并且在下沿处，当逻辑电路OR1的输出信号达到低电平时，将重置信号输出到锁存器电路20。
也就是说，在没有检测到异常的条件(过电流保护电路16未输出异常检测信号)下，逻辑电路OR1的输出信号处于低电平状态，因此，在驱动控制信号的下沿的定时(从导通转为断开的定时)处，通过重置(reset)锁存器电路20来解除前述各种异常检测时的设定。
另外，在检测到异常的情况(过电流保护电路16输出异常检测信号)下，逻辑电路OR1的输出信号成为高电平，在延迟电路DL802中，通过将D-FF逻辑电路FF2801的输入端子的高电平一直保持到达到驱动控制信号的下沿，从而不重置锁存器电路20的动作。
值得注意的是，本申请实施例的集成控制电路还可以根据实际需要包括其他结构，也可以不包括附图中所示的部分结构，具体包括哪些结构可以根据实际需要参考相关技术进行设置，本申请实施例对此不作限制。
由上述实施例可知，通过设置比前沿消隐时间段长的开关导通检测时间段进行过电流检测，以及设定比通常的过电流阈值大的第二阈值进行过电流检测，由此，可以尽早及时地对异常电流进行检测，从而降低关闭(turn off)后立即产生的浪涌电压，实现了开关元件的保护，即使发生了短路，也不会使开关元件发生破损，且不需要进行为了异常保护增加部件，也不会发生过渡时的元件发热的情况。
第二方面的实施例
本申请第二方面的实施例提供一种开关电源装置，本申请实施例的开关电源装置包括第一方面的实施例所述的集成控制电路。由于在第一方面的实施例中，已经对集成控制电路的结构和功能进行了详细说明，其内容被合并于此，此处省略说明。
图9是本申请实施例中开关电源装置一示意图，如图9所示，开关电源装置900包括：
整流电路DB；平滑电容器Cin、Co、Cd；变压器T；集成控制电路901；整流二极管D1、D2；分路调节器Z1；构成光电耦合器的发光二极管PC1和受光晶体管PC2；电流检测电阻Rocp；电阻Rb、Rc；以及电容器C4。
在由二极管桥式构成的整流电路DB的交流输入端子ACin1、ACin2上连接有商用交流电源AC，从商用交流电源AC输入的交流电压被全波整流并从整流电路DB输出。在整流电路DB的整流输出正极端子与整流输出负极端子之间连接有平滑电容器Cin。并且，整流电路DB的整流输出负极端子与接地端子相连接。由此，得到通过整流电路DB和平滑电容器Cin对商用交流电源AC进行整流平滑后的直流电源(输入电压)。
从一次侧(输入侧)向二次侧(负载侧)供给电力的变压器T由一次绕组P、辅助绕组D以及二次绕组S构成，整流电路DB的整流输出正极端子与变压器T的一次绕组P的一端部连接，变压器T的一次绕组P的另一端部与集成控制电路901的D/ST端子连接，并且集成控制电路901的S/OCP端子经由电阻Rocp与接地端子连接。由此，通过集成控制电路901内置的开关元件进行接通/断开控制，将提供给变压器T的一次绕组P的电力传递给变压器T的二次绕组S，在变压器T的二次绕组S中产生脉冲电压。并且，电流检测电阻Rocp是作为如下的电阻连接的，其将在内置有集成控制电路901的开关元件中流动的电流检测为电压信号Vocp。集成控制电路901具有过电流保护(OCP)功能，具体如第一方面的实施例所述，此处不再重复。
变压器T的一次绕组P的两端之间连接有由二极管D3、电容器Ca以及电阻Ra构成的缓冲电路。二极管D3与电容器Ca在变压器T的一次绕组P的两端之间串联连接，并且电阻Ra与电容器Ca并联连接。二极管D3按照基于内置于集成控制电路901的开关元件截止时的变压器T的一次绕组P上产生的电压正向偏置的方向连接。
在变压器T的二次绕组S的两个端子之间，经由整流二极管D1连接有平滑电容器Co。变压器T的二次绕组S所感应的电压通过整流二极管D1与平滑电容器Co进行整流平滑，平滑电容器Co的端子间电压作为输出电压Vo从输出端子输出。另外，与平滑电容器Co的正极端子相连接的线成为电源线，连接有平滑电容器Co的负极端子的线成为与接地端子连接的GND线。
在输出的电源线和GND线之间串联连接有作为发光二极管PC1和误差放大器发挥作用的分路调节器Z1。输出的电源线连接发光二极管PC1的正极，发光二极管PC1的负极与分路调节器Z1的负极相连接，分路调节器Z1的正极与GND线相连接。另外，在电源线与GND线之间，串联连接有分压用的电阻Rb和电阻Rc，电阻Rb和电阻Rc的连接点与分路调节器Z1的控制端子a相连接。被电阻Rb和电阻Rc分压而得的输出电压Vo被输入到分路调节器Z1的控制端子a，并与分路调节器Z1的内部基准电压进行比较。由此，与误差电压对应的电流流过发光二极管PC1，流过发光二极管PC1的电流作为反馈信号，从发光二极管PC1输出到一次侧的受光晶体管PC2。集成控制电路901根据输入到FB/OLP端子的反馈信号来控制开关元件的占空比和开关频率，从而控制提供给二次侧的电力量。
并且，在变压器T的辅助绕组D的两端子之间经由整流二极管D2连接有平滑电容器Cd，整流二极管D2与平滑电容器Cd的连接点连接于集成控制电路901的Vcc端子。由此，在辅助绕组D中产生的电压通过整流二极管D2和平滑电容器Cd进行整流平滑后，作为集成控制电路901用电源电压Vcc提供给集成控制电路901的Vcc端子。
图10是本申请实施例中开关电源装置一示意图，与图9中相同之处不再重复说明，与图9不同之处在于，图10中是的开关电源装置为非绝缘降压变换器，其不包括变压器，电流经过电感流向负载端，同时电感L1也蓄积电能，此时，当D/ST与S/OCP之间断开时，二极管D1导通，蓄积在电感L1的电能供给给负载端。电感L1的再生电流流过二极管D2，被提供给电容器Cd。关于非绝缘降压变换器的具体结构请参考现有技术，例如，二极管D1也可以由开关元件构成，此处不再赘述。
值得注意的是，本申请实施例的开关电源装置还可以根据实际需要包括其他结构，也可以不包括附图中所示的部分结构，具体包括哪些结构可以根据实际需要参考相关技术进行设置，本申请实施例对此不作限制。
由上述实施例可知，通过设置比前沿消隐时间段长的开关导通检测时间段进行过电流检测，以及设定比通常的过电流阈值大的第二阈值进行过电流检测，由此，可以尽早及时地对异常电流进行检测，从而降低关闭(turn off)后立即产生的浪涌电压，实现了开关元件的保护，即使发生了短路，也不会使开关元件发生破损，且不需要进行为了异常保护增加部件，也不会发生过渡时的元件发热的情况。
第三方面的实施例
本申请第三方面的实施例提供一种开关电源装置的控制方法。由于在第一方面的实施例中已经对开关电源装置的集成控制电路结构和功能进行了详细的说明，相同内容被合并于此，此处省略说明。
图11是本申请实施例中开关电源装置的控制方法示意图，如图11所示，该控制方法包括：
1101，过电流保护电路在开关导通检测时间段内检测到开关电流对应的电压信号大于第二阈值或第一阈值时，输出异常检测信号；其中，该第二阈值大于该第一阈值，该开关导通检测时间段包括前沿消隐时间段和该前沿消隐时间段后的预定时间段；；
1102，控制电路根据该异常检测信号执行预定的保护动作。
关于1101-1102的实施方式可以参考第一方面的实施例，此处不再赘述。
图12是本申请实施例中开关电源装置的控制方法示意图，如图11所示，该控制方法包括：
1201，开关开启后在前沿消隐时间段，检测开关电流对应的电压信号是否超过第二阈值；在超过时，执行1203-1207，否则执行1202；
1202，在经过了前沿消隐时间段后的预定时间段，检测开关电流对应的电压信号是否超过第一阈值；在超过时，执行1203-1207，否则执行1208；
1203，过电流保护电路输出异常检测信号；
1204，根据该异常检测信号，频率控制电路控制开关频率降低至第一频率；
1205，根据该异常检测信号，驱动控制电路切换成软关闭驱动；
1206，根据该异常检测信号，将第一阈值降低至第三阈值后进行过电流检测；
1207，根据该异常检测信号，消除消隐时间；
以上1204-1207可以单独实施，或组合实施，或先后执行，或同时执行，本申请实施例并不以此作为限制。
1208，解除前述各种异常检测时的设定，过电流保护电路进行通常(现有)状态下的过电流检测。
值得注意的是，以上图11至图12仅对本申请实施例进行了示意性说明，但本申请不限于此。例如可以适当地调整各个操作之间的执行顺序，此外还可以增加其他的一些操作，或者减少其中的某些操作。本领域的技术人员可以根据上述内容进行适当地变型，而不仅限于上述附图11至图12的记载。
由上述实施例可知，通过设置比前沿消隐时间段长的开关导通检测时间段进行过电流检测，以及设定比通常的过电流阈值大的第二阈值进行过电流检测，由此，可以尽早及时地对异常电流进行检测，从而降低关闭(turn off)后立即产生的浪涌电压，实现了开关元件的保护，即使发生了短路，也不会使开关元件发生破损，且不需要进行为了异常保护增加部件，也不会发生过渡时的元件发热的情况。
以上各个实施例仅对本申请实施例进行了示例性说明，但本申请不限于此，还可以在以上各个实施例的基础上进行适当的变型。例如，可以单独使用上述各个实施例，也可以将以上各个实施例中的一种或多种结合起来。
此外，尽管本领域中技术人员可能做出很大的努力并且在可用的时间、目前的技术和经济方面的考虑的驱使下有多种设计方面的选择，但他们在本文中所公开的理念和原理的指导下能够容易地通过极少的实验生成这些软件指令和程序以及集成电路(IC)。
总之，本发明的各种实施例可在软件或专用电路、硬件、逻辑或它们的任意组合中实施。一些方面可以在硬件中实施，而另一些方面可在可由控制器、微处理器或其它计算设备执行的固件或软件中实施。
虽然通过框图、流程图或使用其它形象化表示方式对本发明的实施例进行了图示和描述，但应理解本文中所描述的块、装置、***或方法可在硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其它计算设备或它们的组合中实施，而并不限于这些示例。
同样，虽然以上的描述中包含了几种具体实施方式的细节，但不应将这些细节解释为是对本发明的范围的限制，而应解释为是具体实施例的特定特征的描述。在独立的实施例的上下文中所描述的某些特征也可以在单独的实施例中组合起来实施。相反，在单独的实施例的上下文中所描述的各种特征也可在多个实施例中以单独或适当的组合方式实施。
虽然用结构性特征和/或方法论行为特有的语言对本发明进行了描述，但应理解在权利要求书中所限定的本发明不必仅限于上述特定特征或行为。相反，公开以上所描述的这些特定特征和行为作为实施这些权利要求的示例形式。
以上结合具体的实施方式对本申请进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本申请保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本申请的精神和原理对本申请做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本申请的范围内。

Claims (12)

1.一种开关电源装置的集成控制电路，所述集成控制电路包括：开关元件和用于对所述开关元件的导通和断开进行控制的控制电路，其特征在于，所述控制电路包括：
过电流保护电路，其用于在开关导通检测时间段内检测到开关电流对应的电压信号大于第二阈值或第一阈值时，输出异常检测信号；其中，所述第二阈值大于所述第一阈值，所述开关导通检测时间段包括前沿消隐时间段和所述前沿消隐时间段后的预定时间段；
并且，所述控制电路根据所述异常检测信号执行预定的保护动作。
2.根据权利要求1所述的集成控制电路，其特征在于，所述过电流保护电路在所述预定时间段内，检测到所述电压信号大于所述第一阈值时，输出所述异常检测信号。
3.根据权利要求1所述的集成控制电路，其特征在于，所述过电流保护电路在所述前沿消隐时间段内，检测到所述电压信号大于所述第二阈值时，输出所述异常检测信号。
4.根据权利要求1至3任一项所述的集成控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括频率控制电路，所述频率控制电路根据所述异常检测信号执行所述预定的保护动作，包括：所述频率控制电路根据所述异常检测信号降低所述开关元件的开关频率至第一频率。
5.根据权利要求4所述的集成控制电路，其特征在于，所述频率控制电路控制所述开关频率直接下降到所述第一频率或逐步直线下降到所述第一频率或逐步阶段性地下降到所述第一频率。
6.根据权利要求1至3任一项所述的集成控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括驱动控制电路，所述驱动控制电路根据所述异常检测信号执行所述预定的保护动作，包括：切换成软关闭驱动。
7.根据权利要求1至3任一项所述的集成控制电路，其特征在于，所述控制电路根据所述异常检测信号执行所述预定的保护动作包括：所述过电流保护电路根据所述异常检测信号将所述第一阈值降低至第三阈值后进行异常检测。
8.根据权利要求7所述的集成控制电路，其特征在于，所述过电流保护电路通过在过电流检测电压上重叠偏置电压来将所述第一阈值变更至所述第三阈值。
9.根据权利要求1至3任一项所述的集成控制电路，其特征在于，所述控制电路根据所述异常检测信号执行所述预定的保护动作，包括：消除前沿消隐时间。
10.根据权利要求1所述的集成控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括锁存器电路，在所述过电流保护电路在所述开关导通检测时间段内均未输出所述异常检测信号时，解除所述锁存器电路的定时器。
11.根据权利要求1所述的集成控制电路，其特征在于，所述控制电路还包括解除电路以及锁存器电路，所述解除电路用于在所述过电流保护电路在所述开关导通检测时间段内均未输出所述异常检测信号时，在下一次开关的定时处重置所述锁存器电路。
12.一种开关电源装置，其特征在于，包括权利要求1至11中任一项所述的集成控制电路。
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