过流保护电路及过流保护方法与流程

1.本发明涉及电源领域，尤其是过流保护电路及过流保护方法。


背景技术：

2.电源类产品，如电源变换器，在实现能量转换功能的同时，都会需要设计相应的保护机制，如过压欠压保护、短路保护、过流保护等，以确保电源产品在工作条件异常的时候，能保护自己不烧毁，才能在异常条件消失之后，电源产品重新工作。
3.保护，是基于参考做出的逻辑动作，当前电源产品多以比较器为基础实施保护机制。具体的为，当采样信号高于参考时，做出保护的动作。
4.目前的电源变换器多为电压源型变换器，也即电源变换器的输入端和输出端多包括大容量的电解电容，大容量电解电容的电压的上升和下降速度都比较慢。因此，电源变换器常规的电压保护，由于电解电容的存在，保护响应时间要求相对没那么快，如为us级别，甚至ms级别，并且发生保护之后，电压的恢复时间也会很长，使用传统的比较器就可以较好的实现电压保护。
5.具体的，当发生过压或欠压事件时，比较器输出的信号使得电源控制单元输出的开关控制信号控制使得电源变换器不工作；当没有过压或欠压事件，或过压或欠压事件消除后，比较器输出的信号使得电源控制单元输出的开关控制信号控制使得电源变换器工作。
6.与电压保护不同的，电流的上升或下降速度是非常快的，如当电源短路或桥臂直通等现象发生时，电流会迅速上升，因此要求过流保护的响应速度也非常快，如ns级别，也即电流保护的响应速度需要是电压保护响应速度的上千倍。
7.当发生过流时，为了能快速的动作，很多电源变换器将过流保护集成进电源的控制芯片内。由此随之而来的数字控制器，将比较器集成进芯片内部，并且提供了单周期保护(cycle by cycle)和保护锁死(one short)等功能。其保护的逻辑是当保护事件发生之后，通过芯片集成的比较器输出逻辑电平，触发内部的事件控制模块，之后做出相应的动作，保护电源不受过高电流的冲击。但由于电源规格不同，设计不同，同样的芯片，没办法兼顾不同的功率，不同的应用，因此通用性差。
8.另外，过流保护相对与常规保护最大的区别在于，过流信号会在关闭电源变换器的pwm之后立即消失(切断过流源)，而常规保护(如过压欠压)由于电容的存在，触发保护的信号会比较慢的消失。对于采用需要保护就关闭电源变换器的pwm的过流策略，会发生：过流
‑‑
》关闭pwm
‑‑
》不过流
‑‑
》打开pwm
‑‑
》过流
‑‑
》关闭pwm的循环状态，过流保护无法正常运作，反而变成了一种动态的高速限流，而如果让电源变换器长时间工作于这种高速限流状态，对于电源变换器的开关器件是会带来损伤的。
9.另外，随着芯片技术的进步，越来越多功能集成进了控制芯片中，以简化外围的电路。如随着新能源市场的发展，车载充电模块，光伏逆变器等功能越来越多，控制芯片内集成的功能也越来越多。
10.比较器是保护的核心器件，但是控制芯片能集成的比较器数量有限，有些便宜的数字控制器甚至还没有集成比较器。
11.因此，如何使得过流保护快速响应，又不至于变成高速限流引起开关器件的损坏，以及使得控制芯片的选择更加灵活，成为业界研究的重点。


技术实现要素：

12.本发明提出一种过流保护电路，包括：比较器，比较器的正输入端用于通过第一阻抗单元连接一电流采样单元，比较器的负输入端连接一阈值产生电路，比较器的输出端输出比较器输出信号，并且与比较器的正输入端之间连接有一第二阻抗单元；开关驱动单元，连接所述比较器的输出端，接收所述比较器输出信号；控制单元，控制单元的第一端口连接所述比较器的输出端并接收所述比较器输出信号，控制单元的第二端口连接所述阈值产生电路并输出阈值调节信号给所述阈值产生电路，控制单元的第三端口用于输出开关控制信号至所述开关驱动单元。
13.更进一步的，当所述比较器输出信号为高电平时，所述开关驱动单元的输出无效。
14.更进一步的，所述控制单元根据所述比较器输出信号或者重启信号输出所述阈值调节信号，所述阈值产生电路根据所述阈值调节信号产生所述比较器的负输入端接收的阈值信号。
15.更进一步的，所述阈值信号包括第一阈值信号和第二阈值信号，其中所述第二阈值信号大于所述第一阈值信号。
16.更进一步的，当比较器输出高电平时，所述第二阻抗单元和所述第一阻抗单元形成的反馈回路在比较器的正输入端形成的第一分压值大于所述第一阈值信号，并且小于所述第二阈值信号。
17.更进一步的，所述阈值调节信号为具有一占空比的脉冲信号，所述阈值产生电路将所述脉冲信号变换为所述比较器的负输入端接收的所述阈值信号。
18.更进一步的，所述阈值产生电路包括电阻单元和电容单元，所述电阻单元连接在所述控制单元的第二端口与所述比较器的负输入端以及所述电容单元的第一端之间，所述电容单元的第二端连接一接地端。
19.更进一步的，所述阈值产生电路包括一开关单元和第一二极管，所述开关单元的控制端连接所述控制单元的第二端口，所述开关单元的第二端通过一电阻单元接地，并且所述开关单元的第二端连接所述第一二极管的阴极和所述比较器的负输入端，所述开关单元的第一端接收第三直流电压，所述第一二极管的阳极接收第二直流电压，所述阈值调节信号为一高电平或一低电平，其中所述高电平驱动所述开关单元导通，所述低电平驱动所述开关单元关闭。
20.更进一步的，所述第二阻抗单元包括电阻单元。
21.更进一步的，所述第二阻抗单元包括第二二极管，所述第二二极管的阴极连接所述比较器的正输入端，所述第二二极管的阳极连接所述比较器的输出端。
22.更进一步的，所述过流保护电路执行：s1:所述比较器的正输入端接收一电流采样信号，比较器的负输入端接收所述第一阈值信号，当比较器的正输入端的值大于所述第一阈值信号时，所述比较器输出信号为高电平，所述高电平使得所述开关驱动单元的输出无
效，并且由于所述第一分压值大于所述第一阈值信号，所述比较器输出信号保持高电平；s2:所述控制单元接收到比较器输出的高电平，所述控制单元关闭自身输出的开关控制信号；s3:所述控制单元获得一重启信号，确定比较器输出端仍然维持高电平，且所述控制单元已经关闭自身输出的开关控制信号，所述控制单元输出的阈值调节信号将比较器的负输入端接收的阈值信号调节为所述第二阈值信号，比较器输出端输出低电平，所述低电平使得所述开关驱动单元的输出有效；s4:确定比较器输出端输出为低电平且所述控制单元关闭自身输出的开关控制信号；s5:所述控制单元输出的阈值调节信号将比较器的负输入端接收的阈值信号调节为所述第一阈值信号；s6:所述控制单元开启自身输出的开关控制信号。
23.本技术还提供一种过流保护方法，包括：s10:一比较器正输入端通过第一阻抗单元接收一电流采样信号，比较器负输入端接收第一阈值信号，当比较器正输入端的值大于所述第一阈值信号时，执行:比较器输出端输出高电平，所述高电平使得一开关驱动单元的输出无效，并且所述第二阻抗单元与所述第一阻抗单元形成的反馈回路将在比较器正输入端形成第一分压值，所述第一分压值大于所述第一阈值信号，比较器输出端保持高电平；s20:控制单元接收到比较器输出的高电平，所述控制单元关闭自身输出的开关控制信号；s30:所述控制单元获得重启信号，所述控制单元输出的阈值调节信号将比较器负输入端接收的阈值信号调节为第二阈值信号，其中所述第二阈值信号大于所述第一分压值，使得比较器输出端输出低电平，所述低电平使得所述开关驱动单元的输出有效；s40:所述控制单元输出的阈值调节信号将比较器负输入端接收的阈值信号调节为所述第一阈值信号；s50:所述控制单元开启自身输出的开关控制信号。
24.更进一步的，步骤s10还包括当比较器正输入端的值小于所述第一阈值信号时，执行:比较器输出端输出低电平，所述低电平使得所述开关驱动单元的输出有效；控制单元接收到比较器输出的低电平，所述控制单元输出的阈值调节信号将比较器负输入端接收的阈值信号保持为所述第一阈值信号，并且所述控制单元根据其接收的检测信号输出开关控制信号，所述开关驱动单元接收所述开关控制信号，并将所述开关控制信号转换为可以驱动开关管工作的开关控制信号。
25.更进一步的，步骤s30在执行所述控制单元输出的阈值调节信号将比较器负输入端接收的阈值信号调节为第二阈值信号之前，还包括s31:确定比较器输出端仍然维持高电平，且所述控制单元已经关闭自身输出的开关控制信号。
26.更进一步的，在步骤s40之前还包括s41：确定比较器输出端输出低电平，所述控制单元关闭自身输出的开关控制信号。
27.更进一步的，一阈值产生电路接收所述控制单元输出的阈值调节信号，并且根据所述阈值调节信号产生比较器负输入端接收的所述第一阈值信号或所述第二阈值信号。
28.本技术可实现下列有益效果中的至少一者：
29.当发生过流时，比较器和开关驱动单元快速响应过流现象，实现过流保护；控制单元于其第二端口输出的阈值调节信号，使得所述阈值产生电路产生所述比较器的负输入端接收的阈值信号，也即比较器的负输入端接收的阈值信号是可控的，而可避免比较器输出信号快速地切换，因而可保护电源变换器中的开关管不会因为频发过流和高速限流而损坏。
30.上文相当广泛地概述了本技术的特征和技术优点，以便可以更好地理解以下对本技术的详细描述。下文将描述本技术的额外特征和优点，它们形成本技术的权利要求的主题。本领域技术人员应明白，可容易地利用公开的概念和特定实施例作为修改或设计用于实现本技术的相同目的的其它结构或过程的基础。本领域技术人员还应意识到，此类等效构造没有偏离随附权利要求中所阐述的本技术的精神和范围。
附图说明
31.图1为本技术一实施例的应用于一开关电源变换器中的过流保护电路示意图。
32.图2为本技术第一实施例的过流保护电路具体电路示意图。
33.图3为本技术第二实施例的过流保护电路具体电路示意图。
34.图4为本技术第三实施例的过流保护电路具体电路示意图。
具体实施方式
35.下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
36.请参阅图1所示的应用于一开关电源变换器中的过流保护电路示意图，也即本技术的过流保护电路100应用于开关电源变换器200中。开关电源变换器200通常包括至少一开关管，如开关管q1，通过控制开关管q1的导通和关断可使得开关电源变换器200实现电力变换的功能。
37.在实际应用中，通常通过一电流采样单元210采样流过开关管q1的电流，以用于实现对开关管q1的控制或实现对开关管q1的过流保护。电流采样单元210可实施为后续提到的电流采样电阻rs，也可实施为电流互感器等，本技术对电流采样单元210不做具体限定。
38.具体的，请再参阅图1，本技术一实施例提供的过流保护电路100，包括：
39.比较器110，比较器的正输入端di1用于通过第一阻抗单元120连接一电流采样单元(如开关电源变换器200中的电流采样单元210)，比较器的负输入端di2连接一阈值产生电路130，比较器的输出端do输出比较器输出信号vb，并且与比较器的正输入端di1之间连接有一第二阻抗单元140；
40.开关驱动单元150，连接所述比较器的输出端do，接收比较器输出信号vb；
41.控制单元160，控制单元的第一端口c1连接所述比较器的输出端do并接收所述比较器输出信号vb，控制单元的第二端口c2连接所述阈值产生电路130并输出阈值调节信号vt给所述阈值产生电路130，控制单元的第三端口c3用于输出开关控制信号pwm1至所述开关驱动单元150。
42.如上所述，用于接收电流采样信号的比较器的输出端连接开关驱动单元，因此比较器输出信号vb可控制开关驱动单元150。当发生过流，需要过流保护时，比较器输出信号vb为高电平，高电平使得开关驱动单元150的输出无效，也即即使控制单元160向开关驱动单元150输出开关控制信号pwm1，开关驱动单元150输出的开关控制信号pwm2仍然始终为低电平，则开关电源变换器200中的开关管q1关断，也即开关电源变换器200停止运行。由于比
较器和开关驱动单元的响应速度非常快，约为纳秒级别，因此本技术提供的过流保护电路100能快速的响应过流现象，实现过流保护。
43.在一实施例中，比较器的输出端do连接开关驱动单元150的使能位。当该使能位接收到高电平的比较器输出信号vb时，可使开关驱动单元150无效，则其输出无效。
44.在一实施例中，比较器的输出端do可连接开关驱动单元150集成的或外围的一个开关管的控制端。当开关管的控制端接收到高电平的比较器输出信号vb时，开关管导通，将开关驱动单元150的输出直接下拉为低电平，而可使开关驱动单元150的输出无效。
45.另外，控制单元160于其第二端口c2输出的阈值调节信号vt，使得所述阈值产生电路130产生所述比较器的负输入端di2接收的阈值信号vf，也即比较器的负输入端di2接收的阈值信号vf是可控的，而可避免比较器输出信号vb快速地切换，因而可保护电源变换器中的开关管不会因为频发过流和高速限流而损坏。
46.再者，比较器110、开关驱动单元150和控制单元160为三个分立元器件，也即本技术使用的控制单元160不需要集成比较器，这大大降低对控制单元160的要求，增大控制单元160的选择空间，降低控制单元160的成本。
47.在实际实施时，控制单元160可实施为一数字控制器，如dsp或mcu。本技术并不限定控制单元160的具体类型。
48.在实际实施时，开关驱动单元150可为任何用于驱动开关管工作的单元，可实施为一驱动芯片，本技术对此不做限定。
49.在实际的典型实施中时，每一开关电源变换器200均被控制单元160和开关驱动单元150控制。控制单元160用于接收来自开关电源变换器200的检测信号或外围给予的指令信号而输出开关控制信号pwm1。开关驱动单元150接收开关控制信号pwm1，通常用于将开关控制信号pwm1放大，以足以驱动开关电源变换器200内的开关管(如开关管q1)导通或关断。这里的检测信号可为来自开关电源变换器200的电流检测信号、电压检测信号或温度检测信号等。这里的指令信号可为开机信号、重启信号等，具体不做限定。
50.请再参阅图1所示，相对于典型实施例，本技术仅使用控制单元160的两个通用io口(控制单元的第一端口c1和控制单元的第二端口c2)与比较器110和开关驱动单元150配合就可以快速的响应过流，并保护开关电源变换器200中的开关管不会因为频发过流和高速限流而损坏。
51.在一实施例中，所述控制单元160根据所述比较器输出信号vb或者重启信号于所述控制单元的第二端口c2输出阈值调节信号vt，所述阈值产生电路130根据所述阈值调节信号vt产生所述比较器的负输入端di2接收的阈值信号vf。
52.这里的重启信号可为控制单元160接收的来自外部的重启信号，如包括但不仅限于过流故障已排除的信号或人为提供的信号。这里的重启信号也可为控制单元160自身产生的重启信号，如等待一段时间后，控制单元160自身产生的重启信号，使得所述控制单元的第二端口c2输出阈值调节信号vt。
53.如此，控制单元160可响应于比较器输出信号vb或者重启信号于所述控制单元的第二端口c2输出的阈值调节信号vt，使得所述阈值产生电路130产生所述比较器的负输入端di2接收的阈值信号vf。也即比较器的负输入端di2接收的阈值信号vf受控制单元160控制。
54.在一具体实施例中，所述阈值信号vf包括第一阈值信号和第二阈值信号，其中第二阈值信号大于第一阈值信号。具体的，第一阈值信号和第二阈值信号分别为过流保护电路100工作在不同阶段时，比较器110的负输入端di2接收的阈值信号vf的不同值。具体的第一阈值信号用于监测是否发生过流的阶段，也即用于正常保护；第二阈值信号用于在比较器锁死后解锁比较器。
55.如图1所示，当比较器输出高电平时，第二阻抗单元140和第一阻抗单元120形成正反馈，而在比较器的正输入端di1形成第一分压值vs，当第一分压值vs大于比较器的负输入端di2的阈值信号vf时，则可锁死比较器110为高电平。当调整比较器的负输入端di2的阈值信号vf大于第一分压值vs时，则比较器110可解锁。
56.在一具体实施例中，当比较器输出高电平时，第二阻抗单元140和第一阻抗单元120形成正反馈，而在比较器的正输入端di1形成第一分压值vs大于所述第一阈值信号，并且小于所述第二阈值信号。
57.具体的第一阈值信号用于监测是否发生过流的阶段，也即用于正常保护；第二阈值信号用于在比较器锁死后解锁比较器。又由于比较器的负输入端di2接收的阈值信号vf受控制单元160控制，由此通过控制单元160调节阈值信号vf，以及控制第一阈值信号和第二阈值信号之间切换的时间，而可做到过流后锁死比较器以及恢复过流监测功能可控。
58.并且在恢复过流监测功能前，控制单元160可获取开关电源变换器200的很多信息，包括但不仅限于电压，温度等，可以在恢复之前对机器的运行条件做出判断，再来决定是否可以重启，确保重启的时候，机器能正常运行，而可避免故障还在而发生反复重启反复过流。
59.在一具体实施例中，请参阅图2所示的本技术第一实施例的过流保护电路具体电路示意图。阈值调节信号vt为具有一占空比的脉冲信号，阈值产生电路130将所述脉冲信号变换为比较器的负输入端di2接收的阈值信号vf。
60.具体的，可参阅图2，此时阈值产生电路130可实施为一电压滤波电路131，电压滤波电路131将脉冲信号滤波为直流电(当然，这里的直流电可有一定的偏差，比如10％左右的偏差)，以作为比较器的负输入端di2的阈值信号vf。通过控制单元的第二端口c2输出不同占空比的阈值调节信号vt，使得经电压滤波电路131滤波后得到不同的阈值信号vf，也即上述的第一阈值信号和第二阈值信。具体可参阅下述对图2所示的过流保护电路的工作过程的描述。
61.在一具体实施例中，电压滤波电路131包括电阻单元和电容单元，所述电阻单元连接在所述控制单元的第二端口与所述比较器的负输入端以及所述电容单元的第一端之间，所述电容单元的第二端连接一接地端。具体的，如图2所示，电阻单元实施为一第三电阻r3，电容单元实施为一第一电容c1。则第三电阻r3连接在控制单元的第二端口c2与比较器的负输入端di2以及第一电容c1的第一端之间，第一电容c1的第二端连接一接地端gnd。第三电阻r3和第一电容c1构成电压滤波电路。
62.请再参阅图2，第一阻抗单元120实施为一第一电阻r1，第二阻抗单元140实施为一第二电阻r2，以在比较器的输出端do与比较器的正输入端di1之间形成正反馈回路。当然第一阻抗单元120和第二阻抗单元140也可均或其中一者实施为多个电阻的串并联，只要其形成一个阻抗单元即可。
63.在一具体实施例中，如图2所示，比较器的输出端do还可通过第四电阻r4接收第一直流电压v1。以使得当比较器的输出端do为高电平时，向比较器的输出端do提供直流电压v1。
64.在一具体实施例中，比较器的输出端do也可不通过一电阻单元接收一直流电压，此时比较器需选择为当比较器的输出端do为高电平时，自身可在比较器的输出端do提供一直流电压v1，也即内建电源比较器。
65.在一实施例中，第一直流电压v1为3.3v。
66.在图2所示的实施例中，电流采样单元210实施为电流采样电阻rs。
67.针对图2所示的过流保护电路，如下将讲明其工作过程。
68.在开关电源变换器200正常工作，也即无过流故障时，控制单元160于其第二端口c2输出占空比为d1的脉冲信号至所述电压滤波电路131，如占空比d1＝0.3，所述电压滤波电路131将占空比为0.3的脉冲信号滤波形成直流电的第一阈值信号，输出至比较器的负输入端di2，如此时第一阈值信号为d1*3.3v，也即为1v。此时，流过开关管q1的电流iq也会流过电流采样电阻rs，则比较器正输入端的值iq*rs小于1v，也即小于第一阈值信号，则比较器输出端do输出为低电平(如0v)，该低电平使得开关驱动单元150的输出有效，也即开关驱动单元150可接收来自控制单元160的开关控制信号pwm1，开关驱动单元150将开关控制信号pwm1转换为可以驱动开关管工作的开关控制信号pwm2，以驱动开关电源变换器200中的开关管q1，也即开关电源变换器200正常运行。
69.并且此时期间控制单元160接收到比较器110输出的低电平，控制单元160输出的阈值调节信号vt将比较器负输入端di2接收的阈值信号vf保持为所述第一阈值信号。也即维持在正常运行状态下的过流监测阶段，此时控制单元160根据其接收的检测信号输出开关控制信号pwm1，所述检测信号可为来自开关电源变换器200的电流检测信号、电压检测信号或温度检测信号等。
70.当比较器正输入端di1的值iq*rs大于比较器负输入端di2接收的第一阈值信号时，也即当因为电路异常或负载异常等因素，引起流过开关管q1的电流过大，发生过流故障时，则比较器输出端do输出高电平，该高电平使得开关驱动单元150的输出无效，也即即使控制单元160向开关驱动单元150输出开关控制信号pwm1，开关驱动单元150输出的开关控制信号pwm2仍然始终为低电平，则开关电源变换器200中的开关管q1处于关断状态，也即开关电源变换器200停止运行，实现快速的响应过流现象。
71.并且此时第二电阻r2与第一电阻r1形成的正反馈对第一直流电压v1进行分压，而在比较器的正输入端di1形成第一分压值vs，通过选择第二电阻r2、第一电阻r1以及第一直流电压v1的值，使得该第一分压值vs大于第一阈值信号，使得比较器输出信号vb保持高电平，也即锁死比较器110。则此时即使过流故障消失，开关控制信号pwm2仍然始终为低电平，开关电源变换器200不工作，避免了频发过流和高速限流。
72.在一实施例中，选择第二电阻r2与第一电阻r1的阻值相等，第一直流电压v1为3.3v，则此期间第一分压值vs为3.3v/2＝1.65v，1.65v大于1v，则比较器输出信号vb保持高电平。
73.之后，控制单元160接收到比较器110输出的高电平，控制单元160关闭自身输出的开关控制信号pwm1，也即开关控制信号pwm1始终为低电平，则确保开关电源变换器200不工
作，完成过流保护动作。由此可见，在发生过流故障时，比较器110和开关驱动单元150首先硬件锁死给到开关管q1的开关控制信号pwm2，这给控制单元160响应过流故障留出了时间，由于控制单元160响应其i/o口的拉高是有时间延迟的，再关闭开关控制信号pwm1也会有延迟，所以通过控制单元160关闭开关控制信号pwm1会比较慢，本技术通过比较器110和开关驱动单元150首先硬件锁死给到开关管q1的开关控制信号，再通过控制单元160关闭开关控制信号pwm1，快速响应了过流故障，满足过流保护的需求。
74.之后，过流保护发生一段时间后，也即比较器110和开关驱动单元150硬件锁死给到开关管q1的开关控制信号pwm2，以及控制单元160关闭开关控制信号pwm1一段时间后，控制单元160获得一重启信号，确定比较器输出端do仍然维持高电平，且控制单元160已经关闭自身输出的开关控制信号pwm1，控制单元160输出的阈值调节信号vt将比较器负输入端di2接收的阈值信号vf调节为第二阈值信号，其中所述第二阈值信号大于所述第一分压值vs，使得比较器输出端do输出低电平，该低电平使得开关驱动单元150的输出有效，也即开关驱动单元150可接收来自控制单元160的开关控制信号pwm1。
75.在具体实施时，该控制单元160获得的重启信号使得控制单元160于其第二端口c2输出占空比为d2的脉冲信号至所述电压滤波电路131，如占空比d2＝1，所述电压滤波电路131将占空比为1的脉冲信号滤波形成直流电的第二阈值信号，输出至比较器的负输入端di2，如此时第二阈值信号为d2*3.3v，也即为3.3v，比较器负输入端的3.3v大于比较器正输入端的第一分压值vs(如1.65v)，则比较器110翻转，输出低电平，完成比较器的解锁，以及开关驱动单元150的解锁，由于此时控制单元160输出的开关控制信号pwm1仍然为低电平，则开关电源变换器200仍然保持不工作。
76.上述的重启信号可为等待一定时间后控制单元160自身形成的重启信号，也可为控制单元160接收的外部输入的重启命令，如可以是在开关电源变换器200的过流故障确认已被清除后，向控制单元160输入的重启命令或人为提供的重启信号。由此可见，比较器110和开关驱动单元150的解锁是人为可控的，而可避免频发过流和高速限流。
77.确定比较器输出端do输出低电平，控制单元160关闭自身输出的开关控制信号pwm2。也即确保比较器110已解锁，但控制单元160仍关闭自身输出的开关控制信号pwm1。
78.控制单元160输出的阈值调节信号vt将比较器负输入端di2接收的阈值信号调节vf为所述第一阈值信号。也即控制单元160于其第二端口c2输出占空比为d1的脉冲信号，将比较器负输入端的阈值重新设置为过流保护阈值，让比较器110处于监控过流信号的状态。
79.之后，控制单元160开启自身输出的开关控制信号pwm1，也即控制单元160可根据来自开关电源变换器200的电流检测信号、电压检测信号或温度检测信号等输出开关控制信号pwm1，因为此时开关驱动单元150的输出也有效，因此开关电源变换器200可正常工作。
80.则之后无论何时再发生过流，过流保护的阈值已经回到了1v，也就是预设的过流保护点，而可重复上述的过流保护过程，实现过流保护。
81.由上述可知，阈值信号vf为所述第二阈值信号时对应的脉冲信号的占空比大于阈值信号vf为第一阈值信号时对应的脉冲信号的占空比，以使第二阈值信号大于第一阈值信号。
82.如上所述，本技术结合比较器、开关驱动单元和控制单元，比较器的阈值通过控制单元设置有低和高两种，低的用于正常的过流监测阶段，高的用于解锁比较器，并且比较器
设置正反馈，发生过流保护之后，通过正反馈锁死比较器。可以在发生过流保护之后，通过比较器关闭开关驱动单元，达到快速响应过流实现的需求；之后由于比较器的正反馈锁死比较器，使得开关驱动单元维持关闭状态，给予控制单元发现并关闭其开关控制信号的响应时间；之后控制单元调整比较器的阈值，使比较器解锁，可以做到恢复可控；之后控制单元再次调整比较器的阈值为正常过流保护阈值，控制单元开启其开关控制信号，使得开关电源变换器正常工作并处于过流监控状态。可见，本技术提供的过流保护方案实现互锁机制，达到了快速响应过流故障，又能避免反复重启反复过流的发生。并且在重启前，控制单元可获取开关电源变换器的很多信息，包括但不仅限于电压，温度等，可以在重启之前对开关电源变换器的运行条件做出判断，再来决定是否可以重启，确保重启的时候，开关电源变换器能正常，避免过流故障还在，反复重启反复过流的发生。
83.请参阅图3所示的本技术第二实施例的过流保护电路具体电路示意图，与图2不同的是，阈值产生电路130包括一开关单元s1和第一二极管d1，开关单元s1的控制端连接控制单元160的第二端口c2，开关单元s1的第二端通过第四电阻单元r4接地，并且开关单元s1的第二端连接第一二极管d1的阴极和比较器的负输入端di2，开关单元s1的第一端接收第三直流电压v3，第一二极管d1的阳极接收第二直流电压v2，则此时阈值调节信号vt为一高电平或一低电平，其中所述高电平驱动开关单元s1导通，所述低电平驱动开关单元s1关闭。
84.当阈值信号vf需要为所述第一阈值信号时，控制单元160输出的阈值调节信号vt为低电平，则开关单元s1关闭，第一二极管d1导通，所述第一阈值信号为第二直流电压v2与第一二极管d1的导通压降的差。当需要解锁比较器110，也即阈值信号vf需要为所述第二阈值信号时，控制单元160输出的阈值调节信号vt为高电平，则开关单元s1导通，第一二极管d1不导通，所述第二阈值信号为第三直流电压v3。
85.在实际实施时，当发生过流现象时，为锁死比较器110，需要选择第二电阻r2与第一电阻r1的阻值以及第二直流电压v2，使得经比较器正反馈形成的第一分压值vs大于第二直流电压v2与第一二极管d1的导通压降的差(也即第一阈值信号)，使得比较器输出信号保持高电平。
86.在实际实施时，为可靠解锁比较器110，需要选择第三直流电压v3，使得第三直流电压v3大于经比较器正反馈形成的第一分压值vs，也即第二阈值信号大于第一分压值vs，才能可靠解锁比较器110。
87.图3所示的过流保护电路的工作原理与图2相同，在此不再赘述。
88.当然阈值产生电路130还可以实施为其它实施例，只要其可实现根据阈值调节信号vt产生第一阈值信号和第二阈值信号即可。
89.在一具体实施例中，请参阅图4所示的本技术第三实施例的过流保护电路具体电路示意图，与图3不同的是，其中的第二阻抗单元140实施为包括第二二极管d2，其中第二二极管d2的阴极连接比较器的正输入端di1，第二二极管d1的阳极连接比较器的输出端do。这里第二二极管d2的阴极可直接连接比较器的正输入端di1，也可通过电阻连接比较器的正输入端di1。这里第二二极管d1的阳极可直接连接比较器的输出端do，也可通过电阻连接比较器的输出端do。
90.在过流监控期间，第二二极管d2反向截至，则从电流采样单元采样到的值就直接作为比较器的正输入端di1的值。对于第二阻抗单元140为一个电阻或多个电阻的串并联的
方式，在过流监控期间，第一阻抗单元130和第二阻抗单元140形成串联支路在比较器的正输入端di1形成的分压值作为比较器的正输入端di1的值。可见第二阻抗单元140实施为包括第二二极管d2时，在过流监控期间，可抬高比较器的正输入端di1的值。
91.在比较器110输出高电平，并且需要锁死比较器110的期间，第二二极管d2和第一阻抗单元130形成正反馈，第二二极管d2导通，则锁死比较器110的期间，第一直流电压v1经正向导通的第二二极管d2施加在比较器的正输入端di1。对于第二阻抗单元140为一个电阻或多个电阻的串并联的方式，在锁死比较器110的期间，第二阻抗单元140和第一阻抗单元130形成的正反馈在比较器的正输入端di1形成的分压值作为比较器的正输入端di1的值。可见第二阻抗单元140实施为包括第二二极管d2时，在锁死比较器110的期间，同样可抬高比较器的正输入端di1的值。
92.如此，可将比较器的负输入端di2接收的阈值信号vf调的比较低，而可适合更低的电流值的过流保护，而扩大本技术提供的过流保护电路100的应用范围。
93.在实际实施时，第二阻抗单元140和第一阻抗单元120只要等效为一阻抗，并且符合上述的选值需求即可，本技术并不限定其具体结构。第二阻抗单元140可实施为单个二极管，可实施为一个电阻，可实施为多个电阻的串并联，也可实施为二极管与电阻的组合。第一阻抗单元130可实施为一个电阻，也可实施为多个电阻的串并联。
94.请再参阅图1至图4，在过流保护电路100与开关电源变换器200中的开关管之间非隔离连接时，则比较器的输出端do与控制单元的第一端口c1之间、控制单元的第二端口c2与阈值产生电路130之间、以及控制单元的第三端口c3至所述开关驱动单元150之间也为非隔离连接，也即可直接线连接。
95.请再参阅图1至图4，在过流保护电路100与开关电源变换器200中的开关管之间隔离连接时，如通过光耦隔离连接，则比较器的输出端do与控制单元的第一端口c1之间、控制单元的第二端口c2与阈值产生电路130之间、以及控制单元的第三端口c3至所述开关驱动单元150之间也为隔离连接，如通过光耦隔离连接。
96.如上所述，比较器的输出端do与控制单元的第一端口c1之间为高低电平的传输、控制单元的第二端口c2与阈值产生电路130之间为高低电平的传输或为高频脉冲信号的传输、以及控制单元的第三端口c3至所述开关驱动单元150之间为高频脉冲信号的传输，则均可通过光耦做高频隔离连接。
97.其中，上述提到的电阻、电容、电阻单元、电容单元、开关管、开关单元、二极管等均可实施为一个元器件，也可为多个该元器件的串并联，只要其功能相同即可。
98.本技术一实施例还提供一种过流保护方法，为方便理解，可参阅图1至图4，该过流保护方法，包括：
99.s10:一比较器正输入端通过第一阻抗单元接收一电流采样信号，比较器负输入端接收第一阈值信号，当比较器正输入端的值大于所述第一阈值信号时，执行:比较器输出端输出高电平，所述高电平使得一开关驱动单元的输出无效，并且所述第二阻抗单元与所述第一阻抗单元形成的反馈回路将在比较器正输入端形成第一分压值，所述第一分压值大于所述第一阈值信号，比较器输出端保持高电平；
100.s20:控制单元接收到比较器输出的高电平，所述控制单元关闭自身输出的开关控制信号；
101.s30:所述控制单元获得重启信号，所述控制单元输出的阈值调节信号将比较器负输入端接收的阈值信号调节为第二阈值信号，其中所述第二阈值信号大于所述第一分压值，使得比较器输出端输出低电平，所述低电平使得所述开关驱动单元的输出有效；
102.s40:所述控制单元输出的阈值调节信号将比较器负输入端接收的阈值信号调节为所述第一阈值信号；
103.s50:所述控制单元开启自身输出的开关控制信号。
104.更具体的，步骤s10还包括当比较器正输入端的值小于所述第一阈值信号时，执行:比较器输出端输出低电平，所述低电平使得所述开关驱动单元的输出有效；控制单元接收到比较器输出的低电平，所述控制单元输出的阈值调节信号将比较器负输入端接收的阈值信号保持为所述第一阈值信号，并且所述控制单元根据其接收的检测信号输出开关控制信号，所述开关驱动单元接收所述开关控制信号，并将所述开关控制信号转换为可以驱动开关管工作的开关控制信号。
105.更具体的，步骤s30在执行所述控制单元输出的阈值调节信号将比较器负输入端接收的阈值信号调节为第二阈值信号之前，还包括s31:确定比较器输出端仍然维持高电平，且所述控制单元已经关闭自身输出的开关控制信号。
106.更具体的，在步骤s40之前还包括s41：确定比较器输出端输出低电平，所述控制单元关闭自身输出的开关控制信号。
107.更具体的，一阈值产生电路接收所述控制单元输出的阈值调节信号，并且根据所述阈值调节信号产生比较器负输入端接收的所述第一阈值信号或所述第二阈值信号。
108.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

技术特征：
1.一种过流保护电路，其特征在于，包括：比较器，比较器的正输入端用于通过第一阻抗单元连接一电流采样单元，比较器的负输入端连接一阈值产生电路，比较器的输出端输出比较器输出信号，并且与比较器的正输入端之间连接有一第二阻抗单元；开关驱动单元，连接所述比较器的输出端，接收所述比较器输出信号；控制单元，控制单元的第一端口连接所述比较器的输出端并接收所述比较器输出信号，控制单元的第二端口连接所述阈值产生电路并输出阈值调节信号给所述阈值产生电路，控制单元的第三端口用于输出开关控制信号至所述开关驱动单元。2.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，当所述比较器输出信号为高电平时，所述开关驱动单元的输出无效。3.根据权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于，所述控制单元根据所述比较器输出信号或者重启信号输出所述阈值调节信号，所述阈值产生电路根据所述阈值调节信号产生所述比较器的负输入端接收的阈值信号。4.根据权利要求3所述的过流保护电路，其特征在于，所述阈值信号包括第一阈值信号和第二阈值信号，其中所述第二阈值信号大于所述第一阈值信号。5.根据权利要求4所述的过流保护电路，其特征在于，当比较器输出高电平时，所述第二阻抗单元和所述第一阻抗单元形成的反馈回路在比较器的正输入端形成的第一分压值大于所述第一阈值信号，并且小于所述第二阈值信号。6.根据权利要求5所述的过流保护电路，其特征在于，所述阈值调节信号为具有一占空比的脉冲信号，所述阈值产生电路将所述脉冲信号变换为所述比较器的负输入端接收的所述阈值信号。7.根据权利要求6所述的过流保护电路，其特征在于，所述阈值产生电路包括电阻单元和电容单元，所述电阻单元连接在所述控制单元的第二端口与所述比较器的负输入端以及所述电容单元的第一端之间，所述电容单元的第二端连接一接地端。8.根据权利要求5所述的过流保护电路，其特征在于，所述阈值产生电路包括一开关单元和第一二极管，所述开关单元的控制端连接所述控制单元的第二端口，所述开关单元的第二端通过一电阻单元接地，并且所述开关单元的第二端连接所述第一二极管的阴极和所述比较器的负输入端，所述开关单元的第一端接收第三直流电压，所述第一二极管的阳极接收第二直流电压，所述阈值调节信号为一高电平或一低电平，其中所述高电平驱动所述开关单元导通，所述低电平驱动所述开关单元关闭。9.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述第二阻抗单元包括第二二极管，所述第二二极管的阴极连接所述比较器的正输入端，所述第二二极管的阳极连接所述比较器的输出端。10.根据权利要求5所述的过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路执行：s1:所述比较器的正输入端接收一电流采样信号，比较器的负输入端接收所述第一阈值信号，当比较器的正输入端的值大于所述第一阈值信号时，所述比较器输出信号为高电平，所述高电平使得所述开关驱动单元的输出无效，并且由于所述第一分压值大于所述第一阈值信号，所述比较器输出信号保持高电平；s2:所述控制单元接收到比较器输出的高电平，所述控制单元关闭自身输出的开关控
制信号；s3:所述控制单元获得一重启信号，确定比较器输出端仍然维持高电平，且所述控制单元已经关闭自身输出的开关控制信号，所述控制单元输出的阈值调节信号将比较器的负输入端接收的阈值信号调节为所述第二阈值信号，比较器输出端输出低电平，所述低电平使得所述开关驱动单元的输出有效；s4:确定比较器输出端输出为低电平且所述控制单元已关闭自身输出的开关控制信号；s5:所述控制单元输出的阈值调节信号将比较器的负输入端接收的阈值信号调节为所述第一阈值信号；s6:所述控制单元开启自身输出的开关控制信号。11.一种过流保护方法，其特征在于，包括：s10:一比较器正输入端通过第一阻抗单元接收一电流采样信号，比较器负输入端接收第一阈值信号，当比较器正输入端的值大于所述第一阈值信号时，执行:比较器输出端输出高电平，所述高电平使得一开关驱动单元的输出无效，并且所述第二阻抗单元与所述第一阻抗单元形成的反馈回路将在比较器正输入端形成第一分压值，所述第一分压值大于所述第一阈值信号，比较器输出端保持高电平；s20:控制单元接收到比较器输出的高电平，所述控制单元关闭自身输出的开关控制信号；s30:所述控制单元获得重启信号，所述控制单元输出的阈值调节信号将比较器负输入端接收的阈值信号调节为第二阈值信号，其中所述第二阈值信号大于所述第一分压值，使得比较器输出端输出低电平，所述低电平使得所述开关驱动单元的输出有效；s40:所述控制单元输出的阈值调节信号将比较器负输入端接收的阈值信号调节为所述第一阈值信号；s50:所述控制单元开启自身输出的开关控制信号。12.根据权利要求11所述的过流保护方法，其特征在于，步骤s10还包括当比较器正输入端的值小于所述第一阈值信号时，执行:比较器输出端输出低电平，所述低电平使得所述开关驱动单元的输出有效；控制单元接收到比较器输出的低电平，所述控制单元输出的阈值调节信号将比较器负输入端接收的阈值信号保持为所述第一阈值信号，并且所述控制单元根据其接收的检测信号输出开关控制信号，所述开关驱动单元接收所述开关控制信号，并将所述开关控制信号转换为可以驱动开关管工作的开关控制信号。13.根据权利要求11或12所述的过流保护方法，其特征在于，步骤s30在执行所述控制单元输出的阈值调节信号将比较器负输入端接收的阈值信号调节为第二阈值信号之前，还包括s31:确定比较器输出端仍然维持高电平，且所述控制单元已经关闭自身输出的开关控制信号。14.根据权利要求11所述的过流保护方法，其特征在于，在步骤s40之前还包括s41：确定比较器输出端输出低电平，所述控制单元关闭自身输出的开关控制信号。15.根据权利要求11所述的过流保护方法，其特征在于，一阈值产生电路接收所述控制单元输出的阈值调节信号，并且根据所述阈值调节信号产生比较器负输入端接收的所述第
一阈值信号或所述第二阈值信号。

技术总结
本发明提出一种过流保护电路及过流保护方法，涉及电源领域，包括：比较器，比较器的正输入端用于通过第一阻抗单元连接一电流采样单元，比较器的负输入端连接一阈值产生电路，比较器的输出端输出比较器输出信号，并且与比较器的正输入端之间连接有一第二阻抗单元；开关驱动单元，连接所述比较器的输出端，接收比较器输出信号；控制单元，控制单元的第一端口连接所述比较器的输出端并接收所述比较器输出信号，控制单元的第二端口连接所述阈值产生电路并输出阈值调节信号给所述阈值产生电路，控制单元的第三端口用于输出开关控制信号至所述开关驱动单元。可快速响应过流现象，且可避免高速限流。避免高速限流。避免高速限流。


技术研发人员：郑崇峰 吴彤彤 赵鸿远 苏连明
受保护的技术使用者：麦田能源股份有限公司
技术研发日：2023.07.20
技术公布日：2023/10/11