开关电源及其过压保护电路的制作方法

本发明涉及电源芯片，特别涉及一种开关电源及其过压保护电路。

背景技术：

1、在开关电源芯片中，尤其是在升压型的开关电源芯片工作时，为了将输出电压限制在一定的安全范围内，避免开关电源芯片输出过高电压对电路及负载造成损坏，因此需要在开关电源芯片内部集成输出过压保护电路，实现当开关电源芯片输出过压时及时将输出电压限制在安全范围内的功能。对于芯片封装上没有输出电压vout引脚的应用，可以通过检测sw引脚的信号来实现过压保护。

2、图1示出了根据现有技术的一种开关电源的结构示意图。图1所示的开关电源为升压型开关电源，包括耦合在输入端与接地端之间的电感l和功率管m1，连接于开关节点sw与输出电压vout之间的二极管d1，连接于输出电压vout与接地端之间的电容c，以及与电容c并联的电阻r，其中，电感l和功率管m1连接于开关节点sw。芯片封装后的sw引脚即为由开关节点sw引出的引脚。图1所示的开关电源可以通过检测开关节点sw的电压来实现过压保护，具体为，在功率管m1关断时检测开关节点sw的电压，若连续多个周期过压，即视为开关电源的输出电压vout过压。

3、图2示出了根据现有技术的开关电源的过压保护电路的结构示意图。参见图2，现有技术的过压保护电路包括依次连接于开关节点sw与接地端之间的电阻r1、电阻r2以及晶体管nm0，连接于电阻r1和r2的公共节点a与接地端之间的稳压二极管z0，以及正相输入端连接节点a，反相输入端接收基准电压vbg的比较器comp。以开关电源的占空比较大且开关频率较高的情况，例如输入电压vin为2.5v、输出电压vout为24v、开关频率为1.3mhz为例，此时稳态下功率管m1的关断时间大概为80ns，假设开关节点sw的电压过压到29v，则稳态下功率管m1的关断时间大概为66ns，在实际应用中开关节点sw过压时，功率管m1的关断时间可能更短，由于寄生电容的关系，随着开关节点sw上升到过压，节点a提供的采样电压sw_ref从零升到比较器comp的翻转阈值(vbg＝1.2v)所需要的时间加上比较器comp的翻转时间需要小于66ns且留有一定裕度，这就要求电阻r1和r2的阻值不能太大，否则采样电压sw_ref的建立时间过长，无法在规定时间内比较得到的开关节点sw的过压信号sw_ovp，起不到过压保护作用，但是如果电阻r1和r2的阻值太小，又会大大增加开关节点sw漏电的可能性，其漏电路径为sw-r1-z0-gnd。

4、因此，有待提出一种新的开关电源及其过压保护电路以解决上述问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种开关电源及其过压保护电路，从而既可以防止开关节点漏电，又可以对开关电源进行有效的过压保护。

2、根据本发明的一方面，提供一种用于开关电源的过压保护电路，所述开关电源包括耦合在输入端和接地端之间的电感和功率管，所述功率管和所述电感连接于开关节点，所述过压保护电路包括分压电路，用于在使能信号的控制下根据所述开关节点的电压产生第一分压电压和第二分压电压；电压采样电路，用于在所述第一分压电压大于设定值时开启，并在开启时将所述第二分压电压输出为所述开关节点的采样电压；以及比较器，用于比较所述采样电压与基准电压以产生过压信号。

3、可选地，所述分压电路包括依次连接于所述开关节点与接地端之间的第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第一晶体管，其中，所述第一晶体管的控制端接收所述使能信号，所述第一电阻和所述第二电阻的公共节点提供所述第一分压电压，所述第二电阻与所述第三电阻的公共节点提供所述第二分压电压。

4、可选地，所述使能信号通过电源电压获得，当所述电源电压小于等于预设电压时，所述使能信号不使能，当所述电源电压大于所述预设电压时，所述使能信号使能，所述电源电压为所述开关电源的输入电压。

5、可选地，所述电压采样电路包括第二晶体管，第一端接收所述第二分压电压，第二端提供所述采样电压；电容，连接于所述第一分压电压与所述第二晶体管的控制端之间。

6、可选地，所述过压保护电路还包括第一钳位电路，用于在所述开关电源正常工作时，给所述第二晶体管提供一初始电压，以及在所述电源电压为零时，将所述第二晶体管的控制端电压钳位于等于零电压或者小于零的电压。

7、可选地，所述过压保护电路还包括第二钳位电路，用于在所述电源电压为零时，将所述第二晶体管的第二端电压钳位于零电压或者小于零的电压。

8、可选地，所述第一钳位电路包括第三晶体管，控制端与第二端连接，第一端连接所述电源电压，第二端连接所述第二晶体管的控制端。

9、可选地，所述第二钳位电路包括第四晶体管，控制端与第一端连接，第一端连接所述电源电压，第二端连接所述第二晶体管的第二端。

10、可选地，所述电容为mom电容，所述第一晶体管和所述第二晶体管为高压nmos管。

11、根据本发明的另一方面，提供一种开关电源，包括耦合在输入端和接地端之间的电感和功率管，所述功率管和所述电感连接于开关节点；以及如上述所述的过压保护电路。

12、本发明提供的开关电源及其过压保护电路，可以在开关电源关闭时在使能信号的控制下将开关节点与接地端之间的电流通路关断，以防止开关节点漏电，以及在开关电源正常工作时，分压电路在使能信号的控制下根据开关节点的电压产生第一分压电压和第二分压电压，电压采样电路在第一分压电压达到设定值时开启，并在开启时将第二分压电压输出为采样电压，使得在开关电源的输出电压过压时，采样电压可以在功率管的关断时间内达到比较器的翻转阈值，且留有一定裕度，从而既可以有效对开关电源进行过压保护，又可以降低开关电源关闭时的功耗。此外，该过压保护电路适用于芯片封装上有开关节点引脚的开关电源芯片。

13、在优选的实施例中，过压保护电路还包括第一钳位电路和第二钳位电路，在开关电源关闭时，第一钳位电路和第二钳位电路将电压采样电路的第二晶体管的控制端电压以及第二端电压钳位于等于零电压或者小于零的电压，从而保证第二晶体管在开关电源关闭时，处于关断状态，进一步降低了开关电源关闭时的功耗，以及在开关电源正常工作时，第一钳位电路给第二晶体管的控制端一个初始电压，使第二晶体管可以快速导通，加快采样电压的建立速度。

技术特征：

1.一种用于开关电源的过压保护电路，所述开关电源包括耦合在输入端和接地端之间的电感和功率管，所述功率管和所述电感连接于开关节点，所述过压保护电路包括：

2.根据权利要求1所述的过压保护电路，其中，所述分压电路包括：

3.根据权利要求2所述的过压保护电路，其中，所述使能信号通过电源电压获得，当所述电源电压小于等于预设电压时，所述使能信号不使能，当所述电源电压大于所述预设电压时，所述使能信号使能，所述电源电压为所述开关电源的输入电压。

4.根据权利要求3所述的过压保护电路，其中，所述电压采样电路包括：

5.根据权利要求4所述的过压保护电路，还包括：

6.根据权利要求4所述的过压保护电路，还包括：

7.根据权利要求5所述的过压保护电路，其中，所述第一钳位电路包括：

8.根据权利要求6所述的过压保护电路，其中，所述第二钳位电路包括：

9.根据权利要求4所述的过压保护电路，其中，所述电容为mom电容，所述第一晶体管和所述第二晶体管为高压nmos管。

10.一种开关电源，包括：

技术总结
本发明公开了一种开关电源及其过压保护电路，所述开关电源包括耦合在输入端和接地端之间的电感和功率管，所述功率管和所述电感连接于开关节点，所述过压保护电路包括：分压电路，用于在使能信号的控制下根据所述开关节点的电压产生第一分压电压和第二分压电压；电压采样电路，用于在所述第一分压电压大于设定值时开启，并在开启时将所述第二分压电压输出为所述开关节点的采样电压；以及比较器，用于比较所述采样电压与基准电压以产生过压信号，从而既可以防止开关节点漏电，又可以对开关电源进行有效的过压保护。

技术研发人员：李小涛,刘承远,王子函
受保护的技术使用者：骏盈半导体（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17