用于dc-dc变换器的过流保护电路以及dc-dc变换器
技术领域
1.本公开的实施例涉及集成电路技术领域，具体地，涉及用于dc-dc变换器的过流保护电路以及dc-dc变换器。
背景技术：2.随着集成电路产业的飞速发展与模拟集成电路市场的日趋扩大，dc-dc(直流转直流)变换器也得到了广泛的关注和快速发展。dc-dc变换器作为一种高效率的开关电源技术，具有动态响应快、控制简单、可直接控制输出电流等优点。dc-dc变换器中的功率管和续流管交替导通，以控制dc-dc变换器中的电感器的充电和放电，从而实现dc-dc变换器的稳定输出。dc-dc变换器中可设置有电流检测电路，当流经电感器的电感电流过大时，可通过控制功率管和续流管来停止对电感器充电，从而实现过流保护的功能。
技术实现要素：3.本文中描述的实施例提供了一种用于dc-dc变换器的过流保护电路、以及dc-dc变换器。
4.根据本公开的第一方面，提供了一种用于dc-dc变换器的过流保护电路。该过流保护电路包括：限流计数电路、触发电路、以及休眠计时电路。其中，限流计数电路被配置为根据dc-dc变换器的pwm信号和限流指示信号来生成过流保护指示信号。触发电路被配置为根据过流保护指示信号和来自休眠计时电路的休眠期满指示信号来生成休眠触发信号。休眠计时电路被配置为在从休眠触发信号翻转为有效电平开始的预设时间段之后生成休眠期满指示信号。
5.在本公开的一些实施例中，限流计数电路包括计数寄存器和计数标志寄存器。限流计数电路在一个pwm信号周期内检测到限流指示信号的有效电平的情况下，使得计数寄存器累加一。限流计数电路在计数寄存器的值达到预设值时置位计数标志寄存器，并在计数标志寄存器被置位的情况下，生成过流保护指示信号。
6.在本公开的一些实施例中，限流计数电路在一个pwm信号周期内未检测到限流指示信号的有效电平的情况下，复位计数寄存器。
7.在本公开的一些实施例中，限流计数电路还被配置为在休眠触发信号处于有效电平时复位计数寄存器和计数标志寄存器。
8.在本公开的一些实施例中，触发电路在过流保护指示信号处于有效电平时使得休眠触发信号翻转为有效电平。触发电路在过流保护指示信号处于无效电平且休眠期满指示信号处于无效电平时使得休眠触发信号保持不变。触发电路在休眠期满指示信号处于有效电平时使得休眠触发信号翻转为无效电平。
9.在本公开的一些实施例中，触发电路包括：第一或非门、第二或非门、以及反相器。其中，第一或非门的第一输入端被提供过流保护指示信号。第一或非门的第二输入端耦接第二或非门的输出端。第一或非门的输出端耦接第二或非门的第一输入端和反相器的输入
端。第二或非门的第二输入端被提供休眠期满指示信号。反相器的输出端耦接休眠计时电路的使能端和限流计数电路的复位端。
10.在本公开的一些实施例中，休眠触发信号用于通过以下方式中的任一个来重新启动dc-dc变换器：直接启动；软启动；以及使能启动。
11.在本公开的一些实施例中，在dc-dc变换器的重新启动过程中，限流计数电路停止工作。
12.在本公开的一些实施例中，在dc-dc变换器的重新启动过程中，限流计数电路正常工作。
13.根据本公开的第二方面，提供了一种dc-dc变换器。该dc-dc变换器包括：根据本公开的第一方面所述的过流保护电路。
附图说明
14.为了更清楚地说明本公开的实施例的技术方案，下面将对实施例的附图进行简要说明，应当知道，以下描述的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制，其中：
15.图1是一种dc-dc变换器的示意性框图；
16.图2是图1所示的dc-dc变换器中的电感器的电感电流的时序图；
17.图3是根据本公开的实施例的过流保护电路的示意性框图；
18.图4是根据本公开的实施例的过流保护电路的示例性电路图；以及
19.图5是用于图3和图4所示的过流保护电路的一些信号的时序图。
20.在附图中，最后两位数字相同的标记对应于相同的元素。需要注意的是，附图中的元素是示意性的，没有按比例绘制。
具体实施方式
21.为了使本公开的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本公开的实施例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公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，也都属于本公开保护的范围。
22.除非另外定义，否则在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开主题所属领域的技术人员所通常理解的相同含义。进一步将理解的是，诸如在通常使用的词典中定义的那些的术语应解释为具有与说明书上下文和相关技术中它们的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于正式的形式来解释，除非在此另外明确定义。如在此所使用的，将两个或更多部分“连接”或“耦接”到一起的陈述应指这些部分直接结合到一起或通过一个或多个中间部件结合。
23.在本公开的所有实施例中，由于晶体管的源极和漏极(发射极和集电极)是对称的，并且n型晶体管和p型晶体管的源极和漏极(发射极和集电极)之间的导通电流方向相反，因此在本公开的实施例中，将晶体管的受控中间端称为控制极，将晶体管的其余两端分别称为第一极和第二极。本公开的实施例中所采用的晶体管主要是开关晶体管。另外，诸如“第一”和“第二”的术语仅用于将一个部件(或部件的一部分)与另一个部件(或部件的另一
部分)区分开。
24.图1示出了一种dc-dc变换器。该dc-dc变换器包括：逻辑电路、驱动电路、功率管hs、续流管ls、电感器lx、电容器co(电容器co的等效串联电阻被示出为resr)、电阻器r
l
、电阻器r1、电阻器r2、主环路控制模块、功率管限流电路、以及续流管限流电路。驱动电路可根据驱动信号drive来生成功率管控制信号和续流管控制信号以控制功率管hs和续流管ls的交替导通。在功率管hs导通而续流管ls截止时，电感器lx进行充电，流经电感器lx的电感电流逐渐增大。功率管限流电路耦接节点sw以检测电感器lx的电感电流。当电感电流升高至电感器的限流值(也可被称为峰值)ip时，功率管限流电路向逻辑电路提供限流指示信号(也可被称为“过流指示信号”)hocp。在功率管hs截止而续流管ls导通时，电感器lx进行放电，流经电感器lx的电感电流逐渐降低。续流管限流电路耦接节点sw以检测电感器lx的电感电流。当电感电流降低至电感器的限流解除值(也可被称为谷值)iv时，续流管限流电路向逻辑电路提供限流解除信号locp。主环路控制模块根据输出电压vout的反馈电压fb生成pwm信号。逻辑电路根据pwm信号、限流指示信号hocp和限流解除信号locp来生成驱动信号drive。正常情况下(未出现电感电流过流的情况下)驱动信号drive与pwm信号同相。在pwm信号处于高电平时，如果逻辑电路接收到限流指示信号hocp，则驱动信号drive被拉低到低电平，直到逻辑电路接收到限流解除信号locp才允许驱动信号drive再次跟随pwm信号翻转成高电平，从而开启功率管hs。
25.图2示出图1所示的dc-dc变换器中的电感器的电感电流的时序图。在阶段ⅰ(时刻0至时刻t1)，流经电感器lx的电感电流逐渐增大。当电感电流升高至ip时(时刻t1)，流经电感器lx的电感电流达到峰值。在阶段ⅱ(时刻t1至时刻t2)，流经电感器lx的电感电流逐渐降低。当电感电流降低至iv时(时刻t2)，流经电感器lx的电感电流达到谷值。电感电流按照图2所示的波形在峰值与谷值之间来回变化。因此，dc-dc变换器输出的平均电流i
avg
＝(ip+iv)/2。
26.在dc-dc变换器发生过流保护时，电感电流持续工作于高限流值ip与低限流值iv之间，造成dc-dc变换器不必要的能源消耗，尤其在集成度较高、空间狭小的应用场景(比如手机)中，较高的平均电流i
avg
还会造成发热，加剧dc-dc变换器本身和使用了该dc-dc变换器的电路系统的老化。
27.本公开的实施例提供了一种用于dc-dc变换器的过流保护电路。图3示出了根据本公开的实施例的过流保护电路300的示意性框图。该过流保护电路300可包括：限流计数电路310、触发电路320、以及休眠计时电路330。其中，限流计数电路310可耦接触发电路320、休眠计时电路330、dc-dc变换器的主环路控制模块的输出端(从该输出端输出pwm信号)、以及dc-dc变换器的功率管限流电路的输出端(从该输出端输出限流指示信号hocp)。限流计数电路310可被配置为根据dc-dc变换器的pwm信号和限流指示信号hocp来生成过流保护指示信号count_full。
28.在本公开的一些实施例中，限流计数电路310可包括计数寄存器和计数标志寄存器(未示出)。限流计数电路310可在一个pwm信号周期内检测到限流指示信号hocp的有效电平的情况下，使得计数寄存器累加一。限流计数电路310可在计数寄存器的值达到预设值n时置位计数标志寄存器，并在计数标志寄存器被置位的情况下，使得过流保护指示信号count_full处于有效电平。简言之，限流计数电路310可在电感电流出现n次过流的情况下，
使得过流保护指示信号count_full处于有效电平。
29.在本公开的一些实施例中，限流计数电路310可在一个pwm信号周期内未检测到限流指示信号hocp的有效电平的情况下，复位计数寄存器。这样，限流计数电路310在电感电流连续出现n次过流的情况下，使得过流保护指示信号count_full处于有效电平。在本公开的一些实施例中，预设值n可由用户设定。
30.在本公开的一些实施例中，过流保护指示信号count_full的有效电平可维持一个预设的脉冲宽度，之后过流保护指示信号count_full翻转为无效电平。
31.在图3的示例中，触发电路320可耦接限流计数电路310、以及休眠计时电路330。触发电路320可被配置为根据过流保护指示信号count_full和来自休眠计时电路330的休眠期满指示信号t
sleep
_full来生成休眠触发信号sleep。休眠触发信号sleep可用于重新启动dc-dc变换器。在本公开的一些实施例中，休眠触发信号可用于直接重新启动(硬启动)dc-dc变换器。在本公开的另一些实施例中，休眠触发信号可用于重新软启动dc-dc变换器。在本公开的再一些实施例中，休眠触发信号可用于重新使能启动dc-dc变换器。
32.在本公开的一些实施例中，在dc-dc变换器的重新启动过程中，限流计数电路停止工作。这样，在dc-dc变换器的重新启动期间如果发生过流，则该过流次数不会导致限流计数电路310中的计数寄存器的值累加。在本公开的另一些实施例中，在dc-dc变换器的重新启动过程中，限流计数电路正常工作。这样，在dc-dc变换器的重新启动期间如果发生过流，则该过流次数将导致限流计数电路310中的计数寄存器的值累加。
33.在本公开的一些实施例中，触发电路320在过流保护指示信号count_full处于有效电平时使得休眠触发信号sleep翻转为有效电平。触发电路320在过流保护指示信号count_full处于无效电平且休眠期满指示信号t
sleep
_full处于无效电平时使得休眠触发信号sleep保持不变。触发电路320在休眠期满指示信号t
sleep
_full处于有效电平时使得休眠触发信号sleep翻转为无效电平。如上所述，在本公开的一些实施例中，过流保护指示信号count_full的有效电平可维持一个预设的脉冲宽度，之后过流保护指示信号count_full翻转为无效电平。这样，过流保护指示信号count_full和休眠期满指示信号t
sleep
_full不会同时处于有效电平。
34.休眠计时电路330可耦接触发电路320。休眠计时电路330可被配置为在从休眠触发信号sleep翻转为有效电平开始的预设时间段之后生成休眠期满指示信号t
sleep
_full。在本公开的一些实施例中，该预设时间段可由用户设定。
35.在本公开的一些实施例中，休眠触发信号sleep可被提供给限流计数电路310的复位端reset。限流计数电路310可被配置为在休眠触发信号sleep处于有效电平时复位计数寄存器和计数标志寄存器。这样，在dc-dc变换器的休眠过程中，限流计数电路310可停止工作。
36.在上下文中，某个信号的有效电平表示该信号表示的事件发生。在图3的示例中，有效电平可以是高电平，无效电平可以是低电平。
37.图4示出根据本公开的实施例的过流保护电路300的示例性电路图。在图4的示例中，触发电路320可包括：第一或非门nor1、第二或非门nor2、以及反相器ig。其中，第一或非门nor1的第一输入端耦接限流计数电路310的输出端，从而被提供过流保护指示信号count_full。第一或非门nor1的第二输入端耦接第二或非门nor2的输出端。第一或非门
nor1的输出端耦接第二或非门nor2的第一输入端和反相器ig的输入端。第二或非门nor2的第二输入端耦接休眠计时电路330的输出端，从而被提供休眠期满指示信号t
sleep
_full。反相器的输出端耦接休眠计时电路330的使能端en和限流计数电路310的复位端reset。从反相器的输出端输出休眠触发信号sleep。
38.在图4的示例中，在过流保护指示信号count_full处于高电平而休眠期满指示信号t
sleep
_full处于低电平时，休眠触发信号sleep处于高电平，从而可控制dc-dc变换器进入休眠状态。在过流保护指示信号count_full处于低电平且休眠期满指示信号t
sleep
_full处于低电平时，休眠触发信号sleep被维持在高电平。在过流保护指示信号count_full处于低电平而休眠期满指示信号t
sleep
_full处于高电平时，休眠触发信号sleep处于低电平，从而可控制dc-dc变换器重新启动。
39.图5示出用于图3和图4所示的过流保护电路的一些信号的时序图。在第一时间点t1，电感电流i
l
上升至峰值ip。功率管限流电路输出具有高电平脉冲的限流指示信号hocp，从而控制pwm信号翻转为低电平。处于低电平的pwm信号使得功率管截至而续流管导通，电感电流i
l
逐渐下降至谷值iv，pwm信号翻转为高电平。如此反复，在第一阶段
①
中出现了n次限流指示信号hocp的高电平脉冲。在第一阶段
①
结束时，即，在第二时间点t2，限流计数电路310输出具有高电平脉冲的过流保护指示信号count_full，以指示dc-dc变换器的电感电流异常。具有高电平脉冲的过流保护指示信号count_full触发休眠触发信号sleep翻转为高电平。处于高电平的休眠触发信号sleep使得dc-dc变换器进入休眠状态，电感电流i
l
逐渐下降至0v，pwm信号和限流指示信号hocp维持在低电平。在第二阶段
②
中dc-dc变换器一直处于休眠状态。休眠计时电路330从休眠触发信号sleep翻转为高电平开始计时，达到预设时间段之后，休眠计时电路330输出具有高电平脉冲的休眠期满指示信号t
sleep
_full。在第二阶段
②
结束时，即，在第三时间点t3，dc-dc变换器重新启动。
40.当dc-dc变换器的电感电流异常(例如，dc-dc变换器出现短路)时，根据本公开实施例的过流保护电路可将dc-dc变换器的平均电流降低到i
avg
≈[(ip+iv)/2]
×
(t
ocp
/t
sleep
)。其中，t
ocp
＝t2-t1，t
sleep
＝t3-t2。通过调整休眠时间t
sleep
可控制dc-dc变换器的平均电流i
avg
。
[0041]
综上所述，根据本公开的实施例的过流保护电路能够在dc-dc变换器的电感电流异常时重启dc-dc变换器，并且降低dc-dc变换器的平均电感电流，从而降低dc-dc变换器的功耗。
[0042]
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的装置和方法的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0043]
除非上下文中另外明确地指出，否则在本文和所附权利要求中所使用的词语的单数形式包括复数，反之亦然。因而，当提及单数时，通常包括相应术语的复数。相似地，措辞“包含”和“包括”将解释为包含在内而不是独占性地。同样地，术语“包括”和“或”应当解释为包括在内的，除非本文中明确禁止这样的解释。在本文中使用术语“示例”之处，特别是当其位于一组术语之后时，所述“示例”仅仅是示例性的和阐述性的，且不应当被认为是独占性的或广泛性的。
[0044]
适应性的进一步的方面和范围从本文中提供的描述变得明显。应当理解，本技术的各个方面可以单独或者与一个或多个其它方面组合实施。还应当理解，本文中的描述和特定实施例旨在仅说明的目的并不旨在限制本技术的范围。
[0045]
以上对本公开的若干实施例进行了详细描述，但显然，本领域技术人员可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下对本公开的实施例进行各种修改和变型。本公开的保护范围由所附的权利要求限定。
技术特征：1.一种用于dc-dc变换器的过流保护电路，包括：限流计数电路、触发电路、以及休眠计时电路，其中，所述限流计数电路被配置为根据所述dc-dc变换器的pwm信号和限流指示信号来生成过流保护指示信号；所述触发电路被配置为根据所述过流保护指示信号和来自所述休眠计时电路的休眠期满指示信号来生成休眠触发信号；所述休眠计时电路被配置为在从所述休眠触发信号翻转为有效电平开始的预设时间段之后生成所述休眠期满指示信号。2.根据权利要求1所述的过流保护电路，其中，所述限流计数电路包括计数寄存器和计数标志寄存器；所述限流计数电路在一个pwm信号周期内检测到所述限流指示信号的有效电平的情况下，使得所述计数寄存器累加一；所述限流计数电路在所述计数寄存器的值达到预设值时置位所述计数标志寄存器，并在所述计数标志寄存器被置位的情况下，生成所述过流保护指示信号。3.根据权利要求2所述的过流保护电路，其中，所述限流计数电路在一个pwm信号周期内未检测到所述限流指示信号的所述有效电平的情况下，复位所述计数寄存器。4.根据权利要求2或3所述的过流保护电路，其中，所述限流计数电路还被配置为在所述休眠触发信号处于所述有效电平时复位所述计数寄存器和所述计数标志寄存器。5.根据权利要求1所述的过流保护电路，其中，所述触发电路在所述过流保护指示信号处于有效电平时使得所述休眠触发信号翻转为所述有效电平；所述触发电路在所述过流保护指示信号处于无效电平且所述休眠期满指示信号处于所述无效电平时使得所述休眠触发信号保持不变；所述触发电路在所述休眠期满指示信号处于所述有效电平时使得所述休眠触发信号翻转为所述无效电平。6.根据权利要求1或5所述的过流保护电路，其中，所述触发电路包括：第一或非门、第二或非门、以及反相器，其中，所述第一或非门的第一输入端被提供所述过流保护指示信号，所述第一或非门的第二输入端耦接所述第二或非门的输出端，所述第一或非门的输出端耦接所述第二或非门的第一输入端和所述反相器的输入端；所述第二或非门的第二输入端被提供所述休眠期满指示信号；所述反相器的输出端耦接所述休眠计时电路的使能端和所述限流计数电路的复位端。7.根据权利要求2所述的过流保护电路，其中，所述休眠触发信号用于通过以下方式中的任一个来重新启动所述dc-dc变换器：直接启动；软启动；以及使能启动。8.根据权利要求7所述的过流保护电路，其中，在所述dc-dc变换器的重新启动过程中，所述限流计数电路停止工作。9.根据权利要求7所述的过流保护电路，其中，在所述dc-dc变换器的重新启动过程中，所述限流计数电路正常工作。
10.一种dc-dc变换器，包括：根据权利要求1至9中任一项所述的过流保护电路。
技术总结本公开的实施例提供一种用于DC-DC变换器的过流保护电路和DC-DC变换器。该过流保护电路包括：限流计数电路、触发电路、以及休眠计时电路。其中，限流计数电路被配置为根据DC-DC变换器的PWM信号和限流指示信号来生成过流保护指示信号。触发电路被配置为根据过流保护指示信号和来自休眠计时电路的休眠期满指示信号来生成休眠触发信号。休眠计时电路被配置为在从休眠触发信号翻转为有效电平开始的预设时间段之后生成休眠期满指示信号。间段之后生成休眠期满指示信号。间段之后生成休眠期满指示信号。
技术研发人员：孙健 李精文 张宝全
受保护的技术使用者：圣邦微电子（北京）股份有限公司
技术研发日：2022.07.13
技术公布日：2022/11/1
