為電源變換器提供過電流保護的系統和方法
2023-12-11 10:53:57 3
專利名稱：為電源變換器提供過電流保護的系統和方法
技術領域：
本發明涉及集成電路。更具體地，本發明提供了用於過電流保護和過功率保護的控制系統和方法。僅僅作為示例，本發明已應用於電源變換器(power converter)。但是將認識到，本發明具有寬得多的應用範圍。
背景技術：
電源變換器被廣泛用於諸如可攜式設備之類的消費電子設備。電源變換器可以將電力從一種形式轉換為另一種形式。作為示例，電力從交流(AC)被變換為直流(DC)，從DC 變換為AC，從AC變換為AC或者從DC變換為DC。另外，電源變換器可以將電力從一種電壓電平轉換為另一電壓電平。電源變換器包括線性變換器和開關模式(switch-mode)變換器。開關模式變換器通常使用脈寬調製(PWM)或脈衝-頻率-調製機制。這些機制通常利用包括各種保護組件的開關模式控制器來實現。這些組件可以提供過電壓保護、超溫保護、過電流保護(OCP)以及過功率保護(OPP)。這些保護通常可以防止電源變換器以及相連接的電路遭受永久性損壞。例如，電源變換器包括電源開關和與電源開關串聯連接的變壓器繞組。流經電源開關和變壓器繞組的電流可以受OCP系統限制。如果OCP系統無效，則由於切換時的過高電流和電壓應力或者操作期間的熱耗散，電流可能達到即將損壞電源開關的電平。例如，在輸出短路電路或過載發生時，可能達到該電流電平。因此，在許多離線反激式變換器(Offline flyback converter)中，變壓器次級側上的整流器組件由於過高電壓和電流應力會遭受永久性損壞。因此，有效的OCP系統對於可靠開關模式變換器來說是重要的。
圖1是具有過電流保護的經簡化的傳統開關模式變換器。開關模式變換器100包括OCP比較器110、PWM控制器組件120、門驅動器130、電源開關140、電阻器150、152、154 和156以及初級繞組160。OCP比較器110、PWM控制器組件120和門驅動器130是用於PWM 控制的晶片180的各部分。例如，PWM控制器組件120生成由門驅動器130接收的PWM信號122。在又一示例中，OCP比較器110接收過電流閾值信號112(例如，Vth oc)和電流感測信號114(例如Yj 並將它們進行比較，並且將過電流控制信號116發送給PWM控制器組件120。當初級繞組的電流大於限制電平時，PWM控制器組件120關斷電源開關140並且關閉開關模式電源變換器 100。對於開關模式變換器，逐個周期(cycle-by-cycle)或逐個脈衝 (pulse-by-pulse)控制機制常常用於0CP。例如，逐周期控制方案限制最大電流，並且從而限制由開關模式變換器傳遞的最大功率。一些傳統的OCP系統使用基於線輸入電壓(line input voltage)的可調節OCP閾值，然而，對最大電流的實際限制，並且因此對最大功率的實際限制在寬的線輸入電壓範圍內不總是恆定的。其它傳統OCP系統使用如圖1所示的在晶片180外面並被插入在Vin與電阻器150之間的附加電阻器152和154。然而，電阻器152消耗大量功率，這對於滿足對低待命功率的迫切要求通常是不希望的。例如，2ΜΩ的電阻器152在264伏的輸入AC電壓時可以消耗約70mW。如圖1所示，電流限值(current limit)被表達為如下
權利要求
1.一種用於保護電源變換器的系統，該系統包括佔空比檢測組件，被配置為接收調製信號，確定與所述調製信號的第一周期相對應的第一佔空比，將所述第一佔空比與閾值佔空比相比較，並且生成佔空比比較信號；閾值生成器，被配置為接收所述佔空比比較信號並且生成與所述調製信號的第二周期相對應的閾值信號，所述第二周期在所述第一周期之後；比較器組件，被配置為接收所述閾值信號和第一信號，並且生成第一比較信號，所述第一信號與所述電源變換器的輸入電流相關聯；脈寬調製組件，被配置為接收所述第一比較信號，並且至少基於與所述第一比較信號相關聯的信息來生成用於調節所述電源變換器的所述輸入電流的調製信號； 其中所述閾值信號與所述調製信號的第二周期所對應的閾值大小相關聯； 如果所述第一佔空比被確定為小於所述閾值佔空比，則所述閾值大小在所述第二周期的開始處等於第一大小並且在所述第二周期內從所述第一大小改變為第二大小；如果所述第一佔空比被確定為大於所述閾值佔空比，則所述閾值大小在所述第二周期的開始處等於第三大小，所述第三大小大於所述第一大小。
2.如權利要求1所述的系統，其中，所述閾值佔空比被預定為等於60%。
3.如權利要求1所述的系統，其中，所述第二周期緊隨所述第一周期之後。
4.如權利要求1所述的系統，其中，如果所述第一佔空比被確定為大於所述閾值佔空比，則所述閾值大小在所述第二周期內從所述第三大小改變為所述第二大小，所述第三大小不同於所述第二大小。
5.如權利要求1所述的系統，其中，如果所述第一佔空比被確定為大於所述閾值佔空比，則所述閾值大小在整個第二周期內等於所述第三大小，所述第三大小等於所述第二大
6.如權利要求1所述的系統，其中所述電源變換器包括感應繞組；所述輸入電流流經所述感應繞組。
7.如權利要求1所述的系統，還包括第一電阻器，該第一電阻器被配置為將所述電源變換器的輸入電流轉換為第一電壓，所述第一電壓由所述第一信號表示。
8.如權利要求7所述的系統，其中，所述閾值信號表示閾值電壓。
9.如權利要求1所述的系統，還包括開關，所述開關直接地或間接地耦合到所述脈寬調製組件，並且被配置為至少基於與所述調製信號相關聯的信息來調節所述電源變換器的輸入電流。
10.如權利要求9所述的系統，其中，所述開關經由門驅動器間接地耦合到所述脈寬調製組件。
11.如權利要求10所述的系統，其中，所述脈寬調製組件包括脈寬調製比較器和邏輯控制器。
12.如權利要求11所述的系統，其中所述邏輯控制器被配置為接收至少所述第一比較信號，並且至少基於與所述第一比較信號相關聯的信息生成所述調製信號；所述門驅動器被配置為接收所述調製信號並且生成驅動信號，所述驅動信號由所述開關接收。
13.如權利要求12所述的系統，其中，如果所述第一信號的第一幅度大於所述閾值幅度，則所述驅動信號關斷所述開關。
14.如權利要求1所述的系統，其中，所述比較器組件包括一個或多個比較器。
15.一種用於保護電源變換器的方法，該方法包括 接收調製信號；確定與所述調製信號的第一周期相對應的第一佔空比； 處理與所述第一佔空比和閾值佔空比相關聯的信息；生成指示所述第一佔空比是大於所述閾值佔空比還是小於所述閾值佔空比的佔空比比較信號；接收所述佔空比比較信號；處理與所述佔空比比較信號相關聯的信息；生成與所述調製信號的第二周期相對應的閾值信號，所述第二周期在所述第一周期之後；接收所述閾值信號和第一信號，所述第一信號與電源變換器的輸入電流相關聯； 至少基於與所述閾值信號和所述第一信號相關聯的信息生成第一比較信號； 接收所述第一比較信號； 處理與所述第一比較信號相關聯的信息；至少基於與所述第一比較信號相關聯的信息來生成用於調節所述電源變換器的輸入電流的所述調製信號； 其中所述閾值信號與所述調製信號的第二周期所對應的閾值大小相關聯； 如果所述第一佔空比小於所述閾值佔空比，則所述閾值大小在所述第二周期的開始處等於第一大小並且在所述第二周期內從所述第一大小改變為第二大小；如果所述第一佔空比大於所述閾值佔空比，則所述閾值大小在所述第二周期的開始處等於第三大小，所述第三大小大於所述第一大小。
16.一種用於保護電源變換器的系統，該系統包括佔空比檢測組件，被配置為接收調製信號，確定與所述調製信號的第一周期相對應的第一佔空比，將所述第一佔空比與閾值佔空比相比較，並且生成佔空比比較信號； 閾值生成器，被配置為生成閾值信號；比較器，被配置為接收所述閾值信號和第一信號，並且生成第一比較信號，所述第一信號與電源變換器的輸入電流相關聯；佔空比限制組件，被配置為接收所述佔空比比較信號並且至少基於與所述佔空比比較信號相關聯的信息來生成佔空比限制信號；控制和調製組件，被配置為接收所述第一比較信號和所述佔空比限制信號，並且生成用於第二周期的調製信號，所述第二周期在所述第一周期之後； 其中用於所述第二周期的調製信號與第二佔空比相關聯；所述佔空比限制信號與佔空比限制值相關聯；如果所述第一佔空比小於所述閾值佔空比，則所述第二佔空比不可以超過所述佔空比限制值；如果所述第一佔空比大於所述閾值佔空比，則所述第二佔空比可以超過所述佔空比限制值。
17.如權利要求16所述的系統，其中，所述佔空比限制值大於所述閾值佔空比。
18.如權利要求17所述的系統，其中，所述閾值佔空比被預定為等於20%。
19.如權利要求18所述的系統，其中，所述佔空比限制值被預定為等於60%。
20.如權利要求16所述的系統，其中，所述第二周期緊隨所述第一周期之後。
21.如權利要求16所述的系統，其中 所述電源變換器包括感應繞組；所述輸入電流流經所述感應繞組。
22.如權利要求16所述的系統，還包括第一電阻器，該第一電阻器被配置為將所述電源變換器的輸入電流轉換為第一電壓，所述第一電壓由所述第一信號表示。
23.如權利要求22所述的系統，其中，所述閾值信號表示閾值電壓。
24.如權利要求16所述的系統，還包括開關，所述開關直接地或間接地耦合到所述脈寬調製組件，並且被配置為至少基於與所述調製信號相關聯的信息來調節所述電源變換器的輸入電流。
25.如權利要求M所述的系統，其中，所述開關經由門驅動器間接地耦合到所述控制和調製組件。
26.如權利要求25所述的系統，其中所述控制和調製組件包括控制器組件和脈寬調製組件； 所述脈寬調製組件包括脈寬調製比較器和邏輯控制器。
27.如權利要求沈所述的系統，其中所述控制器組件被配置為接收至少所述第一比較信號和所述佔空比限制信號，並且至少基於與所述第一比較信號和所述佔空比限制信號相關聯的信息生成第二信號；所述邏輯控制器被配置為接收所述第二信號並且至少基於與所述第二信號相關聯的信息生成調製信號；所述門驅動器被配置為接收所述調製信號並且生成由所述開關接收的驅動信號。
28.如權利要求27所述的系統，其中，如果所述第一信號在大小方面大於所述閾值信號，則所述驅動信號關斷所述開關。
29.一種用於保護電源變換器的方法，該方法包括 接收調製信號；確定與所述調製信號的第一周期相對應的第一佔空比； 處理與所述第一佔空比和閾值佔空比相關聯的信息；生成指示所述第一佔空比是大於所述閾值佔空比還是小於所述閾值佔空比的佔空比比較信號；接收所述佔空比比較信號；處理與所述佔空比比較信號相關聯的信息；至少基於與所述佔空比比較信號相關聯的信息生成佔空比限制信號； 生成閾值信號；接收所述閾值信號和第一信號，所述第一信號與電源變換器的輸入電流相關聯； 至少基於與所述閾值信號和所述第一信號相關聯的信息生成第一比較信號； 接收所述第一比較信號和所述佔空比限制信號； 處理與所述第一比較信號和所述佔空比限制信號相關聯的信息； 至少基於與所述第一比較信號和所述佔空比限制信號相關聯的信息來生成用於所述第二周期的調製信號，所述第二周期在所述第一周期之後； 其中用於所述第二周期的調製信號與第二佔空比相關聯； 所述佔空比限制信號與佔空比限制值相關聯；如果所述第一佔空比小於所述閾值佔空比，則所述第二佔空比不可以超過所述佔空比限制值；如果所述第一佔空比大於所述閾值佔空比，則所述第二佔空比可以超過所述佔空比限制值。
30. 一種用於保護電源變換器的系統，該系統包括佔空比檢測組件，被配置為接收調製信號，確定與所述調製信號的第一周期相對應的第一佔空比，將所述第一佔空比與第一閾值佔空比相比較，將所述第一佔空比與第二閾值佔空比相比較，並且生成第一佔空比比較信號和第二佔空比比較信號；閾值生成器，被配置為接收所述第一佔空比比較信號，並且生成與所述調製信號的第二周期相對應的閾值信號，所述第二周期在所述第一周期之後；比較器組件，被配置為接收所述閾值信號和第一信號，並且生成第一比較信號，所述第一信號與電源變換器的輸入電流相關聯；佔空比限制組件，被配置為接收所述第二佔空比比較信號，並且至少基於與所述第二佔空比比較信號相關聯的信息生成佔空比限制信號；控制和調製組件，被配置為接收所述第一比較信號和所述佔空比限制信號並且生成用於所述第二周期的調製信號； 其中所述閾值信號與所述調製信號的第二周期所對應的閾值大小相關聯； 如果所述第一佔空比被確定為小於所述第一閾值佔空比，則所述閾值大小在所述第二周期的開始處等於第一大小並且在所述第二周期內從所述第一大小改變為第二大小；如果所述第一佔空比被確定為大於所述第一閾值佔空比，則所述閾值大小在所述第二周期的開始處等於第三大小，所述第三大小大於所述第一大小； 用於所述第二周期的調製信號與第二佔空比相關聯； 所述佔空比限制信號與佔空比限制值相關聯；如果所述第一佔空比小於所述第二閾值佔空比，則所述第二佔空比不可以超過所述佔空比限制值；如果所述第一佔空比大於所述第二閾值佔空比，則所述第二佔空比可以超過所述佔空比限制值。
31. 一種用於保護電源變換器的方法，該方法包括 接收調製信號；確定與所述調製信號的第一周期相對應的第一佔空比；處理與具有第一閾值佔空比和第二閾值佔空比的所述第一佔空比相關聯的信息； 生成指示所述第一佔空比是大於所述第一閾值佔空比還是小於所述第一閾值佔空比的第一佔空比比較信號；生成指示所述第一佔空比是大於所述第二閾值佔空比還是小於所述第二閾值佔空比的第二佔空比比較信號；接收所述第一佔空比比較信號；處理與所述第一佔空比比較信號相關聯的信息；生成與所述調製信號的第二周期相對應的閾值信號，所述第二周期在所述第一周期之後；接收所述閾值信號和第一信號，所述第一信號與電源變換器的輸入電流相關聯； 至少基於與所述閾值信號和所述第一信號相關聯的信息生成第一比較信號； 接收所述第二佔空比比較信號； 處理與所述第二佔空比比較信號相關聯的信息；至少基於與所述第二佔空比比較信號相關聯的信息生成佔空比限制信號； 接收所述第一比較信號和所述佔空比限制信號； 處理與所述第一比較信號和所述佔空比限制信號相關聯的信息； 至少基於與所述第一比較信號和所述佔空比限制信號相關聯的信息生成用於所述第二周期的調製信號； 其中所述閾值信號與所述調製信號的第二周期所對應的閾值大小相關聯； 如果所述第一佔空比被確定為小於所述第一閾值佔空比，則所述閾值大小在所述第二周期的開始處等於第一大小並且在所述第二周期內從所述第一大小改變為第二大小；如果所述第一佔空比被確定為大於所述第一閾值佔空比，則所述閾值大小在所述第二周期的開始處等於第三大小，所述第三大小大於所述第一大小； 用於所述第二周期的調製信號與第二佔空比相關聯； 所述佔空比限制信號與佔空比限制值相關聯；如果所述第一佔空比小於所述第二閾值佔空比，則所述第二佔空比不可以超過所述佔空比限制值；如果所述第一佔空比大於所述第二閾值佔空比，則所述第二佔空比可以超過所述佔空比限制值。
全文摘要
本發明涉及為電源變換器提供過電流保護的系統和方法。本發明公開了用於保護電源變換器的系統和方法。該系統包括佔空比檢測組件，被配置為接收調製信號，確定與調製信號的第一周期相對應的第一佔空比，將第一佔空比與閾值佔空比相比較，並且生成佔空比比較信號。另外，該系統包括閾值生成器，被配置為接收佔空比比較信號並且生成與調製信號的第二周期相對應的閾值信號，第二周期在第一周期之後；比較器，被配置為接收閾值信號和第一信號，並且生成第一比較信號。第一信號與電源變換器的輸入電流相關聯。此外，該系統包括脈寬調製組件，被配置為接收第一比較信號，並且生成用於調節電源變換器的輸入電流的調製信號。
文檔編號H02M1/32GK102545567SQ201010587658
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月8日 優先權日2010年12月8日
發明者張允超, 方烈義, 曹亞明, 董金亞 申請人:昂寶電子(上海)有限公司