在降压转换器中使用的具有反向电流防护的切换电路制造技术

一种在降压转换器中使用的具有反向电流防护的切换电路，包括耦合至耦合节点的功率开关，该耦合节点为该降压转换器的功率开关、电感器以及续流二极管的互连点。电感器耦合在耦合节点和降压转换器的输出之间，并且续流二极管耦合在耦合节点和降压转换器的输出返回之间。控制器被耦合以接收反馈信号来控制功率开关的切换，从而调节从降压转换器的输入到降压转换器的输出的能量传递。反向电流防护电路被耦合以检测功率开关的反向电流条件来生成抑制信号以阻止功率开关接收驱动信号，从而防止反向电流通过功率开关。

【技术实现步骤摘要】

本公开文本大体上涉及功率转换器，更具体涉及非绝缘降压转换器。
技术介绍
传统的壁式插座通常输送高电压交流(AC)功率，该高电压AC功率需要在用于对许多电子装置供电之前被转换为直流(DC)功率。由于开关式功率转换器的效率高、体积小、重量轻及安全保护特性，它们通常用于将高电压AC功率转换为经调节的DC功率。例如，开关式功率转换器通常用在照明行业的驱动电路中，以用于为各种类型的灯——如紧凑型荧光灯(CFL)、卤素灯或发光二极管(LED)灯——提供DC功率。通常通过感测来自转换器的输出的反馈信号并在闭合环路中控制功率转换器来提供开关式功率转换器的输出调节。在不同的控制方法下，反馈或控制信号可以用于对切换波形的占空比进行调制(称之为脉宽调制，PWM)、改变切换频率(称之为脉冲频率调制，PFM)或禁用由功率转换器控制器生成的切换波形的一些周期(称之为通断控制)。这些控制方法中的任一方法都会致使相对于负载和线路变化对DC输出电压或电流的控制。在消费者可以接近功率转换器的输出的应用下，绝缘转换器通常用于提供输出负载和输入功率线路之间的电流绝缘。然而，在消费者无法接近在正常运行期间的功率转换器的输出的应用下如用于LED(或CFL或卤素)灯的灯驱动器，简单的非绝缘转换器如降压转换器由于它们的器件数量较少、重量较轻以及尺寸较小而受青睐。可以从耦合至转换器的DC输出的感测电路直接或间接提取反馈信号。在具有经调节的输出电流的转换器如LED驱动器中，可以监测/感测/测量输出处的电流以向控制器提供反馈信号，从而控制切换并且控制到转换器输出的能量传递。现有技术中测量输出电流的一种典型方式是在功率转换器的输出处包括感测电阻器，使得输出电流流过感测电阻器。感测电阻器两端产生的电压与输出电流成比例。然而，感测电阻器两端的电压降通常较大，并且经常所参考的电压电平不同于功率转换器控制器的电压电平。因此，经常需要额外的电路，如光耦合器或偏置绕组，以对感测电阻器两端的电压进行电平移位从而与控制器相接合。还可以参照控制器地间接测量输出信号。例如，在非绝缘高压侧开关降压转换器中，可以参照控制器地通过感测电感器的电流、续流二极管的电流或开关的电流来间接获得输出反馈信号。降压转换器中一个已知问题在于当开关上出现负电压时由于通过降压功率开关的反向电流导致的失效风险。此情况可能会反过来影响功率转换器的运行，并最终导致失效。具体地，在控制器和功率开关位于共用晶片中或在单个集成电路IC封装件中时，反向电流可能会通过衬底，这能够导致不稳定性、控制器闭锁以及在一些情况下的功率转换器的失效。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种在降压转换器中使用的具有反向电流防护的切换电路来实现上述目的至少之一。一种在降压转换器中使用的具有反向电流防护的切换电路，包括：功率开关，所述功率开关耦合在所述降压转换器的输入和所述降压转换器的耦合节点之间，其中所述降压转换器的所述输入耦合至经整流的正弦交流电压，其中所述耦合节点为所述功率开关、电感器以及续流二极管的互连点，其中所述电感器耦合在所述耦合节点和所述降压转换器的输出之间，以及其中所述续流二极管耦合在耦合节点和所述降压转换器的输出返回之间；控制器，所述控制器被耦合以接收代表所述降压转换器的所述输出的反馈信号，其中，所述控制器被耦合以生成驱动信号，所述驱动信号被耦合以控制所述功率开关的切换，来调节从所述降压转换器的所述输入通过所述电感器到所述降压转换器的所述输出的能量传递；以及反向电流防护电路，所述反向电流防护电路被包括在所述控制器中并且被耦合以响应于所述功率开关而检测所述功率开关的反向电流条件，其中所述反向电流防护电路被耦合以响应于所述反向电流条件生成抑制信号，其中所述功率开关被耦合以响应于所述抑制信号而被禁止接收所述驱动信号，以抑制通过所述功率开关的反向电流。附图说明参考以下附图描述本专利技术的非限制性且非穷举性实施方案，其中，除非另外明确说明，在各个视图中相似的附图标记指示相似的部分。图1A、图1B、图1C及图1D为具有带不同示例的反向电流防护的高压侧切换电路的示例降压转换器的简化电路图。图2为具有高压侧切换电路的示例降压转换器的更加详细的电路图，该高压侧切换电路具有反向电流防护功能的另一个示例，其中在降压续流二极管的通路中对反馈电流进行感测。图3A及图3B为基于本公开的一个实施方案的切换电流和电压波形的示例。图4A及图4B为示出了基于本公开的教导的反向电流的可能事件的模拟波形。图5A及图5B示出了具有不同控制区阈值电平的输入电压的经整流的半线路循环。图6A及图6B示出了基于本公开的教导的实现逻辑块的一个实施例。图7为示出了半线路循环中的不同控制区的处理的流程图。贯穿附图中的多个视图，相应的附图标记指示相应的器件。本领域的技术人员将理解，附图中的元件是为了简单和清楚而示出的，并且不一定按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸可以相对于其他元件被放大，以帮助增进对本专利技术的各个实施方案的理解。此外，常常没有描绘在商业上可行的实施方案中有用或必要的普通却公知的元件，以便于较小地妨碍本公开内容的各个实施方案的理解。具体实施方式在以下的描述中，阐明了许多具体细节以提供对本专利技术的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将明了，实施本专利技术无需采用这些具体细节。在其他情况下，为了避免模糊本专利技术，没有详细描述众所周知的材料或方法。在此说明书全文中提到的“一个实施方案”、“一实施方案”、“一个实施例”或“一实施例”意指，关于该实施方案或实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在本专利技术的至少一个实施方案中。因此，在该说明书全文中多个地方出现的短语“在一个实施方案中”、“在一实施方案中”、“一个实施例”或“一实施例”未必全都指相同的实施方案或实施例。此外，所述具体特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合结合。具体特征、结构或特性可被包括在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能的其他合适的器件内。此外，将理解的是，本文提供的图是为了向本领域普通技术人员解释，并且这些图未必按比例绘制。降压转换器主要用于下述应用：如荧光灯、CFL、卤素放电灯以及LED灯，由于它们的发光效率较高、热损耗较低及其他优点，所以它们是当今流行的照明光源。特别地，LED灯由于它们的改进的色谱和有效的光生成而在室内和室外照明中变得流行起来。为了这些先进的照明光源的运行，不同类型的开关式功率转换器可以提供经良好调节的电流或电压源以驱动这些灯。可以使用的一种高效且成本节约的转换器的示例类型为降压非绝缘功率转换器。此种类型的转换器结构简单、器件数量少、尺寸小以及重量轻，使其成为这些照明应用的适合且流行的候选。在降压转换器中，控制器控制开关的切换以调节传递到转换器的输出的能量。控制器可以通常响应于代表转换器的输出电流或电压的反馈或感测信号来调节输出。如果感测到的信号不以控制器参考电平为参考，那么可能需要额外的器件来对该参考进行移位。除了对参考电平进行移位之外，直接感测具有高压侧开关的降压转换器的输出也可能导致更多的功率消耗、更多的效率降低以及更多的散热，从而通常导致对较大的散热表面的需求。在开关和控制器被集成在如图1A、图1B、图1C及图2所示的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在降压转换器中使用的具有反向电流防护的切换电路，包括：功率开关，所述功率开关耦合在所述降压转换器的输入和所述降压转换器的耦合节点之间，其中所述降压转换器的所述输入耦合至经整流的正弦交流电压，其中所述耦合节点为所述功率开关、电感器以及续流二极管的互连点，其中所述电感器耦合在所述耦合节点和所述降压转换器的输出之间，以及其中所述续流二极管耦合在耦合节点和所述降压转换器的输出返回之间；控制器，所述控制器被耦合以接收代表所述降压转换器的所述输出的反馈信号，其中，所述控制器被耦合以生成驱动信号，所述驱动信号被耦合以控制所述功率开关的切换来调节从所述降压转换器的所述输入通过所述电感器到所述降压转换器的所述输出的能量传递；以及反向电流防护电路，所述反向电流防护电路被包括在所述控制器中并且被耦合以响应于所述功率开关而检测所述功率开关的反向电流条件，其中所述反向电流防护电路被耦合以响应于所述反向电流条件生成抑制信号，其中所述功率开关被耦合以响应于所述抑制信号而被禁止接收所述驱动信号，以抑制通过所述功率开关的反向电流。

【技术特征摘要】
2015.08.04 US 14/818,1861.一种在降压转换器中使用的具有反向电流防护的切换电路，包括：功率开关，所述功率开关耦合在所述降压转换器的输入和所述降压转换器的耦合节点之间，其中所述降压转换器的所述输入耦合至经整流的正弦交流电压，其中所述耦合节点为所述功率开关、电感器以及续流二极管的互连点，其中所述电感器耦合在所述耦合节点和所述降压转换器的输出之间，以及其中所述续流二极管耦合在耦合节点和所述降压转换器的输出返回之间；控制器，所述控制器被耦合以接收代表所述降压转换器的所述输出的反馈信号，其中，所述控制器被耦合以生成驱动信号，所述驱动信号被耦合以控制所述功率开关的切换来调节从所述降压转换器的所述输入通过所述电感器到所述降压转换器的所述输出的能量传递；以及反向电流防护电路，所述反向电流防护电路被包括在所述控制器中并且被耦合以响应于所述功率开关而检测所述功率开关的反向电流条件，其中所述反向电流防护电路被耦合以响应于所述反向电流条件生成抑制信号，其中所述功率开关被耦合以响应于所述抑制信号而被禁止接收所述驱动信号，以抑制通过所述功率开关的反向电流。2.根据权利要求1所述的切换电路，其中，所述反向电流防护电路被耦合以在所述功率开关的断开状态期间响应于所述功率开关的漏电压和所述功率开关的源电压之间的差来检测所述功率开关的所述反向电流条件。3.根据权利要求1所述的切换电路，其中，所述反向电流防护电路被耦合以在所述功率开关的接通状态期间响应于通过所述功率开关的电流随时间的变化来检测所述功率开关的所述反向电流条件。4.根据权利要求1所述的切换电路，其中，所述反向电流防护电路被耦合以在所述功率开关的断开状态期间感测所述降压转换器的经整流的正弦交流输入电压和输出电压，其中，所述反向电流防护电路被耦合以响应于所述降压转换器的所述经整流的正弦交流输入电压和所述输出电压之间的比较在所述经整流的正弦交流输入电压的瞬时值接近所述降压转换器的所述输出电压时检测所述功率开关的所述反向电流条件。5.根据权利要求4所述的切换电路，其中，所述控制器被耦合以在所述经整流的正弦交流输入电压的瞬时值接近所述降压转换器的所述输出电压时将所述功率开关维持在接通状态。6.根据权利要求4所述的切换电路，其中，所述控制器被耦合以在所述经整流的正弦交流输入电压的瞬时值接近所述降压转换器的所述输出电压时将所述功率开关维持在断开状态。7.根据权利要求4所述的切换电路，其中，所述控制器被耦合以在所述经整流的正弦交流输入电压的瞬时值在所述降压转换器的输出电压之上的一个阈值内时将所述功率开关维持在接通状态，其中，所述接通状态下的所述功率开关为通过所述功率开关的反向电流提供低阻抗通路，以避免由于衬底传导而导致的控制器失效。8.根据权利要求4所述的切换电路，其中，所述控制器被耦合以在所述经整流的正弦交流输入电压的瞬时值在所述降压转换器的输出电压之上的一个阈值内时将所述功率开关维持在断开状态，以防止通过衬底的任何反向电流从而防止控制器失效。9.根据权利要求1所述的切换电路，其中，所述反馈信号被耦合以响应于通过所述续流二极管的续流电流被取回，其中，所述反馈信号被耦合以响应于耦合至所述续流二极管的...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡宗琦，蒂齐亚诺·帕斯托雷，彼得·沃恩，尤里·盖克诺基，小约瑟·雷昆顿·德·卡门，桑德里森·桑德拉拉吉，
申请(专利权)人：电力集成公司，
类型：发明
国别省市：美国;US