为电源变换器提供过流保护的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了为电源变换器提供过流保护的系统和方法。该系统控制器包括第一控制器端子，该第一控制器端子被配置为向开关输出驱动信号以影响流经电源变换器的初级绕组的第一电流。电源变换器还包括被耦合至初级绕组的次级绕组，并且驱动信号与一个或多个开关周期相关联。此外，系统控制器包括第二控制器端子，该第二控制器端子被配置为从感测电阻器接收感测电压。感测电压表示流经电源变换器的初级绕组的第一电流的量值。系统控制器被配置为处理与感测电压和基准电压相关联的信息，并确定电源变换器的平均输出电流是否大于电流阈值。

【技术实现步骤摘要】
为电源变换器提供过流保护的系统和方法
本专利技术的某些实施例涉及集成电路。更具体地，本专利技术的一些实施例提供了用于可靠的过流保护的控制系统和方法。仅仅通过示例的方式，本专利技术的一些实施例已经被应用于电源变换器。但应认识到，本专利技术具有更加广泛的适用范围。
技术介绍
电源变换器被广泛用于诸如便携式设备之类的消费类电子产品。电源变换器能够将电能从一种形式变换成另一种形式。作为示例，电能从交流(AC)被转换为直流(DC)、从DC转换为AC、从AC转换为AC、或从DC转换为DC。此外，电源变换器能够将电能从一个电压电平变换成另一电压电平。电源变换器包括线性变换器和开关模式变换器。开关模式变换器通常使用脉冲宽度调制(PWM)机制或脉冲频率调制机制。这些机制通常通过包括各种保护组件的开关模式(switch-mode)控制器来实现。这些组件能够提供过压保护、过温保护、过流保护(OCP)以及过功率保护(over-powerprotection，OPP)。这些保护通常能够阻止电源变换器和所连接的电路受到永久损害。例如，电源变换器包括开关和与开关串联的变压器绕组。流经开关和变压器绕组的电流可受到OCP系统的限制。如果OCP系统无效，则由于操作期间的热失控或开关时的过量电流和电压应力，电流能够达到即将对开关造成损害的电平。例如，当输出短路或过载发生时，能够达到此电流电平。因此，在很多离线反激式变换器中，由于过量电流和电流应力，在变压器次级侧上的整流组件受到永久损害。因此，对可靠的开关模式变换器来说有效的OCP系统很重要。图1是具有过流保护的简化常规开关模式变换器。开关模式变换器100包括OCP比较器110，PWM控制器组件120，栅极驱动器130，开关140，电阻器150、152、154和156，以及初级绕组160。OCP比较器110、PWM控制器组件120和栅极驱动器130是用于PWM控制的芯片180的一部分。例如，PWM控制器组件120生成PWM信号122，该PWM信号122由栅极驱动器130接收。在又一示例中，OCP比较器110接收和比较过流阈值信号112(例如，Vth_oc)和电流感测信号114(例如，VCS)，并且向PWM控制器组件120发送过流控制信号116。当初级绕组的电流大于限制电平时，PWM控制器组件120断开开关140并且关闭开关模式电源变换器100。对于开关模式变换器来说，逐周期或逐脉冲控制机制通常被用于OCP。例如，逐周期控制方案限制最大电流，从而限制了由开关模式变换器递送的最大功率。该对于最大功率的限制能够保护电源变换器免受热失控。一些常规OCP系统使用基于线输入电压可调节的OCP阈值，而对于最大电流的实际限制以及由此产生的对最大功率的实际限制在线输入电压的较宽范围内并不总是恒定的。如图1所示，其他的常规OCP系统使用附加电阻器152和154，其中电阻器152和154在芯片180外部并被插入到Vin和电阻器150之间。然而，电阻器152消耗大量的功率，对于满足低待机功率的严格要求而言这通常是不希望的。例如，在输入AC电压为264伏特的情况下，2MΩ的电阻器152能够消耗大约70mW。如图1所示，电流限制被表达如下：(等式1)其中，ILimit表示电流限制。例如，电流限制是用于触发过流保护的电流阈值。此外，Vin是节点190处的(例如，与线输入电压VAC相关联的)桥式整流器的输出电压，以及Vth_oc是OCP比较器110的输入端子112处的电压电平。Rs是电阻器150的电阻，以及Lp是初级绕组160的电感。除此以外，ton表示每个周期中开关140的接通时间。从而，初级绕组160中所存储的最大能量ε为(等式2)其中，T表示时钟周期，以及P表示最大功率。所以最大功率P能够被表达如下：(等式3)因此，通过控制电流限制ILimit能够限制功率。然而，等式3没有考虑到“输出延迟”，该“输出延迟”包括通过到开关140的电流感测路径的传播延迟。例如，传播延迟包括通过OCP比较器110、PWM控制器组件120、栅极驱动器130的传播延迟以及关断开关140的响应延迟。在“输出延迟”期间，开关140保持接通，并且通过开关140的输入电流保持增加而不管该电流已经达到OCP比较器110的阈值电平。由于“输出延迟”产生的额外电流的增加幅度ΔI与桥式整流器的输出电压Vin成正比，如下所示：(等式4)其中Tdelay表示“输出延迟”。图2是示出了额外电流增加幅度与桥式整流器的输出电压之间的常规关系的简化图。如图2所示，对应于较高Vin的实际最大电流IPEAK1大于对应于较低Vin的实际最大电流IPEAK2。因此，在宽范围的桥式整流器的输出电压上，实际最大功率不是恒定的。所以，实际最大功率被表达如下：(等式5)例如，Tdelay取决于内部延迟、栅极电荷以及与栅极驱动器130有关的电路。在另一示例中，对于预定的开关模式变换器100而言，Tdelay是恒定的，从而实际最大功率取决于桥式整流器的输出电压。为了补偿实际最大功率的变化，过流保护的阈值应该基于桥式整流器的输出电压来进行调整。图3是示出了电流阈值和桥式整流器的输出电压之间的常规关系的简化图。如图3所示，桥式整流器的输出电压Vin2低于桥式整流器的输出电压Vin1，并且Vin2的电流阈值Ith_oc_vin2大于Vin1的电流阈值Ith_oc_vin1。电流阈值随着桥式整流器的输出电压Vin的增加而降低。在电流阈值处，过流保护被触发。针对较高Vin所产生的最大电流IPEAK1与针对较低Vin所产生的最大电流IPEAK2是相同的。例如，电流阈值与桥式整流器的输出电压具有如下关系：(等式6)其中Ith_oc是电流阈值，Vin是桥式整流器的输出电压，Lp是初级绕组的电感，以及Tdelay是“输出延迟”。此外，Ith_oc(Vin1)是针对桥式整流器的输出电压Vin1而被预定的电流阈值。例如，Vin1是最小桥式整流器的输出电压。在另一示例中，流经开关和初级绕组的电流被感测。如果所感测的电流达到Ith_oc，PWM控制器组件发送信号以关断开关。在“输出延迟”之后，开关被关断。在等式6中，第二项表示阈值偏移以补偿“输出延迟”的影响。图4是示出了阈值偏移与桥式整流器的输出电压之间的常规关系的简化图。如图4所示，项是取决于“输出延迟”和初级绕组的电感的斜率。如图4所示，电流阈值随着桥式整流器的输出电压的增加而降低。至少有两种常规方法来实现根据图4作为桥式整流器的输出电压的函数的电流阈值。在一个示例中，如等式6所示，桥式整流器的输出电压被感测以生成与桥式整流器的输出电压成比例的偏移DC电压以便补偿“输出延迟”的影响。在另一示例中，基于PWM信号的最大带宽感测桥式整流器的输出电压。PWM信号被应用于与电源变换器的初级绕组串联的开关的栅极。图5是示出了PWM信号最大带宽与桥式整流器的输出电压之间的常规关系的简化图。如图5所示，最大电流相对于桥式整流器的输出电压是恒定的，并且PWM信号的最大带宽随着桥式整流器的输出电压而变化。最大电流IPEAK1等于最大电流IPEAK2。最大电流IPEAK1对应于较高的桥式整流器的输出电压和PWM信号510，并且最大电流IPEAK2对应于较低的桥式整流器的输出电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于保护电源变换器的系统控制器，所述系统控制器包括：第一控制器端子，该第一控制器端子被配置为向开关输出驱动信号以影响流经电源变换器的初级绕组的第一电流，所述电源控制器还包括被耦合至所述初级绕组的次级绕组，所述驱动信号与一个或多个开关周期相关联；以及第二控制器端子，该第二控制器端子被配置为从感测电阻器接收感测电压，所述感测电压表示流经所述电源变换器的所述初级绕组的所述第一电流的量值；其中所述系统控制器被配置为：处理与所述感测电压和基准电压相关联的信息；确定所述电源变换器的平均输出电流是否大于电流阈值，所述电源变换器的所述平均输出电流与流经所述次级绕组的第二电流有关；并且响应于所述平均输出电流大于阈值电流，生成所述驱动信号以使得所述开关断开并且保持断开以保护所述电源变换器；其中所述电流阈值等于第一比值乘以第二比值，所述第一比值等于所述初级绕组的第一匝数除以所述次级绕组的第二匝数，所述第二比值等于所述基准电压除以所述感测电阻器的电阻。

【技术特征摘要】
1.一种用于保护电源变换器的系统控制器，所述系统控制器包括：第一控制器端子，该第一控制器端子被配置为向开关输出驱动信号以影响流经电源变换器的初级绕组的第一电流，所述电源变换器还包括被耦合至所述初级绕组的次级绕组，所述驱动信号与一个或多个开关周期相关联；以及第二控制器端子，该第二控制器端子被配置为从感测电阻器接收感测电压，所述感测电压表示流经所述电源变换器的所述初级绕组的所述第一电流的量值；其中所述系统控制器被配置为：处理与所述感测电压和基准电压相关联的信息；确定所述电源变换器的平均输出电流是否大于电流阈值，所述电源变换器的所述平均输出电流与流经所述次级绕组的第二电流有关；并且响应于所述平均输出电流大于所述电流阈值，生成所述驱动信号以使得所述开关断开并且保持断开以保护所述电源变换器；其中所述电流阈值等于第一比值乘以第二比值，所述第一比值等于所述初级绕组的第一匝数除以所述次级绕组的第二匝数，所述第二比值等于所述基准电压除以所述感测电阻器的电阻。2.根据权利要求1所述的系统控制器，还被配置为：响应于所述平均输出电流大于所述电流阈值，在不经过任何调制的情况下生成所述驱动信号以使得所述开关断开。3.根据权利要求1所述的系统控制器，还被配置为：响应于所述平均输出电流大于所述电流阈值，生成所述驱动信号以使得所述开关在持续时间大于所述一个或多个开关周期中的一个开关周期的时段内保持断开。4.一种用于保护电源变换器的系统控制器，所述系统控制器包括：调制和驱动组件，该调制和驱动组件被配置为生成驱动信号并向开关输出所述驱动信号以影响流经电源变换器的初级绕组的第一电流，所述电源变换器还包括被耦合至所述初级绕组的次级绕组，所述驱动信号与一个或多个开关周期相关联；过流保护组件，该过流保护组件被配置为从所述调制和驱动组件接收所述驱动信号，从感测电阻器接收感测电压，接收退磁信号，并且至少部分基于所述驱动信号、所述感测电压和所述退磁信号来生成保护信号，所述感测电压表示流经所述电源变换器的所述初级绕组的所述第一电流的量值，所述退磁信号与一个或多个退磁时段相关联；其中：所述过流保护组件还被配置为至少部分基于所述驱动信号、所述感测电压和所述退磁信号确定所述电源变换器的平均输出电流是否大于电流阈值，并且响应于所述电源变换器的所述平均输出电流被确定为大于所述电流阈值，将所述保护信号从第一逻辑电平改变为第二逻辑电平；并且所述调制和驱动组件还被配置为接收所述保护信号，并响应于所述保护信号处于所述第二逻辑电平，生成所述驱动信号以使得所述开关断开并保持断开以保护所述电源变换器；其中所述电源变换器的所述平均输出电流与流经所述次级绕组的第二电流有关。5.根据权利要求4所述的系统控制器，其中所述电流阈值等于第一比值乘以第二比值，所述第一比值等于所述初级绕组的第一匝数除以所述次级绕组的第二匝数，所述第二比值等于基准电压除以所述感测电阻器的电阻。6.根据权利要求4所述的系统控制器，其中所述调制和驱动组件还被配置为：响应于所述保护信号处于所述第二逻辑电平，在不经过任何调制的情况下生成所述驱动信号以使得所述开关断开。7.根据权利要求4所述的系统控制器，其中所述调制和驱动组件还被配置为：响应于所述保护信号处于所述第二逻辑电平，生成所述驱动信号以使得所述开关在持续时间大于所述一个或多个开关周期中的一个开关周期的时段内保持断开。8.根据权利要求4所述的系统控制器，其中所述过流保护组件包括：采样保持组件，该采样保持组件被配置为接收所述驱动信号和所述感测电压，并至少部分基于所述驱动信号和所述感测电压生成第一信号；集成组件，该集成组件被配置为接收所述第一信号和所述退磁信号，并至少部分基于所述第一信号、所述退磁信号和基准电压生成第二信号；比较器，该比较器被配置为接收所述第二信号和阈值信号，并至少部分基于所述第二信号和所述阈值信号生成比较信号；以及计时器组件，该计时器组件被配置为接收所述比较信号并至少部分基于所述比较信号生成所述保护信号。9.一种用于电源变换器的系统控制器，所述系统控制器包括：第一控制器端子，该第一控制器端子被配置为向开关提供驱动信号以影响流经电源变换器的初级绕组的第一电流，所述驱动信号与一个或多个开关周期相关联；以及第二控制器端子，该第二控制器端子被配置为在所述一个或多个开关周期期间接收一个或多个输入信号；其中所述系统控制器被配置为：处理与所述一个或多个输入信号相关联的信息；至少部分基于所述一个或多个输入信号确定与所述电源变换器相关联的温度是否大于预定温度阈值；响应于与所述电源变换器相关联的所述温度大于所述预定温度阈值，生成所述驱动信号以使得所述开关断开并且保持断开以保护所述电源变换器；其中所述系统控制器还被配置为：处理与所述一个或多个输入信号相关联的信息；至少部分基于所述一个或多个输入信号确定与所述电源变换器的次级绕组相关联的输出电压是否大于预定电压阈值；并且响应于与所述电源变换器的所述次级绕组相关联的所述输出电压大于所述预定电压阈值，生成所述驱动信号以使得所述开关断开并且保持断开以保护所述电源变换器；其中所述系统控制器还被配置为：处理与所述一个或多个输入信号相关联的信息；至少部分基于所述一个或多个输入信号生成退磁信号；其中，对于所述一个或多个开关周期中的每个开关周期，所述退磁信号表示与退磁过程有关的退磁时段；并且所述退磁信号在所述退磁时段期间处于第一逻辑电平并且在所述退磁时段之外处于第二逻辑电平。10.根据权利要求9所述的系统控制器，所述系统控制器还被配置为：处理与所述一个或多个输入信号和所述驱动信号相关联的信息；并且至少部分基于所述一个或多个输入信号和所述驱动信号生成所述退磁信号。11.根据权利要求9所述的系统控制器，其中：所述第一逻辑电平是逻辑高电平；并且所述第二逻辑电平是逻辑低电平。12.根据权利要求9所述的系统控制器，还被配置为：响应于与所述电源变换器相关联的所述温度大于所述预定温度阈值，在不经过任何调制的情况下生成所述驱动信号以使得所述开关断开。13.根据权利要求9所述的系统控制器，还被配置为：响应于与所述电源变换器相关联的所述温度大于所述预定温度阈值，生成所述驱动信号以使得所述开关在持续时间大于所述一个或多个开关周期中的一个开关周期的第一时段内保持断开。14.根据权利要求9所述的系统控制器，还被配置为：响应于与所述电源变换器的所述次级绕组相关联的所述输出电压大于所述预定电压阈值，在不经过任何调制的情况下生成所述驱动信号以使得所述开关断开。15.根据权利要求9所述的系统控制器，还被配置为：响应于与所述电源变换器的所述次级绕组相关联的所述输出电压大于所述预定电压阈值，生成所述驱动信号以使得所述开关在持续时间大于所述一个或多个开关周期中的一个开关周期的第一时段内保持断开。16.根据权利要求9所述的系统控制器，还包括退磁检测组件，该退磁检测组件被配置为：处理与所述一个或多个输入信号相关联的信息；至少部分基于所述一个或多个输入信号生成所述退磁信号。17.根据权利要求16所述的系统控制器，其中所述退磁检测组件包括：信号微分组件，该信号微分组件被配置为接收所述一个或多个输入信号并生成第一输出信号；比较器组件，该比较器组件被配置为接收所述第一输出信号和基准信号，并至少部分基于所述第一输出信号和所述基准信号生成比较信号；以及信号处理组件，该信号处理组件被配置为接收所述比较信号并至少部分基于所述比较信号生成所述退磁信号。18.根据权利要求17所述的系统控制器，其中所述信号处理组件还被配置为接收所述驱动信号并至少部分基于所述比较信号和所述驱动信号生成所述退磁信号。19.根据权利要求16所述的系统控制器，其中所述退磁检测组件包括：比较器，该比较器被配置为接收第一处理后的信号和第二处理后的信号，并至少部分基于所述第一处理后的信号和所述第二处理后的信号生成第一输出信号，所述第一处理后的信号和所述第二处理后的信号二者均与所述一个或多个输入信号有关；以及信号处理组件，该信号处理组件被配置为接收所述第一输出信号并至少部分基于所述第一输出信号生成所述退磁信号。20.根据权利要求19所述的系统控制器，其中所述信号处理组件还被配置为接收所述驱动信号并至少部分基于所述第一输出信号和所述驱动信号生成所述退磁信号。21.一种用于电源变换器的系统控制器，所述系统控制器包括：调制组件，该调制组件被配置为生成调制信号，所述调制信号与一个或多个开关周期相关联；驱动组件，该驱动组件被配置为接收所述调制信号，并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨东泽，黄晓敏，康晓智，林元，吕华伟，方烈义，
申请(专利权)人：昂宝电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31