电流受限的功率变换器电路和方法技术

本发明专利技术涉及电流受限的功率变换器电路和方法。功率变换器电路调节传动系电路的输出电压并控制传动系电路中的电流。电流传感器电路测量传动系电路中的电流。迟滞比较电路将传动系电路中的电流与正电流界限和负电流界限进行比较。迟滞比较电路响应于传动系电路中的正电流达到正电流界限，而使传动系电路中的正电流以正电流限制模式减小。迟滞比较电路响应于传动系电路中的负电流达到负电流界限，而使传动系电路中的负电流以负电流限制模式减小。迟滞比较电路阻止脉宽调制控制器在正电流限制模式和负电流限制模式期间控制传动系电路。

Circuit and method of current limited power converter

The present invention relates to circuits and methods of current limited power converters. The power converter circuit regulates the output voltage of the driveline circuit and controls the current in the drive circuit. Current sensor circuit for measuring current in transmission circuit. The hysteresis comparator circuit compares the current in the driveline circuit with the positive current limit and the negative current limit. The hysteresis comparator circuit in response to the positive current in the transmission circuit reaches the positive current limit, while the positive current in the transmission circuit is reduced in the positive current limiting mode. The hysteresis comparator circuit in response to the negative current in the transmission circuit reaches the negative current limit, while the negative current in the drive circuit is reduced by negative current limiting mode. The hysteresis comparator prevents the PWM controller from controlling the drive circuit during the positive current limiting mode and the negative current limiting mode.

【技术实现步骤摘要】
电流受限的功率变换器电路和方法
本公开内容涉及电子电路，并且更具体而言，本公开内容涉及具有电流限制的功率变换器电路和方法。
技术介绍
功率变换器是将输入电压变换为输出电压的电路。功率变换器可以在耦合到负载的输出节点处生成调节后的输出电压。功率变换器以调节后的输出电压向负载提供输出电流，并且负载从功率变换器提取电流。功率变换器可以具有控制器，该控制器通过控制在功率变换器中的开关晶体管的导通时间段来管理功率变换器的操作。通常，控制器测量输出电压并且基于输出电压来修改开关晶体管的占空比。每个开关晶体管的占空比是由该晶体管的导通时间段与该晶体管的开关时间段表示的比值。
技术实现思路
根据一些实施例，功率变换器电路包括电流传感器电路和迟滞比较电路。电流传感器电路生成传动系电路(powertraincircuit)中的电流的指示。功率变换器电路调节在传动系电路的输出节点处的输出电压。功率变换器电路还控制传动系电路中的电流。迟滞比较电路将传动系电路中的电流的指示与电流界限进行比较。功率变换器电路响应于迟滞比较电路生成的、传动系电路中的电流已经达到电流界限的指示，减小传动系电路中的电流的幅值。根据一些实施例，迟滞比较电路将传动系电路中的电流与正电流界限和负电流界限进行比较。迟滞比较电路响应于传动系电路中的正电流达到正电流界限而使传动系电路中的正电流以正电流限制模式减小。迟滞比较电路响应于传动系电路中的负电流达到负电流界限而使传动系电路中的负电流以负电流限制模式减小。在考虑以下具体实施方式和附图之后，本专利技术的各种目的、特征和优点将变得显而易见。附图说明图1示出了根据实施例的具有监测正输出电流和负输出电流的电流限制电路的功率变换器电路。图2A示出了根据实施例的包括集成电流复制器(replicator)电路的电流传感器电路的示例。图2B-图2C示出了根据另一实施例的具有两个电阻器、两个晶体管和两个运算放大器的电流传感器电路的示例。图3示出了根据实施例的、图1的迟滞比较电路的示例。图4A是时序图，其示出了根据实施例的在图1的功率变换器电路进入和退出正电流限制操作模式时通过传动系电路的电流的示例。图4B是时序图，其示出了根据实施例的在图1的功率变换器电路进入和退出负电流限制操作模式时通过传动系电路的电流的示例。图5是流程图，其示出了根据实施例的可被执行以确定图1的功率变换器电路何时进入和退出正电流限制模式的操作。图6是流程图，其示出了根据实施例的可被执行以确定图1的功率变换器电路何时进入和退出负电流限制模式的操作。具体实施方式如上所述，功率变换器以使用开关(例如开关晶体管)调节的输出电压向负载提供输出电流。功率变换器还可以具有包括电感器和电容器的输出滤波器。响应于负载从功率变换器提取的电流增大，功率变换器增大提供给负载的输出电流，以将输出电压保持在基本恒定的电压。如果由负载提取的电流在短时间段内显著增大，则功率变换器可以使输出电流增大到功率变换器的最大输出电流。功率变换器可以具有最大允许正输出电流和非典型最大允许负输出电流。例如，可以选择最大正输出电流和最大负输出电流，以防止电感器饱和。功率变换器通常具有电流限制电路，如果功率变换器的传动系中的峰值正输出电流或平均正输出电流达到最大正输出电流，则电流限制电路关断主开关晶体管。然而，由于几个原因，先前已知的电流限制电路并不能总是防止功率变换器的输出电流超过其最大正输出电流。首先，先前已知的电流限制电路往往对功率变换器的输出电流达到最大正输出电流缓慢地做出响应。对输出电流达到最大正输出电流进行响应的延迟可以允许输出电流实质上超过了最大正输出电流。此外，先前已知的电流限制电路不会保持主开关晶体管关断足够长时间，以防止在重新导通主开关晶体管后不久输出电流再次达到最大正输出电流。如果负载电流保持为高，则功率变换器的输出电流可以反复达到并超过最大正输出电流。另外，先前已知的电流限制电路不测量功率变换器的传动系中的负电流。功率变换器的传动系中的负电流可以例如指的是远离负载朝向开关晶体管而不是朝向负载的流过电感器的电流。传动系中的负电流从传动系的输出节点流出。功率变换器的传动系中的负电流可以超过功率变换器的最大负输出电流，这也可以导致电感器饱和。传动系中的正电流流向传动系的输出节点并流向负载。根据本文公开的一些实施例，功率变换器电路具有电流限制电路，该电流限制电路包括电流传感器电路和迟滞比较电路。电流传感器电路连续监测功率变换器电路的在传动系中的输出电流。电流传感器电路测量功率变换器电路的正输出电流和负输出电流以生成输出电流的指示，其中该指示采用电流感测信号的形式。将电流感测信号提供给迟滞比较电路。迟滞比较电路将电流感测信号与正电流界限进行比较。如果输出电流达到正电流界限，则在正电流限制模式期间，功率变换器保持主开关晶体管关断，直到输出电流达到正电流限制模式的最小正电流。因此，迟滞比较电路在输出电流在流向传动系的输出节点时限制该输出电流的幅值。迟滞比较电路还将电流感测信号与负电流界限进行比较。如果输出电流达到负电流界限，则在负电流限制模式期间，功率变换器保持辅助开关晶体管关断，直到输出电流达到负电流限制模式的最小负电流。因此，迟滞比较电路在输出电流从传动系的输出节点流出时限制该输出电流的幅值。在电流限制模式期间，开关晶体管的导通状态由电流限制电路控制，并且电流限制电路阻止控制器使用脉宽调制来控制开关晶体管。图1示出了根据实施例的功率变换器电路100。功率变换器电路100包括传动系电路101、驱动器电路102、门电路103、控制器电路104、电流传感器电路105和迟滞比较电路106。传动系电路101包括主开关晶体管111、辅助开关晶体管112、电感器114和输出电容器116。主开关晶体管111可以是例如P沟道场效应晶体管(FET)，而辅助开关晶体管112可以是例如N沟道FET。晶体管111和112可以是例如功率金属氧化物半导体场效应晶体管(即功率MOSFET)。晶体管111和112用作开关。因此，起到开关作用的任何半导体电路都可以用作晶体管111-112。功率变换器电路100也可以被称为开关电压调节器电路或DC/DC变换器电路。在一些实施例中，开关晶体管111-112、驱动器电路102、门电路103、电流传感器电路105和迟滞比较电路106都在一个集成电路(IC)中，并且控制器电路104在单独的集成电路中。在一些实施例中，传动系电路101中的一个或多个电路，例如电感器114和电容器116，是分立部件。传动系电路101在输入端处从电功率源接收输入电压VIN，并且基于输入电压VIN生成在输出节点处的调节后的输出电压VOUT。功率变换器100将输入电压VIN变换为输出电压VOUT。图1中所示的传动系电路101采用降压(减小电压)变换器拓扑结构，其将输入电压VIN变换为小于输入电压VIN的输出电压VOUT。因此，图1中的VIN大于VOUT。尽管传动系电路101是降压变换器，但是本专利技术的实施例可以包括在其他功率变换器拓扑结构中，例如在升压(增大电压)功率变换器电路中，该升压功率变换器电路将输入电压变换为大于输入电压的输出电压。功率变换器电路100的输出电压VOUT被提供给与功率变换器电路100的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率变换器电路，包括：电流传感器电路，所述电流传感器电路生成通过传动系电路的电流的指示，其中，所述功率变换器电路控制通过所述传动系电路的电流；以及迟滞比较电路，所述迟滞比较电路将通过所述传动系电路的电流的指示与负电流界限进行比较，其中，所述功率变换器电路响应于由所述迟滞比较电路生成的、所述传动系电路中的负电流已经达到所述负电流界限的指示而使所述传动系电路中的从所述传动系电路的输出节点流出的负电流减小。

【技术特征摘要】
2016.05.13 US 15/154,4971.一种功率变换器电路，包括：电流传感器电路，所述电流传感器电路生成通过传动系电路的电流的指示，其中，所述功率变换器电路控制通过所述传动系电路的电流；以及迟滞比较电路，所述迟滞比较电路将通过所述传动系电路的电流的指示与负电流界限进行比较，其中，所述功率变换器电路响应于由所述迟滞比较电路生成的、所述传动系电路中的负电流已经达到所述负电流界限的指示而使所述传动系电路中的从所述传动系电路的输出节点流出的负电流减小。2.根据权利要求1所述的功率变换器电路，还包括：控制器电路，所述控制器电路响应于来自所述传动系电路的信号而生成脉宽调制信号，其中，所述功率变换器电路在脉宽调制模式期间响应于所述脉宽调制信号而控制通过所述传动系电路的电流；以及门电路，所述门电路响应于所述迟滞比较电路生成的、所述传动系电路中的负电流已经达到所述负电流界限的指示而阻止所述功率变换器电路使用所述脉宽调制信号来控制通过所述传动系电路的电流。3.根据权利要求1所述的功率变换器电路，其中，所述电流传感器电路连续地监测通过所述传动系电路的电流，以生成在所述传动系电路中的第一开关晶体管的导通时间期间和在所述传动系电路中的第二开关晶体管的导通时间期间通过所述传动系电路的电流的指示。4.根据权利要求1所述的功率变换器电路，其中，所述迟滞比较电路包括：第一迟滞比较器电路，所述第一迟滞比较器电路通过将第一阈值和第二阈值与电流感测信号进行比较来生成第一驱动信号，其中，所述电流传感器电路生成所述电流感测信号来作为通过所述传动系电路的电流的指示，并且其中，所述功率变换器电路在负电流限制模式期间响应于所述第一驱动信号来控制通过所述传动系电路的电流。5.根据权利要求4所述的功率变换器电路，其中，所述第一阈值表示所述传动系电路中的负电流的负电流界限，其中，所述第二阈值表示所述负电流限制模式的最小负电流，其中，所述功率变换器电路响应于所述传动系电路中的负电流达到所述负电流界限而进入所述负电流限制模式，其中，所述功率变换器电路在所述负电流限制模式期间使所述传动系电路中的开关晶体管将电感器耦合到处于输入电压的输入节点，并且其中，所述功率变换器电路响应于所述传动系电路中的负电流达到所述负电流限制模式的最小负电流而退出所述负电流限制模式。6.根据权利要求4所述的功率变换器电路，其中，所述迟滞比较电路还包括：第二迟滞比较器电路，所述第二迟滞比较器电路通过将第三阈值和第四阈值与所述电流感测信号进行比较来生成第二驱动信号，其中，所述功率变换器电路在正电流限制模式期间响应于所述第二驱动信号来控制通过所述传动系电路的电流。7.根据权利要求6所述的功率变换器电路，其中，所述第三阈值表示通过所述传动系电路的电流的正电流界限，其中，所述第四阈值表示所述正电流限制模式的最小电流，其中，所述功率变换器电路响应于通过所述传动系电路的电流达到所述正电流界限而进入所述正电流限制模式，其中，所述功率变换器电路在所述正电流限制模式期间使所述传动系电路中的开关晶体管将所述传动系电路中的电感器耦合到接地节点，并且其中，所述功率变换器电路响应于通过所述传动系电路的电流达到所述正电流限制模式的最小电流而退出所述正电流限制模式。8.根据权利要求7所述的功率变换器电路，还包括：控制器电路，所述控制器电路在脉宽调制模式期间响应于来自所述传动系电路的信号生成脉宽调制信号，以控制通过所述传动系电路的电流并调节所述输出节点处的输出电压，其中，所述迟滞比较电路还包括第一逻辑门电路，所述第一逻辑门电路对所述第一驱动信号和所述第二驱动信号执行逻辑功能以生成控制信号，其中，所述第一逻辑门电路使所述控制信号不生效，以指示通过所述传动系电路的电流已经达到所述负电流界限或所述正电流界限；以及第二逻辑门电路，所述第二逻辑门电路响应于使所述控制信号不生效，阻止所述功率变换器电路使用所述脉宽调制信号来控制通过所述传动系电路的电流。9.根据权利要求1所述的功率变换器电路，其中，所述传动系电路包括第一开关晶体管和第二开关晶体管，其中，所述功率变换器电路通过控制所述第一开关晶体管和所述第二开关晶体管的导通状态来控制通过电感器的电流，其中，所述第一开关晶体管耦合在处于输入电压的输入节点和所述电感器之间，并且其中，所述第二开关晶体管耦合在所述电感器和接地节点之间。10.一种功率变换器电路，包括：传动系电路，所述传动系电路包括第一开关晶体管，其中，所述功率变换器电路在脉宽调制模式中响应于脉宽调制信号而使所述第一开关晶体管导通和关...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·特拉瓦利尼，J·德姆斯基，T·马西斯，S·塔尔敦，J·兹比波，
申请(专利权)人：阿尔特拉公司，
类型：发明
国别省市：美国,US