电力供应拓扑的钳位电压检测和过电压保护制造技术

本发明专利技术涉及电力供应拓扑的钳位电压检测和过电压保护。一种有源钳位反激控制器包括第一输入端子和第二输入端子、钳位电压检测电路以及过电压保护电路。第一输入端子适于耦接到钳位电容器的端子。第二输入端子接收与反激变压器的辅助绕组两端的电压成比例的反馈信号。钳位电压检测电路耦接到第一输入端子和第二输入端子，并且检测钳位电压为第一输入端子处的电压与输入电压之间的差值，钳位电压检测电路使用来自第二输入端子的信号计算输入电压。过电压保护电路耦接到钳位电压检测电路，用于比较钳位电压和阈值，并且如果钳位电压大于阈值，触发保护操作。

Clamp voltage detection and overvoltage protection in power supply topology

The invention relates to the clamp voltage detection and overvoltage protection in the power supply topology. An active clamp flyback controller consists of the first input terminal and the second input terminal, the clamp voltage detection circuit, and the overvoltage protection circuit. The first input terminal is adapted to the terminal of the clamp capacitor. The second input terminal receives a feedback signal that is proportional to the voltage at both ends of the auxiliary winding of the flyback transformer. The clamping voltage detection circuit is coupled to the first input terminal and the second input terminal, and the clamping voltage is detected as the difference between the voltage at the first input terminal and the input voltage. The clamp voltage detection circuit uses the signal from the second input terminal to calculate the input voltage. The overvoltage protection circuit is coupled to the clamp voltage detection circuit, which is used to compare the clamping voltage and the threshold, and if the clamping voltage is greater than the threshold, it triggers the protection operation.

【技术实现步骤摘要】
电力供应拓扑的钳位电压检测和过电压保护
本公开涉及电力变换器并且尤其涉及使用有源钳位反激拓扑的电力变换器。
技术介绍
反激(flyback)变换器经常在交流到直流(AC/DC)变换中使用。在一些反激体系结构中，与同步驱动的高侧晶体管串联的有源钳位电容器与反激变压器的初级绕组并联连接以平滑变换器的输出。作为结果的变换器称作有源钳位反激(ACF)变换器。当ACF变换器在稳定状态下操作时，它将钳位电容器两端的钳位电压(VCLAMP)维持在近似某个值，但是由于由漏电感电流而引起的充电和放电而导致在该值附近脉动。如果防止高侧晶体管开关的故障发生，那么ACF变换器继续像常规反激变换器一样操作。然而，MOSFET具有将体(body)连接到源极端子而造成的寄生体二极管。因为不存在放电路径，该体二极管使得VCLAMP增加。钳位电容器两端的电压的该积累将最终使得ACF变换器损坏或者另外出现故障。附图说明通过参考附随附图，可以更好地理解本公开，并且它的许多特征和优点变得对本领域那些技术人员而显然，其中：图1以部分框图和部分示意图的形式例示根据各种实施例的电力供应系统；图2例示示出图1的电力供应系统的几个信号的时序图集合；图3以部分框图和部分示意图的形式例示可以用来实现图1的VCLAMP检测电路和OVP电路的ACF控制器的简化电路；图4例示图1的ACF控制器的操作的流程图；以及图5以部分框图和部分示意图的形式例示可以用来实现图1和3的ACF控制器的ACF控制器。不同附图中相同标号的使用指示类似或者相同的项目。除非另外注释，单词“耦接”及其相关联的动词形式包括通过本领域中已知的手段的直接连接和间接电气连接，并且除非另外注释，直接连接的任何描述同样暗示着使用适当形式的间接电气连接的替代实施例。具体实施方式在本公开中，提供许多具体的细节，诸如电路、组件和方法的示例，以提供本专利技术的实施例的充分理解。然而，本领域普通技术人员将认识到，可以不使用具体细节的一个或多个来实践这里描述的电路。在其他实例中，没有示出或者描述众所周知的细节以避免模糊本专利技术的诸方面。图1以部分框图和部分示意图的形式例示根据各种实施例的电力供应系统100。电力供应系统100是具有ACF拓扑的离线AC/DC变换器。电力供应系统100通常包括AC电压源110、桥式整流器120、块体电容器(bulkcapacitor)130、反激变压器140、初级侧电路150(它在图1中没有指出)、次级侧电路160、偏压绕组电路170和ACF控制器180。AC电压源110具有第一端子和第二端子并且提供时变全波AC电压。例如，AC电压源110可以是110VRMS、60赫兹(Hz)AC主电源或者220VRMS、50HzAC主电源。桥式整流器120包括二极管122、124、126和128。二极管122具有连接到AC电压源110的第一端子的阳极，以及阴极。二极管124具有连接到初级接地的阳极，以及连接到二极管122的阳极的阴极。二极管126具有连接到AC电压源110的第二端子的阳极，以及连接到二极管122的阴极的阴极。二极管128具有连接到初级接地的阳极，以及连接到二极管126的阳极的阴极。块体电容器130具有连接到二极管122和126的阴极的第一端子，以及连接到初级接地的第二端子。反激变压器140是包括初级绕组141、次级绕组142和辅助绕组143的磁芯变压器。同样在图1中示出漏电感144和磁化电感145。初级绕组141具有通过漏电感144耦接到二极管122和126的阴极的第一端，通过磁化电感145耦接到第一端的第二端，并且具有标注为“Np”的线匝数量。次级绕组142具有第一端，以及连接到次级接地的第二端。辅助绕组143具有第一端，以及连接到初级接地的第二端。初级侧电路150包括低侧开关151、高侧开关152和钳位电容器153。低侧开关151作为N通道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)而实现，具有连接到初级绕组141的第二端的漏极、栅极以及连接到初级接地的源极。高侧开关152作为N通道MOSFET而实现，具有连接到标注为“A”的节点的漏极、栅极以及连接到低侧开关151的漏极和到初级绕组141的第二端的源极。钳位电容器153具有连接到二极管122和126的阴极的第一端子，以及连接到高侧开关152的漏极的第二端子。在一些实施例中，齐纳二极管(未示出)可以并联连接到钳位电容器153，其阳极连接到二极管122和126的阴极并且其阴极连接到节点“A”。与低侧开关151和高侧开关152相关联的是各自的寄生二极管154和155。这些寄生二极管称作体二极管，并且代表由各自MOSFET晶体管的体到它的源极的连接而形成的PN结。寄生二极管的每个具有连接到各自MOSFET的源极的阳极，以及连接到各自MOSFET的漏极的阴极。次级侧电路160包括二极管162和电容器164。二极管162具有连接到次级绕组142的第一端的阳极，以及用于将标注为“VOUT”的输出电压提供到负载(图1中未示出)的阴极。电容器164具有连接到二极管162的阴极的第一端子，以及连接到次级接地的第二端子。偏压绕组电路170包括二极管172、电容器174、电阻器176和电阻器178。二极管172具有连接到辅助绕组143的第一端的阳极，以及阴极。电容器174具有连接到二极管172的阴极的第一端子，以及连接到初级接地的第二端子。电阻器176具有连接到辅助绕组143的第一端的第一端子，以及第二端子。电阻器178具有连接到电阻器176的第二端子的第一端子，以及连接到初级接地的第二端子。ACF控制器180具有连接到高侧开关152的漏极和到钳位电容器153的第二端、标注为“HV”的高电压端子181，连接到高侧开关152的栅极、标注为“HG”的高侧开关栅极端子182，连接到低侧开关151的栅极、标注为“LG”的低侧开关栅极端子183，连接到二极管172的阴极和到电容器174的第一端子、标注为“VDD”的电力供应端子184，连接到电阻器176的第二端子和到电阻器178的第一端子、标注为“VS”的第二电压端子185，以及连接到初级接地、标注为“GND”的接地端子186。ACF控制器180包括两个感兴趣的电路，VCLAMP检测电路187和过电压保护(OVP)电路188。ACF控制器180也包括各种其他控制和保护端子和电路。因为这些是常规的，所以它们没有在这里详细地示出和描述。在操作中，电力供应系统100从AC电压源110接收时变输入电压并且生成输出电压VOUT以基于接收输出电压VOUT的负载的电力需求供应电流。虽然电力供应系统100使用AC/DCACF拓扑，但是应当理解，这里公开的技术可以在DC/DC有源钳位拓扑、AC/DC有源钳位正激拓扑、DC/DC有源钳位正激拓扑等中实现。这里参考电力供应系统100描述的电路系统可以整个或者部分地位于诸如例如集成电路(IC)这样的单个设备内，或者作为替代，电力供应系统100中元件的一些或者全部可以是分立组件、IC与分立组件的组合等。可以利用电力供应系统100将常规壁式电力(例如，110VRMSAC、220VRMSAC等)变换成DC电压用于移动通信和/或计算设备。ACF控制器180使用脉冲宽度调制(PWM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有源钳位反激控制器，包括：第一输入端子，适于耦接到钳位电容器的端子；第二输入端子，用于接收与反激变压器的辅助绕组两端的电压成比例的感测电压；钳位电压检测电路，耦接到所述第一输入端子和第二输入端子，用于检测作为所述第一输入端子处的电压与输入电压之间的差值的钳位电压，所述钳位电压检测电路使用来自所述第二输入端子的信号计算所述输入电压；以及过电压保护电路，耦接到所述钳位电压检测电路，用于将所述钳位电压与阈值比较，并且如果所述钳位电压大于所述阈值，选择性地触发保护操作。

【技术特征摘要】
2016.09.06 US 62/383,770;2017.08.14 US 15/676,4451.一种有源钳位反激控制器，包括：第一输入端子，适于耦接到钳位电容器的端子；第二输入端子，用于接收与反激变压器的辅助绕组两端的电压成比例的感测电压；钳位电压检测电路，耦接到所述第一输入端子和第二输入端子，用于检测作为所述第一输入端子处的电压与输入电压之间的差值的钳位电压，所述钳位电压检测电路使用来自所述第二输入端子的信号计算所述输入电压；以及过电压保护电路，耦接到所述钳位电压检测电路，用于将所述钳位电压与阈值比较，并且如果所述钳位电压大于所述阈值，选择性地触发保护操作。2.根据权利要求1所述的有源钳位反激控制器，其中所述钳位电压检测电路包括：第一峰值检测器，具有选择性地耦接到第一输入端子的输入端，用于接收启动控制信号的控制输入端，以及用于在所述启动控制信号激活期间提供峰值输入电压作为所述第一输入端子处的峰值的输出端；第二峰值检测器，具有耦接到所述第二端子的输入端，用于接收采样信号的控制输入端，以及用于在所述采样信号的激活期间提供峰值输入电流作为所述第二输入端子处的峰值电压的值的输出端；以及计算模块，耦接到所述第一峰值检测器和第二峰值检测器以及耦接到所述第二输入端子，用于通过将所述峰值输入电压乘以所述第二输入端子处的电流与所述峰值输入电流的比值来计算所述输入电压。3.根据权利要求2所述的有源钳位反激控制器，还包括：第三端子，用于将电力供应电压传导到所述有源钳位反激控制器的内部电路；以及启动旁路电路，具有耦接到所述第一输入端子的输入端，耦接到所述第三端子和耦接到有所述源钳位反激控制器的内部电路系统的第一输出端，以及用于提供所述启动控制信号的第二输出端。4.一种有源钳位反激控制器，用于电力供应系统中，所述电力供应系统具有反激变压器以及串联地耦接在所述反激变压器的初级绕组的第一端与第二端之间的钳位电容器，所述有源钳位反激控制器包括：钳位电压检测电路，耦接到所述钳位电容器，用于确定所述钳位电容器两端的钳位电压；以及过电压保护电路，用于将所述钳位电压与第一阈值比较，并且如果所述钳位电压大于所述第一阈值，触发保护操作，其中：当所述过电压保护电路处于绿色模式中时，如果所述钳位电压大于所述第一阈值，则所述过电压保护电路选择性地将所述钳位电容器放电，并且当所述有源钳位反激控制器保持处于所述绿色模式中时，所述钳位电压检测电路停止监控所述钳位电压，以及当所述过电压保护电路没有处于所述绿色模式中时，所述过电压保护电路周期性地测量所述钳位电压，并且如果所述钳位电压大于所述第一阈值，触发所述保护操作。5.根据权利要求4所述的有源钳位反激控制器，其中在所述绿色模式中，所述过电压保护电路将所述钳位电容器放电，直到所述钳位电压低于第二阈值。6.根据权利要求5所述的有源钳位反激控制器，其中：当所述过电压保护电路没有处于所述绿色模式中时，所述过电压保护电路将所述钳位电压放电，直到所述钳位电压低于第二阈值，或者预先确定的时间量已经过去；以及在所述预先确定的时间量已经过去之后，所述过电压保护电路确定所述钳位电压是否低于所述第一阈值，并且其中：如果所...

【专利技术属性】
技术研发人员：具官本，D·拉纳，
申请(专利权)人：快捷半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US