通过对请求脉冲计数的功率转换器故障检测制造技术

用于功率转换器的控制器包括比较器，该比较器接收表示功率转换器的输出电压的输出信号。所述比较器响应于所述输出信号和参考信号的比较而产生恒压信号。开关请求电路接收所述恒压信号和故障信号。所述开关请求电路响应于所述恒压信号和所述故障信号产生请求信号，以控制所述功率转换器的功率开关的切换，以控制从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的输出的能量传递。功率限制故障电路接收所述请求信号。所述功率限制故障电路响应于连续请求脉冲的速率大于阈值而产生所述故障信号以指示所述功率转换器中的故障存在。

【技术实现步骤摘要】
通过对请求脉冲计数的功率转换器故障检测
本专利技术总体涉及功率转换器，并且更具体地，涉及检测功率限制故障的控制器。
技术介绍
电子设备(诸如手机、平板电脑、膝上型计算机等)使用电力来运作。开关模式功率转换器由于其高效率、小尺寸和低重量被广泛用于为当今许多电子设备供电。常规的壁式插座提供高压交流电。在开关式功率转换器中，高压交流(ac)输入通过能量传递元件被转换以向负载提供经良好调节的直流(dc)输出。在操作中，开关被接通和关断以通过改变占空比(通常是开关的导通时间与总开关周期的比率)、改变开关频率或改变开关模式功率转换器中开关的每单位时间的导通/断开脉冲的数量来提供所需的输出。功率转换器控制器可以具有端子和相关联的电路，以监视各功率转换器参数，例如输入电压、输入电流、输出电压、输出电流等。功率转换器控制器可以响应各参数以便提供经调节的输出。附图说明参考以下附图描述本专利技术的非限制性和非穷举性实施方案，其中除非另有说明，否则在所有各个视图中相同的附图标记指代相同的部分。图1示出了根据本专利技术的教导的具有可以检测故障的控制器的功率转换器的一个示例。图2示出了根据本专利技术的教导的具有可以针对多个输出检测故障的控制器的功率转换器的次级侧的一个示例。图3示出了根据本专利技术的教导的功率限制故障电路的一个示例。图4示出了根据本专利技术的教导的用于使用控制器检测短路故障的功率转换器中的信号的示例时序图。图5示出了根据本专利技术的教导的用于使用控制器检测过载故障的功率转换器中的信号的示例时序图。在附图的所有若干视图中，相应的附图标记表示相应的部件。技术人员将理解，附图中的元件是为了简化和清楚而示出的，并且不一定按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以帮助改进对本专利技术的各实施方案的理解。此外，通常未描绘在商业上可行的实施方案中有用或必要的常见但易于理解的元件，以便于较少地阻碍对本专利技术的这些各实施方案的察看。具体实施方式本文描述了可以检测故障的功率转换器的示例。在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本专利技术的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员来说明显的是，不需要采用具体细节来实施本专利技术。在其他情况下，没有详细描述公知的材料或方法，以避免模糊本专利技术。贯穿本说明书提及“一个实施方案(oneembodiment)”、“一实施方案(anembodiment)”、“一个实施例(oneexample)”或“一实施例(anexample)”意味着，结合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，在整个说明书中各个地方出现措辞“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”不一定全都指代相同的实施方案或实施例。此外，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/或子组合进行组合。具体特征、结构或特性可以被包括在集成电路、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部件中。此外，应理解，随本文提供的图用于向本领域普通技术人员解释的目的，并且附图不一定按比例绘制。用于功率转换器的控制器可以使用电流感测电阻器来确定过载和短路故障状况。对于具有多个输出的功率转换器，用于确定此类故障的电流感测电阻器的数量增加。如将要描述的，根据本专利技术的教导，控制器可以检测指示过载故障状况和短路故障状况的功率限制故障，而不需要电流感测电阻器。为了说明，图1示出了根据本专利技术的教导的功率转换器的一个示例，该功率转换器具有可以检测功率转换器中存在故障的控制器。如所描绘的示例中所示，功率转换器100包括被耦合以在输入电容器CIN104上接收输入电压102的输入，该输入电容器CIN104耦合到输入返回(return，回线)117。能量传递元件110耦合在功率转换器100的输入和功率转换器100的输出之间，功率转换器100的输出耦合到负载118，该负载118耦合到输出返回136。在该示例中，功率转换器100的输出处的输出返回136与功率转换器的输入处的输入返回117电流隔离。因此，在功率转换器100的输入和功率转换器100的输出之间没有dc电流。能量传递元件110包括初级绕组108(其也可以被称为输入绕组)以及次级绕组112(其也可以称为输出绕组)。箝位电路106耦合在初级绕组108两端，输出电容器C1114耦合到功率转换器100的输出，以在负载118上提供输出电压VO115。此外，输出电流IO116也在功率转换器100的输出处提供给负载118。在图1所示的示例中，功率开关121耦合到初级绕组108和功率转换器100的输入处的输入返回117。功率开关121被耦合以接收由初级控制器124产生的驱动信号UD132以控制功率开关121的切换，以控制通过能量传递元件110从功率转换器100的输入到功率转换器100的输出的能量传递。初级控制器124被包括在功率转换器控制器122中，该功率转换器控制器122还包括次级控制器123，该次级控制器123产生被耦合以由初级控制器124通过通信链路125接收的请求信号UREQ134。在该示例中，通信链路125维持功率转换器100的输入与功率转换器100的输出之间的电流隔离。如图1的示例中所示，次级控制器123包括比较器129，该比较器129被耦合以接收表示功率转换器100的输出的输出电压VO115的输出信号。比较器129被耦合以响应于表示输出电压VO115的输出信号和参考信号VREF130的比较而产生第一恒压信号UCV1131。在另一示例中，比较器129可以是误差放大器，该误差放大器基于输出电压VO115和参考信号VREF130的电压之间的差而产生误差信号。在该示例中，误差信号可以由开关请求电路126接收，以确定功率开关121的适当开关频率或占空比。开关请求电路126被耦合以接收第一恒压信号UCV1131和故障信号UFAULT128。开关请求电路126被耦合以响应于第一恒压信号UCV1131和故障信号UFAULT128而产生请求信号UREQ134，以控制功率转换器100的功率开关121的切换，以控制从功率转换器100的输入到功率转换器100的输出的能量传递。在一个示例中，开关请求电路126还被耦合以产生次级驱动信号119，以控制耦合到次级绕组112和输出返回136的次级开关120的切换。如所描绘的示例中所示，次级控制器123包括功率限制故障电路127，该功率限制故障电路127被耦合以接收请求信号UREQ134，以响应于请求信号UREQ134中的连续请求脉冲的速率大于阈值而产生指示功率转换器100中存在故障的故障信号UFAULT128。例如，在一个示例中，连续请求脉冲请求信号UREQ134的速率用于指示功率转换器中存在过载故障。在一个示例中，功率限制故障电路127还被耦合以接收第一恒压信号UCV1131，以响应于请求信号UREQ134和第一恒压而产生指示功率转换器100中存在故障的故障信号UFAULT128。在该示例中，功率限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于功率转换器的控制器，包括：/n第一比较器，其被耦合以接收表示所述功率转换器的第一输出的第一输出电压的第一输出信号，其中所述第一比较器被耦合以响应于所述第一输出信号和第一参考信号的比较而产生第一恒压信号；/n开关请求电路，其被耦合以接收所述第一恒压信号和第一故障信号，其中所述开关请求电路被耦合以响应于所述第一恒压信号和所述第一故障信号而产生请求信号以控制所述功率转换器的功率开关的切换，以控制从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的第一输出的能量传递；以及/n第一功率限制故障电路，其被耦合以接收所述请求信号，其中所述第一功率限制故障电路被耦合以响应于连续请求脉冲的速率大于阈值而产生所述第一故障信号以指示所述功率转换器中的故障存在。/n

【技术特征摘要】
20180521 US 15/985,4881.一种用于功率转换器的控制器，包括：
第一比较器，其被耦合以接收表示所述功率转换器的第一输出的第一输出电压的第一输出信号，其中所述第一比较器被耦合以响应于所述第一输出信号和第一参考信号的比较而产生第一恒压信号；
开关请求电路，其被耦合以接收所述第一恒压信号和第一故障信号，其中所述开关请求电路被耦合以响应于所述第一恒压信号和所述第一故障信号而产生请求信号以控制所述功率转换器的功率开关的切换，以控制从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的第一输出的能量传递；以及
第一功率限制故障电路，其被耦合以接收所述请求信号，其中所述第一功率限制故障电路被耦合以响应于连续请求脉冲的速率大于阈值而产生所述第一故障信号以指示所述功率转换器中的故障存在。


2.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述功率转换器中的故障存在是响应于指示所述功率转换器中的过载故障的连续请求脉冲的速率。


3.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述第一功率限制故障电路还被耦合以接收所述第一恒压信号，其中所述第一功率限制故障电路还被耦合以响应于在所述第一恒压信号的脉冲之间接收到第一阈值数量的连续请求脉冲而产生所述第一故障信号以指示所述功率转换器中的故障存在。


4.根据权利要求3所述的控制器，其中，响应于在所述第一恒压信号的脉冲之间接收到所述第一阈值数量的连续请求脉冲的所述功率转换器中的故障存在是所述功率转换器中的过载或短路。


5.根据权利要求3所述的控制器，其中，所述开关请求电路还被耦合以产生同步驱动信号，以控制耦合到所述功率转换器的第一输出的同步整流器的切换。


6.根据权利要求5所述的控制器，其中，所述开关请求电路还被耦合以产生第一次级驱动信号，以控制耦合到所述功率转换器的第一输出的第一次级开关的切换。


7.根据权利要求5所述的控制器，其中，所述开关请求电路还被耦合以产生第一选择信号，以向所述第一功率限制故障电路指示从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的第一输出的能量传递，其中所述第一功率限制故障电路还被耦合以接收所述第一选择信号，其中所述第一功率限制故障电路还被耦合以响应于所述第一选择信号和所述请求信号而产生所述第一故障信号以指示所述功率转换器中的故障存在。


8.根据权利要求7所述的控制器，还包括：
第二比较器，其被耦合以接收表示所述功率转换器的第二输出的第二输出电压的第二输出信号，其中所述第二比较器被耦合以响应于所述第二输出信号和第二参考信号的比较而产生第二恒压信号，
其中所述开关请求电路还被耦合以接收所述第二恒压信号和第二故障信号，其中所述开关请求电路还被耦合以响应于所述第二恒压信号和所述第二故障信号而产生所述请求信号以控制所述功率转换器的所述功率开关的切换，以控制从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的第二输出的能量传递，其中所述开关请求电路还被耦合以产生第二次级驱动信号以控制耦合到所述功率转换器的第二输出的第二次级开关的切换，其中所述开关请求电路还被耦合以产生第二选择信号，以向所述第二功率限制故障电路指示从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的第二输出的能量传递；以及
第二功率限制故障电路，其被耦合以接收所述请求信号和所述第二选择信号，其中所述第二功率限制故障电路被耦合以响应于所述第二选择信号和在所述请求信号中出现的连续请求脉冲的速率而产生所述第二故障信号以指示所述功率转换器中的故障存在。


9.根据权利要求8所述的控制器，其中，所述第二功率限制故障电路还被耦合以接收所述第二恒压信号，其中所述第二功率限制故障电路被耦合以响应于所述第二选择信号和在所述第二恒压信号的脉冲之间接收到第二阈值数量的连续请求脉冲而产生所述第二故障信号以指示所述功率转换器中的故障存在。


10.根据权利要求3所述的控制器，其中所述功率限制故障电路包括：
短路检测电路，包括：
第一计数器，其被耦合以响应于所述第一恒压信号而被复位，其中所述第一计数器还被耦合以响应于所述请求信号而使第一计数器输出递增；以及
第一阈值检测电路，其被耦合以从所述第一计数器接收所述第一计数器输出，其中所述第一阈值检测电路被耦合以响应于在所述第一恒压信号的脉冲之间接收到所述第一阈值数量的连续请求脉冲而输出第一阈值检测信号；
过载检测电路，包括：
第二计数器，其被耦合以响应于所述请求信号而使第二计数器输出递增，其中所述第二计数器还被耦合以响应于所述第二计数器输出和衰减信号而使所述第二计数器输入递减；以及
第二阈值检测电路，其被耦合以从所述第二计数器接收所述第二计数器输出，其中所述第二阈值检测电路被耦合以响应于在所述请求信号中出现的连续请求脉冲的增加的速率超过第二阈值而输出第二阈值检测信号；以及
第一逻辑门，其被耦合以响应于所述第一阈值检测信号或所述第二阈值检测信号而产生所述第一故障信号。


11.根据权利要求10所述的控制器，其中，所述功率限制故障电路还包括：第二逻辑门，其被耦合以接收所述请求信号和第一选择信号，其中所述第一计数器还被耦合以响应于所述第一选择信号和所述请求信号而使所述第一计数器输出递增，并且其中所述第二计数器还被耦合以响应于所述第一选择信号和所述请求信号而使所述第二计数器输出递增。


12.根据权利要求10所述的控制器，其中，所述过载检测电路还包括：
第三逻辑门，其被耦合以接收所述第二计数器输出；以及
第四逻辑门，其被耦合以接收所述第三逻辑门的输出和所述衰减信号，其中所述第二计数器还被耦合以响应于所述第四逻辑门的输出和所述衰减信号而使所述第二计数器输入递减。


13.根据权利要求10所述的控制器，其中，所述过载检测电路还包括衰减电路，所述衰减电路被耦合以产生具有固定衰减频率的所述衰减信号。


14.一种功率转换器，包括：
能量传递元件，其耦合在所述功率转换器的输入和所述功率转换器的第一输出之间；
功率开关，其耦合到所述能量传递元件的初级绕组和所述功率转换器的输入；以及
控制器，包括：
第一比较器，其被耦合以接收表示所述功率转换器的第一输出的第一输出电压的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·摩尔，A·J·J·沃纳，
申请(专利权)人：电力集成公司，
类型：发明
国别省市：美国;US