用于开关式电源的控制电路制造技术

一种用于开关式电源（１１５）的控制电路（２００）对开关式电源中的过电流条件起作用，以使其工作点到达安全条件。该控制电路检测开关式电源中的负载（１０２）电流的方向和大小，然后利用该检测到的信息来控制开关式电源中的有源功率开关（１０４ａ－１０４ｄ）。在过电流条件下，即使所检测的信息被延迟或被严重滤波，或者来自控制电路的开关信号在到达开关时被延迟，也控制该开关以积极地将负载电流驱向零。该开关式电源的所得的工作更能抵抗反常的负载条件，并在存在瞬时短路或电弧时被维持。同时更好地保护了该开关式电源的硬件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于控制开关式电源的方法和系统。相关申请本申请要求2004年3月12日提交的美国临时申请第60/552,619号的优先权。
技术介绍
开关式电源可利用诸如推挽转换器、半桥转换器、脉宽调制全桥转换器或调相全桥转换器等常规的电路拓扑来实现。对于这些转换器电路的每一种，如果负载电流增长得太大，那么控制电路通过改变转换器电路中的一个或多个开关的状态以限制负载电流来响应。常规的控制电路仅检测负载电流的大小，并且如果确定该电流太大，则终止驱动脉冲的有效电流或完全关闭转换器电路。然而，对于这些常规的控制电路，由于缺少负载电压来驱动电流下降，高电流条件可能在脉冲终止后持续，从而使电路元件过热。由于等离子体点燃后的低阻抗，这通常发生在等离子体生成情况中。或者，检测负载中的过电流情况，然后改变转换器电路的开关的状态过程中的延迟可能太长。因此，在很多转换器电路中，开关的状态可能改变得太晚(即，在转换周期的之后的相反极性部分期间)。这可能减慢而不是加快负载电流的修正。具体地，负载电流可能未能归零，而是在几个转换周期中持续具有单一极性。这能中断电源转换过程或破坏转换器电路的元件。此外，所得的负载电流波形可能有多个跃迁，导致开关元件中的过度损耗。因此，本专利技术的一个目的是提供一种用于控制开关式电源的系统和方法。本专利技术的另一个目的是提供一种用于控制电源以迅速回到正常工作条件的系统和方法。专利技术概要本专利技术涉及用于开关式电源的控制电路。除检测开关式电源的负载电流的大小外，本专利技术的控制电路还检测负载电流的方向。在确定负载中发生了过电流条件时，控制电路利用所检测的信息设置电源开关的状态以驱动负载电流归零。然后，控制电路维持电源开关的状态，直到由控制电路检测的负载电流实际回到了零或安全的工作值。在那一点上，控制电路恢复用其正常的序列驱动电源的开关。与用于开关式电源的常规控制电路相比，本专利技术的控制电路具有对于检测过电流条件时的延迟和对于改变电源开关状态时的延迟的较大的容限。例如，容许超过转换周期的大部分的延迟。尽管这种延迟导致较大的瞬时电流误差，然而本专利技术的控制电路仍响应以恢复用于开关式电源的安全工作条件。较高的开关频率、较慢的检测电路及给定开关频率下较慢的开关驱动电路可结合专利技术的控制电路和它所控制的开关式电源来使用。因此，实现了较低的成本和较好的性能。本专利技术的一方面的特征在于一种用于控制开关式电源的系统。该系统包括电压源和连接到该电压源用于改变从电压源到电力负载的电流通路的多个开关。该系统还包括基于负载电流大小是否超过正和负方向的至少一个中的设定点来改变多个开关中的至少一个的状态，以改变电流通路并将电流强度驱向期望值的控制电路。在一些实施例中，维持多个开关中的至少一个的状态，直到负载电流大小满足至少一个工作标准。在一些实施例中，维持多个开关中的至少一个的状态，直到负载电流大小基本等于零。在一些实施例中，维持多个开关中的至少一个的状态，直到负载电流强度低于预定的工作值。该系统可包括用于检测负载电流的传感器。在一些实施例中，该控制电路以从由例如集成电路、处理器元件中的程序、可编程逻辑元件和一组离散的逻辑和控制元件组成的组中选择的方式来实现。在一些实施例中，电压源是DC电压源或AC电压源。在一些实施例中，开关式电源输出DC电压或AC电压。在一些实施例中，该系统具有四个开关，其中改变开关中的两个的状态以改变电流通路。在一些实施例中，多个开关以从由推挽转换器、半桥转换器和全桥转换器组成的组中选择的开关拓扑来配置。该系统还可包括相对于多个开关放置的反极性二极管以保护开关免遭负向电流。在一些实施例中，电力负载包括初级绕组和耦合到次级绕组(例如，环形等离子体)的磁芯。在一些实施例中，当没有负载电流大小超过正和负方向的至少一个中的设定点时，该开关通过脉宽调制、调相或脉冲频率调制来控制。在本专利技术的另一个方面中，一种用于控制开关式电源的系统包括提供在正和负方向之间交替的负载电流的电压源。该系统还包括基于负载电流大小是否超过正和负方向的至少一个中的设定点来改变从电压源到电力负载的电流通路，并将电流大小驱向期望值的控制电路。本专利技术的一方面涉及一种用于控制开关式电源的方法。该方法涉及确定在正向和负向之间交替的负载电流的大小和方向。该方法还涉及确定负载电流大小是否超过正和负方向的至少一个中的设定点。该方法还包括当负载电流大小超过正和负方向的至少一个中的设定点时在相反的方向上驱动负载电流。该用于控制开关式电源的方法可涉及改变开关式电源中的一个或多个开关的状态以在相反的方向上驱动负载电流。在一些实施例中，维持一个或多个开关的状态，直到负载电流大小基本等于零。在一些实施例中，维持一个或多个开关的状态，直到负载电流大小低于预定的工作值。在一些实施例中，负载电流的大小和方向中的至少一个通过电测量来确定。负载电流的大小和方向中的至少一个可被推断。负载电流的大小和方向可基于对模型、模拟或测量中的至少一个的使用来推断。在一些实施例中，该方法还涉及向电力负载供电。电力负载可包括初级绕组和耦合到次级绕组(例如，环形等离子体)的磁芯。本专利技术的另一个方面的特征在于一种用于控制包括电压源的开关式电源的系统。该系统包括用于基于负载电流大小是否超过正和负方向的至少一个中的设定点来改变从电压源到电力负载的电流通路并将电流强度驱向期望值的装置。在另一方面，本专利技术涉及一种用于开关式电源的控制电路。该开关式电源具有在正向和负向之间交替的负载电流。该控制电路检测负载电流的大小和方向，并建立负载电流超过正和负方向的至少一个中的设定极限值时的条件。当负载电流超过正和负方向的至少一个中的设定极限值时，控制电路改变开关式电源中的一个或多个开关的状态，以在相反的方向上驱动负载电流。该控制电路维持开关的已改变状态，直到检测到负载电流已经回到零或安全的工作值。本专利技术的这一方面的各种实施例包括以下特征。在一个实施例中，该开关式电源是DC-AC转换器。可任选地，为产生DC输出并由此实现DC-AC转换器，DC-AC转换器的输出可经由整流器和例如滤波器传递。在另一个实施例中，开关式电源是AC-AC转换器。开关式电源可具有推挽转换器、半桥转换器或全桥转换器的开关拓扑。在另一个实施例中，开关式电源是脉宽调制转换器。或者，开关式电源是调相转换器。在又一个实施例中，开关式电源中的开关包括反极性二极管。或者，开关针对反向电流被积极地控制。开关可以是金属氧化物半导体场效应晶体管、双极晶体管、绝缘栅双极晶体管、可控硅整流器或其它门控开关器件。在一个实施例中，控制电路直接测量负载电流的大小和/或方向。在另一个实施例中，负载电流的大小和/或方向由控制电路从模型、实时模拟或通过利用除负载电流之外的检测的参数来推断。控制电路可被实现为开关式电源的主要控制机构的一部分。或者，控制电路被实现为与开关式电源的主要控制机构分离的保护机构。控制电路可被实现为集成电路、一组离散的逻辑和控制元件、可编程逻辑元件或处理器元件中的程序。此外，控制电路可被应用于各种装置中的任意一种的控制，包括环形等离子体源和其它类型的等离子体负载。本专利技术的上述和其它目的、方面、特征和优点将从以下描述和权利要求书中变得更加明显。附图简述当结合不一定按比例的附图阅读本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制开关式电源的系统，包括：电压源；多个开关，电连接到所述电压源以改变从所述电压源到一电力负载的电流通路；以及控制电路，基于负载电流强度是否超过正和负方向的至少一个中的设定点来改变所述多个开关中的至少一个的状 态，以改变所述电流通路并将负载电流大小驱向期望值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：AR米尔纳，I贝斯特亚克，
申请(专利权)人：MKS仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]