一种开关式电源，包括：开关器件(110)，开关式电源可操作以通过开关开关器件把输入电压(Vin)转换成输出电压(Vout)；反馈电路(140)，可操作以基于开关式电源的输出电压和输出电流的至少一个来产生反馈信号；限流电路(160、170')，可操作以确定开关式电源中的电流并且在该电流超过电流阈值时产生过量电流控制信号；以及控制器(150)。控制器布置成接收反馈信号和过量电流控制信号，并且可操作以控制开关器件(110):当由限流电路确定的电流低于电流阈值时在第一操作模式中，以基于反馈信号来调节输出电压和输出电流的一个；并且当由限流电路确定的电流超过电流阈值时在第二操作模式中，以基于过量电流控制信号来减小开关式电源中的电流。电源还包括过载检测器(180)，过载检测器布置成接收反馈信号并且可操作以：确定反馈信号是否在预定范围之外；如果反馈信号在预定范围之外，那么确定开关式电源是在过载状态中；并且在过载状态被确定时，执行控制以使开关式电源置于非操作状态中。
Overload detection in switching mode power supply
A switch mode power supply includes a switching device (110), switching power supply is operable to switch the input voltage through the switching device (Vin) into an output voltage (Vout); feedback circuit (140), operation based on the output voltage and output current of the switching power supply to generate at least one feedback signal; current limiting circuit (160, 170'), is operable to determine the current in the switching power supply and excessive current control signals generated in the current exceeds the current threshold; and a controller (150). The controller is arranged to receive the feedback signal and the excess current control signal, and is operable to control the switching device (110): when the current is determined by the current limiting circuit is below the current threshold in the first mode of operation, based on a feedback signal to adjust the output voltage and output current; and when the current is determined by the current limiting circuit exceeds the current threshold in the second mode of operation, with excessive current based on the control signal to reduce the current in the switching power supply. The power supply also includes overload detector (180), overload detector is arranged to receive the feedback signal and is operable to determine whether the feedback signal in a predetermined range; if the feedback signal in a predetermined range, then determine the switching power supply is in overload state; and is confirmed in the overload state, execution control to make the switch mode power supply in the non operating state.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及开关式(switched mode)电源(有时被称为switch mode电源或switching mode电源)的领域,并且更具体而言涉及开关式电源中的过载(overload)检测。
技术介绍
开关式电源(SMPS)是众所周知类型的功率转换器，SMPS由于其重量和尺寸小以及典型地其效率也高而具有多种范围的应用。例如，开关式电源经常用于个人计算机和便携式电子设备(比如手机)。SMPS通过以高频(通常几十到几百kHz)开关诸如功率MOSFET的开关器件来实现这些优点，开关的频率或占空比通过使用反馈信号来调整以把输入电压转换成期望的输出电压。SMPS可采用整流器(AC/DC转换器)、DC/DC转换器、变频器(AC/AC)或反相器(DC/AC)的形式。图1是示出把输入DC电压Vin转换成期望的DC输出电压Vout的典型DC/DC转换器的某些主要部件的框图。电源100的初级端包括采用功率晶体管110形式的开关器件，功率晶体管110的开关从输入电压Vjn产生AC电压。晶体管110的AC输出驱动电源的变压器120的初级绕组，使变压器的次级绕组中感应AC电流。在变压器的次级绕组两端因此产生的AC电压由滤波器130滤波，滤波器130在低通滤波器配置(没有示出)中典型地包括耦合到电容器的电感器。电源100还包括采用电压调节器140形式的反馈电路，电压调节器140布置成监视电源的输出电压Vout’并且基于Vout和基准电压来产生反馈信号。反馈信号能被视为指示电源的输出电压(V0J与目标电压或设定点(VrJ之间差别的误差信号。特别地，在本示例中电压调节器140是积分上升(Wind-up)型，使得反馈信号随着由电压调节器累积的(长期的)积分的电压误差的增加而增加。尽管在反馈信号中信息可通过频率调制或相位调制载波被编码，但对信息优选的是其在反馈信号中仅仅通过DC电压的幅度被编码。例如，电压调节器能提供为PID、PI或1-控制器的形式。反馈信号经隔离屏障(barrier) 145(例如，光耦合器)从电压调节器140传递到电源的开关控制器，开关控制器以脉冲宽度调制器(PWM) 150形式提供。如图1所示出的，初级端上的PWM 150配置成产生并且施加适当频率(例如，100 kHz)的电压脉冲155到功率晶体管110的栅极。此外，PWM 150布置成通过基于接收的反馈信号来调整脉冲的占空比D (由D= T0N/TS定义，其中Ton是脉冲的持续时间，而Ts是开关周期)，改变输出电压Vout。备选地，频率调制控制器(没有示出)能替代PWM控制器150被使用，频率调制控制器调制在其上产生固定持续时间的脉冲的频率。电源100还包括输出电流监视器160，输出电流监视器160布置成测量电源的输入电流并且把其电流测量的结果传递到电源的模块管理控制器(MMC) 170，MMC 170也提供在电源的初级端上。MMC 170还优选地配置成接收与电源的操作有关的其它参数，比如涉及PWM 150中占空比设置的信息、变压器120中的温度(和/或电源中的另一个热点的温度)、故障监视和诊断的系统状态信息等。这些参数可由MMC 170使用，例如用以实现安全措施，比如确保诸如部件温度的临界参数不超过预定阈值的保护性切断。MMC 170可把某些接收的信息转发到更高级别的系统，所述系统可不位于转换器100在其上形成的板(board)上。在本示例中，MMC 170用来配置、监视和控制转换器100的操作参数和设置。例如，MMC 170可配置成控制由电源执行的启动规程，期间，转换器逐渐地从非操作状态(其中，电源从其输入不传递功率到其输出)转变到操作在第一或第二操作模式中。现在将描述这些模式。在转换器的操作期间，电流监视器160产生指示输入电流级别的信号，并且通过滤波所监视的信号来对其进行处理。接着把滤波的信号传递到MMC 170。备选地，可在MMC本身中执行前述的信号处理。不论是哪种情形，MMC 170接着确定接收的信号是否指示电源的输入电流已经超过阈值。在正常操作期间，如果电源的输入电流低于阈值并且因此在安全操作范围之内(使得电源在不承受损害的情况下能延长时间段操作)，那么包括电压调节器140和PWM150的反馈控制循环通过对晶体管开关的占空比做小的修正来保持输出电压匕^在预定级别(例如，转换器供电的CPU的CPU核心电压)。在操作的所述第一模式期间，由电压调节器140产生的反馈信号通常将很小。另一方面，如果MMC 170确定电源的输入电流已经超过阈值，那么MMC产生过量电流(excess current)控制信号用于控制PWM 150以逐渐地减小占空比以便降低输出电压Vout,并且因此把输入电流带到安全范围之内。即，在输出电流超过阈值时，PWM 150基于由MMC 170产生的过量电流控制信号，操作在第二操作模式(在本文也被称为“连续电流保护”(CCP)模式)中以把输出电压匕^并且因此输入电流降低到阈值以下。因此，由于CCP具有高于电压调节的优先级，在CCP模式中PWM 150允许来自MMC 170的过量电流控制信号优先于(override)来自电压调节器140的反馈信号，从而允许PWM实现(经常线性的)限流功能。用这种方式， 转换器将尝试限制其输出功率。输出电流监视器160和MMC 170 一起提供了限流电路的功能，限流电路确定输入电流并且在输入电流超过电流阈值时产生过量电流控制信号。在CCP模式中的操作期间，过量电流控制信号尽管将依赖于输出电流偏离阈值的大小，但是通常将很小。实际上，依赖于转换器是电流模式转换器(经常用在反激(Flyback)配置中)还是电压模式转换器(经常用在半桥(half-bridge)或全桥(full_bridge)配置中),CCP模式中的操作提供了在恒定电流与恒定功率控制之间的某些东西。如果输入电流在阈值以上的偏移(excursion)小并且持续不久，那么由以上描述的电源操作在CCP模式中所提供的过电流(over-current)保护(OCP)是有效的。电源使用CCP将能从过电流情况平稳地恢复。然而，CCP模式中的操作产生长电流尾，其意味着电源在某些负载条件下能操作在足够高的负载级别并且在足够长的时间段内过热或承受损害。防备此类过热或损害的健壮性(robustness)可通过增加电源的输入电流净空(headroom)来提高,尽管以降低其额定功率为代价。此外，在操作期间能发生更严峻的过电流情况(比如消弧短路)，在该情况中CCP将失效。考虑到CCP的这些不足，电源设计者已经诉诸于其它更激进的保护措施来替代CCP，比如，在输入电流超过阈值从而CCP的优点丧失时锁存(latch)电源的输出。换言之，在该方案中，当检测到过电流情况时转换器被停止，并且接着需要由用户在外部重置。相关的方法采用所谓的“呃逆(hiccup) ”功能，藉此在被停止后转换器自己尝试重新启动，而不是必须在外部被重新启动。尽管这些类型的OCP能十分迅速地响应以针对快速负载改变(例如，消弧短路)来保护转换器，但是它们不能区分此类快速负载改变与在不关闭转换器情况下例如能通过使用CCP处置的更加无危险的负载改变。除了误触发的风险之外，输出锁存和呃逆方法要求提本文档来自技高网...
【技术保护点】
【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：O佩尔松，M阿佩尔贝格，
申请(专利权)人：瑞典爱立信有限公司，
类型：
国别省市：
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