专利名称：为电源变换器提供过电流保护的系统和方法
技术领域：
本发明涉及集成电路。更具体地，本发明提供了用于过电流保护和过功率保护的控制系统和方法。仅仅作为示例，本发明已应用于电源变换器(power converter)。但是将认识到，本发明具有宽得多的应用范围。
背景技术：
电源变换器被广泛用于诸如便携式设备之类的消费电子设备。电源变换器可以将电力从一种形式转换为另一种形式。作为示例，电力从交流(AC)被变换为直流(DC)，从DC 变换为AC，从AC变换为AC或者从DC变换为DC。另外，电源变换器可以将电力从一种电压电平转换为另一电压电平。电源变换器包括线性变换器和开关模式(switch-mode)变换器。开关模式变换器通常使用脉宽调制(PWM)或脉冲-频率-调制机制。这些机制通常利用包括各种保护组件的开关模式控制器来实现。这些组件可以提供过电压保护、超温保护、过电流保护(OCP)以及过功率保护(OPP)。这些保护通常可以防止电源变换器以及相连接的电路遭受永久性损坏。例如，电源变换器包括电源开关和与电源开关串联连接的变压器绕组。流经电源开关和变压器绕组的电流可以受OCP系统限制。如果OCP系统无效，则由于切换时的过高电流和电压应力或者操作期间的热耗散，电流可能达到即将损坏电源开关的电平。例如，在输出短路电路或过载发生时，可能达到该电流电平。因此，在许多离线反激式变换器(Offline flyback converter)中，变压器次级侧上的整流器组件由于过高电压和电流应力会遭受永久性损坏。因此，有效的OCP系统对于可靠开关模式变换器来说是重要的。
图1是具有过电流保护的经简化的传统开关模式变换器。开关模式变换器100包括OCP比较器110、PWM控制器组件120、门驱动器130、电源开关140、电阻器150、152、154 和156以及初级绕组160。OCP比较器110、PWM控制器组件120和门驱动器130是用于PWM 控制的芯片180的各部分。例如，PWM控制器组件120生成由门驱动器130接收的PWM信号122。在又一示例中，OCP比较器110接收过电流阈值信号112(例如，Vth oc)和电流感测信号114(例如Yj 并将它们进行比较，并且将过电流控制信号116发送给PWM控制器组件120。当初级绕组的电流大于限制电平时，PWM控制器组件120关断电源开关140并且关闭开关模式电源变换器 100。对于开关模式变换器，逐个周期(cycle-by-cycle)或逐个脉冲 (pulse-by-pulse)控制机制常常用于0CP。例如，逐周期控制方案限制最大电流，并且从而限制由开关模式变换器传递的最大功率。一些传统的OCP系统使用基于线输入电压(line input voltage)的可调节OCP阈值，然而，对最大电流的实际限制，并且因此对最大功率的实际限制在宽的线输入电压范围内不总是恒定的。其它传统OCP系统使用如图1所示的在芯片180外面并被插入在Vin与电阻器150之间的附加电阻器152和154。然而，电阻器152消耗大量功率，这对于满足对低待命功率的迫切要求通常是不希望的。例如，2ΜΩ的电阻器152在264伏的输入AC电压时可以消耗约70mW。如图1所示，电流限值(current limit)被表达为如下
权利要求
1.一种用于保护电源变换器的系统，该系统包括占空比检测组件，被配置为接收调制信号，确定与所述调制信号的第一周期相对应的第一占空比，将所述第一占空比与阈值占空比相比较，并且生成占空比比较信号；阈值生成器，被配置为接收所述占空比比较信号并且生成与所述调制信号的第二周期相对应的阈值信号，所述第二周期在所述第一周期之后；比较器组件，被配置为接收所述阈值信号和第一信号，并且生成第一比较信号，所述第一信号与所述电源变换器的输入电流相关联；脉宽调制组件，被配置为接收所述第一比较信号，并且至少基于与所述第一比较信号相关联的信息来生成用于调节所述电源变换器的所述输入电流的调制信号； 其中所述阈值信号与所述调制信号的第二周期所对应的阈值大小相关联； 如果所述第一占空比被确定为小于所述阈值占空比，则所述阈值大小在所述第二周期的开始处等于第一大小并且在所述第二周期内从所述第一大小改变为第二大小；如果所述第一占空比被确定为大于所述阈值占空比，则所述阈值大小在所述第二周期的开始处等于第三大小，所述第三大小大于所述第一大小。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述阈值占空比被预定为等于60%。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述第二周期紧随所述第一周期之后。
4.如权利要求1所述的系统，其中，如果所述第一占空比被确定为大于所述阈值占空比，则所述阈值大小在所述第二周期内从所述第三大小改变为所述第二大小，所述第三大小不同于所述第二大小。
5.如权利要求1所述的系统，其中，如果所述第一占空比被确定为大于所述阈值占空比，则所述阈值大小在整个第二周期内等于所述第三大小，所述第三大小等于所述第二大
6.如权利要求1所述的系统，其中所述电源变换器包括感应绕组；所述输入电流流经所述感应绕组。
7.如权利要求1所述的系统，还包括第一电阻器，该第一电阻器被配置为将所述电源变换器的输入电流转换为第一电压，所述第一电压由所述第一信号表示。
8.如权利要求7所述的系统，其中，所述阈值信号表示阈值电压。
9.如权利要求1所述的系统，还包括开关，所述开关直接地或间接地耦合到所述脉宽调制组件，并且被配置为至少基于与所述调制信号相关联的信息来调节所述电源变换器的输入电流。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述开关经由门驱动器间接地耦合到所述脉宽调制组件。
11.如权利要求10所述的系统，其中，所述脉宽调制组件包括脉宽调制比较器和逻辑控制器。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述逻辑控制器被配置为接收至少所述第一比较信号，并且至少基于与所述第一比较信号相关联的信息生成所述调制信号；所述门驱动器被配置为接收所述调制信号并且生成驱动信号，所述驱动信号由所述开关接收。
13.如权利要求12所述的系统，其中，如果所述第一信号的第一幅度大于所述阈值幅度，则所述驱动信号关断所述开关。
14.如权利要求1所述的系统，其中，所述比较器组件包括一个或多个比较器。
15.一种用于保护电源变换器的方法，该方法包括 接收调制信号；确定与所述调制信号的第一周期相对应的第一占空比； 处理与所述第一占空比和阈值占空比相关联的信息；生成指示所述第一占空比是大于所述阈值占空比还是小于所述阈值占空比的占空比比较信号；接收所述占空比比较信号；处理与所述占空比比较信号相关联的信息；生成与所述调制信号的第二周期相对应的阈值信号，所述第二周期在所述第一周期之后；接收所述阈值信号和第一信号，所述第一信号与电源变换器的输入电流相关联； 至少基于与所述阈值信号和所述第一信号相关联的信息生成第一比较信号； 接收所述第一比较信号； 处理与所述第一比较信号相关联的信息；至少基于与所述第一比较信号相关联的信息来生成用于调节所述电源变换器的输入电流的所述调制信号； 其中所述阈值信号与所述调制信号的第二周期所对应的阈值大小相关联； 如果所述第一占空比小于所述阈值占空比，则所述阈值大小在所述第二周期的开始处等于第一大小并且在所述第二周期内从所述第一大小改变为第二大小；如果所述第一占空比大于所述阈值占空比，则所述阈值大小在所述第二周期的开始处等于第三大小，所述第三大小大于所述第一大小。
16.一种用于保护电源变换器的系统，该系统包括占空比检测组件，被配置为接收调制信号，确定与所述调制信号的第一周期相对应的第一占空比，将所述第一占空比与阈值占空比相比较，并且生成占空比比较信号； 阈值生成器，被配置为生成阈值信号；比较器，被配置为接收所述阈值信号和第一信号，并且生成第一比较信号，所述第一信号与电源变换器的输入电流相关联；占空比限制组件，被配置为接收所述占空比比较信号并且至少基于与所述占空比比较信号相关联的信息来生成占空比限制信号；控制和调制组件，被配置为接收所述第一比较信号和所述占空比限制信号，并且生成用于第二周期的调制信号，所述第二周期在所述第一周期之后； 其中用于所述第二周期的调制信号与第二占空比相关联；所述占空比限制信号与占空比限制值相关联；如果所述第一占空比小于所述阈值占空比，则所述第二占空比不可以超过所述占空比限制值；如果所述第一占空比大于所述阈值占空比，则所述第二占空比可以超过所述占空比限制值。
17.如权利要求16所述的系统，其中，所述占空比限制值大于所述阈值占空比。
18.如权利要求17所述的系统，其中，所述阈值占空比被预定为等于20%。
19.如权利要求18所述的系统，其中，所述占空比限制值被预定为等于60%。
20.如权利要求16所述的系统，其中，所述第二周期紧随所述第一周期之后。
21.如权利要求16所述的系统，其中 所述电源变换器包括感应绕组；所述输入电流流经所述感应绕组。
22.如权利要求16所述的系统，还包括第一电阻器，该第一电阻器被配置为将所述电源变换器的输入电流转换为第一电压，所述第一电压由所述第一信号表示。
23.如权利要求22所述的系统，其中，所述阈值信号表示阈值电压。
24.如权利要求16所述的系统，还包括开关，所述开关直接地或间接地耦合到所述脉宽调制组件，并且被配置为至少基于与所述调制信号相关联的信息来调节所述电源变换器的输入电流。
25.如权利要求M所述的系统，其中，所述开关经由门驱动器间接地耦合到所述控制和调制组件。
26.如权利要求25所述的系统，其中所述控制和调制组件包括控制器组件和脉宽调制组件； 所述脉宽调制组件包括脉宽调制比较器和逻辑控制器。
27.如权利要求沈所述的系统，其中所述控制器组件被配置为接收至少所述第一比较信号和所述占空比限制信号，并且至少基于与所述第一比较信号和所述占空比限制信号相关联的信息生成第二信号；所述逻辑控制器被配置为接收所述第二信号并且至少基于与所述第二信号相关联的信息生成调制信号；所述门驱动器被配置为接收所述调制信号并且生成由所述开关接收的驱动信号。
28.如权利要求27所述的系统，其中，如果所述第一信号在大小方面大于所述阈值信号，则所述驱动信号关断所述开关。
29.一种用于保护电源变换器的方法，该方法包括 接收调制信号；确定与所述调制信号的第一周期相对应的第一占空比； 处理与所述第一占空比和阈值占空比相关联的信息；生成指示所述第一占空比是大于所述阈值占空比还是小于所述阈值占空比的占空比比较信号；接收所述占空比比较信号；处理与所述占空比比较信号相关联的信息；至少基于与所述占空比比较信号相关联的信息生成占空比限制信号； 生成阈值信号；接收所述阈值信号和第一信号，所述第一信号与电源变换器的输入电流相关联； 至少基于与所述阈值信号和所述第一信号相关联的信息生成第一比较信号； 接收所述第一比较信号和所述占空比限制信号； 处理与所述第一比较信号和所述占空比限制信号相关联的信息； 至少基于与所述第一比较信号和所述占空比限制信号相关联的信息来生成用于所述第二周期的调制信号，所述第二周期在所述第一周期之后； 其中用于所述第二周期的调制信号与第二占空比相关联； 所述占空比限制信号与占空比限制值相关联；如果所述第一占空比小于所述阈值占空比，则所述第二占空比不可以超过所述占空比限制值；如果所述第一占空比大于所述阈值占空比，则所述第二占空比可以超过所述占空比限制值。
30. 一种用于保护电源变换器的系统，该系统包括占空比检测组件，被配置为接收调制信号，确定与所述调制信号的第一周期相对应的第一占空比，将所述第一占空比与第一阈值占空比相比较，将所述第一占空比与第二阈值占空比相比较，并且生成第一占空比比较信号和第二占空比比较信号；阈值生成器，被配置为接收所述第一占空比比较信号，并且生成与所述调制信号的第二周期相对应的阈值信号，所述第二周期在所述第一周期之后；比较器组件，被配置为接收所述阈值信号和第一信号，并且生成第一比较信号，所述第一信号与电源变换器的输入电流相关联；占空比限制组件，被配置为接收所述第二占空比比较信号，并且至少基于与所述第二占空比比较信号相关联的信息生成占空比限制信号；控制和调制组件，被配置为接收所述第一比较信号和所述占空比限制信号并且生成用于所述第二周期的调制信号； 其中所述阈值信号与所述调制信号的第二周期所对应的阈值大小相关联； 如果所述第一占空比被确定为小于所述第一阈值占空比，则所述阈值大小在所述第二周期的开始处等于第一大小并且在所述第二周期内从所述第一大小改变为第二大小；如果所述第一占空比被确定为大于所述第一阈值占空比，则所述阈值大小在所述第二周期的开始处等于第三大小，所述第三大小大于所述第一大小； 用于所述第二周期的调制信号与第二占空比相关联； 所述占空比限制信号与占空比限制值相关联；如果所述第一占空比小于所述第二阈值占空比，则所述第二占空比不可以超过所述占空比限制值；如果所述第一占空比大于所述第二阈值占空比，则所述第二占空比可以超过所述占空比限制值。
31. 一种用于保护电源变换器的方法，该方法包括 接收调制信号；确定与所述调制信号的第一周期相对应的第一占空比；处理与具有第一阈值占空比和第二阈值占空比的所述第一占空比相关联的信息； 生成指示所述第一占空比是大于所述第一阈值占空比还是小于所述第一阈值占空比的第一占空比比较信号；生成指示所述第一占空比是大于所述第二阈值占空比还是小于所述第二阈值占空比的第二占空比比较信号；接收所述第一占空比比较信号；处理与所述第一占空比比较信号相关联的信息；生成与所述调制信号的第二周期相对应的阈值信号，所述第二周期在所述第一周期之后；接收所述阈值信号和第一信号，所述第一信号与电源变换器的输入电流相关联； 至少基于与所述阈值信号和所述第一信号相关联的信息生成第一比较信号； 接收所述第二占空比比较信号； 处理与所述第二占空比比较信号相关联的信息；至少基于与所述第二占空比比较信号相关联的信息生成占空比限制信号； 接收所述第一比较信号和所述占空比限制信号； 处理与所述第一比较信号和所述占空比限制信号相关联的信息； 至少基于与所述第一比较信号和所述占空比限制信号相关联的信息生成用于所述第二周期的调制信号； 其中所述阈值信号与所述调制信号的第二周期所对应的阈值大小相关联； 如果所述第一占空比被确定为小于所述第一阈值占空比，则所述阈值大小在所述第二周期的开始处等于第一大小并且在所述第二周期内从所述第一大小改变为第二大小；如果所述第一占空比被确定为大于所述第一阈值占空比，则所述阈值大小在所述第二周期的开始处等于第三大小，所述第三大小大于所述第一大小； 用于所述第二周期的调制信号与第二占空比相关联； 所述占空比限制信号与占空比限制值相关联；如果所述第一占空比小于所述第二阈值占空比，则所述第二占空比不可以超过所述占空比限制值；如果所述第一占空比大于所述第二阈值占空比，则所述第二占空比可以超过所述占空比限制值。
全文摘要
本发明涉及为电源变换器提供过电流保护的系统和方法。本发明公开了用于保护电源变换器的系统和方法。该系统包括占空比检测组件，被配置为接收调制信号，确定与调制信号的第一周期相对应的第一占空比，将第一占空比与阈值占空比相比较，并且生成占空比比较信号。另外，该系统包括阈值生成器，被配置为接收占空比比较信号并且生成与调制信号的第二周期相对应的阈值信号，第二周期在第一周期之后；比较器，被配置为接收阈值信号和第一信号，并且生成第一比较信号。第一信号与电源变换器的输入电流相关联。此外，该系统包括脉宽调制组件，被配置为接收第一比较信号，并且生成用于调节电源变换器的输入电流的调制信号。
文档编号H02M1/32GK102545567SQ201010587658
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月8日 优先权日2010年12月8日
发明者张允超, 方烈义, 曹亚明, 董金亚 申请人:昂宝电子(上海)有限公司