使用电流限制的输入过压保护的制作方法
【专利说明】使用电流限制的输入过压保护
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求享有于2014年11月7日提交的美国临时申请N0.62/076，985的权益，该美国临时申请的内容以引用的方式纳入本文。
技术领域
[0003]本发明总体涉及功率转换器(power converter)，且更具体而言涉及可以检测功率转换器的输入过压(over-voltage)的控制器。
【背景技术】
[0004]电子设备使用电力来运行。由于开关模式功率转化器的效率高、尺寸小以及重量低，因此通常使用开关模式功率转化器为现今许多电子产品供电。常规壁式插座提供高压交流。在一个开关功率转换器中，高压交流(ac)输入通过能量传递元件被转换以提供经良好调节的直流(dc)输出。开关模式功率转换器控制电路通常通过感测代表一个或多个输出量的一个或多个输入并且控制闭环中的输出来提供输出调节。在运行中，利用一个开关以通过改变占空比(通常是开关的接通时间与总开关周期的比)、改变开关频率或改变开关模式功率转换器中的开关的脉冲数目/单位时间来提供期望的输出。
[0005]功率转换器偶尔被暴露于接收到的输入电压中的浪涌(surge)，这通常被称为过压条件。较高的输入电压可以导致变压器两端的较高的能量传递。在这些过压条件期间功率开关的开关可能损坏功率转换器内的多个部件，诸如，功率开关或发光二极管(LED)。因此，为了防止损坏功率转换器，许多功率转换器包括过压保护电路以检测过压条件。
【发明内容】
[0006]根据本发明的第一方面，提供一种用在功率转换器中的控制器，包括:
[0007]—个状态选择电路，被耦合以接收输入电压感测信号、开关电流感测信号以及反馈信号，其中所述输入电压感测信号代表所述功率转换器的输入电压，其中所述开关电流感测信号代表所述功率转换器的功率开关的开关电流，其中所述反馈信号代表所述功率转换器的输出量，其中所述状态选择电路被耦合以响应于所述输入电压感测信号生成输入电压信号，其中所述状态选择电路被耦合以响应于所述开关电流感测信号生成输入电流信号，且其中所述状态选择电路被耦合以响应于所述反馈信号生成输入阈值信号；以及
[0008]—个状态机电路，被耦合至所述状态选择电路以接收所述输入电压信号、所述输入电流信号以及所述输入阈值信号，其中所述状态机电路被耦合以响应于所述输入电压信号、所述输入电流信号以及所述输入阈值信号生成驱动信号，以控制所述功率开关的开关，从而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。
[0009]在本发明的第一方面的一个优选实施方案中，其中所述状态选择电路包括:
[0010]—个电压比较器，被耦合以接收所述输入电压感测信号和峰电压信号，其中所述电压比较器被耦合以响应于所述输入电压感测信号和所述峰电压信号输出所述输入电压信号;
[0011]—个电流限制比较器，被耦合以接收所述开关电流感测信号和电流限制信号，其中所述电流限制比较器被耦合以响应于所述开关电流感测信号和所述电流限制信号输出所述输入电流信号；以及
[0012]—个反馈比较器，被耦合以接收所述反馈信号和反馈阈值信号，其中所述反馈比较器被耦合以响应于所述反馈信号和所述反馈阈值信号输出所述输入阈值信号。
[0013]在本发明的第一方面的一个优选实施方案中，其中所述状态机电路还被親合成如果所述输入电压感测信号大于所述峰电压信号则减小所述驱动信号的开关频率。
[0014]在本发明的第一方面的一个优选实施方案中，其中所述状态机电路还被親合成如果所述开关电流感测信号达到所述电流限制信号则减小所述驱动信号的开关频率。
[0015]在本发明的第一方面的一个优选实施方案中，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述反馈信号大于所述反馈阈值信号则减小所述驱动信号的开关频率。
[0016]在本发明的第一方面的一个优选实施方案中，其中所述输入电压感测信号被耦合成响应于经整流的电压，所述经整流的电压响应于所述功率转换器的所述输入电压。
[0017]在本发明的第一方面的一个优选实施方案中，其中所述控制器被耦合以测量所述功率转换器的所述输入电压的所述经整流的电压的每个半线循环的峰电压，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述经整流的电压的当前的半线循环的峰电压比所述经整流的电压的在前的半线循环的峰电压大一个阈值电压量则减小所述驱动信号的开关频率。
[0018]在本发明的第一方面的一个优选实施方案中，其中所述控制器被耦合以响应于所述开关电流信号测量一个开关电流包络，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述开关电流包络达到一个阈值电流限制则减小所述驱动信号的开关频率。
[0019]在本发明的第一方面的一个优选实施方案中，其中所述控制器被耦合以测量所述反馈信号的平均值，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述反馈信号的所述平均值达到一个阈值反馈信号值则减小所述驱动信号的开关频率。
[0020]在本发明的第一方面的一个优选实施方案中，其中所述功率转换器的输出电流被耦合以响应于所述驱动信号的开关频率的减小而被减小。
[0021 ] 根据本发明的第二方面，提供一种控制功率转换器的方法，包括:
[0022]生成驱动信号以控制一个功率开关的开关，从而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；
[0023]接收代表所述功率转换器的输入电压的输入电压感测信号；
[0024]接收代表所述功率转换器的开关电流的开关电流感测信号；
[0025]接收代表所述功率转换器的输出量的反馈信号。
[0026]如果所述输入电压感测信号大于峰电压信号则减小所述驱动信号的开关频率；
[0027]如果所述开关电流感测信号大于电流限制信号则减小所述驱动信号的开关频率；以及
[0028]如果所述反馈信号大于反馈阈值信号则减小所述驱动信号的开关频率。
[0029]在本发明的第二方面的一个优选实施方案中，所述方法还包括对所述输入电压进行整流以生成经整流的电压，其中所述输入电压感测信号响应于所述经整流的电压。
[0030]在本发明的第二方面的一个优选实施方案中，所述方法还包括测量所述功率转换器的所述输入电压的所述经整流的电压的每个半线循环的峰电压，其中所述如果所述输入电压感测信号大于峰电压信号则减小所述驱动信号的开关频率包括:如果所述经整流的电压的当前的半线循环的峰电压比所述经整流的电压的在前的半线循环的峰电压大一个阈值电压量则减小所述驱动信号的开关频率。
[0031]在本发明的第二方面的一个优选实施方案中，所述方法还包括响应于所述开关电流信号测量一个开关电流包络，其中所述如果所述开关电流感测信号大于电流限制信号则减小所述驱动信号的开关频率包括:如果所述开关电流包络达到一个阈值电流限制则减小所述驱动信号的开关频率。
[0032]在本发明的第二方面的一个优选实施方案中，所述方法还包括响应于所述反馈信号测量所述反馈信号的平均值，其中所述如果所述反馈信号大于反馈阈值信号则减小所述驱动信号的开关频率包括:如果所述反馈信号的所述平均值达到一个阈值反馈信号值则减小所述驱动信号的开关频率。
[0033]在本发明的第二方面的一个优选实施方案中，所述方法还包括响应于减小所述驱动信号的开关频率，减小所述功率转换器的输出电流。
[0034]根据本发明的第三方面，提供一种功率转换器，包括:
[0035]—个能量传递元件，被耦合在所述功率转换器的输入和所述功率转换器的输出之间；
[0036]—个功率开关，被耦合至所述能量传递元件；以及
[0037]—个控制器，被耦合以生成驱动信号，所述驱动信号被耦合以控制所述功率开关的开关，从而控制从所述功率转换器的所述输入到所述功率转换器的所述输出的能量传递，其中所述控制器包括:
[0038]—个状态选择电路，被耦合以接收输入电压感测信号、开关电流感测信号以及反馈信号，其中所述输入电压感测信号代表所述功率转换器的输入电压，其中所述开关电流感测信号代表所述功率开关的开关电流，其中所述反馈信号代表所述功率转换器的输出量，其中所述状态选择电路被耦合以响应于所述输入电压感测信号生成输入电压信号，其中所述状态选择电路被耦合以响应于所述开关电流感测信号生成输入电流信号，且其中所述状态选择电路被耦合以响应于所述反馈信号生成输入阈值信号；以及
[0039]—个状态机电路，被耦合至所述状态选择电路以接收所述输入电压信号、所述输入电流信号以及所述输入阈值信号，其中所述状态机电路被耦合以响应于所述输入电压信号、所述输入电流信号以及所述输入阈值信号生成所述驱动信号，以控制
[0040]所述功率开关的开关。
[0041]在本发明的第三方面的一个优选实施方案中，其中所述状态选择电路包括:
[0042]—个电压比较器，被耦合以接收所述输入电压感测信号和峰电压信号，其中所述电压比较器被耦合以响应于所述输入电压感测信号和所述峰电压信号输出所述输入电压信号;
[0043]—个电流限制比较器，被耦合以接收所述开关电流感测信号和电流限制信号，其中所述电流限制比较器被耦合以响应于所述开关电流感测信号和所述电流限制信号输出所述输入电流信号；以及
[0044]一个反馈比较器，被耦合以接收所述反馈信号和反馈阈值信号，其中所述反馈比较器被耦合以响应于所述反馈信号和所述反馈阈值信号输出所述输入阈值信号(254)。
[0045]在本发明的第三方面的一个优选实施方案中，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述输入电压感测信号大于所述峰电压信号则减小所述驱动信号的开关频率。
[0046]在本发明的第三方面的一个优选实施方案中，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述开关电流感测信号达到所述电流限制信号则减小所述驱动信号的开关频率。
[0047]在本发明的第三方面的一个优选实施方案中，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述反馈信号大于所述反馈阈值信号则减小所述驱动信号的开关频率。
[0048]在本发明的第三方面的一个优选实施方案中，所述功率转换器还包括一个整流器，所述整流器被耦合至所述功率转换器的所述输入以响应于所述输入电压生成经整流的电压，其中所述输入电压感测信号被耦合成响应于所述经整流的电压。
[0049]在本发明的第三方面的一个优选实施方案中，其中所述控制器被耦合以测量所述经整流的电压的每个半线循环的峰电压，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述经整流的电压的当前的半线循环的峰电压比所述经整流的电压的在前的半线循环的峰电压大一个阈值电压量则减小所述驱动信号