专利名称：保护开路和/或短路状况下的电源变换系统的系统和方法
技术领域：
本发明涉及集成电路。更具体地，本发明提供了用于保护电源变换系统的系统和方法。仅仅作为示例，本发明已应用来保护利用脉宽调制的电源变换系统。但是将认识到，本发明具有更广泛的应用范围。
背景技术：
脉宽调制(PWM)技术被广泛用在电源变换系统中。诸如过压保护、过热保护、限流或过流保护(OCP)和过功率保护(OPP)之类的各种保护机制常被构建在与PWM控制器相关联的电路中，以保护使用了 PWM控制器的电源变换系统免受潜在损坏。这些保护机制通常在与PWM控制器相关联的电路在正常状况下操作时工作。但是，当与PWM控制器相关联的电路处于某些状况下时，这些保护机制常常不能有效地起到作用。
图1是示出包括脉宽调制(PWM)控制器的传统电源变换系统的简化示图。该电源变换系统100包括PWM控制器102、电源开关124、电流感测电阻器126、隔离反馈组件128、初级绕组130、次级绕组132、电容器134和整流二极管136。PWM控制器102包括PWM组件104、逻辑控制组件106、栅极驱动器108、比较器110和前沿消隐(LEB)组件112。此外，PWM控制器102包括五个端子114、116、118、120和122。例如，电源开关124是晶体管。在操作中，初级电流138流经初级绕组130、电源开关124和电流感测组件126 (例如，Rs)。作为响应，电阻器信号140(例如，Ves)被输出给端子118(例如，端子CS)。LEB组件112接收信号140，并且向比较器110的非反相输入端子输出电流感测信号142。例如，电流感测信号142是经LEB组件112处理的电阻器信号140。在另一示例中，LEB组件112可被去除，并且电流感测信号142与电阻器信号140相同。比较器110在反相输入端子处接收阈值信号144(例如，VtM。)，并且基于阈值信号144和电流感测信号142生成比较信号146。PWM组件104接收电流感测信号142和来自隔离反馈组件128的反馈信号150，并且作为响应生成调制信号152。逻辑控制组件106接收比较信号146和调制信号152，并且作为响应向栅极驱动器108输出信号148用于通过端子116 (Gate)驱动电源开关124。过流保护通常被需要来限制初级电流138，以保护电源变换系统100不遭受各种损坏状况，例如，过大功率、热耗散、变压器饱和、以及过大的电流和电压应力。在正常操作中，初级电流138的大小低于预定电流限值(例如，Iumit)。该预定电流限值可根据下式来确定。
权利要求
1.一种用于保护电源变换器的系统，该系统包括: 第一比较器，被配置为接收感测信号和第一阈值信号，并且至少基于与所述感测信号和所述第一阈值信号相关联的信息生成第一比较信号，所述感测信号至少与流经所述电源变换器的初级绕组的初级电流相关联，所述电源变换器与开关频率相关联并且还包括被配置来影响所述初级电流的开关；以及 关断时间组件，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生成关断时间信号； 其中，所述关断时间组件还被配置为:如果所述第一比较信号指示所述感测信号的大小大于所述第一阈值信号，则生成所述关断时间信号以使所述开关关断至少长达预定时间段，所述预定时间段至少延伸超过与所述开关频率相对应的下一开关周期的开始。
2.按权利要求1所述的系统，并且还包括: 第二比较器，被配置为接收所述感测信号和第二阈值信号，并且至少基于与所述感测信号和所述第二阈值信号相关联的信息生成第二比较信号； 其中，所述第二比较器还被配置为:如果所述感测信号的大小大于所述第二阈值信号，则生成所述第二比较信号以在与所述开关频率相对应的当前开关周期内关断所述开关，所述当前开关周期位于紧邻所述下一开关周期之前。
3.按权利要求2所述的系统，其中，所述第二阈值信号的大小小于所述第一阈值信号。
4.按权利要求2所述的系统，其中，所述第二比较器还被配置为:如果所述感测信号的大小小于所述第二阈 值信号，则不生成用于关断所述开关的所述第二比较信号。
5.按权利要求1所述的系统，其中，所述关断时间组件还被配置为:如果所述第一比较信号指示所述感测信号的大小小于所述第一阈值信号，则允许所述开关在与所述开关频率相对应的所述下一开关周期的开始处被接通。
6.一种用于保护电源变换器的系统，该系统包括: 第一比较器，被配置为接收第一输入信号和第二输入信号，并且至少基于与所述第一输入信号和所述第二输入信号相关联的信息生成第一比较信号，所述第一输入信号至少与流经所述电源变换器的初级绕组的初级电流相关联，所述电源变换器还包括被配置来影响所述初级电流的开关；以及 检测组件，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生成关断时间信号； 其中，所述检测组件被配置为: 如果所述第一比较信号指示所述第一输入信号的大小小于所述第二输入信号达第一预定时间段，则生成用于关断所述开关的所述关断时间信号； 如果所述第一比较信号未指示所述第一输入信号的大小小于所述第二输入信号达所述第一预定时间段，则不生成用于关断所述开关的所述关断时间信号。
7.按权利要求6所述的系统,其中,所述第一输入信号与感测信号和偏移电压之和成比例。
8.按权利要求7所述的系统，其中，所述偏移电压的大小大于零，并且其大小小于静电放电二极管的正向压降。
9.按权利要求7所述的系统，还包括:第二比较器，被配置为接收所述感测信号和阈值信号，并且至少基于与所述感测信号和所述阈值信号相关联的信息生成第二比较信号； 其中，所述第二比较器还被配置为:如果所述感测信号的大小大于所述阈值信号，则生成用于关断所述开关的所述第二比较信号。
10.按权利要求6所述的系统，其中: 所述第一比较器和所述检测组件位于芯片上； 所述芯片包括接地端子；以及 所述第二输入信号的大小等于所述接地端子的电压。
11.按权利要求6所述的系统，其中，所述检测组件还被配置为:如果所述第一比较信号指示所述第一输入信号的大小大于所述第二输入信号，则不生成用于关断所述开关的所述关断时间信号。
12.按权利要求6所述的系统，其中，所述检测组件还被配置为:如果所述第一比较信号指示所述第一输入信号的大小小于所述第二输入信号达第一预定时间段，则生成所述关断时间信号以使所述开关被关断至少长达第二预定时间段。
13.按权利要求12所述的系统，其中，所述第二预定时间段在与所述电源变换器的所述开关频率相对应的当如开关周期中结束。
14.按权利要求12所述的系统，其中，所述第二预定时间段至少延伸超过与所述电源变换器的所述开关频率相对应的下一开关周期的开始。
15.按权利要求12所述的系统，其中，所述第二预定时间段至少大于与超过与所述电源变换器的所述开关频率相对应的开关周期。
16.一种用于保护电源变换器的系统，该系统包括: 第一比较器，被配置为接收感测信号和第一阈值信号，并且至少基于与所述感测信号和所述第一阈值信号相关联的信息生成第一比较信号，所述感测信号至少与流经所述电源变换器的初级绕组的初级电流相关联，所述电源变换器与开关频率相关联并且还包括被配置来影响所述初级电流的开关；以及 定时组件，被配置为接收输入信号并且生成定时信号；以及 关断时间组件，被配置为接收所述定时信号，以响应于该定时信号在检测时间处检测所述第一比较信号，并且如果所述检测时间与所述开关被接通时的时间相对应，则至少基于与所述第一比较信号相关联的信息生成关断时间信号； 其中，所述关断时间组件还被配置为:如果所述检测时间与所述开关被接通时的时间相对应并且检测到的第一比较信号指示所述感测信号的大小小于所述第一阈值信号，则生成所述关断时间信号以使所述开关被关断至少长达预定时间段，所述预定时间段至少延伸超过与所述开关频率相对应的下一开关周期的开始。
17.按权利要求16所述的系统，其中，所述关断时间组件还被配置为:如果检测到的第一比较信号指示在所述检测时间处所述感测信号的大小大于所述第一阈值信号，则允许所述开关在与所述开关频率相对应的所述下一开关周期的开始处被接通。
18.按权利要求16所述的系统，并且还包括: 第二比较器，被配置为接收所述感测信号和第二阈值信号，并且至少基于与所述感测信号和所述第二阈值信号相关联的信息生成第二比较信号；其中，所述第二比较器还被配置为:如果所述感测信号的大小大于所述第二阈值信号，则生成所述第二比较信号以在与所述开关频率相对应的当前开关周期内关断所述开关，所述当前开关周期位于紧邻所述下一开关周期之前。
19.按权利要求18所述的系统，其中，所述第二比较信号还被配置为:如果所述感测信号的大小小于所述第二阈值信号，则不生成用于关断所述开关的所述第二比较信号。
20.按权利要求16所述的系统，其中，所述检测时间是在当前开关周期中所述开关被接通之后，所述当前开关周期位于紧邻所述下一开关周期之前。
21.按权利要求16所述的系统，其中，所述检测时间对应于所述定时信号的下降沿。
22.按权利要求21所述的系统，其中，所述下降沿紧随着上升沿且两者相距延迟时段，所述上升沿对应于所述开关被接通的时刻。
23.按权利要求16所述的系统，其中，所述关断时间组件还被配置为:如果所述检测时间对应于所述开关被关断时的时间，则不生成所述关断时间信号。
24.按权利要求16所述的系统，其中，所述输入信号是与所述开关被接通时的时间所对应的上升沿相关联的时钟信号。
25.按权利要求16所述的系统，其中，所述预定时间段至少大于与超过与所述电源变换器的所述开关频率相对应的开关周期。
26.一种用于保护电源变换器的方法，该方法包括: 接收感测信号和第一阈值信号； 处理与所述感测信号和所述第一阈值信号相关联的信息； 至少基于与所述感测信号和所述第一阈值信号相关联的信息生成第一比较信号，所述感测信号至少与流经所述电源变换器的初级绕组的初级电流相关联，所述电源变换器与开关频率相关联并且还包括被配置来影响所述初级电流的开关； 处理与所述第一比较信号相关联的信息；以及 至少基于与所述第一比较信号相关联的信息输出关断时间信号； 其中，用于输出关断时间信号的处理包括:如果所述第一比较信号指示所述感测信号的大小大于所述第一阈值信号，则输出所述关断时间信号以使所述开关关断至少长达预定时间段，所述预定时间段至少延伸超过与所述开关频率相对应的下一开关周期的开始。
27.一种用于保护电源变换器的方法，该方法包括: 接收第一输入信号和第二输入信号； 处理与所述第一输入信号和所述第二输入信号相关联的信息； 至少基于与所述第一输入信号和所述第二输入信号相关联的信息生成第一比较信号，所述第一输入信号至少与流经所述电源变换器的初级绕组的初级电流相关联，所述电源变换器还包括被配置来影响所述初级电流的开关； 处理与所述第一比较信号相关联的信息；以及 如果所述第一比较信号指示所述第一输入信号的大小小于所述第二输入信号达第一预定时间段，则至少基于与所述第一比较信号相关联的信息，输出用于关断所述开关的关断时间信号； 如果所述第一比较信号未指示所述第一输入信号的大小小于所述第二输入信号达所述第一预定时间段，则不输出所述关断时间信号。
28.一种用于保护电源变换器的方法，该方法包括: 接收感测信号和第一阈值信号； 处理与所述感测信号和所述第一阈值信号相关联的信息； 至少基于与所述感测信号和所述第一阈值信号相关联的信息生成第一比较信号，所述感测信号至少与流经所述电源变换器的初级绕组的初级电流相关，所述电源变换器与开关频率相关联并且还包括被配置来影响所述初级电流的开关； 接收输入信号； 处理与所述输入信号相关联的信息； 至少基于与所述输入信号相关联的信息生成定时信号； 接收所述定时信号； 响应于该定时信号在检测时间处检测所述第一比较信号； 处理与所述第一比较信号相关联的信息；以及 如果所述检测时间与所述开关被接通时的时间相对应，则至少基于与所述第一比较信号相关联的信息输出关断时间信号； 其中，用于输出关断时间信号的处理包括:如果所述检测时间与所述开关被接通时的时间相对应并且检测到的第一比较信号指示所述感测信号的大小小于所述第一阈值信号，则输出所述关断时间信号以使所述开关被关断至少长达预定时间段，所述预定时间段至少延伸超过与所述开关频率相对应的下一开关周期的开始。
全文摘要
本发明提供了保护开路和/或短路状况下的电源变换系统的系统和方法。该系统包括第一比较器和关断时间组件。该第一比较器被配置为接收感测信号和第一阈值信号，并且至少基于与感测信号和第一阈值信号相关联的信息生成第一比较信号，电源变换器与开关频率相关联并且还包括被配置来影响初级电流的开关。该关断时间组件被配置为接收第一比较信号并且至少基于与第一比较信号相关联的信息生成关断时间信号。关断时间组件还被配置为如果第一比较信号指示感测信号的大小大于第一阈值信号，则生成关断时间信号以使开关关断至少长达预定时间段。
文档编号H02M3/335GK103094884SQ20111036231
公开日2013年5月8日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者方烈义 申请人:昂宝电子(上海)有限公司