专利名称：用于非有意错反馈电压信号的保护的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及功率转换器，更具体地涉及感测功率转换器的输出电压。
背景技术：
许多电气设备，诸如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、膝上型电脑等，由相对低压的直流(dc)电源供电。由于功率一般作为高压交流(ac)电通过壁式插座来传送，所以一般使用通常称为切换功率转换器(switching-power converter)的设备将高压交流电变换为低压直流电。这些转换器通常使用控制器来使功率开关在通态(ON state)与断态(OFFstate)之间切换，以控制传输到该转换器的输出以及传送到负载的功率的量。在某些应用中，切换功率转换器可包括能量传递元件，以将该功率转换器的输入侧与输出侧分隔开。更具体地，可使用能量传递元件来提供流电隔离(galvanicisolation),以阻止该功率转换器的输入端与输出端之间的直流电流。能量传递元件的常见实例包括变压器和耦合电感器，其中电能被转换成磁能，磁能通过输出绕组在输出侧又被转换成电能。一种被称为初级侧调节(primary-side regulation)的典型调节功率方式可包括使用偏置绕组来获得反馈信息，该偏置绕组电耦合至该功率转换器的输入侧，以使得该偏置绕组也磁耦合至该能量传递元件的输出绕组。这允许该偏置绕组产生代表该功率转换器的输出电压的电压(可从该输入侧得到)。这样，该切换功率转换器可获得代表该输出电压的反馈信号，而不需要直接感测该转换器的输出端处的输出电压。在运行期间，该功率转换器可通过如下方式调节它的输出电压响应于来自该偏置绕组的反馈来调整切换事件的频率和持续时间。通过调整切换事件的频率和持续时间，该转换器可控制从该电源的输入端传递到输出端的能量的量。尽管这种方法在某些瞬变状况下通常是有效的，但初级侧感测可能会获得反馈信号的假样本(false sample)ο 一般，来自偏置绕组的反馈信号仅在一部分时间内代表输出电压。因此，当实施初级侧控制时，仅可在偏置绕组电压代表输出电压的特定时间内执行感测。控制器可被设计以感测一个特定时刻的偏置电压。在某些情况下，由于预先设定的感测信号不会考虑到瞬变状况从而不能在代表输出电压的合适时刻对输出电压波形进行取样，控制器可能会在不正确的时刻感测偏置电压。结果，功率转换器可能会基于不正确的信息来确定能量传送。这可能会导致输出电压失去调节。
发明内容
本发明在第一方面提供了一种用于初级侧调节式功率转换器的控制器，所述控制器包括反馈电路，其能运行以接收代表所述功率转换器的输出的反馈信号，所述反馈电路还能运行以基于所述反馈信号来产生第一反馈信号样本；错反馈电压保护电路，其能运行以
接收所述反馈信号；基于所述反馈信号来产生第二反馈信号样本；接收来自所述反馈电路的所述第一反馈信号样本；将所述第一反馈信号样本与所述第二反馈信号样本进行比较；以及基于所述第一反馈信号样本与所述第二反馈信号样本的比较来产生故障信号；以及驱动电路，其耦合至所述错反馈电压保护电路，其中所述驱动电路能运行以产生用于控制功率开关的驱动信号。在一个实施方案中，所述错反馈电压保护电路包括时间触发式传感器电路，所述时间触发式传感器电路能运行以接收所述反馈信号，其中所述时间触发式传感器电路还能运行以基于所述反馈信号来产生所述第二反馈信号样本。在一个实施方案中，所述错反馈电压保护电路还包括比较电路，所述比较电路耦合至所述反馈电路和所述时间触发式传感器电路，其中所述比较电路能运行以接收来自所述反馈电路的所述第一反馈信号样本和来自所述时间触发式传感器电路的所述第二反馈信号样本，并且其中所述比较电路还能运行以基于所述第一反馈信号样本与所述第二反馈信号样本之间的比较来产生错信号。在一个实施方案中，所述错反馈电压保护电路还包括计数器，所述计数器耦合至所述比较电路，其中所述计数器能运行以接收来自所述比较电路的所述错信号，并且响应于接收若干相继的错信号来产生所述故障信号。在一个实施方案中，相继的错信号的数目是4。在一个实施方案中，所述比较电路还能运行以执行所述第一反馈信号样本与所述第二反馈信号样本之间的比较，并且其中所述比较包括将所述第一反馈信号样本的电压与所述第二反馈信号样本的电压进行比较。在一个实施方案中，所述比较电路能运行以响应于所述第二反馈信号样本的电压大于所述第一反馈信号样本的电压的程度超过设定量来产生所述错信号。在一个实施方案中，所述设定量是约O. 7V。在一个实施方案中，所述反馈电路能运行以在从所述驱动信号的下降沿算起第一长度的时间后的时刻产生所述第一反馈信号样本，并且其中所述错反馈电压保护电路能运行以在从所述驱动信号的下降沿算起第二长度的时间后的时刻产生所述第二反馈信号样本。在一个实施方案中，所述第二长度的时间短于所述第一长度的时间。本发明在第二方面提供了一种初级侧调节式功率转换器，包括功率开关；能量传递元件，其耦合至所述功率开关，以将所述功率转换器的输入端与所述功率转换器的输出端流电隔离，并且在所述功率转换器的输入端与输出端之间传递能量；偏置绕组，其耦合至所述能量传递元件，其中所述偏置绕组被配置为输出偏置绕组反馈信号，所述偏置绕组反馈信号代表所述功率转换器的输出端处的输出电压；以及控制器，其耦合至所述功率开关，以控制所述功率开关，所述控制器包括反馈电路，其能运行以接收所述偏置绕组反馈信号，所述反馈电路还能运行以基于所述偏置绕组反馈信号来产生第一反馈信号样本；错反馈电压保护电路，其能运行以 接收所述偏置绕组反馈信号；基于所述偏置绕组反馈信号来产生第二反馈信号样本；接收来自所述反馈电路的所述第一反馈信号样本；将所述第一反馈信号样本与所述第二反馈信号样本进行比较；以及基于所述第一反馈信号样本与所述第二反馈信号样本的比较来产生故障信号；以及驱动电路，其耦合至所述错反馈电压保护电路，其中所述驱动电路能运行以产生用于控制所述功率开关的驱动信号。在一个实施方案中，所述反馈电路能运行以在从所述驱动信号的下降沿算起第一长度的时间后的时刻产生所述第一反馈信号样本，并且其中所述错反馈电压保护电路能运行以在从所述驱动信号的下降沿算起第二长度的时间后的时刻产生所述第二反馈信号样本。在一个实施方案中，所述第二长度的时间短于所述第一长度的时间。本发明在第三方面提供了一种用于检测初级侧调节式功率转换器中的故障状况的方法，所述方法包括接收代表所述功率转换器的输出的反馈信号；使用所述反馈信号产生第一反馈信号样本；使用所述反馈信号产生第二反馈信号样本；将所述第一反馈信号样本与所述第二反馈信号样本进行比较；以及基于所述第一反馈信号样本与所述第二反馈信号样本的比较来产生故障信号。在一个实施方案中，将所述第一反馈信号样本与所述第二反馈信号样本进行比较包括，将所述第一反馈信号样本的电压与所述第二反馈信号样本的电压进行比较。在一个实施方案中，所述故障信号是响应于所述第二反馈信号样本的电压大于所述第一反馈信号样本的电压的程度超过设定量来产生的。在一个实施方案中，所述方法还包括响应于所述第二反馈信号样本的电压大于所述第一反馈信号样本的电压的程度超过设定量来将所述第二反馈信号样本识别为假样本。在一个实施方案中，所述故障信号是响应于识别若干相继的假样本来产生的。在一个实施方案中，所述第一反馈信号样本是在从所述初级侧调节式功率转换器的功率开关断开算起第一长度的时间后的时刻产生的，并且其中所述第二反馈信号样本是在从所述初级侧调节式功率转换器的功率开关断开算起第二长度的时间后的时刻产生的。在一个实施方案中，所述第二长度的时间短于所述第一长度的时间。本发明在第四方面提供了一种控制器，包括反馈电路，其待被耦合至功率转换器的输出端，以接收代表所述功率转换器的输出的反馈信号，其中所述反馈电路被耦合以输出样本信号；错反馈电压保护电路，其耦合至所述反馈电路，其中所述错反馈电压保护电路被奉禹合以至少部分地基于所述反馈信号来产生测试信号；
响应于所述样本信号与所述测试信号之间的差大于阈值来产生错反馈样本信号；以及至少部分地基于所述错反馈样本信号来产生故障信号；以及驱动电路，其耦合至所述反馈电路，其中所述驱动电路能运行以至少部分地基于所述样本信号来调节所述功率转换器的输出，其中所述驱动电路被耦合以接收来自所述错反馈电压保护电路的所述故障信号从而表明故障状况。在一个实施方案中，所述阈值基本等于所述功率转换器的输出二极管两端的正向电压降。在一个实施方案中，所述反馈信号代表输出电压。在一个实施方案中，所述错反馈电压保护电路包括故障计数器，所述故障计数器能运行以至少部分地基于所述错反馈样本信号来向所述驱动电路输出所述故障信号。在一个实施方案中，所述故障计数器能运行以响应于在相继的切换周期中接收到两个或更多个错反馈样本信号来输出所述故障信号。在一个实施方案中，所述驱动电路响应于所述故障信号来禁止所述功率开关的切换。在一个实施方案中，所述驱动电路响应于所述故障信号来进入自动重启模式。
从下文结合附图给出的更具体描述中，本发明的几个实施方案的上述及其他方面、特征和优点将更明了。图1是示出了根据本发明一个实施方案的功率转换器的输出绕组上的电压的示例性电压波形。图2是示出了根据本发明一个实施方案的用于控制功率开关的驱动信号以及功率转换器的输出绕组上的相应电压的示例性电压波形。图3是示出了根据本发明一个实施方案的示例性初级侧调节式(primary-sideregulated)功率转换器的功能框图。图4是示出了根据本发明一个实施方案的、可用在初级侧调节式功率转换器中的示例性控制器的功能框图。图5是示出了根据本发明一个实施方案的、可用在用于初级侧调节式功率转换器的控制器中的示例性错反馈电压保护电路(missing feedback voltage protectioncircuit)的功能框图。图6A示出了根据本发明一个实施方案的功率转换器的输出绕组上的电压的示例性电压波形。图6B示出了根据本发明一个实施方案的功率转换器的输出绕组上的电压的示例性电压波形。图7是示出了根据本发明一个实施方案的用于检测假反馈电压样本的示例性电路的电路图。图8示出了根据本发明一个实施方案的用于检测由假反馈电压样本导致的故障状况的示例性方法。
具体实施例方式在下文的描述中，给出了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域普通技术人员应明了，未必需要使用这些具体细节来实践本发明。在另一些情况下，为了避免模糊本发明，没有详细描述众所周知的材料或方法。在本文全文中提到的“一个实施方案” “一实施方案” “一个实施例”或“一实施例”意指，结合这个实施方案或实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在本文全文中各处出现的短语“在一个实施方案中” “在一实施方案中” “一个实施例”或“一实施例”未必都指的是同一实施方案或实施例。此外，这些具体特征、结构或特性在一个或多个实施方案或实施例中可按照任何合适的组合和/或子组合结合。具体特征、结构或特性可被包括在提供所描述的功能的集成电路、电子电路、组合逻辑电路或其他合适的部件中。另外，应认识到，在此提供的附图是出于向本领域普通技术人员解释的目的，并且这些图未必按比例绘制。通常，使用初级侧调节(也称为初级侧感测)的功率转换器可在从功率开关切换至断态算起某一长度的时间后对偏置绕组的电压进行取样。这样做是因为偏置绕组电压仅可在该开关切换至断态之后的一部分时间内代表该功率转换器的输出电压。例如，图1示出了在该功率开关切换至断态之后不久功率转换器的输出绕组上的电压。如所示，该输出绕组上的电压在切换事件之后不久经历了初始尖峰和波纹。这个时间段在图1中被标为区段(sect ion ) A。如果一个样本是在该时间段内采取的，则由于输出绕组电压中的相对大的波纹，可能会获得不正确的电压读数。然而，最终，在输出绕组电压最能代表输出电压的时间段(在图1中被标为区段B)上，输出绕组电压变得相对稳定，然后当所有能量都被传递给该功率转换器的输出侧时，输出绕组电压快速下降(在图1中被标为区段C)。结果，为了在被标为B的相对稳定的时间段内测量输出绕组电压，功率转换器控制器被设计为通常在对所述偏置绕组电压进行取样之前等待某一固定长度的时间。尽管这种方法通常产生可靠的样本，但在该功率转换器的运行中，被标为A、B和C的时间段的持续时间不保持恒定。因此，可能的是，时段A和B的持续时间会变得足够短，以使得该功率转换器当使用固定的取样时间时会在时段C中获得样本，从而得到显著低于实际输出电压的电压样本。响应于在时段C中米取的低压样本,该功率转换器会试图向输出端传送更多的能量，从而导致输出电压增加，这进而导致时段A和B的总持续时间进一步减小。结果，在时段C中会继续出现对偏置绕组电压的后续取样，从而得到更多的不正确地表明低输出电压的样本。常规的初级侧调节式功率转换器不能从这种状况中恢复，从而导致过量的输出电压。举例而言，图2示出了用于控制功率开关的驱动信号以及在初级侧调节式功率转换器的输出绕组两端得到的电压的电压波形。在该驱动信号的第一通时段(通I)中，该输出绕组两端存在基本零电压。然而，在该驱动信号在断I时段中变为低之后，该输出绕组两端的电压表现为类似于图1所示的电压波形。在断I时段的ts秒之后，在该输出电压的相对稳定的部分中米取第一样本(样本I)。该样本代表该功率转换器的输出绕组上的电压，从而被认为是好样本。然而，在样本I被采取之后，由于例如去除了负载，该功率转换器的输出电压可能会增大。结果，在断2时段中，输出二极管的导通时间被减小至短于ts秒的持续时间。因此，当样本2在进入断2时段ts秒处产生时，样本电压显著低于实际的输出绕组电压。因此，样本2是假样本。响应于这个低反馈样本，该功率转换器会试图增大传送至输出端的功率，从而进一步增大输出电压。结果，在断3时段中(其中样本电压显著低于实际的输出绕组电压)，二极管导通时间被进一步减小，从而导致在进入该时段ts秒处获得另一个坏样本(样本3)。如果这种样式继续，则在每个后续切换周期中将有更多功率被传送至输出端，由此导致输出电压继续升高，从而导致失控状况。作为概述，本发明的实施方案提供了初级侧调节式功率转换器中的改进的反馈取样。在各个实施方案中，在采取默认(default)反馈样本之前采取测试样本。可将该测试样本的电压与该默认反馈样本的电压进行比较，以确定这两个样本之间的电压差是否超过阈值。如果该默认样本低于该测试样本的程度超过该阈值，则该默认样本可被标记为潜在假样本，例如在图1的时间段C中采取的样本。该功率转换器的控制器可检测何时获得了多于阈值数目的潜在假样本。举例而言，图3示出了示例性功率转换器300的功能框图。在运行中，功率转换器300由在输入端子330处接收的未调节的交流输入(具有电压Vin)在输出端子331处提供直流输出(具有电压Vot)。在示出的实施例中，功率转换器300包括控制器304、功率开关306、能量传递元件308、输出二极管Dl 309、输出电容器Cl、电容器C3、电阻器R3以及偏置绕组反馈电路310。偏置绕组反馈电路310可包括二极管D2、电容器C2、电阻器Rl和R2以及偏置绕组328 (其磁耦合至能量传递元件308)。如图3所示，能量传递元件308包括耦合电感器，该耦合电感器具有输入绕组324和输出绕组326。该输入绕组在此也可被称为“初级绕组”，且该输出绕组在此也可被称为“次级绕组”。能量传递元件308在功率转换器300的输入侧与输出侧之间提供了流电隔离，以阻止输入侧与输出侧之间的直流电流。输入返回线305电耦合至被称为处于功率转换器300的“输入侧”的电路系统。类似地，输出返回线307 (其可与输入返回线305隔离且分立)电耦合至被称为处于功率转换器300的“输出侧”的电路系统。在运行中，初级绕组324可耦合至功率开关306，以使得当功率开关306处于通态时，能量传递元件308以输入电流Isw接收能量，并且当功率开关306切换至断态之后，能量传递元件308向功率转换器300的输出端传递能量。通态可被定义为当开关306能够传导电流时，且断态可被定义为当开关306基本不能传导电流时。在一个实施例中，功率开关306可包括晶体管，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET )、双极结型晶体管(BJT )或任何其他晶体管，或者任何其他开关。控制器304可被配置为使用切换或驱动信号(在图3中标为Udkive)来控制功率开关306。控制器304输出的驱动信号可耦合至功率开关306的栅极或控制端子，并且可使得功率开关306在通态与断态之间切换。控制器304可包括振荡器(未示出)，该振荡器限定了基本规则的切换时段，在该基本规则的切换时段中，开关306可在处于通态时导通，或者在处于断态时不导通。控制器可通过旁通端子BP由供电电容器(supply capacitor)C3供电。在运行中，电阻器R3可被包括以控制供电电容器C3中的电流。如所示，控制器304可被配置为通过使功率开关306在通态与断态之间切换来调节功率转换器300的输出电压，从而控制传送至输出端的功率的量。在一个切换事件中，当功率开关306处于通态时，开关电流Isw传导经过能量传递元件308。当开关306为导通时传导的开关电流Isw的量由输入电压、初级绕组的电感以及功率开关306保持处于通态的时间确定。当功率开关306处于断态时，开关电流Isw基本为零。当开关306从通态切换至断态时，电流传导经过次级绕组326。该电流继而被输出二极管Dl整流并被电容器Cl滤波，以在输出端子331处产生输出电压Votjt和输出电流Iotjt。在运行中，控制器304可接收反馈信号Ufb 332，该反馈信号代表当输出二极管Dl为导通时的输出电压。在一个实施例中，控制器304可使用反馈信号Ufb 332来调整初级绕组324中的电流脉冲的频率、幅度和/或持续时间，以提供维持想要的输出电压所要求的适量的功率。控制器304还可包括错反馈电压保护(MFVP)电路305，用于检测由控制器304采取的反馈信号Ufb的潜在假样本。下文将参照图4至图8更详细地描述MFVP电路305。如图3所示，偏置绕组反馈电路310适于通过向控制器304发送反馈信号Ufb 332来提供初级反馈，这允许了从电源的输入侧间接感测输出电压。反馈信号Ufb 332可等于偏置电SVbias，或者是偏置电压Vbias的缩放。由于能量传递元件308中的磁耦合，在功率开关306切换至断态之后，能量被传送至输出绕组326并传送至偏置绕组328。该磁耦合还使得偏置绕组328两端感生的电压与输出绕组326两端的电压基本成比例。输出绕组326两端的电压与偏置绕组328两端的电压的比例关系基于的是输出绕组326的匝数与偏置绕组328的匝数之间的比值。由于当二极管Dl导通时，输出绕组326两端的电压仅大于输出电压Vott约O. 7V (输出二极管前向电压降的近似值)，所以偏置电压Vbias增大至如下电压，该电压代表当在功率开关306的断态中传递能量时的输出电压。在一些情况下，控制器304可使用反馈信号Ufb332来将偏置电压Vbias直接调节至代表想要的输出电压的想要的电压。例如，偏置电压Vbias可被调节至10V，以将输出电压间接调节至5V。在一些实施例中，供电电压Vc3包括直流电压成分，也包括时变电压成分(被称为波纹电压)。波纹电压的出现是由于供电电压电容器C3的充电和放电。偏置绕组反馈电路310还可包括两个或更多个电阻器Rl和R2，它们形成一个电阻分压器，以向控制器304提供已分压的或缩放的偏置电压作为反馈信号UFB。在一些实施例中，为了实施上述控制，控制器304 (及其个体部件)和开关306可被实施为单块(monolithic)集成电路，或者可用分立电气部件来实施，或者可用分立部件与集成电路的组合来实施。在另一些实施例中，功率开关306可不被包括作为该集成电路的一部分，且控制器304可被耦合至如下功率开关，该功率开关被制造为与控制器304分立的器件。现在参照图4，其示出了用于功率转换器的示例性控制器304的框图。在示出的实施例中，控制器304包括反馈(FB)电路309、驱动电路311以及错反馈电压保护(MFVP)电路305。如所示，控制器304接收反馈信号Ufb 332，并且输出驱动信号Udkive，用于控制功率开关(诸如功率转换器300的功率开关306)。反馈电路309可被配置为从反馈电路或偏置绕组(例如，从偏置绕组反馈电路310的偏置绕组328)接收反馈信号Ufb 332。反馈电路309还可从驱动电路311接收驱动信号UmiVE。反馈电路309可使用驱动信号Udkive来确定该功率开关何时处于断态，并且可在从驱动信号Udkive的下降沿(当功率开关306从通态切换至断态时)算起某一设定长度的时间后对反馈信号Ufb 332进行取样。反馈电路309可将所取样的反馈信号Ufb 332的电压作为Usample输出，并且可将USAmE传输至驱动电路311和MFVP电路305。
如所示，MFVP电路305可被配置为接收反馈信号Ufb 332、样本信号USAmE以及驱动信号UDKIVE。类似于反馈电路309，MFVP电路305可被配置为使用驱动信号Udkive来确定该功率开关何时处于断态，并且可在从驱动信号UDkive的下降沿算起某一设定长度的时间后对反馈信号Ufb 332进行取样。在一些实施例中，MFVP电路305可在反馈电路309对反馈信号Ufb 332进行取样之前对反馈信号Ufb 332进行取样。基于由反馈电路309和MFVP电路305取样的电压，MFVP电路305可确定Usamm是否代表假样本，以及是否已经因该假样本而出现故障状况。响应于检测到的故障状况，MFVP电路305可向驱动电路311传输故障信号(fault signal) Ufauij,表明可能已出现故障状况。在一个实施例中，当驱动电路311接收到故障信号Ufauu时，该功率转换器可进入自动重启模式。自动重启模式是一种开环控制方法，其中功率开关306在一个时间段上切换，相继的通周期和禁止该功率转换器切换的时段交替出现。驱动电路311可被配置为从反馈电路309接收样本信号USAMaE，并从MFVP电路305接收故障信号UFmT。如上所述，故障信号Ufmm表明MFVP电路305已检测到故障状况。在一些实施例中，驱动电路311可响应于接收到驱动信号Ufauu来进入自动重启模式。驱动电路311还可被配置为产生驱动信号Udkive,以控制功率转换器的功率开关。例如，Udeive可被用来控制功率转换器300的功率开关306。驱动电路311可被配置为至少部分地基于反馈信号Ufb 332的样本Usampu5来产生驱动信号Udkive。基于这些电压样本,驱动电路311可调整驱动信号Udk·ive的频率、持续时间、电压等，以调整传送至功率转换器的输出端的功率的量。例如，如果所取样的信号USAmE代表的输出电压低于想要的输出电压,则驱动电路311可被配置为增大Udkive的频率、持续时间、电压或其组合，以向该转换器的输出端传送更多的功率。类似地，如果所取样的信号USAmE代表的输出电压高于想要的输出电压，则驱动电路311可被配置为减小Udkive的频率、持续时间、电压或其组合，以向该转换器的输出端传送更少的功率。尽管反馈电路309、MFVP 305以及驱动电路311被示为分立的模块，但应认识到，一个模块的所有部件或一些部件可与另一模块的一些部件或所有部件结合。现在参照图5，其示出了 MFVP电路305的功能框图。如上文所述，MFVP电路305通常确定由控制器304获得的假电压样本，并确定由这些假样本中的一个或多个导致的故障状况。MFVP电路305可包括用于接收反馈信号Ufb 332和驱动信号Udkive的时间触发式传感器(time-triggered sensor)501 在一些实施例中，时间触发式传感器501可被配置为，在从与驱动信号Udkive关联的触发事件发生算起某一设定长度的时间后，获得反馈信号Ufb 332的电压的测试样本(Utest)。在一个实施例中，时间触发式传感器501可被配置为,在从驱动信号Udkive的下降沿(代表功率开关切换至断态)算起约0.8 μ s后的时刻对反馈信号Ufb 332的电压进行取样。测试样本Utest可被提供给比较电路503，在这里可将测试样本Utest与由反馈电路309获得的反馈样本^_进行比较。在另一些实施例中，时间触发式传感器501可被配置为在一个不同的时间量(其值依赖于具体应用)之后对反馈信号Ufb 332进行取样。举例而言，该时间量可在0.5 μ s与2.0 μ s之间或更大，例如约0.5 μ S、约0.6 μ S、约0.7 μ S、约0.8 μ S、约0.9 μ S、约1.0 μ S、约1.5 μ S、约2.0 μ S或更大。另外，与驱动信号Udkive相关的触发事件替代地可以是驱动信号Udkive的上升沿。如所示，比较电路503可被配置为接收Usami^e和Utest并且比较USAmE和Utest的电压，以确定Usami^是否代表假样本。在一些实施例中，比较电路503可通过比较Utest和Usamm的电压从而确定USAmE的电压小于Utest的电压的程度是否超过阈值量，来检测潜在假样本。例如，在一些实施例中，如果由Utest的电压代表的输出绕组326电压(从而输出电压Vmjt)减去由Usakw的电压代表的输出绕组326电压等于或大于0.7V，则比较电路503可将USAmE识别为潜在假样本并且可断言(assert)信号U觀。应认识到，根据能量传递元件308的绕组的匝数比值以及由电阻器Rl和R2形成的电阻分压器中的电阻器的值，输出绕组326两端的电压以及Ufb 332的电压可相等或不相等。因此，为了识别由Utest和Usakw代表的输出绕组326电压中的0.7V的差，比较电路503可寻找Utest和USA_之间的等于或不同于0.7V的电压差。另外，如将参照图6A更详细地讨论的，0.7V可被选择为阈值电压，因为输出二极管Dl 309两端的约0.7V的电压降导致输出绕组326电压逐渐下降近似相同的量。然而，应认识到，根据电路配置，也可使用除了 0.7V以外的阈值电压。MFVP电路305还可包括故障计数器505，用于跟踪由比较电路503识别的假样本的数目。在一些实施例中，故障计数器505可从比较器503接收信号Umiss,并且可被配置为响应于信号Umiss的断言来使内部计数器累加。这样，故障计数器505可记录由控制器304获得的潜在假样本的数目。在另一些实施例中，故障计数器505可仅保持跟踪相继的假样本的数目。因此，响应于未被断言的Umiss信号，故障计数器505可复位至零。故障计数器505还可被配置为响应于该计数器达到阈值来断言故障信号UFmT。例如，根据系统配置，响应于内部计数器达到4 (代表4个非相继的Umiss断言或4个相继的Umiss断言)故障计数器505可断言故障信号UFmT。然而，应认识到，故障计数器505可被配置为响应于该计数器达到任何值(这可代表任何数目的相继或非相继的潜在假样本)来断言故障信号UFmT。现在将参照图6A讨论由反馈电路309和MFVP电路305获得的电压样本的时序。类似于图1，图6A示出了在功率开关306切换至断态之后不久，输出绕组326两端的电压的示例性电压波形。在示出的实施例中，tT代表在功率开关306切换至断态之后在采取测试样本之前的延时，ts代表在功率开关306切换至断态之后在采取默认样本之前的延时，tDC0ND代表输出二极管Dl处于导通的时间，且tQFF代表功率开关306处于断态的时间。如图6A所示，在从开关306切换至断态算起经过时间tT后的时刻，可获得第一样本。在一些实施例中，通过时间触发式传感器501在时间tT处对反馈信号Ufb进行取样,可测量时间tT处的输出绕组电压。结果可由时间触发式传感器501作为信号Utest输出，信号Utest具有代表电压vTEiT的电压。在一些实施例中，时间可等于约0.8 μ S。然而,应认识至IJ，根据具体应用，可使用其他值的时间tT。在一些实施例中，时间tT的持续时间可通常被选择为超过Vciut中的初始电压尖峰的持续时间。在从开关306切换至断态算起经过时间ts后的时刻，可获得第二样本。在一些实施例中，通过反馈电路309在从开关306切换至断态算起经过时间ts后的时刻对反馈信号Ufb进行取样，可检测时间ts处的输出绕组电压。结果可由反馈电路309作为信号Usamm输出，信号Usampu5具有代表 电压Vsampu5的电压。在一些实施例中，时间ts可等于约2.5 μ S。然而，应认识到，根据具体应用，可使用其他值的时间ts。在一些实施例中，时间ts的持续时间可通常被选择为使得在输出二极管导通时间Tdotd (类似于图1中被标为区段B的时间段)结束之前出现的相对稳定的时间段中采取样本。如上文讨论的，基于测试电压Vtest与样本电压VSA_之间的电压差，可检测假样本。如果Vsam^e的电压小于Vtest的电压的程度超过阈值量，则在时间ts处采取的样本可被认为是假样本。阈值差可基于电路设计来选择，并且可近似等于在初始瞬变时段之后且在输出二极管Dl停止导通之前输出绕组326电压的预计的电压下降量。对于示例性功率转换器300，电压差Vdi (其代表输出二极管Dl的正向电压降)可基本用作阈值电压差，因为输出绕组326电压的预计的电压下降量近似等于该输出二极管的正向电压降。在一些实施例中，Vdi可近似等于O. 7V。然而，应认识到，根据具体应用，可使用其他阈值电压。在图6A示出的实施例中，可看到Vtest与VSA_之间的差小于Vdi，因此在时间ts处采取的样本可被确定为好样本。然而，如图6B所示，如果tDaM)的持续时间缩短(例如，由于输出电压Votjt的增大)至短于延时ts,则Vsampu5的电压可显著低于实际输出电压VoUT。例如，如图6B所示，当t_D短于时间ts时，Vtest与VSA_之间的差可大于VD1。在该实施例中，在时间ts处采取的样本可被确定为坏样本。应认识到，控制器304的部件所取样和比较的是来自反馈信号Ufb 332的电压，而不是输出绕组上的电压。因此，由于上文讨论的O. 7V差关乎输出绕组电压，所以根据能量传递元件308的绕组的匝数比值以及由电阻器Rl和R2形成的电阻分压器中的电阻器的值，被比较的反馈信号样本之间的实际电压差可相同或不相同。现在参照图7，其示出了用于产生和比较电压样本的示例性电路701。在一些实施例中，电路701可被用来执行上文针对反馈电路309、时间触发式传感器501和比较器503描述的功能。电路701可包括缓冲器703，用于接收反馈信号Ufb 332。电路701还可包括用于选择性地对电容器C4和C5充电的开关SW2和SW3。在运行中，开关SW2和SW3可保持闭合，从而允许利用反馈信号Ufb 332对电容器C4和C5充电。当要采取样本时，这些开关之一可被设定到断开位置，导致相应的电容器存储如下电压，该电压等于当这个开关为断开时反馈信号Ufb 332的电压。例如，在时间卜处，可通过断开开关SW2从而使电容器C4两端的电压等于反馈信号Ufb在时间tT处的电压，来获得测试样本。然后，在时间ts处，可通过打开开关SW3从而使电容器C5两端的电压等于反馈信号Ufb在时间ts处的电压，来获得默认反馈样本。电路701还可包括运算放大器707，用于比较电容器C4与C5的电压。在一些实施例中，电路701还可包括直流电压源705作为补偿(offset)，代表阈值电压，以增大施加至运算放大器707的负端子的电压。这样，可对电容器C4的电压与补偿电压VcwsetW上电容器C5的电压进行比较。这可被用来，例如，确定测试电压(C4上的电压)大于样本电压(C5上的电压)的程度是否超过阈值量(补偿电压VcwsetX如果电容器C4的电压大于电容器C5的电压与补偿电压Vqffset之和,则运算放大器707可断言错信号(miss signal) Umisso补偿电压Votfset可被选择为等于阈值电压(例如，O. 7V)，如上文讨论的。应认识到，电路701可包括未示出的附加电路系统。现在参照图8，其示出了用于检测由初级侧调节式功率转换器获得的假反馈信号样本的示例性方法800。在方法800的框801，监测一个功率开关，以确定该开关何时闭合。例如，可监测由控制器304产生的驱动信号Udkive,以确定功率转换器300的功率开关306何时切换至断态。如上文讨论的，当开关306为断开时，功率可从能量传递元件308的初级绕组324传递到输出绕组326。一旦检测到开关306断开，该方法可前进至框803。在框803，可在延迟了时间tT之后产生一个测试样本。例如，在一些实施方案中，控制器304的时间触发式传感器501可在检测到开关306断开之后等待约0.8 μ S，然后对反馈信号Ufb进行取样。可产生测试信号Utest,其代表在时间tT处米取的样本的测试电压Vtest。在框805，可在从开关306断开算起^秒后的时刻获得一个样本电压。例如，在一些实施方案中，反馈电路309可在从开关306切换至断态算起约2.5 μ s后的时刻对反馈信号Ufb 332进行取样。可产生样本信号Usampu5,其电压代表在时间ts处米取的样本的电压。在框807，可将Utest的电压和USA_的电压之间的差与阈值电压Vth进行比较，以确定Usamm是否可能是假样本。如果该差大于阈值电压Vth，则该方法前进至框811。然而，如果该差等于或小于阈值电压Vth，则该方法前进至框809。例如，在一些实施方案中，比较器503可被用来比较Utest和USAmE的电压。如果在框807确定了 Usamm可能是假样本，则可在框811使计数器累加。该计数器可被用来保持跟踪所获得的相继的假样本的数目。例如，在一些实施方案中，当比较器503识别了一个假样本时，故障计数器505可累加。在框813，可将该计数器存储的计数与阈值X进行比较。如果该计数等于该阈值，则可确定已出现故障状况，并且可在框815产生一个故障信号。然而，如果该计数不等于阈值X，则该方法返回框801，以监测下一个切换事件。这样，该计数器可跟踪所获得的相继的潜在假样本的数目。例如，在一些实施方案中，当计数器50存储的值达到4时，故障信号Ufault可产生并被传输至控制器304的驱动电路311。故障信号Ufauu被驱动电路311接收可导致控制器304进入自动重启模式，以避免在功率转换器300的输出端处产生过大的电压。相反，如果在框807确定了 USAMaE可能是好样本，则该计数器可在框809复位。然后该方法可返回至框801。例如，在一些实施方案中，当获得了非假样本时，故障计数器505可复位。 尽管方法800的框已按特定顺序呈现，但应认识到，它们可按任何顺序执行，并且一个或多个框可同时被执行。例如，反馈电路309和MFVP电路305可监测驱动信号Udkive以确定开关SWl何时断开，同时比较器503将测试信号Utest与样本信号USAmE进行比较。上文对本发明的示例性实施例的描述，包括摘要中描述的内容，不意在是穷举性的或者是对所公开的确切形式的限制。尽管出于示例目的在本文中描述了本发明的具体实施方案和实施例，但在不偏离本发明的较宽泛精神和范围的前提下，多种等同修改是可行的。事实上，应认识到，具体示例的电压、电流、频率、功率范围值、时间等是出于解释目的提供的，并且在根据本发明教导的其他实施方案和实施例中也可采用其他值。可根据上文的详细描述对本发明的实施例做出这些修改。下列权利要求中使用的术语不应被理解为将本发明限制于说明书和权利要求中公开的具体实施方案。而是，范围应完全由下列权利要求确定，这些权利要求应根据权利要求解释的既定原则来理解。因此，本说明书和附图应被认为是示例性的而非限制性的。
权利要求
1.一种用于初级侧调节式功率转换器的控制器，所述控制器包括: 反馈电路，其能运行以接收代表所述功率转换器的输出的反馈信号，所述反馈电路还能运行以基于所述反馈信号来产生第一反馈信号样本； 错反馈电压保护电路，其能运行以: 接收所述反馈信号； 基于所述反馈信号来产生第二反馈信号样本； 接收来自所述反馈电路的所述第一反馈信号样本； 将所述第一反馈信号样本与所述第二反馈信号样本进行比较；以及基于所述第一反馈信号样本与所述第二反馈信号样本的比较来产生故障信号；以及驱动电路，其耦合至所述错反馈电压保护电路，其中所述驱动电路能运行以产生用于控制功率开关的驱动信号。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中所述错反馈电压保护电路包括时间触发式传感器电路，所述时间触发式传感器电路能运行以接收所述反馈信号，其中所述时间触发式传感器电路还能运行以基于所述反馈信号来产生所述第二反馈信号样本。
3.根据权利要求2所述的控制器，其中所述错反馈电压保护电路还包括比较电路，所述比较电路耦合至所述反馈电路和所述时间触发式传感器电路，其中所述比较电路能运行以接收来自所述反馈电路的所述第一反馈信号样本和来自所述时间触发式传感器电路的所述第二反馈信号样本，并且其中所述比较电路还能运行以基于所述第一反馈信号样本与所述第二反 馈信号样本之间的比较来产生错信号。
4.根据 权利要求3所述的控制器，其中所述错反馈电压保护电路还包括计数器，所述计数器耦合至所述比较电路，其中所述计数器能运行以接收来自所述比较电路的所述错信号，并且响应于接收若干相继的错信号来产生所述故障信号。
5.根据权利要求4所述的控制器，其中相继的错信号的数目是4。
6.根据权利要求3所述的控制器，其中所述比较电路还能运行以执行所述第一反馈信号样本与所述第二反馈信号样本之间的比较，并且其中所述比较包括将所述第一反馈信号样本的电压与所述第二反馈信号样本的电压进行比较。
7.根据权利要求6所述的控制器，其中所述比较电路能运行以响应于所述第二反馈信号样本的电压大于所述第一反馈信号样本的电压的程度超过设定量来产生所述错信号。
8.根据权利要求7所述的控制器，其中所述设定量是约0.7V。
9.根据权利要求1所述的控制器，其中所述反馈电路能运行以在从所述驱动信号的下降沿算起第一长度的时间后的时刻产生所述第一反馈信号样本，并且其中所述错反馈电压保护电路能运行以在从所述驱动信号的下降沿算起第二长度的时间后的时刻产生所述第二反馈信号样本。
10.根据权利要求9所述的控制器，其中所述第二长度的时间短于所述第一长度的时间。
11.一种初级侧调节式功率转换器，包括: 功率开关； 能量传递元件，其耦合至所述功率开关，以将所述功率转换器的输入端与所述功率转换器的输出端流电隔离，并且在所述功率转换器的输入端与输出端之间传递能量；偏置绕组，其耦合至所述能量传递元件，其中所述偏置绕组被配置为输出偏置绕组反馈信号，所述偏置绕组反馈信号代表所述功率转换器的输出端处的输出电压；以及控制器，其耦合至所述功率开关，以控制所述功率开关，所述控制器包括: 反馈电路，其能运行以接收所述偏置绕组反馈信号，所述反馈电路还能运行以基于所述偏置绕组反馈信号来产生第一反馈信号样本； 错反馈电压保护电路，其能运行以: 接收所述偏置绕组反馈信号； 基于所述偏置绕组反馈信号来产生第二反馈信号样本； 接收来自所述反馈电路的所述第一反馈信号样本； 将所述第一反馈信号样本与所述第二反馈信号样本进行比较；以及基于所述第一反馈信号样本与所述第二反馈信号样本的比较来产生故障信号；以及驱动电路，其耦合至所述错反馈电压保护电路，其中所述驱动电路能运行以产生用于控制所述功率开关的驱动信号。
12.根据权利要求11所述的初级侧调节式功率转换器，其中所述反馈电路能运行以在从所述驱动信号的下降沿算起第一长度的时间后的时刻产生所述第一反馈信号样本，并且其中所述错反馈电压保护电路能运行以在从所述驱动信号的下降沿算起第二长度的时间后的时刻产生所述第二反馈信号样本。
13.根据权利要求12所述的初级侧调节式功率转换器，其中所述第二长度的时间短于所述第一长度的时间。
14.一种用于检测初级侧调节式功率转换器中的故障状况的方法，所述方法包括: 接收代表所述功率转换器的输出的反馈信号； 使用所述反馈信号产生第一反馈信号样本； 使用所述反馈信号产生第二反馈信号样本； 将所述第一反馈信号样本与所述第二反馈信号样本进行比较；以及 基于所述第一反馈信号样本与所述第二反馈信号样本的比较来产生故障信号。
15.根据权利要求14所述的方法，其中将所述第一反馈信号样本与所述第二反馈信号样本进行比较包括，将所述第一反馈信号样本的电压与所述第二反馈信号样本的电压进行比较。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述故障信号是响应于所述第二反馈信号样本的电压大于所述第一反馈信号样本的电压的程度超过设定量来产生的。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括响应于所述第二反馈信号样本的电压大于所述第一反馈信号样本的电压的程度超过设定量来将所述第二反馈信号样本识别为假样本。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述故障信号是响应于识别若干相继的假样本来产生的。
19.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一反馈信号样本是在从所述初级侧调节式功率转换器的功率开关断开 算起第一长度的时间后的时刻产生的，并且其中所述第二反馈信号样本是在从所述初级侧调节式功率转换器的功率开关断开算起第二长度的时间后的时刻产生的。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第二长度的时间短于所述第一长度的时间。
21.一种控制器，包括: 反馈电路，其待被耦合至功率转换器的输出端，以接收代表所述功率转换器的输出的反馈信号，其中所述反馈电路被耦合以输出样本信号； 错反馈电压保护电路，其耦合至所述反馈电路，其中所述错反馈电压保护电路被耦合以: 至少部分地基于所述反馈信号来产生测试信号； 响应于所述样本信号与所述测试信号之间的差大于阈值来产生错反馈样本信号；以及 至少部分地基于所述错反馈样本信号来产生故障信号；以及 驱动电路，其耦合至所述反馈电路，其中所述驱动电路能运行以至少部分地基于所述样本信号来调节所述功率转换器的输出，其中所述驱动电路被耦合以接收来自所述错反馈电压保护电路的所述故障信号从而表明故障状况。
22.根据权利要求21所述的控制器，其中所述阈值基本等于所述功率转换器的输出二极管两端的正向电压降。
23.根据权利要求21所述的控 制器，其中所述反馈信号代表输出电压。
24.根据权利要求21所述的控制器，其中所述错反馈电压保护电路包括故障计数器，所述故障计数器能运行以至少部分地基于所述错反馈样本信号来向所述驱动电路输出所述故障信号。
25.根据权利要求24所述的控制器，其中所述故障计数器能运行以响应于在相继的切换周期中接收到两个或更多个错反馈样本信号来输出所述故障信号。
26.根据权利要求21所述的控制器，其中所述驱动电路响应于所述故障信号来禁止所述功率开关的切换。
27.根据权利要求21所述的控制器，其中所述驱动电路响应于所述故障信号来进入自动重启模式。
全文摘要
公开了用于在初级侧调节式功率转换器中提供改进的反馈取样的方法和装置。可在默认反馈样本之前采取测试样本。可将所述测试样本的电压与所述默认反馈样本的电压进行比较，以确定这两个样本之间的电压差是否超过阈值。如果所述默认样本低于所述测试样本的程度超过所述阈值，则所述默认样本可被标记为潜在假样本。如果获得了多于设定数目的潜在假样本，则所述功率转换器可进入自动重启模式。
文档编号H02M3/28GK103078502SQ201210369580
公开日2013年5月1日 申请日期2012年9月28日 优先权日2011年9月29日
发明者G·D·张, Y·迦诺基 申请人:电力集成公司