使用打嗝模式的电力过载保护的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及电力转换器，并具体涉及具有被称为打嗝模式(“hiccup mode”)的过载保护功能的电力转换器。
【背景技术】
[0002]在反激式转换器中，电路的输入和输出侧经由变压器的初级和次级线圈彼此隔离。为了确保转换器的可靠操作，从转换器控制电路的输出侧向输入侧传送指示变压器的电压或电流状况的控制信号，使得可以适当地调节初级和次级变压器线圈的开关(switching)。转换器控制电路通常取决于所使用的控制信号的类型(例如电压感测信号或电流感测信号)，根据电压模式控制或电流模式控制进行操作。
[0003]两种控制方法均需要将与变压器的输出电压相关的信号反馈至转换器控制电路(同时保留)。存在反馈输出感测电压的两种常用方式。首先使用光耦合器或备选地使用变压器线圈上单独的绕组(例如辅助变压器)来将变压器的次级侧电路(输出级)与控制电路耦合，并依赖设计的交叉调节来向控制电路反馈合适的电压信号。光耦合器提供严格的电压和电流调节属性，但是与辅助变压器相比安装更复杂并且更昂贵。另一方面，辅助变压器尽管不提供与光耦合器一样好的调节，但是不那么昂贵并且在长期操作中更可靠。
[0004]转换器控制电路的目的是调节初级变压器线圈的开关或占空比，以实现在次级电路或输出级处的合适的且预测的电压输出，并确保安全操作。一些脉冲宽度调制器(PWM)电力控制器提供被称为对于过载的“打嗝模式”的短路保护。电源的打嗝模式操作保护电源免受由于过流故障状况的损坏。还允许在排除故障时重启电源。
[0005]当控制电路感测到变压器的输出感测电压的降低时可以触发打嗝模式。例如，如果检测到了输出电压降至期望值的例如60%，则控制电路将其解释为过载状况。控制电路针对给定时间关闭电源，并尝试再次重启电源。如果已经解除了过载状况，则电源将启动并正常操作；否则，控制器将视为另一个过载事件并再次关闭电源，重复前一循环。通过重复地关闭并重启转换器电路，打嗝模式导致大大降低的功率损耗。
[0006]然而在其中通过辅助绕组来提供电压反馈的初级侧调节的转换器中该操作模式不可行，原因在于不理想的交叉调节在输出负载高并且辅助负载低时阻止反馈绕组上的电压降低。已知通过使用以下过载保护方法来尝试并解决该问题:例如熔丝、PTC(正温度系数)传感器和热断路装置、使用光隔离反馈的次级侧反馈或直接(非隔离的)连接，以及次级侧电流限制电路。然而，这些方法是昂贵的并会导致复杂的电路设计。
[0007]因此已经理解，希望提供改进的转换器，在其中能够容易检测到过载状况，允许打隔模式的可靠触发。
【发明内容】
[0008]在现在应当参考的独立权利要求中限定了本发明。在从属权利要求中阐述了有利特征。
[0009]本发明提供了一种具有电力输入端子和电力输出端子的DC到DC转换器，所述转换器包括:变压器，所述变压器具有与电力输入端子连接的初级变压器线圈和与所述电力输出端子连接的次级变压器线圈；开关电路，所述开关电路具有开关和开关控制器，所述开关控制器控制所述开关的占空比，以提供为所述初级变压器线圈提供能量的周期性信号；所述开关电路具有第一感测电路和第二感测电路，所述第一感测电路用于检测变压器的电压状况，在第一感测电路处接收到的电压用于在第一感测电路处检测到的电压状况指示所述变压器的过载时调节所述开关的占空比并启动打嗝模式，所述打嗝模式用于在初级绕组和/或次级绕组中消散电力；所述第二感测电路用于检测开关和/或初级绕组处的过流状况；辅助绕组，所述辅助绕组与变压器的初级变压器线圈和/或次级变压器线圈电磁耦合，以将指示所述变压器处的电压状况的第一信号反馈至第一感测电路；另一反馈路径，所述另一反馈路径在所述第二感测电路和所述第一感测电路之间连接，用于向第一感测电路提供第二信号，以在检测到过载时提升所述第一信号，并启动所述打嗝模式。
[0010]第一感测电路可以包括用于接收第一信号的电压反馈端子。指示所述变压器过载的电压状况可以是所述感测电路所感测到的电压的下降低于第一阈值。
[0011]此外，所述辅助绕组可以经由串联布置的二极管和电阻器与所述开关控制器的反馈输入端子电耦合。
[0012]开关控制器可以包括:误差放大器，基于在所述第一感测电路处接收到的第一信号来调节开关的占空比，所述误差放大器提供指示应当增大占空比还是减小占空比的放大器输出信号；以及所述开关控制器具有误差放大器输出管脚，在所述放大器输出管脚处输出所述误差放大器输出信号。
[0013]在转换器中，当所述第二感测电路检测到过载电流时，所述开关控制器可以被配置为减小所述开关的占空比，使所述误差信号输出饱和。
[0014]可以将来自所述开关控制器的误差输出管脚的误差信号输出作为第二信号反馈至所述第一感测电路。
[0015]可以将所述误差信号输出经由比较器电路反馈至所述第一感测电路，所述比较器电路比较所述误差信号与基准电压，并当所述误差信号被检测为与所述基准电压相比足够大时向所述第一感测电路输出所述第二信号。
[0016]比较器电路可以包括运算放大器。可以在所述运算放大器的反相管脚处输入误差输出信号，使所述运算放大器当在所述第二感测电路处检测到过载时饱和至一个低值。
[0017]比较器电路可以包括二极管调节器，并且可以在所述二极管调节器的反相管脚处输入所述误差输出信号，使所述调节器当在所述第二感测电路处检测到过载时饱和至一个低值。
[0018]转换器可以包括在地与运算放大器的反相管脚或调节器二极管之间连接的电容器。
【附图说明】
[0019]现在将仅通过示例的方式并参照附图来描述发明的实施例，在附图中:
[0020]图1是现有技术DC到DC转换器的说明；
[0021]图2是本发明的第一示例实施例的说明；以及
[0022]图3是例如在本发明的第一示例实施例中使用的示例控制电路的说明；
[0023]图4是本发明的第二示例实施例的实施例。
【具体实施方式】
[0024]图1示出了已知的DC到DC转换器。为了说明，示出了反激式转换器，但是转换器的其他结构(例如前向转换器)也适用于这种电路。
[0025]转换器在输入端子处接收输入电压Vin和在OV输入处接收地信号。开关电路和转换器电路与这两个电力轨连接。电容器Cll在输入电压端子和地之间连接，并且用于平滑掉在输入电压内出现的任何变化。
[0026]开关电路包括开关TRl和控制电路Ul。通过开关TRl使输入电压Vin在转换器电路的初级变压器线圈Pl上进行开关(switched)。在图1中，开关TRl是金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)，控制电路Ul将其控制为处于导通状态或处于不导通状态。如本领域技术人员将理解的，当开关电路中的晶体管TRl导通时，输入电压Vin施加于变压器的初级绕组Pl两端，并在所得到的磁场中将能量存储在变压器中。当开关电路中的晶体管TRl被置于不导通状态时，磁场消散并且电流依次流经变压器的次级绕组SI。这是通过二极管Dl和电容器C3调节的，并且转换为在输出和返回端子之间施加的DC电压。转换后的电压可以用于提供例如开关模式的电源或电力电子设备的输入级。
[0027]控制电路Ul可以是脉冲宽度调制(PffM)控制器U1。经由电阻器R3在MOSFET TRl的栅极端子接收来自控制器的开关信号。TRl的漏极与初级绕组Pl连接，并且源极与电阻器R16串联并且然后与OV (地)电力轨连接。TRl (如所示)是增强-模式N通道M0SFET，然而也可以使用其他晶体