專利名稱：用于開關(guān)電源變換器的多閾值過流保護的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路。更具體地說，本發(fā)明提供了一種用于電源變換器的多閾值過流保護的系統(tǒng)和方法。僅僅作為示例，本發(fā)明已經(jīng)被應(yīng)用于開關(guān)電源變換器。然而應(yīng)該認(rèn)識到本發(fā)明具有更加廣泛的可應(yīng)用性。
背景技術(shù)：
電源變換器被廣泛應(yīng)用于諸如便攜式設(shè)備的消費類電子設(shè)備。電源變換器將電源從一種形式轉(zhuǎn)換到另一種形式。作為示例，電源被從交流(AC)變換成直流(DC)、從DC變換成AC、從AC變換成AC或者從DC變換成DC。此外，電源變換器可以將電源從一個電平轉(zhuǎn)換到另一個電平。
電源變換器包括線性轉(zhuǎn)換器和開關(guān)方式轉(zhuǎn)換器。開關(guān)方式轉(zhuǎn)換器常常使用脈寬調(diào)制(PWM)機制或者脈沖頻率調(diào)制機制。這些機制通常利用包括有各種保護部件的開關(guān)方式控制器來實現(xiàn)。這些部件可以提供過電壓保護、過溫度保護和過電流保護(OCP)。這些保護通?？梢苑乐归_關(guān)電源變換器遭受永久性損壞。
例如，傳統(tǒng)的OCP使用單一閾值水平，該單一閾值水平可以在逐一周期內(nèi)或者逐一脈沖的基礎(chǔ)上限制電流
。但是這種傳統(tǒng)技術(shù)通常不能有效保護處在某些工作條件下的開關(guān)電源變換器。
因此，人們非常期望改進用于過電流保護的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及集成電路。更具體地說，本發(fā)明提供了一種用于電源變換器的多閾值過流保護的系統(tǒng)和方法。僅僅作為示例，本發(fā)明已經(jīng)被應(yīng)用于開關(guān)電源變換器。然而應(yīng)該認(rèn)識到本發(fā)明具有更加廣泛的可應(yīng)用性。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種用于保護開關(guān)電源變換器的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括補償系統(tǒng)，被配置來接收輸入信號并且生成控制信號；過流保護閾值發(fā)生器，被配置來接收所述控制信號并且生成過流保護閾值；以及比較器，被配置來接收所述過流保護閾值和反饋信號并且生成比較信號。此外，該系統(tǒng)包括脈寬調(diào)制發(fā)生器，被配置來接收所述比較信號并且響應(yīng)于所述比較信號而生成調(diào)制信號；以及開關(guān)，被配置來接收所述調(diào)制信號并且控制開關(guān)電源變換器的輸入電流。所述輸入電流與所述開關(guān)電源變換器的輸出功率相關(guān)聯(lián)。所述過流保護閾值對應(yīng)于所述輸出功率的閾值功率水平。所述閾值功率水平相對于所述輸入信號保持恒定、下降或者增大。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，一種用于保護開關(guān)電源變換器的系統(tǒng)包括啟動控制系統(tǒng)，被配置來生成第一控制信號；過流保護閾值發(fā)生器，被配置來接收所述第一控制信號并且生成過流保護閾值；以及比較器，被配置來接收所述過流保護閾值和反饋信號并且生成比較信號。此外，該系統(tǒng)包括脈寬調(diào)制發(fā)生器，被配置來接收所述比較信號并且響應(yīng)于所述比較信號而生成調(diào)制信號；以及開關(guān)，被配置來接收所述調(diào)制信號并且控制開關(guān)電源變換器的輸入電流。在啟動期間，所述過流保護閾值隨時間增大。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，一種用于保護開關(guān)電源變換器的系統(tǒng)包括過流保護閾值發(fā)生器，被配置來生成過流保護閾值；比較器，被配置來接收所述過流保護閾值和反饋信號并且生成比較信號；以及脈寬調(diào)制發(fā)生器，被配置來接收所述比較信號并且響應(yīng)于所述比較信號而生成調(diào)制信號。此外，該系統(tǒng)包括開關(guān)，被配置來接收所述調(diào)制信號并且控制開關(guān)電源變換器的輸入電流；以及模式識別系統(tǒng)，被配置來接收所述比較信號并且輸出第一控制信號到所述過流保護閾值發(fā)生器。所述第一控制信號指明所述反饋信號是否以高于預(yù)定水平的頻度超過所述過流保護閾值。所述過流保護閾值發(fā)生器還被配置來將所述過流保護閾值從第一閾值水平減小到第二閾值水平，如果所述第一控制信號指明所述反饋信號以高于所述預(yù)定水平的頻度超過所述過流保護閾值的話。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，一種用于保護開關(guān)電源變換器的系統(tǒng)包括補償系統(tǒng)，被配置來接收輸入信號并且生成控制信號；閾值發(fā)生器，被配置來接收所述控制信號并且生成閾值；以及比較器，被配置來接收所述閾值和反饋信號并且生成比較信號。此外，該系統(tǒng)包括切斷控制系統(tǒng)，被配置來接收所述比較信號并且生成切斷信號；以及開關(guān)，耦合到所述切斷控制系統(tǒng)并且被配置來切斷開關(guān)電源變換器。所述閾值至少隨所述輸入信號變化。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，一種用于保護開關(guān)電源變換器的方法包括接收輸入信號；至少基于與所述輸入信號相關(guān)聯(lián)的信息生成第一控制信號；以及生成第二控制信號，所述第二控制信號指明開關(guān)電源變換器是否處在啟動狀態(tài)。此外，該方法包括處理與所述第一控制信號、所述第二控制信號和第三控制信號相關(guān)聯(lián)的信息；至少基于與所述第一控制信號、所述第二控制信號和所述第三控制信號相關(guān)聯(lián)的信息，生成過流保護閾值；以及處理與所述過流保護閾值和反饋信號相關(guān)聯(lián)的信息。而且，該方法包括至少基于與所述過流保護閾值和所述反饋信號相關(guān)聯(lián)的信息，生成比較信號；處理與所述比較信號相關(guān)聯(lián)的信息；以及至少基于與所述比較信號相關(guān)聯(lián)的信息生成所述第三控制信號。所述第三控制信號指明所述反饋信號是否以高于預(yù)定水平的頻度超過所述過流保護閾值。并且，該方法包括至少基于與所述比較信號相關(guān)聯(lián)的信息生成調(diào)制信號；以及至少基于與所述調(diào)制信號相關(guān)聯(lián)的信息確定所述開關(guān)電源變換器的輸入電流。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，一種用于保護開關(guān)電源變換器的方法包括接收輸入信號；至少基于與所述輸入信號相關(guān)聯(lián)的信息生成控制信號；以及處理與所述控制信號相關(guān)聯(lián)的信息。此外，該方法包括至少基于與所述控制信號相關(guān)聯(lián)的信息，生成閾值；處理與所述閾值和反饋信號相關(guān)聯(lián)的信息；以及至少基于與所述閾值和所述反饋信號相關(guān)聯(lián)的信息，生成比較信號。而且，該方法包括處理與所述比較信號相關(guān)聯(lián)的信息；以及至少基于與所述比較信號相關(guān)聯(lián)的信息，切斷所述開關(guān)電源變換器。所述閾值至少隨所述輸入信號變化。
相對于傳統(tǒng)技術(shù)，通過本發(fā)明已經(jīng)實現(xiàn)了許多優(yōu)點。例如，本發(fā)明的一些實施例提供用于過電流保護的多級閾值。例如，所述多級閾值對應(yīng)于不同的工作條件。作為示例，工作條件包括輸出過載條件和系統(tǒng)啟動條件。在另一個示例中，基于輸入電壓自適應(yīng)地調(diào)節(jié)多級閾值。在另一個示例中，多級閾值處在電流域和/或電壓域。本發(fā)明的某些實施例提供了用于補償輸入電壓變動的逐一周期內(nèi)限流(cycle-by-cycle)閾值。例如，響應(yīng)于輸入電壓的變動來調(diào)節(jié)最大輸出功率。本發(fā)明的一些實施例提供了用于正常工作下電流限制的逐一周期內(nèi)限流閾值。例如，取決于在過電流閾值水平和輸入電壓之間所使用的補償方案，在正常工作下，將最大輸出功率設(shè)定為隨輸入電壓的變化而保持恒定、增大或者減小。
本發(fā)明的某些實施例響應(yīng)于過電流保護的觸發(fā)模式而調(diào)節(jié)逐一周期內(nèi)限流閾值。觸發(fā)模式反映了輸出載荷條件。例如，如果在給定的時間段內(nèi)觸發(fā)的次數(shù)低并且是隨機的，則輸出載荷條件通常是正常的?？梢允褂糜糜谡９ぷ鞯闹鹨恢芷趦?nèi)限流閾值。在另一個示例中，如果在給定的時間段內(nèi)觸發(fā)的次數(shù)超過了預(yù)定的水平，則逐一周期內(nèi)限流閾值被減小。在另一個示例中，在短路或者嚴(yán)重過載的條件下，最大輸出功率被減小，直到輸出載荷條件變?yōu)檎橹?。在另一個示例中，開關(guān)電源變換器工作在CCM或者DCM中。本發(fā)明的一些實施例在系統(tǒng)啟動期間調(diào)節(jié)逐一周期內(nèi)限流閾值以控制電流的增大。例如，在啟動期間，逐一周期內(nèi)限流閾值從低的值逐漸升高到用于正常工作的正常值。本發(fā)明的某些實施例區(qū)分用于啟動條件的過電流保護和用于正常工作的過電流保護。在供電啟動期間，開關(guān)電源變換器的輸出電壓通常低于用于正常工作的輸出電壓。反饋環(huán)路可以迫使開關(guān)電源變換器輸送額外的電流并且因此輸送額外的功率到輸出端。結(jié)果，變壓器繞組電流可能迅速升高到非常高的水平。此迅速的電流增大導(dǎo)致繞組的瞬時飽和并且由于雙倍磁通量效應(yīng)會損壞轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的某些實施例，過電流閾值在啟動期間逐漸升高，以便避免或者減小瞬時飽和以及雙倍磁通量效應(yīng)。因此，可以減少或者防止系統(tǒng)損壞。
本發(fā)明的某些實施例提供非正常閾值。例如，非正常閾值高于、等于或者低于逐周期閾值。在另一個示例中，非正常閾值被用于在短路和/或過載條件下觸發(fā)系統(tǒng)的切斷。本發(fā)明的一些實施例提供在預(yù)定的切斷時間段之后的自恢復(fù)機制。例如，開關(guān)電源變換器可以工作在“突發(fā)模式”(burst mode)，以減小非正常高的過電流條件下的輸出功率，并且一旦非正常高的過電流條件被清除則恢復(fù)到正常工作。如果最高的過電流閾值被觸發(fā)，本發(fā)明的某些實施例提供即時且永久性的鎖定切斷，以及時有效地保護轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)免受損壞。本發(fā)明的一些實施例提供用于電流限制和系統(tǒng)切斷兩者的解決方案。本發(fā)明的某些實施例可以縮短OCP去抖動時間和/或延遲，并且克服過電流孔(over-current hole)的問題。本發(fā)明的一些實施例可以提高系統(tǒng)的靈活性、可靠性和安全性。本發(fā)明的某些實施例可以將復(fù)雜的OCP設(shè)計分離成一個簡單的保護機制組。
參考下面的詳細(xì)描述和附圖，可以更加充分地了解本發(fā)明的各種其他的目的、特征和優(yōu)點。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于過電流保護的簡化的自適應(yīng)多級閾值系統(tǒng)；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于過電流保護的簡化的自適應(yīng)多級閾值系統(tǒng)；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于過電流保護的簡化的閾值補償系統(tǒng)；圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的作為時間的函數(shù)的逐一周期內(nèi)限流閾值的簡化示圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的簡化的離線反激轉(zhuǎn)換器。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及集成電路。更具體地說，本發(fā)明提供一種用于電源變換器的多閾值過流保護的系統(tǒng)和方法。僅僅作為示例，本發(fā)明已經(jīng)被應(yīng)用于開關(guān)電源變換器。然而應(yīng)該認(rèn)識到本發(fā)明具有更加廣泛的可應(yīng)用性。
傳統(tǒng)的過電流保護(OCP)常常不能在各種條件下限制電流或者保護開關(guān)電源變換器。例如，該開關(guān)電源變換器是工作在持續(xù)電流模式(CCM)。如果輸出過載或者短路，則電流可能升高到OCP閾值以上，因此使開關(guān)電源變換器超限。同樣，如果開關(guān)電源變換器遇到變壓器繞組的電感器飽和，同時由于OCP控制可能具有較長的延遲時間，將使得電流無限制地迅速升高并且永久性地?fù)p壞開關(guān)電源變換器。作為另一個示例，開關(guān)電源變換器工作在低占空比?！伴_通”時間段比OCP控制延遲短，因此OCP不能在過流條件下觸發(fā)。在另一個示例中，過電流保護頻繁地被某些工作條件所觸發(fā)。這些條件可以向開關(guān)電源變換器施加持續(xù)的超負(fù)荷，從而降低其長期可靠性。同樣，因為在這些工作條件下所輸送的高功率，開關(guān)電源變換器可能不能滿足某些安全要求。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于過電流保護的簡化的自適應(yīng)多級閾值系統(tǒng)。此圖僅僅是示例，不應(yīng)限制權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到很多變化、替代和修改。系統(tǒng)100包括電阻器102、輸入補償系統(tǒng)110、啟動控制系統(tǒng)120、模式識別系統(tǒng)130、逐一周期內(nèi)限流閾值發(fā)生器140、非正常閾值發(fā)生器150、逐一周期內(nèi)限流比較器160、非正常比較器170、切斷控制系統(tǒng)180、脈寬調(diào)制(PWM)發(fā)生器190、開關(guān)192和反饋系統(tǒng)194。雖然上面已經(jīng)示出了將選定的一組部件用于系統(tǒng)100，但是可以有許多替換、修改和變化。例如，這些部件中的一些可以被擴展和/或組合。其他的部件可以被插入上述的那些部件。依據(jù)實施例，部件的布置可以和被替換的其他布置互換。例如，系統(tǒng)100被用于調(diào)節(jié)開關(guān)電源變換器。在本說明書全文中，更具體地在下文中，可以找到這些部件的更多細(xì)節(jié)。
逐一周期內(nèi)限流閾值發(fā)生器140分別從輸入補償系統(tǒng)110、啟動控制系統(tǒng)120和模式識別系統(tǒng)130接收控制信號142、144和146，并且輸出逐一周期內(nèi)限流閾值信號148。例如，輸出逐一周期內(nèi)限流閾值信號148被用于限制開關(guān)電源變換器的峰值電流。非正常閾值發(fā)生器150從輸入補償系統(tǒng)110接收控制信號142，并輸出非正常閾值信號152。在一個實施例中，非正常閾值發(fā)生器150包括n個非正常閾值子系統(tǒng)，并且非正常閾值信號152包括n個非正常閾值的值。n是正整數(shù)。
逐一周期內(nèi)限流閾值信號148表示逐一周期內(nèi)限流閾值電壓或逐一周期內(nèi)限流閾值電流。非正常閾值信號152表示非正常閾值電壓或非正常閾值電流。在一個實施例中，逐一周期內(nèi)限流閾值電壓低于、等于或者高于非正常閾值電壓。在另一個實施例中，逐一周期內(nèi)限流閾值電流低于、等于或者高于非正常閾值電流。
控制信號142由輸入補償系統(tǒng)110生成。輸入補償系統(tǒng)110被連接到電阻器102，所述電阻器102還被耦合到輸入電壓104。在一個實施例中，輸入補償系統(tǒng)110讀出輸入電壓104，并且生成控制信號142。例如，輸入補償系統(tǒng)110接收與輸入電壓成比例的輸入信號。
逐一周期內(nèi)限流閾值發(fā)生器140使用控制信號142、144和146，以確定逐一周期內(nèi)限流閾值信號148。例如，在正常工作期間，控制信號142可以調(diào)節(jié)逐一周期內(nèi)限流閾值信號148，以便補償輸入電壓104中的變動。在另一個實施例中，在開關(guān)電源變換器的啟動期間，控制信號144被用于將逐一周期內(nèi)限流閾值信號148從用于正常操作的值減小，然后將逐一周期內(nèi)限流閾值信號148逐漸增大到用于正常操作的值。在一個實施例中，在啟動期間，逐一周期內(nèi)限流閾值隨著時間和輸入電壓104而變化。在另一個實施例中，控制信號146可以被用于將逐一周期內(nèi)限流閾值信號148從用于正常操作的值降低。在一個實施例中，如果在給定的時間段內(nèi)觸發(fā)逐一周期內(nèi)過電流保護的頻度超出了預(yù)定閾值，則控制信號146命令逐一周期內(nèi)限流閾值發(fā)生器140降低逐一周期內(nèi)限流閾值信號148。然后，在預(yù)定的延遲之后，閾值信號148可以恢復(fù)到用于正常操作的值。例如，所述頻度等于觸發(fā)的次數(shù)對給定時間段的比值。在另一個示例中，被降低的逐一周期內(nèi)限流閾值信號148隨輸入電壓104
改變。
非正常閾值發(fā)生器150使用控制信號142，以確定非正常閾值信號152。例如，控制信號142可以調(diào)節(jié)非正常閾值信號152，以便補償輸入電壓104中的變動。
逐一周期內(nèi)限流比較器160接收逐一周期內(nèi)閾值信號148和反饋信號162。反饋信號162指明了系統(tǒng)100所要調(diào)節(jié)的電流的幅度。例如，反饋信號162與開關(guān)電源變換器的輸入電流成比例。在一個實施例中，逐一周期內(nèi)限流閾值信號148表示閾值電壓，反饋信號162包括一個電壓。在另一個實施例中，逐一周期內(nèi)限流閾值信號148表示閾值電流，反饋信號162包括一個電流。逐一周期內(nèi)限流比較器160比較逐一周期內(nèi)限流閾值信號148和反饋信號162，并且生成比較信號164。
非正常比較器170接收非正常閾值信號152和反饋信號162。在一個實施例中，非正常比較器170包括n個非正常比較器子系統(tǒng)。每一個非正常比較器子系統(tǒng)接收反饋信號162并從n個非正常閾值子系統(tǒng)之一中接收關(guān)于非正常閾值大小的信息。n是正整數(shù)。例如，非正常閾值信號152表示閾值電壓，反饋信號162包括一個電壓。作為另一個實施例，非正常閾值信號152表示閾值電流，反饋信號162包括一個電流。非正常比較器170比較非正常閾值信號152和反饋信號162，并且生成比較信號172。在一個實施例中，非正常比較器170包括n個非正常比較器子系統(tǒng)。每一個非正常比較器子系統(tǒng)比較所接收到的非正常閾值和反饋信號162，并且生成比較信號172的一個分量。
比較信號172被切斷控制系統(tǒng)180接收。如果比較信號172示出反饋信號162超過了非正常閾值信號152，則切斷控制系統(tǒng)180可以在預(yù)定的延遲之后生成切斷信號182。在一個實施例中，切斷控制系統(tǒng)180包括n個切斷控制子系統(tǒng)。n是正整數(shù)。每一個切斷控制子系統(tǒng)從n個非正常比較器子系統(tǒng)之一接收比較信號172的一個分量。如果所述分量示出反饋信號162超過了相應(yīng)的非正常閾值，則切斷控制子系統(tǒng)可以在預(yù)定的延遲之后生成切斷信號182。在一個實施例中，在任何兩個切斷控制子系統(tǒng)之間，預(yù)定的延遲可以是不同的或者相同的。例如，對于與更高的閾值相對應(yīng)的切斷控制子系統(tǒng)，預(yù)定的延遲更短。
在另一個實施例中，由一個切斷控制子系統(tǒng)生成的切斷信號182可以與由另一個切斷控制子系統(tǒng)生成的切斷信號182不同或者相同。例如，當(dāng)開關(guān)電源變換器應(yīng)該保持切斷時，切斷信號182規(guī)定切斷時間段的長度。在另一個實施例中，對于由與更高的閾值相對應(yīng)的切斷控制子系統(tǒng)所生成的切斷信號182，切斷時間段更長。在另一個實施例中，切斷時間段表示永久切斷。作為一個示例，如果超過了最高的閾值，切斷是永久性的。
模式識別系統(tǒng)130接收比較信號164。在一個實施例中，模式識別系統(tǒng)使用上下計數(shù)器方案或者模擬濾波法。比較信號164指明反饋信號162是否超過了逐一周期內(nèi)限流閾值信號148。如果反饋信號162超過了逐一周期內(nèi)限流閾值信號148，則逐一周期內(nèi)過電流保護被觸發(fā)。在一個實施例中，如果在給定的時間段內(nèi)逐一周期內(nèi)過電流保護的觸發(fā)頻度超過了預(yù)定的閾值，則控制信號146命令逐一周期內(nèi)限流閾值發(fā)生器140降低逐一周期內(nèi)限流閾值信號148。在另一個實施例中，反復(fù)地進行模式識別和控制。
PWM發(fā)生器190接收比較信號164和切斷信號182，并生成調(diào)制信號196。調(diào)制信號196被用于導(dǎo)通或者關(guān)斷開關(guān)192。例如，如果比較信號164指明反饋信號162超過了逐一周期內(nèi)限流閾值信號148，則PWM發(fā)生器190激活逐一周期內(nèi)過電流保護并且改變調(diào)制信號196。經(jīng)改變的調(diào)制信號196關(guān)斷開關(guān)192。在另一個實施例中，如果切斷信號182包括帶有切斷時間段的切斷命令，則生成調(diào)制信號196來關(guān)斷開關(guān)192。在切斷時間段之后，開關(guān)192被調(diào)制信號196再一次導(dǎo)通。例如，開關(guān)電源變換器被重新啟動，并且啟動控制120被激活。
開關(guān)192對于系統(tǒng)100所要調(diào)節(jié)的電流施加某種控制。例如，開關(guān)192包括晶體管，其柵極被連接到調(diào)制信號196。在一個實施例中，該晶體管是MOSFET。
反饋系統(tǒng)194生成反饋信號162。例如，反饋系統(tǒng)194包括電流取樣器件。反饋系統(tǒng)194可以將或者可以不將取樣的電流轉(zhuǎn)換成電壓。在另一個示例中，反饋信號162指明系統(tǒng)100所要調(diào)節(jié)的電流的大小。在一個實施例中，反饋信號162表示電壓的大小。在另一個實施例中，反饋信號162表示電流的大小。
如上所討論的，在一個實施例中，在正常工作期間，控制信號142可以調(diào)節(jié)逐一周期內(nèi)限流閾值信號148，以便補償輸入電壓104中的變動。逐一周期內(nèi)限流閾值信號148被用于調(diào)節(jié)開關(guān)電源變換器的輸入電流。開關(guān)電源變換器可以將輸入電壓轉(zhuǎn)換成與開關(guān)電源變換器的輸出功率相關(guān)的輸出電壓。逐一周期內(nèi)限流閾值信號148對應(yīng)于閾值輸入電流，以及輸出功率的閾值功率水平。閾值功率水平是輸入電壓104的函數(shù)。例如，閾值功率水平相對于輸入電壓104保持恒定。在另一個示例中，閾值功率水平隨輸入電壓104增大或者減小。在另一個示例中，閾值功率水平被用作可被逐一周期內(nèi)限流閾值所允許的最大輸出功率。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的用于過電流保護的簡化的自適應(yīng)多級閾值系統(tǒng)。此圖僅僅是示例，不應(yīng)限制權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到很多變化、替代和修改。系統(tǒng)200包括晶體管201到217、電阻器220和222、運算放大器230和232、分壓器234、多路器240、邏輯系統(tǒng)242、模式識別系統(tǒng)250、比較器260、262和264、控制器270和開關(guān)272。雖然上面已經(jīng)示出了將選定的一組部件用于系統(tǒng)200，但是可以有許多替換、修改和變化。例如，這些部件中的一些可以被擴展和/或組合。其他的部件可以被插入上述的那些部件。依據(jù)實施例，部件的布置可以和被替換的其他布置互換。例如，系統(tǒng)200可以是系統(tǒng)100的示例。在本說明書全文中，更具體地說在下文中，可以找到這些部件的更多細(xì)節(jié)。
晶體管201到208被用于取樣輸入電壓302。在一個實施例中，晶體管201和202形成電流鏡。例如，晶體管201和202是PMOS晶體管。晶體管201的漏極被連接到供電電壓304。晶體管201和202的源極都通過電阻器220被連接到輸入電壓302。例如，電阻器220具有從數(shù)百kΩ到數(shù)MΩ范圍的電阻。通過電阻器220，電流306基于晶體管201和202的大小在這兩個晶體管之間分配。此外，電流306與輸入電壓302成比例。
晶體管203和204形成共柵極放大器。在一個實施例中，該共柵極放大器提高了包括晶體管201和202的電流鏡的輸出阻抗，并且提高了被取樣電流的精度。在另一個實施例中，晶體管203和204是PMOS晶體管。晶體管205和206形成一對開關(guān)。在一個實施例中，這些開關(guān)被用來為取樣輸入電壓302提供額外的控制。在另一個實施例中，晶體管205和206是PMOS晶體管。
晶體管207和208形成電流鏡。在一個實施例中，晶體管207向包括晶體管203和204的共柵極放大器提供漏電流和偏壓。晶體管208接收被取樣的電流并將被讀出的電流鏡像到晶體管207和諸如晶體管209的其他器件。被取樣的電流指明輸入電壓302的大小。例如，被取樣電流與輸入電壓302成比例。在另一個實施例中，晶體管207和208是NMOS晶體管。
晶體管209到214被用于對電流進行加和。在一個實施例中，晶體管209到212是NMOS晶體管，并且晶體管213和214是PMOS晶體管。在另一個實施例中，晶體管209鏡像被取樣的電流。參考電流308被饋送到晶體管210并且被晶體管211和212鏡像。晶體管212的漏極電流312被饋送到運算放大器230的負(fù)輸入端。漏極電流312等于參考電流308。參考電流308和等于被取樣電流的電流310在晶體管213的漏極處被加起來。晶體管213的漏極電流被晶體管214鏡像，所述晶體管214輸出電流314到運算放大器232的正輸入端。電流314等于參考電流308和電流310的加和。
運算放大器230和232、晶體管215和216以及分壓器234被用于調(diào)節(jié)逐一周期內(nèi)限流閾值和非正常閾值，并補償輸入電壓302的變動。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于過電流保護的簡化閾值補償系統(tǒng)。此圖僅僅是示例，不應(yīng)限制權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到很多變化、替代和修改。
如圖2和圖3所示，運算放大器230的輸出端402被連接到分壓器234。在一個實施例中，分壓器234包括多個串聯(lián)的電阻器。例如，所述多個電阻器包括具有兩個端子406和408的電阻器404。端子406被連接到端子402。端子408通過電阻器215和216被連接到運算放大器230的負(fù)輸入端。例如，晶體管215和216是兩個相同的NMOS晶體管。兩個晶體管215和216、運算放大器230以及電阻器404形成了一個環(huán)路。晶體管215和216的漏極被連接到運算放大器232的正輸入端。晶體管215和216的柵極被連接到運算放大器232的輸出端410。運算放大器232和晶體管215和216形成另一個環(huán)路。
運算放大器230的正輸入端和運算放大器232的負(fù)輸入端分別與兩個參考電壓412和414相連。例如，參考電壓412由Vbiasl表示，而參考電壓414由Vbias2表示。晶體管215和216的漏極端416具有基本等于Vbias2的電平，并且運算放大器230的負(fù)輸入端具有基本等于Vbiasl的電平。
電流312等于參考電流308，并且從運算放大器230的負(fù)輸入端和晶體管215的源極流出。例如，電流312的大小由Iref表示。此外，電流314等于參考電流308和電流310的加和。例如，電流310的大小由Isense表示，并且電流314的大小由Iref+Isense表示。電流314流向運算放大器232的正輸入端以及晶體管215和216的漏極端416。
當(dāng)電流達到平衡時，晶體管215和216的漏極電流分別基本等于Iref和Isense。電流源418被連接到晶體管216的源極，并被用于收集晶體管216的漏極電流。例如，電流源418包括晶體管217。
在一個實施例中，如果晶體管215工作在三極管區(qū)，則晶體管215的漏極電流可以按如下計算Id215=μCox2WL[2(Vgs-Vt)Vds215-Vds2152]]]>(等式1)其中Id215表示晶體管215的漏極電流。Vds215是相對于晶體管215的源極電壓的漏極電壓，Vgs是相對于晶體管215的源極電壓的柵極電壓。Vt是晶體管215的閾值電壓。W和L是晶體管215的寬度和長度。μ是晶體管215的電子遷移率，Cox是橫跨晶體管215柵極氧化物的單位面積電容。
如果Vgs-Vt＞＞Vds215，等式1可以被簡化如下Ld≈WLμCox(Vgs-Vt)Vds215]]>(等式2)因此，Vds216=Vds215Ids216Ids215=L·IsenseWμCox(Vgs-VT)]]>(等式3)其中，Id216表示晶體管216的漏極電流，Vds216表示相對于晶體管216的源極電壓的漏極電壓。相應(yīng)地，端子408處的電壓水平被確定如下Vterminal=Vbias2-Vds216=Vbias2-L·IsenseWμCox(Vgs-VT)]]>(等式4)其中Vterminal表示端子408處的電平。被取樣電流Isense指明輸入電壓302的大小。例如，被取樣電流與輸入電壓302成比例。根據(jù)等式4，Vterminal被調(diào)節(jié)以補償輸入電壓302中的變動。
在另一個實施例中，分壓器234包括n個電阻器以及電阻器404。n是正整數(shù)。n個電阻器向多路器240提供n個電平。例如，n個電平包括Vthn、Vth(n-1)、……、Vth2和Vth1。Vthn等于Vterminal。
系統(tǒng)200的非正常閾值電壓340等于端點406處的電平。系統(tǒng)200的逐一周期內(nèi)限流閾值電壓350由被邏輯系統(tǒng)242所控制的多路器240生成。在一個實施例中，根據(jù)預(yù)定的邏輯基于n個電平來確定對于正常工作的逐一周期內(nèi)限流閾值電壓350。例如，逐一周期內(nèi)限流閾值電壓350等于用于正常工作的Vthn。在另一個實施例中，在開關(guān)電源變換器的啟動期間，逐一周期內(nèi)限流閾值電壓350隨著啟動時間的增加而增大。例如，逐一周期內(nèi)限流閾值電壓350根據(jù)來自控制系統(tǒng)242的指令，逐步地從Vth1、Vth2、……、Vth(n-1)和Vthn增大。在另一個實施例中，邏輯系統(tǒng)242被用作啟動控制系統(tǒng)120。
在另一個實施例中，多路器240向應(yīng)于來自模式識別系統(tǒng)250的信號316降低逐一周期內(nèi)限流閾值電壓350。模式識別檢測逐一周期內(nèi)過電流保護的觸發(fā)頻度。如果在給定的時間段內(nèi)該頻度超過了預(yù)定的閾值，則信號316命令多路器240根據(jù)預(yù)定的邏輯來降低逐一周期內(nèi)限流閾值電壓350。在預(yù)定的延遲之后，逐一周期內(nèi)限流閾值電壓350可以恢復(fù)到用于正常工作的值。例如，逐一周期內(nèi)限流閾值電壓350根據(jù)來自模式識別系統(tǒng)250的指令，從Vth1、Vth2、……、Vth(n-1)和Vthn中的一個下降到Vth1、Vth2、……、Vth(n-1)和Vthn中的另一個。
模式識別系統(tǒng)250例如包括低通濾波器252、比較器254以及定時器256。輸出信號316被用于自適應(yīng)地調(diào)節(jié)閾值電壓350。
逐一周期內(nèi)限流閾值電壓350和非正常閾值電壓340被用于觸發(fā)過電流保護。非正常閾值電壓340被提供給非正常比較器260。非正常比較器260還接收被取樣電壓318。被取樣電壓318與系統(tǒng)200所要調(diào)節(jié)的電流320成比例。例如，被取樣電壓318由電阻器222生成。非正常比較器260比較非正常閾值電壓340和被取樣電壓318，并且生成比較信號322。
逐一周期內(nèi)限流閾值電壓350被提供給逐一周期內(nèi)限流比較器262，所述逐一周期內(nèi)限流比較器262還接收被取樣電壓318。逐一周期內(nèi)限流比較器262比較逐一周期內(nèi)限流閾值電壓350和被取樣電壓318，并且生成比較信號324。比較信號324被發(fā)送到控制器270和模式識別系統(tǒng)250兩者。
此外，被取樣電壓318被提供給PWM比較器264，所述PWM比較器264還接收由反饋環(huán)路生成的反饋(FB)電壓326。PWM比較器264比較反饋電壓326和被取樣電壓318，并生成比較信號328。
控制器270接收信號322、324和328，并生成調(diào)制信號330。調(diào)制信號330用于導(dǎo)通或關(guān)斷開關(guān)272。例如，開關(guān)272包括晶體管。例如，如果信號322指明被取樣電壓318超過了逐一周期內(nèi)限流閾值電壓350，則控制器270激活逐一周期內(nèi)過電流保護并且改變調(diào)制信號330。經(jīng)改變的調(diào)制信號330被用于關(guān)斷開關(guān)272。在另一個實施例中，如果信號324指明被取樣電壓318超過了非正常閾值電壓340，則生成調(diào)制信號330來立即或者在預(yù)定的延遲之后關(guān)斷開關(guān)272。切斷或者是永久性的或者是暫時的。例如，在預(yù)定的切斷時間段之后，開關(guān)272被調(diào)制信號330再一次導(dǎo)通。在另一個實施例中，如果信號328指明被取樣電壓318超過了反饋電壓326，則生成調(diào)制信號330來關(guān)斷開關(guān)272。
如上所討論的，在一個實施例中，在正常工作期間，逐一周期內(nèi)限流閾值電壓350補償輸入電壓302的變動。逐一周期內(nèi)限流閾值電壓350被用于調(diào)節(jié)開關(guān)電源變換器的電流320。開關(guān)電源變換器可以將輸入電壓302轉(zhuǎn)換成與開關(guān)電源變換器的輸出功率相關(guān)聯(lián)的輸出電壓。逐一周期內(nèi)限流閾值電壓350對應(yīng)于電流320的閾值電流水平，進而對應(yīng)于輸出功率的閾值功率水平。閾值功率水平是輸入電壓302的函數(shù)。例如，閾值功率水平相對于輸入電壓302保持恒定。在另一個示例中，閾值功率水平隨輸入電壓302增大或者減小。在另一個示例中，閾值功率水平被用作可被逐一周期內(nèi)限流閾值電壓350所允許的最大輸出功率。在另一個示例中，晶體管208和209形成電流鏡。電流鏡的增益可以確定閾值功率水平相對于輸入電壓302是恒定、增大還是減小。在一個實施例中，電流鏡的增益被調(diào)節(jié)，以便選擇閾值功率水平相對于輸入電壓302是恒定、增大還是減小。
圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的作為時間的函數(shù)的逐一周期內(nèi)限流閾值的簡圖。此圖僅僅是示例，不應(yīng)限制權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到很多變化、替代和修改。縱軸510表示逐一周期內(nèi)限流閾值電壓或者電流，而橫軸520表示時間。曲線530示出了在啟動開始時逐一周期內(nèi)限流閾值等于起始值532，然后在啟動的過程中隨時間而增大。曲線530可以由系統(tǒng)100和/或系統(tǒng)200產(chǎn)生。
如上所討論并在此所強調(diào)的，圖1-4僅僅是示例，不應(yīng)限制權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到很多變化、替代和修改。例如，逐一周期內(nèi)限流閾值發(fā)生器140可以被另一種類型的周期內(nèi)限流閾值發(fā)生器替代。在一個實施例中，該周期內(nèi)限流閾值發(fā)生器包括n倍周期內(nèi)限流閾值發(fā)生器。n是正整數(shù)。在另一個示例中，逐一周期內(nèi)限流閾值信號148可以被另一種類型的周期內(nèi)限流閾值信號替代。在一個實施例中，該周期內(nèi)限流閾值信號包括n倍周期內(nèi)限流閾值信號。n是正整數(shù)。在另一個示例中，由逐一周期內(nèi)限流閾值信號148表示的逐一周期內(nèi)限流閾值被另一個類型的周期內(nèi)限流閾值替代。在一個實施例中，該周期內(nèi)限流閾值包括n倍周期內(nèi)限流閾值。n是正整數(shù)。在另一個示例中，逐一周期內(nèi)限流閾值電壓350可以被另一種類型的周期內(nèi)限流閾值電壓替代。在一個實施例中，該周期閾值電壓包括n倍周期內(nèi)限流閾值電壓。n是正整數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，一種用于保護開關(guān)電源變換器的方法包括接收輸入信號，至少基于與輸入信號相關(guān)聯(lián)的信息來生成第一控制信號，以及生成第二控制信號，該第二控制信號指明開關(guān)電源變換器是否處在啟動狀態(tài)。此外，該方法包括處理與第一控制信號、第二控制信號以及第三控制信號相關(guān)聯(lián)的信息，至少基于與第一控制信號、第二控制信號以及第三控制信號相關(guān)聯(lián)的信息來生成過流保護閾值，以及處理與過流保護閾值和反饋信號相關(guān)聯(lián)的信息。而且，該方法包括至少基于與過流保護閾值和反饋信號相關(guān)聯(lián)的信息來生成比較信號，處理與比較信號相關(guān)聯(lián)的信息，以及至少基于與比較信號相關(guān)聯(lián)的信息來生成第三控制信號。第三控制信號指明反饋信號是否以大于預(yù)定水平的頻度超過過流保護閾值。此外，該方法包括至少基于與比較信號相關(guān)聯(lián)的信息來生成調(diào)制信號，并至少基于與調(diào)制信號相關(guān)聯(lián)的信息來確定開關(guān)電源變換器的輸入電流。例如，該方法可以由系統(tǒng)100和/或系統(tǒng)200執(zhí)行。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，一種用于保護開關(guān)電源變換器的方法包括接收輸入信號，至少基于與輸入信號相關(guān)聯(lián)的信息來生成控制信號，以及處理與控制信號相關(guān)聯(lián)的信息。此外，該方法包括至少基于與控制信號相關(guān)聯(lián)的信息來生成閾值，處理與閾值和反饋信號相關(guān)聯(lián)的信息，以及至少基于與閾值和反饋信號相關(guān)聯(lián)的信息來生成比較信號。而且，該方法包括處理與比較信號相關(guān)聯(lián)的信息，以及至少基于與比較信號相關(guān)聯(lián)的信息來關(guān)閉開關(guān)電源變換器。閾值至少隨輸入信號變化。例如，該方法可以由系統(tǒng)100和/或系統(tǒng)200執(zhí)行。
本發(fā)明具有各種應(yīng)用。例如，系統(tǒng)100和/或系統(tǒng)200可以利用脈寬調(diào)制向開關(guān)模式開關(guān)電源變換器提供過電流保護(OCP)。例如，開關(guān)方式開關(guān)電源變換器是正向轉(zhuǎn)換器或者離線反激轉(zhuǎn)換器。在另一個示例中，開關(guān)方式開關(guān)電源變換器工作在非連續(xù)電流模式(DCM)或者連續(xù)電流模式(CCM)。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的簡化離線反激轉(zhuǎn)換器。此圖僅僅是示例，不應(yīng)限制權(quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到很多變化、替代和修改。系統(tǒng)500包括PWM控制器510。PWM控制器510包括耦合到多個保護系統(tǒng)的PWM發(fā)生器520。所述多個保護系統(tǒng)包括用于過溫度保護(OTP)的系統(tǒng)522、用于過電壓保護(OVP)的系統(tǒng)524、用于欠電壓封鎖(UVLO)的系統(tǒng)526以及用于過電流保護(OCP)的系統(tǒng)528。例如，OCP系統(tǒng)528包括系統(tǒng)100的某些或者全部器件。在另一個示例中，OCP系統(tǒng)528包括系統(tǒng)200的某些或者全部器件。PWM控制器510接收被取樣信號530并且輸出控制信號532。被取樣信號530指明電壓域或電流域中的電流534的大小。控制信號532被用于導(dǎo)通或者關(guān)斷開關(guān)540。開關(guān)540可以控制流過系統(tǒng)500的初級繞組550的電流。
如圖5所示，OCP系統(tǒng)528可以限制電流534免于超過預(yù)設(shè)值。若沒有適當(dāng)?shù)腛CP保護方案，當(dāng)輸出短路或者過載發(fā)生時，電流534可能達到高的水平。由于在開關(guān)時由 產(chǎn)生的過電壓沖擊或者工作時的熱失控，該高電流可以導(dǎo)致對開關(guān)540的損壞。L表示初級繞組550的電感，i表示流過初級繞組550的電流。此外，若沒有適當(dāng)?shù)腛CP保護方案，由于在開關(guān)電源變換器500的開關(guān)時的過電壓和電流應(yīng)力水平可能使開關(guān)電源變換器500的次級側(cè)的整流器部件遭受永久性損壞。因此，根據(jù)本發(fā)明某些實施例的OPC系統(tǒng)528可以為可靠開關(guān)方式轉(zhuǎn)換器設(shè)計提供重要的保護。
本發(fā)明具有各種優(yōu)點。本發(fā)明的一些實施例提供用于過電流保護的多級閾值。例如，所述多級閾值對應(yīng)于不同的工作條件。作為示例，工作條件包括輸出過載條件和系統(tǒng)啟動條件。在另一個示例中，基于輸入電壓自適應(yīng)地調(diào)節(jié)多級閾值。在另一個示例中，多級閾值處在電流域和/或電壓域。本發(fā)明的某些實施例提供用于補償輸入電壓變動的逐一周期內(nèi)限流閾值。例如，響應(yīng)于輸入電壓的變動而調(diào)節(jié)最大輸出功率。本發(fā)明的一些實施例提供用于正常工作下的電流限制的逐一周期內(nèi)限流閾值。例如，取決于在過電流閾值水平和輸入電壓之間所使用的補償方案，在正常工作下，將最大輸出功率設(shè)為隨輸入電壓的變化而保持恒定、增大或者減小。
本發(fā)明的某些實施例響應(yīng)于過電流保護的觸發(fā)模式而調(diào)節(jié)逐一周期內(nèi)限流閾值。觸發(fā)模式反映了輸出載荷條件。例如，如果在給定的時間段內(nèi)觸發(fā)的次數(shù)低并且是隨機的，則輸出載荷條件通常是正常的。可以使用用于正常工作的逐一周期內(nèi)限流閾值。在另一個示例中，如果在給定的時間段內(nèi)觸發(fā)的次數(shù)超過了預(yù)定的水平，則逐一周期內(nèi)限流閾值被減小。在另一個示例中，在短路或者嚴(yán)重過載的條件下，最大輸出功率被減小，直到輸出載荷條件變?yōu)檎橹?。在另一個示例中，開關(guān)電源變換器工作在CCM或者DCM中。在系統(tǒng)啟動期間，本發(fā)明的一些實施例調(diào)節(jié)逐一周期內(nèi)限流閾值以控制電流的增大。例如，在啟動期間，逐一周期內(nèi)限流閾值從低的值逐漸升高到用于正常工作的正常值。本發(fā)明的某些實施例區(qū)分用于啟動條件的過電流保護和用于正常工作的過電流保護。在供電啟動期間，開關(guān)電源變換器的輸出電壓通常低于用于正常工作的輸出電壓。反饋環(huán)路可以迫使開關(guān)電源變換器輸送額外的電流并且因此輸送額外的功率到輸出端。結(jié)果，變壓器繞組電流可能迅速升高到非常高的水平。此迅速的電流增大導(dǎo)致繞組的瞬時飽和并由于雙倍磁通量效應(yīng)而損壞轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的某些實施例，在啟動期間，過電流閾值逐漸升高，以便避免或者減小瞬時飽和以及雙倍磁通量效應(yīng)。因此，可以減少或者防止系統(tǒng)損壞。
本發(fā)明的某些實施例提供非正常閾值。例如，非正常閾值高于、等于或者低于逐一周期內(nèi)限流閾值。在另一個示例中，非正常閾值被用于在短路和/或過載條件下觸發(fā)系統(tǒng)的切斷。本發(fā)明的一些實施例提供在預(yù)定切斷時間段之后的自恢復(fù)機制。例如，開關(guān)電源變換器可以工作在“突發(fā)模式”，以減小非正常高的過電流條件下的輸出功率，并且一旦非正常高的過電流條件被清除則恢復(fù)到正常工作。如果最高的過電流閾值被觸發(fā)，則本發(fā)明的某些實施例提供即時并且永久性的鎖閉切斷，以及時有效地保護轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)免受損壞。本發(fā)明的一些實施例提供用于電流限制和系統(tǒng)切斷兩者的解決方案。本發(fā)明的某些實施例可以縮短OCP去抖動時間和/或延遲，并且克服過電流孔的問題。本發(fā)明的一些實施例可以提高系統(tǒng)的靈活性、可靠性和安全性。本發(fā)明的某些實施例可以將復(fù)雜的OCP設(shè)計分離成一個簡單的保護機制組。
雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的具體實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解還存在與所描述的實施例等同的其他實施例。因此，應(yīng)該理解本發(fā)明不應(yīng)受到具體的所說明實施例的限制，而是應(yīng)該由權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種用于保護開關(guān)電源變換器的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括補償系統(tǒng)，被配置來接收輸入信號并且生成控制信號；過流保護閾值發(fā)生器，被配置接收所述控制信號并生成過流保護閾值；比較器，被配置接收所述過流保護閾值和反饋信號并生成比較信號；脈寬調(diào)制發(fā)生器，被配置來接收所述比較信號并且響應(yīng)于所述比較信號而生成調(diào)制信號；開關(guān)，被配置來接收所述調(diào)制信號并且控制開關(guān)電源變換器的輸入電流；其中所述輸入電流與所述開關(guān)電源變換器的輸出功率相關(guān)聯(lián)；所述過流保護閾值對應(yīng)于所述輸出功率的閾值功率水平；所述閾值功率水平相對于所述輸入信號保持恒定、下降或者增大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述輸入信號與輸入電壓成比例；所述開關(guān)電源變換器被配置來將所述輸入電壓轉(zhuǎn)換成輸出電壓；所述輸出電壓與所述輸出功率相關(guān)聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述閾值功率水平相對于所述輸入電壓保持恒定。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述閾值功率水平相對于所述輸入電壓下降。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述閾值功率水平相對于所述輸入電壓增大。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述反饋信號與所述輸入電流成比例；所述開關(guān)電源變換器被配置來將所述輸入電壓轉(zhuǎn)換成輸出電壓；所述輸出電壓與所述輸出功率相關(guān)聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述過流保護閾值包括選自由閾值電壓或閾值電流組成的組中的至少一個。
8.一種用于保護開關(guān)電源變換器的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括啟動控制系統(tǒng)，被配置來生成第一控制信號；過流保護閾值發(fā)生器，被配置來接收所述第一控制信號并且生成過流保護閾值；比較器，被配置來接收所述過流保護閾值和反饋信號并且生成比較信號；脈寬調(diào)制發(fā)生器，被配置來接收所述比較信號并且響應(yīng)于所述比較信號而生成調(diào)制信號；開關(guān)，被配置來接收所述調(diào)制信號并控制開關(guān)電源變換器的輸入電流；其中在啟動期間，所述過流保護閾值隨時間增大。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，還包括補償系統(tǒng)，被配置來接收輸入信號并生成第二控制信號；其中所述過流保護閾值發(fā)生器還被配置來接收所述第二控制信號并至少基于所述第一控制信號和第二控制信號來生成所述過流保護閾值；在所述啟動期間，所述過流保護閾值隨時間和所述輸入信號變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述反饋信號與所述輸入電流成比例。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述過流保護閾值發(fā)生器包括多路器，所述多路器被配置來接收多個閾值水平和所述第一控制信號，并且至少基于與所述多個閾值水平和所述第一控制信號相關(guān)聯(lián)的信息來生成所述過流保護閾值。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述多路器還被配置來在第一時間從所述多個閾值水平選擇第一閾值水平，并且在第二時間從所述多個閾值水平選擇第二閾值水平；所述第二時間遲于所述第一時間；所述第二閾值水平高于所述第一閾值水平。
13.一種用于保護開關(guān)電源變換器的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括過流保護閾值發(fā)生器，被配置來生成過流保護閾值；比較器，被配置來接收所述過流保護閾值和反饋信號并且生成比較信號；脈寬調(diào)制發(fā)生器，被配置來接收所述比較信號并且響應(yīng)于所述比較信號而生成調(diào)制信號；開關(guān)，被配置來接收所述調(diào)制信號并且控制開關(guān)電源變換器的輸入電流；模式識別系統(tǒng)，被配置來接收所述比較信號并且輸出第一控制信號到所述過流保護閾值發(fā)生器；其中所述第一控制信號指明所述反饋信號是否以高于預(yù)定水平的頻度超過所述過流保護閾值；所述過流保護閾值發(fā)生器還被配置來將所述過流保護閾值從第一閾值水平減小到第二閾值水平，如果所述第一控制信號指明所述反饋信號以高于所述預(yù)定水平的頻度超過所述過流保護閾值的話。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，還包括補償系統(tǒng)，被配置來接收輸入信號并生成第二控制信號；其中所述過流保護閾值發(fā)生器還被配置來接收所述第二控制信號并至少基于所述第一控制信號和所述第二控制信號來生成所述過流保護閾值；所述過流保護閾值至少隨所述輸入信號而變化。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述反饋信號與所述輸入電流成比例。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述過流保護閾值發(fā)生器還被配置來在預(yù)定的時間段之后將所述過流保護閾值從所述第二閾值水平變化到第三閾值水平。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述第三閾值水平等于所述第一閾值水平。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述過流保護閾值發(fā)生器包括多路器，所述多路器被配置來接收多個閾值水平和所述第一控制信號，并且至少基于與所述多個閾值水平和所述第一控制信號相關(guān)聯(lián)的信息來生成所述過流保護閾值。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述多路器還被配置來從所述多個閾值水平選擇所述第一閾值水平，并且從所述多個閾值水平選擇所述第二閾值水平。
20.一種用于保護開關(guān)電源變換器的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括補償系統(tǒng)，被配置來接收輸入信號并且生成控制信號；閾值發(fā)生器，被配置來接收所述控制信號并且生成閾值；比較器，被配置來接收所述閾值和反饋信號并且生成比較信號；切斷控制系統(tǒng)，被配置來接收所述比較信號并且生成切斷信號；開關(guān)，耦合到所述切斷控制系統(tǒng)并且被配置來切斷開關(guān)電源變換器；其中所述閾值至少隨所述輸入信號變化。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述反饋信號與所述輸入電流成比例。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，還包括脈寬調(diào)制發(fā)生器，被配置來接收所述切斷信號并生成開關(guān)信號；其中所述開關(guān)還被配置來接收所述開關(guān)信號，并且響應(yīng)于所述開關(guān)信號而切斷所述開關(guān)電源變換器。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述切斷控制系統(tǒng)還被配置來在預(yù)定的延遲之后生成所述比較信號。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)定的延遲隨所述閾值的增大而減小。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述開關(guān)還被配置來切斷所述開關(guān)電源變換器持續(xù)切斷時間段的時間。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述切斷時間段隨所述閾值的增大而增大。
27.一種用于保護開關(guān)電源變換器的方法，所述方法包括接收輸入信號；至少基于與所述輸入信號相關(guān)聯(lián)的信息來生成第一控制信號；生成第二控制信號，所述第二控制信號指明開關(guān)電源變換器是否處在啟動狀態(tài)；處理與所述第一控制信號、所述第二控制信號和第三控制信號相關(guān)聯(lián)的信息；至少基于與所述第一控制信號、所述第二控制信號和所述第三控制信號相關(guān)聯(lián)的信息，生成過流保護閾值；處理與所述過流保護閾值和反饋信號相關(guān)聯(lián)的信息；至少基于與所述過流保護閾值和所述反饋信號相關(guān)聯(lián)的信息，生成比較信號；處理與所述比較信號相關(guān)聯(lián)的信息；至少基于與所述比較信號相關(guān)聯(lián)的信息來生成所述第三控制信號，所述第三控制信號指明所述反饋信號是否以高于預(yù)定水平的頻度超過所述過流保護閾值；至少基于與所述比較信號相關(guān)聯(lián)的信息來生成調(diào)制信號；至少基于與所述調(diào)制信號相關(guān)聯(lián)的信息來確定所述開關(guān)電源變換器的輸入電流。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述輸入電流與所述開關(guān)電源變換器的輸出功率相關(guān)聯(lián)；所述過流保護閾值對應(yīng)于所述輸出功率的閾值功率水平；所述閾值功率水平相對于所述輸入信號保持恒定、下降或者增大。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中生成過流保護閾值的操作包括在啟動期間隨時間增大所述過流保護閾值，如果所述第二控制信號指明所述開關(guān)電源變換器處在所述啟動狀態(tài)的話。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中生成過流保護閾值的操作包括將所述過流保護閾值從第一閾值水平減小到第二閾值水平，如果所述第三控制信號指明所述反饋信號以高于所述預(yù)定水平的頻度超過所述過流保護閾值的話。
31.一種用于保護開關(guān)電源變換器的方法，所述方法包括接收輸入信號；至少基于與所述輸入信號相關(guān)聯(lián)的信息來生成控制信號；處理與所述控制信號相關(guān)聯(lián)的信息；至少基于與所述控制信號相關(guān)聯(lián)的信息，生成閾值；處理與所述閾值和反饋信號相關(guān)聯(lián)的信息；至少基于與所述閾值和所述反饋信號相關(guān)聯(lián)的信息，生成比較信號；處理與所述比較信號相關(guān)聯(lián)的信息；至少基于與所述比較信號相關(guān)聯(lián)的信息，切斷所述開關(guān)電源變換器；其中，所述閾值至少隨所述輸入信號變化。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中處理與所述比較信號相關(guān)聯(lián)的信息的操作包括至少基于與所述比較信號相關(guān)聯(lián)的信息來生成切斷信號。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中至少基于與所述比較信號相關(guān)聯(lián)的信息來切斷所述開關(guān)電源變換器的操作包括至少基于與所述切斷信號相關(guān)聯(lián)的信息來切斷所述開關(guān)電源變換器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于開關(guān)電源變換器的多閾值過流保護的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括補償系統(tǒng)，被配置來接收輸入信號并生成控制信號；多組過流保護閾值發(fā)生器，被配置來接收控制信號并生成過流保護閾值；以及比較器，被配置來接收過流保護閾值和反饋信號并生成比較信號。所述系統(tǒng)還包括脈寬調(diào)制發(fā)生器，被配置來接收比較信號并且響應(yīng)于所述比較信號而生成調(diào)制信號；以及開關(guān)，被配置來接收調(diào)制信號并控制開關(guān)電源變換器的輸入電流。所述輸入電流與開關(guān)電源變換器的輸出功率相關(guān)聯(lián)。過流保護閾值對應(yīng)于輸出功率的閾值功率水平。閾值功率水平相對于輸入信號保持恒定、下降或者增大。
文檔編號H02H3/08GK1815838SQ200510023920
公開日2006年8月9日 申請日期2005年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月3日
發(fā)明者朱臻, 葉俊, 趙時峰, 方烈義, 陳志樑 申請人:昂寶電子(上海)有限公司