為電源變換器提供過(guò)流保護(hù)的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的某些實(shí)施例涉及集成電路。更具體地，本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了用于 可靠的過(guò)流保護(hù)的控制系統(tǒng)和方法。僅僅通過(guò)示例的方式，本發(fā)明的一些實(shí)施例已經(jīng)被應(yīng) 用于電源變換器。但應(yīng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明具有更加廣泛的適用范圍。
【背景技術(shù)】
[0002] 電源變換器被廣泛用于諸如便攜式設(shè)備之類(lèi)的消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品。電源變換器能夠 將電能從一種形式變換成另一種形式。作為示例，電能從交流（AC)被轉(zhuǎn)換為直流（DC)、從 DC轉(zhuǎn)換為AC、從AC轉(zhuǎn)換為AC、或從DC轉(zhuǎn)換為DC。此外，電源變換器能夠?qū)㈦娔軓囊粋€(gè)電 壓電平變換成另一電壓電平。
[0003] 電源變換器包括線(xiàn)性變換器和開(kāi)關(guān)模式變換器。開(kāi)關(guān)模式變換器通常使用脈沖寬 度調(diào)制（PWM)機(jī)制或脈沖頻率調(diào)制機(jī)制。這些機(jī)制通常通過(guò)包括各種保護(hù)組件的開(kāi)關(guān)模式 (switch-mode)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些組件能夠提供過(guò)壓保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、過(guò)流保護(hù)（OCP)以 及過(guò)功率保護(hù)（over-power protection，OPP)。這些保護(hù)通常能夠阻止電源變換器和所連 接的電路受到永久損害。
[0004] 例如，電源變換器包括開(kāi)關(guān)和與開(kāi)關(guān)串聯(lián)的變壓器繞組。流經(jīng)開(kāi)關(guān)和變壓器繞組 的電流可受到0CP系統(tǒng)的限制。如果0CP系統(tǒng)無(wú)效，則由于操作期間的熱失控或開(kāi)關(guān)時(shí)的 過(guò)量電流和電壓應(yīng)力，電流能夠達(dá)到即將對(duì)開(kāi)關(guān)造成損害的電平。例如，當(dāng)輸出短路或過(guò)載 發(fā)生時(shí)，能夠達(dá)到此電流電平。因此，在很多離線(xiàn)反激式變換器中，由于過(guò)量電流和電流應(yīng) 力，在變壓器次級(jí)側(cè)上的整流組件受到永久損害。因此，對(duì)可靠的開(kāi)關(guān)模式變換器來(lái)說(shuō)有效 的0CP系統(tǒng)很重要。
[0005] 圖1是具有過(guò)流保護(hù)的簡(jiǎn)化常規(guī)開(kāi)關(guān)模式變換器。開(kāi)關(guān)模式變換器100包括0CP 比較器110, PWM控制器組件120,柵極驅(qū)動(dòng)器130,開(kāi)關(guān)140,電阻器150、152、154和156,以 及初級(jí)繞組160。0CP比較器110、PWM控制器組件120和柵極驅(qū)動(dòng)器130是用于PWM控制 的芯片180的一部分。
[0006] 例如，PWM控制器組件120生成P麗信號(hào)122,該P(yáng)WM信號(hào)122由柵極驅(qū)動(dòng)器130 接收。在又一示例中，0CP比較器110接收和比較過(guò)流閾值信號(hào)112(例如，V th。。）和電流 感測(cè)信號(hào)114(例如，Vcs)，并且向PWM控制器組件120發(fā)送過(guò)流控制信號(hào)116。當(dāng)初級(jí)繞組 的電流大于限制電平時(shí)，PWM控制器組件120斷開(kāi)開(kāi)關(guān)140并且關(guān)閉開(kāi)關(guān)模式電源變換器 100〇
[0007] 對(duì)于開(kāi)關(guān)模式變換器來(lái)說(shuō)，逐周期或逐脈沖控制機(jī)制通常被用于0CP。例如，逐周 期控制方案限制最大電流，從而限制了由開(kāi)關(guān)模式變換器遞送的最大功率。該對(duì)于最大功 率的限制能夠保護(hù)電源變換器免受熱失控。一些常規(guī)0CP系統(tǒng)使用基于線(xiàn)輸入電壓可調(diào)節(jié) 的0CP閾值，而對(duì)于最大電流的實(shí)際限制以及由此產(chǎn)生的對(duì)最大功率的實(shí)際限制在線(xiàn)輸入 電壓的較寬范圍內(nèi)并不總是恒定的。如圖1所示，其他的常規(guī)0CP系統(tǒng)使用附加電阻器152 和154,其中電阻器152和154在芯片180外部并被插入到V in和電阻器150之間。然而， 電阻器152消耗大量的功率，對(duì)于滿(mǎn)足低待機(jī)功率的嚴(yán)格要求而言這通常是不希望的。例 如，在輸入AC電壓為264伏特的情況下，2MQ的電阻器152能夠消耗大約70mW。
[0008]如圖1所示，電流限制被表達(dá)如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于保護(hù)電源變換器的系統(tǒng)控制器，所述系統(tǒng)控制器包括： 第一控制器端子，該第一控制器端子被配置為向開(kāi)關(guān)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)W影響流經(jīng)電源變 換器的初級(jí)繞組的第一電流，所述電源控制器還包括被禪合至所述初級(jí)繞組的次級(jí)繞組， 所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)與一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)周期相關(guān)聯(lián)；W及 第二控制器端子，該第二控制器端子被配置為從感測(cè)電阻器接收感測(cè)電壓，所述感測(cè) 電壓表示流經(jīng)所述電源變換器的所述初級(jí)繞組的所述第一電流的量值； 其中所述系統(tǒng)控制器被配置為： 處理與所述感測(cè)電壓和基準(zhǔn)電壓相關(guān)聯(lián)的信息； 確定所述電源變換器的平均輸出電流是否大于電流闊值，所述電源變換器的所述平均 輸出電流與流經(jīng)所述次級(jí)繞組的第二電流有關(guān)；并且 響應(yīng)于所述平均輸出電流大于闊值電流，生成所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)W使得所述開(kāi)關(guān)斷開(kāi)并且 保持?jǐn)嚅_(kāi)W保護(hù)所述電源變換器； 其中所述電流闊值等于第一比值乘W第二比值，所述第一比值等于所述初級(jí)繞組的第 一應(yīng)數(shù)除W所述次級(jí)繞組的第二應(yīng)數(shù)，所述第二比值等于所述基準(zhǔn)電壓除W所述感測(cè)電阻 器的電阻。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)控制器，還被配置為：響應(yīng)于所述平均輸出電流大于所 述闊值電流，在不經(jīng)過(guò)任何調(diào)制的情況下生成所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)W使得所述開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)控制器，還被配置為：響應(yīng)于所述平均輸出電流大于所 述闊值電流，生成所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)W使得所述開(kāi)關(guān)在持續(xù)時(shí)間大于所述一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)周期 中的一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的時(shí)段內(nèi)保持?jǐn)嚅_(kāi)。
4. 一種用于保護(hù)電源變換器的系統(tǒng)控制器，所述系統(tǒng)控制器包括： 調(diào)制和驅(qū)動(dòng)組件，該調(diào)制和驅(qū)動(dòng)組件被配置為生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)并向開(kāi)關(guān)輸出所述驅(qū)動(dòng)信 號(hào)W影響流經(jīng)電源變換器的初級(jí)繞組的第一電流，所述電源變換器還包括被禪合至所述初 級(jí)繞組的次級(jí)繞組，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)與一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)周期相關(guān)聯(lián)； 過(guò)流保護(hù)組件，該過(guò)流保護(hù)組件被配置為從所述調(diào)制和驅(qū)動(dòng)組件接收所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 從感測(cè)電阻器接收感測(cè)電壓，接收退磁信號(hào)，并且至少部分基于所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)、所述感測(cè)電 壓和所述退磁信號(hào)來(lái)生成保護(hù)信號(hào)，所述感測(cè)電壓表示流經(jīng)所述電源變換器的所述初級(jí)繞 組的所述第一電流的量值，所述退磁信號(hào)與一個(gè)或多個(gè)退磁時(shí)段相關(guān)聯(lián)； 其中： 所述過(guò)流保護(hù)組件還被配置為至少部分基于所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)、所述感測(cè)電壓和所述退磁 信號(hào)確定所述電源變換器的平均輸出電流是否大于電流闊值，并且響應(yīng)于所述電源變換器 的所述平均輸出電流被確定為大于所述電流闊值，將所述保護(hù)信號(hào)從第一邏輯電平改變?yōu)?第二邏輯電平；并且 所述調(diào)制和驅(qū)動(dòng)組件還被配置為接收所述保護(hù)信號(hào)，并響應(yīng)于所述保護(hù)信號(hào)處于所 述第二邏輯電平，生成所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)W使得所述開(kāi)關(guān)斷開(kāi)并保持?jǐn)嚅_(kāi)W保護(hù)所述電源變換 器； 其中所述電源變換器的所述平均輸出電流與流經(jīng)所述次級(jí)繞組的第二電流有關(guān)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)控制器，其中所述電流闊值等于第一比值乘W第二比 值，所述第一比值等于所述初級(jí)繞組的第一應(yīng)數(shù)除W所述次級(jí)繞組的第二應(yīng)數(shù)，所述第二 比值等于所述基準(zhǔn)電壓除w所述感測(cè)電阻器的電阻。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)控制器，其中所述調(diào)制和驅(qū)動(dòng)組件還被配置為；響應(yīng)于 所述保護(hù)信號(hào)處于所述第二邏輯電平，在不經(jīng)過(guò)任何調(diào)制的情況下生成所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)W使 得所述開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)控制器，其中所述調(diào)制和驅(qū)動(dòng)組件還被配置為；響應(yīng)于 所述保護(hù)信號(hào)處于所述第二邏輯電平，生成所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)W使得所述開(kāi)關(guān)在持續(xù)時(shí)間大于 所述一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)周期中的一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的時(shí)段內(nèi)保持?jǐn)嚅_(kāi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)控制器，其中所述過(guò)流保護(hù)組件包括： 采樣保持組件，該采樣保持組件被配置為接收所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)和所述感測(cè)信號(hào)，并至少 部分基于所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)和所述感測(cè)信號(hào)生成第一信號(hào)； 集成組件，該集成組件被配置為接收所述第一信號(hào)和所述退磁信號(hào)，并至少部分基于 所述第一信號(hào)、所述退磁信號(hào)和基準(zhǔn)電壓生成第二信號(hào)； 比較器，該比較器被配置為接