用于開關(guān)式電源的峰值功率限制和過(guò)功率保護(hù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及開關(guān)式電源，具體地涉及用于開關(guān)式電源的峰值功率限制和過(guò)功率保 護(hù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 開關(guān)式電源是并入開關(guān)調(diào)節(jié)器以有效地轉(zhuǎn)換電力的電子電源。開關(guān)式電源從像 主電源之類的源向諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)之類的負(fù)載傳送功率，同時(shí)轉(zhuǎn)換電壓和電流特性。開關(guān) 式電源的傳輸晶體管在低耗散的全接通與全關(guān)斷狀態(tài)之間不斷地切換，并且在高耗散轉(zhuǎn)換 中花費(fèi)非常少的時(shí)間，這使得浪費(fèi)的能量最小化。電壓調(diào)節(jié)通過(guò)變化接通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間 (即，可以改變占空比和周期）實(shí)現(xiàn)。具有隔離拓?fù)涞拈_關(guān)式電源包括變壓器，并且因而能 夠產(chǎn)生比輸入更高或者更低的電壓的輸出。一些變換器使用用于能量存儲(chǔ)的變壓器，而其 他變換器使用分立的電感器。
[0003] 在每種情況下，例如由于負(fù)載處的短路或者錯(cuò)誤導(dǎo)致的負(fù)載需求的非期望的增 加，能夠?qū)е路浅８叩墓?。保護(hù)免受這樣的過(guò)功率和短路情況是期望的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)一種具有含初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)的變壓器的開關(guān)式功率變換器的逐周期操作的 方法的一個(gè)實(shí)施例，該方法包括：在當(dāng)前周期期間通過(guò)將連接到主級(jí)側(cè)的晶體管從接通狀 態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)而將初級(jí)側(cè)處的輸入電壓變換到次級(jí)側(cè)處的輸出電壓；檢測(cè)在關(guān)斷狀 態(tài)中跨晶體管的電壓中的波谷；確定在下一切換周期中晶體管將在哪個(gè)波谷處從關(guān)斷狀態(tài) 切換到接通狀態(tài)；以及確定用于初級(jí)側(cè)的最大峰值電流限制，超過(guò)該最大峰值電流限制則 在下一切換周期中從接通狀態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)，根據(jù)輸入電壓和波谷確定最大峰值電流限 制，在該波谷處晶體管將在下一切換周期中從關(guān)斷狀態(tài)切換到接通狀態(tài)。
[0005] 根據(jù)具有含初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)的變壓器的開關(guān)式功率變換器的逐周期操作的方法 的另一個(gè)實(shí)施例，該方法包括：在當(dāng)前周期期間通過(guò)將連接到初級(jí)側(cè)的晶體管從接通狀態(tài) 切換到關(guān)斷狀態(tài)而將初級(jí)側(cè)處的輸入電壓變換到次級(jí)側(cè)處的輸出電壓；檢測(cè)在關(guān)斷狀態(tài)中 跨晶體管的電壓中的波谷；確定在下一切換周期中晶體管將在哪個(gè)波谷處從關(guān)斷狀態(tài)切換 到接通狀態(tài)；以及如果在當(dāng)前切換周期中滿足或者超過(guò)用于初級(jí)側(cè)的最大峰值電流限制并 且先前確定的波谷是針對(duì)其確定最大峰值電流限制的較高的波谷，則強(qiáng)制晶體管在比先前 確定的波谷更早的波谷中從關(guān)斷狀態(tài)切換到接通狀態(tài)，從而允許增加所傳送的功率。
[0006] 本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀以下詳細(xì)描述之后，并且在觀看附圖之后將認(rèn)識(shí)到附加特 征和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 附圖的元件相對(duì)于彼此不一定成比例。同樣的附圖標(biāo)記標(biāo)注對(duì)應(yīng)的部分。各個(gè)圖 示的實(shí)施例的特征可以被組合除非它們互相排斥。在附圖中描述實(shí)施例，并且在以下描述 中詳述實(shí)施例。
[0008] 圖1圖示了開關(guān)式功率變換器的框圖。
[0009] 圖2是圖示用于圖1的開關(guān)式功率變換器的各種切換相關(guān)信號(hào)的波形圖。
[0010] 圖3示出了用于圖1的開關(guān)式功率變換器的根據(jù)輸出電壓和電流的不同峰值功率 限制和過(guò)功率保護(hù)OPP操作區(qū)域。
[0011] 圖4是示出在基于中斷的切換周期期間所執(zhí)行的峰值電流設(shè)置和波谷切換程序 的流程圖。
[0012] 圖5是更加詳細(xì)地圖示圖4的峰值電流設(shè)置程序的流程圖。
[0013] 圖6是更加詳細(xì)地圖示圖4的波谷切換程序的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 根據(jù)本文所描述的實(shí)施例，提供用于開關(guān)式電源的峰值功率限制和過(guò)功率保護(hù)。 峰值功率限制技術(shù)通過(guò)控制最大峰值電流實(shí)現(xiàn)逐周期的峰值功率限制，并且使用高電壓測(cè) 量以折返最大峰值電流。提供快速和慢速過(guò)功率保護(hù)方案二者?？焖俸吐龠^(guò)功率保護(hù)反 應(yīng)事件是可編程的（例如，忽略/自動(dòng)重啟/閉鎖/加電復(fù)位）并且可以用非對(duì)稱的并且 可編程的向上/向下計(jì)數(shù)器分別處理以在反應(yīng)事件之前提供有效的濾波。在快速過(guò)功率保 護(hù)的情況下，保護(hù)輸出和輸出整流器免于過(guò)電流操作?？梢詸z測(cè)標(biāo)志以確定峰值功率限制 是有效的。在慢速過(guò)功率保護(hù)的情況下，即使未達(dá)到這里的峰值功率限制，也保護(hù)系統(tǒng)免于 連續(xù)的過(guò)功率操作（熱保護(hù)）。
[0015] 在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于功率變換器提供具有折返和波谷數(shù)反射的峰值功率限制， 該功率變換器使用針對(duì)峰值功率限制的峰值電流限制。使用輸入（高）電壓的測(cè)量與 QRM(準(zhǔn)諧振模式）波谷數(shù)一起導(dǎo)出用于當(dāng)前電壓和波谷的峰值電流限制以產(chǎn)生精確的峰 值功率限制。附加地或者備選地，可以使用強(qiáng)制波谷切換以降低QRM波谷數(shù)。如果達(dá)到峰 值電流限制但波谷數(shù)比存儲(chǔ)在峰值功率限制表中的更高，則由于比預(yù)先計(jì)算更高的切換周 期導(dǎo)致還未達(dá)到峰值功率，并且因此可以降低波谷數(shù)。只有達(dá)到峰值電流限制并且波谷數(shù) 等于最小允許QRM波谷，才達(dá)到峰值功率并且發(fā)生峰值功率限制?？梢耘c用于快速過(guò)功率 保護(hù)的計(jì)數(shù)器一起使用峰值功率限制。
[0016] 提供用于開關(guān)式電源的峰值功率限制（PPL)和過(guò)功率保護(hù)（OPP)技術(shù)。PPL通過(guò) 控制最大峰值電流IPK_提供逐周期的峰值功率限制并且使用測(cè)量的高（輸入）電壓VBulk 折返最大峰值電流，其中VBulk是系統(tǒng)的高、整流AC電壓輸入。PPL提供充分的靈活性，正如 由iLpkmax(VBulk，N1)針對(duì)任何波谷N= 1、2、3、4…給出的存儲(chǔ)在具有高電壓Vbulk的索引的 表中（最大峰值電流表符合頻率規(guī)律）的最大峰值電流和最小允許QRM(準(zhǔn)諧振模式）波 谷（N)。例如，如果有4個(gè)QRM波谷，則可以有四個(gè)對(duì)應(yīng)的表。在每個(gè)表中，單獨(dú)的峰值電流 限制值與對(duì)于相應(yīng)的波谷的單獨(dú)的輸入電壓值相關(guān)聯(lián)。與輸入電壓和在下一切換周期中晶 體管將在其處從關(guān)斷狀態(tài)切換到接通狀態(tài)的波谷相關(guān)聯(lián)的單獨(dú)的峰值電流值被選擇為最 大峰值電流限制。此外，波谷數(shù)N可以被推進(jìn)（強(qiáng)制）使得峰值功率操作不具有模糊性，正 如由N N〇pp (Vgulk)萍卩iLpkmax (VBulk) -^Lpkmax(vBulk，N(jpp(vBulk))給出。這可以降低所請(qǐng)求的表 的量，以使只需一個(gè)表結(jié)合波谷數(shù)N和峰值電流限制。本文在具有如圖1所示的隔離拓?fù)?的開關(guān)式電源的背景下描述峰值功率限制和強(qiáng)制波谷切換實(shí)施例。
[0017] 參考圖1，示例性開關(guān)式功率變換器可以包括諸如DC-DC反激式變換器之類的功 率變換單元100,其具有傳輸晶體管101、諸如變壓器102之類的磁元件以及諸如整流器、電 容器等之類的其他部分（未示出）。功率變換單元100具有提供有DC電壓、高電壓％^的 輸入以及向負(fù)載103提供輸出電壓Vtw的輸出。傳輸晶體管101可以是金屬氧化物半導(dǎo)體 場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT)等，并且被配置為根據(jù)相應(yīng)的控制信 號(hào)Vm將變壓器102的初級(jí)繞組（P)連接到電壓Vbm。開關(guān)式功率變換器可以進(jìn)一步包括 提供電流感測(cè)信號(hào)的電流感測(cè)（Isen)模塊104,電流感測(cè)信號(hào)例如，表示流過(guò)變壓器102的 初級(jí)繞組的電流的（初級(jí)）電流感測(cè)電壓Ves。切換控制模塊105被配置為生成控制信號(hào) Vm，該控制信號(hào)被供應(yīng)至用于根據(jù)控制信號(hào)VJt通（導(dǎo)通）和關(guān)斷（非導(dǎo)通）晶體管101 的傳輸晶體管101。如果傳輸晶體管101是MOSFET或者IGBT，則控制信號(hào)Vm可以被施加 到其柵極。
[0018] 切換控制單元105被配置為控制功率變換單元100的切換操作。在以下示例中， 切換控制單元105被配置為控制功率變換單元100至少在某些環(huán)境下操作在準(zhǔn)諧振（QR) 模式，即自振蕩模式中。切換控制單元105可以進(jìn)一步被配置為將電流感測(cè)電壓Ves與基準(zhǔn) 電壓進(jìn)行比較?？刂菩盘?hào)Vm被設(shè)置為當(dāng)電流感測(cè)信號(hào)Ves等于或者超過(guò)基準(zhǔn)電壓時(shí)關(guān)斷流 到變壓器102中的初級(jí)電流。
[0019] 在準(zhǔn)諧振模式中，當(dāng)跨晶體管101的電壓Vd處于（局部）極小值（也被稱為電壓 波谷或者波谷）時(shí)，傳輸晶體管101可以被接通。為實(shí)現(xiàn)此，開關(guān)式功率