[发明专利]用于保护电源变换器的系统和方法

说明书

分案申请说明

本申请是申请日为2010年12月08日、题为“为电源变换器提供过电流保护的系统和方法”的中国发明专利申请No.201010587658.9的分案申请。

技术领域

本发明涉及集成电路。更具体地，本发明提供了用于过电流保护和过功率保护的控制系统和方法。仅仅作为示例，本发明已应用于电源变换器（power converter）。但是将认识到，本发明具有宽得多的应用范围。

背景技术

电源变换器被广泛用于诸如便携式设备之类的消费电子设备。电源变换器可以将电力从一种形式转换为另一种形式。作为示例，电力从交流（AC）被变换为直流（DC），从DC变换为AC，从AC变换为AC或者从DC变换为DC。另外，电源变换器可以将电力从一种电压电平转换为另一电压电平。

电源变换器包括线性变换器和开关模式（switch-mode）变换器。开关模式变换器通常使用脉宽调制（PWM）或脉冲-频率-调制机制。这些机制通常利用包括各种保护组件的开关模式控制器来实现。这些组件可以提供过电压保护、超温保护、过电流保护（OCP）以及过功率保护（OPP）。这些保护通常可以防止电源变换器以及相连接的电路遭受永久性损坏。

例如，电源变换器包括电源开关和与电源开关串联连接的变压器绕组。流经电源开关和变压器绕组的电流可以受OCP系统限制。如果OCP系统无效，则由于切换时的过高电流和电压应力或者操作期间的热耗散，电流可能达到即将损坏电源开关的电平。例如，在输出短路电路或过载发生时，可能达到该电流电平。因此，在许多离线反激式变换器（offline flyback converter）中，变压器次级侧上的整流器组件由于过高电压和电流应力会遭受永久性损坏。因此，有效的OCP系统对于可靠开关模式变换器来说是重要的。

图1是具有过电流保护的经简化的传统开关模式变换器。开关模式变换器100包括OCP比较器110、PWM控制器组件120、门驱动器130、电源开关140、电阻器150、152、154和156以及初级绕组160。OCP比较器110、PWM控制器组件120和门驱动器130是用于PWM控制的芯片180的各部分。

例如，PWM控制器组件120生成由门驱动器130接收的PWM信号122。在又一示例中，OCP比较器110接收过电流阈值信号112（例如，V_{th_oc}）和电流感测信号114（例如V_cs）并将它们进行比较，并且将过电流控制信号116发送给PWM控制器组件120。当初级绕组的电流大于限制电平时，PWM控制器组件120关断电源开关140并且关闭开关模式电源变换器100。

对于开关模式变换器，逐个周期（cycle-by-cycle）或逐个脉冲（pulse-by-pulse）控制机制常常用于OCP。例如，逐周期控制方案限制最大电流，并且从而限制由开关模式变换器传递的最大功率。一些传统的OCP系统使用基于线输入电压（line input voltage）的可调节OCP阈值，然而，对最大电流的实际限制，并且因此对最大功率的实际限制在宽的线输入电压范围内不总是恒定的。其它传统OCP系统使用如图1所示的在芯片180外面并被插入在V_in与电阻器150之间的附加电阻器152和154。然而，电阻器152消耗大量功率，这对于满足对低待命功率的迫切要求通常是不希望的。例如，2MΩ的电阻器152在264伏的输入AC电压时可以消耗约70mW。

如图1所示，电流限值（current limit）被表达为如下：

ILimit=VinLp×ton=Vth_ocRs]]>    （等式1）