CN101282078B

CN101282078B - 用于功率转换器故障状态检测的方法和装置

Info

Publication number: CN101282078B
Application number: CN2008101003410A
Authority: CN
Inventors: A·B·詹格里安; E·伯坎
Original assignee: Power Integrations Inc
Current assignee: Power Integrations Inc
Priority date: 2007-04-06
Filing date: 2008-04-07
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2028-04-07
Also published as: EP1978625A2; US8077486B2; US8755201B2; JP2008259416A; US20120051098A1; US20080247199A1; US20140247628A1; CN103248237B; JP5557224B2; EP1978625A3; CN101282078A; CN103248237A; US9071153B2

Abstract

本发明涉及用于功率转换器故障状态检测的方法和装置。一种示范控制器包括故障检测器和控制。故障检测器耦合到功率转换器的反馈电路，以响应于功率转换器的输入电压而检测功率转换器中的故障状态。所述控制耦合到故障检测器，并耦合以控制功率开关的切换，从而调节所述功率转换器的输出。所述控制耦合以响应于在功率开关的切换期间故障检测器检测故障状态而禁止功率开关的切换。

Description

用于功率转换器故障状态检测的方法和装置

对在先申请的引用

本申请要求2007年4月6日提交的题为“用于功率转换器故障状态检测的方法和装置”的美国临时申请No.60/922125的优先权。

本申请涉及共同待决的申请号为##/######、××日提交的题为“用于从功率转换器控制器的单个端子感测多个电压的方法和装置”的美国非临时申请。

技术领域

本发明通常涉及功率转换器，并且更具体地，本发明涉及调节功率转换器的输出的控制电路。

背景技术

诸如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)，膝上型电脑等的许多电气设备是由电压相对较低的直流电源供电的。由于功率一般是作为高压交流功率通过墙上插座进行传送的，需要一种设备将高压交流功率转换为低压直流功率，该设备通常被称为功率转换器。可以由功率转换器直接提供低压直流功率给设备或者可以使用低压直流功率对可再充电的电池进行充电，该电池反过来为设备提供能量，但是一旦存储的能量耗尽需要对该电池充电。典型地，用包括功率转换器的电池充电器为电池充电，该功率转换器符合电池所要求的恒流恒压要求。在工作中，功率转换器可以使用控制器调节传送给诸如电池之类的电气设备的输出功率，该电气设备通常被称为负载。更具体地，控制器可以耦合到传感器，该传感器提供功率转换器的输出的反馈信息，以调节传送给负载的功率。控制器响应于来自传感器的反馈信息，通过控制功率开关的闭合和断开调节到负载的功率，以从诸如输电线的输入功率源向输出传输能量脉冲。

功率转换器控制电路可以用于多种目的和应用。需要可以减少集成控制电路外部的部件数量的电路功能性。减少外部部件数量能够使功率转换器小型化，从而提高便携性，减小最终确定功率转换器设计方案需要的设计周期的数量，并且提高最终产品的可靠性。而且，在功率转换器工作过程中，减少的部件数量可以提供能量效率的提高，以及降低功率转换器的成本。功率转换器提供潜在的部件数量减少的一个方面在于简化或者移除先前所需要的在功率转换器中检测故障状态的外部电路。

在用于AC/DC功率转换的功率转换器中，一般在电源输出端测量输出电压以经由反馈电路产生反馈信号，该反馈电路耦合到功率转换器的输入侧的控制电路。典型地，功率转换器的控制电路响应于该反馈信号调节输出端的输出功率。更具体地，控制电路响应于该反馈信号以控制耦合的从功率转换器的输入向输出传输能量的功率开关的切换。

如果控制电路由于故障丢失了反馈信息，例如反馈电路短路或者断路，功率转换器会传送可能导致耦合到功率转换器的电气设备或者功率转换器本身的损坏的未经调节的功率。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于功率转换器的集成电路控制器，所述控制器包括故障检测器，其耦合到功率转换器的反馈电路，其中故障检测器耦合以响应于所述功率转换器的输入电压检测所述功率转换器的故障状态；以及耦合到所述故障检测器的控制，其中所述控制耦合以控制所述功率转换器的功率开关的切换，从而调节所述功率转换器的输出，其中所述控制耦合以响应于故障检测器在功率开关切换期间检测到故障状态，禁止所述功率开关的切换。

根据本发明，提供了一种用于功率转换器的集成电路控制器，所述控制器包括耦合到所述功率转换器的反馈电路的端子；控制，所述控制耦合以控制所述功率转换器的功率开关的切换，从而调节所述功率转换器的输出；耦合于所述端子的传感器，其中所述传感器耦合以采样所述端子的电流，其中采样电流表示所述功率转换器的输入电压；以及耦合在所述传感器和所述控制之间的故障检测器，其中所述故障检测器耦合以响应于所述采样电流检测故障状态，其中所述控制响应于所述故障检测器检测到故障状态，降低所述功率转换器的功率输出电平。

根据本发明，提供了一种用于功率转换器的集成电路控制器，所述控制器包括控制，所述控制耦合以控制功率开关的切换，从而调节所述功率转换器的输出；传感器，其耦合以接收来自所述集成电路控制器的端子的信号，在所述功率开关的至少一部分导通状态期间，来自所述端子的所述信号表示所述功率转换器的输入电压，在所述功率开关的至少一部分关断状态期间，来自所述端子的所述信号表示所述功率转换器的输出电压，其中所述传感器耦合以在所述功率开关的该部分导通状态期间采样来自所述端子的所述信号；以及耦合在所述传感器和所述控制之间的故障检测器，其中所述故障检测器耦合以响应于采样信号检测所述功率转换器的故障状态，其中所述控制耦合以响应于所述故障检测器检测到故障状态，禁止所述功率开关的切换，从而降低所述功率转换器的功率输出电平。

附图说明

参考附图描述本发明的未限制性和非穷尽性的实施例和示例，其中除非另外指定，在各个不同的附图中同样的参考数字表示相同的部分。

图1A是示出根据本发明教导的切换(switching)功率转换器的一个实例的功能框图，其中该开关功率转换器使用驰返拓扑(flybacktopology)并检测故障状态。

图1B是示出根据本发明教导的采用控制器电路的示范功率转换器的示意图，其中该控制器电路响应于感测信号检测故障状态。

图2是示出根据本发明教导的示范控制器电路的功能框图。

图3A是示出根据本发明教导的示范传感器的示意图，其中该传感器输出表示功率转换器的输入电压的采样信号。

图3B是示出根据本发明教导的示范传感器的示意图，其中该传感器输出表示功率转换器的输出电压的采样信号。

图4A是示出根据本发明教导的示范故障检测器的功能框图，其中该故障检测器输出指示功率转换器的故障状态的存在的禁止信号(inhibit signal)。

图4B示出了根据本发明教导的故障检测器的波形，其中该故障检测器输出指示功率转换器的故障状态的存在的禁止信号。

图5示出了根据本发明教导的示范功率转换器，其中该功率转换器包括用于检测故障状态的示范集成控制器电路。

图6是示出根据本发明教导的用于检测功率转换器的故障状态的示范方法的流程图。

具体实施方式

公开了用于检测电源中故障状态的方法和装置。在以下描述中，为了提供本发明的更加清楚的理解，阐述了许多具体细节。然而，对本领域技术人员显而易见的是，实施本发明并不需要采用该具体细节。在其它情况中，为了避免模糊本发明，并未描述公知的材料或方法。

整个说明书中对“一个实施例”，“实施例”，“一个实例”，或“实例”的引用意味着本发明的至少一个实施例包括结合实施例或实例所述的特定特征、结构或者特性。因此，在整个说明书中，在不同地方出现的短语“在一个实施例中”，“在实施例中”，“在一个实例中”或“在实例中”不一定都参考同一个实施例或实例。而且，该特定特征、结构或特性可以在一个或者多个实施例或实例中以任何适当的组合和/或子组合的方式进行组合。另外，应理解此处所提供的附图是为了向本领域技术人员解释的目的，并且附图不一定成比例地绘制。

现在描述根据本发明教导的用于检测电源中故障状态的电路。

图1A是示出根据本发明教导的开关功率转换器100A(此处也称为电源)的一个实例的功能框图，其使用驰返拓扑并检测故障状态。示出的功率转换器100A的实例包括能量传输元件110，箝位电路118，反馈电路121，控制器138，功率开关140，二极管166和电容器168。

功率转换器100A从未调节的输入电压102向负载124提供输出功率。输入电压102耦合到能量传输元件110和功率开关140。在图1A的实例中，能量传输元件110是具有输入线圈112和输出线圈114的变压器。“输入线圈”也可以称为“初级线圈”，“输出线圈”也可以称为“次级线圈”。箝位电路118耦合到能量传输元件110的输入线圈112，以限制功率开关140上的最大电压。响应于控制器138，功率开关140可以闭合，从而允许电流通过开关传导，也可以断开，从而基本上终止通过该开关的传导。因此，可以称闭合的开关在“导通”状态，而称断开的开关在“关断”状态。在一个实例中，功率开关140是晶体管。在一个实例中，控制器138可以被实施为单片集成电路或者分立的电气元件或者分立和集成电路的组合。在功率转换器的工作过程中，功率开关140的切换在二极管166中产生脉动电流，该脉动电流经过电容器168进行滤波以在负载124处产生基本恒定的输出电压122或输出电流130。

控制器138切换功率开关140调节的输出量可以是输出电压122，输出电流130，或二者的组合。反馈电路121耦合以输出感测信号150。在一个实例中，感测信号150代表在功率开关140处于“导通”状态时的输入电压102。在一个实例中，感测信号150代表在功率开关140处于“关断”状态时的输出电压122。

如所述实例中示出的，控制器138耦合以采样由反馈电路121产生的感测信号150。然后控制器138使用采样的感测信号来确定反馈电路121中是否存在故障状态。

在工作过程中，控制器138操作功率开关140以充分调节功率转换器100A的输出量。如果响应于来自反馈电路121的感测信号150检测到故障状态，控制器138降低由功率转换器100A提供给负载124的输出功率电平。

图1B是示出根据本发明教导的采用控制器138的示范功率转换器100B的示意图，其中该控制器138响应于感测信号150检测故障状态。功率转换器100B代表功率转换器100A的一种可能的实施方式。功率转换器100B的示出实例包括第一和第二输入端104和106，能量传输元件110，箝位电路118，整流器电路120，反馈电路121，第一和第二输出端126和128，控制器138，功率开关140，输入返回(input return)142和输出返回(output return)158。能量传输元件110的所示实例包括输入线圈112，输出线圈114，以及辅助线圈116。箝位电路118被示出为包括电容器160，电阻器162和二极管164。整流器电路120被示出为包括二极管166和电容器168。反馈电路121的所示实例包括辅助线圈116以及电阻器134和136。控制器138被示出为包括反馈端144，输出端146，以及接地端148。

在一个实例中，功率转换器100B是隔离的返驰式转换器(flybackconverter)，其中输入返回142和输出返回158彼此隔离。在一个实例中，能量传输元件110基本上阻止了直流电流从功率转换器100B的输入侧流入输出侧。在另一实例中，能量传输元件110是输入返回142和输出返回158耦合在一起的非隔离转换器。需要注意的是在其它实例中，根据本发明的教导，功率转换器100B可以具有多于一个的输出。

如图所示，控制器138耦合到功率开关140，在一个实例中，该功率开关140是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关，双极晶体管等。功率开关140耦合到能量传输元件110的输入线圈112，输入线圈112耦合到输入电压102。在所示实例中，箝位电路118耦合在输入线圈112的两端以限制功率开关140两端的最大电压。在一个实例中，控制器138和功率开关140可以形成集成电路的一部分，该集成电路可以被制造为混合或者单片集成电路。

在所示实例中，控制器138耦合以调节从功率转换器100B的第一和第二输入端104和106传送给耦合到负载124的功率转换器输出端126和128的能量。在一个实例中，被调节的具体输出参数是直流输出电压122。感测信号150通过由电阻器134和136形成的电阻分压器从辅助线圈116耦合到控制器138。在一个实例中，基于期望的输出电压122选择或调整电阻器134和136的值。

在工作过程中，控制器138响应于感测信号150通过切换功率开关140调节电源100的输出。当功率开关140处于导通状态时，能量从输入端104和106传送到能量传输元件110的输入线圈112。当功率开关140处于关断状态时，存储在输入线圈112中的能量被传输给输出线圈114。来自输出线圈112的能量被传输给电源100B的输出，其中输出电流130通过正向偏置的功率二极管166流向输出电容器168和负载124。当在功率开关140的关断状态期间输出电流130流过功率二极管166时，输出电压122基本上等于输出线圈114两端的电压。在工作过程中，控制器138在整流器电路120中产生脉动电流，在所示实例中，整流器电路120包括二极管166，通过电容器168对二极管166滤波以产生基本恒定的输出电压122。

如图1B中所示，控制器138耦合以接收感测信号150，在一个实例中，该感测信号150是电压信号，而在另一实例中，依然受益于本发明的教导，该感测信号150是电流信号或表示电源输入和/或输出的其它信号。如图1B中所示，辅助线圈116提供反射电压174，反射电压174代表在功率开关140处于关断状态时的输出电压122。反射电压174也可以代表在功率开关140处于导通状态时的输入电压102。在一个实例中，感测信号150表示反射电压174并且通过反馈端144被控制器138接收。如上所述，与反射电压174一样，感测信号150可以代表在功率开关140处于导通状态时的输入电压102以及代表在功率开关140处于关断状态时的输出电压122。

在一个实例中，反射电压174和/或感测信号150代表功率开关140处于关断状态的仅一部分时间的输出电压122并且代表功率开关140处于导通状态的仅一部分时间的输入电压102。

在功率开关140处于导通状态时，漏电流156流过输入线圈112，从而允许反射电压174代表与输入电压102成正比的电压。反射电压174可以与输入电压102成正比，其比例为辅助线圈116的匝数与输入线圈112的匝数之间的比值。匝数比与电压比之间的示例关系如下所示：

\frac{V_{REFLBCT}}{V_{1 N}} = \frac{N_{A}}{N_{I}} - - - (1)

其中N_A是辅助线圈116的匝数，N_I是输入线圈112的匝数。

当功率开关140从导通状态转变至关断状态时，漏电流156基本上被阻止流过功率开关140，并且存储在输入线圈112中的能量被传输给输出线圈114，从而允许反射电压174表示与输出电压122成正比的电压。反射电压174可以与输出电压122成正比，其比例为辅助线圈116的匝数与输出线圈114的匝数之间的比值。匝数比与电压比之间的示例关系如下所示：

\frac{V_{REFLBCT}}{V_{OUT} + V_{F}} = \frac{N_{A}}{N_{O}} - - - (2)

其中N_A是辅助线圈116的匝数，N₀是输出线圈114的匝数，V_F是当二极管166正向偏置时二极管166两端的电压。在一个实例中，V_F相对于V_OUT可以忽略，此时等式2可以简化为：

\frac{V_{REFLBCT}}{V_{OUT}} \approx \frac{N_{A}}{N_{O}} - - - (3)

在一个实例中，如果反馈电路121从反馈端144解耦或者短路到输入返回142，控制器138将识别故障状态并且在一段时间内禁止功率开关140切换，从而限制输出端126和128的功率。如果感测信号150被阻止到达反馈端144，在功率开关140处于导通状态时，控制器138感测基本上为零伏的输入电压102，并且在功率开关140处于关断状态时，控制器138感测基本上为零伏的输出电压122。在一个实例中，当表示输入电压102的感测信号150位于线电压阈值(line voltagethreshold)之下时，控制器138识别故障状态。在另一实例中，当表示输出电压122的感测信号150位于输出电压阈值之下时，控制器138识别故障状态。

在一个实例中，如果电阻器134与辅助线圈116或者反馈端144解耦，控制器138将检测故障状态。在另一实例中，如果电阻器136短路到输入返回142，控制器138也将检测故障状态。由于在上面的实例中解释的原因，如果检测到故障状态，控制器138在一段时间内禁止功率开关140切换，从而限制提供给输出端126和128的功率。

图2是示出根据本发明教导的示范控制器202的功能框图。控制器202表示图1A和1B所示的控制器138的一种可能的实施方式。所示的控制器202实例包括传感器204，故障检测器206，控制208和振荡器210。

在所示实例中，传感器204耦合以通过反馈端144接收感测信号150。在工作过程中，传感器204采样感测信号150并且输出采样信号214。采样信号214的形式可以为电流或电压。在一个实例中，传感器204在功率开关140的导通状态期间采样感测信号150并且输出采样信号214，其中，在该实例中，采样信号214表示输入电压102。在另一实例中，传感器204在功率开关140的关断状态期间采样感测信号150并且输出采样信号214，其中，在该实例中，采样信号214表示输出电压122。

在图2的实例中，故障检测器206耦合以接收采样信号214。在工作过程中，故障检测器206将采样信号214与故障阈值进行比较。在一个实例中，当采样信号214是电流时，故障阈值是电流阈值，当采样信号214是电压时，故障阈值是电压阈值。如果采样信号214表示输入电压102，故障阈值可以包括输入故障阈值，如果采样信号214表示输出电压122，故障阈值可以包括输出故障阈值。在一个实例中，如果采样信号214在一段时间内低于故障阈值，故障检测器206输出禁止信号216，该禁止信号216指示功率转换器中故障状态的存在。在该实例中，确定是否存在故障状态的这段时间可以响应于振荡器210产生的时钟信号212而确定。

所示控制器202的实例包括控制208，其耦合以接收禁止信号216。在一个实例中，控制208通过输出端146输出驱动信号154以在导通状态和关断状态之间交替改变功率开关140的状态。在一个实例中，控制208耦合以接收其它反馈信息(未示出)，以便控制从输入线圈到输出线圈的能量传输，从而调节功率转换器的输出。在该实例中，调节的输出可以包括输出电压122，输出电流130，或二者的组合。控制208可以采用不同的技术控制功率开关140的切换，包括但不限于，导通/关断控制，脉宽调制(PWM)等。

根据本发明的教导，控制208响应于接收指示故障状态存在的禁止信号216禁止功率开关140的切换。响应于故障状态的存在，控制208禁止功率开关140的切换以减小功率转换器输出的功率电平。在一个实例中，控制208通过禁用(disable)功率开关140(例如，保持功率开关140处于关断状态)而禁止切换。在一个实例中，控制208通过调整驱动信号154的频率或者占空比来禁止切换。在一个实例中，控制208通过限制功率开关140处于导通状态时的漏电流156来禁止切换。在又一实例中，控制208在故障状态存在时重复故障周期。该故障周期可以包括跟随着若干跳过(skipped)切换周期的功率开关140的若干切换周期。

图3A是示出根据本发明教导的示范传感器204A的示意图，其中该传感器204A输出代表功率转换器的输入电压102的采样信号214A。传感器204A表示图2所示的传感器204的一种可能的实施方式，其在功率开关140处于导通状态期间采样感测信号150。所示传感器204A的实例包括内部电压源302，N沟道晶体管304和306，P沟道晶体管308、310和312，电流源314，电容器316，采样命令块318，以及反相器(inverter)320。

N沟道和P沟道晶体管实现互补或相反的功能，使得使N沟道晶体管导通的信号会使P沟道晶体管断开。对于模拟信号，使N沟道晶体管传导更多电流的信号会使P沟道晶体管传导更少的电流。N沟道晶体管的栅极和源极之间需要正电压以使该晶体管传导电流。P沟道晶体管的栅极和源极之间需要负电压以使其传导电流。当N沟道晶体管的栅极和源极之间的正电压低于晶体管的阈值电压时，N沟道晶体管基本阻止电流流过N沟道晶体管。随着N沟道晶体管的栅极和源极之间的电压变得大于晶体管的阈值电压，允许更多的电流流过N沟道晶体管。相反，当P沟道晶体管的栅极和源极之间的负电压没有晶体管的负阈值电压负(less negative)时(更接近于0)，P沟道晶体管基本阻止电流流过P沟道晶体管。随着P沟道晶体管栅极和源极之间的负电压变得比晶体管的负阈值电压更负(more negative)，则允许更多的电流流过P沟道晶体管。

在所示实例中，内部电压源302耦合到电流源314，电流源314为晶体管304提供电流I1。晶体管304的栅极耦合到晶体管306的栅极。晶体管308耦合到内部电压源302和晶体管306之间。在工作过程中，传感器204A在功率开关140处于导通状态时采样感测信号150。更具体地，由于流过反馈端144的内部电流322，反馈端144相对于共同参考142被箝位在基本零伏。在一个实例中，由于在功率开关140处于导通状态时，反射电压174是负的，内部电流332是负电流。在一个实例中，内部电流322响应于反射电压174的幅值而改变，其中反射电压174表示输入电压102。

如图3A所示，内部电流322流过晶体管306和308。在一个实例中，内部电流322可以是反射电压174除以图1B中所示的电阻器134的电阻。如图3A所描述的实例所示，晶体管312耦合于晶体管308的栅极和晶体管310的栅极之间。反相器320的输出耦合到晶体管312的栅极。反相器320耦合以接收信号324。

如所述实例所示，采样命令块318耦合到反相器320，使得只有在功率开关140处于导通状态时晶体管312才处于导通状态。在一个实例中，在功率开关140从关断状态转变为导通状态之后的短时间内，信号324变高。在一个实例中，信号324可以从驱动信号154中获得。

如图所示，电容器316耦合于内部电压源302和晶体管310的栅极之间。当信号324为高时，晶体管312允许电流流向和流出(flow to andfrom)电容器316，以调整晶体管310栅极的电压匹配晶体管308栅极的电压。当信号324为低时，晶体管312断开并且基本阻止电流流向和流出电容器316。由于晶体管308栅极的电压基本上等于晶体管310栅极的电压，与内部电流322成比例的采样电流326将流过晶体管310。在一个实例中，内部电流322与采样电流326的比例性基于晶体管308与晶体管310的尺寸之间的比例性。根据所述实例，采样电流326表示反射电压174。在一个实例中，采样电流326由作为电流的采样信号214A来表示。在另一实例中，采样信号214A可以被转换为表示采样电流326的电压。

图3B是示出根据本发明教导的示范传感器204B的示意图，其中该传感器204B输出表示功率转换器的输出电压122的采样信号214B。传感器204B表示图2所示的传感器204的一种可能的实施方式，其在功率开关140处于关断状态期间采样感测信号150。所示传感器204B的实例包括内部电压源340，电流镜342，N沟道晶体管348，电流源350和352，电容器354，以及采样命令块356。电流镜342被示出为包括P沟道晶体管344和346。

在所示实例中，内部电压源340耦合到电流源352，电流源352为电流镜342提供电流。在一个实例中，晶体管344和346是匹配的晶体管。在一个实例中，电流源350耦合到以吸收(sink)来自晶体管346的电流。晶体管344的栅极耦合以通过反馈端144接收感测信号150。在一个实例中，感测信号150包括反馈电压152，如图1B所示，反馈电压152在电阻器136两端下降。如图3B中所示，晶体管348耦合于晶体管346的栅极和电容器354之间。晶体管348的栅极耦合以接收由采样命令块356产生的信号358。

在工作过程中，晶体管344栅极的电压等于反馈电压152。晶体管346栅极相对于输入返回142的电压基本上等于反馈电压152。在一个实例中，采样信号214B表示输出电压122。如图所示，电容器354耦合到晶体管348，使得当信号358为高时，晶体管348允许电流流向和流出电容器354，以调整采样信号214B的电压来匹配反馈电压152。

如所述实例中所示，采样命令块356耦合到晶体管348，使得只有在功率开关140处于关断状态时晶体管348才处于导通状态。在一个实例中，在功率开关140从导通状态转变为关断状态之后的短时间内，信号358变高。当信号358为低时，开关348基本上阻止电流流向和流出电容器354。在一个实例中，信号358从驱动信号154中获得。在另一实例中，信号358从感测信号150中获得。

在一个实例中，采样命令块356耦合以确定功率开关140的关断状态的采样周期。在一个实例中，采样命令块356通过比较感测信号150与阈值电压电平来确定采样周期，当感测信号150大于阈值电压电平时，产生信号358为逻辑高。在一个实例中，晶体管348被采样命令块356利用逻辑高的信号358驱动的持续时间基本上等于允许电容器354充电的时间间隔。在一个实例中，晶体管348仅被逻辑高的信号358驱动输出电流130流过二极管166的一部分时间。

现在重新参考图2，传感器204可以包括传感器204A，以仅在功率开关140处于导通状态期间采样感测信号150，从而输出表示功率转换器的输入电压的采样信号214。在另一实例中，传感器204包括传感器204B，以仅在功率开关140处于关断状态期间采样感测信号150，从而输出表示功率转换器的输出电压的采样信号214。在又一实例中，传感器204包括传感器204A和传感器204B两者，以分别在导通状态期间和关断状态期间采样感测信号150。在该实例中，传感器204输出感测信号214，该感测信号214在功率开关140处于导通状态期间表示输入电压，在功率开关140处于关断状态期间表示输出电压。

图4A是示出根据本发明教导的示范故障检测器206的功能框图，其中该故障检测器206输出指示功率转换器的故障状态存在的禁止信号216。所述故障检测器206的实例包括比较器402，与门404，和计数器406。在一个实例中，比较器402是接收作为电流的采样信号214的电流比较器；尽管在其他实例中，比较器402可以是接收作为电压的采样信号214的电压比较器。在所示实例中，比较器402是包括节点410和电流源408的电流比较器，电流源408产生阈值电流I_THRBSH418。在另一实例中，比较器402是包括产生电压阈值的电压源的电压比较器。

在所示实例中，比较器402耦合以接收采样信号214。在一个实例中，采样信号214包括传感器204A产生的表示输入电压102的采样信号214A。在一个实例中，采样信号214包括传感器204B产生的表示输出电压122的采样信号214B。无论实施为电压比较器或者电流比较器，比较器402都耦合以向与门404的输入端输出决策信号412。

在工作过程中，比较器402接收采样信号214，并且将其与故障阈值进行比较，以确定决策信号412的逻辑状态。在一个实例中，比较器402包括提取阈值电流418的电流源408，尽管在其他实例中，比较器402可以包括产生阈值电压的电压源。在所述实例中，采样信号214表示采样电流(例如，图3A中的采样电流326)。在该实例中，当采样信号214大于阈值电流418时，没有检测到故障状态。当没有检测到故障状态时，由于节点410与输入返回142之间的电压电势升高，决策信号412被设置为逻辑高。相反，当采样信号214小于阈值电流418时，检测到故障状态。当检测到故障状态时，由于节点410与输入返回142之间的电压电势基本为0或者为低电压电势，决策信号412被设置为逻辑低。在工作过程中，比较器402将决策信号412设置为逻辑低，以表示在反馈电路121中检测到故障状态，并且比较器402将决策信号412设置为逻辑高，以表示没有检测到故障状态。

在所示实例中，故障检测器206被示出为当采样信号214降低到低于故障阈值(例如I_THRESH418)时，检测故障状态。在一个实例中，设置I_THRESH418以检测反馈电路121中的故障状态。反馈电路121中的故障可以被检测为反馈端144基本开路或基本短路。在该实例中，设置I_THRESH418使得当由采样信号214表示的反馈电压152基本为0伏时，比较器402输出决策信号412为逻辑低。

尽管所述故障检测器206的实例是结合检测反馈电路121中的故障进行描述的，但是可以认识到在其它实例中，I_THRESH418可以被设置为检测功率转换器中的各种其它故障状态。例如，I_THRESH418可以被设置为输入线电压阈值以检测输入电压102的降落。在另一实例中，I_THRESH418被设置为输出电压阈值以检测输出电压122的降落。

如所述实例所示，与门404输出复位信号414，响应于决策信号412和计数信号416设置该复位信号414。在工作过程中，复位信号414仅在决策信号412和计数信号416均为高时才为高。在所述实例中，计数器406为空转重复计数器(free running repeating counter)。当复位信号414为高时，计数器406复位其计数为0。当复位信号414为低时，计数器416响应于时钟信号212而增加该计数。因此，如果比较器402没有检测到故障状态，计数器406持续复位其计数直到检测到故障状态，如由决策信号412变为逻辑低所指示的。

在一个实例中，计数器416包括第一数字阈值N1，第一数字阈值N1表示在计数器406输出逻辑高的禁止信号216之前故障状态必须存在的一段时间。第一数字阈值N1阻止短暂的故障状态导致控制208禁止切换功率开关140。在该实例中，计数器406将禁止信号216保持在逻辑低直到计数达到第一数字阈值N1。如果在达到第一数字阈值N1之前故障状态被消除或不再存在，计数器406的计数被复位到0，并且禁止信号216保持逻辑低。

在一个实例中，计数器416包括第二数字阈值N2，第二数字阈值N2表示控制208禁止切换功率开关140的一段时间。在该实例中，在计数器406到达第一数字阈值之后，禁止信号216从逻辑低转变为逻辑高，导致控制208禁止功率开关140的切换。在这一点，计数器406持续计数直到达到第二数字阈值N2。当该计数在第一数字阈值和第二数字阈值之间时，计数器406输出逻辑低计数信号416至与门404。因此，在该实例中，不管故障状态是否持续，禁止信号216将保持为高直到达到第二数字阈值。这阻止了故障状态的短暂消失使计数器复位，因此允许控制208减小功率转换器的输出功率电平。

在工作过程中，计数信号416总是被设置为逻辑高直到计数器406超过第一阈值数N1，然后转变为逻辑低，产生逻辑低复位信号414。在计数器406从第一阈值数N1增加到第二阈值数N2的时间内，计数器406使计数信号416保持为逻辑低。当计数器406位于第一阈值数N1和第二阈值数N2之间时，计数器406也将禁止信号216设置为逻辑高。在一个实例中，在达到第二阈值数N2后，计数器406自动复位计数。

图4B示出了根据本发明教导的故障检测器的波形，其中该故障检测器输出指示功率转换器的故障状态存在的抑制信号216。图4B所示波形表示图4A所示的故障检测器206的一种可能的实施方式的波形。

在所示实例中，控制器138工作在重复故障周期450以限制在输出端126和128传送的功率量。在该实例中，例如，通过控制器138未能从反馈电路121接收感测信号150，检测到故障状态。在该实例中，如果直到计数器406达到第一阈值数N1，故障状态被消除，则重复故障周期450允许计数器406复位。一旦达到第一阈值数N1，计数器406输出逻辑高禁止信号216，禁止信号216被保持为高直到计数器406达到第二阈值数。在所示实例中，计数器406在功率开关140的每个切换周期455期间增加。在一个实例中，计数器406响应于由振荡器210产生的时钟信号212而增加。在其它实例中，计数器406可以响应于与控制器138有关的任何其它定时信号而增加。

本说明书所公开的各种逻辑电平意在是说明性的，而不是限制性的。例如，虽然图4A示出了作为故障检测器206的指示信息的特定逻辑电平，应理解可以增加，移除，或者替代已知的逻辑元件以改变公开的特定逻辑电平。例如，与门404可以被与非门代替，其中复位信号414的逻辑低而不是逻辑高触发计数器406的复位。

图5示出了根据本发明教导的示范功率转换器500，其中该功率转换器500包括用于检测故障状态的示范集成电路502。在所示实例中，集成电路502包括功率开关512和与上述控制器138或控制器202相似的控制电路。在一个实例中，输入电压102处于120伏与375伏之间。在一个实例中，输出电压122大约是5伏。集成电路502包括耦合到初级线圈112的一端的漏端506，耦合到输入返回142的源端508，耦合到电容器514的旁路端(bypass terminal)510，以及耦合以从反馈电路121接收感测信号150的反馈端504。正如图5中所示，集成电路502通过单个端(例如反馈端504)感测输出电压和输入线电压。

图6是示出根据本发明教导的用于检测功率转换器中故障状态的示范方法600的流程图。在所述方法中，示范功率转换器与上面描述的功率转换器相似，其中有耦合到能量传输元件的功率开关的切换，其中该能量传输元件耦合于功率转换器的输入和输出之间。在该实例中，功率开关的切换由耦合到该开关的控制器控制。反馈电路产生感测信号，在该功率开关处于关断状态期间，该感测信号表示功率转换器的输出电压，在该功率开关处于导通状态期间，该感测信号表示功率转换器的输入电压。控制器响应于该感测信号，并且控制器耦合以检测反馈电路中故障状态的存在，并且响应于检测到故障状态禁止功率开关的切换。

特别地，方法600开始于块605。在块610，计数器(例如计数器406)被复位到零。在块615，传感器(例如传感器204)采样感测信号(例如感测信号150)。在一个实例中，该传感器在功率开关处于导通状态期间采样该感测信号。在一个实例中，该传感器在功率开关处于关断状态期间采样该感测信号。

在决策块620中，将采样的感测信号与故障阈值(FT)进行比较。在一个实例中，诸如图4A中的比较器402之类的比较器将采样的感测信号与FT进行比较。如果采样的感测信号大于FT，则没有检测到故障状态，方法600返回到块610，计数器被复位。但是，如果采样的感测信号不大于FT，则检测到故障状态，方法继续到块625。在块625，计数增加。如上所述，可以随功率开关的每个切换周期增加计数器，或者可响应于控制器内部的时钟信号而增加计数器。

在块630中，将计数器与第一数字阈值N1进行比较。如果计数器不大于第一数字阈值，方法600返回到块615，以再次采样感测信号。方法600将重复块615-630直到计数器大于第一数字阈值，或者如果采样的感测信号增加到故障阈值FT之上。

在块635，禁止功率开关进行切换。在一个实例中，故障检测器(例如故障检测器206)输出禁止信号到控制(例如控制208)，以指示存在故障状态。响应于接收到禁止信号，控制禁止功率开关切换以降低功率转换器的输出功率电平。

在块640中，计数器再次增加，并且在块645中，将计数器与第二数字阈值N2进行比较。方法600重复块635-645，继续禁止切换功率开关直到计数器大于第二数字阈值。一旦计数器大于N2，方法600返回到块610以复位计数器，并且开始正常切换功率开关。

一些或者所有过程块在方法600中出现的顺序不应该被认为是限制性的。而且，受益于本公开的本领域普通技术人员将理解可以未示出的各种顺序执行一些过程块。

本发明的所示实例的上述说明，包括在摘要中所描述的内容，都不打算是穷尽的或者限制于所公开的具体形式。虽然此处所描述的本发明的具体实施例和实例是为了说明的目的，但是在不偏离本发明的精神和范围的前提下各种等同的修改都是可能的。实际上，应理解提供具体的电压，电流，频率，功率范围值，次数等是为了解释的目的，并且根据本发明的教导在其它实施例和实例中也可以采用其它数值。

根据上述具体描述，可以对本发明的实例进行修改。在以下的权利要求书中所使用的术语不应被解释为使本发明限制在说明书和权利要求书所公开的具体实施例中。相反，本发明的范围由以下整个权利要求书来限定，应根据建立的权利要求解释的原理来解释以下的权利要求书。因此本说明书和附图应被视为是说明性的而非限制性的。

Claims

1.一种用于功率转换器的集成电路控制器，所述控制器包括：

控制单元，所述控制单元耦合以控制功率开关的切换，从而调节所述功率转换器的输出；

传感器，其耦合以接收来自所述集成电路控制器的端子的信号，在所述功率开关的至少一部分导通状态期间，来自所述端子的所述信号表示所述功率转换器的输入电压，在所述功率开关的至少一部分关断状态期间，来自所述端子的所述信号表示所述功率转换器的输出电压，其中所述传感器耦合以在所述功率开关的该部分导通状态期间采样来自所述端子的所述信号；以及

耦合在所述传感器和所述控制单元之间的故障检测器，其中所述故障检测器耦合以响应于采样信号检测所述功率转换器的故障状态，其中所述控制单元耦合以响应于所述故障检测器检测到故障状态，禁止所述功率开关的切换，从而降低所述功率转换器的功率输出电平。

2.如权利要求1所述的集成电路控制器，其中所述故障检测器包括计数器，以确定检测故障状态的时间量，并且如果所确定的时间量大于或者等于第一阈值时间间隔，则输出禁止信号到所述控制单元以降低所述功率转换器的功率输出电平。

3.如权利要求2所述的集成电路控制器，其中，所述计数器输出禁止信号到所述控制单元以降低所述功率转换器的功率输出电平，并且其中不管故障状态是否依然存在，所述控制单元都在第二阈值时间段中降低所述功率转换器。

4.如权利要求1所述的集成电路控制器，其中在所述功率开关处于导通状态时，所述控制单元禁止所述功率开关的切换，从而通过限制通过所述功率开关的漏电流来降低所述功率转换器的功率输出电平。

5.如权利要求1所述的集成电路控制器，其中在所述功率开关的该部分导通状态期间，所述传感器响应于从所述控制单元输出到所述功率开关的驱动信号，采样来自所述端子的信号。

6.如权利要求1所述的集成电路控制器，其中来自所述端子的信号包括第一信号和第二信号，其中所述第一信号是电流，其表示在所述功率开关的至少该部分导通状态期间所述功率转换器的输入电压，并且其中所述第二信号是电压，其表示在所述功率开关的至少该部分关断状态期间所述功率转换器的输出电压。

7.如权利要求1所述的集成电路控制器，其中所述控制单元耦合以禁止所述功率开关的切换，从而通过调整从所述控制单元输出到所述功率开关的驱动信号的占空比来降低所述功率转换器的功率输出电平。

8.如权利要求1所述的集成电路控制器，其中所述功率开关耦合到能量传输元件，所述能量传输元件包括产生反射电压的辅助线圈，所述反射电压在所述功率开关的至少该部分导通状态期间基本上表示所述输入电压，其中所述传感器配置为响应于所述反射电压产生感测信号。

9.如权利要求8所述的集成电路控制器，其中所述端子是耦合到所述功率转换器的反馈电路的反馈端，所述集成电路控制器进一步包括接地端，其中所述反馈电路包括：

耦合在所述辅助线圈和所述反馈端之间的第一电阻器；以及

耦合在所述反馈端和所述接地端之间的第二电阻器，其中由所述集成电路控制器调节的所述功率转换器的输出值响应于所述第一电阻器的电阻值和所述第二电阻器的电阻值。

10.如权利要求1所述的集成电路控制器，其中所述故障检测器包括比较器，所述比较器耦合以比较所述采样信号与故障阈值，并且输出决策信号以指示是否存在故障状态。

11.如权利要求8所述的集成电路控制器，其中所述感测信号是电流，并且其中所述采样信号是采样电流，所述采样电流基本上与所述感测信号成比例。

12.如权利要求9所述的集成电路控制器，其中所述故障状态包括所述反馈电路中的短路。

13.如权利要求1所述的集成电路控制器，其中所述传感器包括在所述功率开关的至少一部分导通状态期间将所述端子箝位在基本固定的电压的装置。