CN101753005B - 电源转换器的保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种电源转换器的保护装置，该电源转换器使用一PWM控制器产生一驱动器输出以调变所述电源转换器的占空比，该PWM控制器使用一电流感测输入实施限流或功率限制保护功能，该保护装置包括一比较器，一固定时段产生器，一闸电路和一延时逻辑电路，其中，所述比较器比较所述电流感测输入与一参考电压，以触发一表示零感测电流的信号；所述固定时段产生器，产生一固定时段；所述闸电路，在所述固定时段或所述驱动器输出为关闭的期间遮蔽所述表示零感测电流的信号，所述闸电路具有一输出，用来产生一表示故障的信号；所述延时逻辑电路，连接所述闸电路的输出，在所述表示故障的信号持续预定时间后关闭所述驱动器输出。

Description

电源转换器的保护装置及方法

技术领域

本发明涉及一种电源转换器(power converter)，具体地说，是一种电源转换器的保护装置及方法。

背景技术

在电源转换器中，脉宽调变(Pulse Width Modulation；PWM)控制器用来调变所述电源转换器的占空比(duty)，以调节所述电源转换器的输出电压。换言之，所述PWM控制器调变的占空比将决定所述电源转换器的电源供应单元(或称功率级)中的功率开关的工作时间。在常规的PWM控制器中，通常有一个电流感测输入用来实施限流或限制输出功率。如果电流感测输入短路的话，则保护电路或保护功能就失效了。电源供应单元若未受任何功率限制，将会出现安全问题，其可能在过高功率状况下操作，直到烧毁。

图1是用于PWM控制器的电流模式控制回路，误差信号Vcomp表示电源转换器的输出电压与目标值之间的差异，电流感测信号Vcs是PWM控制器内部回路的回授信号，表示电源转换器的输出电流大小，驱动器输出Vgate用来切换功率开关。在正常操作时，借着SR正反器10，Vgate由频率CLK触发，其结束由比较器12比较Vcs和Vcomp的结果决定。保护电路14使用比较器16比较Vcs与限制电压Vlimit，Vlimit的大小决定电源转换器的过电流临界值(threshold)。当Vcs上升到超过Vlimit，将会触发比较器16的输出强迫重置SR正反器10，因而关闭Vgate。

图2是用于PWM控制器的电压模式控制回路。在正常操作时，Vgate也是由频率CLK触发，但是其结束是由比较器12比较斜坡信号Ramp和Vcomp的结果决定。同样，当Vcs上升到超过Vlimit，比较器16的输出也会强迫重置SR正反器10，因而关闭Vgate。

如图1和图2所示，PWM控制器依赖比较器16监视Vcs以提供过电流或超功率保护。如果电流感测输入短路的话，Vcs便无法表达电源转换器的实际电流大小，因此保护电路14失去作用。在此情况下，电源转换器将不再有过电流或超功率保护。

因此已知的电源转换器存在着上述种种不便和问题。

发明内容

本发明的目的，在于提出一种电源转换器的保护装置及方法。

本发明的另一目的，在于提出一种在PWM控制器的感测电流输入故障时的保护装置及方法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种电源转换器的保护装置，所述电源转换器使用一PWM控制器产生一驱动器输出以调变所述电源转换器的占空比，所述PWM控制器使用一电流感测输入实施限流或功率限制保护功能，所述保护装置包括一比较器，一固定时段产生器，一闸电路和一延时逻辑电路，其特征在于：

所述比较器，比较所述电流感测输入与一参考电压，以触发一表示零感测电流的信号；

所述固定时段产生器，产生一固定时段；

所述闸电路，在所述固定时段或所述驱动器输出为关闭的期间遮蔽所述表示零感测电流的信号，所述闸电路具有一输出，用来产生一表示故障的信号；

所述延时逻辑电路，连接所述闸电路的输出，在所述表示故障的信号持续预定时间后关闭所述驱动器输出。

本发明的电源转换器的保护装置还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的电源转换器的保护装置，其中所述预定时间由一预设的周期数决定。

前述的电源转换器的保护装置，其中所述延时逻辑电路重置一致能信号以关闭所述驱动器输出。

前述的电源转换器的保护装置，其中所述延时逻辑电路包括计数器计算所述表示故障的信号持续的周期数量。

前述的电源转换器的保护装置，其中所述延时逻辑电路包括一重启输入端，以供接受一重启信号，所述重启信号用来重置所述延时逻辑电路。

前述的电源转换器的保护装置，其中所述闸电路包括：

第一与门，其具有二输入端分别接受所述表示零感测电流的信号与所述固定时段；

第二与门，其具有二输入端分别接受所述第一与门的输出与所述驱动器输出，据以决定所述表示故障的信号。

一种电源转换器的保护方法，所述电源转换器使用一PWM控制器产生一驱动器输出以调变所述电源转换器的占空比，所述PWM控制器使用一电流感测输入实施限流或功率限制保护功能，其特征在于所述保护方法包括下列步骤：

第一步骤：比较所述电流感测输入与一参考电压，以触发一表示零感测电流的信号；

第二步骤：产生一固定时段；

第三步骤：在所述固定时段或所述驱动器输出为关闭的期间遮蔽所述表示零感测电流的信号，据以决定一表示故障的信号；

第四步骤：在所述表示故障的信号持续预定时间后关闭所述驱动器输出。

本发明的电源转换器的保护方法还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的电源转换器的保护方法，其中在所述表示故障的信号持续预定时间后关闭所述驱动器输出的步骤包括根据一预设的周期数决定所述预定时间。

前述的电源转换器的保护方法，其中在所述表示故障的信号持续预定时间后关闭所述驱动器输出的步骤包括重置一致能信号。

前述的电源转换器的保护方法，其中更包括计算所述表示故障的信号持续的周期数量。

采用上述技术方案后，本发明的电源转换器的保护装置及方法具有保护电源转换器的优点。

附图说明

图1为用于PWM控制器的电流模式控制回路；

图2为用于PWM控制器的电压模式控制回路；

图3为根据本发明的实施例示意图；

图4为图3的电路中相关信号的波形图；

图5为利用图3的致能信号关闭驱动器输出的实施例示意图。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。

现请参阅图3和图4，图3是根据本发明的实施例示意图，图4为图3的电路中相关信号的波形图。如图所示，所述比较器22比较Vcs和参考电压Vref，其输出表示零感测电流。固定时段产生器20因应频率CLK产生与CLK同步的固定时段Tcs。比较器22的输出与固定时段Tcs输入与门24，因此，在固定时段Tcs期间，比较器22的输出被与门24遮蔽，这是为了避免误判Vcs为零，因为Vcs在PWM控制器的每一个切换周期中可能由零上升。与门24的输出和PWM控制器产生的驱动器输出Vgate都输入与门26，因此，如果Vgate为零，比较器22的输出也会被与门26遮蔽。与门26的输出系表示故障的信号。如果Vcs小于Vref，则比较器22的输出为1，与门24的输出在固定时段Tcs后为1。此时如果Vgate为高准位，那么与门26的输出为1。延时逻辑电路28连接与门26的输出，用来决定致能信号EN，以在故障(Vcs＝0)持续一预定时间后用来关闭Vgate。延时逻辑电路28包括计数器计算表示故障的信号持续的周期数，用来决定所述预定时间，若故障的信号持续的周期数达到预设的数量，便重置致能信号EN。延时逻辑电路28的延时或计数是为了避免过电流保护机制在停电测试(brownout test)中被误触发。计数的次数上限或延迟的时间由设计者决定。延时逻辑电路28或其计数器可以被PWM控制器中的重启信号UVLO_reset重置。当致能信号EN被锁住时，电源供应单元将停止运作。直到栓锁器30被重启信号UVLO_reset重置，PWM控制器才复原。

熟悉本技艺的人员都知道，与门24和26可以用其它闸电路来取代，以便在Tcs或Vgate为关闭的期间遮蔽比较器22的输出，因而取出表示故障的信号。

图5是利用致能信号EN关闭Vgate的实施例示意图，PWM控制回路及过电流保护电路与已知技术相同，但是频率CLK不直接输入SR正反器10的设定端S，而是与致能信号EN一起输入与门32，与门32的输出在连接至SR正反器10的设定端S。在正常运作时，致能信号EN为1，因此CLK输入SR正反器10的设定端S，和已知技术一样。当过电流保护电路14提供的过电流保护功能失效，Vgate使电源转换器的输出持续充电，直到致能信号EN切换为0，造成频率CLK被与门32阻断而停止触发Vgate，电源供应单元因此停止工作。在故障排除后，延时逻辑电路28可被重启信号UVLO_reset重新启动，使电源转换器恢复工作。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。

组件符号说明

10    SR正反器

12    比较器

14    过电流保护电路

16    比较器

20    固定时段产生器

24    与门

22    比较器

26    与门

28    延时逻辑电路

30    SR正反器

32    与门。

Claims (10)

1.一种电源转换器的保护装置，所述电源转换器使用一PWM控制器产生一驱动器输出以调变所述电源转换器的占空比，所述PWM控制器使用一电流感测输入实施限流或功率限制保护功能，所述保护装置包括一比较器，一固定时段产生器，一闸电路和一延时逻辑电路，其特征在于：

所述比较器，比较所述电流感测输入与一参考电压，以触发一表示零感测电流的信号；

所述固定时段产生器，产生一固定时段；

所述闸电路，在所述固定时段或所述驱动器输出为关闭的期间遮蔽所述表示零感测电流的信号，所述闸电路具有一输出，用来产生一表示故障的信号；

所述延时逻辑电路，连接所述闸电路的输出，在所述表示故障的信号持续预定时间后关闭所述驱动器输出。

2.如权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述预定时间由一预设的周期数决定。

3.如权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述延时逻辑电路重置一致能信号以关闭所述驱动器输出。

4.如权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述延时逻辑电路包括计数器计算所述表示故障的信号持续的周期数量。

5.如权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述延时逻辑电路包括一重启输入端，以供接受一重启信号，所述重启信号用来重置所述延时逻辑电路。

6.如权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述闸电路包括：

第一与门，其具有二输入端分别接受所述表示零感测电流的信号与所述固定时段；

第二与门，其具有二输入端分别接受所述第一与门的输出与所述驱动器输出，据以决定所述表示故障的信号。

7.一种电源转换器的保护方法，所述电源转换器使用一PWM控制器产生一驱动器输出以调变所述电源转换器的占空比，所述PWM控制器使用一电流感测输入实施限流或功率限制保护功能，其特征在于所述方法包括下列步骤：

第一步骤：比较所述电流感测输入与一参考电压，以触发一表示零感测电流的信号；

第二步骤：产生一固定时段；

第三步骤：在所述固定时段或所述驱动器输出为关闭的期间遮蔽所述表示零感测电流的信号，据以决定一表示故障的信号；

第四步骤：在所述表示故障的信号持续预定时间后关闭所述驱动器输出。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述表示故障的信号持续预定时间后关闭所述驱动器输出的步骤包括根据一预设的周期数决定所述预定时间。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述表示故障的信号持续预定时间后关闭所述驱动器输出的步骤包括重置一致能信号。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，更包括计算所述表示故障的信号持续的周期数量。

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