CN103094884A - 保护开路和/或短路状况下的电源变换系统的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了保护开路和/或短路状况下的电源变换系统的系统和方法。该系统包括第一比较器和关断时间组件。该第一比较器被配置为接收感测信号和第一阈值信号，并且至少基于与感测信号和第一阈值信号相关联的信息生成第一比较信号，电源变换器与开关频率相关联并且还包括被配置来影响初级电流的开关。该关断时间组件被配置为接收第一比较信号并且至少基于与第一比较信号相关联的信息生成关断时间信号。关断时间组件还被配置为如果第一比较信号指示感测信号的大小大于第一阈值信号，则生成关断时间信号以使开关关断至少长达预定时间段。

Description

保护开路和/或短路状况下的电源变换系统的系统和方法
技术领域
本发明涉及集成电路。更具体地，本发明提供了用于保护电源变换系统的系统和方法。仅仅作为示例，本发明已应用来保护利用脉宽调制的电源变换系统。但是将认识到，本发明具有更广泛的应用范围。
背景技术
脉宽调制(PWM)技术被广泛用在电源变换系统中。诸如过压保护、过热保护、限流或过流保护(OCP)和过功率保护(OPP)之类的各种保护机制常被构建在与PWM控制器相关联的电路中，以保护使用了PWM控制器的电源变换系统免受潜在损坏。这些保护机制通常在与PWM控制器相关联的电路在正常状况下操作时工作。但是，当与PWM控制器相关联的电路处于某些状况下时，这些保护机制常常不能有效地起到作用。
图1是示出包括脉宽调制(PWM)控制器的传统电源变换系统的简化示图。该电源变换系统100包括PWM控制器102、电源开关124、电流感测电阻器126、隔离反馈组件128、初级绕组130、次级绕组132、电容器134和整流二极管136。PWM控制器102包括PWM组件104、逻辑控制组件106、栅极驱动器108、比较器110和前沿消隐(LEB)组件112。此外，PWM控制器102包括五个端子114、116、118、120和122。例如，电源开关124是晶体管。
在操作中，初级电流138流经初级绕组130、电源开关124和电流感测组件126(例如，Rs)。作为响应，电阻器信号140(例如，VCS)被输出给端子118(例如，端子CS)。LEB组件112接收信号140，并且向比较器110的非反相输入端子输出电流感测信号142。例如，电流感测信号142是经LEB组件112处理的电阻器信号140。在另一示例中，LEB组件112可被去除，并且电流感测信号142与电阻器信号140相同。
比较器110在反相输入端子处接收阈值信号144(例如，Vth-OC)，并且基于阈值信号144和电流感测信号142生成比较信号146。PWM组件104接收电流感测信号142和来自隔离反馈组件128的反馈信号150，并且作为响应生成调制信号152。逻辑控制组件106接收比较信号146和调制信号152，并且作为响应向栅极驱动器108输出信号148用于通过端子116(Gate)驱动电源开关124。
过流保护通常被需要来限制初级电流138，以保护电源变换系统100不遭受各种损坏状况，例如，过大功率、热耗散、变压器饱和、以及过大的电流和电压应力。在正常操作中，初级电流138的大小低于预定电流限值(例如，ILimit)。该预定电流限值可根据下式来确定。
I Limit = V in L p × t on = V th - OC R s (等式1)
其中，ILimit表示预定电流限值，Vin表示初级绕组130上的输入电压154，并且Lp表示初级绕组130的电感156。另外，ton表示电源开关124被闭合(例如，接通)的时间段，Vth-OC表示阈值信号144，并且Rs表示电流感测电阻器126的电阻。
如果初级电流138的大小变得大于预定电流限值(例如，ILimit)，则电流感测信号142的大小大于阈值信号144(例如，Vth-OC)。作为响应，PWM控制器102关断电源开关124，并且关闭电源变换系统100。但是在某些状况下，这种保护机制常常不能有效地保护电源变换系统100不被损坏或损毁。
因此，改善用于保护电源变换系统的技术变得非常重要。
发明内容
本发明涉及集成电路。更具体地，本发明提供了用于保护电源变换系统的系统和方法。仅仅作为示例，本发明已应用来保护利用脉宽调制的电源变换系统。但是将认识到，本发明具有更广泛的应用范围。
根据一个实施例，一种用于保护电源变换器的系统包括第一比较器和关断时间组件。第一比较器被配置为接收感测信号和第一阈值信号，并且至少基于与感测信号和第一阈值信号相关联的信息生成第一比较信号，该感测信号至少与流经电源变换器的初级绕组的初级电流相关联，该电源变换器与开关频率相关联并且还包括被配置来影响初级电流的开关。关断时间组件被配置为接收第一比较信号并且至少基于与第一比较信号相关联的信息生成关断时间信号。关断时间组件还被配置为：如果第一比较信号指示感测信号的大小大于第一阈值信号，则生成关断时间信号以使开关关断至少长达预定时间段，预定时间段至少延伸超过与开关频率相对应的下一开关周期的开始。
根据另一实施例，一种用于保护电源变换器的系统包括第一比较器和检测组件。第一比较器被配置为接收第一输入信号和第二输入信号，并且至少基于与第一输入信号和第二输入信号相关联的信息生成第一比较信号，该第一输入信号至少与流经电源变换器的初级绕组的初级电流相关联，该电源变换器还包括被配置来影响初级电流的开关。检测组件被配置为接收第一比较信号并且至少基于与第一比较信号相关联的信息生成关断时间信号。此外，该检测组件被配置为：如果第一比较信号指示第一输入信号的大小小于第二输入信号达第一预定时间段，则生成用于关断开关的关断时间信号。另外，该检测组件被配置为：如果第一比较信号未指示第一输入信号的大小小于第二输入信号达第一预定时间段，则不生成用于关断开关的关断时间信号。
根据又一实施例，一种用于保护电源变换器的系统包括第一比较器、定时组件和关断时间组件。第一比较器被配置为接收感测信号和第一阈值信号，并且至少基于与感测信号和第一阈值信号相关联的信息生成第一比较信号，该感测信号至少与流经电源变换器的初级绕组的初级电流相关联，该电源变换器与开关频率相关联并且还包括被配置来影响初级电流的开关。定时组件被配置为接收输入信号并且生成定时信号。关断时间组件被配置为接收定时信号，以响应于该定时信号在检测时间处检测第一比较信号，并且如果检测时间与开关被接通时的时间相对应，则至少基于与第一比较信号相关联的信息生成关断时间信号。关断时间组件还被配置为：如果检测时间与开关被接通时的时间相对应并且检测到的第一比较信号指示感测信号的大小小于第一阈值信号，则生成关断时间信号以使开关被关断至少长达预定时间段，预定时间段至少延伸超过与开关频率相对应的下一开关周期的开始。所述预定时间段至少大于与超过与所述电源变换器的所述开关频率相对应的开关周期。例如，关断时间组件还被配置为：如果检测时间对应于开关被关断时的时间，则不生成该关断时间信号。
根据又一实施例，一种用于保护电源变换器的方法包括：接收感测信号和第一阈值信号；处理与感测信号和第一阈值信号相关联的信息；并且至少基于与感测信号和第一阈值信号相关联的信息生成第一比较信号，该感测信号至少与流经电源变换器的初级绕组的初级电流相关联，该电源变换器与开关频率相关联并且还包括被配置来影响初级电流的开关。另外，该方法包括：处理与第一比较信号相关联的信息；并且至少基于与第一比较信号相关联的信息输出关断时间信号。此外，用于输出关断时间信号的处理包括：如果第一比较信号指示为感测信号的大小大于第一阈值信号，则输出关断时间信号以使开关关断至少长达预定时间段，预定时间段至少延伸超过与开关频率相对应的下一开关周期的开始。所述预定时间段至少大于与超过与所述电源变换器的所述开关频率相对应的开关周期。
根据又一实施例，一种用于保护电源变换器的方法包括：接收第一输入信号和第二输入信号；处理与第一输入信号和第二输入信号相关联的信息；并且至少基于与第一输入信号和第二输入信号相关联的信息生成第一比较信号，该第一输入信号至少与流经电源变换器的初级绕组的初级电流相关联，该电源变换器还包括被配置来影响初级电流的开关。另外，该方法包括处理与第一比较信号相关联的信息。此外，该方法包括：如果第一比较信号指示第一输入信号的大小小于第二输入信号达第一预定时间段，则至少基于与第一比较信号相关联的信息，输出用于关断开关的关断时间信号；并且如果第一比较信号未指示第一输入信号的大小小于第二输入信号达第一预定时间段，则不输出关断时间信号。
根据又一实施例，一种用于保护电源变换器的方法包括：接收感测信号和第一阈值信号；处理与感测信号和第一阈值信号相关联的信息；并且至少基于与感测信号和第一阈值信号相关联的信息生成第一比较信号，该感测信号至少与流经电源变换器的初级绕组的初级电流相关，该电源变换器与开关频率相关联并且还包括被配置来影响初级电流的开关。另外，该方法包括：接收输入信号；处理与输入信号相关联的信息；并且至少基于与输入信号相关联的信息生成定时信号。此外，该方法包括：接收定时信号；响应于该定时信号在检测时间处检测第一比较信号；并且处理与第一比较信号相关联的信息。此外，该方法包括：如果检测时间与开关被接通时的时间相对应，则至少基于与第一比较信号相关联的信息输出关断时间信号。用于输出关断时间信号的处理包括：如果检测时间与开关被接通时的时间相对应并且检测到的第一比较信号指示感测信号的大小小于第一阈值信号，则输出关断时间信号以使开关被关断至少长达预定时间段，该预定时间段至少延伸超过与开关频率相对应的下一开关周期的开始。所述预定时间段至少大于与超过与所述电源变换器的所述开关频率相对应的开关周期。例如，关断时间组件还被配置为：如果检测时间对应于开关被关断时的时间，则不生成关断时间信号。
取决于实施例，可以获得一个或多个益处。参考下面的详细描述和附图可以全面地理解本发明的这些益处以及各个另外的目的、特征和优点。
附图说明
图1是示出包括脉宽调制(PWM)控制器的传统电源变换系统的简化示图。
图2是示出根据本发明实施例的包括PWM控制器的电源变换系统的简化示图。
图3是示出根据本发明一个实施例的用于保护图2所示的电源变换系统的方法的简化示图。
图4是示出包括当芯片接地端子处于开路状况或浮动状况发生下的图1所示的电源变换系统的简化示图。
图5是示出根据本发明另一实施例的包括PWM控制器的电源变换系统的简化示图。
图6是示出包括当电流感测端子处于短路状况发生下的图1所示的电源变换系统的简化示图。
图7是示出根据本发明另一实施例的包括PWM控制器的电源变换系统的简化示图。
图8是示出根据本发明一个实施例的用于保护图7所示的电源变换系统的方法的简化示图。
具体实施方式
本发明涉及集成电路。更具体地，本发明提供了用于保护电源变换系统的系统和方法。仅仅作为示例，本发明已应用来保护利用脉宽调制的电源变换系统。但是将认识到，本发明具有更广泛的应用范围。
返回参考图1，电阻器信号140的大小在某些状况下，例如在感测电阻器126的短路状况下以及端子122(例如，端子GND)的开路状况或浮动状况下，常常不能反映初级电流130的大小。于是，上面讨论的过流保护机制常常不能保护电源变换系统不被损坏或损毁。
另外，在输出短路的状况下，电源变换系统100常常进入深度连续传导模式(CCM)。系统100的开关频率通常达到最大值，并且LEB时间固定。由于退磁时间通常不足够长。从而导致非常大的初级电流，这会导致变压器饱和，其结果使得信号138的幅度大，并且关断过渡期间在开关管M1的两端产生非常高的电压，从而将损坏或损毁系统100。在某些状况下需要用于保护电源变换系统的另外的保护机制。
图2是示出根据本发明实施例的包括PWM控制器的电源变换系统的简化示图。该示图仅仅是示例，其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替换和修改。
该电源变换系统200包括PWM控制器202、电源开关224、电流感测电阻器226、隔离反馈组件228、初级绕组230、次级绕组232、电容器234和整流二极管236。PWM控制器202包括PWM组件204、逻辑控制组件206、栅极驱动器208、比较器210、前沿消隐(LEB)组件212、辅助比较器248和关断时间控制器250。此外，PWM控制器202包括五个端子214、216、218、220和222。
例如，电源开关224是晶体管。在另一示例中，电源开关224、电流感测电阻器226、隔离反馈组件228、初级绕组230、次级绕组232、电容器234和整流二极管236分别与电源开关124、电流感测电阻器126、隔离反馈组件128、初级绕组130、次级绕组132、电容器134和整流二极管136相同。在又一示例中，PWM组件204、逻辑控制组件206、栅极驱动器208、比较器210、LEB组件212、以及端子214，216，218，220和222分别与PWM组件104、逻辑控制组件106、栅极驱动器108、比较器110、LEB组件112、以及端子114，116，118，120和122相同。
根据一个实施例，初级电流238流经初级绕组230、电源开关224和电流感测组件226(例如，Rs)。例如，电阻器信号240(例如，VCS)通过端子218(例如，端子CS)被输出给LEB组件212。在另一示例中，LEB组件212作为响应生成电流感测信号242。在又一示例中，电流感测信号242是经LEB组件212处理的电阻器信号240。在另一示例中，LEB组件212可被去除，并且电流感测信号242与电阻器信号240相同。在又一示例中，比较器210在非反相输入端子处接收电流感测信号242并且在反相输入端子处接收阈值信号244(例如，Vth-OC)，并且向逻辑控制组件206输出比较信号254。
根据另一实施例，辅助比较器248在非反相输入端子处接收电流感测信号242并且在反相输入端子处接收辅助阈值信号245(例如，Vth- OC_aux)，并且生成辅助比较信号246。例如，关断时间控制器250接收辅助比较信号246并且向逻辑控制组件206输出关断时间信号252。在另一示例中，PWM组件204接收电流感测信号242和来自隔离反馈组件228的反馈信号256，并且作为响应向逻辑控制组件206输出调制信号258。在又一示例中，逻辑控制组件206基于比较信号254、关断时间信号252和调制信号258向栅极驱动器208输出用于通过端子216(Gate)驱动电源开关224的信号260。在又一示例中，辅助阈值信号245的大小大于阈值信号244。在又一示例中，辅助阈值信号245的大小比阈值信号244大20％。在又一示例中，辅助阈值信号245的大小比阈值信号244大50％。
根据又一实施例，在正常操作中，初级电流238的大小低于预定电平。例如，电流感测信号242的大小小于辅助阈值信号245。在另一示例中，辅助比较信号246为逻辑低电平并且关断时间控制器250不激活长关断时间段T1。在又一示例中，PWM控制器202正常地开关，使电源开关224导通与截止。在又一示例中，系统200具有与小于长关断时间段T1的正常关断时间段(例如，关断时间T0)和正常开关频率相对应的正常开关周期。
根据一个实施例，如图2所示，如果输出短路状况发生，则初级电流峰值大小逐周期增大而使得信号238常常达到非常高电平，并且基于电阻器信号240生成的电流感测信号242的大小超过辅助阈值信号245。例如，辅助比较信号246从逻辑低电平变为逻辑高电平。在另一示例中，作为响应，关断时间控制器250激活长关断时间段T1。在又一示例中，PWM控制器202关断电源开关224，其时间至少为给定的“长关断时间段T1”。在又一示例中，长关断时间段T1至少延伸超过与系统200的正常开关频率相对应的下一开关周期的开始。在又一示例中，长关断时间段T1在下一正常开关周期中结束。在又一示例中，长关断时间段T1至少不小于一个正常开关周期。在又一示例中，长关断时间段T1由关断时间控制器250确定。
在另一实施例中，在长关断时间段T1之后，PWM控制器202正常地控制电源开关224的导通和截止。例如，PWM控制器202长久地使电源开关224截止并且系统200被关闭。在另一示例中，在长关断时间段T1期间，初级电流被限制。在又一示例中，在关断时间段期间，输出负载接收能量并且使初级侧储存的电能被传输至输出侧。在又一示例中，关断时间段越长，输出侧负载接收的能量越多，并且初级侧在包括关断时间段的开关周期中传输的电能越多。在又一示例中，关断时间段越长，在电源开关再次被接通时初级电流的大小越小。
图3是示出根据本发明一个实施例的用于保护电源变换系统200的方法的简化示图。该示图仅仅是示例，其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替换和修改。
用于保护电源变换系统200的方法300至少包括用于逐个周期地检测峰值电流(例如，流经开关管(M1)224的电流238的峰值)的处理302，用于比较电流感测信号242(例如，VCS)与辅助阈值信号245(例如，Vth-OC_aux)的处理单元304，用于激活长关断时间段T1的处理单元306，用于以正常关断时间段(例如，关断时间T0)执行正常操作的处理单元308，以及用于利用下一PWM信号再次接通电源开关224的处理。
根据一个实施例，在处理单元302处，电流信号238逐个周期地被检测。例如，在处理单元304处，将电流感测信号242(例如，VCS)与辅助阈值信号245(例如，Vth-OC_aux)相比较。在另一示例中，如果电流感测信号242(例如，VCS)的大小大于辅助阈值信号245(例如，Vth-OC_aux)，则在处理单元306将长关断时间段T1激活。在又一示例中，将电源开关224置于截止状态被关断时间至少为给定的“长关断时间段T1”。在又一示例中，如果电流感测信号242的大小大于辅助阈值信号245，则将电源开关224长久地截止(不导通)并且系统200被关闭。在又一示例中，在处理单元308处，如果电流感测信号242(例如，VCS)的大小不大于辅助阈值信号245(例如，Vth-OC_aux)，则“长关断时间段T1”控制不被激活，并且系统200以短于该“长关断时间段T1”的正常关断时间段(例如，关断时间T0)来操作。在又一示例中，在处理单元310处，电源开关224由下一PWM信号再次被接通。
图4是示出包括端子122处于开路状况或浮动状况发生下的电源变换系统100的简化示图。例如，端子122(例如，端子GND)有时在开路状况或浮动状况下或端子122与系统的地164断开。在另一示例中，电阻器126的电阻通常较小，这样在系统中端子118(例如，端子CS)与PWM控制器102上的其它端子相比通常是具有对地最低阻抗的节点。在又一示例中，芯片供应电流162经由端子114(例如，端子VCC)流进PWM控制器102。在又一示例中，电流162流过处于开路状况或浮动状况下的端子122(例如，端子GND)。在又一示例中，电流162通过静电放电(ESD)二极管160、经由端子118(例如，端子CS)流出PWM控制器102。在又一示例中，电流162流经电阻器126到达系统地164。在又一示例中，电阻器信号140(例如，端子118处的电压)比芯片地电压145(例如，端子122处的电压)大概低一个给定电压Vd(例如，ESD二极管160的正向导通压降)。因此，根据某些示例，电阻器信号140无法反映流经初级绕组130的初级电流138。
因此，在端子122(例如，端子GND)处于开路状况或浮动状况下时常常需要另外的保护机制来保护电源变换系统不遭受损坏状况。例如，功率过大、变压器饱和、热耗散或损毁。
图5是示出根据本发明另一实施例的包括PWM控制器的电源变换系统的简化示图。该示图仅仅是示例，其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替换和修改。
该电源变换系统500包括PWM控制器502、电源开关524、电流感测电阻器526、隔离反馈组件528、初级绕组530、次级绕组532、电容器534和整流二极管536。PWM控制器502包括PWM组件504、逻辑控制组件506、栅极驱动器508、比较器510、前沿消隐(LEB)组件512、辅助比较器548、检测控制器550以及偏移组件562。此外，PWM控制器502包括五个端子514、516、518、520和522。
例如，电源开关524是晶体管。在另一示例中，电源开关524、电流感测电阻器526、隔离反馈组件528、初级绕组530、次级绕组532、电容器534和整流二极管536分别与电源开关124、电流感测电阻器126、隔离反馈组件128、初级绕组130、次级绕组132、电容器134和整流二极管136相同。在又一示例中，PWM组件504、逻辑控制组件506、栅极驱动器508、比较器510、LEB组件512以及端子514，516，518，520和522分别与PWM组件104、逻辑控制组件106、栅极驱动器108、比较器110、LEB组件112、以及端子114，116，118，120和122相同。
根据一个实施例，初级电流538流经初级绕组530、电源开关524和电流感测组件526(例如，Rs)。例如，电阻器信号540(例如，VCS)通过端子518(例如，端子CS)被输出给LEB组件512。在另一示例中，LEB组件512作为响应生成电流感测信号542。在又一示例中，电流感测信号542是经LEB组件512处理的电阻器信号540。在另一示例中，LEB组件512可被去除，并且电流感测信号542与电阻器信号540相同。在又一示例中，比较器510在非反相输入端子处接收电流感测信号542并且在反相输入端子处接收阈值信号544(例如，Vth-OC)，并且向逻辑控制组件506输出比较信号554。
根据另一实施例，偏移组件562接收电流感测信号542并且生成复合检测信号564。例如，辅助比较器548在非反相输入端子处接收该复合检测信号564并且在反相输入端子处接收芯片地电压545(例如，端子522的电压)，并且生成辅助比较信号546。在另一示例中，检测控制器550接收辅助比较信号546并且向逻辑控制组件506输出检测信号552。
根据又一实施例，PWM组件504接收电流感测信号542和来自隔离反馈组件528的反馈信号556，并且作为响应向逻辑控制组件506输出调制信号558。例如，逻辑控制组件506基于所接收的比较信号554、检测信号552和调制信号558生成信号560。在另一示例中，栅极驱动器508接收信号560并且生成用于通过端子Gate驱动电源开关524的驱动信号566。
根据又一实施例，如果端子522(例如，端子GND)处于开路状况或浮动状况下，则电阻器信号540比芯片地电压545(例如，端子522处的电压)低大概预定电压Vd。例如，预定电压Vd是ESD二极管的正向导通压降。在另一示例中，ESD二极管是PWM控制器502的一部分。在又一示例中，信号564与电流感测信号542和偏移电压V0之和成比例。在又一示例中，信号564等于电流感测信号542加上偏移电压V0。在又一示例中，偏移电压V0大于零并小于预定电压Vd。在又一示例中，如果端子522(例如，端子GND)处于开路状况或浮动状况下，则信号564低于芯片地电压545。在又一示例中，如果信号564小于芯片地电压545，则辅助比较信号546为逻辑高电平。
根据又一实施例，如果端子522(例如，端子GND)未处于开路状况或浮动状况下，则与电流感测信号542(例如，VCS)加上偏移电压V0相等的信号564大于芯片地电压545(例如，端子522的电压)。例如，如果信号564大于芯片地电压545，则辅助比较信号546为逻辑低电平。
根据一个实施例，如图5所示，如果检测控制器550检测到辅助比较信号546为逻辑低电平则表明“端子522未处于开路状况或浮动状况下”，则检测控制器550输出检测信号552以使PWM控制器502保持正常地操作。例如，如果检测控制器550检测到辅助比较信号546从逻辑低电平变为逻辑高电平，则检测控制器550继续监视辅助比较信号546直至达预定时间段T2。在另一示例中，如果在预定时间段T2期间，辅助比较信号546维持逻辑高电平，则检测控制器550输出检测信号552以使电源开关524断开(不导通)至少长达时间段T3。在又一示例中，在时间段T3之后，PWM控制器502恢复为正常地使开关电源开关524导通与截止。在又一示例中，响应于信号560，PWM控制器502长久地使电源开关524不导通(或截止)并且使系统500被关闭。在又一示例中，时间段T3至少延伸超过与系统500的开关频率相对应的下一开关周期的开始。在又一示例中，时间段T3在下一开关周期中结束。在又一示例中，时间段T3不小于一个开关周期。
在另一实施例中，如果在预定时间段T2期间，辅助比较信号546从逻辑高电平变为逻辑低电平，则检测控制器550不改变检测信号552，直到辅助比较信号546再次变为逻辑高电平并且保持逻辑高电平至少“等于T3的时间段”为止，然后检测控制器550改变控制信号552。例如，预定时间段T2的长短在微秒的范围内。
图6是示出包括端子118处于短路状况中的电源变换系统100的简化示图。例如，端子118(例如，端子CS)有时处于短路状况(例如，电阻器126被短路)。在另一示例中，电阻器信号140(例如，VCS)近似等于系统地164的电压(例如，0V)。因此，根据某些示例，电阻器信号140(例如，VCS)没有反映流经初级绕组130的初级电流138。
在端子118(例如，端子CS)处于短路状况下(例如，电阻器126被短路)时常常需要另外的保护机制来保护电源变换系统不遭受损坏状况，例如，功率过大、变压器饱和、热耗散或损毁。
图7是示出根据本发明另一实施例的包括PWM控制器的电源变换系统的简化示图。该示图仅仅是示例，其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替换和修改。
该电源变换系统700包括PWM控制器702、电源开关724、电流感测电阻器726、隔离反馈组件728、初级绕组730、次级绕组732、电容器734和整流二极管736。PWM控制器702包括PWM组件704、逻辑控制组件706、栅极驱动器708、比较器710、前沿消隐(LEB)组件712、辅助比较器748、检测组件750、定时器768和关断时间控制器770。此外，PWM控制器702包括五个端子714、716、718、720和722。
例如，电源开关724是晶体管。在另一示例中，电源开关724、电流感测电阻器726、隔离反馈组件728、初级绕组730、次级绕组732、电容器734和整流二极管736分别与电源开关124、电流感测电阻器126、隔离反馈组件128、初级绕组130、次级绕组132、电容器134和整流二极管136相同。在又一示例中，PWM组件704、逻辑控制组件706、栅极驱动器708、比较器710、LEB组件712以及端子714，716，718，720和722分别与PWM组件104、逻辑控制组件106、栅极驱动器108、比较器110、LEB组件112、以及端子114，116，118，120和122相同。
根据一个实施例，初级电流738流经初级绕组730、电源开关724和电流感测组件726(例如，Rs)。例如，电阻器信号740(例如，VCS)通过端子718(例如，端子CS)被输出给LEB组件712。在另一示例中，LEB组件712生成电流感测信号742。在又一示例中，电流感测信号742是经LEB组件712处理的电阻器信号740。在另一示例中，LEB组件712可被去除，并且电流感测信号742与电阻器信号740相同。在又一示例中，比较器710在非反相输入端子处接收电流感测信号742并且在反相输入端子处接收阈值信号744(例如，Vth-OC)，并且向逻辑控制组件706输出比较信号754。
根据另一实施例，辅助比较器748在非反相输入端子处接收电流感测信号742并且在反相输入端子处接收辅助阈值信号762(例如，UVP)，并且向检测组件750输出辅助比较信号746。例如，定时器768接收时钟信号772，并且向检测组件750输出延迟信号774。在另一示例中，响应于延迟信号774，检测组件750在从电源开关724被接通的时间起的预定的延迟之后检测辅助比较信号746。
根据又一实施例，检测组件750在电源开关724被接通之后的开通时间内检测辅助比较信号746。例如，开关周期包括对于电源开关724的接通时间段和关断时间段。在另一示例中，信号774具有与时钟信号772相同的上升沿(例如，时钟信号772的上升沿表示电源开关724的接通时间段的开始)。在又一示例中，检测组件750在信号774的下降沿检测辅助比较信号746。在又一示例中，信号774的下降沿在预定延迟之后立即跟随信号774的上升沿。
作为另一示例，如果检测组件750在电源开关724的关断截止时间段期间检测到辅助比较信号746，则检测组件750的输出为被判断为无效的。另一方面，根据某些实施例，如果检测组件750在电源开关724的接通时间段期间检测到辅助比较信号746，则检测组件750向关断时间控制器770输出检测信号776。
在另一实施例中，关断时间控制器770响应于检测信号776向逻辑控制组件706输出关断时间信号752。例如，PWM组件704接收电流感测信号742和来自隔离反馈组件728的反馈信号756，并且作为响应向逻辑控制组件706输出调制信号758。在另一示例中，逻辑控制组件706基于比较信号754、关断时间信号752和调制信号758生成信号760。在又一示例中，栅极驱动器708接收信号760并且生成用于通过端子716(Gate)驱动电源开关724的驱动信号766。
在一个实施例中，如果端子718(例如，端子CS)处于短路状况下(例如，电阻器726被短路)，则电阻器信号740的大小近似等于系统地764的电压(例如，0V)。例如，如果端子718(例如，端子CS)几乎处于短路状况下(例如，端子718具有非常小的阻抗)，则电阻信号740的幅度大小非常小。在另一示例中，电流感测信号742的大小低于辅助阈值信号762。在又一示例中，如果电流感测信号742的大小低于辅助阈值信号762，则辅助比较信号746为逻辑低电平。
在另一实施例中，如果端子718(例如，端子CS)未处于短路状况下，则在从电源开关724被接通时起的预定延迟之后电阻器信号740的大小大于系统地764的电压(例如，0V)。例如，在从电源开关724被接通时起的预定延迟之后电流感测信号742(例如，VCS)的大小大于辅助阈值信号762(例如，UVP)。在另一示例中，如果电流感测信号742的大小大于辅助阈值信号762，则辅助比较信号746为逻辑高电平。
根据一个实施例，如图7所示，如果在从电源开关724被接通时起的预定延迟之后(例如在信号774的下降沿)检测组件750检测到辅助比较信号746为逻辑高电平，则PWM控制器702正常地操作。例如，关断时间控制器770不激活长关断时间段T5。在另一示例中，系统700具有与系统200的正常开关频率相对应的正常开关周期以及小于长关断时间段T5的正常关断时间段(例如，关断时间T4)。
根据另一实施例，如果检测组件750在预定延迟之后(例如，在信号774的下降沿)检测到辅助比较信号746为逻辑低电平，则检测组件750输出检测信号776以激活长关断时间段T5。例如，长关断时间段T5由关断时间控制器770确定。在另一示例中，长关断时间段T5的长短在数十微秒到数毫秒的范围中。在又一示例中，PWM控制器702关断电源开关724至少长达该长关断时间段T5。在又一示例中，长关断时间段T5至少延伸超过与系统700的正常开关频率相对应的下一开关周期的开始。在又一示例中，长关断时间段T5在下一正常开关周期中结束。在又一示例中，长关断时间段T5不小于一个正常开关周期。
在又一示例中，在长关断时间段T5之后，PWM控制器702恢复为正常地开关电源开关724。在又一示例中，PWM控制器702长久地使电源开关724截止关断并且系统700被关闭。在又一示例中，在长关断时间段T5期间，初级电流738被限制。在又一示例中，在长关断时间段T5期间，系统700的开关频率被减小。在又一示例中，在长关断时间段T5期间，递送到输出负载的电能被限制。
图8是示出根据本发明一个实施例的用于保护电源变换系统700的方法的简化示图。该示图仅仅是示例，其不应当不当地限制权利要求的范围。本领域技术人员将认识到许多变体、替换和修改。
方法800至少包括用于逐个周期地在开关接通的一定时间段内检测初级绕组电流(例如，电流738的峰值)的处理单元802，用于在从电源开关724被接通时起的预定延迟之后(例如，在信号774的下降沿)比较电流感测信号742(例如，VCS)与辅助阈值信号762(例如，UVP)的处理804，用于激活长关断时间段T5的处理单元806，用于以正常关断时间段(例如，关断时间T4)执行正常操作的处理单元808，以及用于利用下一PWM信号再次接通电源开关724的处理。
根据一个实施例，在处理单元802处，电流738逐个周期地被检测。例如，在处理804处，在延迟之后(例如，在信号774的下降沿)电流感测信号742(例如，VCS)被与辅助阈值信号762(例如，UVP)相比较。在另一示例中，如果在从电源开关724被接通时起的预定延迟之后电流感测信号742(例如，VCS)的幅度大小小于辅助阈值信号762(例如，UVP)，则在处理单元806使长关断时间段T5被激活。在又一示例中，电源开关724被关断截止至少长达该关断时间段T5。在又一示例中，如果在从电源开关724被接通时起的预定延迟之后电流感测信号742的大小小于辅助阈值信号762，则使电源开关724长久地被关断截止并且系统700被关闭。在又一示例中，在处理单元808处，如果在从电源开关724被接通使起的预定延迟之后电流感测信号742(例如，VCS)的大小不小于辅助阈值信号762(例如，UVP)，则长关断时间段T5不被激活，并且系统700以短于该长关断时间段T5的正常关断时间段(例如，关断时间T4)来操作。在又一示例中，在处理单元810处，电源开关724由下一PWM信号再次被接通。
根据另一实施例，一种用于保护电源变换器的系统包括第一比较器和关断时间组件。第一比较器被配置为接收感测信号和第一阈值信号，并且至少基于与感测信号和第一阈值信号相关联的信息生成第一比较信号，该感测信号至少与流经电源变换器的初级绕组的初级电流相关联，该电源变换器与开关频率相关联并且还包括被配置来影响初级电流的开关。关断时间组件被配置为接收第一比较信号并且至少基于与第一比较信号相关联的信息生成关断时间信号。关断时间组件还被配置为：如果第一比较信号指示感测信号的大小大于第一阈值信号，则生成关断时间信号以使开关关断至少长达预定时间段，预定时间段至少延伸超过与开关频率相对应的下一开关周期的开始。预定时间段至少不少于与超过与所述电源变换器的与开关频率相对应的开关周期。例如，该系统至少根据图2和/或图3来实现。
根据另一实施例，一种用于保护电源变换器的系统包括第一比较器和检测组件。第一比较器被配置为接收第一输入信号和第二输入信号，并且至少基于与第一输入信号和第二输入信号相关联的信息生成第一比较信号，该第一输入信号至少与流经电源变换器的初级绕组的初级电流相关联，该电源变换器还包括被配置来影响初级电流的开关。检测组件被配置为接收第一比较信号并且至少基于与第一比较信号相关联的信息生成关断时间信号。此外，该检测组件被配置为：如果第一比较信号指示第一输入信号的大小小于第二输入信号达第一预定时间段，则生成用于关断开关的关断时间信号。另外，该检测组件被配置为：如果第一比较信号未指示第一输入信号的大小小于第二输入信号达第一预定时间段，则不生成用于关断开关的关断时间信号。例如，该系统至少根据图5来实现。
根据又一实施例，一种用于保护电源变换器的系统包括第一比较器、定时组件和关断时间组件。第一比较器被配置为接收感测信号和第一阈值信号，并且至少基于与感测信号和第一阈值信号相关联的信息生成第一比较信号，该感测信号至少与流经电源变换器的初级绕组的初级电流相关联，该电源变换器与开关频率相关联并且还包括被配置来影响初级电流的开关。定时组件被配置为接收输入信号并且生成定时信号。关断时间组件被配置为接收定时信号，以响应于该定时信号在检测时间处检测第一比较信号，并且如果检测时间与开关被接通时的时间相对应，则至少基于与第一比较信号相关联的信息生成关断时间信号。关断时间组件还被配置为：如果检测时间与开关被接通时的时间相对应并且检测到的第一比较信号指示感测信号的大小小于第一阈值信号，则生成关断时间信号以使开关被关断至少长达预定时间段，预定时间段至少延伸超过与开关频率相对应的下一开关周期的开始。作为一个示例，关断时间组件还被配置为：如果检测时间对应于开关被关断时的时间，则不生成该关断时间信号。预定时间段至少不少于与超过与所述电源变换器的与开关频率相对应的开关周期。例如，该系统至少根据图7和/或图8来实现。
在另一实施例中，一种用于保护电源变换器的方法包括：接收感测信号和第一阈值信号；处理与感测信号和第一阈值信号相关联的信息；并且至少基于与感测信号和第一阈值信号相关联的信息生成第一比较信号，该感测信号至少与流经电源变换器的初级绕组的初级电流相关联，该电源变换器与开关频率相关联并且还包括被配置来影响初级电流的开关。另外，该方法包括：处理与第一比较信号相关联的信息；并且至少基于与第一比较信号相关联的信息输出关断时间信号。此外，用于输出关断时间信号的处理包括：如果第一比较信号指示感测信号的大小大于第一阈值信号，则输出关断时间信号以使开关关断至少长达预定时间段，预定时间段至少延伸超过与开关频率相对应的下一开关周期的开始。预定时间段至少不少于与超过与所述电源变换器的与开关频率相对应的开关周期。例如，该方法至少根据图2和/或图3来实现。
在又一实施例中，一种用于保护电源变换器的方法包括：接收第一输入信号和第二输入信号；处理与第一输入信号和第二输入信号相关联的信息；并且至少基于与第一输入信号和第二输入信号相关联的信息生成第一比较信号，该第一输入信号至少与流经电源变换器的初级绕组的初级电流相关联，该电源变换器还包括被配置来影响初级电流的开关。另外，该方法包括处理与第一比较信号相关联的信息。此外，该方法包括：如果第一比较信号指示第一输入信号的大小小于第二输入信号达第一预定时间段，则至少基于与第一比较信号相关联的信息，输出用于关断开关的关断时间信号；并且如果第一比较信号未指示第一输入信号的大小小于第二输入信号达第一预定时间段，则不输出关断时间信号。例如，该方法至少根据图5来实现。
在又一实施例中，一种用于保护电源变换器的方法包括：接收感测信号和第一阈值信号；处理与感测信号和第一阈值信号相关联的信息；并且至少基于与感测信号和第一阈值信号相关联的信息生成第一比较信号，该感测信号至少与流经电源变换器的初级绕组的初级电流相关，该电源变换器与开关频率相关联并且还包括被配置来影响初级电流的开关。另外，该方法包括：接收输入信号；处理与输入信号相关联的信息；并且至少基于与输入信号相关联的信息生成定时信号。此外，该方法包括：接收定时信号；响应于该定时信号在检测时间处检测第一比较信号；并且处理与第一比较信号相关联的信息。此外，该方法包括：如果检测时间与开关被接通时的时间相对应，则至少基于与第一比较信号相关联的信息输出关断时间信号。用于输出关断时间信号的处理包括：如果检测时间处检测到的第一比较信号的指示为感测信号的大小小于第一阈值信号，则输出关断时间信号以使开关被关断至少长达预定时间段，该预定时间段至少延伸超过与开关频率相对应的下一开关周期的开始。预定时间段至少不少于与超过与所述电源变换器的与开关频率相对应的开关周期。作为一个示例，关断时间组件还被配置为：如果检测时间处于开关被关断截止的时间内，则检测无效且不生成关断时间信号。例如，该方法至少根据图7和/或图8来实现。
例如，本发明各个实施例中的一些或所有组件单独地和/或与至少另一组件相组合地是利用一个或多个软件组件、一个或多个硬件组件和/或软件与硬件组件的一种或多种组合来实现的。在另一示例中，本发明各个实施例中的一些或所有组件单独地和/或与至少另一组件相组合地在一个或多个电路中实现，例如在一个或多个模拟电路和/或一个或多个数字电路中实现。在又一示例中，本发明的各个实施例和/或示例可以相组合。在又一示例中，辅助比较器248、关断时间控制器250、辅助比较器548、偏移组件562、检测控制器550、辅助比较器748、检测组件750、定时器768和关断时间控制器770可被组合到用于保护电源变换系统的PWM控制器中。
虽然已描述了本发明的具体实施例，然而本领域技术人员将明白，还存在于所述实施例等同的其它实施例。因此，将明白，本发明不受所示具体实施例的限制，而是仅由权利要求的范围来限定。

Claims (28)

1.一种用于保护电源变换器的系统，该系统包括：
第一比较器，被配置为接收感测信号和第一阈值信号，并且至少基于与所述感测信号和所述第一阈值信号相关联的信息生成第一比较信号，所述感测信号至少与流经所述电源变换器的初级绕组的初级电流相关联，所述电源变换器与开关频率相关联并且还包括被配置来影响所述初级电流的开关；以及
关断时间组件，被配置为接收所述第一比较信号并且至少基于与所述第一比较信号相关联的信息生成关断时间信号；
其中，所述关断时间组件还被配置为：如果所述第一比较信号指示所述感测信号的大小大于所述第一阈值信号，则生成所述关断时间信号以使所述开关关断至少长达预定时间段，所述预定时间段至少延伸超过与所述开关频率相对应的下一开关周期的开始。
2.如权利要求1所述的系统，并且还包括：
第二比较器，被配置为接收所述感测信号和第二阈值信号，并且至少基于与所述感测信号和所述第二阈值信号相关联的信息生成第二比较信号；
其中，所述第二比较器还被配置为：如果所述感测信号的大小大于所述第二阈值信号，则生成所述第二比较信号以在与所述开关频率相对应的当前开关周期内关断所述开关，所述当前开关周期位于紧邻所述下一开关周期之前。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述第二阈值信号的大小小于所述第一阈值信号。
4.如权利要求2所述的系统，其中，所述第二比较器还被配置为：如果所述感测信号的大小小于所述第二阈值信号，则不生成用于关断所述开关的所述第二比较信号。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述关断时间组件还被配置为：如果所述第一比较信号指示所述感测信号的大小小于所述第一阈值信号，则允许所述开关在与所述开关频率相对应的所述下一开关周期的开始处被接通。
6.一种用于保护电源变换器的系统，该系统包括：
第一比较器，被配置为接收第一输入信号和第二输入信号，并且至少基于与所述第一输入信号和所述第二输入信号相关联的信息生成第一比较信号，所述第一输入信号至少与流经所述电源变换器的初级绕组的初级电流相关联，所述电源变换器还包括被配置来影响所述初级电流的开关；以及
检测组件，被配置为接收所述第一比较信号并且至少基于与所述第一比较信号相关联的信息生成关断时间信号；
其中，所述检测组件被配置为：
如果所述第一比较信号指示所述第一输入信号的大小小于所述第二输入信号达第一预定时间段，则生成用于关断所述开关的所述关断时间信号；
如果所述第一比较信号未指示所述第一输入信号的大小小于所述第二输入信号达所述第一预定时间段，则不生成用于关断所述开关的所述关断时间信号。
7.如权利要求6所述的系统，其中，所述第一输入信号与感测信号和偏移电压之和成比例。
8.如权利要求7所述的系统，其中，所述偏移电压的大小大于零，并且其大小小于静电放电二极管的正向压降。
9.如权利要求7所述的系统，还包括：
第二比较器，被配置为接收所述感测信号和阈值信号，并且至少基于与所述感测信号和所述阈值信号相关联的信息生成第二比较信号；
其中，所述第二比较器还被配置为：如果所述感测信号的大小大于所述阈值信号，则生成用于关断所述开关的所述第二比较信号。
10.如权利要求6所述的系统，其中：
所述第一比较器和所述检测组件位于芯片上；
所述芯片包括接地端子；以及
所述第二输入信号的大小等于所述接地端子的电压。
11.如权利要求6所述的系统，其中，所述检测组件还被配置为：如果所述第一比较信号指示所述第一输入信号的大小大于所述第二输入信号，则不生成用于关断所述开关的所述关断时间信号。
12.如权利要求6所述的系统，其中，所述检测组件还被配置为：如果所述第一比较信号指示所述第一输入信号的大小小于所述第二输入信号达第一预定时间段，则生成所述关断时间信号以使所述开关被关断至少长达第二预定时间段。
13.如权利要求12所述的系统，其中，所述第二预定时间段在与所述电源变换器的所述开关频率相对应的当前开关周期中结束。
14.如权利要求12所述的系统，其中，所述第二预定时间段至少延伸超过与所述电源变换器的所述开关频率相对应的下一开关周期的开始。
15.如权利要求12所述的系统，其中，所述第二预定时间段至少大于与超过与所述电源变换器的所述开关频率相对应的开关周期。
16.一种用于保护电源变换器的系统，该系统包括：
第一比较器，被配置为接收感测信号和第一阈值信号，并且至少基于与所述感测信号和所述第一阈值信号相关联的信息生成第一比较信号，所述感测信号至少与流经所述电源变换器的初级绕组的初级电流相关联，所述电源变换器与开关频率相关联并且还包括被配置来影响所述初级电流的开关；以及
定时组件，被配置为接收输入信号并且生成定时信号；以及
关断时间组件，被配置为接收所述定时信号，以响应于该定时信号在检测时间处检测所述第一比较信号，并且如果所述检测时间与所述开关被接通时的时间相对应，则至少基于与所述第一比较信号相关联的信息生成关断时间信号；
其中，所述关断时间组件还被配置为：如果所述检测时间与所述开关被接通时的时间相对应并且检测到的第一比较信号指示所述感测信号的大小小于所述第一阈值信号，则生成所述关断时间信号以使所述开关被关断至少长达预定时间段，所述预定时间段至少延伸超过与所述开关频率相对应的下一开关周期的开始。
17.如权利要求16所述的系统，其中，所述关断时间组件还被配置为：如果检测到的第一比较信号指示在所述检测时间处所述感测信号的大小大于所述第一阈值信号，则允许所述开关在与所述开关频率相对应的所述下一开关周期的开始处被接通。
18.如权利要求16所述的系统，并且还包括：
第二比较器，被配置为接收所述感测信号和第二阈值信号，并且至少基于与所述感测信号和所述第二阈值信号相关联的信息生成第二比较信号；
其中，所述第二比较器还被配置为：如果所述感测信号的大小大于所述第二阈值信号，则生成所述第二比较信号以在与所述开关频率相对应的当前开关周期内关断所述开关，所述当前开关周期位于紧邻所述下一开关周期之前。
19.如权利要求18所述的系统，其中，所述第二比较信号还被配置为：如果所述感测信号的大小小于所述第二阈值信号，则不生成用于关断所述开关的所述第二比较信号。
20.如权利要求16所述的系统，其中，所述检测时间是在当前开关周期中所述开关被接通之后，所述当前开关周期位于紧邻所述下一开关周期之前。
21.如权利要求16所述的系统，其中，所述检测时间对应于所述定时信号的下降沿。
22.如权利要求21所述的系统，其中，所述下降沿紧随着上升沿且两者相距延迟时段，所述上升沿对应于所述开关被接通的时刻。
23.如权利要求16所述的系统，其中，所述关断时间组件还被配置为：如果所述检测时间对应于所述开关被关断时的时间，则不生成所述关断时间信号。
24.如权利要求16所述的系统，其中，所述输入信号是与所述开关被接通时的时间所对应的上升沿相关联的时钟信号。
25.如权利要求16所述的系统，其中，所述预定时间段至少大于与超过与所述电源变换器的所述开关频率相对应的开关周期。
26.一种用于保护电源变换器的方法，该方法包括：
接收感测信号和第一阈值信号；
处理与所述感测信号和所述第一阈值信号相关联的信息；
至少基于与所述感测信号和所述第一阈值信号相关联的信息生成第一比较信号，所述感测信号至少与流经所述电源变换器的初级绕组的初级电流相关联，所述电源变换器与开关频率相关联并且还包括被配置来影响所述初级电流的开关；
处理与所述第一比较信号相关联的信息；以及
至少基于与所述第一比较信号相关联的信息输出关断时间信号；
其中，用于输出关断时间信号的处理包括：如果所述第一比较信号指示所述感测信号的大小大于所述第一阈值信号，则输出所述关断时间信号以使所述开关关断至少长达预定时间段，所述预定时间段至少延伸超过与所述开关频率相对应的下一开关周期的开始。
27.一种用于保护电源变换器的方法，该方法包括：
接收第一输入信号和第二输入信号；
处理与所述第一输入信号和所述第二输入信号相关联的信息；
至少基于与所述第一输入信号和所述第二输入信号相关联的信息生成第一比较信号，所述第一输入信号至少与流经所述电源变换器的初级绕组的初级电流相关联，所述电源变换器还包括被配置来影响所述初级电流的开关；
处理与所述第一比较信号相关联的信息；以及
如果所述第一比较信号指示所述第一输入信号的大小小于所述第二输入信号达第一预定时间段，则至少基于与所述第一比较信号相关联的信息，输出用于关断所述开关的关断时间信号；
如果所述第一比较信号未指示所述第一输入信号的大小小于所述第二输入信号达所述第一预定时间段，则不输出所述关断时间信号。
28.一种用于保护电源变换器的方法，该方法包括：
接收感测信号和第一阈值信号；
处理与所述感测信号和所述第一阈值信号相关联的信息；
至少基于与所述感测信号和所述第一阈值信号相关联的信息生成第一比较信号，所述感测信号至少与流经所述电源变换器的初级绕组的初级电流相关，所述电源变换器与开关频率相关联并且还包括被配置来影响所述初级电流的开关；
接收输入信号；
处理与所述输入信号相关联的信息；
至少基于与所述输入信号相关联的信息生成定时信号；
接收所述定时信号；
响应于该定时信号在检测时间处检测所述第一比较信号；
处理与所述第一比较信号相关联的信息；以及
如果所述检测时间与所述开关被接通时的时间相对应，则至少基于与所述第一比较信号相关联的信息输出关断时间信号；
其中，用于输出关断时间信号的处理包括：如果所述检测时间与所述开关被接通时的时间相对应并且检测到的第一比较信号指示所述感测信号的大小小于所述第一阈值信号，则输出所述关断时间信号以使所述开关被关断至少长达预定时间段，所述预定时间段至少延伸超过与所述开关频率相对应的下一开关周期的开始。
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