CN103210570A - 开关式电源中的过载检测 - Google Patents

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Abstract

一种开关式电源，包括：开关器件(110)，开关式电源可操作以通过开关开关器件把输入电压(V in )转换成输出电压(V out )；反馈电路(140)，可操作以基于开关式电源的输出电压和输出电流的至少一个来产生反馈信号；限流电路(160、170')，可操作以确定开关式电源中的电流并且在该电流超过电流阈值时产生过量电流控制信号；以及控制器(150)。控制器布置成接收反馈信号和过量电流控制信号，并且可操作以控制开关器件(110):当由限流电路确定的电流低于电流阈值时在第一操作模式中，以基于反馈信号来调节输出电压和输出电流的一个；并且当由限流电路确定的电流超过电流阈值时在第二操作模式中，以基于过量电流控制信号来减小开关式电源中的电流。电源还包括过载检测器(180)，过载检测器布置成接收反馈信号并且可操作以：确定反馈信号是否在预定范围之外；如果反馈信号在预定范围之外，那么确定开关式电源是在过载状态中；并且在过载状态被确定时，执行控制以使开关式电源置于非操作状态中。

Description

开关式电源中的过载检测
技术领域
    本发明一般涉及开关式(switched mode)电源(有时被称为switch mode电源或switching mode电源）的领域，并且更具体而言涉及开关式电源中的过载(overload)检测。
背景技术
开关式电源(SMPS)是众所周知类型的功率转换器，SMPS由于其重量和尺寸小以及典型地其效率也高而具有多种范围的应用。例如，开关式电源经常用于个人计算机和便携式电子设备(比如手机）。SMPS通过以高频(通常几十到几百kHz）开关诸如功率MOSFET的开关器件来实现这些优点，开关的频率或占空比通过使用反馈信号来调整以把输入电压转换成期望的输出电压。SMPS可采用整流器(AC/DC转换器)、DC/DC转换器、变频器(AC/AC)或反相器(DC/AC)的形式。
图1是示出把输入DC电压Vin转换成期望的DC输出电压V out 的典型DC/DC转换器的某些主要部件的框图。电源100的初级端包括采用功率晶体管110形式的开关器件，功率晶体管110的开关从输入电压V in 产生AC电压。晶体管110的AC输出驱动电源的变压器120的初级绕组，使变压器的次级绕组中感应AC电流。在变压器的次级绕组两端因此产生的AC电压由滤波器130滤波，滤波器130在低通滤波器配置(没有示出）中典型地包括耦合到电容器的电感器。
电源100还包括采用电压调节器140形式的反馈电路，电压调节器140布置成监视电源的输出电压V out ，并且基于V out 和基准电压V ref 来产生反馈信号。反馈信号能被视为指示电源的输出电压(V out )与目标电压或设定点(V ref )之间差别的误差信号。特别地，在本示例中电压调节器140是积分上升(wind-up)型，使得反馈信号随着由电压调节器累积的(长期的）积分的电压误差的增加而增加。尽管在反馈信号中信息可通过频率调制或相位调制载波被编码，但对信息优选的是其在反馈信号中仅仅通过DC电压的幅度被编码。例如，电压调节器能提供为PID、PI或I-控制器的形式。
反馈信号经隔离屏障(barrier）145(例如，光耦合器）从电压调节器140传递到电源的开关控制器，开关控制器以脉冲宽度调制器(PWM)150形式提供。如图1所示出的，初级端上的PWM 150配置成产生并且施加适当频率(例如，100 kHz）的电压脉冲155到功率晶体管110的栅极。此外，PWM 150布置成通过基于接收的反馈信号来调整脉冲的占空比D(由D= TON/TS定义，其中TON是脉冲的持续时间，而TS是开关周期），改变输出电压V out 。备选地，频率调制控制器(没有示出）能替代PWM控制器150被使用，频率调制控制器调制在其上产生固定持续时间的脉冲的频率。
电源100还包括输出电流监视器160，输出电流监视器160布置成测量电源的输入电流并且把其电流测量的结果传递到电源的模块管理控制器(MMC)170，MMC 170也提供在电源的初级端上。MMC 170还优选地配置成接收与电源的操作有关的其它参数，比如涉及PWM 150中占空比设置的信息、变压器120中的温度(和/或电源中的另一个热点的温度）、故障监视和诊断的系统状态信息等。这些参数可由MMC 170使用，例如用以实现安全措施，比如确保诸如部件温度的临界参数不超过预定阈值的保护性切断。MMC 170可把某些接收的信息转发到更高级别的系统，所述系统可不位于转换器100在其上形成的板(board)上。
在本示例中，MMC 170用来配置、监视和控制转换器100的操作参数和设置。例如，MMC 170可配置成控制由电源执行的启动规程，期间，转换器逐渐地从非操作状态(其中，电源从其输入不传递功率到其输出）转变到操作在第一或第二操作模式中。现在将描述这些模式。
在转换器的操作期间，电流监视器160产生指示输入电流级别的信号，并且通过滤波所监视的信号来对其进行处理。接着把滤波的信号传递到MMC 170。备选地，可在MMC本身中执行前述的信号处理。不论是哪种情形，MMC 170接着确定接收的信号是否指示电源的输入电流已经超过阈值。
在正常操作期间，如果电源的输入电流低于阈值并且因此在安全操作范围之内(使得电源在不承受损害的情况下能延长时间段操作），那么包括电压调节器140和PWM 150的反馈控制循环通过对晶体管开关的占空比做小的修正来保持输出电压V out 在预定级别(例如，转换器供电的CPU的CPU核心电压）。在操作的所述第一模式期间，由电压调节器140产生的反馈信号通常将很小。
另一方面，如果MMC 170确定电源的输入电流已经超过阈值，那么MMC产生过量电流(excess current)控制信号用于控制PWM 150以逐渐地减小占空比以便降低输出电压V out ,并且因此把输入电流带到安全范围之内。即，在输出电流超过阈值时，PWM 150基于由MMC 170产生的过量电流控制信号，操作在第二操作模式(在本文也被称为“连续电流保护”(CCP)模式）中以把输出电压V out 并且因此输入电流降低到阈值以下。因此，由于CCP具有高于电压调节的优先级，在CCP模式中PWM 150允许来自MMC 170的过量电流控制信号优先于（override）来自电压调节器140的反馈信号，从而允许PWM实现(经常线性的)限流功能。用这种方式，转换器将尝试限制其输出功率。
输出电流监视器160和MMC 170一起提供了限流电路的功能，限流电路确定输入电流并且在输入电流超过电流阈值时产生过量电流控制信号。在CCP模式中的操作期间，过量电流控制信号尽管将依赖于输出电流偏离阈值的大小，但是通常将很小。实际上，依赖于转换器是电流模式转换器(经常用在反激(Flyback)配置中）还是电压模式转换器(经常用在半桥(half-bridge)或全桥(full-bridge)配置中），CCP模式中的操作提供了在恒定电流与恒定功率控制之间的某些东西。
如果输入电流在阈值以上的偏移(excursion）小并且持续不久，那么由以上描述的电源操作在CCP模式中所提供的过电流(over-current)保护(OCP)是有效的。电源使用CCP将能从过电流情况平稳地恢复。
然而，CCP模式中的操作产生长电流尾，其意味着电源在某些负载条件下能操作在足够高的负载级别并且在足够长的时间段内过热或承受损害。防备此类过热或损害的健壮性(robustness)可通过增加电源的输入电流净空(headroom)来提高，尽管以降低其额定功率为代价。此外，在操作期间能发生更严峻的过电流情况(比如消弧短路），在该情况中CCP将失效。
考虑到CCP的这些不足，电源设计者已经诉诸于其它更激进的保护措施来替代CCP，比如，在输入电流超过阈值从而CCP的优点丧失时锁存(latch)电源的输出。换言之，在该方案中，当检测到过电流情况时转换器被停止，并且接着需要由用户在外部重置。相关的方法采用所谓的“呃逆(hiccup)”功能，藉此在被停止后转换器自己尝试重新启动，而不是必须在外部被重新启动。
尽管这些类型的OCP能十分迅速地响应以针对快速负载改变(例如，消弧短路）来保护转换器，但是它们不能区分此类快速负载改变与在不关闭转换器情况下例如能通过使用CCP处置的更加无危险的负载改变。除了误触发的风险之外，输出锁存和呃逆方法要求提供直到触发点的保护带，其导致转换器通过操作在保护带内过长时间段而承受损害的进一步风险。
在这些OCP的备选方法中，输入电流需要由电流监视器160来监视并且关于转换器是关闭还是重新启动所达成的决定被证明是合理的。然而，图1的转换器中由电流监视器160监视的输入电流小并且有噪声，并且因此在其能被分析之前将需要被滤波和放大。然而，提供带有所要求附加的滤波和放大机构(means)的电流监视器160或MMC 170显著地增加转换器的制造成本和部件数目，并且由于这些附加部件将不可避免地消耗功率，从而也降低了转换器的效率。
因此，已经存在开发具有OCP机制的简单结构的高效SMPS的需要，其保留常规CCP的优点，同时针对由CCP不能安全处置的电流级别增加而提供次级保护。
发明内容
为了克服如以上描述的开关式电源中常规OCP的不足，发明人已经根据本发明构思了开关式电源，其包括开关器件、反馈电路、限流电路、控制器和过载检测器。
开关式电源可操作以通过开关开关器件把输入电压转换成输出电压。反馈电路可操作以基于开关式电源的输出电压和输出电流的至少一个，产生反馈信号。限流电路可操作以确定开关式电源中的电流并且在电流超过电流阈值时产生过量电流控制信号。
控制器布置成接收反馈信号和过量电流控制信号，并且可操作以在由限流电路确定的电流低于电流阈值时，控制开关器件在第一操作模式中，以基于反馈信号来调节输出电压和输出电流的一个。控制器还可操作以在由限流电路确定的电流超过电流阈值时，控制开关器件在第二操作模式中，以基于过量电流控制信号来降低开关式电源中的电流。
 过载检测器布置成接收反馈信号并且可操作以：确定反馈信号是否在预定范围之外；如果反馈信号在预定范围之外，那么确定开关式电源在过载状态中；并且在过载状态被确定时，执行控制以使开关式电源置于非操作状态中。
本发明还提供了控制开关式电源的方法。开关式电源包括：开关器件，开关式电源可操作以通过开关开关器件把输入电压转换成输出电压；反馈电路，可操作以基于开关式电源的输出电压和输出电流的至少一个，产生反馈信号；限流电路，可操作以确定开关式电源中的电流，并且在电流超过电流阈值时产生过量电流控制信号；以及控制器，控制器布置成接收反馈信号和过量电流控制信号，并且可操作以控制开关器件：当由限流电路检测的电流低于电流阈值时在第一操作模式中，以基于反馈信号来调节输出电压和输出电流的一个；以及当由限流电路检测的电流超过电流阈值时在第二操作模式中，以基于过量电流控制信号来降低开关式电源中的电流。所述方法包括：接收反馈信号；确定反馈信号是否在预定范围之外；如果反馈信号在预定范围之外，那么确定开关式电源在过载状态中；以及在过载状态被确定时，执行控制以使开关式电源置于非操作状态中。
如将从以上概述和下列详细描述所领会的，本发明的实施例的SMPS利用了反馈信号与预定范围值的偏差，该偏差可在SMPS操作在第二、限流操作模式中时发生。该偏差源于在第二操作模式中控制器使用过量电流控制信号而不是反馈信号。换言之，在第二操作模式中，SMPS中的电流基于过量电流控制信号被降低，使得反馈电路在其尝试调节输出电流和/或电压中通过增加反馈信号来响应。在实际应用中，当SMPS正操作在第二操作模式中时反馈信号被发现大到足以被容易地检测和处理(例如，受A/D转换），而不需要为了这些目的采用滤波和放大。
因此，本文描述的实施例的过载检测器能用最少的附加部件以极好的方式检测SMPS在过载状态(SMPS从该状态不能通过操作在第二操作模式中而安全地恢复到第一操作模式）中，并且在这些情况下执行控制以使SMPS置于非操作状态中。该提高的保护允许电源的额定功率增加，这是由于电源能被驱动到更接近其极限而没有损坏的风险。价格每千瓦比率因此提高。
附图说明
现在将参考附图仅以示例的方式详细解释本发明的实施例，在附图中：
图1是示出常规的开关式DC/DC电源的特征的框图，其有助于理解本发明；
图2是示出根据本发明的实施例的开关式DC/DC电源的框图；
图3示出图2中所示的过载检测器180的细节；
图4是示出图2中所示的某些框的细节的电路图；
图5示出图4中所示的PWM 250的COMP引脚上的电压可落入的值的范围；以及
图6到8是流程图，其各自示出了根据本发明的一实施例的控制开关式电源的方法。
具体实施方式
现在将描述包括开关式DC/DC电源的本发明的实施例。然而，本发明可应用到其它类型的开关式电源。
图2是根据本发明的实施例的开关式DC/DC电源100'的图。在图1和2中，相同的数字用来标记电源的相同部件。这些部件的在前描述以及关联的修改和替代因此可应用到本实施例，但是为了简洁起见将不在此重述。此外，由于所有这些普通部件能由本领域的技术人员很容易地在硬件中以满足特定SMPS要求的形式实现，所以这些普通部件和其它相关设计标准的进一步详细描述是不必需的。然而，现在将详细描述图1的背景示例与本实施例之间的不同。
如图2所示，除了参考图1已经描述的部件之外，本实施例的DC/DC转换器100'包括具有图1的常规MMC 170的所有功能的修改的MMC 170'，并且还包括用于检测转换器的过载状态的过载检测器180。
图3示出了用来实现过载检测器180的硬件的细节。过载检测器作为与CCP模块一起工作以在必需时实现呃逆或锁存功能的监控(supervising)模块起作用，使得转换器既实现CCP并且还实现呃逆或锁存的功能。注意，图3中示出的硬件提供了常规MMC 170和过载检测器180两者的功能。然而，下列描述将集中在作为过载检测器的硬件的功能。
在本实施例中，过载检测器180包括输入/输出(I/O)部分181，I/O部分181布置成：接收来自积分型电压调节器140的反馈信号，执行所接收信号的A/D转换，对得到的数字信号取样并且把样本传递到处理器182。I/O部分181还布置成与PWM 150通信以及发送指令命令PWM停止其对开关器件110的控制并且使开关器件被断开，从而使转换器置于非操作状态。将领会，非操作状态能用其它方式实现，例如通过将电源的所有部件或诸如PWM 150的部件断开。类似地，所述非操作状态能通过使某些或所有部件置于其操作暂时被搁置的待机状态中来实现。
过载检测器180还包括用于存储操作的状态信息的工作存储器183，操作的状态信息包括：转换器100'是否运行启动规程的指示，和转换器中所测量的温度的指示(这些由硬件180在其作为MMC起作用时接收或产生并且接着存储），以及在过载检测器操作期间获得的计算结果和其它数据。特别地，工作存储器183用来存储：反馈信号的样本值、定义由过载检测器用来评估样本值的预定范围的端点的一个或多个值、计数器上的计数以及关联的初始计数、基准计数、阈值计数和用于改变计数的值，其用途接下来将被描述。
过载检测器180还包括存储计算机可读指令的指令存储装置184，所述计算机可读指令在由处理器182运行时，使得处理器执行下文描述的处理操作以检测过载状态。指令存储装置184是数据存储器件，其可包括非易失性存储器(例如，以ROM的形式），磁性计算机存储器件(例如，硬盘）或用计算机可读指令预装入的光盘。备选地，指令存储装置184可包括非易失性存储器(例如，DRAM或SRAM），并且能对其从比如计算机可读存储媒体185(例如光盘，比如CD-ROM、DVD-ROM等）的计算机程序产品或携带计算机可读指令的计算机可读信号186输入计算机可读指令。
图4是DC/DC转换器100'的电路图，其示出了图2中所示的框和转换器100'的进一步细节。为了清楚起见，图4中没有示出电流监视器160。
图4中所示的转换器100'包括变压器120的初级端上的功率晶体管110和次级端上的另一个功率晶体管121。输出滤波器(图2中的130）包括如所示连接到变压器120的次级绕组的电感器131和电容器132。
转换器100'的次级端上所提供的电压调节器(图2中的140）包括由转换器100'的输出所供电的运算放大器241。运算放大器241的非反相(基准电压）输入端子经电容器244和与其并联连接的齐纳(Zener)二极管243耦合到“-OUT”基准点，并且还经电阻器242耦合到转换器的“+OUT”输出端子。运算放大器241的反相输入端子耦合到由电阻器245和246提供的分压器，电阻器245和246连接在转换器的+OUT输出端子和-OUT基准点之间。通过在反相输入和放大器的输出端子之间供应电容器247，运算放大器配置为反相积分器。运算放大器241的输出提供误差电压，误差电压通常是1.5-2 V，但是在PWM操作在第二、输出限流模式时能达到5 V。
放大器的输出经电阻器248连接到光耦合器145，从而允许把反馈信号传递到转换器100'的初级端。
在初级端上，光耦合器145的光敏晶体管和电阻器146形成分压器，分压器在“-IN”基准点与施加到PWM 150的“Vcc”引脚和MMC 170'的“Vdd”引脚两者的电源电压之间连接。分压器的输出连接到PWM 150的“COMP”引脚以及MMC 170'的“PA1/AIN1”引脚。光耦合器的光敏晶体管的阻抗，并且因此COMP和PA1/AIN1引脚上的电压将依赖于运算放大器241的误差电压输出的大小而变化。在次级端上提供反馈信号的COMP引脚上的电压(在下文被称为COMP电压）在正常操作期间将通常保持在Vcc引脚上的电平的大约40-50%。然而，在运算放大器的电压输出达到其最大值时，COMP电压将几乎等于电源电压Vcc。
如图5中所示出的，COMP电压可取的值的范围能被认为落入若干带(band)中的一个。在转换器正操作在第一、输出调节操作模式中时，COMP电压通常在电压窗口(在图5中标记为“正常操作”）内。COMP电压偏差到窗口以上或以下的值，在标记为“动态范围”和“动态和启动范围”的带内，指示转变可能存在动态问题，或转换器正操作在短期的操作模式中，在该模式期间，转换器的输出快速变化，比如在启动期间。
然而，在过电流情况逐渐形成并且输入电流由CCP限制时，实现输出电压控制循环的电压调节器将检测到输出是低的(因为占空比已经由CCP限制）。电压调节器140接着将通过持续增加误差信号来请求更多占空比，直到或者要求被满足或者它达到技术上限。因此，如果COMP电压到达图5中所示的“失效”区，那么这表明PWM 150不能传递由电压调节器140在其当PWM 150正操作在第二、输入限流模式中时调节转换器的输出的失败尝试中所要求的相对高的占空比。因此，很可能COMP电压偏移到“失效”区中是正由CCP限制的占空比所引起的，从而使得电压调节器的目标输出电压不能被实现。大多数的PWM电路以使得到Vcc或地的COMP电压范围的最后20%将从来不会在第一操作模式中(动态情况期间除外）被使用的此类方式来设计。
在图4的电路中，MMC 170'中的过载检测器180布置成接收经PA1/AIN1引脚输入到MMC 170'的反馈信号，并且还配置成经MMC 170'的PA2/AIN1引脚输出控制信号到PWM 150，用于使PWM 150置于非操作状态。MMC 170'的PA2/AIN1引脚连接到PWM 150的“SS”引脚。
 MMC 170'布置成在工作存储器183中接收并且存储转换器100'中来自外部温度传感器(例如，被提供在变压器内或转换器100'中另一个感兴趣的区域内）的所测量温度的指示。在备选示例中，温度传感器可与MMC的电路板一起集成地形成。
参考图6-8，现在将描述由过载检测器180执行的处理和控制操作的三个示例。
【示例1】
首先参照图6中示出的方案，在步骤S100中，过载检测器180经其I/O部分181接收来自电压调节器的反馈信号(误差信号）。
接着，在步骤S110中，过载检测器180确定反馈信号是否在预定范围之外，特别通过确定COMP电压是否超过阈值使得其处于图5中所示的前述“失效”区中。如果在正常操作期间遇到反馈信号在范围之外(对于转变等做出可把COMP电压带到“动态”范围带内的允许），那么过载检测器180确定转换器在过载状态中。然而，如果反馈信号不在“失效”区内，那么过程循环回到步骤S100。
一旦过载检测器在步骤S110中已经检测到转换器100'是过载状态，那么过程进行到步骤S120，在步骤S120中过载检测器180执行控制以使转换器100'置于非操作状态，这在该实施例中通过发送控制信号到PWM的“SS”引脚来命令PWM停止发送电压脉冲到晶体管210并且因此使晶体管被断开来执行。MMC 170'可在适当的延迟后，接着尝试重新启动SMPS。
【示例2】
根据以上方案由过载检测器180和其操作对COMP信号的监视允许过载检测器简单并且可靠地检测DC/DC转换器的过载状态。此外，由于COMP信号已经受反馈电路滤波和放大，所以信号能由检测器处理，而不需要检测器滤波或放大信号。
然而，如以上提到的，如果SMPS 100'在其操作期间遇到动态情况，那么反馈信号的短期偏移进入“失效”区能发生。例如，它可以是电源正对大电容器充电或正由SMPS 100'供电的风扇的速率突然改变。如果电源将操作在预料此类情况会发生的环境中，那么可能优选适应示例1的OCP机制以对所述动态情况有一定程度的容限。如现在将解释的，示例2的OCP方案提供了所述功能。
参照图7，在步骤S200中，过载检测器180初始化计数器，计数器可以是适当大小的硬件或软件缓冲器或仅仅是其值被记录在检测器的工作存储器183中的变量。在本示例中，计数器设置成初始计数为0并且布置成向上计数。备选地，计数器可初始化为大于0的适当值并且布置成朝0方向向下计数。
在步骤S210中，过载检测器180使用I/O部分181从电压调节器140获得反馈信号的多个样本值的第一个。在本示例中，I/O部分181执行所接收反馈信号的A/D转换并且对得到的数字信号取样(例如，以1 kHz）以获得样本值。因此获得的样本值在获得下一个样本之前，接着提供给处理器182并且在步骤S220中由处理器处理。I/O部分181可备选地获得样本的集合并且接着把样本值供给到处理器182。
在步骤S220中，过载检测器180对获得的每个样本值确定样本值是否落入“失效”区内，并且如果是这样的话，那么在步骤S230中改变计数器上的计数。在本示例中，在步骤S230中计数器增加1。如果确定样本值不在“失效”区内，那么过程循环回到步骤S210，在步骤S210中获得下一个样本值。
在步骤S230完成之后，过程进行到步骤S240，在步骤S240中过载检测器180确定计数是否已经达到阈值计数。如果所确定的是没有达到阈值计数，那么过程循环回到步骤S210。然而，如果计数已经达到阈值计数，那么过程进行到步骤S250，在步骤250中过载检测器180执行控制以使转换器100'置于非操作状态中，这在本示例中通过发送控制信号到PWM的“SS”引脚命令PWM 150停止发送电压脉冲到晶体管210并且因此使晶体管被断开来执行。MMC 170'可在适当的延迟后，接着尝试重新启动SMPS。
在步骤S250中一旦已经关闭电源，则示例2的过程停止。备选地，如果在没有达到阈值计数的情况下，已经处理多个样本中的最后一个样本，那么过程停止在步骤S210。不论是哪种情形，计数器接着重置，为处理接下来的样本值的集合做准备。
【示例3】
参考图8，现在将描述又一个OCP方案。根据本方案的过载检测器180的操作降低了检测器误触发的风险和在电源启动阶段期间电源100'不必要的关闭。另外，本示例的OCP机制考虑了电源的温度，电源的温度能影响电源安全地处置过电流情况的能力。特别地，以下描述的OCP方案允许过载检测器180在高温下更快地实现保护措施，在高温下当过载时电源更易于损害。
类似于示例2，本示例的OCP方案通过增加(或，按照可能的情形，减小）计数器上的计数，来计数表示“失效”区中的COMP电压的COMP电压样本的数目。当判断计数器在给定时间段内已经累积了过多的失效数据(即，已经由过载检测器建立的失效条件的记录）时，则由过载检测器180作出决定以使转换器100'置于非操作状态中。然而，在本示例中，失效条件的检测使计数器被改变第一步长(例如，5），而在过程的每个迭代中，计数朝基准计数值方向被调整(向上或向下）第二、更小的步长(比如，1）。另外，第一步长可依赖于电源的所测量温度而设置，从而可能减少使计数在高温下达到阈值计数所要求的失效检测的数目。
图8是示出由过载检测器180迭代地执行的过程的集合S310-S340的流程图。该示例假定过载检测器180的计数器提供为8位寄存器并且过程的集合每毫秒重复，但这并非限制性的。
过程始于步骤S300，其中计数器上的计数设置为优选地不同于基准计数的初始计数。在本示例中，计数器设置为比寄存器的值的范围的中点稍微低的值。具体地，初始计数设置为64。其目的是当电源启动时防止电源转变到非操作状态，以允许大电容器的充电等。
过程接着进行到其中执行“自动居中”例程的步骤S310。该例程尝试把在基准值为128的计数器的值居中。在已经保持正常操作一段时间时，计数器的值将为128。该计数器因此是求平均值缓冲器(averaging buffer)。在最多127个循环后，如果在该时间内没有检测到新的过电流条件时，那么将彻底擦除所有感测的过电流条件。当失效条件在相对短的一段时间上重复被检测到时，此类存储器使得保护更激进。
更具体地，在步骤S310中，如果来自之前迭代的计数小于基准计数，那么过载检测器180分配第一值(其在本实施例中设置为1，但是可包括其它值）用于增加计数。备选地，如果来自之前迭代的计数大于基准计数128，那么过载检测器180分配第一值用于减小计数。
在步骤S330中，过载检测器180获得反馈信号的样本值并且确定获得的样本值是否使OCP电压置于失效区内。如果是这样的话，那么过载检测器180分配第二值(其在本实施例中设置为5，但是可包括其它值）用于改变计数。
此外，过载检测器180优选地接收指示转换器的温度的值。如果COMP电压样本值指示COMP电压在预定区之外(这在图5中包括在失效区以下的电压区），那么过载检测器180分配又一值用于改变计数，该又一值依赖于温度被设置。在本示例中，如果过载检测器确定测量的温度高于阈值温度，那么它设置该又一值为3(尽管，能设置其它值），并且否则的话，设置该又一值为0。备选地，过载检测器可设置又一值为整数值的集合中的一个，每个与温度的不同范围关联。
过载检测器180接着通过所分配的值来改变计数器上的计数。因此，如果样本指示COMP电压在预定范围之外并且转换器的温度低于阈值温度，那么计数器增加+5。然而，如果样本指示COMP电压在预定范围之外并且转换器的温度高于阈值温度，那么计数器增加+8。注意，在用于改变计数器的每个值的分配之后的每次迭代中，计数器可改变多于一次，或计数器可根据所分配的值在每次迭代中仅改变一次。
在步骤S340中，过载检测器180确定计数是否已经达到阈值计数(在本实施例中设置为246，尽管能设置其它值），其将使计数器溢出。如果计数大于128，那么计数能以每循环4的速率增加(注意，自动居中例程将在每个循环中把计数减小1）。因此，如果对每个样本正在检测失效条件，那么计数器将在33次迭代后溢出，其将花费33 ms。
然而，如果电源运行发热，使得其所测量温度高于阈值温度，那么计数将按照每循环为7(5+3-1)的最大速率增加，结果是计数器将在仅19次迭代(或19 ms）后溢出。
还要注意，电源正在启动并且图8的过程从开始就正被运行，计数器到计数为64的初始化将使溢出延迟直到过程在低于阈值温度的温度开始后的至少48 ms(或，在更高的温度至少28 ms）。
如果在步骤S340中所确定的是没有达到阈值计数，那么过程循环回到步骤S310。另一方面，如果已经达到阈值计数，那么过程进行到步骤S350，在步骤S350中过载检测器确定实现“锁存”和“呃逆”模式的哪一个。检测器可通过检查工作存储器183或指令存储装置184中为此目的而提供的标志来选择适当的模式。标志的状态可通过用户编程来改变。因此，如果检测器配置成实现锁存功能，那么过程进行到步骤S360，在步骤360中过载检测器180通过发送控制信号到PWM的“SS”引脚命令PWM停止发送电压脉冲到晶体管210并且因此使晶体管开关被断开，来锁存转换器的输出。如果检测器配置成实现呃逆功能，那么过程进行到步骤S370，在步骤S370中，检测器类似地执行控制以使转换器置于非操作状态中，并且接着在初始化转换器的启动之前运行延迟。在步骤370中运行完延迟之后，过程循环回到步骤S300。
将从以上内容领会到，如果小干扰(glitch)发生，那么它们将不使转换器进入非操作状态（如果失效条件检测的平均占空比小于25%，这能被认为是可接受的过载）。在高于阈值温度的温度，失效条件检测的可接受平均占空比可以是17%。
当然，还将领会，数目、时间和以上提到的其它参数仅作为示例给出，并且将需要根据考虑中的特定DC/DC转换器的要求和意图被供应的负载来设置。
【修改和变型】
能对以上描述的实施例作出许多修改和变型。
例如，尽管以上实施例被指向具有输出电压调节器的电压控制转换器，但是本文描述的原理也可应用到电流控制转换器。
此外，在本发明的备选实施例中，电流监视器160(形成限流电路的部分）提供在转换器的次级端上。电流监视器160可操作以确定开关式电源的输出电流并且把其电流确定的结果传递到MMC 170，MMC 170在输出电流超过电流阈值时产生过量电流控制信号。在这种情形中，电流监视器160可连接在变压器120和滤波器130之间，或可备选地连接到图2中的滤波器130的输出。
在以上描述的实施例中，过载检测器180包括具有处理器182的可编程处理装置，处理器182根据存储在指令存储装置184中的软件指令来执行所描述的操作。然而，将领会，过载检测器可以其它方式配置。例如，过载检测器180可包括专用于执行所描述功能的不可编程硬件(例如，ASIC）。类似地，MMC可包括与有源/无源部件结合在一起的数字电路。不论是哪种情形，如上提到的，实现过载检测器的功能的硬件还可配置成执行转换器(比如,MMC 170'）的其它部件的一个或多个的功能。例如，单个集成电路能执行MMC 170'、PWM 150、电压调节器140和过载检测器的功能。备选地，过载检测器180可提供作为布置成与MC 170'、PWM 150和电压调节器140通信的单机器件。
在图6-8的流程图中，处理操作以特定顺序执行。然而，操作的许多的顺序能被改变。例如，图8中步骤S310和S330的顺序可颠倒。类似地，步骤S330中改变计数器上计数的值的分配以及计数器上计数的关联的改变可用任何合适的或期望的顺序来执行。
进一步结合示例3，注意，在步骤S300中计数器可设置为基准值，并且由过载检测器10处理的在启动期间转变的问题在步骤S330中确定转换器100'是否正在启动。如果确定转换器正在启动并且确定样本值在预定范围之外，那么过载检测器180分配第三值用于改变计数，第三值小于第二值5并且与其符号相反。例如，第三值能设置为-2。用这样的方式，在电源在启动过程中时，计数器将花费更长时间溢出。
尽管已经描述了采用DC/DC电源形式的实施例，但是将领会本发明的技术可应用到其它类型的开关式电源。

Claims (12)

1. 一种开关式电源(100')，包括：
开关器件(110)，所述开关式电源可操作以通过开关所述开关器件(110)，将输入电压(V in )转换成输出电压(V out )；
反馈电路(140)，可操作以基于所述开关式电源的所述输出电压(V out )和输出电流(I out )的至少一个来产生反馈信号；
限流电路(160,170')，可操作以确定所述开关式电源中的电流并且在所述电流超过电流阈值时产生过量电流控制信号；
控制器(150)，布置成接收所述反馈信号和所述过量电流控制信号，并且可操作以控制所述开关器件(110)：
当由所述限流电路确定的电流低于所述电流阈值时在第一操作模式中，以基于所述反馈信号来调节所述输出电压和所述输出电流之一；以及
当由所述限流电路确定的电流超过所述电流阈值时在第二操作模式中，以基于所述过量电流控制信号来减小所述开关式电源中的电流；
过载检测器(180)，布置成接收所述反馈信号并且可操作以：
确定所述反馈信号是否在预定范围之外；
如果所述反馈信号在所述预定范围之外，那么确定所述开关式电源(100')在过载状态中；以及
在过载状态被确定时，执行控制以使所述开关式电源(100')置于非操作状态中。
2. 如权利要求1所述的开关式电源，其中，所述过载检测器(180)可操作以：
获得所述反馈信号的多个样本值；
对每个获得的样本值，确定该样本值是否在所述预定范围之外，并且如果该样本值在所述预定范围之外，那么改变计数器上的计数；以及
确定所述计数是否已经达到阈值计数，并且如果所述计数已经达到所述阈值计数，那么执行控制以使所述开关式电源(100')置于非操作状态中。
3. 如权利要求2所述的开关式电源，其中，所述过载检测器(180)布置成迭代地执行过程的集合，包括：
如果来自之前迭代的计数小于基准计数，那么分配第一值用于增加所述计数，并且如果来自所述之前迭代的计数大于所述基准计数，那么分配第一值用于减小所述计数；
获得所述反馈信号的样本值；
确定所获得的样本值是否在所述预定范围之外，并且如果该样本值在所述预定范围之外，那么分配第二值用于改变所述计数，所述第二值大于所述第一值；
通过所分配的值来改变所述计数器上的计数；以及
确定所述计数是否已经达到所述阈值计数，
并且其中所述过载检测器(180)布置成如果所述计数已经达到所述阈值计数，那么停止迭代地执行过程的所述集合并且执行控制以使所述开关式电源(100')置于所述非操作状态中。
4. 如权利要求3所述的开关式电源，其中，所述过载检测器(180)布置成迭代地执行过程的所述集合，其还包括：
确定所述开关式电源(100')是否正在启动；以及
如果确定所述开关式电源正在启动并且确定该样本值在所述预定范围之外，那么分配第三值用于改变所述计数，所述第三值小于所述第二值并且与其符号相反。
5. 如权利要求3或权利要求4所述的开关式电源，其中，所述过载检测器(180)布置成迭代地执行过程的所述集合，其还包括：
获得指示所述开关式电源(100')的温度的值；以及
如果确定该样本值在所述预定范围之外，那么分配第四值用于改变所述计数，所述第四值依赖于所获得的值而被设置。
6. 如权利要求3-5中的任一项所述的开关式电源，其中，所述过载检测器(180)布置成在迭代地执行过程的所述集合之前，把所述计数器上的计数设置为初始计数，所述初始计数不同于所述基准计数。
7. 一种控制开关式电源(100')的方法，所述开关式电源包括：
开关器件(110)，所述开关式电源可操作以通过开关所述开关器件，将输入电压(V in )转换成输出电压(V out )；
反馈电路(140)，可操作以基于所述开关式电源的所述输出电压(V out )和输出电流(I out )的至少一个来产生反馈信号；
限流电路(160,170')，可操作以确定所述开关式电源中的电流并且在所述电流超过电流阈值时产生过量电流控制信号；
控制器(150)，布置成接收所述反馈信号和所述过量电流控制信号，并且可操作以控制所述开关器件(110)：
当由所述限流电路确定的电流低于所述电流阈值时在第一操作模式中，以基于所述反馈信号来调节所述输出电压和所述输出电流之一；以及
当由所述限流电路确定的电流超过所述电流阈值时在第二操作模式中，以基于所述过量电流控制信号来减小所述开关式电源中的电流；
所述方法包括：
接收(S100)所述反馈信号；
确定(S110)所述反馈信号是否在预定范围之外；
如果所述反馈信号在所述预定范围之外，那么确定所述开关式电源在过载状态中；以及
在过载状态被确定时，执行控制(S120)以使所述开关式电源置于非操作状态中。
8. 如权利要求7所述的方法，其中：
获得(S210)所述反馈信号的多个样本值；
对每个获得的样本值，确定(S220)该样本值是否在所述预定范围之外，并且如果该样本值在所述预定范围之外，那么改变(S230)计数器上的计数；以及
确定(S240)所述计数是否已经达到阈值计数，并且如果所述计数已经达到所述阈值计数，那么执行(S250)控制以使所述开关式电源置于非操作状态中。
9. 如权利要求8所述的方法，迭代地执行过程的集合，过程的所述集合包括：
如果来自之前迭代的计数小于基准计数，那么分配(S310)第一值用于增加所述计数，并且如果来自所述之前迭代的计数大于所述基准计数，那么分配(S310)第一值用于减小所述计数；
获得(S330)所述反馈信号的样本值；
确定(S330)所获得的样本值是否在所述预定范围之外，并且如果该样本值在所述预定范围之外，那么分配(S330)第二值用于改变所述计数，所述第二值大于所述第一值；
通过所分配的值来改变(S330)所述计数器上的计数；以及
确定(S340)所述计数是否已经达到所述阈值计数，
并且如果确定所述计数已经达到所述阈值计数，那么停止迭代地执行过程的所述集合并且执行控制(S360、S370)以使所述开关式电源(100')置于所述非操作状态中。
10. 如权利要求9所述的方法，其中，过程的所述集合还包括：
确定(S330)所述开关式电源是否正在启动；以及
如果确定所述开关式电源正在启动并且确定该样本值在所述预定范围之外，那么分配(S330)第三值用于改变所述计数，所述第三值小于所述第二值并且与其符号相反。
11. 如权利要求9或权利要求10所述的方法，其中，过程的所述集合还包括：
获得(S330)指示所述开关式电源的温度的值；以及
如果确定该样本值在所述预定范围之外，那么分配(S330)第四值用于改变所述计数，所述第四值依赖于所接收的值而被设置。
12. 如权利要求9-11中的任一项所述的方法，还包括在迭代地执行过程的所述集合之前，将所述计数器上的计数设置(S300)为初始计数，所述初始计数不同于所述基准计数。
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