CN105591556A - 使用电流限制的输入过压保护 - Google Patents

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Abstract

一种用在功率转换器中的控制器包括状态选择电路，该状态选择电路被耦合以接收代表输入电压的输入电压感测信号、代表功率开关的开关电流的开关电流感测信号以及代表所述功率转换器的输出量的反馈信号。所述状态选择电路被耦合以响应于所述输入电压感测信号生成输入电压信号、响应于所述开关电流感测信号生成输入电流信号、以及响应于所述反馈信号生成输入阈值信号。一个状态机电路被耦合至所述状态选择电路以响应于所述输入电压信号、所述输入电流信号以及所述输入阈值信号生成驱动信号，以对所述功率开关进行开关，从而控制从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的输出的能量传递。

Description

使用电流限制的输入过压保护
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2014年11月7日提交的美国临时申请No.62/076,985的权益，该美国临时申请的内容以引用的方式纳入本文。
技术领域
本发明总体涉及功率转换器(powerconverter)，且更具体而言涉及可以检测功率转换器的输入过压(over-voltage)的控制器。
背景技术
电子设备使用电力来运行。由于开关模式功率转化器的效率高、尺寸小以及重量低，因此通常使用开关模式功率转化器为现今许多电子产品供电。常规壁式插座提供高压交流。在一个开关功率转换器中，高压交流(ac)输入通过能量传递元件被转换以提供经良好调节的直流(dc)输出。开关模式功率转换器控制电路通常通过感测代表一个或多个输出量的一个或多个输入并且控制闭环中的输出来提供输出调节。在运行中，利用一个开关以通过改变占空比(通常是开关的接通时间与总开关周期的比)、改变开关频率或改变开关模式功率转换器中的开关的脉冲数目/单位时间来提供期望的输出。
功率转换器偶尔被暴露于接收到的输入电压中的浪涌(surge)，这通常被称为过压条件。较高的输入电压可以导致变压器两端的较高的能量传递。在这些过压条件期间功率开关的开关可能损坏功率转换器内的多个部件，诸如，功率开关或发光二极管(LED)。因此，为了防止损坏功率转换器，许多功率转换器包括过压保护电路以检测过压条件。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种用在功率转换器中的控制器，包括：
一个状态选择电路，被耦合以接收输入电压感测信号、开关电流感测信号以及反馈信号，其中所述输入电压感测信号代表所述功率转换器的输入电压，其中所述开关电流感测信号代表所述功率转换器的功率开关的开关电流，其中所述反馈信号代表所述功率转换器的输出量，其中所述状态选择电路被耦合以响应于所述输入电压感测信号生成输入电压信号，其中所述状态选择电路被耦合以响应于所述开关电流感测信号生成输入电流信号，且其中所述状态选择电路被耦合以响应于所述反馈信号生成输入阈值信号；以及
一个状态机电路，被耦合至所述状态选择电路以接收所述输入电压信号、所述输入电流信号以及所述输入阈值信号，其中所述状态机电路被耦合以响应于所述输入电压信号、所述输入电流信号以及所述输入阈值信号生成驱动信号，以控制所述功率开关的开关，从而控制从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的输出的能量传递。
在本发明的第一方面的一个优选实施方案中，其中所述状态选择电路包括：
一个电压比较器，被耦合以接收所述输入电压感测信号和峰电压信号，其中所述电压比较器被耦合以响应于所述输入电压感测信号和所述峰电压信号输出所述输入电压信号；
一个电流限制比较器，被耦合以接收所述开关电流感测信号和电流限制信号，其中所述电流限制比较器被耦合以响应于所述开关电流感测信号和所述电流限制信号输出所述输入电流信号；以及
一个反馈比较器，被耦合以接收所述反馈信号和反馈阈值信号，其中所述反馈比较器被耦合以响应于所述反馈信号和所述反馈阈值信号输出所述输入阈值信号。
在本发明的第一方面的一个优选实施方案中，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述输入电压感测信号大于所述峰电压信号则减小所述驱动信号的开关频率。
在本发明的第一方面的一个优选实施方案中，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述开关电流感测信号达到所述电流限制信号则减小所述驱动信号的开关频率。
在本发明的第一方面的一个优选实施方案中，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述反馈信号大于所述反馈阈值信号则减小所述驱动信号的开关频率。
在本发明的第一方面的一个优选实施方案中，其中所述输入电压感测信号被耦合成响应于经整流的电压，所述经整流的电压响应于所述功率转换器的所述输入电压。
在本发明的第一方面的一个优选实施方案中，其中所述控制器被耦合以测量所述功率转换器的所述输入电压的所述经整流的电压的每个半线循环的峰电压，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述经整流的电压的当前的半线循环的峰电压比所述经整流的电压的在前的半线循环的峰电压大一个阈值电压量则减小所述驱动信号的开关频率。
在本发明的第一方面的一个优选实施方案中，其中所述控制器被耦合以响应于所述开关电流信号测量一个开关电流包络，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述开关电流包络达到一个阈值电流限制则减小所述驱动信号的开关频率。
在本发明的第一方面的一个优选实施方案中，其中所述控制器被耦合以测量所述反馈信号的平均值，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述反馈信号的所述平均值达到一个阈值反馈信号值则减小所述驱动信号的开关频率。
在本发明的第一方面的一个优选实施方案中，其中所述功率转换器的输出电流被耦合以响应于所述驱动信号的开关频率的减小而被减小。
根据本发明的第二方面，提供一种控制功率转换器的方法，包括：
生成驱动信号以控制一个功率开关的开关，从而控制从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的输出的能量传递；
接收代表所述功率转换器的输入电压的输入电压感测信号；
接收代表所述功率转换器的开关电流的开关电流感测信号；
接收代表所述功率转换器的输出量的反馈信号。
如果所述输入电压感测信号大于峰电压信号则减小所述驱动信号的开关频率；
如果所述开关电流感测信号大于电流限制信号则减小所述驱动信号的开关频率；以及
如果所述反馈信号大于反馈阈值信号则减小所述驱动信号的开关频率。
在本发明的第二方面的一个优选实施方案中，所述方法还包括对所述输入电压进行整流以生成经整流的电压，其中所述输入电压感测信号响应于所述经整流的电压。
在本发明的第二方面的一个优选实施方案中，所述方法还包括测量所述功率转换器的所述输入电压的所述经整流的电压的每个半线循环的峰电压，其中所述如果所述输入电压感测信号大于峰电压信号则减小所述驱动信号的开关频率包括：如果所述经整流的电压的当前的半线循环的峰电压比所述经整流的电压的在前的半线循环的峰电压大一个阈值电压量则减小所述驱动信号的开关频率。
在本发明的第二方面的一个优选实施方案中，所述方法还包括响应于所述开关电流信号测量一个开关电流包络，其中所述如果所述开关电流感测信号大于电流限制信号则减小所述驱动信号的开关频率包括：如果所述开关电流包络达到一个阈值电流限制则减小所述驱动信号的开关频率。
在本发明的第二方面的一个优选实施方案中，所述方法还包括响应于所述反馈信号测量所述反馈信号的平均值，其中所述如果所述反馈信号大于反馈阈值信号则减小所述驱动信号的开关频率包括：如果所述反馈信号的所述平均值达到一个阈值反馈信号值则减小所述驱动信号的开关频率。
在本发明的第二方面的一个优选实施方案中，所述方法还包括响应于减小所述驱动信号的开关频率，减小所述功率转换器的输出电流。
根据本发明的第三方面，提供一种功率转换器，包括：
一个能量传递元件，被耦合在所述功率转换器的输入和所述功率转换器的输出之间；
一个功率开关，被耦合至所述能量传递元件；以及
一个控制器，被耦合以生成驱动信号，所述驱动信号被耦合以控制所述功率开关的开关，从而控制从所述功率转换器的所述输入到所述功率转换器的所述输出的能量传递，其中所述控制器包括：
一个状态选择电路，被耦合以接收输入电压感测信号、开关电流感测信号以及反馈信号，其中所述输入电压感测信号代表所述功率转换器的输入电压，其中所述开关电流感测信号代表所述功率开关的开关电流，其中所述反馈信号代表所述功率转换器的输出量，其中所述状态选择电路被耦合以响应于所述输入电压感测信号生成输入电压信号，其中所述状态选择电路被耦合以响应于所述开关电流感测信号生成输入电流信号，且其中所述状态选择电路被耦合以响应于所述反馈信号生成输入阈值信号；以及
一个状态机电路，被耦合至所述状态选择电路以接收所述输入电压信号、所述输入电流信号以及所述输入阈值信号，其中所述状态机电路被耦合以响应于所述输入电压信号、所述输入电流信号以及所述输入阈值信号生成所述驱动信号，以控制
所述功率开关的开关。
在本发明的第三方面的一个优选实施方案中，其中所述状态选择电路包括：
一个电压比较器，被耦合以接收所述输入电压感测信号和峰电压信号，其中所述电压比较器被耦合以响应于所述输入电压感测信号和所述峰电压信号输出所述输入电压信号；
一个电流限制比较器，被耦合以接收所述开关电流感测信号和电流限制信号，其中所述电流限制比较器被耦合以响应于所述开关电流感测信号和所述电流限制信号输出所述输入电流信号；以及
一个反馈比较器，被耦合以接收所述反馈信号和反馈阈值信号，其中所述反馈比较器被耦合以响应于所述反馈信号和所述反馈阈值信号输出所述输入阈值信号(254)。
在本发明的第三方面的一个优选实施方案中，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述输入电压感测信号大于所述峰电压信号则减小所述驱动信号的开关频率。
在本发明的第三方面的一个优选实施方案中，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述开关电流感测信号达到所述电流限制信号则减小所述驱动信号的开关频率。
在本发明的第三方面的一个优选实施方案中，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述反馈信号大于所述反馈阈值信号则减小所述驱动信号的开关频率。
在本发明的第三方面的一个优选实施方案中，所述功率转换器还包括一个整流器，所述整流器被耦合至所述功率转换器的所述输入以响应于所述输入电压生成经整流的电压，其中所述输入电压感测信号被耦合成响应于所述经整流的电压。
在本发明的第三方面的一个优选实施方案中，其中所述控制器被耦合以测量所述经整流的电压的每个半线循环的峰电压，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述经整流的电压的当前的半线循环的峰电压比所述经整流的电压的在前的半线循环的峰电压大一个阈值电压量则减小所述驱动信号的开关频率。
在本发明的第三方面的一个优选实施方案中，其中所述控制器被耦合以响应于所述开关电流信号测量一个开关电流包络，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述开关电流包络达到一个阈值电流限制则减小所述驱动信号的开关频率。
在本发明的第三方面的一个优选实施方案中，其中所述控制器被耦合以测量所述反馈信号的平均值，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述反馈信号的所述平均值达到一个阈值反馈信号值则减小所述驱动信号的开关频率。
在本发明的第三方面的一个优选实施方案中，其中所述功率转换器的输出电流被耦合以响应于所述驱动信号的开关频率的减小而被减小。
附图说明
参考下面的附图描述本公开内容的非限制性且非穷举性的实施方案，其中在各个视图中相同的参考数字指示相同的部分，除非另有说明。
图1是例示了根据本公开内容的教导的一个功率转换器的图。
图2是例示了根据本公开内容的教导的用于该功率转换器的控制器的图。
图3是例示了根据本发明的教导的用于检测过压条件的一个示例性过程的流程图。
图4是例示了根据本发明的教导的一个示例性功率转换器的输入经整流的电压、开关电流以及输出电流的波形的一个示例性时序图。
图5是例示了根据本发明的教导的一个示例性功率转换器的开关电流以及输出电流的波形的另一个示例性时序图。
图6是例示了根据本发明的教导的一个示例性功率转换器的反馈信号、开关电流以及输出电流的波形的又一个示例性时序图。
在附图的所有若干视图中，对应的参考字符指示对应的部件。技术人员应理解，图中的元件是为了简化和清楚的目的而示出的，并且未必按比例绘制。例如，图中一些元件的尺寸可以相对于其他元件被夸大，以帮助提高对本发明多个不同实施方案的理解。此外，为了便于较少受妨碍地察看本发明这些不同实施方案，在商业可行的实施方案中有用或必需的常见但是众所周知的元件通常未被示出。
具体实施方式
本文描述了一种功率转换器控制器和一种运行该功率转换器控制器的方法的多个实施方案。在下面的描述中，阐明了多个具体细节，以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将明了，实施本发明无需采用这些具体细节。在其他情况下，为了避免使本发明模糊，没有详细描述众所周知的材料或方法。
在该说明书全文中提到“一个实施方案”、“一实施方案”、“一个实施例”或“一实施例”意指，关于该实施方案或实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在该说明书全文中多个地方出现的短语“在一个实施方案中”、“在一实施方案中”、“一个实施例”或“一实施例”未必全都指相同的实施方案或实施例。再者，所述特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合结合。特定特征、结构或特性可被包括在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能的其他合适的部件内。此外，应理解，随本文提供的图是出于向本领域普通技术人员解释的目的，并且附图未必按比例绘制。
功率因数校正(PFC)控制器通过使输出电流与电压同相来最小化输入电流失真。在公开的实施例中，电源(powersupply)的输入内可能发生浪涌。这些浪涌然后被传递到输出，输出可能超过LED输出负载的推荐额定值(recommendedrating)。PFC控制器可能耗费较长时间来检测一个浪涌，这导致LED部件损坏。根据本发明的教导的实施例描述了一种检测输入线路浪涌以在发生线路浪涌时减小输出LED电流的方法。
在图1中，例示了功率转换器100的功能框图，包括ac输入电压VAC102、整流器108、经整流的电压VRECT104、能量传递元件T1112、能量传递元件T1112的初级绕组114、能量传递元件T1112的次级绕组116、开关S1118、输入返回117、箝位电路120、整流器D1122、输入电容器CIN121、输出电容器CO124、负载126、感测电路128以及控制器130。控制器130还包括状态选择电路132和状态机电路134。
在一个实施例中，感测电路128还可以被包括在控制器130中。图1还例示了输出电压VO146、输出电流IO160、输出量UO150、反馈信号UFB152、输入电压感测信号140、开关电流ISW142、开关电流感测信号141和驱动信号168。图1中例示的开关模式功率转换器100以回扫(flyback)配置方式配置，该开关模式功率转换器只是可以受益于本发明的教导的开关模式功率转换器的一个实施例。应理解，开关模式功率转换器的其他已知拓扑和配置也可以受益于本发明的教导。
在一个实施例中，输入电容器CIN121对来自开关S1118的高频电流进行滤波。对于其他应用，输入电容器CIN121可以足够大，使得大体上直流的电压被施加到能量传递元件T1110。然而，对于具有功率因数校正(PFC)的电源，可以使用小的输入电容器CIN121，以允许施加到功率传递元件T1112的电压大体上遵循经整流的电压VRECT104。
功率转换器100从一个未经调节的输入电压向负载126提供输出功率。在一个实施方案中，输入电压是ac输入电压VAC102。在另一个实施方案中，输入电压是经整流的ac输入电压，诸如，经整流的电压VRECT104。在一个实施方案中，整流器108可以是桥式整流器。整流器108被耦合到能量传递元件T1112。在本发明的一些实施方案中，能量传递元件T1112可以是耦合电感器。在其他实施方案中，能量传递元件T1112可以是变压器。在图1的实施例中，能量传递元件T1112包括两个绕组——初级绕组114和次级绕组116。然而，应理解，能量传递元件T1112可以具有不止两个绕组。在图1的实施例中，初级绕组114可以被看作输入绕组，次级绕组116可以被看作输出绕组。初级绕组114还被耦合到开关S1118，该开关S1118则被进一步耦合到输入返回117。
此外，图1的实施例中例示的箝位电路120被耦合在能量传递元件T1112的初级绕组114两端。一个输出被提供给负载126并且可以被提供作为经调节的输出电压VO146以及经调节的输出电流IO160两者中的任一个或两者的组合。在一个实施方案中，负载126可以是发光二极管(LED)阵列。
功率转换器100还包括调节输出——被例示为输出量UO150——的电路系统(circuitry)。感测电路128被耦合以感测输出量UO150并且以提供代表输出量UO150的反馈信号UFB152。控制器130被耦合到感测电路128并且接收来自该感测电路128的反馈信号UFB152。
控制器130还包括用于接收输入电压感测信号140以及开关电流感测信号141的端子。在图1的实施例中，输入电压感测信号140可以代表经整流的电压VRECT104且可以是电压信号或电流信号。开关电流感测信号141可以代表开关S1118的开关电流ISW142且可以是电压信号或电流信号。可以以多种方式感测开关电流ISW142，诸如，例如分立电阻器两端的电压或当晶体管导通时该晶体管两端的电压。
控制器130向功率开关S1118提供驱动信号168。驱动信号168可以提供多个开关参数以控制从功率转换器100的输入到功率转换器100的输出的能量传递。这样的参数的实施例可以包括开关频率、开关周期、占空比、功率开关S1118的相应的ON时间和OFF时间，或改变功率开关S1118的脉冲数目/单位时间。
状态选择电路132被耦合到状态机电路134。状态选择电路132确定三个分立条件(condition)：输入过压、开关电流过载以及输出过载。如果这些条件中的一个发生，则该状态选择电路可以转变输入电压信号UVIN148、输入电流信号UINC144以及输入阈值信号UTHL154。状态机电路134被耦合以接收前述信号，并且向开关S1168输出驱动信号168。如果所述条件中的任何一个是真的，则控制器减小开关频率。在图2中示出了状态选择如何确定是否需要调整开关频率的另一些细节。对于具有功率因数校正的控制器，当单独依靠输出反馈信号时该控制器可能耗费比一个半线循环(halflinecycle)更长的时间来调整开关频率。根据本发明的教导的控制器可以通过检测先前提及的条件在一个半线循环内调整开关频率。
图2例示了控制器230的功能框图。控制器230被耦合以接收输入电压感测信号240、开关电流感测信号241、反馈信号252并且控制器230被耦合以向功率开关S1提供驱动信号268，如图1中示出的。控制器230还包括状态选择电路232和状态机电路234。还示出了信号输入电压UVIN248、开关电流UINC244以及输入阈值信号UTHL254。
可以以多种方式实施状态机电路系统134，状态机电路系统134可以由模拟电路系统或数字电路系统组成或由二者组成。状态机电路系统134可以由在一个半线循环内调整驱动信号268的频率的一个或多个状态组成。
状态选择232还包括比较器262、比较器264和比较器266。比较器262检测输入过压。比较器262被耦合以在反相输入处接收输入电压感测信号240并且被耦合到电压参考VPK+VΔ261。参考电压VPK+VΔ确定在输入电压中是否存在浪涌。峰电压VPK可以是可以在内部设定的电压阈值。通过下面的等式定义VΔ。
VΔ＝VP(N)-VP(N-1)(1)
VΔ代表两个存储的电压值之差。控制器230存储峰电压的值。在此实施例中，第一峰值被存储为VP(N-1)。在随后的多个半线循环内，如果记录了一个较高的输入电压，则新的峰值输入电压被存储为VP(N)。比较器262被耦合以向状态机电路234输出信号UVIN248。如果该输入电压大于电压参考，则输入电压信号248转变到逻辑高。
比较器264检测图1中的开关的输入过流条件。尽管输入电压可能没有超过输入过压条件，但耦合到功率转换器的输出的LED仍可能运行在它们的正常参数之上。输入电流额定值应从未被超过，这是因为较高的输入电流可以指示可能的较高的输出电流。比较器264被耦合以在反相输入处接收开关电流感测电路信号241并且在非反相输入处耦合到电流参考ILIM263。如果开关电流感测信号超过电流限制ILIM263，则电流信号UINC244转变到逻辑高。此电流限制测量开关可以处理多少电流才可安全运行，并且此电流限制不同于例如用于接通/断开(ON/OFF)控制的电流限制。状态机电路接收电流信号UINC244，并且减小用于开关S1的驱动信号268的开关频率。
尽管开关电流可能不超过电流限制，但是LED仍可能运行在正常运行条件之上。比较器266检测高于平均值的输出。比较器266被耦合以在反相输入处接收反馈信号UFB252并且在非反相输入处被耦合到反馈阈值参考265。如果该反馈信号大于平均信号，则输入阈值信号UTHL254转变到逻辑高。状态机电路接收输入阈值信号UTHL254，并且减小驱动信号268的开关频率。
图3是例示了用于确定过压条件的示例性过程300的流程图。在过程300中一些或全部的过程块出现的顺序不应被认为限制性。相反，受益于本公开内容的本领域技术人员将理解可以按未例示的多种不同顺序执行所述过程块中的一些，或者甚至是并行执行。
过程300在启动块301处开始并且延续到判决块302。在判决块302处，过程300确定输入电压信号是否在电压参考VPK+VΔ之上，如果该条件是真的，则过程300进行到判决块304。状态机电路的当前开关状态被改变并且在下一个半线循环内开关频率减小一定百分比。过程300然后返回到启动块301。
如果输入电压感测信号不在电压参考VPK+VΔ之上，则过程300进行到判决块306。在判决块306处，过程300确定开关电流感测信号是否在电流限制阈值之上。如果该条件是真的，则过程300进行到块304。在过程块304处，状态机的当前开关状态设定一个较低的功率开关的开关频率，以在下一个半线循环内使开关电流减小它在电流限制阈值之上的量。过程300然后返回到启动块301。
如果开关电流信号不在电流限制之上，则过程300进行到判决块308。过程300确定反馈信号是否大于平均信号。如果该条件是真的，则过程300进行到过程块304。在过程块304处，设定开关状态以使功率开关的开关频率降低反馈信号在阈值之上的量。过程300然后返回到启动块301。
如果该条件不是真的，则过程300进行到块310。在块310处，开关状态没有改变，由此在下一个半线循环内开关频率保持相同。过程300返回到启动301。
此后发现检测的实施例。对输入瞬变(诸如，过压条件或过流条件)的检测发生在经整流的输入电压的两个峰之间(也被称为一个半线循环)。对于50Hz的线路频率，可以在10毫秒内检测到输入瞬变(transient)条件，并且对于60Hz线路频率，可以在8.7毫秒内检测到输入瞬变条件。然而，可以在一个完整的线路循环内检测到在一个实施例中的输出反馈信号。对于50Hz线路频率，可以在20毫秒内检测到输出瞬变条件，并且对于60Hz频率，可以在16.7毫秒内检测到输出瞬变条件。
图4是例示了根据本发明的教导的一个示例性功率转换器的输入电压、开关电流和输出电流的示例性波形的一个示例时序图。在第一时序图中，横轴代表时间且纵轴代表经整流的输入电压VRECT402。由THAC410表示一个半线循环，且由TAC412表示一个全线循环(fulllinecycle)。该经整流的输入电压的峰从半线循环TN-3到TN-1具有第一值VP(N-3)、第二值VP(N-2)和第三值VP(N-1)。控制器存储VP(N-3)的值作为第一峰值VPK1406。如果在当前循环内经整流的输入电压的峰不超过第一峰值VPK1406，则控制器不存储新的峰值。因此，在半线循环TN-2和半线循环TN-1内，第一峰值VPK1406不改变。在时间周期TN处，经整流的输入电压上升到新的峰值VP(N)，并且该值被存储为VPK2。如上文定义的，可以由下面的等式表达VΔ，
VΔ＝VP(N)-VP(N-1)(1)
从图4，等式1代表两条虚线之差，两条虚线对应于第一峰值VPK1406的值和第二峰值VPK2408的值。
第二时序图例示了以波形414代表的开关电流。开关电流的每个脉冲代表一个开关循环。例示了在正常运行期间时间周期TN-3到TN-1期间的开关电流。在时间循环TN处，开关电流由于增大的经整流的输入电压402而上升。在第四半线循环期间，控制器将开始减小开关频率，并且开关电流包络脉冲进一步展开。这减小了总开关电流。如图4中所示，开关电流脉冲之间的时间增加。
第三时序图例示了由波形418代表的输出电流IO460。输出电流IO460在半线循环THAC1、THAC2、THAC3期间处于正常运行条件。在半线循环THAC4处，输出电流由于经整流的输入电压402中的浪涌而上升到阈值之上。在半线循环THAC4期间控制器减小了开关频率，直到输出电流IO460被减小到正常运行为止，如通过半线循环THAC5和半线循环THAC6看到的。
图5是例示了开关电流和输出电流的示例性波形的一个示例时序图。这两个时序图例示了控制器响应于开关电流超过电流限制而调整开关频率，这进而作为预防措施减小了输出电流。
在第一时序图中，纵轴代表开关电流ISW570，横轴代表时间。由THAC510代表一个半线循环，由TAC512代表一个全线循环。在第二时序图中，纵轴代表输出电流IO560，横轴代表时间。
由波形514代表开关电流。开关电流ISW570在前三个半线循环期间运行在正常条件中。在第一半线循环THAC1、第二半线循环THAC2和第三半线循环THAC3期间对应的输出电流运行在正常条件中。
在第四半线循环处，开关电流ISW570上升到电流限制阈值ILIM516之上。这影响输出电流IO560，如在第二时序图的第四半线循环THAC4中看到的。作为响应，控制器中的状态机电路用较低的功率开关的开关频率减小第四半线循环内的输出电流IO560。在第五半线循环和第六半线循环期间，开关电流包络ISW570仍可达到电流限制ILIM516，但是开关频率的减小已经减少了脉冲的量。开关电流ISW570的脉冲的减少量导致输出电流IO560的减小。
图6是例示了反馈信号、开关电流以及输出电流的示例性波形的一个示例性时序图。在此图中，输入电压条件或开关电流条件都不满足指示输出电流将超过安全运行水平。在此实施例中，控制器感测反馈信号以指示输出电流是否可能超过安全运行水平。
在第一时序图中，纵轴代表具有波形604的反馈信号UFB602。横轴代表时间。在第二时序图中，纵轴代表开关电流ISW。在第三时序图中，纵轴代表具有波形618的输出电流IO660。由THAC610代表一个半线循环，由TAC612代表一个全线循环。时移周期可以指示一个或多个线路循环已经发生。
在第一时序图的第一半线循环、第二半线循环和第三半线循环期间反馈信号具有平均值UAVG1606。控制器在每一个全线循环存储平均值UAVG1606。在一个或多个线路循环的时移周期之后，在图6中被例示为第四半线循环，反馈信号UFB值上升到新的平均值UAVG2608。这指示该反馈信号已经超过一个平均值并且功率开关的开关频率应被减小。
在第二时序图中，例示在正常运行下在第一半线循环、第二半线循环和第三半线循环期间的开关电流ISW670。在第四半线循环处，开关电流ISW670上升，但是未上升到图5中示出的指示开关的电流限制已经被破坏的电流限制。
在第三时序图中，第一开关线路循环THAC1、第二半线路循环THAC2和第三半线循环THAC3，输出电流运行在正常条件中。在第四半线循环THAC4处，输出电流IO660大幅上升。控制器在一个半线循环内没有减小开关频率。在开关频率被减小并且输出电流返回到安全运行水平之前可能耗费控制器一个或多个开关周期。
在此实施例中，在第六半线循环中减小开关频率，如通过传播的开关电流脉冲看到的。这进而将输出电流IO660减小到安全运行水平。
对本发明的所示出的实施例的以上描述，包括摘要中描述的内容，并不旨在是穷举性的或是对所公开的确切形式进行限制。尽管出于例示目的在本文中描述了本发明的特定实施方案和实施例，但是在不偏离本发明的较宽泛的精神和范围的前提下，多种等同改型是可能的。实际上，应理解，特定的示例电压、电流、频率、功率范围值、时间等被提供是出于解释目的，且根据本发明的教导，在其它实施方案和实施例中也可以使用其他值。
鉴于上文的详细描述，可以对本发明的实施例做出这些改型。在下面的权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限制到说明书和权利要求书中所公开的具体实施方案。相反，本发明的范围将完全由下面的权利要求确定，所述权利要求应根据既定的权利要求解释原则而被解释。因此本说明书和附图将被认为是示例性的而不是限制性的。
实施方案
尽管在所附权利要求中限定了本发明，但是应理解，还可以(替代地)根据下面的实施方案限定本发明：
1.一种用在功率转换器(100)中的控制器(130)，包括：
一个状态选择电路(132)，被耦合以接收输入电压感测信号(140)，开关电流感测信号(141)以及反馈信号(152)，其中所述输入电压感测信号(140)代表所述功率转换器(100)的输入电压(102)，其中所述开关电流感测信号(141)代表所述功率转换器(100)的功率开关(118)的开关电流(142)，其中所述反馈信号(152)代表所述功率转换器(100)的输出量(150)，其中所述状态选择电路(132)被耦合以响应于所述输入电压感测信号(140)生成输入电压信号(148)，其中所述状态选择电路(132)被耦合以响应于所述开关电流感测信号(141)生成输入电流信号(144)，且其中所述状态选择电路(132)被耦合以响应于所述反馈信号(152)生成输入阈值信号(154)；以及
一个状态机电路(134)，被耦合至所述状态选择电路(132)以接收所述输入电压信号(148)、所述输入电流信号(144)以及所述输入阈值信号(154)，其中所述状态机电路(134)被耦合以响应于所述输入电压信号(148)、所述输入电流信号(144)以及所述输入阈值信号(154)生成驱动信号，以控制所述功率开关(118)的开关，从而控制从所述功率转换器(100)的输入到所述功率转换器(100)的输出的能量传递。
2.根据实施方案1所述的控制器(230)，其中所述状态选择电路(132)包括：
一个电压比较器(262)，被耦合以接收所述输入电压感测信号(240)和峰电压信号(261)，其中所述电压比较器(262)被耦合以响应于所述输入电压感测信号(240)和所述峰电压信号(261)输出所述输入电压信号(248)；
一个电流限制比较器(264)，被耦合以接收所述开关电流感测信号(241)和电流限制信号(263)，其中所述电流限制比较器(264)被耦合以响应于所述开关电流感测信号(241)和所述电流限制信号(263)输出所述输入电流信号(244)；以及
一个反馈比较器(266)，被耦合以接收所述反馈信号(252)和反馈阈值信号(265)，其中所述反馈比较器(266)被耦合以响应于所述反馈信号(252)和所述反馈阈值信号(265)输出所述输入阈值信号(254)。
3.根据实施方案1所述的控制器(130)，其中所述状态机电路(134)还被耦合成如果所述输入电压感测信号(240)大于(302)所述峰电压信号(261)则减小(304)所述驱动信号(168)的开关频率。
4.根据实施方案1所述的控制器(130)，其中所述状态机电路(134)还被耦合成如果所述开关电流感测信号(241)达到所述电流限制信号(263)则减小(304)所述驱动信号(168)的开关频率。
5.根据实施方案1所述的控制器(130)，其中所述状态机电路(134)还被耦合成如果所述反馈信号(252)大于(308)所述反馈阈值信号(265)则减小(304)所述驱动信号(168)的开关频率。
6.根据实施方案1所述的控制器(130)，其中所述输入电压感测信号(140)被耦合成响应于经整流的电压(104)，所述经整流的电压(104)响应于所述功率转换器(100)的所述输入电压(102)。
7.根据实施方案6所述的控制器(130)，其中所述控制器被耦合以测量所述功率转换器(100)的所述输入电压(102)的所述经整流的电压(104)的每个半线循环的峰电压，其中所述状态机电路(134)还被耦合成如果所述经整流的电压(104)的当前的半线循环(VP(N))的峰电压比所述经整流的电压(104)的在前的半线循环(VP(N-1))的峰电压大一个阈值电压量(461)则减小(304)所述驱动信号(168)的开关频率。
8.根据实施方案1所述的控制器(130)，其中所述控制器被耦合以响应于所述开关电流信号(141)测量一个开关电流包络(514)，其中所述状态机电路(134)还被耦合成如果所述开关电流包络(envelope)(514)达到一个阈值电流限制(thresholdcurrentlimit)(ILIM516)则减小(304)所述驱动信号(168)的开关频率。
9.根据实施方案1所述的控制器(130)，其中所述控制器被耦合以测量所述反馈信号(152)的平均值(606/608)，其中所述状态机电路(134)还被耦合成如果所述反馈信号(152)的所述平均值(606/608)达到一个阈值反馈信号值(608)则减小(304)所述驱动信号(168)的开关频率。
10.根据实施方案1所述的控制器(130)，其中所述功率转换器(100)的输出电流(160/460/560/660)被耦合以响应于所述驱动信号(168)的开关频率的减小而被减小。
11.一种控制功率转换器(100)的方法，包括：
生成驱动信号(168)以控制一个功率开关(118)的开关，从而控制从所述功率转换器(100)的输入到所述功率转换器(100)的输出的能量传递；
接收代表所述功率转换器(100)的输入电压(102)的输入电压感测信号(140)；
接收代表所述功率开关(118)的开关电流(142)的开关电流感测信号(141)；
接收代表所述功率转换器(100)的输出量(150)的反馈信号(152)。
如果所述输入电压感测信号(240)大于(302)峰电压信号(261)则减小(304)所述驱动信号(168)的开关频率；
如果所述开关电流感测信号(241)大于(306)电流限制信号(263)则减小(304)所述驱动信号(168)的开关频率；以及
如果所述反馈信号(252)大于(308)反馈阈值信号(265)则减小(304)所述驱动信号(168)的开关频率。
12.根据实施方案11所述的方法，还包括对所述输入电压(102)进行整流(108)以生成经整流的电压(104)，其中所述输入电压感测信号(140)响应于所述经整流的电压(104)。
13.根据实施方案12所述的方法，还包括测量所述功率转换器(100)的所述输入电压(102)的所述经整流的电压(104)的每个半线循环的峰电压，其中所述如果所述输入电压感测信号(240)大于(302)峰电压信号(261)则减小(304)所述驱动信号(168)的开关频率包括：如果所述经整流的电压(104)的当前的半线循环(VP(N))的峰电压比所述经整流的电压(104)的在前的(preceding)半线循环(VP(N-1))的峰电压大一个阈值电压量(461)则减小(304)所述驱动信号(168)的开关频率。
14.根据实施方案11所述的方法，还包括响应于所述开关电流信号(141)测量一个开关电流包络(514)，其中所述如果所述开关电流感测信号(241)大于(306)电流限制信号(263)则减小(304)所述驱动信号(168)的开关频率包括：如果所述开关电流包络(514)达到一个阈值电流限制(ILIM516)则减小(304)所述驱动信号(168)的开关频率。
15.根据实施方案11所述的方法，还包括响应于所述反馈信号(152)测量所述反馈信号的平均值(606/608)，其中所述如果所述反馈信号(252)大于(308)反馈阈值信号(265)则减小(304)所述驱动信号(168)的开关频率包括：如果所述反馈信号(152)的所述平均值(606/608)达到一个阈值反馈信号值(608)则减小(304)所述驱动信号(168)的开关频率。
16.根据实施方案11所述的方法，还包括响应于减小所述驱动信号(168)的开关频率，减小所述功率转换器(100)的输出电流(160/460/560/660)。
17.一种功率转换器(100)，包括：
一个能量传递元件(112)，被耦合在所述功率转换器(100)的输入和所述功率转换器(100)的输出之间；
一个功率开关(118)，被耦合至所述能量传递元件(112)；以及
一个控制器(130)，被耦合以生成驱动信号(168)，所述驱动信号被耦合以控制所述功率开关(118)的开关，从而控制从所述功率转换器的所述输入到所述功率转换器(100)的所述输出的能量传递，其中所述控制器(130)包括：
一个状态选择电路(132)，被耦合以接收输入电压感测信号(140)、开关电流感测信号(141)以及反馈信号(152)，其中所述输入电压感测信号(140)代表所述功率转换器(100)的输入电压(102)，其中所述开关电流感测信号(141)代表所述功率开关(118)的开关电流(142)，其中所述反馈信号(152)代表所述功率转换器(100)的输出量(150)，其中所述状态选择电路(132)被耦合以响应于所述输入电压感测信号(140)生成输入电压信号(148)，其中所述状态选择电路(132)被耦合以响应于所述开关电流感测信号(141)生成输入电流信号(144)，且其中所述状态选择电路(132)被耦合以响应于所述反馈信号(152)生成输入阈值信号(154)；以及
一个状态机电路(134)，被耦合至所述状态选择电路(132)以接收所述输入电压信号(148)、所述输入电流信号(144)以及所述输入阈值信号(154)，其中所述状态机电路(134)被耦合以响应于所述输入电压信号(148)、所述输入电流信号(144)以及所述输入阈值信号(154)生成所述驱动信号(168)，以控制所述功率开关(118)的开关。
18.根据实施方案17所述的功率转换器(100)，其中所述状态选择电路(132)包括：
一个电压比较器(262)，被耦合以接收所述输入电压感测信号(240)和峰电压信号(261)，其中所述电压比较器(262)被耦合以响应于所述输入电压感测信号(240)和所述峰电压信号(261)输出所述输入电压信号(248)；
一个电流限制比较器(264)，被耦合以接收所述开关电流感测信号(241)和电流限制信号(263)，其中所述电流限制比较器(264)被耦合以响应于所述开关电流感测信号(241)和所述电流限制信号(263)输出所述输入电流信号(244)；
一个反馈比较器(266)，被耦合以接收所述反馈信号(252)和反馈阈值信号(265)，其中所述反馈比较器(266)被耦合以响应于所述反馈信号(252)和所述反馈阈值信号(265)输出所述输入阈值信号(254)。
19.根据实施方案17所述的功率转换器(100)，其中所述状态机电路(134)还被耦合成如果所述输入电压感测信号(240)大于(302)所述峰电压信号(261)则减小(304)所述驱动信号(168)的开关频率。
20.根据实施方案17所述的功率转换器(100)，其中所述状态机电路(134)还被耦合成如果所述开关电流感测信号(241)达到(306)所述电流限制信号(263)则减小(304)所述驱动信号(168)的开关频率。
21.根据实施方案17所述的功率转换器(100)，其中所述状态机电路(134)还被耦合成如果所述反馈信号(252)大于(308)所述反馈阈值信号(265)则减小(304)所述驱动信号(168)的开关频率。
22.根据实施方案17所述的功率转换器(100)，还包括一个整流器(108)，所述整流器被耦合至所述功率转换器(100)的所述输入以响应于所述输入电压(102)生成经整流的电压(104)，其中所述输入电压感测信号(140)被耦合成响应于所述经整流的电压(104)。
23.根据实施方案22所述的功率转换器(100)，其中所述控制器被耦合以测量所述经整流的电压(104)的每个半线循环的峰电压，其中所述状态机电路(134)还被耦合成如果所述经整流的电压(104)的当前的半线循环(VP(N))的峰电压比所述经整流的电压(104)的在前的半线循环(VP(N-1))的峰电压大一个阈值电压量(461)则减小(304)所述驱动信号(168)的开关频率。
24.根据实施方案17所述的功率转换器(100)，其中所述控制器被耦合以响应于所述开关电流信号(141)测量一个开关电流包络(514)，其中所述状态机电路(134)还被耦合成如果所述开关电流包络(514)达到一个阈值电流限制(ILIM516)则减小(304)所述驱动信号(168)的开关频率。
25.根据实施方案17所述的功率转换器(100)，其中所述控制器被耦合以测量所述反馈信号(152)的平均值(606/608)，其中所述状态机电路(134)还被耦合成如果所述反馈信号(152)的平均值(606/608)达到一个阈值反馈信号值(608)则减小(304)所述驱动信号(168)的开关频率。
26.根据实施方案17所述的功率转换器(100)，其中所述功率转换器(100)的输出电流(160/460/560/660)被耦合以响应于所述驱动信号(168)的开关频率的减小而被减小。

Claims (26)

1.一种用在功率转换器中的控制器，包括：
一个状态选择电路，被耦合以接收输入电压感测信号、开关电流感测信号以及反馈信号，其中所述输入电压感测信号代表所述功率转换器的输入电压，其中所述开关电流感测信号代表所述功率转换器的功率开关的开关电流，其中所述反馈信号代表所述功率转换器的输出量，其中所述状态选择电路被耦合以响应于所述输入电压感测信号生成输入电压信号，其中所述状态选择电路被耦合以响应于所述开关电流感测信号生成输入电流信号，且其中所述状态选择电路被耦合以响应于所述反馈信号生成输入阈值信号；以及
一个状态机电路，被耦合至所述状态选择电路以接收所述输入电压信号、所述输入电流信号以及所述输入阈值信号，其中所述状态机电路被耦合以响应于所述输入电压信号、所述输入电流信号以及所述输入阈值信号生成驱动信号，以控制所述功率开关的开关，从而控制从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的输出的能量传递。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中所述状态选择电路包括：
一个电压比较器，被耦合以接收所述输入电压感测信号和峰电压信号，其中所述电压比较器被耦合以响应于所述输入电压感测信号和所述峰电压信号输出所述输入电压信号；
一个电流限制比较器，被耦合以接收所述开关电流感测信号和电流限制信号，其中所述电流限制比较器被耦合以响应于所述开关电流感测信号和所述电流限制信号输出所述输入电流信号；以及
一个反馈比较器，被耦合以接收所述反馈信号和反馈阈值信号，其中所述反馈比较器被耦合以响应于所述反馈信号和所述反馈阈值信号输出所述输入阈值信号。
3.根据权利要求1所述的控制器，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述输入电压感测信号大于所述峰电压信号则减小所述驱动信号的开关频率。
4.根据权利要求1所述的控制器，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述开关电流感测信号达到所述电流限制信号则减小所述驱动信号的开关频率。
5.根据权利要求1所述的控制器，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述反馈信号大于所述反馈阈值信号则减小所述驱动信号的开关频率。
6.根据权利要求1所述的控制器，其中所述输入电压感测信号被耦合成响应于经整流的电压，所述经整流的电压响应于所述功率转换器的所述输入电压。
7.根据权利要求6所述的控制器，其中所述控制器被耦合以测量所述功率转换器的所述输入电压的所述经整流的电压的每个半线循环的峰电压，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述经整流的电压的当前的半线循环的峰电压比所述经整流的电压的在前的半线循环的峰电压大一个阈值电压量则减小所述驱动信号的开关频率。
8.根据权利要求1所述的控制器，其中所述控制器被耦合以响应于所述开关电流信号测量一个开关电流包络，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述开关电流包络达到一个阈值电流限制则减小所述驱动信号的开关频率。
9.根据权利要求1所述的控制器，其中所述控制器被耦合以测量所述反馈信号的平均值，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述反馈信号的所述平均值达到一个阈值反馈信号值则减小所述驱动信号的开关频率。
10.根据权利要求1所述的控制器，其中所述功率转换器的输出电流被耦合以响应于所述驱动信号的开关频率的减小而被减小。
11.一种控制功率转换器的方法，包括：
生成驱动信号以控制一个功率开关的开关，从而控制从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的输出的能量传递；
接收代表所述功率转换器的输入电压的输入电压感测信号；
接收代表所述功率转换器的开关电流的开关电流感测信号；
接收代表所述功率转换器的输出量的反馈信号。
如果所述输入电压感测信号大于峰电压信号则减小所述驱动信号的开关频率；
如果所述开关电流感测信号大于电流限制信号则减小所述驱动信号的开关频率；以及
如果所述反馈信号大于反馈阈值信号则减小所述驱动信号的开关频率。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括对所述输入电压进行整流以生成经整流的电压，其中所述输入电压感测信号响应于所述经整流的电压。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括测量所述功率转换器的所述输入电压的所述经整流的电压的每个半线循环的峰电压，其中所述如果所述输入电压感测信号大于峰电压信号则减小所述驱动信号的开关频率包括：如果所述经整流的电压的当前的半线循环的峰电压比所述经整流的电压的在前的半线循环的峰电压大一个阈值电压量则减小所述驱动信号的开关频率。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括响应于所述开关电流信号测量一个开关电流包络，其中所述如果所述开关电流感测信号大于电流限制信号则减小所述驱动信号的开关频率包括：如果所述开关电流包络达到一个阈值电流限制则减小所述驱动信号的开关频率。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括响应于所述反馈信号测量所述反馈信号的平均值，其中所述如果所述反馈信号大于反馈阈值信号则减小所述驱动信号的开关频率包括：如果所述反馈信号的所述平均值达到一个阈值反馈信号值则减小所述驱动信号的开关频率。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括响应于减小所述驱动信号的开关频率，减小所述功率转换器的输出电流。
17.一种功率转换器，包括：
一个能量传递元件，被耦合在所述功率转换器的输入和所述功率转换器的输出之间；
一个功率开关，被耦合至所述能量传递元件；以及
一个控制器，被耦合以生成驱动信号，所述驱动信号被耦合以控制所述功率开关的开关，从而控制从所述功率转换器的所述输入到所述功率转换器的所述输出的能量传递，其中所述控制器包括：
一个状态选择电路，被耦合以接收输入电压感测信号、开关电流感测信号以及反馈信号，其中所述输入电压感测信号代表所述功率转换器的输入电压，其中所述开关电流感测信号代表所述功率开关的开关电流，其中所述反馈信号代表所述功率转换器的输出量，其中所述状态选择电路被耦合以响应于所述输入电压感测信号生成输入电压信号，其中所述状态选择电路被耦合以响应于所述开关电流感测信号生成输入电流信号，且其中所述状态选择电路被耦合以响应于所述反馈信号生成输入阈值信号；以及
一个状态机电路，被耦合至所述状态选择电路以接收所述输入电压信号、所述输入电流信号以及所述输入阈值信号，其中所述状态机电路被耦合以响应于所述输入电压信号、所述输入电流信号以及所述输入阈值信号生成所述驱动信号，以控制所述功率开关的开关。
18.根据权利要求17所述的功率转换器，其中所述状态选择电路包括：
一个电压比较器，被耦合以接收所述输入电压感测信号和峰电压信号，其中所述电压比较器被耦合以响应于所述输入电压感测信号和所述峰电压信号输出所述输入电压信号；
一个电流限制比较器，被耦合以接收所述开关电流感测信号和电流限制信号，其中所述电流限制比较器被耦合以响应于所述开关电流感测信号和所述电流限制信号输出所述输入电流信号；以及
一个反馈比较器，被耦合以接收所述反馈信号和反馈阈值信号，其中所述反馈比较器被耦合以响应于所述反馈信号和所述反馈阈值信号输出所述输入阈值信号(254)。
19.根据权利要求17所述的功率转换器，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述输入电压感测信号大于所述峰电压信号则减小所述驱动信号的开关频率。
20.根据权利要求17所述的功率转换器，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述开关电流感测信号达到所述电流限制信号则减小所述驱动信号的开关频率。
21.根据权利要求17所述的功率转换器，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述反馈信号大于所述反馈阈值信号则减小所述驱动信号的开关频率。
22.根据权利要求17所述的功率转换器，还包括一个整流器，所述整流器被耦合至所述功率转换器的所述输入以响应于所述输入电压生成经整流的电压，其中所述输入电压感测信号被耦合成响应于所述经整流的电压。
23.根据权利要求22所述的功率转换器，其中所述控制器被耦合以测量所述经整流的电压的每个半线循环的峰电压，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述经整流的电压的当前的半线循环的峰电压比所述经整流的电压的在前的半线循环的峰电压大一个阈值电压量则减小所述驱动信号的开关频率。
24.根据权利要求17所述的功率转换器，其中所述控制器被耦合以响应于所述开关电流信号测量一个开关电流包络，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述开关电流包络达到一个阈值电流限制则减小所述驱动信号的开关频率。
25.根据权利要求17所述的功率转换器，其中所述控制器被耦合以测量所述反馈信号的平均值，其中所述状态机电路还被耦合成如果所述反馈信号的所述平均值达到一个阈值反馈信号值则减小所述驱动信号的开关频率。
26.根据权利要求17所述的功率转换器，其中所述功率转换器的输出电流被耦合以响应于所述驱动信号的开关频率的减小而被减小。
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