CN106961094A - 为电源变换器提供输入欠压和过压保护的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及为电源变换器提供输入欠压和过压保护的系统。提供了一种为电源变换器提供输入欠压和过压保护的系统，包括线电压‑线电流转换模块、保护控制逻辑模块、上电复位和欠压锁定模块、开关驱动模块、以及功率晶体管。当系统要启动时，开关驱动模块接收一个或多个测试脉冲，在一个或多个测试脉冲期间，开关驱动模块接收第一控制信号并且将第一信号与脉冲控制PWM信号相与以生成第一控制信号控制晶体管以使得系统进入第一模式，并且接收第二控制信号并且将第二信号与PWM信号相与以生成第二控制信号控制晶体管以使得系统进入第一模式。

Description

为电源变换器提供输入欠压和过压保护的系统
技术领域
本发明提出了一种为电源变换器提供输入欠压和过压保护的系统和方法。
背景技术
电源变换器被广泛应用于诸如便携式设备的消费类电子设备。电源变换器将电源从一种形式转换到另一种形式。作为示例，电源被从交流(AC)变换成直流(DC)、从DC变换成AC、从AC变换成AC或者从DC变换成DC。此外，电源变换器可以将电源从一个电平转换到另一个电平。经整流二极管整流滤波之后，电源变换器一般都将输入的交流电压转换为直流电压。
然而，在一些电网欠发达的国家和地区(例如，印度)，由于交流输入电压相当的不稳定，时高时低波动性很大(电压过高时会瞬间击坏电源，电压过低时会导致输出电压不稳定和纹波变大)；因此在这些国家和地区使用的电源变换器中加入交流输入欠压和过压保护功能是相当必要的。
发明内容
鉴于以上所述的问题，本发明提出一种为电源变换器提供输入欠压和过压保护的系统。从而例如，保证电源变换器在电网欠发达的国家和地区能可靠工作。
根据本公开的一个方面，提供了一种为电源变换器提供输入欠压和过压保护的系统，包括线电压-线电流转换模块、保护控制逻辑模块、上电复位和欠压锁定模块、开关驱动模块、以及功率晶体管，其中线电压-线电流转换模块的输入与输入电压相耦接，输出与保护控制逻辑模块的输入相耦接，并且被配置为将输入电压转换为第一电流；其中功率晶体管的集电极经由变压器的原边绕组连接到输入电压，并且经由采样电阻连接到地；其中保护控制逻辑模块的输出与开关驱动模块的输入相耦接，并且被配置为；一旦检测到第一电流变得大于第一阈值就生成第一控制信号以关断功率晶体管，并且一旦检测到第一电流变得小于第二阈值就生成第二控制信号以关断功率晶体管；并且其中开关驱动模块的输入与保护控制逻辑模块的输出以及上电复位和欠压锁定模块的输出相耦接，输出与功率晶体管的基极相耦接，并且被配置为：当系统要从功率晶体管关断后的第二模式启动时，开关驱动模块接收一个或多个测试脉冲，在一个或多个测试脉冲期间，开关驱动模块接收第一控制信号并且将第一信号与脉冲控制PWM信号相与以生成第一控制信号控制晶体管以使得系统进入第一模式，并且接收第二控制信号并且将第二信号与PWM信号相与以生成第二控制信号控制晶体管以使得系统进入第一模式。
根据本公开的另一方面，提供了包括根据本公开的欠压和过压保护系统的电源变换器。
根据本申请实施例的系统为电源变换器提供了欠压和过压保护。取决于实施例，还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
下面，将结合附图对本发明的示例性实施例的特征、优点和技术效果进行描述，附图中相似的附图标记表示相似的元件，其中：
图1是示出了根据本发明实施例的欠压和过压保护系统的框图。
图2是示出了一个实施例中用于图1的欠压和过压保护系统的各个控制信号的时序关系的简化时序图。
图3是示出了另一实施例中用于图1的欠压和过压保护系统的各个控制信号的时序关系的简化时序图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
图1是示出了根据本发明实施例的欠压和过压保护系统100的框图。该图仅作为示例，其不应该不适当地限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员应该理解很多变化、替代和修改。如图1所示，欠压和过压保护系统100可以包括：线电压-线电流转换模块110、保护控制逻辑模块120、上电复位和欠压锁定模块130、开关驱动模块140、功率晶体管150。此外，系统还可以包括脉冲生成模块、变压器T1、整流滤波模块、功率晶体管150、反馈分压电阻器R1和R2、采样电阻器Rs。
在一个示例中，功率晶体管150是双极结型晶体管。在另一示例中，功率晶体管150是场效应晶体管(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))。在又另一示例中，功率晶体管150是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。在各种示例中，反馈分压电阻器R1和R2、采样电阻器Rs的电阻值可以由本领域技术人员根据需要设置。
如图1所示，线电压-线电流转换模块110的输入与整流滤波模块160的输出相耦接，输出与保护控制逻辑模块120的输入相耦接。线电压-线电流转换模块110的输入还耦接在反馈分压电阻器R1和R2之间。保护控制逻辑模块120的输出与线电压-线电流转换模块110的输出相耦接，输出与开关驱动模块140的输入相耦接。开关驱动模块140的输入与保护控制逻辑模块120的输出以及上电复位和欠压锁定模块130的输出相耦接，输出与功率晶体管150的基极相耦接。功率晶体管150的基极与开关驱动模块140的输出相耦接，集电极与变压器T1的原边绕组电感的一端相耦接，并且发射极与采样电阻器Rs的一端相耦接(电阻器Rs的另一端耦接到地信号)。串联连接的反馈分压电阻器R1和R2与线电压-线电流转换模块的输入相耦接。
在功率晶体管150导通期间，线电压-线电流转换模块采样线电压Vbulk，并将线电压Vbulk转换成线电流Iline。在功率晶体管150导通期间，辅助绕组上的电压Vaux是负压，它与线电压Vbulk成比例关系，具体表达如下：
其中Naux表示辅助绕组匝数，Np表示原边绕组匝数。因此，在功率晶体管150导通期间，线电压Iline可以确定如下：
其中R1表示反馈上分压电阻器的电阻值，K表示电压到电流的转换系数的常数。
在将线电压Vbulk转换成线电流Iline之后，线电压-线电流转换模块110将线电流Iline送到保护控制逻辑模块120。根据一个实施例，当线电流Iline大于过压保护阈值电流(Ilovp)；保护控制逻辑模块120判定发生过压情形，并把当前状态锁住生成保护信号(BOVP_CTRL)。保护信号(BOVP_CTRL)与脉冲生成电路所生成的脉冲信号(PWM_CTRL)相与后生成开关信号(例如，脉宽调制PWM信号)。开关驱动模块140将PWM信号转化为基极输出电流信号(IBASE)，以控制功率晶体管150的导通和截止。
根据另一实施例，当线电流Iline小于欠压保护阈值电流(ILBO)时；保护控制逻辑模块120判定发生欠压情形，并把当前状态锁住生成保护信号(BOVP_CTRL)。保护信号(BOVP_CTRL)与脉冲生成电路生成的脉冲信号(PWM_CTRL)相与后生成开关信号(例如，脉宽调制PWM信号)。开关驱动模块140将信号PWM转化成基极输出电流信号(IBASE)，以控制功率晶体管150的导通与截止。
系统100还可以包括整流滤波模块160。从而根据一个实施例，当上电时，系统100接收交流电输入电压(例如，AC输入电压)。AC输入电压由整流滤波模块160(例如，全波整流桥)接收，整流滤波模块160随后生成经整流的输出电流，用于系统100的后续操作操作。经整流的输出电流在与整流滤波模块160的输出的节点VDD连接的启动电阻器Rstart上生成体电压Vbulk。当系统上电时，通过启动电阻启动电阻器Rstart给VDD充电，当VDD上升到上电复位电压，系统启动完成并且在正常模式中工作。
图2是示出了用于图1的欠压和过压保护系统100的各个控制信号的时序关系的简化时序图。该图仅作为示例，其不应该不适当地限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员应该理解很多变化、替代和修改。如图2所示，波形201代表固定的过压保护阈值电流Ilovp，波形202代表随时间变化的线电流Iline，并且波形303代表过压信号LOVP，并且波形204代表保护信号BOVP_CTRL。在图2中，例如，t0≤t1＜t2≤t3＜t4≤t5≤t6。
当线电流Iline(例如，在时间t0处)变得大于过压保护阈值电流Ilovp(例如，如波形202所示)；保护控制逻辑模块120判定发生过压情形。延迟一定时间(例如，Ttimer1)后触发过压保护，功率晶体管150关断，随后系统100进入自恢复模式。
根据一个实施例，在自恢复模式期间，当系统100要开始工作时，首先输出若干个脉冲(Tcounter)。根据一个实施例，输出一个脉冲作为检测脉冲；在其它实施例中，检测脉冲可以是一般是不大于10个的脉冲，例如2个、3个等(例如，如波形209所示)。
在检测脉冲(Tcounter)期间，如果检测到线电流Iline大于过压保护阈值电流Ilovp就马上再次进入自恢复模式。换言之，系统可以仅发生一次脉冲或者几次脉冲，例如小于10个脉冲。在自恢复模式期间，如果在检测脉冲(Tcounter)期间内都检测不到线电流Iline大于过压保护阈值电流Ilovp，则系统将退出保护模式而恢复正常工作状态。
图3是示出了另一实施例中用于图1的欠压和过压保护系统100的各个控制信号的时序关系的简化时序图。该图仅作为示例，其不应该不适当地限制权利要求的范围。本领域的普通技术人员应该理解很多变化、替代和修改。如图3所示，波形301代表固定的欠压保护阈值电流ILBO，波形302代表随时间变化的线电流Iline，并且波形303代表欠压信号LBO，并且波形304代表保护信号BOVP_CTRL。在图3中，例如，t0≤t1＜t2≤t3＜t4≤t5≤t6。
与图2中的情形类似的，当系统100在正常工作时检测到线电流(Iline)小于欠压保护阈值电流(ILBO)，保护控制逻辑模块120判定发生欠压情形。延迟一定时间(例如，Ttimer2)后触发过压保护，功率晶体管150关断，随后系统进入自恢复模式。
根据一个实施例，在自恢复模式期间在开始工作时首先输出若干个脉冲(Tcounter)。根据一个实施例，输出一个脉冲作为检测脉冲；在其它实施例中，检测脉冲可以是一般是不大于10个的脉冲，例如2个、3个等(例如，如波形309所示)。
在检测脉冲(例如，Tcounter)期间如果检测到线电流Iline小于欠压保护阈值电流ILBO，则马上再次进入自恢复模式。换言之，系统可以仅发生一次脉冲或者几次脉冲，例如小于10个脉冲。在自恢复期间，如果在检测脉冲Tcounter期间内都检测不到线电流Iline小于欠压保护阈值电流ILBO，则系统将退出保护模式而恢复正常工作状态。
本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。
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。
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 (7)

1.一种为电源变换器提供输入欠压和过压保护的系统，包括线电压-线电流转换模块、保护控制逻辑模块、上电复位和欠压锁定模块、开关驱动模块、以及功率晶体管，
其中所述线电压-线电流转换模块的输入与输入电压相耦接，输出与保护控制逻辑模块的输入相耦接，并且被配置为将输入电压转换为第一电流；
其中所述功率晶体管的集电极经由变压器的原边绕组连接到输入电压，并且经由采样电阻连接到地；
其中所述保护控制逻辑模块的输出与所述开关驱动模块的输入相耦接，并且被配置为；
一旦检测到所述第一电流变得大于第一阈值就生成第一控制信号以关断所述功率晶体管，并且一旦检测到所述第一电流变得小于第二阈值就生成第二控制信号以关断所述功率晶体管；并且
其中所述开关驱动模块的输入与所述保护控制逻辑模块的输出以及所述上电复位和欠压锁定模块的输出相耦接，输出与所述功率晶体管的基极相耦接，并且被配置为：
当所述系统要从所述功率晶体管关断后的第二模式启动时，所述开关驱动模块接收一个或多个测试脉冲，在所述一个或多个测试脉冲期间，所述开关驱动模块接收所述第一控制信号并且将所述第一信号与脉冲控制PWM信号相与以生成第一控制信号控制所述晶体管以使得所述系统进入第一模式，并且接收所述第二控制信号并且将所述第二信号与所述PWM信号相与以生成第二控制信号控制所述晶体管以使得所述系统进入第一模式。
2.如权利要求1所述的系统，其中如果在所述第三模式期间没有检测到所述第一电流变得大于所述第一阈值，则所述系统进入第一模式。
3.如权利要求1所述的系统，其中如果在所述第三模式期间没有检测到所述第一电流变得小于所述第二阈值，则所述系统进入第一模式。
4.如权利要求1所述的系统，还包括整流滤波模块，所述整流滤波模块将所述输入电压进行整流后输出到所述线电压-线电流转换模块。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个测试脉冲的数量不大于10个。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述一个或多个测试脉冲的数量为2个或3个。
7.一种包括如权利要求1-6中的任何一项所述的系统的电源变换器。
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