CN107800283B - 有源钳位反激控制器及其电力供应系统和控制方法 - Google Patents

有源钳位反激控制器及其电力供应系统和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电力供应拓扑的钳位电压检测和过电压保护。一种有源钳位反激控制器包括第一输入端子和第二输入端子、钳位电压检测电路以及过电压保护电路。第一输入端子适于耦接到钳位电容器的端子。第二输入端子接收与反激变压器的辅助绕组两端的电压成比例的反馈信号。钳位电压检测电路耦接到第一输入端子和第二输入端子，并且检测钳位电压为第一输入端子处的电压与输入电压之间的差值，钳位电压检测电路使用来自第二输入端子的信号计算输入电压。过电压保护电路耦接到钳位电压检测电路，用于比较钳位电压和阈值，并且如果钳位电压大于阈值，触发保护操作。

Description

有源钳位反激控制器及其电力供应系统和控制方法
技术领域
本公开涉及电力变换器并且尤其涉及使用有源钳位反激拓扑的电力变换器。
背景技术
反激(flyback)变换器经常在交流到直流(AC/DC)变换中使用。在一些反激体系结构中，与同步驱动的高侧晶体管串联的有源钳位电容器与反激变压器的初级绕组并联连接以平滑变换器的输出。作为结果的变换器称作有源钳位反激(ACF)变换器。
当ACF变换器在稳定状态下操作时，它将钳位电容器两端的钳位电压(VCLAMP)维持在近似某个值，但是由于由漏电感电流而引起的充电和放电而导致在该值附近脉动。如果防止高侧晶体管开关的故障发生，那么ACF变换器继续像常规反激变换器一样操作。然而，MOSFET具有将体(body)连接到源极端子而造成的寄生体二极管。因为不存在放电路径，该体二极管使得VCLAMP增加。钳位电容器两端的电压的该积累将最终使得ACF变换器损坏或者另外出现故障。
附图说明
通过参考附随附图，可以更好地理解本公开，并且它的许多特征和优点变得对本领域那些技术人员而显然，其中：
图1以部分框图和部分示意图的形式例示根据各种实施例的电力供应系统；
图2例示示出图1的电力供应系统的几个信号的时序图集合；
图3以部分框图和部分示意图的形式例示可以用来实现图1的VCLAMP检测电路和OVP电路的ACF控制器的简化电路；
图4例示图1的ACF控制器的操作的流程图；以及
图5以部分框图和部分示意图的形式例示可以用来实现图1和3的ACF控制器的ACF控制器。
不同附图中相同标号的使用指示类似或者相同的项目。除非另外注释，单词“耦接”及其相关联的动词形式包括通过本领域中已知的手段的直接连接和间接电气连接，并且除非另外注释，直接连接的任何描述同样暗示着使用适当形式的间接电气连接的替代实施例。
具体实施方式
在本公开中，提供许多具体的细节，诸如电路、组件和方法的示例，以提供本发明的实施例的充分理解。然而，本领域普通技术人员将认识到，可以不使用具体细节的一个或多个来实践这里描述的电路。在其他实例中，没有示出或者描述众所周知的细节以避免模糊本发明的诸方面。
图1以部分框图和部分示意图的形式例示根据各种实施例的电力供应系统100。电力供应系统100是具有ACF拓扑的离线AC/DC变换器。电力供应系统100通常包括AC电压源110、桥式整流器120、块体电容器(bulk capacitor)130、反激变压器140、初级侧电路150(它在图1中没有指出)、次级侧电路160、偏压绕组电路170和ACF控制器180。
AC电压源110具有第一端子和第二端子并且提供时变全波AC电压。例如，AC电压源110可以是110VRMS、60赫兹(Hz)AC主电源或者220VRMS、50Hz AC主电源。
桥式整流器120包括二极管122、124、126和128。二极管122具有连接到AC电压源110的第一端子的阳极，以及阴极。二极管124具有连接到初级接地的阳极，以及连接到二极管122的阳极的阴极。二极管126具有连接到AC电压源110的第二端子的阳极，以及连接到二极管122的阴极的阴极。二极管128具有连接到初级接地的阳极，以及连接到二极管126的阳极的阴极。
块体电容器130具有连接到二极管122和126的阴极的第一端子，以及连接到初级接地的第二端子。
反激变压器140是包括初级绕组141、次级绕组142和辅助绕组143的磁芯变压器。同样在图1中示出漏电感144和磁化电感145。初级绕组141具有通过漏电感144耦接到二极管122和126的阴极的第一端，通过磁化电感145耦接到第一端的第二端，并且具有标注为“Np”的线匝数量。次级绕组142具有第一端，以及连接到次级接地的第二端。辅助绕组143具有第一端，以及连接到初级接地的第二端。
初级侧电路150包括低侧开关151、高侧开关152和钳位电容器153。低侧开关151作为N通道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)而实现，具有连接到初级绕组141的第二端的漏极、栅极以及连接到初级接地的源极。高侧开关152作为N通道MOSFET而实现，具有连接到标注为“A”的节点的漏极、栅极以及连接到低侧开关151的漏极和到初级绕组141的第二端的源极。钳位电容器153具有连接到二极管122和126的阴极的第一端子，以及连接到高侧开关152的漏极的第二端子。在一些实施例中，齐纳二极管(未示出)可以并联连接到钳位电容器153，其阳极连接到二极管122和126的阴极并且其阴极连接到节点“A”。与低侧开关151和高侧开关152相关联的是各自的寄生二极管154和155。这些寄生二极管称作体二极管，并且代表由各自MOSFET晶体管的体到它的源极的连接而形成的PN结。寄生二极管的每个具有连接到各自MOSFET的源极的阳极，以及连接到各自MOSFET的漏极的阴极。
次级侧电路160包括二极管162和电容器164。二极管162具有连接到次级绕组142的第一端的阳极，以及用于将标注为“VOUT”的输出电压提供到负载(图1中未示出)的阴极。电容器164具有连接到二极管162的阴极的第一端子，以及连接到次级接地的第二端子。
偏压绕组电路170包括二极管172、电容器174、电阻器176和电阻器178。二极管172具有连接到辅助绕组143的第一端的阳极，以及阴极。电容器174具有连接到二极管172的阴极的第一端子，以及连接到初级接地的第二端子。电阻器176具有连接到辅助绕组143的第一端的第一端子，以及第二端子。电阻器178具有连接到电阻器176的第二端子的第一端子，以及连接到初级接地的第二端子。
ACF控制器180具有连接到高侧开关152的漏极和到钳位电容器153的第二端、标注为“HV”的高电压端子181，连接到高侧开关152的栅极、标注为“HG”的高侧开关栅极端子182，连接到低侧开关151的栅极、标注为“LG”的低侧开关栅极端子183，连接到二极管172的阴极和到电容器174的第一端子、标注为“VDD”的电力供应端子184，连接到电阻器176的第二端子和到电阻器178的第一端子、标注为“VS”的第二电压端子185，以及连接到初级接地、标注为“GND”的接地端子186。
ACF控制器180包括两个感兴趣的电路，VCLAMP检测电路187和过电压保护(OVP)电路188。ACF控制器180也包括各种其他控制和保护端子和电路。因为这些是常规的，所以它们没有在这里详细地示出和描述。
在操作中，电力供应系统100从AC电压源110接收时变输入电压并且生成输出电压VOUT以基于接收输出电压VOUT的负载的电力需求供应电流。虽然电力供应系统100使用AC/DCACF拓扑，但是应当理解，这里公开的技术可以在DC/DC有源钳位拓扑、AC/DC有源钳位正激拓扑、DC/DC有源钳位正激拓扑等中实现。这里参考电力供应系统100描述的电路系统可以整个或者部分地位于诸如例如集成电路(IC)这样的单个设备内，或者作为替代，电力供应系统100中元件的一些或者全部可以是分立组件、IC与分立组件的组合等。可以利用电力供应系统100将常规壁式电力(例如，110VRMS AC、220VRMS AC等)变换成DC电压用于移动通信和/或计算设备。
ACF控制器180使用脉冲宽度调制(PWM)调控VOUT并且使用常规电压和/或电流模式控制调整开关151的占空比来控制开关151的占空比。另外，ACF控制器180以与激活低侧开关151通常互补的方式激活高侧开关152。如很好理解的，ACF控制器180由此以开关状态的重复序列操作电力供应系统100。
ACF控制器180使用由高侧开关152和钳位电容器153形成的有源钳位来钳制晶体管关闭电压尖脉冲并且重复利用变压器泄露能量。该操作使得零电压切换(ZVS)对于低侧开关151和高侧开关152成为可能，虽然与传统反激控制相比较，需要一些另外的电力级组件并且略微增加ACF控制器180的复杂度。
然而，不像常规ACF控制器，ACF控制器180将HV引脚连接到节点A，既测量VCLAMP又允许VCLAMP的可控放电。因此，ACF控制器180防止当高侧开关失败时VCLAMP的不受控制的积累。如下面将进一步描述的，ACF控制器180也不直接测量VCLAMP，避免对于另外的集成电路高电压端子的需求。代替地，它通过测量节点A上的电压并且使用通过VS端子185的电流来计算钳位电容器153的第一端子上的电压来间接地测量VCLAMP。ACF控制器180也使用结型场效应晶体管(JFET)将VCLAMP放电至安全电平。
而且，ACF控制器180使用现有的IC端子(HV端子)测量钳位电容器153的第二端子上的电压以及执行放电操作。在启动期间，ACF控制器180也将HV引脚连接到内部旁路电路，从而在辅助绕组143和偏压绕组电路170能够生成用于VDD的足够大的值之前将电力提供到ACF控制器180。
ACF控制器180如下确定VCLAMP。首先，在使用开关151和152进行切换之前在启动时，ACF控制180确定输入电压VIN(t)的初始峰值，这里称作VIN*。此时，假设钳位电容器153完全放电，并且因此VIN*代表VIN(t)的隔离的初始峰值。
第二，在启动之后，ACF控制器180开始对开关151和152进行切换，测量进入VS引脚的电流的值，标注为“IVS(t)”，并且也测量峰值IVS*。如由下面的等式所示，进入VS端子185的电流与VIN(t)成比例，并且IVS*的值也与VIN*成比例，其中NA是辅助绕组143的线匝数量，NP是初级绕组141的线匝数量，并且R1是电阻器176的电阻：
Figure GDA0002805861140000061
假设VTH近似为零伏特，IVS*由下面给出：
Figure GDA0002805861140000062
因此，通过VS引脚185的峰值电流IVS*与峰值输入电压VIN*成比例。ACF控制器180可以包括图1中未示出的存储器，以存储VIN*和IVS*的值。
第三，在正常操作期间，ACF控制器180测量并且存储IVS(t)的瞬时值。
第四，ACF控制器180使用IVS(t)、VIN*和IVS*的测量值计算VIN(t)。VIN(t)由下面的等式给出：
VIN(t)＝IVS(t)·VIN*/IVS* [3]
而且，ACF控制器180通过测量节点A的电压，其等于VIN(t)+VCLAMP，并且从量值VIN(t)+VCLAMP中减去VIN(t)：
VCLAMP＝VA-VIN(t)＝VA-IVS(t)·VIN*/IVS* [4]
以这种方式，ACF控制器180使用OVP电路188检测VCLAMP的值什么时候太高，并且将VCLAMP选择性地放电至期望范围内的值。OVP电路188滞后地完成该功能。在一个示例中，在120VRMS AC主电源系统中，OVP电路188检测VCLAMP的计算值什么时候升高超过180V，并且然后放电VCLAMP直到电压下降至低于120V。
图2例示示出图1的电力供应系统100的几个信号的时序图集合。在时序图集合200中，水平轴代表以毫秒(msec)为单位的时间，并且垂直轴代表以伏特或者安培为单位的几个信号的值，根据情况而定。时序图集合200示出感兴趣的五个信号：相应时序图210、220、230、240和250中的VIN(t)、HVON、VDD、LG和IVS(t)。时序图集合200也示出感兴趣的四个时间，标注为“t0”、“t1”、“t2”和“t3”。
时序图210包括由图1的桥式整流器120的操作形成的、所示为已整流的正弦波，亦即，半正矢(haversine)波的VIN(t)的波形212。该半正矢波可以例如作为全波整流的AC主电源电压而生成。波形214代表通过块体电容器130的操作而平滑的半正矢波。波形214在时间t0和t1之间达到标注为“VIN*”的峰值。在时间t1，ACF控制器180开始切换通过反激变压器140的初级绕组141的电流以将电流输送到负载。由于反激变压器140中磁通量的积累，波形214在时间t1之后开始更多地跟随波形212的轮廓。
时序图220包括标注为“HVON”的控制信号的波形，在t0与t1之间具有有效高脉冲222达超过VIN(t)的一个全循环，直到VDD达到它的阈值以激活ACF控制器180。然而，在t1之后，ACF控制器180仅激活HV ON信号达非常短的时间周期。例如，对于每300微秒(μs)，ACF变压器可以激活HV ON达3μs。
时序图230包括操作电力供应电压VDD的波形232。在启动期间以及在ACF控制器180开始切换反激变压器140之前，ACF控制器180内部的旁路电路使用初级线路电压对内部电路供电。在时间t0与t1之间，ACF控制器180使用经平滑、整流的输入电压以大致线性的模式斜升外部存储电容器上的电压。然而，一旦VDD达到标注为“VUVLO”的内部锁定阈值，旁路电路将经平滑、整流的输入电压与存储电容器断开连接。此后，由于电流需求大于辅助绕组提供电流的能力，电压初始地降低。经过相对短的时间量，电容器上的电压朝向由辅助绕组143生成的电压而斜升回去。
时序图240包括示出施加到开关151的栅极的LG信号的值的波形242。如由波形242所示，它在时间t0与t1之间以非有效状态开始，保持开关151不导通。在时间t1之后，波形242以与波形212的频率相比较相对高的速率切换，并且这所示为阴影区。
时序图250包括示出通过VS端子185传导的IVS(t)信号的值的波形252。波形252在时间t1开始切换，并且在时间t1与时间t2之间的周期期间达到标注为“IVS*”的峰值。因为这是下一个随后的循环，所以该技术假设线路电压没有显著地改变。
发明人发现可以确定线路电压，亦即，块体电容器130两端的电压的瞬时值，而不直接地测量它。当低侧开关151接通时，辅助绕组143两端的电压，并且因此信号IVS，与线路电压成比例。如果将峰值电压的值VIN*乘以瞬时电流的值IVS(t)与峰值电流IVS*的比值，那么可以计算钳位电容器153的第一端子处瞬时电压的值VIN(t)，而不直接地测量。VCLAMP的瞬时值可以计算为钳位电容器153的第一端子与第二端子上的瞬时电压之间的差值。因此ACF控制器180不需要另外的IC高电压端子来直接测量VIN(t)，减少ACF控制器180的成本。
一旦已经确定VCLAMP，那么ACF控制器180可以使用它选择性地实现过电压保护功能，以防止如此高以至于可能另外引起电力供应系统100的组件的损坏的电压。例如，ACF控制器180可以通过选择性地放电钳位电容器153的第二端子上的电压来执行过电压保护功能。下面进一步描述考虑绿色模式以及其他低电力模式的过电压保护技术。
图3以部分框图和部分示意图的形式例示可以用来实现图1的VCLAMP检测电路187和OVP电路188的ACF控制器300的简化图。ACF控制器300包括HV端子181、开关310、电阻器320、跨导放大器330和比较器340。开关310具有连接到HV端子181的第一端子、第二端子和控制端子。电阻器320具有连接到开关310的第二端子的第一端子，以及连接到接地的第二端子。跨导放大器330具有用于接收标注为“VIN CAL”的电压的非反相输入，连接到初级接地的反相输入，连接到VDD的正电流端子，以及连接到电阻器320的第一端子的输出端子。比较器340具有连接到电阻器320的第一端子的非反相输入，用于接收标注为“VTH”的阈值电压的反相输入，以及用于提供图3中所示标注为“OVP”的输出信号、连接到开关310的控制端子的输出。
在操作中，ACF控制器300周期性地闭合开关310以采样HV引脚上的电压。在一个示例中，ACF控制器300在300μs的周期期间闭合开关310一次达3μs。连接到HV引脚的钳位电容器153的第二端子上的电压等于VIN(t)+VCLAMP。VIN(t)可以直接地测量，但是将需要添加集成电路高电压端子。然而，ACF控制器300使用间接测量的信号VINS测量VCLAMP并且当VCLAMP太高时执行保护操作。
流过开关310进入电阻器320的第一端子的电流等于(VIN(t)+VCLAMP)/RS，其中RS是电阻器320的电阻。跨导放大器330从该电流中减去等于VIN CAL*gm的电流，其中gm是跨导放大器330的跨导。注意，因为VCLAMP+VIN(t)>VDD，电流从HV端子181流到VDD中并且减少通过电阻器320的电流。流过电阻器320的电流等于(VIN(t)+VCLAMP)/RS-VIN CAL*gm。如果gm设置为等于1/RS，那么通过电阻器320的电流等于(VIN(t)+VCLAMP-VIN CAL)/RS。如果VIN(t)≈VIN CAL，那么比较器340的非反相输入上的电压近似等于VCLAMP。通过gm、RS和VTH的适当选择，当VCLAMP高于某个不期望的电压电平时，比较器340可以激活OVP信号。
响应于OVP信号的激活，开关310闭合并且开始放电钳位电容器153。一旦钳位块体电容器130两端的电压下降到足够低的电压，ACF控制器300取消激活OVP信号。例如，如果VCLAMP大于180伏特，ACF控制器300可以激活OVP信号，并且然后如果VCLAMP下降至低于120伏特，随后取消激活OVP信号。
这个简单的示例示出ACF控制器180如何计算VIN(t)而不使用额外的集成电路高电压端子，并且当VCLAMP太高时保护钳位电容器153。在一些实施例中，ACF控制器180包括其他有利的机制以现在将更详细说明的方式支持绿色模式并且减少电力消耗。
图4例示图1的ACF控制器180的操作的流程图400。在判定框402中，ACF控制器180通过确定绿色模式信号是否有效，亦即，在该示例中，绿色模式信号是否处于逻辑高状态，确定它是否处于绿色模式中。如果绿色模式有效，在动作框404中，ACF控制器180闭合开关310并且流程返回到判定框402，因此保持开关310闭合，同时ACF控制器180保持处于绿色模式中并且减少电力消耗。因为在绿色模式中不存在切换，所以不存在VCLAMP继续增加的机制，并且因此ACF控制器180在绿色模式中节省电力。
如果ACF控制器180没有处于绿色模式中，例如，在正常模式中或者在突发模式中，那么在动作框406，ACF控制器180激活开关310达第一时间周期，例如3μs，以监控VCLAMP。ACF控制器180可以按照规律间隔(例如，在300μs的周期期间3μs)或者按照随机间隔执行该监控。在判定框408中，ACF控制器180确定VCLAMP是否大于第一阈值，例如，180V。如果VCLAMP大于第一阈值，那么在动作框410，ACF控制器180保持开关310闭合，同时ACF控制器180继续监控VCLAMP。定时器计数达第二时间周期，例如500μs。在该时间期间，钳位电容器153放电到VDD电容器174，并且在该时间周期结束时，ACF控制器180能够如上所述测量VCLAMP以确定VCLAMP中的积累是临时发生还是更严重的状况。
流程继续进行到三个判定框412、414和420的集合。在判定框412中，ACF控制器180确定VCLAMP是否已经放电至低于较低阈值，例如，120V。如果VCLAMP已经下降至低于第一阈值，那么ACF控制器180断定高侧开关152工作正常并且流程返回到判定框402。如果不是，流程继续进行到判定框414。
在判定框414中，ACF控制器180确定定时器是否已经过期。如果是，那么ACF控制器180确定VCLAMP是否仍然高于第一阈值，例如，180V。如果是，那么ACF控制器180断定开关152或者ACF控制器180与开关152之间的连接有故障并且在动作框418中执行OVP操作。在OVP操作的一个示例中，ACF控制器180取消激活开关151和152两者，并且另外关闭电力供应系统100以保护系统和负载。如果不是，那么ACF控制器180断定开关152可能工作正常并且将流程返回到判定框402。例如，VCLAMP中的积累可能是ACF控制器180处于突发模式的结果，并且500μs的间隔将足够长以使得VCLAMP降低至低于180V。
如果定时器没有过期，那么流程继续进行到判定框420。在判定框420中，ACF控制器180确定绿色模式是否变得有效。因为绿色模式的激活先前在判定框402中核实，该状况指示仅在检测到VCLAMP高于180V之后进入绿色模式。如果绿色模式信号没有有效，那么ACF控制器将流程返回到判定框412并且ACF控制器180保持在该循环中，直到VCLAMP下降至低于120V、定时器过期或者进入绿色模式。
如果在500μs定时器开始之后但是在它过期之前已经进入绿色模式，那么流程继续到动作框422。在动作框422中，ACF控制器180保持开关310闭合并且重置但是不重新启动500μs定时器。绿色模式自动地停止开关151和152的切换，并且因此不再有进一步增加VCLAMP上的电压的机制。在判定框424中，ACF控制器180确定VCLAMP是否已经下降至低于120V。如果VCLAMP已经下降至低于120V，那么流程返回到判定框402，并且ACF控制器180继续执行判定框402和动作框404，直到如上所述绿色模式结束。然而，如果VCLAMP不低于120V，那么流程继续到判定框426。在判定框426中，ACF控制器180确定绿色模式是否仍然有效。如果绿色模式信号仍然为高，即绿色模式仍然有效，那么流程返回到动作框422。如果绿色模式信号已经变低，指示绿色模式的结束，那么流程返回到动作框410并且流程如上所述继续进行。
在各种实施例中，ACF控制器180可以使用硬件电路系统、在微控制器上运行的固件或者二者的某种组合实现流程图400中所示的流程。ACF控制器180实现流程图400中的操作以保护电力供应系统100免受与开关152的切换有关的非常高的电压，该高电压可能引起VCLAMP的失控增加。
图5以部分框图和部分示意图的形式例示可以用来实现图1的ACF控制器180和图3的ACF控制器300的ACF控制器500。ACF控制器500可以在单个集成电路中实现，但是也可以使用分立组件实现。ACF控制器500包括连接到HV端子181、VDD端子184和VS端子185以及旁路电路590的VCLAMP检测电路187和OVP电路188的具体电路实现方式。
VCLAMP检测电路187包括结型场效应晶体管(JFET)510、电阻器520、跨导放大器530、峰值检测器540和550以及计算电路560。JFET 510具有连接到HV端子181的漏极、栅极和源极。在其他实施例中，JFET 510可以由另一种类型的晶体管，诸如耗尽型MOSFET取代。电阻器520具有连接到JFET 510的源极的第一端子，以及连接到接地的第二端子。跨导放大器530具有用于接收VIN CAL信号的非反相输入，连接到初级接地的反相输入，以及连接到电阻器520的第一端子的输出。峰值检测器540具有连接到电阻器520的第一端子的输入，用于接收标注为“HV STARTUP”的信号的控制输入，以及用于提供信号VIN*的输出。峰值检测器550具有连接到VS端子185的输入，用于接收标注为“SAMPLE”的信号的控制输入，以及用于提供IVS*信号的输出。计算模块560具有连接到峰值检测器540的输出的第一输入，连接到峰值检测器550的输出的第二输入，连接到端子185的第三输入，以及连接到跨导放大器530的非反相输入的输出用于向其提供信号VIN CAL。
OVP电路188包括比较器570以及定时和控制模块580。比较器570具有连接到电阻器520的第一端子用于接收VCLAMP信号的非反相输入，用于接收VTH基准电压的反相输入，以及输出。定时和控制模块580具有连接到比较器570的输出的输入，连接到JFET 510的栅极的第一输出，以及连接到峰值检测器550的输入的第二输出用于向其提供SAMPLE信号。
旁路电路590包括开关592和比较器594。开关592具有连接到电阻器520的第一端子的第一端子，连接到VDD端子184的第二端子，以及控制端子。比较器594具有用于接收标注为“VUVLO”的基准电压的非反相输入，连接到开关592的第二端子的反相输入，以及连接到峰值检测器540的控制输入和到开关592的控制端子的输出用于向其提供HV STARTUP信号。
ACF控制器500是实现上面在图1-4中描述的ACF控制器的操作的ACF控制器的实施例。当启动时，定时和控制模块580激活JFET 510的栅极上的信号。因为VDD为低(假设电容器174被完全放电)，比较器594以高状态激活HV STARTUP，闭合开关592并且允许电容器174通过HV引脚充电。峰值检测器540也在启动时捕获HV引脚的值，VIN*，因为钳位电容器153两端的电压初始为零。VDD端子184上的电压一旦超过VUVLO，比较器594取消激活HV STARTUP信号，打开开关592。因此ACF控制器500具有HV端子181以在启动期间提供内部电力，并且在启动之后也进一步使用它测量VCLAMP+VIN(t)。
如图2中所示，定时和控制模块580在启动周期之后在第一循环期间激活SAMPLE信号，并且在定时和控制模块580取消激活SAMPLE信号之后，峰值检测器550捕获初级电流的峰值IVS*。计算模块560通过如上所述首先确定VIN CAL，并且然后根据gm和RS对VIN CAL进行比例缩放，进一步计算VIN CAL的值。定时和控制模块580在硬件中根据图4的流程图打开和闭合由JFET 510形成的开关，并且如上所述检测VCLAMP是否高于高阈值或者低于低阈值。如图5中所示，比较器570是滞后比较器，但是在其他实施例中，它可以使用具有相应固定阈值的单独比较器实现。
因此虽然已经提供了具体的实施例，但是许多另外的实施例将对于阅读本公开的本领域普通技术人员显然。例如，虽然ACF控制器180可以作为单个单片集成电路而实现，但是在其他实施例中，ACF控制器180的不同部分可以单片地或者作为分立组件实现。高侧和低侧开关所示为N通道MOSFET，但是在其他实施例中，可以使用其他晶体管类型。类似地，开关310可以如图5中所示使用JFET，或者使用诸如耗尽型MOSFET这样的其他晶体管类型实现。而且，这里描述的保护机制可以对于不同的应用改变或者更改。
在一种形式中，如上所述的有源钳位反激控制器具有启动旁路电路。根据一方面，启动旁路电路包括开关和比较器，开关具有耦接到第一输入端子的第一端子，耦接到第三端子的第二端子，以及控制端子，并且比较器具有耦接到第三端子的第一输入，用于接收欠压锁定阈值的第二输入，以及耦接到开关的控制端子的输出。
根据另一方面，钳位电压检测电路包括开关、电阻器和跨导放大器，开关具有耦接到第一输入端子的第一电流电极，控制端子，以及用于提供钳位电压的第二电流电极，电阻器具有耦接到开关的第二电流电极的第一端子，以及耦接到接地的第二端子，并且跨导放大器具有用于接收输入电压的计算的第一端子，耦接到基准电压端子的第二端子，以及耦接到电阻器的第一端子的输出。根据该方面，过电压保护电路可以包括比较器以及定时和控制电路，比较器具有用于接收钳位电压的计算的第一输入，用于接收阈值电压的第二输入，以及用于提供过电压保护信号的输出，并且定时和控制电路具有耦接到比较器的输出的输入，以及耦接到开关的控制端子的输出，其中定时和控制电路响应于过电压保护信号的激活而激活开关以放电第一输入端子上的电压。而且，根据该方面，定时和控制电路可以激活开关达预先确定的时间周期，以放电第一输入端子上的电压。而且，定时和控制电路可以激活开关，直到钳位电压下降至低于低阈值。
根据再另一方面，保护操作包括放电第一输入端子上的电压。
在另一种形式中，有源钳位反激控制器具有绿色模式。根据一方面，钳位电压检测电路使用来自辅助绕组的信号计算钳位电容器的第二端子上的电压。
根据另一方面，保护操作包括放电钳位电容器上的电压。
在再另一种形式中，电力供应系统包括反激变压器、初级侧电路、变压绕组电路和有源钳位反激控制器。根据一方面，保护操作包括放电第一输入端子上的电压。
根据又另一方面，钳位电压检测电路包括第一峰值检测器、第二峰值检测器和计算模块。第一峰值检测器具有选择性地耦接到第一输入端子的输入、用于接收启动控制信号的控制输入，以及用于在启动控制信号激活期间提供峰值输入电压作为第一输入端子处的峰值的输出。第二峰值检测器具有耦接到第二端子的输入，用于接收采样信号的控制输入，以及用于在采样信号激活期间提供峰值输入电流作为第二输入端子处峰值电压的值的输出。计算模块耦接到第一峰值检测器和第二峰值检测器并且耦接到第二输入端子，用于通过将峰值输入电压乘以第二输入端子处的电压与峰值输入电流的比值来计算输入电压。
根据再另一方面，电力供应系统还包括用于将电力供应电压传导到有源钳位反激控制器的内部电路的第三端子，以及启动旁路电路，启动旁路电路具有耦接到第一输入端子的输入，耦接到第三端子和到有源钳位反激控制器的内部电路系统的第一输出，以及用于提供启动控制信号的第二输出。根据该方面，启动旁路电路可以包括开关和比较器，开关具有耦接到第一输入端子的第一端子，耦接到第三端子的第二端子，以及控制端子，并且比较器具有耦接到第三端子的第一输入，用于接收欠压锁定阈值的第二输入，以及耦接到开关的控制端子的输出。
根据另一方面，钳位电压检测电路可以包括开关、电阻器和跨导放大器，开关具有耦接到第一输入端子的第一电流电极，控制端子，以及用于提供钳位电压的第二电流电极，电阻器具有耦接到开关的第二电流电极的第一端子，以及耦接到接地的第二端子，并且跨导放大器具有用于接收输入电压的第一端子，耦接到基准电压端子的第二端子，以及耦接到电阻器的第一端子的输出。根据该方面，过电压保护电路可以包括比较器以及定时和控制电路，比较器具有用于接收钳位电压的第一输入，用于接收阈值电压的第二输入，以及用于提供过电压保护信号的输出，并且定时和控制电路具有耦接到比较器的输出的输入，以及耦接到开关的控制端子的输出，其中定时和控制电路响应于过电压保护信号的激活而激活开关以放电第一输入端子上的电压。在该情况下，定时和控制电路可以激活开关达预先确定的时间周期以放电第一输入端子上的电压。而且，定时和控制电路可以激活开关，直到钳位电压下降至低于低阈值。
在再另一种形式中，控制有源钳位反激电力供应系统的方法还包括在放电钳位电容器之后，确定有源钳位反激电力供应系统是否已经进入绿色模式，并且如果有源钳位反激电力供应系统在放电钳位电容器之后已经进入绿色模式，那么放电钳位电容器直到钳位电压下降至低于第二阈值或者有源钳位反激电力供应系统不再处于绿色模式中。
上面公开的主题被认为是例示性的，而不是限制性的，并且附加的权利要求书打算包括落在保护范围内的所有这种修改、增强和其他实施例。

Claims (12)

1.一种有源钳位反激控制器，包括：
第一输入端子，适于耦接到钳位电容器的端子；
第二输入端子，用于接收与反激变压器的辅助绕组两端的电压成比例的感测电压；
钳位电压检测电路，耦接到所述第一输入端子和第二输入端子，用于检测作为所述第一输入端子处的电压与输入电压之间的差值的钳位电压，所述钳位电压检测电路使用所述感测电压计算所述输入电压而不直接测量所述输入电压；以及
过电压保护电路，耦接到所述钳位电压检测电路，用于将所述钳位电压与阈值比较，并且如果所述钳位电压大于所述阈值，选择性地触发保护操作。
2.根据权利要求1所述的有源钳位反激控制器，其中所述钳位电压检测电路包括：
第一峰值检测器，具有选择性地耦接到所述第一输入端子的输入端，用于接收启动控制信号的控制输入端，以及用于在所述启动控制信号激活期间提供峰值输入电压作为所述第一输入端子处的峰值的输出端；
第二峰值检测器，具有耦接到所述第二输入端子的输入端，用于接收采样信号的控制输入端，以及用于在所述采样信号的激活期间提供峰值输入电流作为所述第二输入端子处的峰值电压的值的输出端；以及
计算模块，耦接到所述第一峰值检测器和第二峰值检测器以及耦接到所述第二输入端子，用于通过将所述峰值输入电压乘以所述第二输入端子处的电流与所述峰值输入电流的比值来计算所述输入电压。
3.根据权利要求2所述的有源钳位反激控制器，还包括：
第三端子，用于将电力供应电压传导到所述有源钳位反激控制器的内部电路；以及
启动旁路电路，具有耦接到所述第一输入端子的输入端，耦接到所述第三端子和耦接到有所述源钳位反激控制器的内部电路系统的第一输出端，以及用于提供所述启动控制信号的第二输出端。
4.一种有源钳位反激控制器，用于电力供应系统中，所述电力供应系统具有反激变压器以及利用开关串联地耦接在所述反激变压器的初级绕组的第一端与第二端之间的钳位电容器，其中所述初级绕组的所述第一端接收输入电压，所述有源钳位反激控制器包括：
钳位电压检测电路，耦接到所述钳位电容器，用于确定作为所述钳位电容器的第一端子处的电压与所述输入电压之间的差值的所述钳位电容器两端的钳位电压，所述钳位电压检测电路使用与反激变压器的辅助绕组两端的电压成正比的感测电压来计算所述输入电压而不直接测量所述输入电压；以及
过电压保护电路，用于将所述钳位电压与第一阈值比较，并且如果所述钳位电压大于所述第一阈值，触发保护操作，其中：
当所述过电压保护电路处于绿色模式中时，如果所述钳位电压大于所述第一阈值，则所述过电压保护电路选择性地将所述钳位电容器放电，并且当所述有源钳位反激控制器保持处于所述绿色模式中时，所述钳位电压检测电路停止监控所述钳位电压，以及
当所述过电压保护电路没有处于所述绿色模式中时，所述过电压保护电路周期性地测量所述钳位电压，并且如果所述钳位电压大于所述第一阈值，触发所述保护操作。
5.根据权利要求4所述的有源钳位反激控制器，其中在所述绿色模式中，所述过电压保护电路将所述钳位电容器放电，直到所述钳位电压低于第二阈值。
6.根据权利要求5所述的有源钳位反激控制器，其中：
当所述过电压保护电路没有处于所述绿色模式中时，所述过电压保护电路将所述钳位电压放电，直到所述钳位电压处于低于所述第一阈值的第二阈值以下，或者预先确定的时间量已经过去；以及
在所述预先确定的时间量已经过去之后，所述过电压保护电路确定所述钳位电压是否低于所述第一阈值，并且其中：
如果所述钳位电压低于所述第一阈值但是没有低于更低的第二阈值，则所述过电压保护电路继续周期性地监控所述钳位电压；以及
如果所述钳位电压不低于所述第一阈值，则所述过电压保护电路执行过电压保护操作。
7.根据权利要求4所述的有源钳位反激控制器，其中所述钳位电压检测电路通过测量所述钳位电容器的第一端子上的电压，并且计算所述钳位电容器的第二端子上的电压而不测量所述钳位电容器的所述第二端子上的所述电压，来确定所述钳位电容器两端的所述钳位电压。
8.一种电力供应系统，包括：
反激变压器，具有初级绕组、次级绕组和偏压绕组，每个绕组具有各自的第一端和第二端；
初级侧电路，具有高侧开关、耦接在所述初级绕组的所述第二端与初级接地之间的低侧开关、以及串联地耦接在所述初级绕组的所述第一端与第二端之间的钳位电容器；
偏压绕组电路，耦接到所述偏压绕组，用于响应于所述第一端与第二端之间的电压来提供感测电压；以及
有源钳位反激控制器，耦接到所述低侧开关和所述高侧开关以控制其传导状态，其中所述有源钳位反激控制器包括耦接到所述钳位电容器与所述高侧开关之间的节点的第一输入端子，以及用于接收所述感测电压的第二输入端子，其中所述有源钳位反激控制器使用从所述第一输入端子和所述第二输入端子感测的信号来确定所述钳位电容器两端的钳位电压而不感测所述初级绕组的所述第一端上的电压。
9.根据权利要求8所述的电力供应系统，其中所述有源钳位反激控制器还包括：
钳位电压检测电路，耦接到所述第一输入端子和第二输入端子，用于检测作为所述第一输入端子处的电压与输入电压之间的差值的所述钳位电压，所述钳位电压检测电路使用来自所述第一输入端子和第二输入端子的信号计算所述输入电压；以及
过电压保护电路，耦接到所述钳位电压检测电路，用于将所述钳位电压与阈值比较，并且如果所述钳位电压大于所述阈值，触发保护操作。
10.一种控制有源钳位反激电力供应系统的方法，所述有源钳位反激电力供应系统具有反激变压器和初级侧电路，所述反激变压器具有初级绕组、次级绕组和偏压绕组，每个绕组具有第一端和第二端，并且所述初级侧电路具有高侧开关、耦接在所述初级绕组的所述第二端与初级接地之间的低侧开关、和串联地耦接在所述初级绕组的所述第一端与第二端之间的钳位电容器，所述方法包括：
确定所述钳位电容器的第一端子的峰值电压；
确定来自所述偏压绕组的峰值输入电流；
确定来自所述偏压绕组的瞬时输入电流；
通过将所述峰值电压乘以来自所述偏压绕组的所述瞬时输入电流与所述峰值输入电流的比值，计算钳位电容器的第二端子的瞬时输入电压；
通过从所述钳位电容器的所述第一端子上的电压中减去所述瞬时输入电压，检测所述钳位电容器两端的钳位电压；以及
响应于所述钳位电压超过阈值，保护所述有源钳位反激电力供应系统的控制电路。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
确定所述有源钳位反激电力供应系统是否处于绿色模式中；以及
响应于所述有源钳位反激电力供应系统处于所述绿色模式中，将所述钳位电容器的所述第一端子与所述控制电路隔离。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：
确定所述钳位电压是否高于第一阈值；以及
将钳位电容器放电，其中所述放电包括将所述钳位电容器放电直到所述钳位电压下降至低于第二阈值，或者预先确定的时间已经过去；以及
如果所述预先确定的时间已经过去并且所述钳位电压保持高于所述第一阈值，激活过电压保护操作。
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