CN110581535A - 通过对请求脉冲计数的功率转换器故障检测 - Google Patents

通过对请求脉冲计数的功率转换器故障检测 Download PDF

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Abstract

用于功率转换器的控制器包括比较器，该比较器接收表示功率转换器的输出电压的输出信号。所述比较器响应于所述输出信号和参考信号的比较而产生恒压信号。开关请求电路接收所述恒压信号和故障信号。所述开关请求电路响应于所述恒压信号和所述故障信号产生请求信号，以控制所述功率转换器的功率开关的切换，以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。功率限制故障电路接收所述请求信号。所述功率限制故障电路响应于连续请求脉冲的速率大于阈值而产生所述故障信号以指示所述功率转换器中的故障存在。

Description

通过对请求脉冲计数的功率转换器故障检测
技术领域
本发明总体涉及功率转换器，并且更具体地，涉及检测功率限制故障的控制器。
背景技术
电子设备(诸如手机、平板电脑、膝上型计算机等)使用电力来运作。开关模式功率转换器由于其高效率、小尺寸和低重量被广泛用于为当今许多电子设备供电。常规的壁式插座提供高压交流电。在开关式功率转换器中，高压交流(ac)输入通过能量传递元件被转换以向负载提供经良好调节的直流(dc)输出。在操作中，开关被接通和关断以通过改变占空比(通常是开关的导通时间与总开关周期的比率)、改变开关频率或改变开关模式功率转换器中开关的每单位时间的导通/断开脉冲的数量来提供所需的输出。
功率转换器控制器可以具有端子和相关联的电路，以监视各功率转换器参数，例如输入电压、输入电流、输出电压、输出电流等。功率转换器控制器可以响应各参数以便提供经调节的输出。
附图说明
参考以下附图描述本发明的非限制性和非穷举性实施方案，其中除非另有说明，否则在所有各个视图中相同的附图标记指代相同的部分。
图1示出了根据本发明的教导的具有可以检测故障的控制器的功率转换器的一个示例。
图2示出了根据本发明的教导的具有可以针对多个输出检测故障的控制器的功率转换器的次级侧的一个示例。
图3示出了根据本发明的教导的功率限制故障电路的一个示例。
图4示出了根据本发明的教导的用于使用控制器检测短路故障的功率转换器中的信号的示例时序图。
图5示出了根据本发明的教导的用于使用控制器检测过载故障的功率转换器中的信号的示例时序图。
在附图的所有若干视图中，相应的附图标记表示相应的部件。技术人员将理解，附图中的元件是为了简化和清楚而示出的，并且不一定按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以帮助改进对本发明的各实施方案的理解。此外，通常未描绘在商业上可行的实施方案中有用或必要的常见但易于理解的元件，以便于较少地阻碍对本发明的这些各实施方案的察看。
具体实施方式
本文描述了可以检测故障的功率转换器的示例。在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员来说明显的是，不需要采用具体细节来实施本发明。在其他情况下，没有详细描述公知的材料或方法，以避免模糊本发明。
贯穿本说明书提及“一个实施方案(one embodiment)”、“一实施方案(anembodiment)”、“一个实施例(one example)”或“一实施例(an example)”意味着，结合该实施方案或实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在整个说明书中各个地方出现措辞“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”不一定全都指代相同的实施方案或实施例。此外，具体特征、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/或子组合进行组合。具体特征、结构或特性可以被包括在集成电路、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中。此外，应理解，随本文提供的图用于向本领域普通技术人员解释的目的，并且附图不一定按比例绘制。
用于功率转换器的控制器可以使用电流感测电阻器来确定过载和短路故障状况。对于具有多个输出的功率转换器，用于确定此类故障的电流感测电阻器的数量增加。如将要描述的，根据本发明的教导，控制器可以检测指示过载故障状况和短路故障状况的功率限制故障，而不需要电流感测电阻器。
为了说明，图1示出了根据本发明的教导的功率转换器的一个示例，该功率转换器具有可以检测功率转换器中存在故障的控制器。如所描绘的示例中所示，功率转换器100包括被耦合以在输入电容器CIN 104上接收输入电压102的输入，该输入电容器CIN 104耦合到输入返回(return，回线)117。能量传递元件110耦合在功率转换器100的输入和功率转换器100的输出之间，功率转换器100的输出耦合到负载118，该负载118耦合到输出返回136。在该示例中，功率转换器100的输出处的输出返回136与功率转换器的输入处的输入返回117电流隔离。因此，在功率转换器100的输入和功率转换器100的输出之间没有dc电流。能量传递元件110包括初级绕组108(其也可以被称为输入绕组)以及次级绕组112(其也可以称为输出绕组)。箝位电路106耦合在初级绕组108两端，输出电容器C1 114耦合到功率转换器100的输出，以在负载118上提供输出电压VO 115。此外，输出电流IO 116也在功率转换器100的输出处提供给负载118。
在图1所示的示例中，功率开关121耦合到初级绕组108和功率转换器100的输入处的输入返回117。功率开关121被耦合以接收由初级控制器124产生的驱动信号UD 132以控制功率开关121的切换，以控制通过能量传递元件110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。初级控制器124被包括在功率转换器控制器122中，该功率转换器控制器122还包括次级控制器123，该次级控制器123产生被耦合以由初级控制器124通过通信链路125接收的请求信号UREQ 134。在该示例中，通信链路125维持功率转换器100的输入与功率转换器100的输出之间的电流隔离。
如图1的示例中所示，次级控制器123包括比较器129，该比较器129被耦合以接收表示功率转换器100的输出的输出电压VO 115的输出信号。比较器129被耦合以响应于表示输出电压VO 115的输出信号和参考信号VREF 130的比较而产生第一恒压信号UCV1 131。在另一示例中，比较器129可以是误差放大器，该误差放大器基于输出电压VO 115和参考信号VREF 130的电压之间的差而产生误差信号。在该示例中，误差信号可以由开关请求电路126接收，以确定功率开关121的适当开关频率或占空比。
开关请求电路126被耦合以接收第一恒压信号UCV1 131和故障信号UFAULT 128。开关请求电路126被耦合以响应于第一恒压信号UCV1 131和故障信号UFAULT 128而产生请求信号UREQ 134，以控制功率转换器100的功率开关121的切换，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。在一个示例中，开关请求电路126还被耦合以产生次级驱动信号119，以控制耦合到次级绕组112和输出返回136的次级开关120的切换。
如所描绘的示例中所示，次级控制器123包括功率限制故障电路127，该功率限制故障电路127被耦合以接收请求信号UREQ 134，以响应于请求信号UREQ 134中的连续请求脉冲的速率大于阈值而产生指示功率转换器100中存在故障的故障信号UFAULT 128。例如，在一个示例中，连续请求脉冲请求信号UREQ 134的速率用于指示功率转换器中存在过载故障。在一个示例中，功率限制故障电路127还被耦合以接收第一恒压信号UCV1 131，以响应于请求信号UREQ 134和第一恒压而产生指示功率转换器100中存在故障的故障信号UFAULT 128。在该示例中，功率限制故障电路127被耦合以响应于在第一恒压信号UCV1 131的脉冲之间在请求信号UREQ 134中接收到阈值数量的连续请求脉冲而产生指示功率转换器100中的故障存在的故障信号UFAULT 128。在一个示例中，在第一恒压信号UCV1 131的脉冲之间接收的请求信号UREQ 134中的阈值数量的连续请求脉冲指示功率转换器100中存在短路故障。
在运行中，比较器129被耦合以监视输出电压VO 115，以确定次级控制器123何时应该在请求信号UREQ 134中产生脉冲，以指示初级控制器切换功率开关121。当输出电压VO115下降至参考信号VREF 130的电压以下时，第一恒压信号UCV1 131转变为逻辑高。开关请求电路126被耦合以响应于第一恒压信号UCV1 131产生请求信号UREQ 134。请求信号UREQ 134可以通过通信链路125传送，通信链路125可以将请求信号UREQ 134从次级控制器123传送到初级控制器124，同时维持功率转换器100的输入和输出之间的电流隔离。初级控制器124被耦合以将驱动信号UDR 132输出到功率开关121以控制功率开关121的切换。当功率开关121闭合时，能量传递元件T1 110充电。当功率开关121断开时，能量被传递通过能量元件110，并且输出电压VO 115增加，使得输出电压VO 115大于参考信号VREF 130的电压。当输出电压VO115大于参考信号VREF 130的电压时，第一恒压信号UCV1 131转变为逻辑低。
次级控制器132的功率限制故障电路127可以并行检测输出过载是否发生和/或短路是否发生。换句话说，可以同时检测多种故障状况的存在以产生故障信号UFAULT 128。
为了检测输出短路状况，计数器对请求比较器连续请求将更多功率传递到输出的请求信号UREQ 134的频率计数。在超过一定计数的连续请求信号之后，功率限制故障电路127响应于计数被超过而产生故障信号UFAULT 128。当接收到故障信号UFAULT1 128时，开关请求电路126停止功率转换器的运作。
如将讨论的，为了检测过载，功率限制故障电路127确定请求信号UREQ 134的速率是否太高。在一个示例中，在产生请求信号UREQ 134时计数器递增计数。此外，计数器以固定的衰减速率递减计数。因此，如果UREQ 134中的请求信号的速率超过固定的衰减速率，最终可以产生故障状态使得功率限制故障电路127产生故障信号UFAULT 128以停止功率转换器的运作。
图2示出了根据本发明的教导的具有多个输出的功率转换器的次级侧的一个示例，该功率转换器具有可以检测多个输出中存在故障的控制器223。尽管为了简洁起见未示出，但是可以使用如图1中所示的用于转换器的初级侧的类似部件。因此，应注意，图2的控制器223可以是图1的控制器123的一个示例，并且下面提及的类似命名和编号的元件类似于如上所述的耦合和起作用。
如将讨论的，对于具有多个输出的功率转换器，图2中所示的功率限制故障电路227、254和255被耦合以分别接收选择信号USS1 258、USS2 259、USS3 260，以指示何时能量被从初级绕组传递到相应输出。例如，第一选择信号USS1 258的逻辑高指示次级绕组212从初级绕组接收能量。在另一示例中，第二选择信号USS2 259的逻辑高指示次级绕组237从初级绕组接收能量。在另一示例中，第三选择信号USS3 260的逻辑高指示次级绕组238从初级绕组接收能量。监视功率转换器的每个输出以检测输出过载状态功率状况和/或短路状况。因此，每个输出也由其自己的请求比较器和功率限制故障电路监视。用于多输出功率转换器的功率限制故障电路的运作类似于图1中描述的。对于多个输出，次级控制器可以识别哪些输出具有故障状况。
为了说明，图2中描绘的示例示出了包括多个次级绕组的能量传递元件T1 210，该多个次级绕组被耦合以将能量传递到相应的负载218、246和247，该负载218、246和247耦合到相应的功率转换器输出和输出返回236。具体地，能量传递元件T1 210的次级绕组被示出为第一次级绕组212、第二次级绕组237和第三次级绕组238。整流器239被示出为耦合到第三次级绕组238，并且整流器240被示出为耦合到第二次级绕组237。还示出了控制器223，并且控制器223包括第一比较器229、第二比较器248和第三比较器249。在其他示例中，如参照图1提到的，第一比较器229、第二比较器248和第三比较器249可以各自用其自己的相应误差放大器替换。第一比较器229被耦合以接收表示耦合到负载218的第一输出电容器214上的第一输出电压VO 215的第一输出信号，第二比较器248被耦合以接收表示耦合到负载246的第二输出电容器244上的第二输出电压VO2 284的第二输出信号，并且第三比较器249被耦合以接收表示耦合到负载247的第三输出电容器245上的第三输出电压VO3 285的第三输出信号。第一比较器229被耦合以响应于第一输出信号和第一参考信号VREF 230的比较而产生第一恒压信号UCV1 231，第二比较器248被耦合以响应于第二输出信号和第二参考信号VREF2250的比较而产生第二恒压信号UCV2 252，第三比较器249被耦合以响应于第三输出信号和第三参考信号VREF3 251的比较而产生第三恒压信号UCV3 253。
开关请求电路226被耦合以接收第一恒压信号UCV1 231、第二恒压信号UCV2 252和第三恒压信号UCV3 253。另外，开关请求电路226还被耦合以接收第一故障信号UFAULT1 228、第二故障信号UFAULT2 256和第三故障信号UFAULT3 257。在所示的示例中，开关请求电路226被耦合以响应于第一恒压信号UCV1 231、第二恒压信号UCV2 252、第三恒压信号UCV3 253、第一故障信号UFAULT1 228、第二故障信号UFAULT2 256和第三故障信号UFAULT3 257而产生请求信号UREQ 234以及第一选择信号USS1 258、第二选择信号USS2 259和第三选择信号USS3 260，以控制功率转换器的功率开关121的切换，以控制从功率转换器的输入到分别耦合到功率转换器的第一输出、第二输出和第三输出的负载218、246和247的能量传递。在运行中，第一选择信号USS1 258被耦合以指示能量正通过第一绕组212传递到耦合到第一输出的负载218。第二选择信号USS2 259被耦合以指示能量正通过第二绕组237传递到耦合到第二输出的负载246，并且第三选择信号USS3 260被耦合以指示能量正通过第三绕组238传递到耦合到第三输出的负载247。
此外，如示出的示例中所示，开关请求电路226被耦合以产生同步整流器驱动信号219以控制同步整流器220。开关请求电路还被耦合以产生第一次级驱动信号262和第二次级驱动信号263以控制次级开关241和242。在向功率转换器的第一输出提供功率的一个示例中，开关请求电路226产生同步整流器驱动信号219以控制同步整流器220以及产生第一次级驱动信号262以闭合第一次级开关241。在另一个向功率转换器的第二输出提供功率的示例中，开关请求电路226产生同步整流器驱动信号219以控制同步整流器220，并且由开关请求电路226产生第二次级驱动信号263以闭合第二次级开关242。在另一个向功率转换器的第三输出提供功率的示例中，开关请求电路226产生同步整流器驱动信号219以控制同步整流器220，并且关断第一次级开关241和第二次级开关242。第一次级开关241和次级开关242也可以被称为选择MOSFET，以选择哪个输出将接收功率。
图2中描绘的示例还示出了第一功率限制故障电路227被耦合以接收请求信号UREQ234、第一恒压信号UCV1 231和第一选择信号USS1 258，第二功率限制故障电路254被耦合以接收请求信号UREQ 234、第二恒压信号UCV2 252和第二选择信号USS2 259，以及第三功率限制故障电路255被耦合以接收请求信号UREQ 234、第三恒压信号UCV3 253和第三选择信号USS3260。
第一功率限制故障电路227被耦合以响应于第一选择信号USS1 258和在请求信号UREQ 234中出现的请求脉冲的速率而产生第一故障信号UFAULT1 228，以指示功率转换器中的故障存在。另外，第一功率限制故障电路227还被耦合以响应于第一选择信号USS1 258和在第一恒压信号UCV1 231的脉冲之间接收到请求信号UREQ 234中的阈值数量的连续请求脉冲而产生第一故障信号UFAULT1 228，以指示功率转换器中的故障存在。
第二功率限制故障电路254被耦合以响应于第二选择信号USS2 259以及在请求信号UREQ 234中出现的请求脉冲的速率而产生第二故障信号UFAULT2 256，以指示功率转换器中的故障存在。另外，第二功率限制故障电路254还被耦合以响应于第二选择信号USS2 259和在第二恒压信号UCV2 252的脉冲之间接收到请求信号UREQ 234中的阈值数量的连续请求脉冲而产生第二故障信号UFAULT2 256，以指示功率转换器中的故障存在。
第三功率限制故障电路255被耦合以响应于第三选择信号USS3 260和在请求信号UREQ234中出现的请求脉冲的速率而产生第三故障信号UFAULT3 257，以指示功率转换器中的故障存在。另外，第三功率限制故障电路255还被耦合以响应于第三选择信号USS3260和在第三恒压信号UCV3 253的脉冲之间接收到请求信号UREQ 234中的阈值数量的连续请求脉冲而产生第三故障信号UFAULT3 257，以指示功率转换器中的故障存在。
图3示出了根据本发明的教导的功率限制故障电路327的一个示例。应理解，图3的功率限制故障电路327可以是图2中的第一、第二或第三功率限制故障电路227、254或255的一个示例，或图1的功率限制故障电路127的一个示例，并且下面提及的类似命名和编号的元件类似于如上所述的耦合和起作用。如描绘的示例中所示，功率限制故障电路327被耦合以接收恒压信号UCVN 367、请求信号UREQ 334和选择信号USSM 368。功率限制故障电路327包括短路检测电路364、过载检测电路365、逻辑与门370和逻辑或门381。
短路检测电路364包括第一计数器371和第一阈值检测电路378。第一计数器371被耦合以通过反相器369响应于恒压信号UCVN 367而被复位，并且第一计数器371还被耦合为当选择信号USSM 368为逻辑高时通过逻辑与门370响应于请求信号UREQ 334而递增。第一阈值检测电路378被耦合以从第一计数器371接收第一计数器输出UC1 372。在一个示例中，来自第一计数器371的第一计数器输出UC1 372是N位信号。第一阈值检测电路378被耦合以响应于如由第一计数器371计数的、在第一恒压信号UCVN 367的脉冲之间接收到第一阈值数量的连续请求脉冲而输出第一阈值检测信号UTH1 383。在一个示例中，逻辑或门381被耦合以接收第一阈值检测信号UTH1 383以产生故障信号UFAULTX 366。在一个示例中，第一阈值检测信号UTH1 383可以指示功率转换器中的短路故障。在另一示例中，第一阈值检测信号UTH1383可以指示功率转换器中的短路或过载故障。
过载检测电路365包括第二计数器376、第二阈值检测电路379、逻辑与门375、逻辑或门380和衰减电路373。第二计数器376被耦合为当选择信号USSM 368为逻辑高时通过逻辑与门370响应于请求信号UREQ 334而递增。第二计数器376还被耦合为当来自衰减电路373的衰减信号UDC 374为逻辑高时通过逻辑或门和逻辑与门375响应于第二计数器输出UC2 377而递减。在一个示例中，衰减电路373被耦合以产生衰减信号UDC 374以具有固定的衰减频率。在一个示例中，来自第二计数器376的第二计数器输出UC2 377也是N位信号。第二阈值检测电路379被耦合以从第二计数器376接收第二计数器输出UC2 377。第二阈值检测电路379被耦合以响应于在通过逻辑与门370接收的请求信号UREQ 334中出现的连续请求脉冲的增加速率超过第二阈值而输出第二阈值检测信号UTH2 384。逻辑或门也被耦合以接收第二阈值检测信号UTH2 384，使得响应于第一阈值检测信号UTH1 383或第二阈值检测信号UTH2 384而产生故障信号UFAULTX 366。
在运行中，当选择信号USSM 368为逻辑高时，短路检测电路364通过逻辑与门370接收请求信号UREQ 334。选择信号USSM 368对应于何时功率转换器的相应输出被选择以接收能量传递。例如，简要地返回参考图2，如果耦合被耦合到负载218的第一输出的第一次级绕组212被选择为从能量传递元件210的初级绕组接收能量，则第一选择信号USS1 258转变为逻辑高。
返回参考图3，请求信号UREQ 334指示由选择信号USSM 368指示的特定输出何时请求能量传递。逻辑与门370的输出被耦合为当请求信号UREQ 334和选择信号USSM 368都是逻辑高时转变到逻辑高，并且第一计数器371相应地递增。如果恒压请求信号UCVN 367为逻辑低，则指示相应的输出电压不在阈值以下，并且第一计数器371通过反相器369复位。换句话说，恒压信号UCVN 367的逻辑低信号由反相器369反相，这使第一计数器371复位。第一阈值检测电路378被耦合以接收第一计数UC1 372。如描绘的示例中所示，第一计数UC1 372是包含N位的数字数目(digital number)。如果第一阈值检测电路378检测到第一计数UC1 372超过第一阈值，则第一阈值检测电路378将第一阈值检测信号UTH1 383转变为逻辑高。在一个示例中，第一阈值检测信号UTH1 383的逻辑高指示在功率转换器中检测到或存在短路故障。
类似于短路检测电路364，当选择信号USSM 368为逻辑高时，过载检测电路365也通过逻辑与门370接收请求信号UREQ 334。如前所述，选择信号USSM 368对应于何时功率转换器的相应输出被选择以接收能量传递。第二计数器376被耦合为当逻辑与门370的输出在请求信号UREQ 334和选择信号USSM 368都是逻辑高时转变为逻辑高时递增。衰减电路373被耦合以输出具有设定频率或固定频率的衰减信号UDC 374。逻辑与门375被耦合以接收衰减信号UDC 374并且通过逻辑或门380接收第二计数器376的第二计数UC2 377输出。在一个示例中，第二计数UC2 377也是包含N位的数字数目。逻辑与门375的输出被耦合以使第二计数器376倒数(即，递减)。第二阈值检测电路379还被耦合以接收第二计数UC2 377。如果请求信号UREQ334使第二计数器377递增的速率大于衰减信号UDC 374使第二计数器377递减的速率，则当第二阈值检测电路379检测到来自第二计数器376的第二计数UC2 377超过第二阈值时，第二阈值检测电路379产生第二阈值检测信号UTH2 384。在一个示例中，第二阈值检测信号UTH2384的逻辑高指示在功率转换器中检测到或存在过载故障。
逻辑或门381被耦合以接收第一阈值检测信号UTH1 383和第二阈值检测信号UTH2384。如果第一阈值检测信号UTH1 383或第二阈值检测信号UTH2 384是逻辑高，故障信号UFAULTX 366转变为逻辑高以响应于对请求信号UREQ 334中的请求脉冲计数而指示检测到或存在故障，如根据本发明的教导所描述的。
图4示出了根据本发明的教导的用于使用控制器检测短路故障的功率转换器中的信号的示例时序图。应理解的是，图4中所示的信号可以是上文在图1-3中示出的或描述的相应信号的示例，并且下面提及的类似命名和编号的信号类似于如上文所述的被耦合和起作用。如所描绘的示例中所示，图4示出了初级电流信号UPRI 482、请求信号UREQ 434、第一恒压信号UCV1 431、第一计数UC1 472和第一阈值TH1 483，初级电流信号UPRI 482表示通过初级绕组例如初级绕组108的初级电流。在所示的示例中，功率转换器的输出电压未达到电压参考，这导致第一计数器在时间t4之后不被复位，并且当超过阈值计数时，功率转换器控制器可以检测到输出短路故障。
为了说明，在时间t1，初级电流信号UPRI 482从零开始并且请求信号UREQ 434转变为逻辑高，这导致功率开关闭合并且电流开始流过初级绕组，如以初级电流信号UPRI 482开始上升所示。第一恒压信号UCV1 431转变为逻辑高，这指示输出电压在电压参考以下。第一计数器的计数递增，如第一计数UC1 472的增加所示。
在时间t1和t2之间，随着请求信号UREQ 434已被传送到初级控制器以闭合或接通功率开关，初级电流继续上升。
在时间t2，第一恒压信号UCV1 431转变为逻辑低，这指示输出电压已达到电压参考。结果，第一计数器被复位，如第一计数UC1 472被复位回零所示。在其他示例中，第一恒压信号UCV1 431可以在介于时间t3和t4之间的时刻转变为逻辑低，指示输出电压在电压参考以上。
在时间t3，随着功率开关断开，初级电流信号UPRI 482下降到零，如所示。
在时间t4，第一恒压信号UCV1 431转变为逻辑高，这指示输出电压已下降至电压参考以下。
在时间t5，初级电流信号UPRI 482从零开始并且请求信号UREQ 434转变为逻辑高，这导致功率开关闭合并且电流再次开始流过初级绕组，如以UPRI 482开始上升所示。第一恒压信号UCV1 431保持逻辑高，这指示输出电压仍然在电压参考以下，并且第一计数器递增。
在时间t6，第一计数UC1 472继续递增或增加，因为第一恒压信号UCV1 431保持在逻辑高，这指示输出电压保持在电压参考以下。
在时间t7，第一计数UC1 472继续递增或增加，因为第一恒压信号UCV1保持在逻辑高。第一计数UC1 472达到第一阈值TH1 483。此时，控制器已检测到存在输出短路故障状况，并且因此功率转换器停止运作。
图5示出了根据本发明的教导的用于使用控制器检测过载故障的功率转换器中的信号的示例时序图。应理解的是，图5中所示的信号可以是上文在图1-3中示出的或描述的相应信号的示例，并且下面提及的类似命名和编号的信号类似于如上所述的被耦合和起作用。如所描绘的示例中所示，图5示出了初级电流信号UPRI 582、请求信号UREQ 534、衰减信号UDC 574，以及第二计数UC2 577和第二阈值TH2 580，初级电流信号UPRI 582表示通过初级绕组例如初级绕组108的初级电流。在所示的示例中，功率转换器过载，并且因此在时间t4之后请求信号UREQ 534中的请求信号的速率超过衰减信号UDC 574中的衰减速率，这导致第二计数UC2 577达到第二阈值TH2 580。
为了说明，在时间t1，初级电流信号UPRI 582从零开始并且请求信号UREQ 534转变为逻辑高，这导致功率开关闭合并且电流开始流过初级绕组，如以初级电流信号UPRI 582开始上升所示。衰减信号UDC 574的状态处于逻辑低，并且第二计数UC2 577响应于请求信号UREQ 534而递增。
在时间t2，衰减信号UDC 574转变为逻辑高，并且第二计数UC2 577响应于衰减信号UDC 574而递减。
在时间t3，初级电流信号UPRI 582为零并且请求信号UREQ 534转变为逻辑高，这导致功率开关闭合并且电流再次开始流过初级绕组，如以初级电流信号UPRI 582开始上升所示。第二计数UC2 577响应于请求信号UREQ 534而递增。
在时间t3之后，随着功率开关仍然闭合，初级电流信号UPRI 582继续上升。
在时间t4，衰减信号UDC 574转变为逻辑高，并且第二计数UC2 577响应于衰减信号UDC 574而递减。
在时间t5，尽管衰减信号UDC 574仍然是逻辑高，但是请求信号UREQ 534中的请求脉冲的速率大于衰减信号UDC 574中的脉冲的速率，并且因此第二计数UC2 577响应于请求信号UREQ 534递增并且继续增加。
在时间t6，衰减信号UDC 574是逻辑低，并且第二计数UC2 577响应于请求信号UREQ534中的脉冲而递增。
在时间t7，尽管衰减信号UDC 574是逻辑高，但是请求信号UREQ 534中的脉冲的速率等于或大于衰减信号UDC 574中的脉冲的速率，并且第二计数UC2 577保持不变。
在时间t8，衰减信号UDC 574为逻辑低，并且第二计数UC2 577响应于请求信号UREQ534中的脉冲而递增。这样，第二计数信号UC2 577达到第二阈值TH2。此时，控制器已检测到存在过载故障状况，并且因此功率转换器停止运作。
本发明的示出的实施例的以上描述，包括摘要中所描述的内容，并非旨在是穷举的或者是对所公开的精确形式的限制。尽管出于说明目的在本文中描述了本发明的特定实施方案和实施例，但是在不脱离本发明的更宽泛精神和范围的情况下，各种等同修改是可能的。实际上，应当理解，具体的示例电压、电流、频率、功率范围值、时间等是被提供用于解释的目的，并且根据本发明的教导，其他值也可以用于其他实施方案和实施例中。

Claims (28)

1.一种用于功率转换器的控制器，包括：
第一比较器，其被耦合以接收表示所述功率转换器的第一输出的第一输出电压的第一输出信号，其中所述第一比较器被耦合以响应于所述第一输出信号和第一参考信号的比较而产生第一恒压信号；
开关请求电路，其被耦合以接收所述第一恒压信号和第一故障信号，其中所述开关请求电路被耦合以响应于所述第一恒压信号和所述第一故障信号而产生请求信号以控制所述功率转换器的功率开关的切换，以控制从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的第一输出的能量传递；以及
第一功率限制故障电路，其被耦合以接收所述请求信号，其中所述第一功率限制故障电路被耦合以响应于连续请求脉冲的速率大于阈值而产生所述第一故障信号以指示所述功率转换器中的故障存在。
2.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述功率转换器中的故障存在是响应于指示所述功率转换器中的过载故障的连续请求脉冲的速率。
3.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述第一功率限制故障电路还被耦合以接收所述第一恒压信号，其中所述第一功率限制故障电路还被耦合以响应于在所述第一恒压信号的脉冲之间接收到第一阈值数量的连续请求脉冲而产生所述第一故障信号以指示所述功率转换器中的故障存在。
4.根据权利要求3所述的控制器，其中，响应于在所述第一恒压信号的脉冲之间接收到所述第一阈值数量的连续请求脉冲的所述功率转换器中的故障存在是所述功率转换器中的过载或短路。
5.根据权利要求3所述的控制器，其中，所述开关请求电路还被耦合以产生同步驱动信号，以控制耦合到所述功率转换器的第一输出的同步整流器的切换。
6.根据权利要求5所述的控制器，其中，所述开关请求电路还被耦合以产生第一次级驱动信号，以控制耦合到所述功率转换器的第一输出的第一次级开关的切换。
7.根据权利要求5所述的控制器，其中，所述开关请求电路还被耦合以产生第一选择信号，以向所述第一功率限制故障电路指示从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的第一输出的能量传递，其中所述第一功率限制故障电路还被耦合以接收所述第一选择信号，其中所述第一功率限制故障电路还被耦合以响应于所述第一选择信号和所述请求信号而产生所述第一故障信号以指示所述功率转换器中的故障存在。
8.根据权利要求7所述的控制器，还包括：
第二比较器，其被耦合以接收表示所述功率转换器的第二输出的第二输出电压的第二输出信号，其中所述第二比较器被耦合以响应于所述第二输出信号和第二参考信号的比较而产生第二恒压信号，
其中所述开关请求电路还被耦合以接收所述第二恒压信号和第二故障信号，其中所述开关请求电路还被耦合以响应于所述第二恒压信号和所述第二故障信号而产生所述请求信号以控制所述功率转换器的所述功率开关的切换，以控制从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的第二输出的能量传递，其中所述开关请求电路还被耦合以产生第二次级驱动信号以控制耦合到所述功率转换器的第二输出的第二次级开关的切换，其中所述开关请求电路还被耦合以产生第二选择信号，以向所述第二功率限制故障电路指示从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的第二输出的能量传递；以及
第二功率限制故障电路，其被耦合以接收所述请求信号和所述第二选择信号，其中所述第二功率限制故障电路被耦合以响应于所述第二选择信号和在所述请求信号中出现的连续请求脉冲的速率而产生所述第二故障信号以指示所述功率转换器中的故障存在。
9.根据权利要求8所述的控制器，其中，所述第二功率限制故障电路还被耦合以接收所述第二恒压信号，其中所述第二功率限制故障电路被耦合以响应于所述第二选择信号和在所述第二恒压信号的脉冲之间接收到第二阈值数量的连续请求脉冲而产生所述第二故障信号以指示所述功率转换器中的故障存在。
10.根据权利要求3所述的控制器，其中所述功率限制故障电路包括：
短路检测电路，包括：
第一计数器，其被耦合以响应于所述第一恒压信号而被复位，其中所述第一计数器还被耦合以响应于所述请求信号而使第一计数器输出递增；以及
第一阈值检测电路，其被耦合以从所述第一计数器接收所述第一计数器输出，其中所述第一阈值检测电路被耦合以响应于在所述第一恒压信号的脉冲之间接收到所述第一阈值数量的连续请求脉冲而输出第一阈值检测信号；
过载检测电路，包括：
第二计数器，其被耦合以响应于所述请求信号而使第二计数器输出递增，其中所述第二计数器还被耦合以响应于所述第二计数器输出和衰减信号而使所述第二计数器输入递减；以及
第二阈值检测电路，其被耦合以从所述第二计数器接收所述第二计数器输出，其中所述第二阈值检测电路被耦合以响应于在所述请求信号中出现的连续请求脉冲的增加的速率超过第二阈值而输出第二阈值检测信号；以及
第一逻辑门，其被耦合以响应于所述第一阈值检测信号或所述第二阈值检测信号而产生所述第一故障信号。
11.根据权利要求10所述的控制器，其中，所述功率限制故障电路还包括：第二逻辑门，其被耦合以接收所述请求信号和第一选择信号，其中所述第一计数器还被耦合以响应于所述第一选择信号和所述请求信号而使所述第一计数器输出递增，并且其中所述第二计数器还被耦合以响应于所述第一选择信号和所述请求信号而使所述第二计数器输出递增。
12.根据权利要求10所述的控制器，其中，所述过载检测电路还包括：
第三逻辑门，其被耦合以接收所述第二计数器输出；以及
第四逻辑门，其被耦合以接收所述第三逻辑门的输出和所述衰减信号，其中所述第二计数器还被耦合以响应于所述第四逻辑门的输出和所述衰减信号而使所述第二计数器输入递减。
13.根据权利要求10所述的控制器，其中，所述过载检测电路还包括衰减电路，所述衰减电路被耦合以产生具有固定衰减频率的所述衰减信号。
14.一种功率转换器，包括：
能量传递元件，其耦合在所述功率转换器的输入和所述功率转换器的第一输出之间；
功率开关，其耦合到所述能量传递元件的初级绕组和所述功率转换器的输入；以及
控制器，包括：
第一比较器，其被耦合以接收表示所述功率转换器的第一输出的第一输出电压的第一输出信号，其中所述第一比较器被耦合以响应于所述第一输出信号和第一参考信号的比较而产生第一恒压信号；
开关请求电路，其被耦合以接收所述第一恒压信号和第一故障信号，其中所述开关请求电路被耦合以响应于所述第一恒压信号和所述第一故障信号而产生请求信号以控制所述功率开关的切换，以控制从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的第一输出的能量传递；以及
第一功率限制故障电路，其被耦合以接收所述请求信号，其中所述第一功率限制故障电路被耦合以响应于连续请求脉冲的速率大于阈值而产生所述第一故障信号以指示所述功率转换器中的故障存在。
15.根据权利要求14所述的功率转换器，其中，所述控制器是次级控制器，其中所述功率转换器还包括初级控制器，所述初级控制器被耦合以通过通信链路接收所述请求信号，其中所述初级控制器与所述次级控制器电流隔离，并且其中所述初级控制器被耦合以产生驱动信号以控制所述功率开关的切换，以控制从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的第一输出的能量传递。
16.根据权利要求15所述的功率转换器，其中，所述次级控制器和所述初级控制器被包括在功率转换器控制器中。
17.根据权利要求14所述的功率转换器，其中，所述功率转换器中的故障存在是响应于所述连续请求脉冲的速率以指示所述功率转换器中的过载故障。
18.根据权利要求14所述的功率转换器，其中，所述第一功率限制故障电路还被耦合以接收所述第一恒压信号，其中所述第一功率限制故障电路还被耦合以响应于在所述第一恒压信号的脉冲之间接收到第一阈值数量的请求脉冲而产生所述第一故障信号以指示所述功率转换器中的故障存在。
19.根据权利要求18所述的功率转换器，其中，响应于在所述第一恒压信号的脉冲之间接收到所述第一阈值数量的连续请求脉冲的所述功率转换器中的故障存在是所述功率转换器中的过载或短路故障。
20.根据权利要求18所述的功率转换器，其中，所述开关请求电路还被耦合以产生同步驱动信号，以控制耦合到所述功率转换器的第一输出的同步整流器的切换。
21.根据权利要求20所述的功率转换器，其中，所述开关请求电路还被耦合以产生第一次级驱动信号，以控制耦合到所述功率转换器的第一输出的第一次级开关的切换。
22.根据权利要求20所述的功率转换器，其中，所述开关请求电路还被耦合以产生第一选择信号，以指示从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的第一输出的能量传递，其中所述第一功率限制故障电路还被耦合以接收所述第一选择信号，其中所述第一功率限制故障电路还被耦合以响应于所述第一选择信号和所述请求信号而产生所述第一故障信号以指示所述功率转换器中的故障存在。
23.根据权利要求22所述的功率转换器，其中，所述控制器还包括：
第二比较器，其被耦合以接收表示所述功率转换器的第二输出的第二输出电压的第二输出信号，其中所述第二比较器被耦合以响应于所述第二输出信号和第二参考信号的比较而产生第二恒压信号，
其中所述开关请求电路还被耦合以接收所述第二恒压信号和第二故障信号，其中所述开关请求电路还被耦合以响应于所述第二恒压信号和所述第二故障信号而产生所述请求信号以控制所述功率转换器的所述功率开关的切换，以控制从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的第二输出的能量传递，其中所述开关请求电路还被耦合以产生第二次级驱动信号以控制耦合到所述功率转换器的第二输出的第二次级开关的切换，其中所述开关请求电路还被耦合以产生第二选择信号，以向所述第二功率限制故障电路指示从所述功率转换器的输入到所述功率转换器的第二输出的能量传递；以及
第二功率限制故障电路，其被耦合以接收所述请求信号和所述第二选择信号，其中所述第二功率限制故障电路被耦合以响应于所述第二选择信号和在所述请求信号中出现的请求脉冲的速率而产生所述第二故障信号以指示所述功率转换器中的故障存在。
24.根据权利要求23所述的功率转换器，其中，所述第二功率限制故障电路还被耦合以接收所述第二恒压信号，其中所述第二功率限制故障电路被耦合以响应于所述第二选择信号和在所述第二恒压信号的脉冲之间接收到第二阈值数量的连续请求脉冲而产生所述第二故障信号以指示所述功率转换器中的故障存在。
25.根据权利要求18所述的功率转换器，其中，所述第一功率限制故障电路包括：
短路检测电路，包括：
第一计数器，其被耦合以响应于所述第一恒压信号而被复位，其中所述第一计数器还被耦合以响应于所述请求信号而使第一计数器输出递增；以及
第一阈值检测电路，其被耦合以从所述第一计数器接收所述第一计数器输出，其中所述第一阈值检测电路被耦合以响应于在所述第一恒压信号的脉冲之间接收到所述第一阈值数量的连续请求脉冲而输出第一阈值检测信号；
过载检测电路，包括：
第二计数器，其被耦合以响应于所述请求信号而使第二计数器输出递增，其中所述第二计数器还被耦合以响应于所述第二计数器输出和衰减信号而使所述第二计数器输入递减；以及
第二阈值检测电路，其被耦合以从所述第二计数器接收所述第二计数器输出，其中所述第二阈值检测电路被耦合以响应于连续请求脉冲的增加的速率大于第二阈值而输出第二阈值检测信号；以及
第一逻辑门，其被耦合以响应于所述第一阈值检测信号或所述第二阈值检测信号而产生第一故障信号。
26.根据权利要求25所述的控制器，其中，所述功率限制故障电路还包括：第二逻辑门，其被耦合以接收所述请求信号和第一选择信号，其中所述第一计数器还被耦合以响应于所述第一选择信号和所述请求信号而使所述第一计数器输出递增，并且其中所述第二计数器还被耦合以响应于所述第一选择信号和所述请求信号而使所述第二计数器输出递增。
27.根据权利要求25所述的功率转换器，其中，所述过载检测电路还包括：
第三逻辑门，其被耦合以接收所述第二计数器输出；以及
第四逻辑门，其被耦合以接收所述第三逻辑门的输出和所述衰减信号，其中所述第二计数器还被耦合以响应于所述第四逻辑门的输出和所述衰减信号而使所述第二计数器输入递减。
28.根据权利要求25所述的功率转换器，其中，所述过载检测电路还包括衰减电路，所述衰减电路被耦合以产生具有固定衰减频率的所述衰减信号。
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