CN1929280B - 功率转换器的切换控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供对于功率转换器的控制电路的浪涌输出保护，其包括用于产生临界值信号的输入电路。第一比较器经耦合以接收代表通过电源开关的电流的信号。第一比较器进一步根据前述信号和临界值信号而产生控制信号。计时器电路用于根据控制信号而产生超时信号。超时信号经耦合以关闭电源开关。

Description

功率转换器的切换控制电路

技术领域

本发明大体上涉及功率转换器，且更具体来说涉及功率转换器的切换控制电路。

背景技术

各种功率转换器已经广泛用于提供经调节的电压和电流。由于安全原因，必须提供过功率保护来保护功率转换器本身和系统电源两者。因此功率转换器的控制被迫受限的输出功率。然而，例如马达驱动器、激光设备的应用常常都需要浪涌输出功率(surge output power)，其不适合传统的过功率保护。本发明的目的在于为需要浪涌输出功率的功率转换器提供整合且严格的保护。

发明内容

本发明为功率转换器的切换控制电路提供浪涌输出功率的保护。切换控制电路可为控制电路或切换电路，其包括经耦合以在输入端子处接收临界值信号的输入电路，前述临界值信号可为临界值电压或临界值电流。第一比较器经耦合以接收代表电源开关的电流的信号。前述比较器进一步根据前述信号和临界值信号而产生控制信号。第二比较器经耦合以接收前述信号以便限制电源开关的电流。计时器电路经耦合以根据控制信号而在计时器端子处产生计时信号。计时器电路根据前述计时信号而产生超时信号。触发器经耦合以分别接收时钟信号与前述超时信号，而依据前述超时信号周期性地启用切换信号。前述切换信号经耦合以关闭电源开关。

本发明提供了一种功率转换器的切换控制电路，其包括：输入电路，其经耦合以在输入端子处接收临界值信号；第一比较器，其经耦合以接收代表电源开关的电流的信号，前述第一比较器响应前述信号和前述临界值信号而产生控制信号；第二比较器，其经耦合以接收前述信号以便限制前述电源开关的前述电流；计时器电路，其经耦合以根据前述控制信号而在计时端子处产生计时信号，前述计时器电路根据前述计时信号而产生超时信号；以及触发器，其经耦合以分别接收时钟信号与前述超时信号，而依据前述超时信号周期性地启用切换信号，其中，前述切换信号经耦合以关闭前述电源开关。

本发明还提供了一种功率转换器的切换电路，其包括：振荡电路，其产生时钟信号以便调节前述功率转换器的输出；第一电路，其产生临界值信号；第一比较器，其经耦合以接收代表通过电源开关的电流的信号，前述第一比较器根据前述信号和前述临界值信号而产生控制信号；计时器电路，其经耦合以临界前述控制信号而产生超时信号；以及触发器，其经耦合以分别接收时前述钟信号与前述超时信号，而依据前述超时信号周期性地启用切换信号，其中前述切换信号的频率根据前述控制信号的启用而增加。

应了解，前述大体描述和以下详细描述两者都是示范性的，且希望提供对所主张的本发明的进一步阐释。从对随后的描述和附图的说明中将了解更进一步的目的和优点。

附图说明

本发明包含附图以提供对本发明的进一步理解，且附图并入本说明书中并组成其一部分。附图说明本发明的实施例，且连同描述内容一起用于阐释本发明的原理。

图1绘示根据本发明实施例的功率转换器的示意图。

图2绘示功率转换器的切换控制电路的优选实施例。

图3绘示根据本发明实施例的闩锁电路。

图4绘示切换控制电路的信号波形。

图5绘示本发明的功率转换器的切换控制电路的另一优选实施例。

图6绘示振荡电路。

具体实施方式

图1绘示功率转换器。前述功率转换器包含切换控制电路100，其耦合到功率转换器的输出V₀以产生切换信号SW以便调节功率转换器的输出V₀。切换信号SW连接到电源开关20以切换变压器10且控制通过变压器10传递的能量。随着启用切换信号SW，将相应地产生电源开关20的切换电流I_P。切换电流I_P可表示为，

$I_P=\frac{V_{\mathrm{IN}}}{L_P}{\×T}_{\mathrm{ON}}---\left(1\right)$

其中V_IN为施加到变压器10的输入电压；L_P为变压器10的初级电感，且T_ON为切换信号SW的接通时间。

切换电流I_P通过电阻器25产生信号VS。信号VS耦合到切换控制电路100的感应端子S_EN。通过整流器30和电容器35从变压器10产生输出V₀。参考电压器件40和电阻器41串联连接。参考电压器件40连接到输出V₀。电阻器41连接到光隔离器45。因此，光隔离器45产生耦合到切换控制电路100的反馈信号V_FB。电阻器50连接到切换控制电路100的输入端子LEVEL以产生临界值信号VT。电容器60连接到切换控制电路100的计时器端子TIMER以产生计时信号VC。临界值信号VT和计时信号两者都用于保护功率转换器。

图2绘示切换控制电路100的优选实施例。切换控制电路100包括输入电路以便在输入端子LEVEL处接收临界值信号VT。输入电路包含恒定电流源120以便产生与产生临界值信号VT的电阻器50相关的电流。比较器152耦合到电阻器50以接收代表电源开关20的电流的信号VS。比较器152用于在信号VS的电平高于临界值信号VT的电平时产生过临界值信号OVR。过临界值信号OVR通过闩锁电路300进一步产生控制信号CNT。过临界值信号OVR是根据切换信号SW的启用而产生的。闩锁电路300用于保持过临界值信号OVR的状态。控制信号CNT指示电源开关20的切换电流I_P超过临界值信号VT。比较器150经耦合以同样接收信号VS。比较器150用于限制电源开关20的最大电流。比较器150用于将代表通过电源开关20的电流的信号VS与限流临界值信号(current-limit threshold signal)V_LIMIT进行比较，使得当限流临界值信号V_LIMIT设定的电流限度被超过时，电源开关20可根据比较器150的输出而逐周期地关闭。临界值信号VT的电平低于限流临界值信号V_LIMIT的电平。比较器152通过闩锁电路300而产生控制信号CNT以显示浪涌功率从功率转换器输出。比较器150用于限制浪涌功率的最大值。

切换控制电路100包括计时器电路以便限制浪涌输出周期。浪涌输出周期指示浪涌功率从功率转换器输出。计时器电路耦合到电容器60以根据控制信号CNT而在计时器端子TIMER处产生计时信号VC。当计时信号VC超过临界值信号VR时，产生超时信号ENB。超时信号ENB经耦合以关闭电源开关20从而起到保护作用。计时器电路包含电流源110，115、晶体管112、比较器153和触发器185。当控制信号CNT为逻辑高时，晶体管112接通以通过电流源115对电容器60进行放电。电流源115的电流高于电流源110的电流。当控制信号为逻辑低时，电流源110对电容器60进行充电以产生计时信号VC。计时信号VC经耦合以在比较器153处与临界值信号VR进行比较。比较器153的输出经连接以设定触发器185，以便在计时信号VC高于临界值信号VR时产生超时信号ENB。触发器185由上电重设(power-on reset)信号RST重设。当浪涌输出周期超过最大周期T_SURGE时，触发器185的输出产生超时信号ENB以闩锁电源开关20。电流源110的电流I₁₁₀、电容器60的电容C₆₀和临界值信号VR的电压确定最大周期T_SURGE，其可表示为，

$T_{\mathrm{SURGE}}=\frac{C_{60}}{I_{110}}\×V_R---\left(2\right)$

切换控制电路100为脉冲宽度调制电路，其产生切换信号SW以驱动电源开关20以便调节功率转换器的输出。振荡电路200产生耦合到触发器180的时钟输入的时钟信号PLS。触发器180的D输入由超时信号ENB连接。触发器180的重设输入连接到AND栅极165的输出。AND栅极165的输入连接到比较器150的输出。AND栅极165的另一输入连接到比较器151的输出。比较器151的输入经耦合以接收反馈信号V_FB和信号VS。触发器180的输出连接到AND栅极190。AND栅极190的另一输入通过反相器160而连接到时钟信号PLS。AND栅极190的输出产生切换信号SW。因此，如果超时信号ENB为逻辑高，那么时钟信号PLS周期性地启用切换信号。切换信号SW由反馈信号来控制以便调节功率转换器的输出。此外，为了保护电源开关20，当切换电流I_P高于限流临界值信号V_LIMIT时，可禁用切换信号SW。此外，当超时信号ENB启用为逻辑低时，切换信号SW可闩锁以保护电源开关20。

图3绘示闩锁电路300，其包括两个触发器310和320以便保持过临界值信号OVR的状态且产生控制信号CNT。触发器310和320的时钟输入与时钟信号PLS连接。启用触发器310的D输入。触发器320的D输入连接到触发器310的输出。触发器310和320的重设输入连接到比较器152的输出以接收过临界值信号OVR。触发器320的输出产生控制信号CNT。

图4绘示信号波形，其中信号VS代表通过电源开关20的切换电流I_S。将信号VS限制在限流临界值信号V_LIMIT以下，这保护功率转换器在短路和/或过电流情况下免受永久性破坏。在浪涌输出周期期间，控制信号CNT启用对电容器60的充电以产生计时信号VC。如果浪涌输出周期长于最大周期T_SURGE，那么将产生超时信号ENB以闩锁切换信号SW且保护电源开关20免受过热破坏。由于本发明的保护，可使用例如电源开关20和变压器10等较低等级器件来节省功率转换器的材料费用。

图5绘示切换控制电路100的另一优选实施例，其中控制信号CNT耦合到振荡电路400，以便在输出浪涌功率时增加切换信号SW的切换频率。功率转换器的输出功率P₀由以下等式给出，

$P_O=\frac{1}{2}\×L_P\×{J_P}^2\×F_{\mathrm{SW}}\×\mathrm{\η}---\left(3\right)$

其中F_SW为切换信号SW的切换频率；η为功率转换器的效率。

等式(3)显示输出功率P₀与切换频率F_SW相关。增加切换频率F_SW将确保功率转换器的充足的输出功率。

图6绘示振荡电路400。振荡电路400包括电流源251和252及比较器271和272。电流源251经连接以通过开关245对电容器250进行充电。电流源252连接到电容器250以便通过开关246对电容器250进行放电。具有高跳变点电压VH的比较器271连接到电容器250。具有低跳变点电压VL的比较器272也连接到电容器250。

比较器271和272的输出分别连接到NAND栅极275和276。NAND栅极275和276形成闩锁电路以产生时钟信号PLS。时钟信号PLS用于控制开关246。开关245还通过反相器280由时钟信号PLS来控制。电流源253通过开关240而连接到电流源251。电流源254通过开关241而连接到电流源252。开关240和241通过反相器215由控制信号CNT来控制。因此，时钟信号PLS的频率根据控制信号CNT的启用而增加。

本领域技术人员将了解，可在不脱离本发明的范围或精神的情况下，对本发明的结构作出各种修改和改变。鉴于前述内容，倘若本发明的修改和改变在所附权利要求书及其均等物的范围内，则希望本发明涵盖这些修改和改变。

Claims (15)

1.一种功率转换器的切换控制电路，其包括：

输入电路，其经耦合以在输入端子处接收临界值信号；

第一比较器，其经耦合以接收代表电源开关的电流的信号，前述第一比较器响应前述代表电源开关的电流的信号和前述临界值信号而产生控制信号；

第二比较器，其经耦合以接收前述信号以便限制前述电源开关的前述电流；

计时器电路，其经耦合以根据前述控制信号而在计时端子处产生计时信号，前述计时器电路根据前述计时信号而产生超时信号；以及

触发器，其经耦合以分别接收时钟信号与前述超时信号，而依据前述超时信号周期性地启用切换信号，

其中，前述切换信号经耦合以关闭前述电源开关。

2.根据权利要求1所述的切换控制电路，其中前述第二比较器经耦合以将代表通过前述电源开关的前述电流的前述信号与限流临界值信号进行比较，使得当前述限流临界值信号设定的电流限度被前述电源开关的前述电流的前述信号超过时，前述电源开关根据前述第二比较器的输出而关闭。

3.根据权利要求2所述的切换控制电路，其中前述临界值信号低于前述限流临界值信号。

4.根据权利要求1所述的切换控制电路，其中前述切换控制电路为脉冲宽度调制电路，其产生切换信号，所述切换信号经耦合以由前述电源开关接收以便调节前述功率转换器的输出。

5.根据权利要求4所述的切换控制电路，其中前述切换控制电路用于产生前述切换信号，前述切换信号根据前述第一比较器的输出和前述第二比较器的输出而受控制，使得前述切换信号经耦合以保护前述电源开关。

6.一种功率转换器的控制电路，其包括：

输入电路，其产生临界值信号；

第一比较器，其经耦合以接收代表通过电源开关的电流的信号，前述第一比较器根据前述代表电源开关的电流的信号和前述临界值信号而产生控制信号；

计时器电路，其经耦合以根据前述控制信号而产生超时信号；以及

触发器，其经耦合以分别接收时钟信号与前述超时信号，而依据前述超时信号周期性地启用切换信号，

其中，前述切换信号经耦合以关闭前述电源开关。

7.根据权利要求6所述的控制电路，其还包括第二比较器，所述第二比较器经耦合以将代表通过前述电源开关的前述电流的前述信号与限流临界值信号进行比较，使得当前述限流临界值信号设定的电流限度被前述电源开关的前述电流的前述信号超过时，前述电源开关根据前述第二比较器的输出而关闭。

8.根据权利要求7所述的控制电路，其中前述临界值信号低于前述限流临界值信号。

9.根据权利要求6所述的控制电路，其中前述控制电路为脉冲宽度调制电路，其产生切换信号，所述切换信号经耦合以由前述电源开关接收以便调节前述功率转换器的输出。

10.根据权利要求7所述的控制电路，其中前述控制电路用于产生前述切换信号，前述切换信号根据前述第一比较器的输出和前述第二比较器的输出而受控制，使得前述切换信号经耦合以保护前述电源开关。

11.一种功率转换器的切换电路，其包括：

振荡电路，其产生时钟信号以便调节前述功率转换器的输出；

第一电路，其产生临界值信号；及

第一比较器，其经耦合以接收代表通过电源开关的电流的信号，前述第一比较器根据前述代表电源开关的电流的信号和前述临界值信号而产生控制信号；

计时器电路，其经耦合以根据前述控制信号而产生超时信号；以及

触发器，其经耦合以分别接收前述时钟信号与前述超时信号，而依据前述超时信号周期性地启用切换信号，

其中，前述切换信号的频率根据前述控制信号的启用而增加。

12.根据权利要求11所述的切换电路，其还包括第二比较器，所述第二比较器经耦合以将代表通过前述电源开关的电流的前述信号与限流临界值信号进行比较，使得当前述限流临界值信号设定的电流限度被前述电源开关的前述电流的前述信号超过时，前述电源开关根据前述第二比较器的输出而关闭。

13.根据权利要求12所述的切换电路，其中前述临界值信号低于前述限流临界值信号。

14.根据权利要求11所述的切换电路，其中前述切换电路为脉冲宽度调制电路，其产生切换信号，所述切换信号经耦合以由前述电源开关接收以便调节前述功率转换器的输出。

15.根据权利要求12所述的切换电路，其中前述切换电路用于产生前述切换信号，前述切换信号根据前述第一比较器的输出和前述第二比较器的输出而受控制，使得前述切换信号经耦合以保护前述电源开关。

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