[發明專利]開關模式電源

有效

• 申請號: 201410119074.7
• 申請日: 2014-03-27
• 公開（公告）號: CN104079174B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: Y·S·陶;弓小武
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02M1/08
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 王茂華

技術領域

本公開涉及開關模式電源(SMPS)，其也被稱作開關功率轉換器。特殊實施例描述了用于開關功率轉換器的過電流或過功率保護。

背景技術

開關模式電源(SMPS)作為用于多種應用的電源變得越來越常見。例如，SMPS可以被用作用于驅動LED的電源，LED可以被用于為了照明目的代替白熾燈。然而，開關功率轉換器存在許多其他應用，因為實際上需要DC電源電壓(或電流)的任何電學或電子裝置能夠使用SMPS連接到電網。

開關功率轉換器可以以多種模式工作。例如，開關轉換器尤其可以以固定開關頻率和開關的可變接通時間工作，和以固定的開關接通時間和可變頻率工作。不論開關頻率轉換器是否以固定或可變頻率工作，開關頻率轉換器可以以連續電流模式(CCM)或以不連續電流模式(DCM)工作。由于不同工作模式(具有固定接通時間的DCM、具有固定頻率的DCM、具有固定頻率的CCM等)通常需要控制(調節)輸出電壓或輸出電流的不同構思，所以一些開關頻率轉換器被設計為僅以單個模式(例如，CCM、固定頻率)工作。然而，開關頻率轉換器通常需要能夠為大范圍的AC輸入電壓(例如，從85到270伏特)提供指定的恒定DC輸出電壓(或電流)。在這種情形中，開關頻率轉換器通常被設計為處理工作模式DCM和CCM兩者，在AC輸入電壓超過電路設計預先設定的限定的閾值電壓時，會出現從CCM到DCM的模式切換。

為了實現如上所述的控制任務，通常測量功率開關轉換器的輸入電流(其由功率半導體開關接通和斷開)，例如使用提供與穿過其的電流成比例的壓降的測量電阻器進行該測量。所測量的輸入電流通常與參考值相比較，并且當輸入電流超過由這個參考值所限定的閾值時，觸發所述功率半導體開關斷開。然而，該功率半導體不會以零延遲立即斷開輸入電流(有時也被稱作初級電流)。不只功率半導體開關顯示固有斷開延遲。此外，比較電路(其比較所測量的輸入電流與所提到的閾值)及控制電路(其控制功率轉換器的開關工作)中包括的其他電路元件造成額外的延遲。結果，輸入電流(初級電流)發生過沖(over-shot)，這可能導致半導體開關中的功率耗散過度。

為了避免提到的功率耗散過度，應該消除(或至少部分地補償)所提到的延遲的效果。然而，在已知解決方法中，這個延遲時間補償被設計為或者用于DCM或用于DCM。因此，改進SMPS的控制電路會是有用的，以便獨立于開關功率轉換器的工作模式(DCM、CCM)來避免功率耗散過度。

發明內容

本發明公開了開關功率轉換器。按照本發明的一個方面，開關功率轉換器包括電感器和半導體開關，電感器被耦合到用輸出電壓可操作供電的終端，半導體開關被耦合到電感器并且被配置為按照驅動信號使得輸入電流能和不能穿過電感器。開關功率轉換器還包括電流感測電路，其被耦合到半導體開關或電感器，并且被配置為生成電流感測信號，其表示輸入電流穿過電感器或半導體開關。控制電路接收該電流感測信號，并且被配置為按照時鐘頻率有規則地關閉半導體開關、對電流感測信號求積分并因此提供積分的電流感測信號、比較所積分的電流感測信號與閾值、并且取決于比較的結果打開半導體開關。該閾值是輸入電壓的函數。

按照本發明的另一方面，開關功率轉換器包括電感器和半導體開關，電感器被耦合到用輸出電壓可操作供電的終端，半導體開關被耦合到電感器并且被配置為按照驅動信號使得輸入電流能和不能穿過電感器。電流感測電路被耦合到半導體開關或電感器，并且被配置為生成電流感測信號，其表示輸入電流穿過電感器或半導體開關。控制電路接收電流感測信號以及表示輸入電壓的信號。此外，該控制電路包括閾值生成器，其接收表示輸入電壓的信號。該閾值生成器被配置為生成閾值，其為輸入電壓的函數。該控制電路還包括積分器，其接收電流感測信號。該積分器被配置為生成表示被積分的輸入電流的信號。此外，該控制電路包括比較器，其接收閾值和表示積分的輸入電流的信號。該比較器被配置為指示表示積分的輸入電流的信號什么時候達到該閾值。驅動電路被配置為按照時鐘信號周期性地接通半導體開關，并且當比較器指示表示積分的輸入電流的信號已經達到閾值時將其斷開。