[發明專利]開關功率轉換器中的相故障檢測

有效

• 申請號: 201510053813.1
• 申請日: 2015-02-02
• 公開（公告）號: CN104852559B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: A·巴巴扎德赫;B·唐
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H02M1/32
• 分類號: H02M1/32;H02H7/10
• 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

本申請涉及開關功率轉換器，特別是開關功率轉換器中的相故障檢測。

背景技術

由于其高效性以及所占據的面積/體積小，開關功率轉換器被廣泛地用于各種應用和功率等級。廣泛接受的開關功率轉換器包括降壓、升壓、降壓-升壓、前饋、反激、半橋、全橋和SEPIC拓撲結構。多相降壓轉換器尤其適于提供在低電壓下高性能集成電路所需的高電流，集成電路例如微處理器、圖形處理器、和網絡處理器。降壓轉換器可以用有源部件來實現，例如脈沖寬度調制(PWM)控制器IC(集成電路)、驅動器電路、包括功率MOSFET(金屬-氧化物-半導體場效應晶體管)的一個或多個相、以及無源部件，諸如電感器、變壓器或耦合的電感器、電容器、和電阻器。多個相可以并聯連接，以滿足高輸出電流需求。

開關功率轉換器中包括的部件數量眾多并且這種系統通常的高輸出電流和功率使得希望能檢測到任何部件或連接的故障，以檢驗這些系統的全部功能，并確保開關功率轉換器在其整個工作范圍內的正常操作。通常實施電壓、電流、功率和溫度的監視，以確保在變化、不可預測和不可預見的操作條件下的正確操作。高性能集成電路，例如微處理器、圖形處理器、以及網絡處理器需要幾種保護機制，以針對電壓和電流變化進行保護。相故障檢測(PFD)是一種保護機制，該保護機制保護負載，并且也為用戶提供了有效的診斷指導。高效、可靠以及低成本的PFD方案是極其需要的。

發明內容

根據檢測開關功率轉換器中的相故障的方法的一個實施例，該方法包括：在開關周期的兩個或多個不同點處測量由開關功率轉換器的一相穿過電感器輸送到負載的相電流，在此該開關周期期間，該相在開關周期的第一間隔內接通，并且在開關周期的第二間隔內關斷，相電流具有期望的鋸齒形或三角形紋波圖案；并且基于在開關周期的兩個或多個不同點處獲得的相電流測量結果，確定該相是否有故障。

根據開關功率轉換器的一個實施例，該轉換器包括可操作為將相電流穿過電感器輸送到負載的一相。相電流具有期望的鋸齒形或三角形紋波圖案。開關功率轉換器還包括測量單元，其可操作為在開關周期的兩個或多個不同點處測量相電流，在此開關周期期間，該相在開關周期的第一間隔內接通，并且在開關周期的第二間隔內關斷。開關功率轉換器還包括分析單元，其可操作為基于在開關周期的兩個或多個不同點處獲得的相電流測量結果，確定該相是否有故障。

本領域技術人員在閱讀以下詳細描述并且查看了附圖之后，將認識到附加的特征和優點。

附圖說明

附圖中的元件不一定相對于彼此按比例繪制。相同的附圖標記表示相應的類似部分。各個所示實施例的特征可以組合，除非它們彼此排斥。附圖中所描繪的實施例在下面的說明中詳細描述。

圖1示出了具有相故障檢測的開關功率轉換器的實施例的框圖。

圖2示出了圖1的開關功率轉換器中包括的相和對應的離散電流感測網絡的實施例的框圖。

圖3示出了開關功率轉換器中的相故障檢測方法的實施例的流程圖。

圖4示出了與圖3的相故障檢測方法和圖1的開關功率轉換器的操作相關聯的各個波形圖。

圖5示出了開關功率轉換器中包括的相電流分析單元的實施例的框圖。

圖6示出了開關功率轉換器中包括的相電流分析單元的另一實施例的框圖。

圖7示出了圖1的開關功率轉換器中包括的相和對應的集成電流感測網絡的實施例的框圖。

圖8A示出了與圖7的集成電流感測網絡所檢測的故障高側電流鏡相關聯的各種波形圖。

圖8B示出了與圖7的集成電流感測網絡所檢測的故障低側電流鏡相關聯的各種波形圖。

具體實施方式

本文描述的實施例分析開關功率轉換器的相電流測量結果，以檢測可能的相故障。相電流可在相開關周期的兩個或多個不同點處測量，以測量正和負紋波，且測量結果可以與閾值進行比較，以識別指示相故障的任何非預期的響應。本文描述的方法能夠在該相的電流不是所期望的時候，檢測故障相。這可以包括在相電流的負部分、正部分或二者期間在兩個或多個不同點處測量相電流。具有相電流的正部分和/或負部分的任意一個部分的兩個或多個樣本可以指示該相電流是否表現得如同預期一樣。