[發明專利]開關模式電源電流監視和保護

有效

• 申請號: 201610962232.4
• 申請日: 2016-10-28
• 公開（公告）號: CN106953301B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 鮑彤;毛明平;余偉福;張國興
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號: H02H7/12
• 分類號: H02H7/12;H02M3/335
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 申屠偉進;杜荔南

本發明涉及開關模式電源電流監視和保護。一種用于電流保護的設備包括開關模式電源控制器。開關模式電源控制器包括涌入電流比較器，其布置成至少在啟動階段或突發階段中的至少一個期間將初級繞組電流與涌入電流閾值進行比較。開關模式電源控制器還包括開關控制器，其布置成通過基于至少部分地基于輸出電壓的反饋信號控制接通和關斷初級開關來控制輸出電壓的調整。開關控制器還布置成，如果涌入電流比較器確定初級繞組電流已經達到涌入電流閾值，則控制初級開關關斷并且保持關斷直到至少下一開關循環。

技術領域

本公開涉及開關模式電源，并且更具體地涉及用于具有隔離拓撲的開關模式電源的電流監視和保護。

背景技術

開關模式電源是使用開關穩壓器來生成供給電壓的電子電源。高開關頻率可能導致所謂的驅動損失和所謂的開關損失的增加。雖然驅動損失由用于對開關元件進行切換所要求的電功率導致，但是存在兩種不同類型的開關損失。第一種類型的開關損失由在開關元件的開關期間通過開關元件的電流和跨開關元件的端子的電壓的同時存在（“硬開關”條件）給出。第二種類型的開關損失（典型地被稱為電容損失）由與每一個開關元件相關聯的寄生電容導致，該寄生電容在開關元件被激活時在開關元件自身的電阻上放電。電容和開關損失二者與開關元件的操作頻率成比例。電容損失與經平方的開關電壓成比例。

為了減少開關損失并且允許高頻操作，已經廣泛地發展了諧振轉換技術。這些技術以正弦方式提供處理電功率，并且以這樣的方式控制開關元件以限制硬開關的發生。

從經整流的電力網電壓操作的諧振轉換器典型地使用半橋和全橋拓撲來實現。參照根據所謂的半橋拓撲實現的諧振DC-DC（直流到直流）轉換器（簡稱為半橋諧振轉換器），開關元件包括高側晶體管和低側晶體管，高側晶體管和低側晶體管串聯連接在提供要轉換的供給電壓的供給電路與提供諸如地之類的參考電壓的端子之間。通過適當地切換所述兩個晶體管，有可能生成具有對應于供給電壓的高值（當高側晶體管被激活時呈現）和對應于地的低值（當低側晶體管被激活時呈現）的方波。典型地一旦每一個晶體管關斷就插入小死區時間，在該死區時間中兩個晶體管都是斷開的。

可以通過使用兩對開關元件來生成相同的方波，每一對開關元件根據半橋拓撲來布置，但是與彼此相位相反地驅動。特別地，第一對的高側晶體管和第二對的低側晶體管被同時激活；類似地，第一對的低側晶體管和第二對的高側晶體管被同時激活。該拓撲一般被稱為全橋拓撲。基于全橋拓撲的諧振轉換器被簡稱為全橋諧振轉換器。

在諧振轉換器中，利用半橋或全橋拓撲生成的方波通過諧振網絡被應用于變壓器的初級繞組，該諧振網絡至少包括電容器和電感器；所述變壓器的次級繞組饋入整流器電路和濾波器電路以用于提供輸出DC電壓。輸出DC電壓的值取決于方波的頻率，無論該頻率變得更靠近還是更遠離諧振網絡的諧振頻率。方波的占空比典型地被保持在大約50%。

在諧振轉換器中的諧振網絡的各種已知配置之中，所謂的電感器-電感器-電容器（LLC）配置尤其適合于下述那些應用：在該應用中要轉換的DC電壓的值特別高，諸如通過電力網電壓的整流生成的電壓，即在有利于高電容損失的發生的條件下。LLC諧振轉換器的諧振網絡通過下述各項而被形成：連接在開關元件與變壓器的初級繞組的輸入之間的串聯電感器-電容器（LC）電路，以及跨初級繞組的兩個輸入連接的分路電感器。

利用LLC諧振轉換器，調節寬負載上的輸出DC電壓的值和隨開關頻率的相對較小變化的輸入DC電壓變化是可能的。

發明內容

一般而言，本公開涉及包括開關模式電源控制器的用于電流保護的設備。開關模式電源控制器包括涌入電流比較器，其布置成至少在啟動階段或突發（burst）階段中的至少一個期間將初級繞組電流與涌入電流閾值進行比較。開關模式電源控制器還包括開關控制器，其布置成通過基于至少部分地基于輸出電壓的反饋信號控制接通和關斷初級開關來控制輸出電壓的調整。開關控制器還布置成，如果涌入電流比較器確定初級繞組電流已經達到涌入電流閾值，則控制初級開關關斷并且保持關斷直到至少下一開關循環。