[发明专利]用于开关功率变换器的控制器及控制器的操作方法

说明书

提供了系统、设备和方法，其使功率变换器能够使用两个或两个以上感测元件来可靠地检测功率变换器中存在的短路(或软短路)并且将这些状态与其它操作状态诸如低电压状态或正常操作状态区分开。所公开的实施例能够使用多个感测元件诸如感测电阻和开关设备的固有电阻值来精确检测故障状态，诸如短路或软短路状态，同时防止由于诸如低输入电压的其它因素而导致的假阳性误报的检测。

技术领域

本申请通常涉及功率变换器，尤其涉及具有用于感测功率变换器上的电流负载的电流感测电阻的功率变换器。

背景技术

移动电子设备诸如智能手机和平板电脑的广泛使用，在本领域中产生了对给这些设备的电池充电的紧凑且高效的开关功率变换器的需要。反激式开关功率变换器通常作为移动设备的充电器，因为其变压器提供了与交流(AC)家用电流的安全隔离。然而，需要控制变换器的功率输出，以避免或防止对连接到变换器的设备或对变换器本身的损坏。

常规的反激式变换器通常使用控制功率开关的开关状态的控制器来提供输出调节。控制器响应于控制功率开关的操作的多个信号通过使功率开关循环来调节输出电压(或电流)。当功率开关处于接通状态时，通过轮流感测与功率开关串联的感测电阻两端的电压，可由感测通过功率开关的电流得到这些信号中的一个，从而使功率开关电流通过感测电阻。如图1所示的对于功率开关(S1)的循环，初级绕组电流(其与功率开关电流相同)与感测电阻的电压降成正比，并且可用电压V_I_感测表示。

当控制器在时间t0将NMOS功率开关(S1)晶体管置于接通状态时，功率开关(V_漏极_S1)的漏电压会下降到地电位。初级绕组电流流过功率开关和感测电阻，形成感测电阻电压(V_I_感测)信号。控制器通过感测V_I_感测来感测峰值初级绕组电流。在正常操作中，控制器采用峰值电流阈值(V_I峰值)，通过尝试确定通过功率开关的电流何时达到峰值电流阈值来确定将功率开关重新置于关断状态的合适时刻。但如果感测电阻由于感测电阻上的故障而发生短路(或软短路)，V_I_感测就永远不会达到所需的峰值电流阈值。相反，在感测电阻软短路(非常低的阻抗)的情况下，感测电阻(V_I_感测)两端的电压几乎不会增加到高于地电位，如图1所示。在硬短路的情况下，该电压将保持接地。如果控制器继续保持功率开关接通，则初级绕组电流将继续增加，使得功率开关(或其它部件)可能会受到过电流的损害，从而导致功率开关永久失效。此外，如此大的初级绕组电流将倾向于驱动功率变换器的输出电压超出调节。因此，控制器通常采用最大接通时间定时器，该定时器在时间t0将功率开关转换为接通时开始计时最大接通时间周期。在图1中，最大接通时间周期从时间t0延伸到时间t1。如果最大接通时间周期在没有达到峰值电流阈值的情况下到期，功率变换器就会检测出感测电阻短路故障状态，并进入例如复位操作。

虽然这种方法可以检测感测电阻的短路状态，但由于S1开关电流的上升速度直接受变换器的整流输入电压影响，所以其也可以在若干状态下指示假阳性误报(例如，指示实际不存在的短路)。例如，AC电源电压的短暂下降可能会使V_I_感测电压斜升得更慢，使得其在最大接通时间周期到期之前不会越过峰值电流阈值，其中从所述AC电源电压获得整流输入电压。

因此，在本领域中，需要开关功率变换器中的感测电阻短路状态的改进检测。

发明内容