[发明专利]用于在直流－直流电力变换器中过电流保护的方法及装置

说明书

技术领域

【0001】本发明一般涉及电力变换器电路，且更具体地涉及用于提供过电流保护的开关模式电力变换器的控制电路的方法和实现。

背景技术

【0002】开关模式电力变换器(也被称作“电力变换器”)是电力电子处理电路，其通过周期性地切换耦连至电感电路元件的电力开关，将输入电压波形转换为输出电压波形(二者一般是直流波形，但也不一定都是直流波形)。电力开关用称作“占空比/工作周期”的导通时间段来控制。占空比/工作周期是由电力开关的导通时间段与其开头时间段之比所代表的比率。因此，如果电力开关在开关周期一半的时间内导通，那么电力开关的占空比/工作周期将为0.5(或者50％)。与电力变换器相关的反馈控制器通过控制其中所使用的电力开关的导通时间段来管理其操作。一般地，反馈控制器被耦连至反馈回路配置中电力变换器的输出(也被称作“控制回路”或者“闭合控制回路”)，以调节电力变换器电路的输出特性比如输出电压。

【0003】一般，反馈控制器测量电力变换器电路的输出特性，并且基于此，修改电力变换器电路的电力开关的占空比/工作周期。另外，由于系统的需求比如由电力变换器供电的微处理器或者其他负载动态地变化(例如，因为微处理器上的计算负载变化)，所以反馈控制器应该被配置为动态地增加或者降低其中电力开关的占空比/工作周期，以将输出特性维持在期望值。

【0004】图1是现有技术的示例性步降(step-down)开关调节器电路的简化示意图。步降开关调节器是电力变换器，其将直流输入电压转换为较低的直流输出电压，而通常不需要它们之间的直流隔离。虽然图解说明的电力变换器使用了非隔离、降压(buck)、开关调节器拓扑，但是本领域技术人员应该理解，可以使用其他的变换器拓扑比如前向隔离式或者反激(flyback)变换器拓扑以将输入电压转换为输出电压，还包括将输出电压升压或降压到比输入电压更高或更低电压电平的变换器。这些变换器是技术领域内所公知的，并且为了简化描述，将不再图解说明或描述示例电路图。

【0005】图1图解说明的降压(buck)开关调节器电路在其输入处从电功率源(图中表示为电池105)接收直流输入电压V_in，并且一般提供调节的输出电压V_out来为例如耦连至开关调节器输出的微处理器供电。与降压变换器拓扑的原理相一致，输出电压V_out通常小于输入电压V_in，使得电力变换器的开关操作可以调节输出电压V_out。

【0006】主电力开关Q_main(例如，场效应晶体管)被使能，以在主要间隔(通常与控制器(未显示)所产生的主电力开关Q_main的主要占空比/工作周期“D”共同存在)内导通，并将输入电压V_in耦连至输出滤波电感器L_out。在主要间隔期间，由于电流从电力变换器的输入流向输出，流过输出滤波电感器L_out的电感器电流I_Lout增加。电感器电流I_Lout的交流分量被输出电容器C_out滤除。

【0007】在互补间隔(通常与也由控制器(未显示)所产生的主电力开关Q_main的互补占空比/工作周期“1-D”共同存在)期间，主电力开关Q_main被转变为不导通状态并且辅助电力开关Q_aux(例如，续流场效应晶体管或续流二极管)被使能以导通。辅助电力开关Q_aux提供导电通路以维持流过输出滤波电感器L_out的电感器电流I_Lout的连续性。在互补间隔期间，流过输出滤波电感器L_out的电感器电流I_Lout降低。一般而言，主电力开关Q_main和辅助电力开关Q_aux的占空比/工作周期可以由反馈控制器调节，以维持电力变换器的输出电压V_out的稳定。然而，本领域的技术人员应该知道，主电力开关Q_main和辅助电力开关Q_aux的导通周期可以被短的时间间隔隔开，以避免其之间的交叉导通，并且有益地降低与电力变换器相关的开关损耗。