[发明专利]利用次级侧整流电压感测的电压和电流保护

说明书

本公开的实施例涉及利用次级侧整流电压感测的电压和电流保护。一种隔离的开关模式功率转换器将来自输入源的功率转换为用于输出负载的功率。初级侧功率级内的功率开关控制输入到功率转换器并且最终提供给输出负载的功率量。功率转换器次级侧的数字控制器生成用于控制功率开关的信号。该控制器还感测功率转换器的次级侧的整流电压，并且使用该感测电压来检测初级侧的故障状况。例如，感测到的整流电压用于检测功率转换器的输入电源的欠压或过压状况、或初级侧功率级内的故障功率开关。

技术领域

本申请涉及隔离的开关模式功率转换器，并且具体地涉及用于检测初级侧故障的技术，其中这些技术基于感测功率转换器的次级侧的整流电压。

背景技术

隔离的开关模式直流(DC)至DC功率转换器使用变压器将来自输入源的功率转换为用于输出负载的功率。这种功率转换器包括将DC输入功率转换成被馈送到变压器的初级侧的交流(AC)功率的功率开关。在变压器的次级侧提供的AC功率被整流和滤波，以便为输出负载提供DC功率。初级侧功率开关通常由脉冲宽度调制(PWM)控制信号控制。控制器生成具有适合于满足输出负载的功率需求的频率和占空比的PWM控制信号。

控制器通常使用线性闭环反馈技术将输出电压保持在期望目标附近。控制器可以使用模拟或数字电路系统来实现，并且可以位于功率转换器的初级侧或次级侧。为了保持功率转换器的隔离屏障的完整性，在初级侧与次级侧之间交叉的任何信号必须通过隔离器，例如变压器、光耦合器。在功率转换器的初级侧定位模拟或数字控制器提供以下优点：可以容易地感测输入电压和/或电流并且将其用于检测初级侧故障状况。然而，这种初级侧控制器的缺点在于，为了实现闭环控制，必须使用一个或多个模拟隔离器将输出电压和/或电流信息从次级侧传输到初级侧。此外，系统管理器通常位于次级侧，这表示初级侧控制器与任何这样的系统管理器之间的通信信号也必须通过隔离器。由于这些原因、以及成本、尺寸和灵活性优势，隔离的开关模式功率转换器越来越多地使用位于次级侧的数字控制器。检测功率转换器的初级侧的故障状况给位于功率转换器的次级侧的控制器带来了困难。

期望用于检测隔离的开关模式功率转换器中的初级侧故障状况的技术，其中这些技术容易在次级侧控制器内实现。相对于功率转换器的典型操作所需要的电路系统，这些技术应当需要最少的或没有附加电路系统。

发明内容

根据一种具有隔离拓扑的开关模式功率转换器的实施例，功率转换器将来自输入源的功率转换为用于输出负载的功率。功率转换器包括初级侧、变压器和次级侧。初级侧包括耦合到输入源并且包括一个或多个功率开关的功率级。功率级耦合到变压器的初级绕组。次级侧包括整流电路、滤波电路和控制器。整流电路耦合到变压器的次级绕组，并且被配置为在第一整流电压节点处提供第一整流电压。滤波电路插入在第一整流电压节点与功率转换器的输出之间。滤波电路被配置为对第一整流电压进行滤波，从而在输出处提供滤波电压。控制器被配置为感测第一整流电压，并且基于该次级侧电压，检测初级侧故障状况。响应于这种检测，生成故障指示和/或修改开关模式功率转换器的操作。

根据一种电子系统的实施例，电子系统包括输入电源、输出负载、隔离的开关模式功率转换器和系统管理器。功率转换器如上所述配置。系统管理器被配置为输入由功率转换器生成的故障指示，并且响应于确定故障指示指示不安全操作状况或可能损坏电子系统的状况，关闭功率转换器。

根据一种方法的实施例，该方法在用于将来自输入源的功率转换为用于输出负载的功率的隔离的开关模式功率转换器内执行。功率转换器包括初级侧、变压器和次级侧。初级侧包括耦合到输入源并且包括一个或多个功率开关的功率级。功率级耦合到变压器的初级绕组。次级侧包括整流电路、滤波电路和控制器。整流电路耦合到变压器的次级绕组，并且被配置为在第一整流电压节点处提供第一整流电压。滤波电路插入在第一整流电压节点与功率转换器的输出之间。该方法包括在功率转换器的次级侧感测第一整流电压，并且基于该感测电压来检测初级侧故障状况。该方法还包括响应于该检测而生成故障指示和/或修改开关模式功率转换器的操作。