專利名稱：用于半共振轉(zhuǎn)換器一次側(cè)的快速輸出短路保護(hù)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半共振轉(zhuǎn)換器，具體地說，是一種用于半共振轉(zhuǎn)換器一次側(cè)的快 速輸出短路保護(hù)裝置及方法。
背景技術(shù)：
圖1為已知的半共振馳返式轉(zhuǎn)換器，其中變壓器Tl具有一次側(cè)線圈Lp連接在電 源Vin及功率開關(guān)Sl之間、二次側(cè)線圈Ls經(jīng)二極管Do連接到輸出端No、以及輔助線圈 Laux經(jīng)二極管Daux連接到電容Caux，光耦合器12監(jiān)視輸出電壓Vo以提供回授信號Vfb 給脈寬調(diào)變(Pulse Width Modulation ；P麗)控制器10的回授端FB，以及PWM控制器10經(jīng) 輸出端fete提供控制信號Vgs切換功率開關(guān)Sl以將輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換為輸出電壓Vo，以 及經(jīng)檢測端Vdet監(jiān)視輔助線圈Laux上的電壓Vaux。當(dāng)半共振馳返式轉(zhuǎn)換器的輸出端Vo 短路時(shí)，變壓器Tl將飽和，這使得功率開關(guān)Sl承受非常大的電流及電壓應(yīng)力。在已知的PWM控制器10中，并未直接從二次側(cè)檢測輸出電壓Vo。已知的輸出短 路保護(hù)是靠過載保護(hù)或回授開路保護(hù)(feedback open protection)來達(dá)成，然而這些方法 都需要很長的抗尖峰脈沖(deglitch)時(shí)間來避免在負(fù)載瞬時(shí)期間造成誤觸發(fā)。圖2為已 知的輸出短路保護(hù)電路，其包括比較器14及延遲電路16。比較器14比較回授信號Vfb及 參考電壓Vref產(chǎn)生比較信號&給延遲電路16。當(dāng)半共振馳返式轉(zhuǎn)換器的輸出端Vo短路 時(shí)，回授信號Vfb上升，在回授信號Vfb大于參考電壓Vref時(shí)，比較器14輸出高準(zhǔn)位的比 較信號&。由于在負(fù)載瞬時(shí)期間，回授信號Vfb也可能大于參考信號Vref，因此為了避免 誤觸發(fā)，延遲電路16只有在回授信號Vfb持續(xù)大于參考電壓Vref —段時(shí)間后才會觸發(fā)故 障信號Fault去關(guān)閉PWM控制器10。這段延遲的時(shí)間超過30毫秒(ms)，不但造成輸出短 路保護(hù)的反應(yīng)變慢，也導(dǎo)致更多的功率損失。因此已知的輸出短路保護(hù)裝置存在著上述種種不便和問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提出一種快速輸出短路保護(hù)裝置及方法。本發(fā)明的另一目的，在于提出一種應(yīng)用在半共振轉(zhuǎn)換器一次側(cè)的快速輸出短路保 護(hù)裝置及方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種應(yīng)用在半共振轉(zhuǎn)換器一次側(cè)的快速輸出短路保護(hù)裝置，所述半共振轉(zhuǎn)換器包 含功率開關(guān)受一控制信號切換，其特征在于所述快速輸出短路保護(hù)裝置包括谷值檢測器連接所述功率開關(guān)，檢測所述功率開關(guān)上的電壓谷值而產(chǎn)生谷值信 號；以及輸出短路判斷電路連接所述谷值檢測器，當(dāng)持續(xù)一段延遲時(shí)間都未接收到所述谷 值信號時(shí)，送出故障信號。本發(fā)明的應(yīng)用在半共振轉(zhuǎn)換器一次側(cè)的快速輸出短路保護(hù)裝置還可以采用以下的技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的保護(hù)裝置，其中所述延遲時(shí)間包括所述控制信號的數(shù)個(gè)周期。前述的保護(hù)裝置，其中所述輸出短路判斷電路包括多個(gè)串接的正反器，每一所述 正反器具有正相輸出端、反相輸出端、數(shù)據(jù)端連接所述反相輸出端、清除端供接收所述谷值 信號、以及頻率端供接收所述控制信號或連接前一級正反器的反相輸出端，所述故障信號 由所述多個(gè)正反器中最后一級的正相輸出端提供。一種應(yīng)用在半共振轉(zhuǎn)換器一次側(cè)的快速輸出短路保護(hù)方法，所述半共振轉(zhuǎn)換器包 含功率開關(guān)受一控制信號切換，其特征在于所述快速輸出短路保護(hù)方法包括下列步驟檢測所述功率開關(guān)上的電壓谷值；以及在持續(xù)一段延遲時(shí)間都未檢測到所述谷值時(shí)，送出故障信號。本發(fā)明的應(yīng)用在半共振轉(zhuǎn)換器一次側(cè)的快速輸出短路保護(hù)方法還可以采用 以下的技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的保護(hù)方法，其中所述延遲時(shí)間包括所述控制信號的數(shù)個(gè)周期。采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的應(yīng)用在半共振轉(zhuǎn)換器一次側(cè)的快速輸出短路保護(hù) 裝置及方法具有在半共振轉(zhuǎn)換器發(fā)生輸出短路時(shí)能作出快速反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為已知的半共振馳返式轉(zhuǎn)換器示意圖；圖2為已知的輸出短路保護(hù)電路圖；圖3為圖1的半共振馳返式轉(zhuǎn)換器操作在DCM時(shí)的波形圖；圖4為本發(fā)明的快速輸出短路保護(hù)方法示意圖；圖5為本發(fā)明的快速輸出短路保護(hù)裝置示意圖；以及圖6為圖5的輸出短路判斷電路的操作示意圖。圖中，10、PWM控制器12、光耦合器14、比較器16、延遲電路20、電壓Vds的波形22、 控制信號Vgs的波形24、電壓Vaux的波形26、電流Ids的波形28、電流I_Do的波形30、輸 出電壓Vo的波形32、磁感應(yīng)電流I_Lm的波形34、電壓Vds的波形36、波谷信號Sva的波 形38、故障信號Fault的波形40、谷值檢測器42、輸出短路判斷電路44、正反器46、正反器 48、正反器50、正反器60、控制信號Vgs的波形62、反相輸出端QNl上的信號的波形64、反 相輸出端QN2上的信號的波形66、反相輸出端QN3上的信號的波形68、故障信號Fault的 波形。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例及其附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步說明?，F(xiàn)請參閱圖3，圖3為圖1的半共振馳返式轉(zhuǎn)換器操作在不連續(xù)電流模式 (Discontinuous Current Mode ；DCM)的波形圖。如圖所示，所述波形20為功率開關(guān)Sl上 的電壓Vds，波形22為控制信號Vgs，波形M為輔助線圈Laux上的電壓Vaux，波形沈?yàn)?通過功率開關(guān)Sl的電流Ids，波形觀為通過二極管Do的電流I_Do。參照圖1及圖3，在 時(shí)間tl至t2期間，如波形22所示，控制信號Vgs為高準(zhǔn)位而打開(turn on)功率開關(guān) Si，因此功率開關(guān)Sl上的電壓Vds為0，而通過開關(guān)Sl的電流Ids上升，如波形20及沈所示。假設(shè)變壓器Tl的一次側(cè)線圈Lp、二次側(cè)線圈Ls及輔助線圈Laux之間的匝數(shù)比為 Np Ns Naux，可求得此期間輔助線圈Laux上的電壓Vaux =-VinXNaux/Np 公式 1在時(shí)間t2時(shí)，控制信號Vgs轉(zhuǎn)為低準(zhǔn)位而關(guān)閉(turn off)功率開關(guān)Si，此時(shí)電 流Ids變?yōu)?，而二次側(cè)線圈Ls上產(chǎn)生電流I_Do通過二極管Do，同時(shí)輔助線圈Laux上的 電壓Vaux = (Vo+Vf) XNaux/Ns 公式 2其中Vf為二極管Do的順向偏壓。當(dāng)電流I_Do下降至0時(shí)，如時(shí)間t3所示，功率 開關(guān)1上的電壓Vds將因激磁電感Lm及離散電容Ceq而產(chǎn)生弦波振蕩，如波形20所示。圖4說明本發(fā)明的快速輸出短路保護(hù)方法，其中波形30為輸出電壓Vo，波形32為 磁感應(yīng)電流I_Lm，波形34為電壓Vds，波形36為波谷信號Sva，波形38為故障信號Fault。 如前所述，當(dāng)圖1的半共振馳返式轉(zhuǎn)換器在正常操作時(shí)，功率開關(guān)Sl上的電壓Vds具有弦 波振蕩，因此可以檢測電壓Vds的谷值得到谷值信號&ιν，如波形36所示。在時(shí)間t4時(shí)，半 共振馳返式轉(zhuǎn)換器的輸出發(fā)生短路，故輸出電壓Vo變?yōu)?，如波形30所示。由于變壓器Tl 的重置電壓Vro ^ Np/Ns X (Vo+Vf)公式 3因此當(dāng)半共振馳返式轉(zhuǎn)換器的輸出發(fā)生短路時(shí)，重置電壓Vro也將變的非常小， 幾乎為0，這導(dǎo)致磁感應(yīng)電流I_Lm無法重置為0，如波形32所示。也就是說，當(dāng)半共振 馳返式轉(zhuǎn)換器發(fā)生輸出短路時(shí)，半共振馳返式轉(zhuǎn)換器將進(jìn)入連續(xù)電流模式(Continuous Current Mode ；CCM)。從圖4的波形34可知，在半共振馳返式轉(zhuǎn)換器發(fā)生輸出短路后，功率 開關(guān)Sl上的電壓Vds不再產(chǎn)生弦波振蕩，因此無法檢測到電壓Vds的谷值，利用此現(xiàn)象可 以達(dá)成輸出短路保護(hù)。如波形38所示，當(dāng)持續(xù)一段延遲時(shí)間Tfault都未檢測到電壓Vds的 谷值時(shí)，送出故障信號Fault以關(guān)閉PWM控制器10，延遲時(shí)間Tfault可以是控制信號Vgs 的數(shù)個(gè)周期。圖5為本發(fā)明的快速輸出短路保護(hù)裝置，其包括谷值檢測器40及輸出短路判斷電 路42。谷值檢測器40檢測功率開關(guān)Sl上電壓Vds的谷值。檢測電壓Vds的谷值的方法有 很多，在此實(shí)施例中藉由檢測輔助線圈Laux上的電壓Vaux來判斷電壓Vds的谷值，進(jìn)而產(chǎn) 生谷值信號Sva。檢測輔助線圈Laux上電壓Vaux的谷值的技術(shù)已相當(dāng)成熟，因此谷值檢測 器40的詳細(xì)電路于此不再贅述。輸出短路判斷電路42利用控制信號Vgs來計(jì)算時(shí)間。當(dāng) 持續(xù)數(shù)個(gè)控制信號Vgs周期的期間都未收到谷值信號Sva時(shí)，輸出短路判斷電路42認(rèn)定半 共振馳返式轉(zhuǎn)換器發(fā)生輸出短路，送出故障信號Fault去關(guān)閉PWM控制器10。在此實(shí)施例 中，輸出短路判斷電路42包括四個(gè)串聯(lián)的正反器44、46、48及50。第一級正反器44具有數(shù) 據(jù)端D1、頻率端clkl接收控制信號Vgs、清除端Cl接收谷值信號Sva、正相輸出端Ql及反 相輸出端QNl連接數(shù)據(jù)端Dl。第二級正反器46具有數(shù)據(jù)端D2、頻率端clk2連接前一級正 反器44的反相輸出端QN1、清除端C2接收谷值信號Sva、正相輸出端Q2及反相輸出端QN2 連接數(shù)據(jù)端D2。第三級正反器48具有數(shù)據(jù)端D3、頻率端clk3連接前一級正反器46的反 相輸出端QN2、清除端C3接收谷值信號Sva、正相輸出端Q3及反相輸出端QN3連接數(shù)據(jù)端 D3。最后一級正反器50具有數(shù)據(jù)端D4、頻率端clk4連接前一級正反器48的反相輸出端 QN3、清除端C4接收谷值信號Sva、正相輸出端Q4及反相輸出端QN4連接數(shù)據(jù)端D4。
圖6說明圖5的輸出短路判斷電路42的操作，其中波形60為控制信號Vgsj^B 62為正反器44的反相輸出端QNl上的信號，波形64為正反器46的反相輸出端QN2上的信 號，波形66為正反器48的反相輸出端QN3上的信號，波形68為故障信號Fault。參照圖5 及圖6，其中正反器44、46、48及50在初始狀態(tài)下，正相輸出端Q1、Q2、Q3及Q4的邏輯狀態(tài) 均為“0”，而反相輸出端QN1、QN2、QN3及QN4的邏輯狀態(tài)均為“1”。假設(shè)在時(shí)間t 5時(shí)半共 振馳返式轉(zhuǎn)換器發(fā)生輸出短路，谷值檢測器40因而不再送出谷值信號Sva至清除端C1、C2、 C3及C4以重置正反器44、46、48及40。在時(shí)間t5時(shí)，控制信號Vgs由低準(zhǔn)位轉(zhuǎn)為高準(zhǔn)位， 如波形60所示，因此正反器44的反相輸出端QNl上的邏輯狀態(tài)由“1”變?yōu)椤?”，如波形62 所示。在時(shí)間t6時(shí)，控制信號Vgs再次由低準(zhǔn)位轉(zhuǎn)為高準(zhǔn)位，使得正反器44的反相輸出端 QNl上的邏輯狀態(tài)由“0”變?yōu)椤?”，因此正反器46的反相輸出端QN2上的邏輯狀態(tài)由“1” 變?yōu)椤?”，如波形64所示。在時(shí)間t7時(shí)，正反器44的反相輸出端QNl上的邏輯狀態(tài)再次由 “0”變?yōu)椤?”，使得正反器46的反相輸出端QN2上的邏輯狀態(tài)由“0”變?yōu)椤?1”，因此正反器 48的反相輸出端QN3上的邏輯狀態(tài)由“1”變?yōu)椤?”，如波形66所示。在時(shí)間偽時(shí)，正反器 46折反相輸出端QN2上的邏輯狀態(tài)再次由“0”變?yōu)椤?”，使得正反器48的反相輸出端QN3 上的邏輯狀態(tài)由“0”變?yōu)椤?1 ”，因此故障信號Fault的邏輯狀態(tài)由“0”變?yōu)椤?1 ”，如波形68 所示。參照圖6，在此實(shí)施例中，快速輸出短路保護(hù)裝置從半共振馳返式轉(zhuǎn)換器發(fā)生輸出 短路至送出短路信號Fault的時(shí)間Tfault為控制信號Vgs的7個(gè)周期，大約只有100 μ s, 遠(yuǎn)小于已知的輸出短路保護(hù)電路的反應(yīng)時(shí)間(30ms以上)，故本發(fā)明的輸出短路保護(hù)裝置 在發(fā)生輸出短路時(shí)可以更快速的反應(yīng)，以避免在功率開關(guān)Sl上產(chǎn)生非常大的應(yīng)力，而且當(dāng) 半共振馳返式轉(zhuǎn)換器處于打嗝(hiccup)保護(hù)模式時(shí)也可以減少功率損失。輸出短路判斷 電路42中的正反器數(shù)目可以依需求而增加或減少，進(jìn)而改變時(shí)間Tfault的長短。以上實(shí)施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人 員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化。因此，所有等同 的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于半共振轉(zhuǎn)換器一次側(cè)的快速輸出短路保護(hù)裝置，所述半共振轉(zhuǎn)換器包含功 率開關(guān)受一控制信號切換，其特征在于所述快速輸出短路保護(hù)裝置包括谷值檢測器連接所述功率開關(guān)，檢測所述功率開關(guān)上的電壓谷值而產(chǎn)生谷值信號；以及輸出短路判斷電路連接所述谷值檢測器，當(dāng)持續(xù)一段延遲時(shí)間都未接收到所述谷值信 號時(shí)，送出故障信號。
2.如權(quán)利要求1所述的快速輸出短路保護(hù)裝置，其特征在于，所述延遲時(shí)間包括所述 控制信號的數(shù)個(gè)周期。
3.如權(quán)利要求1所述的快速輸出短路保護(hù)裝置，其特征在于，所述輸出短路判斷電路 包括多個(gè)串接的正反器，每一所述正反器具有正相輸出端、反相輸出端、數(shù)據(jù)端連接所述反 相輸出端、清除端供接收所述谷值信號、以及頻率端供接收所述控制信號或連接前一級正 反器的反相輸出端，所述故障信號由所述多個(gè)正反器中最后一級的正相輸出端提供。
4.一種用于半共振轉(zhuǎn)換器一次側(cè)的快速輸出短路保護(hù)方法，所述半共振轉(zhuǎn)換器包含功 率開關(guān)受一控制信號切換，其特征在于所述快速輸出短路保護(hù)方法包括下列步驟檢測所述功率開關(guān)上的電壓谷值；以及在持續(xù)一段延遲時(shí)間都未檢測到所述谷值時(shí)，送出故障信號。
5.如權(quán)利要求4所述的快速輸出短路保護(hù)方法，其特征在于，所述延遲時(shí)間包括所述 控制信號的數(shù)個(gè)周期。
全文摘要
一種應(yīng)用在半共振轉(zhuǎn)換器一次側(cè)的快速輸出短路保護(hù)裝置，所述半共振轉(zhuǎn)換器包含功率開關(guān)受一控制信號切換，其特征在于所述快速輸出短路保護(hù)裝置包括谷值檢測器連接所述功率開關(guān)，檢測所述功率開關(guān)上的電壓谷值而產(chǎn)生谷值信號；以及輸出短路判斷電路連接所述谷值檢測器，當(dāng)持續(xù)一段延遲時(shí)間都未接收到所述谷值信號時(shí)，送出故障信號。本發(fā)明的應(yīng)用在半共振轉(zhuǎn)換器一次側(cè)的快速輸出短路保護(hù)裝置及方法具有在半共振轉(zhuǎn)換器發(fā)生輸出短路時(shí)能作出快速反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02H7/10GK102055175SQ20091019798
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者林梓誠 申請人:上海立隆微電子有限公司