非隔離式電源輸出機殼接地故障檢測和保護系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明總的來說涉及非隔離式電源，并且更具體地涉及一種用于檢測和保護非隔離式電源拓撲中機殼(chas s i s)接地故障的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]近些年來，各種工業(yè)和技術部門(包括航天，工業(yè)，醫(yī)療以及市政)轉向基于LED的照明系統(tǒng)作為現(xiàn)有照明解決方案的替代物。這至少部分地由于LED可以提供非常高的發(fā)光強度的事實，其可以使用適當?shù)墓β兽D換以及驅動器電路而在寬的范圍內控制。此外，LED是相對小的，且相對更加可靠。
[0003]許多電源拓撲可用來驅動和控制LED的發(fā)光強度。絕大多數(shù)所提議的拓撲是由AC源供電的，并且因此依賴于前端的功率因數(shù)校正(PFC)AC-DC轉換器。所使用的一個通常的PFC AC-DC轉換器拓撲是升壓(boost)轉換器，因為其在中到高功率級別下執(zhí)行良好。然而，這個拓撲的一個不利方面(downside)是輸出電壓需要高于AC源峰值電壓，因而在大多數(shù)應用中使另一 DC-DC轉換器，降壓(buck)轉換器成為必要，以便減小用來驅動LED的電壓水平。在下游DC-DC轉換器中添加隔離是可能的，但是其消極地影響整個系統(tǒng)效率，尺寸和重量。因此，非隔離式兩級升壓和降壓(boost and buck)電源是對于中等功率LED應用的優(yōu)選拓撲，該中等功率LED應用例如飛行器應用。如現(xiàn)在將被解釋的那樣，這在飛行器環(huán)境中可呈現(xiàn)特定的缺點。
[0004]在飛行器電功率系統(tǒng)中，AC返回被連接到機殼。因此，在不可能的事件中，上述非隔離式電源的LED側變成對機殼短路，源發(fā)現(xiàn)通過該短路的低阻抗路徑，并且控制器離開約束，導致電源潛在地被損壞。用來保護非隔離式電源的常規(guī)技術是測量高側(供應線)和低偵叭返回線)電流兩者，并且當差動電流超過預定極限時關掉降壓(buck)轉換器柵極驅動器。目前使用的技術并不是足夠的迅速，并且即使在使用現(xiàn)有的差動電流監(jiān)測和保護技術的情況下，將不能針對接地故障條件進行保護，因而潛在地損壞電源。
[0005]因此，存在對一種檢測非隔離式電源輸出到機殼(output-to-chassis)短路，并且保護非隔離式電源免受所檢測的短路的系統(tǒng)的需要，從而防止對電源的損壞。本發(fā)明至少解決了此需求。

【發(fā)明內容】

[0006]提供此概述，以用簡化的形式來描述所選擇的概念，其在詳細描述中被進一步描述。此概述并不旨在識別所要求保護主題的關鍵或必要特征，其也不旨在用作幫助確定所要求保護主題的范圍。
[0007]在一個實施例中，一種電路，包括非隔離式電源，差動電流傳感器，以及故障檢測邏輯。該非隔離式電源配置成接收輸入電壓并提供輸出電壓，且包括供應線，返回線，串聯(lián)耦合在該供應線中的第一半導體開關，以及串聯(lián)耦合在該返回線中的第二半導體開關。第一和第二半導體開關每個被配置成操作在開狀態(tài)和關狀態(tài)，在開狀態(tài)中，電流流過第一和第二半導體開關，在關狀態(tài)中，電流不流過第一和第二半導體開關。差動電流傳感器配置成感測供應線和返回線之間的差動電流。故障檢測邏輯被耦合到差動電流傳感器，第一半導體開關以及第二半導體開關，并被配置成:檢測差動電流何時超過預定電流幅值，并且在檢測到差動電流超過預定電流幅值時命令第一和第二半導體開關操作在關狀態(tài)中。
[0008]在另一個實施例中，一種非隔離式電源包括DC-DC轉換器，差動電流傳感器，返回線電流傳感器以及故障檢測邏輯。該DC-DC轉換器適于接收輸入DC電壓并提供輸出DC電壓。該DC-DC轉換器包括升壓級，降壓級，供應線，返回線，串聯(lián)耦合在該供應線中的第一半導體開關，以及串聯(lián)耦合在該返回線中的第二半導體開關。第一和第二半導體開關每個被配置成操作在開狀態(tài)和關狀態(tài)中，在開狀態(tài)中，電流流過第一和第二半導體開關，在關狀態(tài)中，電流不流過第一和第二半導體開關。差動電流傳感器配置成感測供應線和返回線之間的差動電流。返回線電流傳感器配置成感測返回線電流。故障檢測邏輯耦合到差動電流傳感器，返回線電流傳感器，第一半導體開關以及第二半導體開關，并被配置成:檢測差動電流何時超過預定電流幅值，檢測返回線電流何時超過預定返回線電流值，并且在檢測到(i)差動電流超過預定電流幅值或者(ii)返回線電流超過預定電流值時命令第一和第二半導體開關操作在關狀態(tài)中。
[0009]在又一實施例中，一種非隔離式電源包括DC-DC轉換器，差動電流傳感器，返回線電流傳感器，故障檢測邏輯。該DC-DC轉換器適于接收輸入DC電壓并提供輸出DC電壓，且包括供應線，返回線，串聯(lián)耦合在該供應線中的第一半導體開關，以及串聯(lián)耦合在該返回線中的第二半導體開關。第一和第二半導體開關每個被配置成操作在開狀態(tài)和關狀態(tài)中，在開狀態(tài)中，電流流過第一和第二半導體開關，在關狀態(tài)中，電流不流過第一和第二半導體開關。差動電流傳感器配置成感測供應線和返回線之間的差動電流，并包括霍爾傳感器。返回線電流傳感器配置成感測返回線電流，并包括串聯(lián)耦合在該返回線中的電阻。故障檢測邏輯耦合到差動電流傳感器，返回線電流傳感器，第一半導體開關以及第二半導體開關。故障檢測邏輯包括第一比較器，第二比較器，以及或(OR)邏輯。第一比較器配置成檢測差動電流何時超過預定電流幅值并提供其表示的第一輸出信號。第二比較器配置成檢測返回線電流何時超過預定電流值并提供其表示的第二輸出信號。或邏輯耦合到第一和第二比較器，并配置成在接收到第一和第二輸出信號中的一個或兩個時命令第一和第二半導體開關操作在關狀態(tài)中。
[0010]此外，非隔離式電源保護系統(tǒng)和方法的其它理想特征和特性將根據(jù)結合附圖和前面的【背景技術】進行的隨后的詳細描述以及所附的權利要求而變得明顯。
【附圖說明】
[0011]下文中將結合下面的附圖來描述本發(fā)明，其中相似的數(shù)字表示相似的元件，并且其中:
[0012]圖1描繪非隔離式電源的一個實施例的功能性框圖；
[0013]圖2描繪可以用來實現(xiàn)圖1的非隔離式電源的DC-DC轉換器的詳細示意性表示；
[0014]圖3描繪可以用來實現(xiàn)圖1的非隔離式電源的故障檢測邏輯的一個實施例的功能性框圖；以及
[0015]圖4-6描繪了可以用來實現(xiàn)圖1的非隔離式電源的故障檢測邏輯的替換性實施例的功能性框圖。
【具體實施方式】
[0016]下面的詳細描述在本質上僅僅是示例性的，并不旨在限制本發(fā)明或者本發(fā)明的應用和使用。如本文中所使用的，詞語“示例性的”表示“用作示例，實例或者例證”。因此，本文作為“示例性的”描述的任何實施例不一定被解釋為相比于其它實施例是優(yōu)選的或有利的。本文中描述的全部實施例是示例性的實施例，其被提供以使得本領域技術人員能夠作出或者使用本發(fā)明，并且并不限制由權利要求限定的本發(fā)明的范圍。此外，不存在由在前述技術領域，【背景技術】，
【發(fā)明內容】
或者下面的【具體實施方式】中所提出的任何明確的或者暗示的理論來束縛的意圖。
[0017]現(xiàn)在參考圖1，電路的一個實施例的功能性框圖。所描繪的電路包括非隔離式電源，并且描繪了用于檢測和保護該電源免受輸出到機殼的接地故障的系統(tǒng)。所描繪的非隔離式電源100包括DC-DC轉換器102，差動電流傳感器104，以及故障檢測邏輯106 AC-DC轉換器102被耦合以接收輸入DC