功率转换器的回升压保护制造技术

在所描述的示例中，一种器件(100)包括功率转换器(110)，其具有耦合到第一节点的输入和耦合到输出端子的输出，该输出端子适于耦合到电池(112)。阻塞晶体管(106)耦合在第二节点和第一节点之间。稳压器(114)具有耦合到第一节点和第二节点的输入以及耦合到阻塞晶体管(106)的控制节点的输出。稳压器(114)被配置为控制阻塞晶体管(106)以基于在第二节点处的电压和在第二节点处的电压来调节阻塞晶体管(106)两端的电压降并且响应于在第一节点处的电压超过在第二节点处的电压达至少阈值来关断阻塞晶体管(106)以阻塞从输出端子流到第二节点的回升压电流。节点的回升压电流。节点的回升压电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率转换器的回升压保护


[0001]本申请总体上涉及电子电路，更具体地涉及减少功率转换器中的回升压(boost
‑
back)。

技术介绍

[0002]可以设计各种类型的功率转换器以将直流的源从一个电压电平转换为另一个电压电平。作为一个示例，降压转换器是一类开关模式电力供应，其通常包括晶体管，降压转换器被配置为降低输入电压以向一个或多个存储元件(例如包括电容器和/或电感器)提供相应的输出电压。降压转换器的常见应用是电池充电器。例如，电池充电器被配置为通过迫使电流通过电池来将能量输入电池。在正常操作时，同步降压转换器从输入汲取电流并将电流推出输出。由于频率响应和设计简单性，在某些应用中强制连续导通模式(CCM)操作是期望的。然而，在这种模式下，控制器可能会请求反向(负)方向上的电流。负方向上的电流称为回升压，通常在降压稳压器中是不期望的。
[0003]举例来说，回升压可以被分类为两种一般类型：调节的回升压和非调节的回升压。当转换器能够请求负电流并找到稳定的调节点时，就会出现调节的回升压状况。当转换器请求负电流但无法达到稳定的操作点时，就会出现非调节的回升压。这种状况可以导致转换器的输入上的不受控制的电压和/或电流失控(run
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away)，并可能损坏器件或系统中的其他部件。转换器中最常负责非调节回升压的调节回路是输出电压调节和温度调节。对于温度调节，如果环境温度超过目标结温调节点，那么这个调节回路将驱动输出电流低于零并继续驱动电流更低(更负)。这种状况是正反馈状况，这是不期望的，因为转换器驱动出的负电流越多，器件散发的热量就越多。

技术实现思路

[0004]在第一个示例中，一种器件包括功率转换器，该功率转换器具有耦合到第一节点的输入和耦合到输出端子的输出，该输出端子适于耦合到电池。阻塞晶体管耦合在第二节点和第一节点之间。稳压器具有耦合到第一节点和第二节点的输入以及耦合到阻塞晶体管的控制节点的输出。稳压器被配置为控制阻塞晶体管以基于第一节点和第二节点之间的电压来调节阻塞晶体管两端的电压降，并且响应于在第一节点处的电压超过在第二节点处的电压达阈值来关断阻塞晶体管以阻塞从输出端子流到第二节点的回升压电流。
[0005]在另一个示例中，一种系统包括功率转换器，该功率转换器被配置为响应于一个或多个控制信号并且基于在第一节点处的电压向输出端子提供充电电流。阻塞晶体管耦合在第二节点和功率转换器的输入节点之间。稳压器被配置为基于在第一节点处的电压和在第二节点处的电压来调节阻塞晶体管两端的电压降，并且被配置为响应于在第一节点处的电压超过在第二节点处的电压达阈值量来关断阻塞晶体管，使得从输出端子流到第二节点的电流被阻塞晶体管阻塞。输入检测器被配置为响应于阻塞晶体管被关断而使第二节点放电。回升压检测器被配置为响应于检测到功率转换器的回升压状况来关断功率转换器。
[0006]在又一个示例中，一种方法包括基于在第一节点处的电压和控制信号来控制到输出端子的充电电流，该输出端子适于耦合到电池。该方法还包括基于基准电压调节阻塞晶体管两端的电压，该阻塞晶体管耦合在第二节点和第一节点之间。响应于检测到在第一节点处的电压超过在第二节点处的电压，该方法还包括关断阻塞晶体管并使第二节点放电。
附图说明
[0007]图1是用于为电池充电的系统的示例的示意图，该系统包括回升压保护。
[0008]图2是双向功率转换器的示意图。
[0009]图3是单向功率转换器的示意图。
[0010]图4是用于为电池充电的功率转换器的示例的示意图。
[0011]图5是用于为电池充电的典型系统的示例的示意图。
[0012]图6是包括回升压保护的单向功率转换器的示意图。
[0013]图7是具有防止在输出处的回升压的构件的典型功率转换器的框图。
[0014]图8是用于为电池充电的包括回升压保护的功率转换器系统的另一个示例的示意图。
[0015]图9是绘制图8的系统的信号随时间变化的曲线图。
[0016]图10是绘制用于检测未调节的回升压状况的信号随时间变化的曲线图。
[0017]图11是描绘用于提供回升压保护的示例方法的流程图。
具体实施方式
[0018]本公开涉及用于减少在功率转换器(例如降压转换器(例如，强制连续导通模式(CCM)降压转换器))中的回升压的系统和电路。在本文公开的示例中，系统和方法是在电池充电器内实施的功率转换器的上下文中描述的；然而，本文公开的系统和电路可以用于减少功率转换器的其他应用中的回升压。
[0019]作为一个示例，功率转换器具有耦合到第一节点的输入。阻塞晶体管耦合在第一节点和第二节点之间，电力供应耦合到第二节点以提供输入电压。稳压器被配置为调节阻塞晶体管两端的电压降以控制在第一节点处提供给功率转换器的输入的电压和电流。例如，稳压器被配置为控制阻塞晶体管并基于来自电力供应的输入电压与功率转换器的输入处的电压的比较来调节阻塞晶体管两端的电压。输入检测器被配置为响应于检测到阻塞晶体管被关断而使第二节点放电。回升压检测器被配置为基于来自电力供应的输入电压和在功率转换器的输入处的第一节点处的电压生成故障信号。例如，功率转换器可以响应于故障信号而关断，并且/或者第一节点可以响应于故障信号而放电。
[0020]当功率转换器的输入处的电压超过来自电力供应的输入电压时，阻塞晶体管使系统能够监控和防止可能发生的回升压。稳压器还允许阻塞晶体管充当理想二极管，例如通过将阻塞晶体管两端的电压降调节为小电压(例如，小于100mV，例如大约20mV)。这允许比可能使用pn结二极管实现的总功率效率更高。例如，通过以这种方式实施稳压器来控制阻塞晶体管，稳压器可以在回升压期间快速关断阻塞晶体管，例如当输入电压被移除时(例如，响应于AC供应被拔出或以其他方式断开连接)。此外，由于回升压保护是在供应输入处实施的，与功率转换器的功率级相比，该方法可以在不需要额外电路来补偿不连续导通的
情况下实施，这种不连续导通倾向于发生在控制低侧FET以减少回升压的功率转换器中。例如，一些现有设计关断低侧FET以减少回升压状况。然而，这可能导致进入不连续导通模式并在输出中提供增加的纹波，这涉及增加的复杂性以减少此类不期望的后果并确保所有调节回路在贯穿其各种操作模式中的稳定性。
[0021]图1图示了包括用于对电池112充电的功率转换器110的系统100的框图。系统100被配置为减少(或阻塞)如果控制信号指示负ICHARGE电流时可能发生的回升压。如本文所述，回升压对应于当反向电流从功率转换器的输出(例如，耦合到电池端子)流动时的状况，其防止不期望的功率从电池112输送到系统100。在一些示例中，当电池电压超过在104处的输入电压时，可能会发生回升压。在其他示例中，当电池电压小于输入电压但被升压以获得在负方向上的功率输送时，可能会发生回升压。
[0022]在一些示例中，系统100代表电池充电器。系统100或其部分可以实施为集成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种器件，其包括：功率转换器，其具有耦合到第一节点的输入和耦合到输出端子的输出，所述输出端子适于耦合到电池；阻塞晶体管，其沿第二节点和所述输出端子之间的路径耦合在所述第二节点和所述第一节点之间；以及稳压器，其具有耦合到所述第一节点和所述第二节点的输入以及耦合到所述阻塞晶体管的控制节点的输出，所述稳压器被配置为控制所述阻塞晶体管以基于在所述第一节点和所述第二节点之间的电压来调节所述阻塞晶体管两端的电压，所述稳压器还被配置为响应于在所述第一节点处的第一电压超过在所述第二节点处的第二电压达阈值量来关断所述阻塞晶体管，以阻塞从所述输出端子沿所述路径流到所述第二节点的回升压电流。2.根据权利要求1所述的器件，其中所述阻塞晶体管包括场效应晶体管，所述场效应晶体管具有耦合到所述第一节点的漏极和耦合到所述第二节点的源极，所述稳压器被配置为基于基准电压来调节从所述源极到所述漏极的电压降，使得所述阻塞晶体管被配置为作为理想二极管来操作。3.根据权利要求2所述的器件，其中所述稳压器还包括：放大器，其具有耦合到所述第一节点的反相输入和耦合到所述阻塞晶体管的栅极的输出；以及电压源，其耦合在所述第二节点和所述放大器的非反相输入之间，所述电压源被配置为提供所述基准电压。4.根据权利要求1所述的器件，还包括输入检测器，其具有耦合到所述控制节点和所述第二节点的输入，所述输入检测器被配置为响应于检测到所述阻塞晶体管被关断而从所述第二节点吸收电流。5.根据权利要求4所述的器件，其中所述输入检测器包括：开关器件，其耦合在所述第二节点和中性节点之间；比较器，其具有耦合到所述阻塞晶体管的所述控制节点的第一输入和耦合到所述开关器件的控制输入的输出；以及电压源，其耦合在所述第二节点和所述比较器的第二输入之间，所述电压源被配置为在所述第二输入处施加阈值电压，所述比较器被配置为响应于在所述阻塞晶体管的所述控制节点处的电压下降到低于在所述第二节点处的电压达至少所述阈值电压来激活所述开关器件并且使所述第二节点放电。6.根据权利要求1所述的器件，其还包括回升压检测器，其具有耦合到所述第一节点和所述第二节点的输入，所述回升压检测器被配置为响应于在所述第一节点处的电压超过在所述第二节点处的电压达故障阈值而提供故障信号以关断所述功率转换器。7.根据权利要求6所述的器件，其中所述回升压检测器包括：开关器件，其耦合在所述第一节点和中性节点之间；比较器，其具有耦合到所述第一节点的第一输入，所述比较器的输出耦合到所述开关器件的控制输入和所述功率转换器的故障输入；以及电压源，其耦合在所述第二节点和所述比较器的第二输入之间，所述电压源被配置为在所述第二输入处施加故障阈值电压，使得所述比较器被配置为响应于在所述第一节点处
的电压超过在所述第一节点处的电压达至少所述故障阈值电压来激活所述开关器件并且使所述第一节点放电。8.根据权利要求1所述的器件，其中所述功率转换器被配置为降压模式功率转换器，所述降压模式功率转换器被配置为以强制连续导通模式操作。9.根据权利要求1所述的器件，其中所述功率转换器包括：脉宽调制器，其被配置为产生具有根据一个或多个控制信号而变化的占空比的脉宽调制信号即PWM信号；功率级转换器，其被配置为基于所述PWM信号来产生第一驱动信号和第二驱动信号；高侧晶体管，其耦合在所述第一节点和所述功率转换器的所述输出之间，其中所述高侧晶体管的状态基于所述第一驱动信号来控制；以及低侧晶体管，其耦合在所述功率转换器的所述输出与中性节点之间，其中所述低侧晶体管的状态受所述第二驱动信号控制，其中所述充电电流流到所述输出端子以对所述电池充电。10.根据权利要求1所述的器件，其还包括回升压检测器，所述回升...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：