用于保护开关电源中的反馈环路避免故障的方法和相关电路技术

本发明专利技术涉及开关电源，尤其涉及用于保护开关电源中的反馈环路避免发生故障的方法和相关电路。更具体地说，它涉及一种用于识别输出处的过高电压状态的电路。在一个实施例中，用于保护开关电源中的反馈环路避免发生故障的电路包括：用于产生与所述开关电源的输出电压成比例的电压的部件（ｖａｕｘ　　Ｒ１，Ｒ２）；用于将所述与输出电压成比例的电压与参考电压进行比较的比较器（１５）；被连接到所述比较器的计数器（１７），当所述与输出电压成比例的电压超过所述参考电压达预设次数时，能提供输出信号；所述输出信号是所述反馈环路故障的指示。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及开关电源，尤其是涉及用于保护开关电源中的反馈环路避免发生故障的方法和相关电路。更具体地说，它涉及一种用于识别输出处的过高电压状态的电路。所提出的系统即使在离线式变换器(offline converter)中，尤其是在那些使用回扫拓扑的变换器中能找到更直接的应用，经过适当修改后，所述系统也可以应用于非隔离的变换器和所有其它拓扑(升压、反作用、前向等)中，实际上令人显著地感兴趣的是将本系统扩展到升压拓扑，特别是扩展到所谓的功率因数校正(PFC，Powerfactor Corrector)前置调节器，这是一种强制的开关系统，其任务是从干线吸收与干线电压同相的几乎正弦电流。
技术介绍
离线式变换器的特色之一是它们经常出现所谓的隔离壁垒，这是由两个电分离的部分构成的。一侧是所谓的初级，它借助于整流桥连接到干线，并且包括一个开关(典型地是金属氧化物场效应晶体管)，其导通和截止被适当地驱动以便调节功率流，并且通常是控制部分。一侧是所谓的次级，它与初级隔离，并且借助于它的输出门连接到待供电的负载。通过存在变压器来保证安全规则所要求的电隔离。用来提供安全规则所规定的适当隔离的变压器允许能量通过磁耦合从一侧到达另一侧而在它们之间没有金属接触。在所有变换器中，输出电压必须被稳压，这就是说，在运行条件(输入电压、输出电流、温度)发生变化的情况下保持恒定值。通过分类反馈控制来达到这个目标输出电压，或者更常见的是它的一部分与一个参考电压进行比较；它们的差值(误差信号)被适当地放大，并且由控制电路(控制器)进行处理，其目的是确定开关的导通和截止时间，以便使上述误差信号变为零或最小化。在这一点上，在离线式变换器中出现一个问题输出电压位于次级侧，而控制和MOSFET位于初级侧。因此需要将有关输出电压的信息从一侧传送到另一侧，这就是说，需要在反方向上跨越隔离壁垒，并且，根据安全规则，需要保证所述变压器的至少相同隔离。这个问题的解决方案包括使用另一个小变压器或者光耦合器。在反馈环路发生故障的情况下，所述控制电路丢失有关输出电压的信息，随之而来的是所述变换器提供大于负载所需的功率，同时在短时间内输出电压开始失去控制地增加，这将导致由所述变换器供电的负载以及变换器本身的破坏。因此，有必要提供一种装置，在反馈环路发生故障的情况下，阻断所述变换器，以避免输出电压失去控制。如果某些用于将输出电压设置为预期数值的电路元件(典型地为电阻)由于老化而性能下降，使得出现较高的输出电压，或随时间而缓慢地增长，则反馈环路的整体的最终控制系统可能没有检测到输出电压的漂移，或者当所述电压已经达到很高的数值才被检测出来，并因此无法避免灾难性破坏。因此，需要一种输出电压的监测系统，它与所述反馈环路并行工作，并且如果反馈环路由于任何原因而不再控制输出电压并且输出电压趋向于增加，则当输出电压超出预设安全限值时，所述监测系统进行干预，阻断变换器。这种功能通常用过压保护(OVP，Over VoltageProtection)的名称来表示。在功率因数校正前置调节器的情况下，在它们的最典型形式中使用不隔离的升压拓扑(boost topology)，因此不会出现跨越隔离壁垒的问题，严格联系于应用安全的不同需求导致相同的需求。事实上，功率因数校正前置调节器产生从整流和未滤波的干线电压(整流后的正弦波)开始的直流输出电压。所述输出电压大于最大干线峰值电压，后者典型地等于400伏。对如此高的电压失去控制将带来灾难性后果。参照离线式变换器，对上述问题有不同的已知解决方案，所有这些都可以分为两种基本类型直接或间接测量输出电压。属于第一类的解决方案提供十分精确的干预水平，并且可以应用于任何拓扑的变换器，然而，正如已经考察过的反馈那样，它们需要跨越隔离壁垒。当不需要高精度时，可以采用输出电压的间接读取。在回扫式配置中，这种结果特别容易出现，因为在开关截止时，输出电压提供给变压器的次级绕组，因此，在所有其它绕组的端子上发现所述输出电压被乘以各自的匝数比。通常使用具有适当极性的辅助绕组Waux以及整流二极管和电容器来导出变换器操作期间用于向集成控制电路供电的直流电压Vdc。由于前面说过的理由，这个电压理想地与已稳压的输出电压成比例并因此是稳定的。如果反馈环路发生故障而使输出电压失去控制地增加，则这种增加将通过电压Vdc的相似增加而反映出来。当电源电压Vdc超出一个预设数值时，比较器可因此启动保护。所述系统十分简单和经济，但是不够精确。即使电压Vdc对变换器输入电压的变化来说是很稳定的，但是它对负载的变化来说并不稳定。这主要是由变压器的寄生参数引起的。在功率因数校正前置调节器的情况下，除了输出电压的直接读取的明显可能性以外，还有一系列的技术用来验证反馈环路的完整性，更容易地应用于配有跨导型误差放大器的控制器。如上所述，直接读取不仅允许保护的干预阈值的最高精度，而且允许最大的安全(在安全规则所提供的单一故障的假说中)。事实上，不论产生过电压是由于环路的破坏还是性能下降，都启动保护。与直接读取对比，除了用于反馈环路的之外，还需要使用专用集成电路的引脚，以及第二电阻分压器。除了增加控制器外部的元件数目以外，第二分压器还消耗一定数量的功率，虽然数量很小，但是在那些符合关于设备在不工作状态下必须降低功耗的最新规则的系统(例如EnergyStar，Energy 2000，Blue Angel等)中，可以代表不能被忽略的不希望作用。另一方面，用于验证反馈环路的完整性的技术通常不需要使用专用引脚，也不需要附加的外部元件的引脚，但由于它们不能识别由于环路的缓慢性能下降而引起的调节点的运动，它们无法提供完整的保护水平。每次根据特定应用的需求，可以优先采用一种或另一种技术。
技术实现思路
考虑到所述技术状态，本专利技术的目的是，提供一种用于保护开关电源中的反馈环路避免发生故障、尤其是用于识别输出处的过高电压状态的方法和相关电路，使得已知技术的困难得以克服。此外，它具有最少数目的外部元件，可以保证保护干预不完全依赖于变换器的负载状况，其精度可与使用输出电压的直接读取的系统相比，对外部干扰不十分敏感并且不引入附加的显著消耗。根据本专利技术，通过用于保护开关电源的反馈环路避免故障的电路装置来达到上述目的，它包括用于产生与所述开关电源的输出电压成比例的电压的部件；用于将所述与输出电压成比例的电压与参考电压进行比较的比较器；连接到所述比较器的计数器，能够在所述与输出电压成比例的电压超过所述参考电压达预设次数时，提供输出信号；所述输出信号是所述反馈环路故障的指示。还借助于用于保护开关电源的反馈环路避免故障的方法来达到上述目的，所述方法包括下列步骤产生与所述开关电源的输出电压成比例的电压；将所述与输出电压成比例的电压与参考电压进行比较；对所述与输出电压成比例的电压超过所述参考电压的次数进行计数；当前一阶段的计数已经超过预设数目时，提供一个输出信号，它是所述反馈环路故障的指示。附图说明通过以下在附图中作为非限制性实例而图示的实施例的详细说明，将使本专利技术的各项特性和优点变得显而易见，在附图中图1表示根据本专利技术的开关电源的一部分的方框图；图2表示在图1的电路中出现的波形；图3表示图1的方框图的一个可能的电路实施例；图4表示图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于保护开关电源的反馈环路避免发生故障的电路，包括：用于产生与所述开关电源的输出电压成比例的电压的部件；用于将所述与输出电压成比例的电压与参考电压进行比较的比较器；连接到所述比较器的计数器，当所述与输出电压成比例的电压超过所述参考电压达预设次数时，能提供输出信号；所述输出信号是所述反馈环路故障的指示。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳迪奥艾德拉格纳，
申请(专利权)人：ST微电子公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]