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CN218276473U - 用于增强开关电源中的过电压保护的电路路径配置 - Google Patents

用于增强开关电源中的过电压保护的电路路径配置 Download PDF

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CN218276473U CN202190000372.8U CN202190000372U CN218276473U CN 218276473 U CN218276473 U CN 218276473U CN 202190000372 U CN202190000372 U CN 202190000372U CN 218276473 U CN218276473 U CN 218276473U
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Abstract

本文提出了一种用于增强开关电源中的过电压保护的电路路径配置，所述开关电源包括桥式整流器、初级侧开关以及控制器。所述电路路径配置通过利用指示所述初级侧开关的漏‑源电压的箝位电压来实施输入OVP。所述桥式整流器向第一节点提供整流电压。所述初级侧开关包括漏极；并且所述漏极经由第一电路路径电耦合到所述第一节点。所述第一电路路径包括在所述第一节点和所述漏极之间的第一电路路径节点。所述控制器包括经由第二电路路径电耦合到所述第一电路路径节点的电压监测器输入；并且所述第二电路路径向所述电压监测器输入提供监测器电压。

Description

用于增强开关电源中的过电压保护的电路路径配置
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2020年3月24日提交的第62/993,803号美国临时申请的权益，该申请通过引用全部并入本文。
技术领域
本实用新型涉及开关电源，并且更具体地涉及配置电路路径以增强初级侧开关的过电压保护。
背景技术
许多电子设备(诸如移动电话、膝上型计算机等)由源自电源的直流(dc)电力供电。常规的壁式插座通常递送高压交流(ac)电力，该高压交流电力需要被转换为经调节的直流电力，以便被用作消费电子设备的电源。开关(开关模式)电源由于其高效率、小体积和轻重量而通常被用于将高压交流电力转换为经调节的直流电力。
开关电源可以被配置为开关模式转换器，也被称为开关转换器，并且可以包括诸如变压器的耦合元件。开关模式转换器可以进一步被配置为反激式转换器以将整流的交流(AC)电力转换成经调节的直流(DC)输出电力。
在一些应用中，交流(AC)电力可以由桥式整流器整流并且由大容量电容器滤波以向开关模式转换器(例如，反激式转换器)提供未经调节的整流的交流电力。
附图说明
参考以下附图描述了用于增强开关电源中的过电压保护的电路路径配置的非限制性和非穷举性实施方案，其中除非另有说明，否则相同的参考数字在所有各个视图中指代相同的部分。
图1A例示了根据本文的教导的包括电路路径的开关电源。
图1B例示了根据一个实施方案的包括电路路径的开关电源。
图1C例示了根据一个实施方案的包括电路路径的开关电源。
图2A例示了根据一个实施方案的包括电路路径的开关电源。
图2B例示了根据一个实施方案的包括电路路径的开关电源。
图3A例示了根据第一实施方案的对应于箝位电压VC和初级侧开关漏-源电压VDS的波形。
图3B例示了根据第一实施方案的对应于箝位电压VC和初级侧开关漏-源电压VDS的波形。
图4A例示了根据第二实施方案的对应于箝位电压VC和初级侧开关漏-源电压VDS的波形。
图4B例示了根据第二实施方案的对应于箝位电压VC和初级侧开关漏-源电压VDS的波形。
图5A例示了根据第三实施方案的对应于箝位电压VC和初级侧开关漏-源电压VDS的波形。
图5B例示了根据第三实施方案的对应于箝位电压VC和初级侧开关漏-源电压VDS的波形。
图6A例示了根据第四实施方案的对应于箝位电压VC和初级侧开关漏-源电压VDS的波形。
图6B例示了根据第四实施方案的对应于箝位电压VC和初级侧开关漏-源电压VDS的波形。
图7A例示了根据第五实施方案的对应于箝位电压VC和初级侧开关漏-源电压VDS的波形。
图7B例示了根据第五实施方案的对应于箝位电压VC和初级侧开关漏-源电压VDS的波形。
图8A例示了根据第六实施方案的对应于箝位电压VC和初级侧开关漏-源电压VDS的波形。
图8B例示了根据第六实施方案的对应于箝位电压VC和初级侧开关漏-源电压VDS的波形。
图9A例示了根据第七实施方案的对应于箝位电压VC和初级侧开关漏-源电压VDS的波形。
图9B例示了根据第七实施方案的对应于箝位电压VC和初级侧开关漏-源电压VDS的波形。
图10A例示了根据第八实施方案的对应于箝位电压VC和初级侧开关漏-源电压VDS的波形。
图10B例示了根据第八实施方案的对应于箝位电压VC和初级侧开关漏-源电压VDS的波形。
图11A例示了根据第九实施方案的对应于箝位电压VC和初级侧开关漏-源电压VDS的波形。
图11B例示了根据第九实施方案的对应于箝位电压VC和初级侧开关漏-源电压VDS的波形。
图12A例示了根据第十实施方案的对应于箝位电压VC和初级侧开关漏-源电压VDS的波形。
图12B例示了根据第十实施方案的对应于箝位电压VC和初级侧开关漏-源电压VDS的波形。
在附图的所有若干视图中，对应的参考字符指示对应的部件。技术人员将理解，附图中的元件是为了简化和清楚而例示的，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大，以帮助改善对本文的教导的各实施方案的理解。此外，通常未描述在商业上可行的实施方案中有用的或必要的常见但容易理解的元件，以便于较不妨碍对用于增强开关电源中的过电压保护的电路路径配置的这些各实施方案的查看。
具体实施方式
在以下描述中，阐述了许多具体细节，以提供对用于增强开关电源中的过电压保护的电路路径配置的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员将明显的是，不需要采用具体细节来实践本文的教导。在其他情况下，未详细描述众所周知的材料或方法，以避免模糊本公开内容。
贯穿本说明书提及“一个实施方案(one embodiment)”、“一实施方案(anembodiment)”、“一个实施例(one example)”或“一实施例(an example)”意味着，结合该实施方案或实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在用于增强开关电源中的过电压保护的电路路径配置的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施方案中”、“在一实施方案中”、“一个实施例”或“一实施例”不一定全部指代相同的实施方案或实施例。此外，具体特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合进行组合。具体特征、结构或特性可以被包括在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述的功能的其他合适的部件中。另外，应理解，随此提供的附图用于向本领域普通技术人员进行解释的目的，并且附图不一定按比例绘制。
在本申请的上下文中，当晶体管处于“断开(off)状态”或“断开”时，晶体管阻挡电流和/或基本上不传导电流。相反，当晶体管处于“导通(on)状态”或“导通”时，晶体管能够显著地传导电流。举例来说，在一个实施方案中，高压晶体管包括N沟道金属氧化物半导体(NMOS)场效应晶体管(FET)，其中高压被支承在第一端子即漏极和第二端子即源极之间。在一些实施方案中，当调节提供给负载的能量时，可以使用集成控制器电路来驱动电力开关。
另外，出于本公开内容的目的，“接地”或“接地电势”是指如下参考电压或电势，相对于该参考电压或电势来定义或测量电子电路或集成电路(IC)的所有其他电压或电势。
在本申请的上下文中，根据开关周期，电力可以经由能量传递元件(例如，变压器)从输入(例如，从初级)侧传递到输出(例如，到次级)侧。例如，初级开关，也被称为初级侧开关，可以根据开关周期进行切换，由此初级绕组在开关周期的一部分内接收输入电力，并且一个或多个次级绕组在开关周期的另一部分内提供电力。
如上文所提及的，开关电源可以包括开关模式转换器(开关转换器)，其包括能量传递元件(例如，变压器和变压器电路)。开关模式转换器可以包括控制器和开关；并且开关模式转换器可以被配置为反激式(反激式转换器)。此外，变压器可以将能量从与初级侧绕组耦合的初级侧传递到与次级侧绕组耦合的次级侧。此外，如上文所讨论的，开关模式转换器可以接收未经调节的电力形式的输入电力。例如，未经调节的电力可以是源自桥式整流器的输出处的大容量电容器的整流的交流电力。此外，整流的交流电力可以包括大容量电容器两端的整流交流线电压。在这种上下文中，整流交流线电压也可以被称为大容量电容器电压。
初级侧开关可以响应于控制信号在初级侧处切换能量。例如，控制器可以向初级侧开关提供信号以根据开关周期进行切换。开关周期可以允许能量(电力)从初级侧传递到次级侧；并且控制器可以向初级开关提供信号，以便调节递送到次级侧上的负载的电力。
控制器也可以被配置为保护开关电源的一个或多个元件(例如，电路部件)。例如，控制器可以被配置为通过监测来自初级侧和/或次级侧的信号来利用过电压保护(OVP)和/或过电流保护(OCP)。可以实施过电压保护(OVP)使得控制器在(被监测的)信号超过阈值时关断初级侧开关。
当来自初级侧的信号用于实施OVP时，该方法可以被称为输入OVP。当来自次级侧的信号用于实施OVP时，该方法可以被称为输出OVP。在许多应用中，由于可靠性考虑，输入OVP相对于输出OVP为优选的。例如，输出OVP对于电器电源可能不可靠，并导致设备故障和/或损坏。此外，输出OVP可能容易受到意外或错误触发事件的影响，从而导致性能差和/或转换效率较低。因此，许多应用，包括电器电源，都需要输入OVP。
现代开关电源通过监测大容量电容器电压实施输入OVP；并且如上文所描述的，大容量电容器电压可以是未经调节的整流交流线电压。输入OVP的目的可以是在浪涌的情况下通过限制其最大漏-源电压来保护初级侧开关。然而，使用大容量电容器电压可能不能完全防止漏-源电压中的其他变化源。例如，漏-源电压可能不仅由于输入电力浪涌(即，未经调节的整流交流线电压中的浪涌)而增加，而且也可能由于其他过电压源而增加。其他过电压源可以包括但不限于来自变压器的反射电压(例如，来自次级侧的电压反射)和/或由于变压器寄生效应(例如，寄生泄漏绕组)引起的电压中的峰值。因此，需要通过监测来自初级侧的更全面(comprehensive，综合)的信号来实施输入OVP。
本文提出了一种用于增强开关电源中的过电压保护的电路路径配置。该电路路径配置通过利用指示初级侧开关上的漏-源电压的更全面的信号来实施输入OVP。在本文的教导中，更全面的信号可以被称为箝位电压。
此外，如本文所描述的，电源(例如，开关电源)包括桥式整流器、初级侧开关和控制器。桥式整流器被配置为向第一节点(例如，向大容量电容器节点)提供整流的电压(例如，未经调节的整流的交流电压)。初级侧开关包括漏极；并且漏极经由第一电路路径电耦合到第一节点。第一电路路径包括第一节点和漏极之间的第一电路路径节点。控制器包括经由第二电路路径电耦合到第一电路路径节点的电压监测器输入；并且第二电路路径被配置为向电压监测器输入提供监测器电压。
图1A例示了根据本文教导的包括电路路径P1-P3的开关电源100a。开关电源100a还包括桥式整流器114、大容量电容器CB、变压器T1、光耦合器112和转换开关(switcher)核心模块104。变压器T1包括初级绕组141、次级绕组142和辅助绕组143。转换开关核心模块104包括电耦合到初级侧开关103的控制器102。
如上文所讨论的，变压器T1可以将以初级侧接地GND为基准的初级侧与以次级侧接地SGND为基准的次级侧电隔离。本领域普通技术人员还可以认识到，次级侧接地SGND可以被称为“返回”接地。如图1A中所例示的，初级绕组141耦合到电路路径P1；而次级绕组142耦合到次级SGND。辅助绕组143可以与光耦合器112电耦合并向光耦合器112提供电力。
开关电源100a，也被称为“电源”，被配置为反激式(即，反激式转换器)。桥式整流器114将交流(AC)电压VAC整流并提供未经调节的整流的交流电力。如例示的，整流的交流电力包括提供给大容量电容器CB的整流的交流电压VB。同样如例示的，大容量电容器CB电耦合在节点NVB和初级侧接地GND之间；并且整流的交流电压VB以初级侧接地GND为基准。
初级侧开关103电耦合在初级侧接地GND和第一电路路径P1之间。如例示的，源极S电耦合到初级侧接地GND；并且漏极D电耦合到电路路径P1。
此外，控制器102电耦合到初级侧开关103以对漏极电流ID进行开关。当控制器102根据开关周期控制初级侧开关103接通和关断(即，切换)时，漏极电流ID可以呈现开关波形160。根据开关模式(开关)电源控制理论，该开关可以允许能量(即，电力)从初级绕组141传递到次级绕组142和/或辅助绕组143。
传递到次级绕组142的能量可以用于提供具有输出电压VOUT的输出电力。光耦合器112反过来可以向控制器102的控制输入C提供反馈，以便调节输出电压VOUT。例如，响应于在控制输入C处的电流IC(即，反馈电流IC)，控制器102可以根据开关周期(例如，根据具有周期TS的波形160)驱动初级侧开关103的栅极。
控制器102可以进一步被配置为向开关电源100a的部件提供额外保护。例如，控制器102包括电压监测器输入V和电流监测器输入X。控制器102可以在电压监测器输入V处接收监测器电压；并且响应于监测器电压超过限制(例如，过电压限制)可以关断初级侧开关103。以这种方式，控制器102可以限制漏-源电压VDS不超过漏-源电压限制，从而对初级侧开关103提供过电压保护。类似地，控制器102可以基于在电流监测器输入X处的电流来限制漏极电流IDS的峰值。
如例示的，电路路径P1电耦合在初级侧开关103的漏极D和节点NVB之间；因此，漏极D经由电路路径P1电耦合到节点NVB。根据本文的教导，电路路径P2可以与电路路径P1电耦合；并且电路路径P1可以提供箝位电压VC。箝位电压VC可以有利地经由电路路径P2被提供给电压监测器输入V。箝位电压VC可以有利地具有用于与过电压阈值进行比较的全面信息(即，电压分量)。
在一些实施方案中，交换开关核心模块104可以是TOPSwitchTM(和/或TOPSwitchTM的实施方案)交换开关核心模块104。TOPSwitchTM交换开关核心模块集成了初级侧开关103和控制器102。(TOPSwitchTM是电力集成公司(Power Integrations，Inc.)，赫利尔大街5245，圣何塞，CA 95138的商标)。
图1B例示了根据一个实施方案的包括电路路径P1-P3的开关电源100b；并且图1C例示了根据一个实施方案的包括电路路径P1-P3的开关电源100c。如开关电源100b-100c所例示的，电路路径P1包括电耦合在电流监测器输入X和节点NVB之间的电阻器123。电路路径P3包括串联电耦合在节点NVB和初级侧开关103的漏极D之间的二极管98和电路网络88。电路路径P2包括电耦合在电压监测器输入V和电路路径节点NVC之间的电阻器122。此外，如例示的，电路网络88电耦合在电路路径节点NVC和节点NVB之间；并且二极管98的阴极电耦合到电路路径节点NVC。二极管98的阳极电耦合到漏极D。如开关电源100c进一步所例示的，电路网络88可以包括并联电耦合的电容器90和电阻器89。
根据本文的教导，电压监测器输入V经由电路路径P2(例如，经由电阻器122)耦合到电路路径节点NVC。电路路径节点NVC可以有利地提供箝位电压VC。借助于电路路径P2，可以在电压监测器输入V处提供箝位电压VC和/或与箝位电压VC成比例的信号。根据等式1(EQ.1)，箝位电压VC可以有利地利用指示漏-源电压VDS的全面信号。例如，等式1示出箝位电压VC可以等于和/或基本等于漏-源电压VDS，并且可以包括电压分量。
VC＝VDS＝VB+VOR+VPK EQ.1
在等式1中，电压分量是大容量电容器电压VB、来自次级绕组142的反射电压VOR和由于变压器漏感引起的峰值电压VPK。
图2A例示了根据一个实施方案的包括电路路径P1-P4的开关电源200a；并且图2B例示了根据一个实施方案的包括电路路径P1-P4的开关电源200b。在开关电源200a-200b中，电路路径P2包括串联连接在电路路径节点NVC和电压监测器输入V之间的电阻器201和电阻器222。如例示的，电阻器201和电阻器222在电路路径节点NVX处电耦合在一起；因此，电路路径P2还包括电路路径节点NVX。
此外如例示的，开关电源200a-200b还包括连接在控制输入C和电路路径节点NVX之间的电路路径P4。电路路径P4包括串联电耦合在控制输入C和电路路径节点NVX之间的电阻器202和二极管210。
电路路径P4可以有利地提供额外的自由度，以用于调整在电压监测器输入V处接收的电压。例如，可以选择电阻器201、202、222，以调整在电路路径节点NVX处提供的电压VX。如例示的，电压VX可以至少部分地由(电路路径2的)电流I1和电流I3与(电路路径4的)电流I2之间的关系确定。
在一些应用中，具有额外的自由度来调整电压VX和/或(电路路径2的)电流I3可以有利地改善欠电压状况。例如，当交换开关核心模块104是TOPSwitchTM集成电路时，则电路路径4的电流I2可以有利地降低欠电压限制的值。
在开关电源200b中，电路路径P2包括与电阻器222串联电连接的附加电阻器223。
图3A例示了根据第一实施方案的分别对应于箝位电压VC和漏-源电压VDS的波形302a-303a。图3A还分别示出了用于箝位电压VC和用于漏-源电压VDS的迹线接地电平304a-305a；并且时间标度被设置为10毫秒每分度(10ms/div，milliseconds per division)。第一实施方案可以与具有220伏线电压(即，AC电压VAC)的开关电源100a-100c中的任何一个对应。
交换开关核心模块104可以是TOPSwitchTM集成电路。例如，它可以是TOPSwitchTM-JX交换开关核心模块。(TOPSwitchTM和TOPSwitchTM-JX是电力集成公司，赫利尔大街5245，圣何塞，CA95138)的商标。此外，第一实施方案还可以与开环配置对应，由此交换开关核心模块104被强制在开环中(即，在反馈断开的情况下)操作。例如，可以通过使交换开关核心模块104以在控制输入C处的固定信号操作来强制开环条件。
此外，参考图1C，电阻器89可以是2瓦(2W)68千欧(Kohm)电阻器。电容器90可以是1千伏(KV)2.2纳米法拉(nF)电容器。二极管98可以是箝位二极管；并且电阻器122可以是4兆欧(Mohm)电阻器。测量(例如，参见垂直迹线306a和水平迹线301a)可以指示至少以下情况：当线电压等于和/或基本等于264伏时发生自动重启；箝位电压VC受限制于504伏的最大值；并且漏-源电压VDS受限制于512伏的最大值。在这方面，OVP触发电压(在反馈断开的情况下的限制)可以用504伏的最大箝位电压(VCMAX)和512伏的最大漏极电压(VDSMAX)来表示。
图3B例示了根据第一实施方案的分别对应于箝位电压VC和漏-源电压VDS的波形302b-303b。图3B还示出了用于箝位电压VC的迹线接地电平304b；时间标度被放大到10微秒每分度(10us/div)。迹线标记310b指示具有等于和/或基本等于450伏的值的箝位电压VC。
图4A例示了根据第二实施方案的分别对应于箝位电压VC和漏-源电压VDS的波形402a-403a。图4A还分别示出了用于箝位电压VC和用于漏-源电压VDS的迹线接地电平404a-405a；并且时间标度被设置为10毫秒每分度(10ms/div)。第二实施方案可以与具有248伏的线电压(即，交流电压VAC)的开关电源100a-100c中的任何一个对应。此外，交换开关核心模块104可以是TOPSwitchTM集成电路诸如TOPSwitchTM-JX交换开关核心模块，并且还可以被强制在反馈断开的情况下(即，在开环条件下)操作。
此外，参考图1C，电阻器89可以是2瓦(2W)68千欧(Kohm)电阻器。电容器90可以是1千伏(KV)2.2纳米法拉(nF)电容器。二极管98可以是箝位二极管；并且电阻器122可以是4兆欧(Mohm)电阻器。测量(例如，参见垂直迹线406a和水平迹线401a)可以指示至少以下情况：当线电压等于和/或基本等于248伏时发生自动重启；箝位电压VC受限制于496伏的最大值；以及漏-源电压VDS受限制于504伏的最大值。在这方面，OVP触发电压(在反馈断开的情况下的限制)可以用496伏的最大箝位电压(VCMAX)和504伏的最大漏极电压(VDSMAX)来表示。
图4B例示了根据第二实施方案的分别对应于箝位电压VC和漏-源电压VDS的波形402b-403b。图4B还例示了用于箝位电压VC的迹线接地电平404b；时间标度被放大到10微秒每分度(10us/div)。
图5A例示了根据第三实施方案的分别对应于箝位电压VC和漏-源电压VDS的波形502a-503a。图5A还分别示出了用于箝位电压VC和用于漏-源电压VDS的迹线接地电平504a-505a；并且时间标度被设置为10毫秒每分度(10ms/div)。第三实施方案可以与具有264伏的线电压(即，交流电压VAC)的开关电源100a-100c中的任何一个对应。此外，交换开关核心模块104可以是TOPSwitchTM集成电路诸如TOPSwitchTM-JX交换开关核心模块，并且还可以被强制在反馈断开的情况下(即，在开环条件下)操作。
此外，参考图1C，电阻器89可以是2瓦(2W)68千欧(Kohm)电阻器。电容器90可以是1千伏(KV)2.2纳米法拉(nF)电容器。二极管98可以是箝位二极管；并且电阻器122可以是4兆欧(Mohm)电阻器。测量(例如，参见垂直迹线506a和水平迹线501a)可以指示至少以下情况：当线电压等于和/或基本等于264伏时发生自动重启；箝位电压VC受限制于486伏的最大值；并且漏-源电压VDS受限制于492伏的最大值。在这方面，OVP触发电压(在反馈断开的情况下的限制)可以用486伏的最大箝位电压(VCMAX)和492伏的最大漏极电压(VDSMAX)来表示。
图5B例示了根据第三实施方案的分别对应于箝位电压VC和漏-源电压VDS的波形502b-503b。图5B还示出了用于箝位电压VC的迹线接地电平504b；时间标度被放大到10微秒每分度(10us/div)。
图6A例示了根据第四实施方案的分别对应于箝位电压VC和漏-源电压VDS的波形602a-603a。图6A还分别示出了用于箝位电压VC和用于漏-源电压VDS的迹线接地电平604a-605a；并且时间标度被设置为10毫秒每分度(10ms/div)。第四实施方案可以与具有260伏的线电压(即，交流电压VAC)并且在零瓦(0W)负载条件下操作的开关电源100a-100c中的任何一个对应。此外，交换开关核心模块104可以是TOPSwitchTM集成电路诸如TOPSwitchTM-JX交换开关核心模块，并且还可以被强制在反馈断开的情况下(即，在开环条件下)操作。
此外，参考图1C，电阻器89可以是2瓦(2W)68千欧(Kohm)电阻器。电容器90可以是1千伏(KV)2.2纳米法拉(nF)电容器。二极管98可以是箝位二极管；并且电阻器122可以是4兆欧(Mohm)电阻器。对于260伏的线电压和0瓦负载，测量(例如，参见垂直迹线606a和水平迹线601a)可以指示至少以下情况：箝位电压VC受限制于491伏的最大值；并且漏-源电压VDS受限制于497伏的最大值。在这方面，OVP触发电压(在反馈断开的情况下的限制)可以用491伏的最大箝位电压(VCMAX)和497伏的最大漏极电压(VDSMAX)来表示。
图6B例示了根据第四实施方案的分别对应于箝位电压VC和漏-源电压VDS的波形602b-603b。图6B还示出了用于箝位电压VC的迹线接地电平604b；时间标度被放大到10微秒每分度(10us/div)。
图7A例示了根据第五实施方案的分别对应于箝位电压VC和漏-源电压VDS的波形702a-703a。图7A还分别示出了用于箝位电压VC和用于漏-源电压VDS的迹线接地电平704a-705a；并且时间标度被设置为10毫秒每分度(10ms/div)。第五实施方案可以与具有248伏的线电压(即，交流电压VAC)并且在零瓦(0W)负载条件下操作的开关电源100a-100c中的任何一个对应。此外，交换开关核心模块104可以是TOPSwitchTM集成电路诸如TOPSwitchTM-JX交换开关核心模块，并且还可以被强制在反馈断开的情况下(即，在开环条件下)操作。
此外，参考图1C，电阻器89可以是2瓦(2W)68千欧(Kohm)电阻器。电容器90可以是1千伏(KV)2.2纳米法拉(nF)电容器。二极管98可以是箝位二极管；并且电阻器122可以是4兆欧(Mohm)电阻器。对于248伏的线电压和0瓦负载，测量(例如，参见垂直迹线706a和水平迹线701a)可以指示至少以下情况：箝位电压VC受限制于464伏的最大值；并且漏-源电压VDS受限制于476伏的最大值。在这方面，OVP触发电压(在反馈断开的情况下的限制)可以用464伏的最大箝位电压(VCMAX)和476伏的最大漏极电压(VDSMAX)来表示。然而，与图6A的波形602a-603a相比，波形702a-703a指示“电源正常操作”，而不显示OVP，因为线电压(即，交流电压VAC)已从260伏降低到248伏。
图7B例示了根据第五实施方案的分别对应于箝位电压VC和漏-源电压VDS的波形702b-703b。图7B还示出了用于箝位电压VC的迹线接地电平704b；时间标度被放大到10微秒每分度(10us/div)。
图8A例示了根据第六实施方案的分别对应于箝位电压VC和漏-源电压VDS的波形802a-803a。图8A还分别示出了用于箝位电压VC和用于漏-源电压VDS的迹线接地电平804a-805a；并且时间标度被设置为10毫秒每分度(10ms/div)。第六实施方案可以与具有223伏的线电压(即，交流电压VAC)并且在五瓦(5W)负载条件下操作的开关电源100a-100c中的任何一个对应。此外，交换开关核心模块104可以是TOPSwitchTM集成电路诸如TOPSwitchTM-JX交换开关核心模块，并且还可以被强制在反馈断开的情况下(即，在开环条件下)操作。
此外，参考图1C，电阻器89可以是2瓦(2W)68千欧(Kohm)电阻器。电容器90可以是1千伏(KV)2.2纳米法拉(nF)电容器。二极管98可以是箝位二极管；并且电阻器122可以是4兆欧(Mohm)电阻器。对于223伏的线电压和5瓦的负载，测量(例如，参见垂直迹线806a和水平迹线801a)可以指示至少以下情况：箝位电压VC受限制于472伏的最大值；并且漏-源电压VDS受限制于476伏的最大值。在这方面，OVP触发电压(在反馈断开的情况下的限制)可以用472伏的最大箝位电压(VCMAX)和476伏的最大漏极电压(VDSMAX)来表示。
图8B例示了根据第六实施方案的分别对应于箝位电压VC和漏-源电压VDS的波形802b-803b。图8B还示出了用于箝位电压VC的迹线接地电平804b；时间标度被放大到10微秒每分度(10us/div)。
图9A例示了根据第七实施方案的分别对应于箝位电压VC和漏-源电压VDS的波形902a-903a。图9A还分别示出了用于箝位电压VC和用于漏-源电压VDS的迹线接地电平904a-905a；并且时间标度被设置为10毫秒每分度(10ms/div)。第七实施方案可以与具有210伏的线电压(即，交流电压VAC)并且在五瓦(5W)负载条件下操作的开关电源100a-100c中的任何一个对应。此外，交换开关核心模块104可以是TOPSwitchTM集成电路诸如TOPSwitchTM-JX交换开关核心模块，并且还可以被强制在反馈断开的情况下(即，在开环条件下)操作。
此外，参考图1C，电阻器89可以是2瓦(2W)68千欧(Kohm)电阻器。电容器90可以是1千伏(KV)2.2纳米法拉(nF)电容器。二极管98可以是箝位二极管；并且电阻器122可以是4兆欧(Mohm)电阻器。对于210伏的线电压和5瓦的负载，测量(例如，参见垂直迹线906a和水平迹线901a)可以指示至少以下情况：箝位电压VC受限制于440伏的最大值；并且漏-源电压VDS受限制于451伏的最大值。在这方面，OVP触发电压(在反馈断开的情况下的限制)可以用440伏的最大箝位电压(VCMAX)和451伏的最大漏极电压(VDSMAX)来表示。然而，与图8A的波形802a-803a相比，波形902a-903a指示“电源正常操作”，而不显示OVP，因为线电压(即，交流电压VAC)已从223伏降低到210伏。
图9B例示了根据第七实施方案的分别对应于箝位电压VC和漏-源电压VDS的波形902b-903b。图9B还示出了用于箝位电压VC的迹线接地电平904b；时间标度被放大到10微秒每分度(10us/div)。
图10A例示了根据第八实施方案的分别对应于箝位电压VC和漏-源电压VDS的波形1002a-1003a。图10A还示出了用于漏-源电压VDS的迹线接地电平1005a；并且时间标度被设置为10毫秒每分度(10ms/div)。第八实施方案可以与具有215伏的线电压(即，交流电压VAC)并且在10瓦(10W)负载条件下操作的开关电源100a-100c中的任何一个对应。此外，交换开关核心模块104可以是TOPSwitchTM集成电路诸如TOPSwitchTM-JX交换开关核心模块，并且还可以被强制在反馈断开的情况下(即，在开环条件下)操作。
此外，参考图1C，电阻器89可以是2瓦(2W)68千欧(Kohm)电阻器。电容器90可以是1千伏(KV)2.2纳米法拉(nF)电容器。二极管98可以是箝位二极管；并且电阻器122可以是4兆欧(Mohm)电阻器。对于215伏的线电压和10瓦的负载，测量(例如，参见垂直迹线1006a和水平迹线1001a)可以指示至少以下情况：箝位电压VC受限制于471伏的最大值；并且漏-源电压VDS受限制于476伏的最大值。在这方面，OVP触发电压(在反馈断开的情况下的限制)可以用471伏的最大箝位电压(VCMAX)和476伏的最大漏极电压(VDSMAX)来表示。
图10B例示了根据第八实施方案的分别对应于箝位电压VC和漏-源电压VDS的波形1002b-1003b。图10B还示出了用于箝位电压VC的迹线接地电平1004b；时间标度被放大到10微秒每分度(10us/div)。
图11A例示了根据第九实施方案的分别对应于箝位电压VC和漏-源电压VDS的波形1102a-1103a。图11A还分别示出了用于箝位电压VC和用于漏-源电压VDS的迹线接地电平1104a-1105a；并且时间标度被设置为10毫秒每分度(10ms/div)。第九实施方案可以与具有204伏的线电压(即，交流电压VAC)并且在10瓦(10W)负载条件下操作的开关电源100a-100c中的任何一个对应。此外，交换开关核心模块104可以是TOPSwitchTM集成电路诸如TOPSwitchTM-JX交换开关核心模块，并且还可以被强制在反馈断开的情况下(即，在开环条件下)操作。
此外，参考图1C，电阻器89可以是2瓦(2W)68千欧(Kohm)电阻器。电容器90可以是1千伏(KV)2.2纳米法拉(nF)电容器。二极管98可以是箝位二极管；并且电阻器122可以是4兆欧(Mohm)电阻器。对于204伏的线电压和10瓦的负载，测量(例如，参见垂直迹线1106a和水平迹线1101a)可以指示至少以下情况：箝位电压VC受限制于448伏的最大值；并且漏-源电压VDS受限制于460伏的最大值。在这方面，OVP触发电压(在反馈断开的情况下的限制)可以用448伏的最大箝位电压(VCMAX)和460伏的最大漏极电压(VDSMAX)来表示。然而，与图10A的波形1002a-1003a相比，波形1102a-1103a指示“电源正常操作”，而不显示OVP，因为线电压(即，交流电压VAC)已从215伏降低到204伏。
图11B例示了根据第七实施方案的分别对应于箝位电压VC和漏-源电压VDS的波形1102b-1103b。图11B还示出了用于箝位电压VC的迹线接地电平1104b；时间标度被放大到10微秒每分度(10us/div)。
图12A例示了根据第十实施方案的分别对应于箝位电压VC和漏-源电压VDS的波形1202a-1203a。图12A还分别示出了用于箝位电压VC和用于漏-源电压VDS的迹线接地电平1204a-1205a；并且时间标度被设置为200毫秒每分度(200ms/div)。第十实施方案可以与具有307伏的线电压(即，交流电压VAC)的开关电源100a-100c中的任何一个对应。此外，交换开关核心模块104可以是TOPSwitchTM集成电路诸如TOPSwitchTM-JX交换开关核心模块，并且还可以被强制在反馈断开的情况下(即，在开环条件下)操作。
此外，参考图1C，电阻器89可以是2瓦(2W)68千欧(Kohm)电阻器。电容器90可以是1千伏(KV)2.2纳米法拉(nF)电容器。二极管98可以是箝位二极管；并且电阻器122的电阻可以从4兆欧(Mohm)增加到5.2兆欧。
对于307伏的线电压，测量(例如，参见垂直迹线1206a和水平迹线1201a)可以指示至少以下情况：箝位电压VC受限制于616伏的最大值；并且漏-源电压VDS受限制于623伏的最大值。在这方面，OVP触发电压(在反馈断开的情况下的限制)可以用616伏的最大箝位电压(VCMAX)和623伏的最大漏极电压(VDSMAX)来表示。
用于参考，用于最大箝位电压VCMAX的计算值可以通过电阻器122的电阻(即5.2兆欧(Mohm))根据以下等式(EQ.2)确定：
VCMAX＝5.2兆欧乘以112.5＝585伏 EQ.2
因此，VCMAX的估计值(即，585伏)在相较于616伏的实验确定值为31伏的范围之内。此外，如果初级侧开关103具有725伏的最大漏极电压额定值，则初级侧开关103可以以等于725伏减去623伏的裕量(即，102伏的裕量)在功能上受到保护。
图12B例示了根据第十实施方案的分别对应于箝位电压VC和漏-源电压VDS的波形1202b-1203b。时间标度被放大到20微秒每分度(20us/div)。
关于图12A和图12B的第十实施方案，还可以探索与降低欠电压阈值有关的进一步增强。例如，通过使用图2A或图2B的电路路径P4，可以有利地降低欠电压阈值，同时保持(或基本保持)616伏的最大箝位电压VCMAX。
参考图2B以及图12A和图12B的第十实施方案，电路路径P4可以用于根据寻求等于100伏的欠电压限制VUVP的以下设计实施例来调整欠电压限制值VUVP。
假设电阻器201、202、222、223的电阻分别由R201、R202、R222和R223给出，并且电流I3的值为25微安(uA)，则用于电阻R202的一组示例计算可以由设计等式组(EQ.3)给出。
[假设：V＝2.8V；VD＝4.87V；
I3＝25uA@Vuvp＝100V]
VX＝？
(VX-V)/R201＝I3＝25uA
Figure BDA0003859776630000161
VX＝3.55V
I1＝？
I1＝(Vuvp-VX)/(R222+R223)
I1＝(100-3.55)/5.2Mohm＝18.55uA
I2＝？
I1+I2＝25uA
I2＝25-I1＝25-18.55＝6.45uA
R202＝？
R202＝(VD-VX)/I2
Figure BDA0003859776630000162
RX＝205Kohm EQ.3
在上述等式组EQ.3中，电压VD可以对应于在二极管210的阴极处的电压，并且电压V可以对应于在电压监测器输入V处的电压。如果R222和R223之和的值增加，例如增加到6兆欧(6Mohm)，则R202的值可以被重新计算为等于147千欧(Kohm)。
在一个方面，电源(即，开关电源100a-100c、200a-200b中的任何一个)包括：桥式整流器(例如，桥式整流器114)、初级侧开关(例如，初级侧开关103)和控制器(例如，控制器102)。桥式整流器被配置为向第一节点(NVB)提供整流的交流(AC)电压(VB)。初级侧开关包括漏极(D)；漏极经由第一电路路径(即，电路路径P1)电耦合到第一节点。第一电路路径包括第一节点和漏极之间的第一电路路径节点(即，电路路径节点NVC)。控制器被配置为根据开关周期(例如，图1A的波形160)控制初级侧开关。控制器包括经由第二电路路径(即，电路路径P2)电耦合到第一电路路径节点的电压监测器输入(即，电压监测器输入V)。第二电路路径被配置为向电压监测器输入(V)提供监测器电压(V)。(例如，参见第[0095]段和EQ.3，其中V＝2.8伏)。
控制器102可以响应于监测器电压超过过电压限制(例如，VCMAX、VDSMAX)，强制初级侧开关停止切换。当监测器电压小于欠电压阈值(例如，小于电压VUVP)时，控制器102可以强制初级侧开关持续导通(即，保持“导通”或处于其“导通状态”)。控制器可以包括电流限制输入(即，电流监测器输入X)。电流限制输入(即，电流监测器输入X)可以经由第三电路路径(即，电路路径P3)电耦合到第一节点。第一节点(NVB)可以电耦合到电容器大容量电容器(CB)。
交换开关核心模块104可以包括控制器102和初级侧开关103。交换开关核心模块104可以是TOPSwitchTM交换开关核心模块。第一电路路径节点(NVC)可以被配置为提供箝位电压(VC)。箝位电压可以基本上等于初级侧开关的漏-源电压(VDS)(EQ.1)。第二电路路径还可以包括第一电路路径节点和电压监测器输入之间的第二电路路径节点(NVX)。控制器还可以包括经由第四电路路径(即，电路路径P4)电耦合到第二电路路径节点(NVX)的控制输入C。
对本公开内容的所例示的实施例的上述描述，包括摘要中所描述的内容，并非意在是穷举的或是对所公开的确切形式的限制。例如，尽管各实施方案例示了用包括栅极、源极和漏极的场效应晶体管(FET)实现的初级侧开关，但是工艺技术的其他实施方案也是可能的。如本领域普通技术人员可以理解的，初级侧开关可以用包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)和/或双极结型晶体管(BJT)的其他类型的开关来实现。
尽管本文出于例示目的描述了用于增强开关电源中的过电压保护的电路路径配置的具体实施方案和实施例，但是在不脱离本公开内容的更广泛的精神和范围的情况下，各种等同改型是可能的。实际上，应理解，提供具体示例电压、电流、频率、电力范围值、时间等是用于解释的目的，并且根据本文的教导，也可以在其他实施方案和实施例中采用其他值。

Claims (8)

1.一种电源，其特征在于，包括：
桥式整流器，所述桥式整流器被配置为向第一节点提供整流的交流(AC)电压；
初级侧开关，所述初级侧开关包括漏极，所述漏极经由第一电路路径电耦合到所述第一节点，所述第一电路路径包括在所述第一节点和所述漏极之间的第一电路路径节点；
二极管，所述二极管包括阴极和阳极，所述阴极电耦合到所述第一电路路径节点并且所述阳极电耦合到所述漏极；以及
控制器，所述控制器包括经由第二电路路径电耦合到所述第一电路路径节点的电压监测器输入，所述第二电路路径被配置为向所述电压监测器输入提供监测器电压，所述控制器被配置为：响应于所述监测器电压超出过电压阈值而强制所述初级侧开关停止切换；以及在所述监测器电压小于欠电压阈值时强制所述初级侧开关连续地导通。
2.根据权利要求1所述的电源，其特征在于，所述控制器还包括电流限制输入，所述电流限制输入经由第三电路路径电耦合到所述第一节点。
3.根据权利要求1所述的电源，其特征在于，所述第一节点电耦合到大容量电容器。
4.根据权利要求1所述的电源，其特征在于，转换开关核心模块包括所述控制器和所述初级侧开关。
5.根据权利要求1所述的电源，其特征在于，所述第一电路路径节点被配置为提供箝位电压。
6.根据权利要求5所述的电源，其特征在于，所述箝位电压基本上等于所述初级侧开关的漏-源电压。
7.根据权利要求1所述的电源，其特征在于，所述第二电路路径还包括在所述第一电路路径节点和所述电压监测器输入之间的第二电路路径节点。
8.根据权利要求7所述的电源，其特征在于，所述控制器还包括控制输入，所述控制输入经由第四电路路径电耦合到所述第二电路路径节点。
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