CN106505861A - 功率转换器中的输入与输出过电压保护 - Google Patents

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Abstract

一种用于功率转换器的控制器，所述功率转换器包括栅极驱动电路，该栅极驱动电路被耦接以生成控制信号来切换功率转换器的功率开关。零电流检测电路被耦接至多功能引脚，所述多功能引脚被耦接以接收多功能信号，当功率开关接通时该多功能信号代表功率转换器的输入电压，并且当功率开关断开时该多功能信号代表功率转换器的输出电压。零电流检测电路被耦接以生成零电流检测信号。过电压检测电路被耦接以接收多功能信号与代表功率开关状态的状态信号，以响应于状态信号与多功能信号而生成线路过电压信号与输出过电压信号，所述线路过电压信号与输出过电压信号被耦接以由栅极驱动电路接收。

Description

功率转换器中的输入与输出过电压保护
技术领域
本发明总体上涉及功率转换器，更具体地涉及能够从单个引脚检测功率转换器的输入与输出的控制器。
背景技术
电子装置使用电力来运行。由于开关模式功率转换器效率高、体积小且重量轻，它们通常被用于给许多现今的电子设备供电。传统的壁式插座提供高压交流电。在开关模式功率转换器中，高压交流电(ac)输入被转换以通过能量传递元件提供高度稳定的直流电(dc)输出。开关模式功率转换器控制电路通常通过感测代表一个或多个输出量的一个或多个输入以及在闭合环路中控制输出来提供输出管理。在运行中，利用开关以通过改变占空比(通常是开关的接通时间与总切换周期的比例)、改变切换频率、或者改变开关模式功率转换器中的开关的每单位时间的脉冲数量，来提供所预期的输出。
功率转换器偶尔遭遇接收到的输入电压中的电涌，这种情况一般被称为过电压状态。输入与输出过电压在功率源中可能是危险的：由于高电压与高电流状态同时发生，输入电压上升过高可能导致高压(HV)开关失效，而且该开关即使在低于其击穿电压时也会失效。过高的输出电压可能导致输出电容器(多数情况下为电解电容器)上的电气过载，这种情况可能导致电容器失效从而造成火灾或其他危险。此外，发光二极管(LED)灯泡制造商有时用断开的LED负载来进行产品试验。在这种情况下，灯泡(与其驱动电路)应当能幸存并且不降低预期的使用寿命。在这种情况下，将输出电解电容器上的压力减到最小是至关重要的。
发明内容
本发明至少通过以下方式解决或缓解现有技术中的问题。
一方面，本发明提供一种用于功率转换器的控制器，该控制器包括：
栅极驱动电路，所述栅极驱动电路被耦接以生成控制信号来切换所述功率转换器的功率开关，从而控制从所述功率转换器的输入通过能量传递元件到所述功率转换器的输出的能量传递；
零电流检测电路，所述零电流检测电路被耦接至多功能引脚，所述多功能引脚被耦接以从所述功率转换器接收多功能信号，其中当所述功率开关接通时所述多功能信号代表所述功率转换器的输入电压，且其中当所述功率开关断开时所述多功能信号代表所述功率转换器的输出电压，其中所述零电流检测电路被耦接以响应于所述多功能信号而生成零电流检测信号，所述零电流检测信号被耦接以由所述栅极驱动电路接收；以及
过电压检测电路，所述过电压检测电路被耦接至所述多功能引脚以从所述功率转换器接收所述多功能信号，其中所述过电压检测电路还被耦接至所述栅极驱动电路以接收状态信号，所述状态信号代表所述功率开关的状态，其中所述过电压检测电路被耦接以响应于所述状态信号与所述多功能信号而生成线路过电压信号与输出过电压信号，所述线路过电压信号与输出过电压信号被耦接以由所述栅极驱动电路接收，其中所述栅极驱动电路被耦接以响应于所述输出过电压信号或所述线路过电压信号而禁用所述功率开关的切换。
另一方面，本发明提供一种功率转换器，该功率转换器包括：
能量传递元件，所述能量传递元件被耦接在功率转换器的输入与功率转换器的输出之间；
功率开关，所述功率开关被耦接至所述功率转换器的输入与所述能量传递元件；以及
控制器，其中所述控制器包括：
栅极驱动电路，所述栅极驱动电路被耦接以生成控制信号以切换所述功率开关，从而控制从所述功率转换器的所述输入通过所述能量传递元件到所述功率转换器的所述输出的能量传递；
零电流检测电路，所述零电流检测电路被耦接至多功能引脚，所述多功能引脚被耦接以接收所述功率转换器的多功能信号，其中当所述功率开关接通时所述多功能信号代表所述功率转换器的输入电压，并且其中当所述功率开关断开时所述多功能信号代表所述功率转换器的输出电压，其中所述零电流检测电路被耦接以响应于所述多功能信号而生成零电流检测信号，所述零电流检测信号被耦接以由所述栅极驱动电路接收；以及
过电压检测电路，所述过电压检测电路被耦接至所述多功能引脚以从所述功率转换器接收所述多功能信号，其中所述过电压检测电路还被耦接至所述栅极驱动电路以接收状态信号，所述状态信号代表所述功率开关的状态，其中所述过电压检测电路被耦接以响应于所述状态信号与所述多功能信号而生成线路过电压信号与输出过电压信号，所述线路过电压信号与输出过电压信号被耦接以由栅极驱动电路被接收，其中所述栅极驱动电路被耦接以响应于所述输出过电压信号或所述线路过电压信号而禁用所述功率开关的切换。
附图说明
参考以下附图描述本发明的非限制性且非穷举性的实施方案，其中，除非另有说明，贯穿各个视图中的相似的附图标记指代相似的部件。
图1为示出了根据本公开文本的教导的功率转换器的一个实施例的框图。
图2A为用于根据本公开文本的教导的功率转换器的控制器的一个实施例的框图，示出了虚短路电路的详细实施例。
图2B为用于根据本公开文本的教导的功率转换器的控制器的一个实施例的框图，示出了过电压检测电路与零电流检测电路的详细实施例。
图3为示出了根据本公开文本的教导，当输入电压高于阈值时，在可以检测输入电压与输出电压的单端子处的电压的示例时序图。
图4为示出了根据本公开文本的教导，当输入电压低于阈值时，在可以检测输入电压与输出电压的单端子处的电压的另一个示例时序图。
图5为示出了根据本公开文本的教导的功率转换器的另一个实施例的框图。
图6为示出了根据本公开文本的教导的功率转换器的又一个实施例的框图。
图7为示出了根据本公开文本的教导的功率转换器的再一个实施例的框图。
贯穿附图中的多个视图，相应的附图标记指示相应的部件。技术人员将理解，附图中的元件是为了简单和清楚而示出的，并且附图中的元件不一定按比例绘制。例如，图中的一些元件的尺寸相对于其他元件可以被放大，以帮助增进对本发明的各个实施方案的理解。而且，通常不描述在商业上可行的实施方案中有用或必要的普通却公知的元件，以便于较小地妨碍对本发明的这些各种实施方案的理解。
具体实施方式
本文描述了其中输入与输出受到保护以免受过电压状态影响的功率转换器的实施例。在下面的描述中，阐明了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域普通技术人员将明了，不必需采用这些具体细节来实践本发明。在其他情况下，为了避免使本发明模糊，没有详细描述众所周知的材料或方法。
在本说明书全文中提到的“一个实施方案”、“一实施方案”、“一个实施例”或“一实施例”意指，结合所述实施方案或实施例描述的具体特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在本说明书全文中多个地方出现的短语“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”未必全都指相同的实施方案或实施例。而且，所述具体特征、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/或子组合结合。此外，将理解的是，随附提供的附图是为了向本领域普通技术人员解释，并且附图未必按比例绘制。
参考图1，示出了根据本发明的教导的示例功率转换器100的原理框图。在描述的实施例中，功率转换器100被实施为降压转换器，如图所示，该功率转换器包括被耦接至经整流的输入电压VIN 102的输入滤波电容器CIN 108、高压侧开关S1 122、控制器126、感测电阻器Rs 124、电阻器R1 130、电阻器R2 132、整流器D1 110、能量传递元件L1 120(被耦接在功率转换器100的输入与输出之间)、输出电容器CO 112、负载114、输入回路116以及本地返回127。将理解的是，高压侧开关S1 122——被耦接至功率转换器的输入且被耦接至能量传递元件L1 120——也可以被称为功率开关或主开关。在一个实施例中，控制器126还包括多功能M引脚129、零电流检测电路134、逆变器140、过压检测电路136、栅极驱动电路150、虚短路电路170以及节点180、182。
图1还示出了一个实施例，其中能量传递元件电流IL 160由电感器实现，并且多功能M引脚129被耦接以接收多功能信号UMF 128。如该实施例中所示，多功能信号UMF 128被耦接以通过电阻器R2 132被接收。在描述的实施例中，如图所示，电阻器R2 132的一端被耦接至多功能M引脚129，电阻器R2 132的第二端被耦接以对功率转换器100的输出做出响应。此外，如图所示，电阻器R1 130被耦接在多功能M引脚129与本地返回127之间。控制器126还包括开关电流信号USWC 152、输出过电压信号UOOVL 144、状态信号USTATE 146，线路过电压信号ULOVL 148、零电流检测信号UZCD 142与控制信号UGS 154。
功率转换器100还可包括高压侧正干线(rail)与低压侧负干线，该高压侧正干线和低压侧负干线被耦接以接收经整流的电压VIN 102。在一个实施例中，可以包括输入滤波电容器CIN 108以提供切换噪声滤波功能。对于具有功率因数校正(PFC)的功率转换器，小输入滤波电容器CIN 108可以耦接在高压侧正干线与低压侧负干线之间以允许经滤波的电压基本上跟随经整流的输入电压。换言之，可以选择输入滤波器的电容，使得当经整流的输入电压VIN 102基本上达到零时，输入滤波电容器CIN 108上的电压也可以基本上达到零。
功率转换器100还可包括经由控制信号UGS 154耦接到控制开关S1 122的控制器126，从而控制通过能量传递元件L1 120从功率转换器100的输入到功率转换器100的输出的能量传递。在图1所描述的实施例中，功率转换器100的输入被耦接以接收输入电压VIN102，且负载114被耦接至功率转换器100的输出以接收输出电压VO 118。控制器126可以位于高压侧正干线且可以通过多功能M引脚129被耦接至多功能信号UMF 128。在一些实施例中，当开关S1 122打开时，多功能信号UMF 128可以代表输出电压VO 118。当开关S1 122闭合时，多功能信号UMF 128还可以代表输入电压VIN 102。将会在图2A与图2B中讨论关于多功能信号UMF 128如何感测输入电压或输出电压的更多讨论。
在一个实施例中，电流感测电阻器RS 124被耦接至开关S1 122的一端，而另一端被耦接至二极管D1 110的负极侧。电流感测电阻器RS 124向控制器126提供开关电流信号USWC 152。在描述的实施例中，开关电流信号USWC 152提供代表开关S1 122中的电流的信号值。
在一个实施例中，控制器126被耦接以生成控制信号UGS 154，以响应于控制信号UGS 154控制开关S1 122在接通状态(例如，其中基本上允许电流通过开关S1 122的状态)与断开状态(例如，其中基本上阻止电流通过开关S1 122的状态)间的切换。根据本发明的教导，当输出过电压发生、线路过电压发生或者两者都发生时，控制器126可以禁用开关S1122的切换。
在运行中，当开关S1 122接通时，电流可以流入电感器L1 120，从而对输出电容器CO 112充电。电感器L1 120两端的电压与VIN–VO和流出多功能M引脚129的电流成正比。在一个实施例中，控制器126在多功能M引脚129与直接耦接至本地返回127的开关S1 122的一端之间形成虚短路。为了示例说明，图1描述的实施例示出了控制器126包括耦接至多功能M引脚129的虚短路电路170。在该实施例中，该虚短路电路170被耦接以在当多功能M引脚129处的电压减小到负值时提供电流。由虚短路电路170提供的补偿电流(offset current)采用从节点182到节点180的路径。由虚短路电路170提供至M引脚129的补偿电流IC 135使在M引脚129处的电压增加回到零，从而在多功能M引脚129与直接耦接至本地返回127的开关S1122的一端之间形成虚短路。通过在多功能M引脚129与本地返回127之间的虚短路，对于UMF信号128可以推导得到如下的电流IMF：
当开关S1闭合时，如果IMF超过阈值，控制器126可以检测何时发生线路过电压状态。在一个实施例中，该阈值可以为1毫安。如果检测到线路过电压，控制器126可以禁用切换并执行自动重启。
在运行中，当开关S1 122打开时，电流流过电感器L1 120、输出电容器CO 112与负载114。然后电流通过整流器D1 110返回，从而在电感器L1 120中的能量释放时缓慢下降。在飞轮(flywheel)传导时间期间，对于UMF信号128，由VMF测量的输出电压可以被表示为：
如果多功能信号UMF 128超过阈值，输出过电压状态可能已经发生。如果在多个连续的周期检测到输出过电压，则控制器126可以禁用切换并且执行自动重启。例如，在一个实施例中，如果在四个连续的切换循环检测到过电压，那么控制器126可以禁用切换并且执行自动重启。在一个实施例中，输出电压阈值可以为2.4伏特。在一个实施例中，R2的阻值可以为400千欧。在一个实施例中，R1的阻值是R2的十五分之一，R1在此实施例中等于26.67千欧。
当开关S1 122需要被接通或断开时，多功能信号UMF 128可以向控制器126提供信号。在一个实施例中，控制器126包括被耦接以接收多功能信号UMF 128的零电流检测电路134。在一个实施例中，控制器126的零电流检测电路134被耦接以检测何时电感器L1 160将被消磁。负沿触发的零电流检测信号UZCD 142被提供给栅极驱动电路150以使S1 122发生切换。
图2A示出了控制器236的一个实施例，该控制器与如图1所示的控制器126相似，且图2A还示出了包含在控制器中的虚短路电路270。如描述的实施例所示，控制器236包括零电流检测电路234、过电压检测电路236、逆变器240、栅极驱动电路250、虚短路电路270与节点280、282。控制器236还包括多功能M引脚229，该多功能M引脚被耦接以接收多功能信号UMF228。
如描述的实施例所示，虚短路电路270包括接地感测放大器222、耦接至供电电压VBP 225的电流源224、以及晶体管226。在一个实施例中，供电电压VBP 225可以被连接到控制器236的旁路引脚。接地感测放大器222被耦接以接收在反向输入端子处的UMF信号228，并且接地参考231被耦接至非反向输入端子。由此，当UMF信号228下降为负值时，接地感测放大器222使晶体管226接通。晶体管226从电流源224输送补偿电流IC 235。补偿电流采用从节点282到节点280的路径。补偿电流IC 235使多功能M引脚229处的电压回归为零。
图2B示出了控制器236的一个实施例，该控制器也类似于例如图1所示的控制器126，并且图2B还示出了零电流检测电路234与过电压检测电路236的更加详细的实施例。如描述的实施例所示，控制器236包括零电流检测电路234、过电压检测电路236、逆变器240、栅极驱动电路250、虚短路电路270以及节点280、282。栅极驱动电路250被耦接以接收零电流信号UZCD 242、开关电流信号USWC 252、线路过电压信号ULOVL 248与输出过电压信号UOOVL244。栅极驱动电路250被耦接以输出控制信号UGS254与状态信号USTATE 246。如描述的实施例所示，USTATE 246信号代表开关S1 122的状态。在该实施例中，当USTATE 246为逻辑高电平时，USTATE246信号可以使耦接至电流比较器258的开关闭合并且启用电流比较器258，并且还打开耦接至电压比较器260的开关并且停用电压比较器260。此外，当USTATE信号246为逻辑低电平时，USTATE 246信号可以打开被耦接至电流比较器258的开关并且停用电流比较器258，并且还使耦接至电压比较器260的开关闭合并且启用电压比较器260。例如，逻辑高电平USTATE 246信号可以代表开关S1 122被闭合，且逻辑低电平USTATE 246信号可以代表开关S1122被打开。
在图2B所示出的实施例中，如图所示，多功能信号UMF 228也被耦接以向电流比较器258与电压比较器260提供信号。在一个实施例中，控制器236可以将多功能信号UMF 228转换为电流信号或电压信号。当高压侧开关S1 122接通时，如之前所论述的，在多功能信号与开关S1 122的一端之间存在虚短路。
电流比较器258通过测量如以上等式1中所表达的电流IMF来确定线路过电压是否已发生。多功能信号UMF 228被耦接至电流比较器258的反相端子，且电流参考ILOV 272被耦接至电流比较器258的非反相端子。在一个实施例中，ILOV 272的电流参考值可以典型得为1毫安。如果多功能信号UMF 228超过电流参考值ILOV 272，电流比较器258向栅极驱动电路250输出逻辑高电平信号ULOVL 248。如果多功能信号UMF 228低于电流参考值ILOV 272，比较器258向栅极驱动电路250输出逻辑低电平信号ULOVL 248。在一个实施例中，至栅极驱动电路250的逻辑高电平信号ULOVL 248表明线路过电压已发生，且响应于此，栅极驱动电路250禁用开关S1 122的切换。
电压比较器260通过测量UMF 228的电压信号确定输出过电压是否已发生。多功能信号UMF 228被耦接至电压比较器260的反相端子，且电压参考VOREF 274被耦接至电压比较器260的非反相端子。在一个实施例中，VOREF 274的值可以典型得为2.4伏特。如果多功能信号UMF 228高于电压参考VOREF 274值，电压比较器260输出逻辑高电平信号UOOVL 244。如果信号VMF 228低于电压参考VOREF 274值，电压比较器260向栅极驱动电路250输出逻辑低电平信号UOOVL 244。在一个实施例中，至栅极驱动电路250的逻辑高电平信号UOOVL 244表明输出过电压已发生，且响应于此，栅极驱动电路250禁用开关S1 122的切换。
图2B所描述的实施例还示出了零电流检测电路234的一个实施例，该零电流检测电路234包括第一比较器256、第二比较器258、参考比较器267、高通滤波器264与逻辑门262。在一个实施例中，为确保降压转换器在临界导通模式下运行，栅极驱动电路250被耦接以当电感器L1 120已经被消磁时立即接通开关S1 122。如果该多功能信号UMF 228降低到低于阈值或超过变化率，零电流检测电路234可以确定电感器L1 120已消磁。
零电流检测电路234可以确定在开关S1 122接通时间内的输入电压。参考比较器267可以输出信号以使耦接至第一比较器256的开关闭合从而启用第一比较器256，并且打开耦接至第二比较器258的开关以停用第二比较器258。参考比较器267可以输出信号以打开耦接至第一比较器256的开关从而停用第一比较器256，还使耦接至第二比较器258的开关闭合以启用第二比较器258。如描述的实施例所示，电流参考IREF 266被耦接至参考比较器267的非反相输入端子，且多功能信号UMF 228被耦接至参考比较器267的反相输入端子。在一个实施例中，多功能信号UMF 228被转换为适用于该运行的电压信号。
如果多功能信号UMF 228高于电流参考IREF 266，这可以表明输入电压大于输出电压的两倍。在这种情况下，参考比较器267使耦接至第一比较器256的开关闭合，并打开耦接至第二比较器258的开关。
第一比较器256的反相端被耦接至电压阈值参考VTH 269，非反相输入端耦接至多功能信号UMF 228。第一比较器256可以确定多功能信号UMF 228是否降低到低于电压阈值参考VTH 269。在一个实施例中，电压阈值参考VTH 269的值可以典型得为0.25伏特。当多功能信号UMF 228高于电压阈值参考VTH 269时，第一比较器256可以向逻辑门262输出逻辑低电平信号。当信号UMF 228低于电压阈值参考VTH时，第一比较器256可以向逻辑门262输出逻辑高电平信号。逻辑门的输出信号UZCD 242被耦接至栅极驱动电路250以使控制器236能够切换开关S1 122。
如果多功能信号UMF 228低于电流参考IREF 266，这可以表明输入电压不大于输出电压的两倍。在这种情况下，参考比较器267打开耦接至第一比较器256的开关，并使耦接至第二比较器258的开关闭合。
零电流检测电路234可以确定多功能UMF信号228是否超过变化率。例如，在所描述的实施例中，如图所示，第二比较器电路258被耦接以在非反相输入端处接收通过高通滤波器的多功能UMF信号228，所述高通滤波器被耦接至比较器258的开关。如图所示，第二比较器电路258还被耦接以在反相输入端处接收变化率阈值信号VDTH 268以检测多功能UMF信号228的变化率。在一个实施例中，第二比较器258利用变化率阈值信号VDTH 268来检测多功能UMF信号228的1V/1μs的变化率。如果UMF信号228超过变化率阈值信号VDTH 268，第二比较器258可以向逻辑门262输出逻辑高电平信号。如果多功能UMF信号228没有超过变化率阈值信号VDTH 268，变化率电路可以向逻辑门262输出逻辑低电平信号。逻辑门262的输出端输出如下信号UZCD 242，该信号耦接至栅极驱动电路250以指示控制器236经由门信号UGS 254切换开关S1 122。
逻辑门262被耦接以接收来自第一比较器256的信号与来自第二比较器258的信号。在一个实施例中，逻辑门262是或门。逻辑门262向逆变器240输出信号，且那个反相的信号UZCD 242被栅极驱动电路250接收以为下一个导通循环接通开关S1。
图3为根据本公开文本的教导的一个示例时序图，该图示出了在当输入电压高于阈值时能够检测输入电压与输出电压的单端子处的电压。具体地，图3示出了基于多功能信号UMF 302的控制器开关S1。在这种情况下，在运行中输入电压大于输出电压的两倍，因此比较器256被启用。多功能信号UMF 302可以由波形表示。当多功能信号UMF 302降低到低于阈值TH1 305时，下一个切换循环不久将开始。在图3中表示出电感器电流IL 360。当电感器电流IL达到零电流时下一个切换循环发生。状态信号USTATE 346代表开关的电流状态。USTATE346的逻辑高电平信号代表开关闭合，且逻辑低电平代表开关打开。当USTATE 346切换为高电平状态时，电感器中的能量被存储且电感器电流IL 360线性地充电。当USTATE 346切换为低电平状态时，电感器电流IL放电。
图4为根据本公开文本的教导的示例时序图，该图示出了在当输入电压低于阈值时能够检测输入电压与输出电压的单端子处的电压。具体地，图4示出了当输入电压小于输出电压的两倍时，基于多功能信号UMF 428的控制器切换。当多功能信号UMF 428降低得大于变化率时，下一个切换循环不久将开始。L1 460的电感器电流可以以比图3所示的速度更快的速度放电。状态信号USTATE 446代表开关的电流状态。USTATE 446的逻辑高电平信号代表开关闭合，且逻辑低电平代表开关打开。当USTATE 446切换为高电平状态时，电感器电流IL 460充电。
图5为示出了根据本公开文本的教导的功率转换器500的另一个实施例的框图。将理解的是，除了开关S1 122已被替换为开关Q1 522外，图5示出的示例功率转换器500与图1示出的功率转换器100相似。在一个实施例中，开关Q1 522是N沟道MOSFET。在此实施例中，开关Q1被包括在包含控制器526的整体式包装(monolithic package)中。在一个实施例中，开关Q1 522还可以是分立式开关。功率转换器500的运行保持与如图1-4所描述的相同。
图6为示出了根据本公开文本的教导的功率转换器600的又一个实施例的框图。将理解的是，除了控制器636已经被移至低侧外，图6示出的示例功率转换器600与图5示出的功率转换器500相似。如描述的实施例所示，功率转换器600还包括能量传递元件的辅助绕组，该能量传递元件包括初级绕组623与次级绕组625。次级绕组625还被耦接至本地返回616，次级绕组向控制器636提供多功能信号UMF 628。初级绕组被用来限制出现在多功能引脚629处的连续DC误差电压。功率转换器600的运行保持与如图1-4所描述的相同。
图7为示出了根据本公开文本的教导的功率转换器700的再一个实施例的框图。将理解的是，除了用阻塞电容器725代替了包括初级绕组623与次级绕组625的能量传递元件的辅助绕组外，图7示出的示例功率转换器700与图6示出的功率转换器600相似。由分压网络(divider network)感测到的波形等同于电感器L1 720两端的ac电压。功率转换器700的运行保持与如图1-4所描述的相同。
本发明的所示出的实施例的以上描述，包括摘要中描述的内容，并不旨在对公开的确切形式的穷举或限制。尽管出于例示目的在本文中描述了本发明的具体实施方案和实施例，但是在不偏离本发明的较宽泛的精神和范围的前提下，多种等同修改都是可能的。实际上，应理解，具体的示例电压、电流、频率、功率范围值、时间等都是出于解释目的而提供的，且也可以在根据本发明的教导的其他实施方案和实施例中使用其他值。
得益于以上的详细描述，可以对本发明的实施例做出这些修改。在权利要求书中使用的术语不应被解释为将本发明限制到说明书和权利要求书中公开的具体实施方案。相反，该范围完全由随附的权利要求确定，而权利要求应根据既定的权利要求解释的原则进行解释。相应地，本说明书和附图被视为说明性的而不是限制性的。

Claims (20)

1.一种用于功率转换器的控制器，包括：
栅极驱动电路，所述栅极驱动电路被耦接以生成控制信号来切换所述功率转换器的功率开关，从而控制从所述功率转换器的输入通过能量传递元件到所述功率转换器的输出的能量传递；
零电流检测电路，所述零电流检测电路被耦接至多功能引脚，所述多功能引脚被耦接以从所述功率转换器接收多功能信号，其中当所述功率开关接通时所述多功能信号代表所述功率转换器的输入电压，
且其中当所述功率开关断开时所述多功能信号代表所述功率转换器的输出电压，其中所述零电流检测电路被耦接以响应于所述多功能信号而生成零电流检测信号，所述零电流检测信号被耦接以由所述栅极驱动电路接收；以及
过电压检测电路，所述过电压检测电路被耦接至所述多功能引脚以从所述功率转换器接收所述多功能信号，其中所述过电压检测电路还被耦接至所述栅极驱动电路以接收状态信号，所述状态信号代表所述功率开关的状态，其中所述过电压检测电路被耦接以响应于所述状态信号与所述多功能信号而生成线路过电压信号与输出过电压信号，
所述线路过电压信号与输出过电压信号被耦接以由所述栅极驱动电路接收，其中所述栅极驱动电路被耦接以响应于所述输出过电压信号或所述线路过电压信号而禁用所述功率开关的切换。
2.根据权利要求1所述的控制器，还包括虚短路电路，所述虚短路电路被耦接至所述多功能引脚，其中所述虚短路电路被耦接以响应于所述多功能信号下降至负值而向所述多功能引脚提供虚短路电路电流。
3.根据权利要求2所述的控制器，其中所述虚短路电路包括：
接地感测放大器，所述接地感测放大器具有第一输入端与第二输入端，所述第一输入端被耦接至所述多功能引脚以接收所述多功能信号，且所述第二输入端被耦接至接地参考；以及
电流源，所述电流源被耦接以响应于所述接地感测放大器的输出而向所述多功能引脚提供所述虚短路电路电流。
4.根据权利要求1所述的控制器，其中所述零电流检测电路包括：
参考比较器，所述参考比较器具有第一输入端和第二输入端，所述第一输入端被耦接至所述多功能引脚以接收所述多功能信号，所述第二输入端被耦接至电压参考；
第一比较器，所述第一比较器被耦接以响应于所述参考比较器的输出而被启用或停用来比较所述多功能信号与电压阈值参考；
第二比较器，所述第二比较器被耦接以响应于所述参考比较器的所述输出而被停用或启用来比较所述多功能信号与变化率阈值信号；
以及
逻辑门，所述逻辑门具有第一输入端和第二输入端，所述第一输入端被耦接至所述第一比较器的输出，且所述第二输入端被耦接至所述第二比较器的输出，其中所述逻辑门被耦接以响应于所述第一比较器与所述第二比较器而生成所述零电流检测信号。
5.根据权利要求4所述的控制器，其中所述零电流检测电路还包括高通滤波器，其中所述第二比较器被耦接以当所述第二比较器被启用时接收通过所述高通滤波器的所述多功能信号。
6.根据权利要求1所述的控制器，其中所述过电压检测电路包括：
第三比较器，所述第三比较器被耦接以响应于所述状态信号而被启用或停用来比较所述多功能信号与线路过电压电流参考以生成所述线路过电压信号；
第四比较器，所述第四比较器被耦接以响应于所述状态信号而被停用或启用来比较所述多功能信号与过电压参考以生成所述输出过电压信号。
7.根据权利要求1所述的控制器，其中所述功率开关被包括在所述控制器中。
8.根据权利要求1所述的控制器，其中所述功率转换器为降压转换器。
9.根据权利要求8所述的控制器，其中所述功率开关是所述降压转换器的高压侧开关。
10.根据权利要求8所述的控制器，其中所述功率开关是所述降压转换器的低压侧开关。
11.根据权利要求1所述的控制器，其中所述多功能信号被耦接以通过第一电阻器被接收，所述第一电阻器具有被耦接至所述多功能引脚的第一端和被耦接以对所述功率转换器的所述输出做出响应的第二端，其中第二电阻器被耦接在所述多功能引脚与本地返回之间。
12.一种功率转换器，包括：
能量传递元件，所述能量传递元件被耦接在功率转换器的输入与功率转换器的输出之间；
功率开关，所述功率开关被耦接至所述功率转换器的输入与所述能量传递元件；以及
控制器，其中所述控制器包括：
栅极驱动电路，所述栅极驱动电路被耦接以生成控制信号以切换所述功率开关，从而控制从所述功率转换器的所述输入通过所述能量传递元件到所述功率转换器的所述输出的能量传递；
零电流检测电路，所述零电流检测电路被耦接至多功能引脚，所述多功能引脚被耦接以接收所述功率转换器的多功能信号，其中当所述功率开关接通时所述多功能信号代表所述功率转换器的输入电压，并且其中当所述功率开关断开时所述多功能信号代表所述功率转换器的输出电压，其中所述零电流检测电路被耦接以响应于所述多功能信号而生成零电流检测信号，所述零电流检测信号被耦接以由所述栅极驱动电路接收；以及
过电压检测电路，所述过电压检测电路被耦接至所述多功能引脚以从所述功率转换器接收所述多功能信号，其中所述过电压检测电路还被耦接至所述栅极驱动电路以接收状态信号，所述状态信号代表所述功率开关的状态，其中所述过电压检测电路被耦接以响应于所述状态信号与所述多功能信号而生成线路过电压信号与输出过电压信号，所述线路过电压信号与输出过电压信号被耦接以由所述栅极驱动电路被接收，其中所述栅极驱动电路被耦接以响应于所述输出过电压信号或所述线路过电压信号而禁用所述功率开关的切换。
13.根据权利要求12所述的功率转换器，其中所述控制器还包括虚短路电路，所述虚短路电路被耦接至所述多功能引脚，其中所述虚短路电路被耦接以响应于所述多功能信号下降至负值而向所述多功能引脚提供虚短路电路电流。
14.根据权利要求13所述的功率转换器，其中所述虚短路电路包括：
接地感测放大器，所述接地感测放大器具有第一输入端和第二输入端，所述第一输入端被耦接至所述多功能引脚以接收所述多功能信号，且所述第二输入端被耦接至接地参考；以及
电流源，所述电流源被耦接以响应于所述接地感测放大器的输出而向所述多功能引脚提供所述虚短路电路电流。
15.根据权利要求12所述的功率转换器，其中所述零电流检测电路包括：
参考比较器，所述参考比较器具有第一输入端和第二输入端，所述第一输入端被耦接至多功能引脚以接收所述多功能信号，且第二输入端被耦接至电压参考；
第一比较器，所述第一比较器被耦接以响应于所述参考比较器的输出而被启用或停用来比较所述多功能信号与电压阈值参考；
第二比较器，所述第二比较器被耦接以响应于所述参考比较器的所述输出而被停用或启用来比较所述多功能信号与变化率阈值信号；
以及
逻辑门，所述逻辑门具有第一输入端和第二输入端，所述第一输入端被耦接至所述第一比较器的输出，且所述第二输入端被耦接至所述第二比较器的输出，其中所述逻辑门被耦接以响应于所述第一比较器与所述第二比较器而生成所述零电流检测信号。
16.根据权利要求15所述的功率转换器，其中所述零电流检测电路还包括高通滤波器，其中所述第二比较器被耦接以当所述第二比较器被启用时接收通过所述高通滤波器的所述多功能信号。
17.根据权利要求12所述的功率转换器，其中所述过电压检测电路包括：
第三比较器，所述第三比较器被耦接以响应于所述状态信号而被启用或停用来比较所述多功能信号与线路过电压电流参考以生成所述线路过电压信号；
第四比较器，所述第四比较器被耦接以响应于所述状态信号而被停用或启用来比较所述多功能信号与过电压参考以生成所述输出过电压信号。
18.根据权利要求12所述的功率转换器，其中所述功率开关被包括在所述控制器中。
19.根据权利要求12所述的功率转换器，其中所述功率转换器为降压转换器。
20.根据权利要求12所述的功率转换器，还包括：
第一电阻器，所述第一电阻器具有被耦接至所述多功能引脚的第一端和被耦接以对所述功率转换器的所述输出做出响应的第二端，其中所述多功能引脚被耦接以通过所述第一电阻器接收所述多功能信号；以及
第二电阻器，所述第二变阻器被耦接在所述多功能引脚与本地返回之间。
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