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    • 专利摘要:
    一種無輸入電容器之用於電源轉換器的保護電路。所述保護電路包括開關、偵測電路及控制電路。所述開關通過電阻器來感測電源轉換器的輸入電壓，以產生第一信號。所述偵測電路耦接至變壓器，用於感測所述電源轉換器的輸入電壓，以產生第二信號。所述控制電路回應於所述第一信號及所述第二信號而控制切換信號。所述切換信號用以開關所述變壓器以調節所述電源轉換器，且所述第一信號及所述第二信號的位準與所述電源轉換器之所述輸入電壓的位準相關。
    公开号:TW201320567A
    申请号:TW101133556
    申请日:2012-09-13
    公开日:2013-05-16
    发明作者:Ta-Yung Yang
    申请人:System General Corp；
    IPC主号:H02M1-00
    专利说明:
    用於電源轉換器的保護電路【相關申請案參照】
    本申請案主張在2011年9月13號提出申請之美國臨時申請案第61/534,079號的優先權。上述專利申請案的全部內容以引用方式併入本文中並構成本說明書的一部分。
    本發明是有關於一種電源轉換器(power converter)，且特別是有關於一種用於電源轉換器的保護電路。
    電源轉換器是用於轉換電能的電子裝置或電機裝置(electro-mechanical device)。一般而言，電源轉換器的輸入電容器用以儲存電能並提供最小輸入電壓，以保證電源轉換器可正常工作。如今，客戶對於電子產品的要求是希望更為輕巧、壽命週期長、且成本更低。因此，無輸入電容器的電源轉換器可滿足這些要求。然而，無輸入電容器的電源轉換器會使輸入信號的過壓及欠壓保護(例如，防止局部暫時停電(brownout)保護)等變得更為困難。因此，便期望能夠克服無輸入電容器之電源轉換器在設計中的上述問題。
    本發明提供一種用於無輸入電容器之電源轉換器的保護電路。所述保護電路包括高壓開關(high voltage switch)、偵測電路及控制電路。所述高壓開關通過高壓電阻器來感測所述電源轉換器的輸入電壓，以產生第一信號。所述偵測電路耦接至變壓器，用於感測所述電源轉換器的輸入電壓，以產生第二信號。所述控制電路回應於所述第一信號及所述第二信號而控制切換信號。所述切換信號用以開關所述變壓器以調節所述電源轉換器，且所述第一信號及所述第二信號的位準與所述電源轉換器的輸入電壓的位準相關。
    本發明提供一種電源轉換器的保護電路，包括：開關，用以通過電阻器來感測所述電源轉換器的輸入電壓，以產生第一信號；偵測電路，耦接至變壓器，用於感測所述電源轉換器的所述輸入電壓，以產生第二信號；以及控制電路，用以回應於所述第一信號及所述第二信號而控制切換信號；其中所述切換信號用以開關所述變壓器以調節所述電源轉換器；且所述第一信號及所述第二信號的位準與所述電源轉換器的所述輸入電壓的位準相關。
    為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
    圖1是根據本發明一實施例之無輸入電容器的電源轉換器的示意圖。橋式整流器(bridge rectifier)35將輸入交流(AC)電壓VAC整流成直流(DC)輸入電壓VIN。控制器100產生切換信號SW，以通過功率電晶體20來開關變壓器10。切換信號SW是根據回饋信號VFB而產生，用於調節電源轉換器的輸出。回饋信號VFB通過電阻器52、穩壓器(voltage-regulator)60(齊納二極體)及光耦合器(opto-coupler)50而耦接至電源轉換器的輸出。換言之，在本發明實施例中，切換信號SW是由二次側受控的控制器(secondary-side controlled controller)100所產生。整流器40及電容器45耦接至變壓器10的二次繞組(secondary winding)，以產生電源轉換器的輸出電壓VO。
    電阻器37自輸入電壓VIN耦接至控制器100，以偵測輸入電壓VIN的位準並產生信號VH。電阻器31自變壓器10的輔助繞組(auxiliary winding)耦接至控制器100，以在變壓器10的開關期間進一步偵測輸入電壓VIN並產生信號VS。
    圖2是根據本發明一實施例之控制器100的方塊圖。電晶體110及電阻器115、116、117形成位準位移(level-shift)輸入電路120，用以接收回饋信號VFB及電源電壓VCC，以產生信號VB。信號VB耦接至比較器150，以與鋸齒(saw-tooth)信號VSAW進行比較，並產生使正反器(flip-flop)170重置的信號，以斷開切換信號SW，其中鋸齒信號VSAW是由鋸齒信號產生器提供。正反器170由脈衝信號PLS接通(turn-on)，以產生切換信號SW。脈衝信號PLS是由脈衝產生電路250響應於信號VS(變壓器10的輔助繞組的信號)而產生。保護電路200用以接收信號VH及VS，以產生過壓保護信號(over-voltage protection signal)SOVP及欠壓保護信號(under-voltage protection signal)SUVP。過壓保護信號SOVP耦接至正反器170以禁能切換信號SW。當過壓保護信號SOVP被致能(低態有效(active-low))時，切換信號SW將被禁能。保護信號SUVP(高態有效(active-high))用以控制脈衝產生電路250並控制開關119。開關119控制耦接至信號VB的電阻器118。因此，切換信號SW的頻率回應於保護信號SUVP的致能而降低。此外，在保護信號SUVP被致能時，信號VB的位準及切換信號SW的脈衝寬度會減小。
    圖3是根據本發明一實施例之保護電路200的方塊圖。高壓JFET電晶體215、偏壓裝置(bias device)217及電晶體216形成高壓開關218，用來控制信號VH，以產生第一信號VM1。當高壓開關218接通時，高壓電阻器37(顯示於圖1中)與電阻器221形成分壓器，以產生第一信號VM1。電晶體219用以控制高壓開關218的接通/斷開。重置信號RESET通過脈衝產生器210產生信號SH。圖5顯示重置信號RESET及信號SH的波形。圖5根據本發明一實施例繪示重置信號RESET、信號SH、切換信號SW及取樣信號SMP的波形圖。當對控制器100施加電源電壓VCC時，重置信號RESET作為由低至高(low-to-high)信號而產生。
    輸入電壓偵測電路(VIN_DET)230用以通過信號VS來感測輸入電壓VIN，以產生信號VM2。輸入電壓偵測器230的詳細運作可參見名稱為“用於感測變壓器的輸入電壓的偵測電路(Detection circuit for sensing the input voltage of transformer)”的美國專利7,671,578。信號VM1及VM2的位準與輸入電壓VIN的位準相關。切換信號SW及信號VM1、VM2以及SH進一步耦接至仲裁電路400，以產生保護信號SOVP及SUVP。仲裁電路400也被稱為保護電路200的控制電路。
    圖4是根據本發明一實施例之仲裁電路400的方塊圖。在切換信號SW接通期間，信號VM2通過開關430而被取樣至電容器435中。當切換信號SW斷開(turn-off)時，切換信號SW通過反相器420及脈衝產生器423產生取樣信號SMP。圖5顯示切換信號SW及取樣信號SMP的波形圖。取樣信號SMP控制開關431，以進一步將來自電容器435的信號取樣至電容器436中。開關430、431及電容器435、436形成低通濾波器438，以自信號VM2產生第二信號VM2A。因此，第二信號VM2A是在變壓器的開關期間響應於切換信號SW的致能而產生。
    具有閾值VT1的比較器410用以與第一信號VM1進行比較。具有閾值VT2的比較器419用以與第二信號VM2A進行比較。信號SH與比較器410的輸出連接至及閘(AND gate)411。及閘411的輸出及比較器419的輸出連接至或閘(OR gate)412。或閘412用以在第一信號VM1高於閾值VT1及/或第二信號VM2A高於閾值VT2時致能正反器415。正反器415的輸出通過反相器480而產生過壓保護信號SOVP。
    第二信號VM2A還耦接至比較器450，以與閾值VT3進行比較。比較器450的輸出及重置信號RESET耦接至及閘451，以產生清除信號(clear signal)SCLR。清除信號SCLR進一步用以對計數器470進行清除(重置)。振盪器(OSC)460產生時脈信號，該時脈信號耦接至計數器470。因此，當重置信號RESET被禁能(邏輯高)且第二信號VM2A低於閾值VT3時，計數器將開始計數。當計數器470屆期時，欠壓保護信號SUVP將被閂鎖至致能狀態。直至重置信號RESET被致能或第二信號VM2A高於閾值VT3時，欠壓保護信號SUVP的閂鎖狀態才可被清除。因此，計數器470提供去抖動時間(延遲時間)，以為了VIN產生欠壓保護信號SUVP。
    圖6繪示根據本發明一實施例之輸入電壓VIN的波形圖。當輸入電壓VIN高於過壓保護(OVP)閾值時，切換信號SW會立即被禁能。在欠壓保護信號SUVP被致能時，切換信號SW的脈衝寬度會減小且切換信號SW的頻率會降低，以限制開關電路的功率。當輸入電壓VIN低於欠壓保護(UVP)閾值時，欠壓保護信號SUVP會被致能，並持續達計數器470的去抖動週期(de-bounce period)。通常，去抖動週期會持續超過30毫秒。OVP閾值與閾值VT1及VT2相關。UVP閾值與閾值VT3相關。
    圖7是根據本發明另一實施例的無輸入電容器的電源轉換器的示意圖。圖7所示實施例是無輸入電容器的一次側受控電源轉換器，其中回饋信號是通過對變壓器10的輔助繞組進行感測而經由電阻器31及32形成。控制器500通過對變壓器10的輔助繞組進行感測而產生切換信號SW。換言之，在本發明實施例中，切換信號是由一次側受控的控制器500所產生。
    圖8是根據本發明另一實施例之控制器500的方塊圖，其中反射電壓偵測電路(V_DET)510通過對信號VS進行取樣而產生耦接至誤差放大器515的信號。一次側受控電源轉換器的詳細運作可參見名稱為“用於一次側受控電源轉換器的閉環PWM控制器(Close-loop PWM controller for primary-side controlled power converters)”的美國專利7,016,204。
    誤差放大器515的輸出VER通過濾波器516而產生信號VB。濾波器516用以補償反饋回路。信號VB耦接至比較器550，以與鋸齒信號VSAW進行比較，並產生使正反器570重置的信號，以斷開切換信號SW。正反器570由脈衝信號PLS接通，以產生切換信號SW。脈衝信號PLS是由脈衝產生電路250響應於信號VS(變壓器10的輔助繞組的信號)而產生。欠壓保護信號SUVP用以控制脈衝產生電路250並控制開關519。開關519控制耦接至信號VB的電阻器518。因此，脈衝信號PLS的頻率回應於欠壓保護信號SUVP的致能而降低。此外，當欠壓保護信號SUVP被致能時，信號VB的位準及切換信號SW的脈衝寬度會減小。
    雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
    10‧‧‧變壓器
    20‧‧‧功率電晶體
    31‧‧‧電阻器
    32‧‧‧電阻器
    35‧‧‧橋式整流器
    37‧‧‧電阻器
    40‧‧‧整流器
    45‧‧‧電容器
    50‧‧‧光耦合器
    52‧‧‧電阻器
    60‧‧‧穩壓器
    100‧‧‧控制器
    110‧‧‧電晶體
    115‧‧‧電阻器
    116‧‧‧電阻器
    117‧‧‧電阻器
    118‧‧‧電阻器
    119‧‧‧開關
    120‧‧‧位準位移輸入電路
    150‧‧‧比較器
    170‧‧‧正反器
    200‧‧‧保護電路
    210‧‧‧脈衝產生器
    215‧‧‧高壓JFET電晶體
    216‧‧‧電晶體
    217‧‧‧偏壓裝置
    218‧‧‧高壓開關
    219‧‧‧電晶體
    221‧‧‧電阻器
    230‧‧‧輸入電壓偵測器電路/輸入電壓偵測器
    250‧‧‧脈衝產生電路
    400‧‧‧仲裁電路
    410‧‧‧比較器
    411‧‧‧及閘
    412‧‧‧或閘
    415‧‧‧正反器
    419‧‧‧比較器
    420‧‧‧反相器
    423‧‧‧脈衝產生器
    430‧‧‧開關
    431‧‧‧開關
    435‧‧‧電容器
    436‧‧‧電容器
    438‧‧‧低通濾波器
    450‧‧‧比較器
    451‧‧‧及閘
    460‧‧‧振盪器
    470‧‧‧計數器
    480‧‧‧反相器
    500‧‧‧控制器
    515‧‧‧誤差放大器
    516‧‧‧濾波器
    518‧‧‧電阻器
    519‧‧‧開關
    550‧‧‧比較器
    570‧‧‧正反器
    VAC‧‧‧交流電壓
    VIN‧‧‧輸入電壓
    VH‧‧‧信號
    VS‧‧‧信號
    SW‧‧‧切換信號
    VFB‧‧‧回饋信號
    VO‧‧‧輸出電壓
    VB‧‧‧信號
    VCC‧‧‧電源電壓
    VSAW‧‧‧鋸齒信號
    PLS‧‧‧脈衝信號
    SOVP‧‧‧過壓保護信號
    SUVP‧‧‧欠壓保護信號
    SH‧‧‧信號
    VM1‧‧‧第一信號
    VM2‧‧‧信號
    VM2A‧‧‧第二信號
    VT1‧‧‧閾值
    VT2‧‧‧閾值
    VT3‧‧‧閾值
    SMP‧‧‧取樣信號
    SCLR‧‧‧清除信號
    VER‧‧‧輸出
    圖1是根據本發明一實施例之無輸入電容器的電源轉換器的示意圖。
    圖2是根據本發明一實施例之控制器的方塊圖。
    圖3是根據本發明一實施例之保護電路的的方塊圖。
    圖4是根據本發明一實施例之仲裁電路(arbiter circuit)的方塊圖。
    圖5是根據本發明一實施例繪示重置信號RESET、信號SH、切換信號SW及取樣信號SMP的波形圖。
    圖6繪示根據本發明一實施例之輸入電壓VIN的波形圖。
    圖7是根據本發明另一實施例之無輸入電容器的一次側受控電源轉換器的示意圖。
    圖8是根據本發明另一實施例之控制器的方塊圖。
    200‧‧‧保護電路
    210‧‧‧脈衝產生器
    215‧‧‧高壓JFET電晶體
    216‧‧‧電晶體
    217‧‧‧偏壓裝置
    218‧‧‧高壓開關
    219‧‧‧電晶體
    221‧‧‧電阻器
    230‧‧‧輸入電壓偵測器電路/輸入電壓偵測器(VIN_DET)
    400‧‧‧仲裁電路(ARBITER)
    VH‧‧‧信號
    VS‧‧‧信號
    SW‧‧‧切換信號
    SOVP‧‧‧過壓保護信號
    SUVP‧‧‧欠壓保護信號
    SH‧‧‧信號
    VM1‧‧‧第一信號
    VM2‧‧‧信號
    RESET‧‧‧重置信號
    权利要求:
    Claims (9)
    [1] 一種電源轉換器的保護電路，包括：開關，用以通過電阻器來感測該電源轉換器的輸入電壓，以產生第一信號；偵測電路，耦接至變壓器，用於感測該電源轉換器的該輸入電壓，以產生第二信號；以及控制電路，用以回應於該第一信號及該第二信號而控制切換信號；其中該切換信號用以開關該變壓器以調節該電源轉換器；且該第一信號及該第二信號的位準與所述電源轉換器的所述輸入電壓的位準相關。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之保護電路，更包括用於產生該第二信號的低通濾波器。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述之保護電路，其中該切換信號是由一次側受控的控制器所產生。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之保護電路，其中過電壓信號是在該第一信號高於第一閾值或者該第二信號高於第二閾值時產生；欠電壓信號是在該第二信號低於第三閾值時產生，其中該過電壓信號用以禁能該切換信號；該欠電壓信號用以限制該切換信號。
    [5] 如申請專利範圍第1項所述之保護電路，其中該第一信號是響應於該保護電路的接通而產生。
    [6] 如申請專利範圍第1項所述之保護電路，其中該控制電路還包括去抖動電路，該去抖動電路提供延遲時間，以用於在該第二信號低於該第三閾值時產生該欠電壓信號。
    [7] 如申請專利範圍第1項所述之保護電路，其中該切換信號的開關頻率回應於該欠電壓信號的致能而減小。
    [8] 如申請專利範圍第1項所述之保護電路，其中該第二信號是在該變壓器的開關期間產生。
    [9] 如申請專利範圍第1項所述之保護電路，其中該第二信號是響應於該切換信號的致能而產生。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    US201161534079P| true| 2011-09-13|2011-09-13||
    US13/606,025|US9520767B2|2011-09-13|2012-09-07|Protection circuit for power converter|
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