專利名稱：用于電源轉(zhuǎn)換器的保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源轉(zhuǎn)換器(power converter),更具體而言,尤其涉及一種用于電源轉(zhuǎn)換器的保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
電源轉(zhuǎn)換器是用于轉(zhuǎn)換電能的電氣裝置或機(jī)電裝置。一般而言，電源轉(zhuǎn)換器的輸入電容器用以存儲(chǔ)電能并提供最小輸入電壓，以保證電源轉(zhuǎn)換器可正常工作。如今，客戶對(duì)于電子產(chǎn)品的要求是輕巧、壽命周期長、且成本更低。因此，無輸入電容器的電源轉(zhuǎn)換器可滿足這些要求。然而，無輸入電容器的電源轉(zhuǎn)換器會(huì)使輸入過電壓及欠電壓保護(hù)(例如，防局部暫時(shí)停電(brownout)保護(hù))等變得困難。因此，便期望能夠克服無輸入電容器的電源轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)中的上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于無輸入電容器的電源轉(zhuǎn)換器的保護(hù)電路。所述保護(hù)電路包括 高壓開關(guān)(high voltage switch)、探測電路及控制電路。所述高壓開關(guān)通過高壓電阻器來感測所述電源轉(zhuǎn)換器的輸入電壓，以產(chǎn)生第一信號(hào)。所述探測電路耦合至變壓器，用于感測所述電源轉(zhuǎn)換器的輸入電壓，以產(chǎn)生第二信號(hào)。所述控制電路響應(yīng)于所述第一信號(hào)及所述第二信號(hào)而控制開關(guān)信號(hào)。所述開關(guān)信號(hào)用以開關(guān)所述變壓器以調(diào)節(jié)所述電源轉(zhuǎn)換器，且所述第一信號(hào)及所述第二信號(hào)的電平與所述電源轉(zhuǎn)換器的輸入電壓的電平相關(guān)。本發(fā)明提供一種電源轉(zhuǎn)換器的保護(hù)電路，包括開關(guān)，用以通過電阻器來感測所述電源轉(zhuǎn)換器的輸入電壓，以產(chǎn)生第一信號(hào)；探測電路，耦合至變壓器，用于感測所述電源轉(zhuǎn)換器的所述輸入電壓，以產(chǎn)生第二信號(hào)；以及控制電路，用以響應(yīng)于所述第一信號(hào)及所述第二信號(hào)而控制開關(guān)信號(hào)；其中所述開關(guān)信號(hào)用以開關(guān)所述變壓器以調(diào)節(jié)所述電源轉(zhuǎn)換器；且所述第一信號(hào)及所述第二信號(hào)的電平與所述電源轉(zhuǎn)換器的所述輸入電壓的電平相關(guān)。


為進(jìn)一步理解本發(fā)明，在本說明中包含附圖，這些附圖包含于本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分。這些圖例示本發(fā)明的實(shí)例性實(shí)施例并與本說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。圖I是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的無輸入電容器的電源轉(zhuǎn)換器的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的控制器的方框圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的保護(hù)電路的的方框圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的判優(yōu)電路(arbiter circuit)的方框圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例顯示復(fù)位信號(hào)Reset、信號(hào)Sh、開關(guān)信號(hào)Sw及采樣信號(hào)Smp的波形。圖6顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的輸入電壓Vin的波形。圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的無輸入電容器的一次側(cè)受控電源轉(zhuǎn)換器的示意圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的控制器的方框圖。附圖標(biāo)記 10 :變壓器20 :功率晶體管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I禹合器52:電阻器60 :穩(wěn)壓器100 :控制器110:晶體管115:電阻器116:電阻器117:電阻器118:電阻器119:開關(guān)120:電平位移輸入電路150:比較器170 :正反器200:保護(hù)電路210 :脈沖產(chǎn)生器215 :高壓JFET晶體管216:晶體管217 :偏壓裝置218 :高壓開關(guān)219:晶體管221:電阻器230 :輸入電壓探測器電路/輸入電壓探測器250 :脈沖產(chǎn)生電路
400 :判優(yōu)電路410:比較器411 :與門412:或門415 :正反器419:比較器420 :反相器
423 :脈沖產(chǎn)生器430 :開關(guān)431 :開關(guān)435 電容器436 電容器438 :低通濾波器450:比較器451 :與門460 :振蕩器470 :計(jì)數(shù)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(guān)550:比較器570 :正反器VAC:交流電壓VIN:輸入電壓Vh :信號(hào)Vs :信號(hào)Sw:開關(guān)信號(hào)Vfb :反饋信號(hào)V。輸出電壓Vb :信號(hào)Vcc:電源電壓Vsaw :鋸齒信號(hào)PLS :脈沖信號(hào)Swp:過電壓保護(hù)信號(hào)Sotp:欠電壓保護(hù)信號(hào)Sh :信號(hào)
Vmi :第一信號(hào)Vm2 :信號(hào)Vm2a :第二信號(hào)Vn:閾值Vt2 :閾值
Vt3 :閾值Smp :采樣信號(hào)Sglr:清除信號(hào)Vek :輸出
具體實(shí)施例方式圖I是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的無輸入電容器的電源轉(zhuǎn)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(chǎn)生開關(guān)信號(hào)Sw，以通過功率晶體管20來開關(guān)變壓器10。開關(guān)信號(hào)Sw是根據(jù)反饋信號(hào)Vfb而產(chǎn)生，用于調(diào)節(jié)電源轉(zhuǎn)換器的輸出。反饋信號(hào)Vfb通過電阻器52、穩(wěn)壓器(voltage-regulator)60(齊納二極管)及光稱合器50而稱合至電源轉(zhuǎn)換器的輸出。換言之，在本發(fā)明實(shí)施例中，開關(guān)信號(hào)Sw是由二次側(cè)受控的控制器(secondary-sidecontrolled controller) 100所產(chǎn)生。整流器40及電容器45稱合至變壓器10的二次繞組(secondary winding),以產(chǎn)生電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓V。。電阻器37自輸入電壓Vin耦合至控制器100，以探測輸入電壓Vin的電平并產(chǎn)生信號(hào)VH。電阻器31自變壓器10的輔助繞組(auxiliary winding)稱合至控制器100,以在變壓器10的開關(guān)期間進(jìn)一步探測輸入電壓Vin并產(chǎn)生信號(hào)Vs。圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的控制器100的方框圖。晶體管110及電阻器115、116、117形成電平位移(level-shift)輸入電路120，用以接收反饋信號(hào)Vfb及電源電壓Vcc，以產(chǎn)生信號(hào)VB。信號(hào)Vb耦合至比較器150，以與鋸齒信號(hào)Vsaw進(jìn)行比較，并產(chǎn)生使正反器(flip-flop) 170復(fù)位的信號(hào)，以斷開開關(guān)信號(hào)Sw，其中鋸齒信號(hào)Vsaw是由鋸齒信號(hào)產(chǎn)生器提供。正反器170由脈沖信號(hào)PLS接通，以產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)Sw。脈沖信號(hào)PLS是由脈沖產(chǎn)生電路250響應(yīng)于信號(hào)Vs (變壓器10的輔助繞組的信號(hào))而產(chǎn)生。保護(hù)電路200用以接收信號(hào)Vh及Vs，以產(chǎn)生過電壓保護(hù)信號(hào)Swp及欠電壓保護(hù)信號(hào)SOTP。過電壓保護(hù)信號(hào)Swp耦合至正反器170以禁用開關(guān)信號(hào)Sw。當(dāng)過電壓保護(hù)信號(hào)Swp被啟用(低態(tài)有效)時(shí)，開關(guān)信號(hào)SJf被禁用。保護(hù)信號(hào)Suvp (高態(tài)有效)用以控制脈沖產(chǎn)生電路250并控制開關(guān)119。開關(guān)119控制耦合至信號(hào)Vb的電阻器118。因此，開關(guān)信號(hào)Sw的頻率響應(yīng)于保護(hù)信號(hào)Sotp的啟用而降低。此外，在保護(hù)信號(hào)Suvp被啟用時(shí)，信號(hào)Vb的電平及開關(guān)信號(hào)Sw的脈沖寬度會(huì)減小。圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的保護(hù)電路200的方框圖。高壓JFET晶體管215、偏壓裝置(bias device) 217及晶體管216形成高壓開關(guān)218，用來控制信號(hào)VH，以產(chǎn)生第一信號(hào)VM1。當(dāng)高壓開關(guān)218接通時(shí)，高壓電阻器37 (顯示于圖I中)與電阻器221形成分壓器，以產(chǎn)生第一信號(hào)VM1。晶體管219被耦接成用以控制高壓開關(guān)218的接通/斷開。復(fù)位信號(hào)Riset通過脈沖產(chǎn)生器210產(chǎn)生信號(hào)SH。圖5顯不復(fù)位信號(hào)Reset及信號(hào)Sh的波形。圖5根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例顯示復(fù)位信號(hào)Reset、信號(hào)Sh、開關(guān)信號(hào)Sw及采樣信號(hào)Smp的波形。當(dāng)對(duì)控制器100施加電源電壓V。。時(shí)，復(fù)位信號(hào)Reset作為由低至高(low-to-high)信號(hào)而產(chǎn)生。輸入電壓探測電路(VIN DET) 230用以通過信號(hào)Vs來感測輸入電壓Vin，以產(chǎn)生信號(hào)V,輸入電壓探測器230的詳細(xì)運(yùn)作可參見名稱為“用于感測變壓器的輸入電壓的探測電路(Detection circuit for sensing the input voltage of transformer)，，的美國專利7,671,578。信號(hào)Vmi及Vm2的電平與輸入電壓Vin的電平相關(guān)。開關(guān)信號(hào)Sw及信號(hào)Vmi、Vm2以及Sh進(jìn)一步耦合至判優(yōu)電路400，以產(chǎn)生保護(hù)信號(hào)Swp及SOTP。判優(yōu)電路400也被稱為保護(hù)電路200的控制電路。圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的判優(yōu)電路400的方框圖。在開關(guān)信號(hào)Sw接通期間，信號(hào)Vm2通過開關(guān)430而被采樣至電容器435中。當(dāng)開關(guān)信號(hào)Sw斷開時(shí)，開關(guān)信號(hào)Sw通過反相器420及脈沖產(chǎn)生器423產(chǎn)生米樣信號(hào)S p。圖5顯不開關(guān)信號(hào)Sw及米樣信號(hào)Smp的 波形。米樣信號(hào)Smp控制開關(guān)431,以進(jìn)一步將來自電容器435的信號(hào)米樣至電容器436中。開關(guān)430、431及電容器435、436形成低通濾波器438，以自信號(hào)Vm2產(chǎn)生第二信號(hào)Vm。因此，第二信號(hào)Vm2a是在變壓器的開關(guān)期間響應(yīng)于開關(guān)信號(hào)Sw的啟用而產(chǎn)生。具有閾值Vn的比較器410用以與第一信號(hào)Vmi進(jìn)行比較。具有閾值Vt2的比較器419用以與第二信號(hào)Vm2a進(jìn)行比較。信號(hào)Sh與比較器410的輸出連接至與門(AND gate) 411。與門411的輸出及比較器419的輸出連接至或門(OR gate)412?；蜷T412用以在第一信號(hào)Vmi高于閾值Vn及/或第二信號(hào)Vm2a高于閾值Vt2時(shí)啟用正反器415。正反器415的輸出通過反相器480而產(chǎn)生過電壓保護(hù)信號(hào)SWP。第二信號(hào)Vm2a還耦合至比較器450，以與閾值Vt3進(jìn)行比較。比較器450的輸出及復(fù)位信號(hào)Reset I禹合至與門451,以產(chǎn)生清除信號(hào)(clear signal) Sclro清除信號(hào)Scm進(jìn)一步用以對(duì)計(jì)數(shù)器470進(jìn)行清除(復(fù)位)。振蕩器(OSC) 460產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，該時(shí)鐘信號(hào)耦合至計(jì)數(shù)器470。因此，當(dāng)復(fù)位信號(hào)Reset被禁用(邏輯高)且第二信號(hào)Vm2a低于閾值Vt3時(shí)，計(jì)數(shù)器將開始計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器470過期時(shí)，欠電壓保護(hù)信號(hào)Sotp將被閂鎖至啟用狀態(tài)。直至復(fù)位信號(hào)RKet被啟用或第二信號(hào)Vm2a高于閾值Vt3時(shí)，欠電壓保護(hù)信號(hào)Suvp的閂鎖狀態(tài)才可被清除。因此，計(jì)數(shù)器470提供去抖動(dòng)時(shí)間(延遲時(shí)間)，以為了 Vin產(chǎn)生欠電壓保護(hù)信號(hào)Suvpo圖6顯不根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的輸入電壓Vin的波形。當(dāng)輸入電壓Vin高于OVP閾值時(shí)，開關(guān)信號(hào)Sw會(huì)立即被禁用。在欠電壓保護(hù)信號(hào)Sotp被啟用時(shí)，開關(guān)信號(hào)Sw的脈沖寬度會(huì)減小且開關(guān)信號(hào)Sw的頻率會(huì)降低，以限制開關(guān)電路的功率。當(dāng)輸入電壓Vin低于UVP閾值時(shí)，欠電壓保護(hù)信號(hào)Sotp會(huì)被啟用，并持續(xù)達(dá)計(jì)數(shù)器470的去抖動(dòng)周期(de-bounceperiod)。通常，去抖動(dòng)周期會(huì)持續(xù)超過30毫秒。OVP閾值與閾值Vn及Vt2相關(guān)。UVP閾值與閾值Vt3相關(guān)。圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的無輸入電容器的電源轉(zhuǎn)換器的示意圖。圖7所示實(shí)施例是無輸入電容器的一次側(cè)受控電源轉(zhuǎn)換器，其中反饋信號(hào)是通過對(duì)變壓器10的輔助繞組進(jìn)行感測而經(jīng)由電阻器31及32形成?？刂破?00通過對(duì)變壓器10的輔助繞組進(jìn)行感測而產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)Sw。換言之，在本發(fā)明實(shí)施例中，開關(guān)信號(hào)是由一次側(cè)受控的控制器500所產(chǎn)生。圖8是根據(jù)本發(fā)明的控制器500的另一實(shí)施例的方框圖，其中反射電壓探測電路(V_DET)510通過對(duì)信號(hào)Vs進(jìn)行采樣而產(chǎn)生耦接至誤差放大器515的信號(hào)。一次側(cè)受控電源轉(zhuǎn)換器的詳細(xì)運(yùn)作可參見名稱為“用于一次側(cè)受控電源轉(zhuǎn)換器的閉環(huán)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Vek通過濾波器516而產(chǎn)生信號(hào)VB。濾波器516用以補(bǔ)償反饋回路。信號(hào)Vb耦合至比較器550，以與鋸齒信號(hào)Vsaw進(jìn)行比較，并產(chǎn)生使正反器570復(fù)位的信號(hào)，以斷開開關(guān)信號(hào)Sw。正反器570由脈沖信號(hào)PLS接通，以產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)Sw。脈沖信號(hào)PLS是由脈沖產(chǎn)生電路250響應(yīng)于信號(hào)Vs (變壓器10的輔助繞組的信號(hào))而產(chǎn)生。欠電壓保護(hù)信號(hào)Suvp用以控制脈沖產(chǎn)生電路250并控制開關(guān)519。開關(guān)519控制耦合至信號(hào)Vb的電阻器518。因此，脈沖信號(hào)PLS的頻率響應(yīng)于欠電壓保護(hù)信號(hào)Sotp的啟用而降低。此夕卜，當(dāng)欠電壓保護(hù)信號(hào)Suvp被啟用時(shí)，信號(hào)Vb的電平及開關(guān)信號(hào)Sw的脈沖寬度會(huì)減小。
盡管已對(duì)本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)說明，然而應(yīng)理解，在不背離隨附權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明的精神及范圍的條件下，可對(duì)其作出各種改變、替代及變更。換言之，本發(fā)明所包含的論述內(nèi)容旨在用作基本說明。應(yīng)理解，本文的具體論述內(nèi)容可能未明確說明所有可能的實(shí)施例；而是還暗含許多替代形式。本發(fā)明的一般性質(zhì)可能未被充分解釋，且可能未明確地顯示出每一特征或元件如何可實(shí)際上代表更寬泛的功能或代表大量替代或等效元件。此外，這些更寬泛的功能或替代或等效元件暗含于本發(fā)明中。本說明及術(shù)語均不旨在限制權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
1.一種電源轉(zhuǎn)換器的保護(hù)電路，其特征在于，包括 開關(guān)，用以通過電阻器來感測所述電源轉(zhuǎn)換器的輸入電壓，以產(chǎn)生第一信號(hào)； 探測電路，耦合至變壓器，用于感測所述電源轉(zhuǎn)換器的所述輸入電壓，以產(chǎn)生第二信號(hào)；以及 控制電路，用以響應(yīng)于所述第一信號(hào)及所述第二信號(hào)而控制開關(guān)信號(hào)； 其中所述開關(guān)信號(hào)用以開關(guān)所述變壓器以調(diào)節(jié)所述電源轉(zhuǎn)換器；且所述第一信號(hào)及所述第二信號(hào)的電平與所述電源轉(zhuǎn)換器的所述輸入電壓的電平相關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的保護(hù)電路，其特征在于，還包括用于產(chǎn)生所述第二信號(hào)的低通濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的保護(hù)電路，其特征在于，所述開關(guān)信號(hào)是由一次側(cè)受控的控制器所產(chǎn)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的保護(hù)電路，其特征在于，在所述第一信號(hào)高于第一閾值或者所述第二信號(hào)高于第二閾值時(shí)，產(chǎn)生過電壓信號(hào)；而在所述第二信號(hào)低于第三閾值時(shí)，產(chǎn)生欠電壓信號(hào)，其中所述過電壓信號(hào)用以禁用所述開關(guān)信號(hào)；所述欠電壓信號(hào)用以限制所述開關(guān)信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的保護(hù)電路，其特征在于，所述第一信號(hào)是響應(yīng)于所述保護(hù)電路的接通而產(chǎn)生。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的保護(hù)電路，其特征在于，所述控制電路還包括去抖動(dòng)電路，所述去抖動(dòng)電路提供延遲時(shí)間，以用于在所述第二信號(hào)低于所述第三閾值時(shí)產(chǎn)生所述欠電壓信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的保護(hù)電路，其特征在于，所述開關(guān)信號(hào)的開關(guān)頻率響應(yīng)于所述欠電壓信號(hào)的啟用而減小。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的保護(hù)電路，其特征在于，所述第二信號(hào)是在所述變壓器的開關(guān)期間產(chǎn)生。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的保護(hù)電路，其特征在于，所述第二信號(hào)是響應(yīng)于所述開關(guān)信號(hào)的啟用而產(chǎn)生。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種用于電源轉(zhuǎn)換器的保護(hù)電路。所述保護(hù)電路包括開關(guān)、探測電路及控制電路。所述開關(guān)通過電阻器來感測電源轉(zhuǎn)換器的輸入電壓，以產(chǎn)生第一信號(hào)。所述探測電路耦合至變壓器，用于感測所述電源轉(zhuǎn)換器的輸入電壓，以產(chǎn)生第二信號(hào)。所述控制電路響應(yīng)于所述第一信號(hào)及所述第二信號(hào)而控制開關(guān)信號(hào)。所述開關(guān)信號(hào)用以開關(guān)所述變壓器以調(diào)節(jié)所述電源轉(zhuǎn)換器，且所述第一信號(hào)及所述第二信號(hào)的電平與所述電源轉(zhuǎn)換器的所述輸入電壓的電平相關(guān)。
文檔編號(hào)H02H7/125GK102868146SQ20121033900
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者楊大勇 申請人:崇貿(mào)科技股份有限公司