CN101888188A - 用于控制功率变换器的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种功率变换器控制装置及其方法，能够防止在使用数字控制方法的高频功率变换器中、由低功率指标操作或输出短路所产生的过电流或过电压而导致的烧坏。该功率变换器控制装置包括：数字控制器，基于输入的控制数据而输出用于控制预定开关的间歇操作的门信号；检测器，响应于过电流和/或过电压的产生而生成检测信号；以及注册维持单元，用于在产生检测信号时维持其中切断门信号的输出的状态。

Description

用于控制功率变换器的装置和方法
本申请是申请日为2006年6月16日、申请号为200610092594.9、发明名称为“用于控制功率变换器的装置和方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于控制功率变换器的装置和方法。更具体地，本发明涉及一种功率变换器控制装置及其方法，能够防止在使用数字控制方法的高频功率变换器中由于过电流而导致的烧坏(burnout)和/或由低功率指标操作或输出短路所产生的过电压。
背景技术
通常，诸如逆变器的功率变换器使用例如适合于电源的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的半导体器件作为开关，并且通过间歇通/断操作来控制输出电压的幅度。这里，诸如功率变换器控制装置的用于控制开关的间歇操作的装置可以是模拟的或数字的。模拟功率变换器控制装置具有能够以更快的速度执行控制的优点。然而，由于模拟功率变换器控制装置具有固定的电路，所以与数字功率变换器控制装置相比，它不能装备多种功能。
图1描述了使用功率变换器的系统的例子。它示出了具有使用数字控制装置的直流/交流(DC/AC)逆变器30的图像形成装置。在图1中，AC/DC整流器20对电源电压进行整流且输出DC电压，并且DC/AC逆变器30从AC/DC整流器20接收DC电压，产生高电压并将高电压提供给充电辊(charged roller)40。这里，控制装置50控制用于控制开关的间歇操作的门信号(gate signal)的占空比，以对于增加的瞬时功率控制和功率转换效率，通过使用锁相环(PLL)方法，基于谐振频率将相位裕量(phase margin)和有效/视在功率比(real/apparent power ratio)维持在统一水平。DC/AC逆变器30被配置有环境检测模式，用于当输出端短路时检测最小功率传输环境。如果没有实现最小功率传输条件，则以最大频率预扫描门信号。
图2是说明传统的功率变换器控制装置的电路图。参考图2，将由功率变换器输出端的二极管D1至D4、电阻器R1、和电容器C1测量的输出电压或输出电流通过整流和AC/DC转换处理发送到数字控制器51。数字控制器51基于所发送的信号而输出用于控制开关的间歇操作的门信号。
然而，当过电流流过用作开关的MOSFET时，由于输出短路等，提供开关或操作功率的主开关53变热。热量的产生使主开关53被烧坏。使主开关53达到烧坏所用的时间与能量的量成正比。在使用高容量功率变换器的情况下，主开关53可以在几十分钟或几十秒内烧坏。
在传统的方法中，通过使用热敏元件来使开关或主开关53不受过电流和/或过电压产生的热量的损害。然而，通过热敏元件或程序来保护主开关在可靠性上受到限制，并且因为需要绝缘而增加了成本。
发明内容
因而，本发明的目的是提供一种功率变换器控制装置及其方法，能够保护通过高容量快速开关而操作的功率变换器免遭过电流和/或过电压。
依据本发明的示例性方面，提供了一种功率变换器控制装置，该功率变换器控制装置包括：数字控制器，基于输入的控制数据而输出用于控制预定开关的间歇操作的门信号；检测器，响应于过电流和/或过电压的产生而生成检测信号；以及注册维持单元(registration maintenance unit)，当产生检测信号时用于维持切断门信号的输出的状态。根据示例性实现，所述功率变换器控制装置还包括注册取消单元(registration revocation unit)，用于根据数字控制器的控制而取消(revoke)其中切断门信号的输出的状态。
所述检测器能够基于控制二极管的反向电压特性而产生检测信号。根据示例性实现，所述功率变换器控制装置还包括测量单元，用于测量关于功率瞬时控制的信息，并将所测量的信息提供为控制数据。
依据本发明的另一示例性方面，提供了一种用于通过开关的间歇操作控制功率变换器控制输出电压的方法，该方法包括：基于所输入的控制数据，输出用于控制开关的间歇操作的门信号；检测过电流和/或过电压的生成；以及当产生过电流和/或过电压时维持切断门信号输出的状态。根据示例性实现，该方法还包括取消其中切断门信号的输出的状态。
根据另一示例性实现，该方法还包括测量与输出电压相应的信息以及将所测量的信息提供为控制数据。
附图说明
通过参考附图描述本发明的某个示例性实施例，本发明的上述方面和特征将更明显，其中相似的参考数字将被理解为指代相似的部分、组件和结构，其中：
图1是示出使用功率变换器的系统的例子的框图；
图2是描述传统的功率变换器控制装置的示例性电路图；
图3是说明依据本发明的示例性实施例的功率变换器控制装置的电路图；以及
图4是说明依据本发明的另一示例性实施例的功率变换器控制装置的电路图。
具体实施方式
将参考附图更详细地描述本发明的某个示例实施例。
在下面的描述中，如上面所指出的，对于在不同附图中的相同单元使用相同的附图标记。提供在说明书中定义的内容(诸如详细结构和单元)以便帮助全面地理解本发明。本领域中的普通技术人员将明白，在不严格限于下面所阐述的示例的详细描述的情况下，可以实现本发明的其它实现方式。而且，为了清楚和简明的目的而没有详细地描述公知的功能或结构。
图3是说明依据本发明的实施例的功率变换器控制装置的电路图。参考图3，功率变换器控制装置包括测量单元110、数字控制器120、检测器130、以及注册维持单元140。
测量单元110测量来自功率变换器的输出端的电压或电流以用于瞬时功率控制，调整该电压或电流，执行AC/DC转换，并且输出在经AC/DC转换后所获得的直流(DC)电压。
数字控制器120利用从测量单元110输出的DC电压值作为控制值，并且产生用于开关的通/断切换的门信号。这里，输出电压的幅值根据门信号的占空比而变化。
检测器130包括串联连接的稳压二极管Z10和电阻器R11，并且它基于该稳压二极管的反向电压特性而检测过电流或过电压。
注册维持单元140包括硅可控整流器SCR10和电阻器R12，其将检测器维持在检测过电流或过电压并且切断门信号的状态中。简而言之，由于硅可控整流器SCR10在截止状态中不能通过电流，所以二极管G1至G4基于连接至电阻器R12的一端的直流电压而保持截止状态，并且从数字控制器120输出门信号。然而，当过电压或过电流产生的脉冲电流通过稳压二极管Z10或数字控制器120而输入至硅可控整流器SCR10的门端(gate end)时，硅可控整流器SCR10被导通，并且它能将正向电流从阳极流动到阴极。结果，二极管G1至G4被导通，因而切断门信号的输出。而且，当硅可控整流器SCR10被导通时，尽管输入至门端的门信号被消除，但是仍然维持导通状态。从而，门信号被维持为切断。
根据上述的结构，当产生过电流和/或过电压时，从数字控制器120输出的门信号能以硬件形式被自动地切断。因而，可以在开关中防止热量的产生。
图4是描述依照本发明的另一实施例的功率变换器控制装置的电路图。参考图4，功率变换器控制装置包括测量单元200、数字控制器220、检测器230、注册维持单元240、和注册取消单元250。
测量单元200、数字控制器220、检测器230和注册维持单元240的功能和操作与参考图3所描述的相同。本实施例的特征在于：注册取消单元250在保持注册维持单元240中的门信号的切断状态的同时执行取消。
当过电压或过电流所导致的脉冲电流被施加于硅可控整流器SCR20的门极而导通硅可控整流器SCR20时，尽管施加于门端的电压被消除，但是仍然维持导通状态。为了截止硅可控整流器SCR20，阳极电压应变为0或负值。当从数字控制器220向晶体管Q20的基极提供取消信号时，注册取消单元250的晶体管Q20被截止，并且因此硅可控整流器SCR20被截止。硅可控整流器SCR20的截止将二极管G21和G22从导通状态转换成截止状态。因而，输出已被关断的门信号。
为了方便，上面的两个实施例控制两个门信号的输出，也可以以同样的方法控制更多的门信号的输出。
如上所述，本发明的技术可以保护通过高容量快速开关而操作的功率变换器不受诸如过电流或电压的导致错误的环境的侵害。而且，其可以以硬件方式关断由过电流或过电压所导致的输出电压，并能够防止由于热量的产生所导致的烧坏。因而，本发明能够改善导致错误的环境中的可靠性，并防止可能的部件更换。
前述的实施例和优点仅仅是示例性的，不能认为是对本发明的限制。本教授能够容易地应用于其它类型的装置，并且对于本领域中的技术人员来说，许多替代方式、修改、和变化是明显的。因而，本发明的示例实施例的描述意欲是说明性的，并且不限制在下面的权利要求及其等价物中定义的本发明的范围。

Claims (13)

1.一种用于图像形成设备的功率变换器，包括：
AC/DC整流器，其对电源电压进行整流并且输出DC电压；
DC/AC变换器，其与所述AC/DC整流器的输出端连接，将来自所述AC/DC整流器的DC电压变换成高电压，并且通过利用开关将所述高电压输出到所述图像形成设备的负载上；以及
控制装置，其控制所述DC/AC变换器的所述开关的操作，
其中，所述控制装置包括：
第一电路单元，其与所述功率变换器的输出端连接，并且根据由所述功率变换器输出的电压或电流产生控制信号；
数字控制器，其根据所述控制信号输出用于控制所述变换器的所述开关的间歇操作的门信号；
第二电路单元，其与所述功率变换器的输出端连接，检测所述功率变换器的所述输出端的过电流和过电压中的至少一个，并且产生基于对所述过电流和过电压中的至少一个的检测的检测信号；以及
第三电路单元，其从所述第二电路单元接收所述检测信号，并且在所述检测信号被产生时利用硬件自动关断所述门信号的输出；以及
第四电路单元，用于根据所述数字控制器的取消信号而取消其中所述门信号的输出被关断的状态。
2.如权利要求1所述的功率变换器，其中，所述第二电路单元直接与所述功率变换器的输出端连接。
3.如权利要求1所述的功率变换器，其中，所述数字控制器在所述第二电路单元产生所述检测信号时根据从所述第一电路单元接收的控制信号检测所述功率变换器的过电流状态和过电压状态中的至少一个的存在与否。
4.如权利要求3所述的功率变换器，其中，所述数字控制器在所述过电流状态和所述过电压状态不再存在时产生所述取消信号。
5.如权利要求4所述的功率变换器，其中，所述数字控制器在所述过电流状态和所述过电压状态不再存在时检查所述开关的操作状态。
6.如权利要求1所述的功率变换器，其中，所述第二电路单元包括：
稳压二极管；以及
与所述稳压二极管串联连接的电阻器；
其中，所述第二电路单元根据所述稳压二极管的反向电压特征而检测过电流和过电压中的至少一个。
7.如权利要求1所述的功率变换器，其中，所述第三电路单元包括：
硅可控整流器，其接收所述检测信号，其中，所述硅可控整流器在接收到所述检测信号时被接通，以关断所述门信号的输出。
8.一种用于控制图像形成设备的功率变换器的方法，该方法包括：
根据由所述图像形成设备的所述功率变换器输出的电压或电流产生控制信号；
利用数字控制器，根据所述控制信号而输出用于控制开关的间歇操作的门信号；
检测所述功率变换器的输出端的过电流和过电压中的至少一个，并且产生基于对过电流和过电压中的至少一个的检测的检测信号；
响应于所述检测信号的产生而利用硬件自动关断所述门信号的输出；并且
根据所述数字控制器的取消信号来取消其中所述门信号的输出被关断的状态。
9.如权利要求8所述的方法，还包括：
当所述检测信号被产生时，利用所述数字控制器根据所述控制信号来检测过所述功率变换器的过电流状态和过电压状态中的至少一个的存在与否。
10.如权利要求8所述的方法，还包括：
当所述过电流状态和所述过电压状态不再存在时，利用所述数字控制器产生取消信号。
11.如权利要求10所述的方法，还包括：
当所述过电流状态和所述过电压状态不再存在时，利用所述数字控制器检查所述开关的操作状态。
12.如权利要求8所述的方法，其中，产生所述检测信号的步骤包括：
根据稳压二极管的反向电压特征来检测过电流和过电压中的至少一个。
13.如权利要求8所述的方法，其中：
通过利用接收检测信号的硅可控整流器来执行关断所述门信号的输出的操作。
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