CN101926078A - 防止过热的方法和相应装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于防止与电子转换器(10)相关联、设备诸如变压器的设备(Tr)过热的装置，电子转换器(10)包括用于调节电子转换器(10)的输出信号(Vout)的反馈路径(11，12至18)。该装置包括对前述设备(Tr)的温度敏感的热敏部件(20)。热敏部件(20)被包括在电子转换器(10)的反馈路径(11，12至18)中，以根据由热敏部件(20)感测的设备(Tr)的温度来减小电子转换器(10)的输出信号(Vout)。

Description

防止过热的方法和相应装置
技术领域
本公开内容涉及用于防止电气/电子设备过热的技术。
在特别关注本发明在防止与直流(DC)功率转换器相关联的设备过热方面的可能应用的情况下提出本公开内容。本公开内容的应用的示例性领域是离线DC功率转换器中的安全绝缘变压器的热保护，该离线DC功率转换器例如被设计成为包括发光二极管(LED)的模块提供恒定电压输出，诸如安全特低电压(SELV)。
然而，对该可能的应用领域的提及不应被解释为对本发明范围的限制。
背景技术
例如用作发光源的LED模块可经由线性调节器由恒定电压源供电，该线性调节器对通过一个或多个LED的电流进行调节并使源电压适合于实际的LED电压降。这取决于技术和工作条件，诸如周围温度、直流以及散热条件。通过利用为这些模块提供恒定电压(取代恒定电流)的电子转换器以及“板载(on board)”线性调节器的存在，出于在现有技术中本身公知的不同原因，模块自身可以是有用的。
发明内容
为了使输出功率最大化，在始终保证设备安全的同时，应该防止此类电子功率转换器过热。
因此，本发明的目的是提供一种提供这种保护的便宜且集成的方式。
根据本发明，此目的是借助于具有所附权利要求中记载的特征的方法来实现的。本发明还涉及相应的装置。
权利要求是这里所提供的发明的公开内容的组成部分。
在实施例中，借助于布置在电源的主要安全部件附近的热敏部件(诸如正温度系数(PTC)或负温度系数(NTC)电阻器)来提供保护。
在实施例中，热部件被安装在电子转换器的安全绝缘变压器附近。
在实施例中，电路被设置用来在变压器的温度超过第一热阈值的情况下减小电子转换器的输出电压。
在各个实施例中，电路被设置在电子转换器的反馈路径中并改变输出电压的设定点；在实施例中，电路保证在温度在第一热阈值之下的情况下额定输出电压保持不变，并且在温度在第二热阈值之上的情况下关闭电子转换器。
在实施例中，热敏部件被布置成与所保护的设备(例如，变压器)机械接触(例如，安装在其上或集成于其中)。在实施例中，使用“同心”(一个室)变压器，该变压器在转换器的初级侧具有一个或多个绕组，并且在转换器的次级侧具有一个或多个绕组。
在实施例中，使用变压器骨架(bobbin)，其提供足够的引脚以便将所有绕组和热敏部件的端子连接到PCB(印刷电路板)。
在实施例中，利用引脚通孔(PTH)技术来使用常规的PTC或NTC电阻器。也可使用具有例如手工焊接引脚的表面贴装器件(SMD)部件。部件的引脚被连接到变压器骨架的引脚。
在实施例中，变压器设置有将热部件固定到最外绕组的一个或多个外部层，诸如带层。具体地讲，在实施例中，使用了两个层并且热部件被插入在这些外层之间，其中部件的引线被定位在变压器骨架的引脚方向上。在此情况下，热部件的引线可被连接和焊接到变压器骨架的引脚上，以便保证在该部件与PCB上的导电(例如，金属)轨迹之间的电气接触。
热敏部件可被定位在主开关网所形成的回路之外，以避免该部件所提供的信息由于变压器附近的磁通量在部件中感应的电流而改变。热部件的引线可基本上垂直于绕组的线而延伸，以便使它们之间的磁耦合和能量传递最小化。
附图说明
现在将参照附图，通过单纯的例子的方式来描述本发明，在附图中：
-图1是示出在到LED模块的输入电压与由此产生的亮度之间的典型关系的示图，
-图2是用于连接电子转换器的反馈路径中的热敏部件的电路的示意表示，
-图3是表示电子转换器中的输出电压的调节的示图，并且
-图4a和图4b示出了这里所述装置的两种可能操作场景。
具体实施方式
在以下的说明中，给出了许多具体的细节，以提供对实施例的透彻理解。实施例可以在没有具体细节中的一个或多个的情况下、或者用其它方法、部件、材料等来实践。在其它实例中，公知的结构、材料或者操作未被示出或详细描述，以避免使实施例的方面模糊。
贯穿本说明书提及“一个实施例”或者“实施例”意味着结合实施例描述的特定特征、结构或者特性包括在至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书各处出现的短语“在一个实施例中”或者“在实施例中”不一定都指的是同一实施例。此外，特定的特征、结构或者特性可在一个或多个实施例中以任何适当的形式组合。
这里所提供的标题仅是为了方便，而不是解释实施例的范围或含义。
图1示出了在施加到LED模块的供电电压与其中所包括的一个或多个LED的亮度B之间的概念关系。具体地讲，如果供电电压低于最小正向电压VFmin，则LED将被关断。在最小电压VFmin与电压V额定之间的区域中，LED的亮度B的变化在从Bmin到B额定的范围中可以是明显的。如果供电电压高于电压V额定，则由于LED模块的“板载”调节器，LED的亮度将几乎恒定。
本公开内容的方面基于如下认识：LED模块的输入处几乎恒定的电压的存在不是用以保证其中的一个或多个LED的正确操作的必要条件。例如，即使对其供应的电压低于(或者高于)LED模块的指定的正向电压V额定，LED模块仍可继续工作。因此，发明人已注意到可以通过降低在特定的温度范围上传递的功率来使LED模块的工作热范围最大化，而不显著影响LED模块的输出光。
为此，本公开内容的实施例涉及安装在印刷电路板(PCB)上紧邻绝缘变压器的位置的热敏部件(诸如PTC)。优选地，部件被粘合到变压器上。在一个实施例中，按照应用安全要求，PTC被安装在变压器的初级侧；PTC与变压器的次级绕组电气绝缘。
PTC通常具有低电阻值，直到特定阈值温度，而在此温度之上，电阻值随温度增加而指数增加。根据变压器的热等级来选择(以本身已知的方式)所用PTC的具体的电特性和热特性。
图2示出了用于连接绝缘的电子转换器10的反馈路径中的热敏部件20(诸如PTC)的电路的可能实施例，绝缘的电子转换器10具有输入电压Vin以及要馈送到LED模块30的输出电压Vout。
在本公开内容的实施例中，如这里详细描述的变压器Tr和反馈路径中的相关电路被包括在转换器10中：但是在图2中，为了易于表示，在转换器10的外部示出这些元件。
在所示出的实施例中，输入电压从电源(例如，240V-50Hz)得到，并且输出电压被施加到包括线性调节器LR的LED模块30，该线性调节器LR为被整体标为L的多个LED中的一个馈送。
表示Vout值的信号出现在转换器10的输出引脚11上(或者可以直接从转换器10的输出得到)。
表示Vout值的信号可通过电阻分压器18而按比例减小并且被馈送到误差放大器12的输入之一上，以与参考电压信号Vref比较。在所示出的实施例中，误差放大器12具有包括调节电路14的相关联的(负)反馈回路，以产生(以本身已知的方式)误差信号Verr。误差信号Verr然后通过线16作为电压误差输入被发送到电子转换器10的开关调制器。
电阻分压器18包括诸如PTC的热敏部件20。在下文中，将假定热敏部件20被布置成紧邻同转换器10相关联的绝缘变压器(附图中示意性地表示为Tr)或者与其机械接触。在一个实施例中，PTC 20被安装在变压器Tr的初级侧。
在一个实施例中，分压器18包括：
-“上”分支，包括电阻器R1，以及
-“下”分支，包括热敏部件20，并且优选地包括与热敏部件20串联连接的电阻器R2(其暂时将被认为是PTC，即电阻值随着温度增加的电阻器)。
在这样的实施例中，当且只要绝缘变压器Tr的温度T在PTC的温度阈值之下时，分压器18的定标比率基本上恒定，因为PTC的电阻的小变化对分压的输出信号仅有小的影响。
当变压器的温度超过PTC的温度阈值时，PTC的电阻值将指数增加，并且分压器的输出电压将增加。
在图2示出的实施例中，分压的输出电压被连接到误差放大器12的反相(负)输入，并且参考信号Vref被连接到非反相(正)输入。
因此，如果变压器温度增加，则反馈调节器将找到新的工作点，这进而将减小电子转换器10的输出电压Vout。
图3在此方面示出了输出电压Vout与变压器温度T(Tr)之间的典型关系，其中PTC的温度阈值被选择成约90℃。
通过按照确保所希望的操作的要求可能地修改分压器以及到误差放大器12的连接，NTC电阻器可用作分压器中的热敏部件20。
在一个实施例中，通过增加第二阈值来限制转换器的最小输出电压，可改进保护效果。例如，与参考信号Vref相比较的相同电压可连接到电压比较器(未示出)，该电压比较器能够关闭转换器。
在一个实施例中，误差放大器和可选的比较器形成开关电源的集成电路的部分。
图4a和图4b示出了本公开内容的装置的另一有利行为。
具体地，图4a示出了LED的正向电压基本保持恒定的示图，这通常是当LED的温度保持恒定时的情况。在此情况下，当被标记为T(Tr)的变压器Tr的温度T超过热敏部件的温度阈值T1时，电子转换器的输出电压将如之前说明的那样减小。一旦输出电压Vout下降到LED的正向电压VF以下，LED将被关断，因此通过电子转换器的电流将急剧减小。此行为在防止电子转换器在输出处过载或者短路方面特别有利。
图4b示出了LED的正向电压减小的示图。这通常是变压器温度由于周围温度T(amb)的上升而增加时的情况，周围温度T(amb)的上升还影响LED的性能和电特性。事实上，LED处的电压降通常在其温度增加时减小。此行为可有利于地被用于增加系统的温度范围，因为使输出电压Vout下降到LED的正向电压VF以下的温度被移到更高的温度。
为了改进变压器与热敏部件20之间的机械接触和热传递，该部件可集成在变压器中。由于不需要复杂和昂贵的人工操作，诸如热部件的定位和固定(例如胶粘)，因此这种装置在降低成本方面可以是有利的。
在一个实施例中，可使用“同心”(一个室)变压器，该变压器在转换器的初级侧具有一个或多个绕组，并且在转换器的次级侧具有一个或多个绕组。例如，次级绕组可用根据公知安全应用标准的三层绝缘专用线(TEX-E)来实现，其保证了初级侧与次级侧之间的增强绝缘。
在一个实施例中，使用变压器骨架，其提供了足够的引脚用以便将所有绕组和热敏部件的端子连接到PCB。
在一个实施例中，部件的引线可连接到变压器骨架的引脚。可使用利用引脚通孔(PTH)技术的常规的PTC或NTC电阻器。也可使用具有例如手工焊接引脚的表面贴装器件(SMD)部件。
例如，变压器可设置有将热部件固定到最外绕组上的一个或多个外部层，诸如带层。具体地，可使用至少两个外层，其中热部件插入在这些外层之间并且部件的引线被定位在变压器骨架的引脚方向上。在此情况下，热部件的引线可被连接和焊接到变压器骨架的引脚，以保证部件与PCB上的导电(例如，金属)轨迹之间的电气接触。
在一个实施例中，热敏部件被定位在主开关网所形成的回路之外，以避免该部件所提供的信息由于变压器附近的磁通量在部件中感应的电流而改变。
在一个实施例中，热部件的引线基本上垂直于绕组的线，以便使它们之间的磁耦合和能量传递最小化。
在一个实施例中，使用EF16水平骨架变压器。该装置包括初级绕组(CuL线)、绝缘带层、次级绕组(TEX-E三层绝缘线)以及外部或外带层。这种构造保证了次级端子与初级侧的电路之间的绝缘距离。在此情况下，热敏部件借助于另外的外部带层而被固定为与线和带的内层紧密接触，其中部件的引线被保持为尽可能垂直于绕组的线。于是，热部件的引线被焊接到变压器骨架的两个空闲引脚，以保证电气接触。
在不违背本发明的基本原理的情况下，参考以单纯例子的方式描述的内容，细节以及实施例可以改变，甚至是明显地改变，而不背离所附权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (16)

1.一种防止与电子转换器(10)相关联的设备(Tr)过热的方法，所述电子转换器(10)包括用于调节所述电子转换器(10)的输出信号(Vout)的反馈路径(11，12至18)，所述方法包括步骤：
-提供对所述设备(Tr)的温度敏感的热敏部件(20)，
-将所述热敏部件(20)包括在所述电子转换器(10)的所述反馈路径(11、12至18)中，从而根据由所述热敏部件(20)感测的所述设备(Tr)的温度减小所述电子转换器(10)的所述输出信号(Vout)。
2.根据权利要求1所述的方法，包括步骤：如果所述设备的温度达到上温度阈值，则关闭所述电子转换器(10)。
3.根据权利要求1或2之一所述的方法，其中将所述热敏部件(20)包括在所述电子转换器(10)的反馈路径(11，12至18)中包括步骤：
-将分压器(18，R1，R2，20)包括在所述电子转换器(10)的所述反馈路径(11，12至18)中，以产生指示所述电子转换器(10)的所述输出信号(Vout)的反馈信号，以及
-将所述热敏部件(20)包括在所述分压器(18，R1，R2，20)中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括步骤：将所述热敏部件(20)布置成与要保护的所述设备(Tr)机械接触。
5.一种用于防止与电子转换器(10)相关联的设备(Tr)过热的装置，所述电子转换器(10)包括用于调节所述电子转换器(10)的输出信号(Vout)的反馈路径(11，12至18)，所述装置包括对所述设备(Tr)的温度敏感的热敏部件(20)，所述热敏部件(20)被包括在所述电子转换器(10)的所述反馈路径(11，12至18)中，以根据由所述热敏部件(20)感测的所述设备(Tr)的温度来减小所述电子转换器(10)的所述输出信号(Vout)。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述热敏部件(20)是对第一温度阈值之上的温度敏感的部件，从而如果所述设备(Tr)的温度低于所述第一温度阈值，则所述输出信号(Vout)保持基本上恒定。
7.根据权利要求5或6之一所述的装置，其中所述电子转换器(10)的所述反馈路径(11，12至18)包括分压器(18，R1，R2，20)，以产生指示所述电子转换器(10)的所述输出信号(Vout)的反馈信号，并且其中所述热敏部件(20)被包括在所述分压器(18，R1，R2，20)中。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述电子转换器(10)的所述反馈路径(11，12至18)包括误差放大器(12)，所述误差放大器(12)用于将所述分压器(18，R1，R2，20)所分压出的信号与参考信号(Vref)进行比较；所述误差放大器(12)生成用于调节所述电子转换器(10)的误差信号(Verr)，优选地通过将所述误差信号(Verr)发送到所述电子转换器中的开关调制器来进行所述调节。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的装置，其中电阻器(R2)与所述热敏部件(20)串联连接。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的装置，其中所述电子转换器(10)包括热关闭特性，用于在温度增加到超过预定阈值的情况下关闭所述电子转换器(10)。
11.根据权利要求5至10中任一项所述的装置，其中所述热敏部件(20)被布置成与所述设备(Tr)机械接触。
12.根据权利要求5至11中任一项所述的装置，其中所述设备是变压器(Tr)。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述变压器(Tr)是同心变压器，所述同心变压器在所述转换器的初级侧具有一个或多个绕组并且在所述转换器的次级侧具有一个或多个绕组，并且其中所述热敏部件安装在所述变压器(Tr)附近。
14.根据权利要求12或13之一所述的装置，其中所述变压器(Tr)具有变压器骨架，并且其中所述热敏部件(20)的引线连接到所述变压器骨架。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的装置，其中所述热敏部件(20)的引线与所述变压器(Tr)的绕组的线基本上垂直。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的装置，其中所述变压器(Tr)包括用于将所述热部件(20)固定到所述变压器(Tr)的最外绕组的一个或多个外层，诸如带层。
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