CN102868146B - 用于电源转换器的保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种用于电源转换器的保护电路。所述保护电路包括开关、探测电路及控制电路。所述开关通过电阻器来感测电源转换器的输入电压，以产生第一信号。所述探测电路耦合至变压器，用于感测所述电源转换器的输入电压，以产生第二信号。所述控制电路响应于所述第一信号及所述第二信号而控制开关信号。所述开关信号用以开关所述变压器以调节所述电源转换器，且所述第一信号及所述第二信号的电平与所述电源转换器的所述输入电压的电平相关。

Description

用于电源转换器的保护电路
相关申请案交叉参考
本申请案主张在2011年9月13号提出申请的美国临时申请案第61/534,079号的优先权。上述专利申请案的全部内容以引用方式并入本文中并构成本说明书的一部分。
技术领域
本发明涉及一种电源转换器(powerconverter)，更具体而言，尤其涉及一种用于电源转换器的保护电路。
背景技术
电源转换器是用于转换电能的电气装置或机电装置。一般而言，电源转换器的输入电容器用以存储电能并提供最小输入电压，以保证电源转换器可正常工作。如今，客户对于电子产品的要求是轻巧、寿命周期长、且成本更低。因此，无输入电容器的电源转换器可满足这些要求。然而，无输入电容器的电源转换器会使输入过电压及欠电压保护(例如，防局部暂时停电(brownout)保护)等变得困难。因此，便期望能够克服无输入电容器的电源转换器的设计中的上述问题。
发明内容
本发明提供一种用于无输入电容器的电源转换器的保护电路。所述保护电路包括高压开关(highvoltageswitch)、探测电路及控制电路。所述高压开关通过高压电阻器来感测所述电源转换器的输入电压，以产生第一信号。所述探测电路耦合至变压器，用于感测所述电源转换器的输入电压，以产生第二信号。所述控制电路响应于所述第一信号及所述第二信号而控制开关信号。所述开关信号用以开关所述变压器以调节所述电源转换器，且所述第一信号及所述第二信号的电平与所述电源转换器的输入电压的电平相关。
本发明提供一种电源转换器的保护电路，包括：开关，用以通过电阻器来感测所述电源转换器的输入电压，以产生第一信号；探测电路，耦合至变压器，用于感测所述电源转换器的所述输入电压，以产生第二信号；以及控制电路，用以响应于所述第一信号及所述第二信号而控制开关信号；其中所述开关信号用以开关所述变压器以调节所述电源转换器；且所述第一信号及所述第二信号的电平与所述电源转换器的所述输入电压的电平相关。
附图说明
为进一步理解本发明，在本说明中包含附图，这些附图包含于本说明书中并构成本说明书的一部分。这些图例示本发明的实例性实施例并与本说明一起用于解释本发明的原理。
图1是根据本发明一个实施例的无输入电容器的电源转换器的示意图。
图2是根据本发明一个实施例的控制器的方框图。
图3是根据本发明一个实施例的保护电路的的方框图。
图4是根据本发明一个实施例的判优电路(arbitercircuit)的方框图。
图5是根据本发明一个实施例显示复位信号RESET、信号SH、开关信号SW及采样信号SMP的波形。
图6显示根据本发明一个实施例的输入电压VIN的波形。
图7是根据本发明另一实施例的无输入电容器的一次侧受控电源转换器的示意图。
图8是根据本发明另一实施例的控制器的方框图。
附图标记：
10：变压器
20：功率晶体管
31：电阻器
32：电阻器
35：桥式整流器
37：电阻器
40：整流器
45：电容器
50：光耦合器
52：电阻器
60：稳压器
100：控制器
110：晶体管
115：电阻器
116：电阻器
117：电阻器
118：电阻器
119：开关
120：电平位移输入电路
150：比较器
170：正反器
200：保护电路
210：脉冲产生器
215：高压JFET晶体管
216：晶体管
217：偏压装置
218：高压开关
219：晶体管
221：电阻器
230：输入电压探测器电路/输入电压探测器
250：脉冲产生电路
400：判优电路
410：比较器
411：与门
412：或门
415：正反器
419：比较器
420：反相器
423：脉冲产生器
430：开关
431：开关
435：电容器
436：电容器
438：低通滤波器
450：比较器
451：与门
460：振荡器
470：计数器
480：反相器
500：控制器
515：误差放大器
516：滤波器
518：电阻器
519：开关
550：比较器
570：正反器
VAC：交流电压
VIN：输入电压
VH：信号
VS：信号
SW：开关信号
VFB：反馈信号
VO：输出电压
VB：信号
VCC：电源电压
VSAW：锯齿信号
PLS：脉冲信号
SOVP：过电压保护信号
SUVP：欠电压保护信号
SH：信号
VM1：第一信号
VM2：信号
VM2A：第二信号
VT1：阈值
VT2：阈值
VT3：阈值
SMP：采样信号
SCLR：清除信号
VER：输出
具体实施方式
图1是根据本发明一个实施例的无输入电容器的电源转换器的示意图。桥式整流器(bridgerectifier)35将输入交流(AC)电压VAC整流成直流(DC)输入电压VIN。控制器100产生开关信号SW，以通过功率晶体管20来开关变压器10。开关信号SW是根据反馈信号VFB而产生，用于调节电源转换器的输出。反馈信号VFB通过电阻器52、稳压器(voltage-regulator)60(齐纳二极管)及光耦合器50而耦合至电源转换器的输出。换言之，在本发明实施例中，开关信号SW是由二次侧受控的控制器(secondary-sidecontrolledcontroller)100所产生。整流器40及电容器45耦合至变压器10的二次绕组(secondarywinding)，以产生电源转换器的输出电压VO。
电阻器37自输入电压VIN耦合至控制器100，以探测输入电压VIN的电平并产生信号VH。电阻器31自变压器10的辅助绕组(auxiliarywinding)耦合至控制器100，以在变压器10的开关期间进一步探测输入电压VIN并产生信号VS。
图2是根据本发明一个实施例的控制器100的方框图。晶体管110及电阻器115、116、117形成电平位移(level-shift)输入电路120，用以接收反馈信号VFB及电源电压VCC，以产生信号VB。信号VB耦合至比较器150，以与锯齿信号VSAW进行比较，并产生使正反器(flip-flop)170复位的信号，以断开开关信号SW，其中锯齿信号VSAW是由锯齿信号产生器提供。正反器170由脉冲信号PLS接通，以产生开关信号SW。脉冲信号PLS是由脉冲产生电路250响应于信号VS(变压器10的辅助绕组的信号)而产生。保护电路200用以接收信号VH及VS，以产生过电压保护信号SOVP及欠电压保护信号SUVP。过电压保护信号SOVP耦合至正反器170以禁用开关信号SW。当过电压保护信号SOVP被启用(低态有效)时，开关信号SW将被禁用。保护信号SUVP(高态有效)用以控制脉冲产生电路250并控制开关119。开关119控制耦合至信号VB的电阻器118。因此，开关信号SW的频率响应于保护信号SUVP的启用而降低。此外，在保护信号SUVP被启用时，信号VB的电平及开关信号SW的脉冲宽度会减小。
图3是根据本发明一个实施例的保护电路200的方框图。高压JFET晶体管215、偏压装置(biasdevice)217及晶体管216形成高压开关218，用来控制信号VH，以产生第一信号VM1。当高压开关218接通时，高压电阻器37(显示于图1中)与电阻器221形成分压器，以产生第一信号VM1。晶体管219被耦接成用以控制高压开关218的接通/断开。复位信号RESET通过脉冲产生器210产生信号SH。图5显示复位信号RESET及信号SH的波形。图5根据本发明一个实施例显示复位信号RESET、信号SH、开关信号SW及采样信号SMP的波形。当对控制器100施加电源电压VCC时，复位信号RESET作为由低至高(low-to-high)信号而产生。
输入电压探测电路(VINDET)230用以通过信号VS来感测输入电压VIN，以产生信号VM2。输入电压探测器230的详细运作可参见名称为“用于感测变压器的输入电压的探测电路(Detectioncircuitforsensingtheinputvoltageoftransformer)”的美国专利7,671,578。信号VM1及VM2的电平与输入电压VIN的电平相关。开关信号SW及信号VM1、VM2以及SH进一步耦合至判优电路400，以产生保护信号SOVP及SUVP。判优电路400也被称为保护电路200的控制电路。
图4是根据本发明一个实施例的判优电路400的方框图。在开关信号SW接通期间，信号VM2通过开关430而被采样至电容器435中。当开关信号SW断开时，开关信号SW通过反相器420及脉冲产生器423产生采样信号SMP。图5显示开关信号SW及采样信号SMP的波形。采样信号SMP控制开关431，以进一步将来自电容器435的信号采样至电容器436中。开关430、431及电容器435、436形成低通滤波器438，以自信号VM2产生第二信号VM2A。因此，第二信号VM2A是在变压器的开关期间响应于开关信号SW的启用而产生。
具有阈值VT1的比较器410用以与第一信号VM1进行比较。具有阈值VT2的比较器419用以与第二信号VM2A进行比较。信号SH与比较器410的输出连接至与门(ANDgate)411。与门411的输出及比较器419的输出连接至或门(ORgate)412。或门412用以在第一信号VM1高于阈值VT1及/或第二信号VM2A高于阈值VT2时启用正反器415。正反器415的输出通过反相器480而产生过电压保护信号SOVP。
第二信号VM2A还耦合至比较器450，以与阈值VT3进行比较。比较器450的输出及复位信号RESET耦合至与门451，以产生清除信号(clearsignal)SCLR。清除信号SCLR进一步用以对计数器470进行清除(复位)。振荡器(OSC)460产生时钟信号，该时钟信号耦合至计数器470。因此，当复位信号RESET被禁用(逻辑高)且第二信号VM2A低于阈值VT3时，计数器将开始计数。当计数器470过期时，欠电压保护信号SUVP将被闩锁至启用状态。直至复位信号RESET被启用或第二信号VM2A高于阈值VT3时，欠电压保护信号SUVP的闩锁状态才可被清除。因此，计数器470提供去抖动时间(延迟时间)，以为了VIN产生欠电压保护信号SUVP。
图6显示根据本发明一个实施例的输入电压VIN的波形。当输入电压VIN高于OVP阈值时，开关信号SW会立即被禁用。在欠电压保护信号SUVP被启用时，开关信号SW的脉冲宽度会减小且开关信号SW的频率会降低，以限制开关电路的功率。当输入电压VIN低于UVP阈值时，欠电压保护信号SUVP会被启用，并持续达计数器470的去抖动周期(de-bounceperiod)。通常，去抖动周期会持续超过30毫秒。OVP阈值与阈值VT1及VT2相关。UVP阈值与阈值VT3相关。
图7是根据本发明另一实施例的无输入电容器的电源转换器的示意图。图7所示实施例是无输入电容器的一次侧受控电源转换器，其中反馈信号是通过对变压器10的辅助绕组进行感测而经由电阻器31及32形成。控制器500通过对变压器10的辅助绕组进行感测而产生开关信号SW。换言之，在本发明实施例中，开关信号是由一次侧受控的控制器500所产生。
图8是根据本发明的控制器500的另一实施例的方框图，其中反射电压探测电路(V_DET)510通过对信号VS进行采样而产生耦接至误差放大器515的信号。一次侧受控电源转换器的详细运作可参见名称为“用于一次侧受控电源转换器的闭环PWM控制器(Close-loopPWMcontrollerforprimary-sidecontrolledpowerconverters)”的美国专利7,016,204。
误差放大器515的输出VER通过滤波器516而产生信号VB。滤波器516用以补偿反馈回路。信号VB耦合至比较器550，以与锯齿信号VSAW进行比较，并产生使正反器570复位的信号，以断开开关信号SW。正反器570由脉冲信号PLS接通，以产生开关信号SW。脉冲信号PLS是由脉冲产生电路250响应于信号VS(变压器10的辅助绕组的信号)而产生。欠电压保护信号SUVP用以控制脉冲产生电路250并控制开关519。开关519控制耦合至信号VB的电阻器518。因此，脉冲信号PLS的频率响应于欠电压保护信号SUVP的启用而降低。此外，当欠电压保护信号SUVP被启用时，信号VB的电平及开关信号SW的脉冲宽度会减小。
尽管已对本发明及其优点进行了详细说明，然而应理解，在不背离随附权利要求书所界定的本发明的精神及范围的条件下，可对其作出各种改变、替代及变更。换言之，本发明所包含的论述内容旨在用作基本说明。应理解，本文的具体论述内容可能未明确说明所有可能的实施例；而是还暗含许多替代形式。本发明的一般性质可能未被充分解释，且可能未明确地显示出每一特征或元件如何可实际上代表更宽泛的功能或代表大量替代或等效元件。此外，这些更宽泛的功能或替代或等效元件暗含于本发明中。本说明及术语均不旨在限制权利要求书的范围。

Claims (8)

1.一种电源转换器的保护电路，其特征在于，包括：
开关，用以通过电阻器来感测所述电源转换器的输入电压，以产生第一信号；
探测电路，耦合至变压器，用于感测所述电源转换器的所述输入电压，以产生第二信号；以及
控制电路，用以响应于所述第一信号及所述第二信号而控制开关信号；
其中所述开关信号用以开关所述变压器以调节所述电源转换器；且所述第一信号及所述第二信号的电平与所述电源转换器的所述输入电压的电平相关，
其中所述探测电路接收所述开关信号，且所述第二信号是响应于所述开关信号的启用而产生。
2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，还包括用于产生所述第二信号的低通滤波器。
3.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述开关信号是由一次侧受控的控制器所产生。
4.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，在所述第一信号高于第一阈值或者所述第二信号高于第二阈值时，产生过电压信号；而在所述第二信号低于第三阈值时，产生欠电压信号，其中所述过电压信号用以禁用所述开关信号；所述欠电压信号用以限制所述开关信号。
5.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述第一信号是响应于所述保护电路的接通而产生。
6.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述控制电路还包括去抖动电路，所述去抖动电路提供延迟时间，以用于在所述第二信号低于第三阈值时产生欠电压信号。
7.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述开关信号的开关频率响应于欠电压信号的启用而减小。
8.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述第二信号是在所述变压器的开关期间产生。
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