CN104934944B - 过电压保护控制方法与相关的电源控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例揭示有一种过电压保护控制方法，适用于一电源转换器，其包含有一整流器，用以将一交流电压，整流为一整流后直流电压。该过电压控制方法包含有：判断该整流后直流电压是否位于一局部最低值；提供一检测电压，其可代表该整流后直流电压；比较该检测电压与一过电压参考电压；以及，当该整流后直流电源位于该局部最低值，且该检测电压低于该过电压参考电压时，提供一过电压保护信号，以停止该电源转换器的电能转换。
Description
技术领域
本说明书所揭示的技术大致相关于电源转换器的过电压保护。
背景技术
电源转换器都需要有配置一些保护的功能，来预防异常事件发生时，对于人体或环境所造成的危害。举例来说，驱动发光二极管(light emitting diode)来作为照明的电源转换器，就需要有过电压保护(over voltage protection，OVP)的功能，来防止过高的输出电压，对于人体所可能造成的冲击。
图1为已知的电源转换器10。桥式整流器12提供全波整流的功能，以市电来的交流电压VAC为输入，产生整流后直流电压VIN以及一接地线。电源转换器10属于一降压转换器，其LED模块14作为负载，与变压器的主绕组PRM串接在一起，连接在整流后直流电压VIN以及接地线之间。电源控制器17具有功率开关18。当功率开关18开启时，LED模块14发光，主绕组PRM可以储能。当功率开关18关闭时，原先存放在主绕组PRM中的电能，可以通过飞轮二极管(wheel diode)16，继续驱动LED模块14发光。电流检测电阻20可以提供电源控制器17流经功率开关18的电流检测信号VCS。
当LED模块14发生开路事件时，也就是其中至少有一LED不导通时，如果没有OVP机制，驱动电压VLED将会飙高。此时，万一人接触到LED模块14的两个终端，会有被电击的危险。
因此，图1中的电源控制器17通过VOP端、分压器22、以及变压器的二次绕组SEC，来检测驱动电压VLED。当变压器释能时，主绕组PRM的跨压大约等于驱动电压VLED与飞轮二极管16的顺向偏压(forward voltage)的合，而二次绕组SEC的跨压比例于主绕组PRM的跨压。因此，当变压器释能时，如果VOP端的电压超过一预设标准，可以表示驱动电压VLED已经过高了，电源控制器17就持续关闭功率开关18，停止电源转换器10的电能转换。如此，达到OVP的效果。
发明内容
本发明实施例揭示有一种过电压保护控制方法，适用于一电源转换器，其包含有一整流器，用以将一交流电压，整流为一整流后直流电压。该过电压控制方法包含有：判断该整流后直流电压是否位于一局部最低值；提供一检测电压，其可代表该整流后直流电压；比较该检测电压与一过电压参考电压；以及，当该整流后直流电源位于该局部最低值，且该检测电压低于该过电压参考电压时，提供一过电压保护信号，以停止该电源转换器的电能转换。
本发明实施例揭示有一种电源控制器，适用于一电源转换器。该电源转换器包含有一整流器，用以将一交流市电压，整流为一整流后直流电压。该电源控制器包含有一波谷检测器、一过电压比较器、以及一逻辑电路。该波谷检测器用以判断该整流后直流电压是否位于一局部最低值。该过电压比较器用以比较一检测电压以及一过电压参考电压。该检测电压可代表该整流后直流电压。当该整流后直流电压位于该局部最低值，且该检测电压高于该过电压参考电压时，该逻辑电路用以提供一过电压保护信号，以停止该电源转换器的电能转换。
附图说明
图1为已知的电源转换器。
图2举例依据本发明所实施的一电源转换器。
图3举例电源控制器以及一些周边元件。
图4显示关于图2与图3的一些信号波形。
[标号说明]
10 电源转换器 12 桥式整流器
14 LED模块 16 飞轮二极管
17 电源控制器 18 功率开关
20 电流检测电阻 22 分压器
60 电源转换器 62 电源控制器
64、66 分压电阻 79 波谷检测器
80 波谷比较器 81 延迟时间产生器
82 过电压比较器 83 逻辑电路
84 斜坡信号产生器 86 比较器
88 逻辑电路 CS 电流检测端
ICS 电流 ICS-PEAK 电流ICS的峰值
L 电感 PRM 主绕组
SEC 二次绕组 SProtection 过电压保护信号
tLED-OPEN 时间 tOVP 时间
TOVP-DELAY 预设时间 VAC 交流电压
VCOMP 补偿信号 VCS 电流检测信号
VCS-REF 预设值 VIN 整流后直流电压
VL1、VL2 波谷 VLED 驱动电压
VOP 端 VOVP-REF 过电压参考电压
VPF 检测电压 VRAMP 斜坡信号
具体实施方式
尽管图1中的电源转换器10可以提供OVP机制，但是电源转换器10需要有主绕组PRM与二次绕组SEC所构成的变压器。相对于一般的电感，变压器是比较大且贵。
在本说明书中，相同标号的元件表示具有相同或是类似功能的元件，其细节与变化，因为可被本领域技术人员依据本说明书所推知，因此不一定在此说明书中细细说明。
图2举例依据本发明所实施的一电源转换器60，其具有一电感L，取代了图1中的变压器。电源转换器60不需要变压器就可以达到OVP的功能。但是，这并非限制本发明的实施例不可以有变压器。举例来说，在一些实施例中，电感L可以属于一变压器的数个绕组中的一绕组。
分压电阻64与66串接于整流后直流电压VIN与接地线GND之间，用以提供一检测电压VPF，其大致比例于整流后直流电压VIN。
在图2的实施例中，电源控制器62使电源转换器60大约操作在临界模式(boundarymode)。一般而言，在每次开关周期开始时，电感L都没有存放任何电能，如此的操作模式称为非连续导通模式(dis-continuous conduction mode，DCM)；而在开关周期开始时，电感L还有一些电能没有释放完毕，如此的操作模式一般称为连续导通模式(continuousconduction mode，CCM)。临界模式介于DCM与CCM之间，一般指的是当电感L刚刚放完电能，就立刻开始下一开关周期的操作模式。
当电源控制器62中的功率开关导通时，电感L可以开始储能，其电压电流应符合以下公式(I)：
VL*TON=LL*IL
(VIN–VLED)*TON=LL*ICS-PEAK ....(I)
其中，VL与IL分别表示电感L的跨压与电流；LL为电感L的感量；TON为电源控制器62中的功率开关的导通时间；ICS-PEAK为流经电流检测电阻20的电流ICS的峰值。
从公式(I)可以发现，当整流后直流电压VIN小于等于驱动电压VLED时，峰值ICS-PEAK大约会为0，电感L停止储能。此时，如果交流电压VAC的绝对值小于整流后直流电压VIN，因为电感L没有消耗能量，所以整流后直流电压VIN大会停在一个定值，大约就是驱动电压VLED。当交流电压VAC的绝对值大于整流后直流电压VIN，桥式整流器12会使整流后直流电压VIN追随交流电压VAC的绝对值。换言之，整流后直流电压VIN的局部最低值，大约会等于驱动电压VLED。
因此，本发明的一些实施例检测整流后直流电压VIN的最小值，来判断是否应该触发过电压保护。
图2中的电源控制器62可以通过电流检测端CS上的电流检测信号VCS，来判断整流后直流电压VIN是否位于一局部最低值，换言之，判断整流后直流电压VIN是否到达一个波谷。举例来说，当电流检测信号VCS小于一定预设值VCS-REF时，且持续一预设时间后，电源控制器62认定整流后直流电压VIN位于一局部最低值。此时，整流后直流电压VIN应该等于驱动电压VLED。
电源控制器62可以比较检测电压VPF以及一过电压参考电压VOVP-REF。在整流后直流电压VIN位于一局部最低值时，如果检测电压VPF超过了过电压参考电压VOVP-REF，那意味着驱动电压VLED已经过高了。此时，电源控制器62可以据以提供一过电压保护信号SProtection，以停止电源转换器60的电能转换。
图3举例电源控制器62以及一些周边元件。电源控制器62包含有波谷检测器79、过电压比较器82、斜坡信号产生器84、逻辑电路83与88等。
波谷检测器79包含有波谷比较器80以及延迟时间产生器81。波谷比较器80比较电流检测信号VCS以及预设值VCS-REF，预设值VCS-REF在一实施例中为50mV。当波谷比较器80持续一段预设时间TOVP-DELAY都认定电流检测信号VCS小于预设值VCS-REF时，延迟时间产生器81使其输出为逻辑上的1，作为一确认信号，表示此时整流后直流电压VIN位于一局部最低值。
当整流后直流电压VIN位于一局部最低值，且过电压比较器82判定检测电压VPF高于过电压参考电压VOVP-REF时，逻辑电路83提供过电压保护信号SProtection，使逻辑电路88持续关闭功率开关18，以停止电源转换器60的电能转换，达成过电压保护的目的。
斜坡信号产生器84提供斜坡信号VRAMP，其信号斜率是依据检测电压VPF的峰值而决定。举例来说，检测电压VPF的峰值可以被电源控制器62检测并记录，其可以代表交流电压VAC的振幅。在一实施例中，检测电压VPF的峰值越高，斜坡信号VRAMP的信号斜率越大。斜坡信号VRAMP与补偿信号VCOMP分别送至比较器86的二输入端。举例来说，当功率开关18开始导通时，斜坡信号VRAMP从0V开始上升。当斜坡信号VRAMP超过补偿信号VCOMP时，比较器86使得逻辑电路88关闭功率开关18。因此，斜坡信号产生器84与比较器86可以决定功率开关18的开启时间(ON time)。
图4显示关于图2与图3的一些信号波形。交流电压VAC是一正弦波，举例来说，其振幅为110V，频率为60Hz。如同图4所示，整流后直流电压VIN在每个波谷中的局部最低值，大概等于驱动电压VLED。检测电压VPF大致比例于整流后直流电压VIN。
图4中，假设图2中的LED模块14从时间tLED-OPEN，开始错误地开路(open)。因此，随着功率开关18的开开关关，驱动电压VLED渐渐地上升。
在时间tLED-OPEN之后，整流后直流电压VIN的波形出现了第一个波谷VL1。此时，过电压保护还没有被触发，因为检测电压VPF还没有高于过电压参考电压VOVP-REF。
在第一个波谷VL1之后，整流后直流电压VIN的波形出现了第二个波谷VL2。此时，检测电压VPF已经高于过电压参考电压VOVP-REF。因此，在电流检测信号VCS持续大约等于0(小于预设值VCS-REF)有预设时间TOVP-DELAY之后的时间tOVP，就触发了过电压保护。因此，在时间tOVP之后，电流检测信号VCS一直为0，因为功率开关18持续关闭。
不同于图1需要有变压器，图2中电源转换器60可以用一电感取而代之，一样可以具有过电压防护的功能。因此，图2中电源转换器60可以在产品大小以及成本上，都比较有竞争力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (12)
1.一种过电压保护控制方法，用于一电源转换器，其包含有一整流器，用以将一交流电压，整流为一整流后直流电压，该过电压控制方法包含有：
判断该整流后直流电压是否位于一局部最低值；
提供一检测电压，其代表该整流后直流电压；
比较该检测电压与一过电压参考电压；以及
当该整流后直流电压位于该局部最低值，且该检测电压高于该过电压参考电压时，提供一过电压保护信号，以停止该电源转换器的电能转换。
2.根据权利要求1所述的该过电压保护控制方法，其中，该电源转换器包含有串联的一电感、一光源负载以及一功率开关，该判断步骤包含有：
提供一电流检测信号，其代表流经该功率开关的一电流；
比较该电流检测信号以及一预设值；以及
当该电流检测信号低于该预设值后，决定该整流后直流电压位于该局部最低值。
3.根据权利要求2所述的该过电压保护控制方法，包含有：
当该电流检测信号持续低于该预设值一预设时间后，决定该整流后直流电压位于该局部最低值。
4.根据权利要求1所述的该过电压保护控制方法，其中，该电源转换器包含有串联的一电感、一光源负载、以及一功率开关，该电源转换器还包含有一飞轮二极管，具有两端，分别电耦接至该整流后直流电压与该功率开关。
5.根据权利要求1所述的该过电压保护控制方法，还包含有：
提供一斜坡信号；
检测并记录该检测电压的一峰值；以及
依据该峰值，决定该斜坡信号的一信号斜率。
6.根据权利要求5所述的该过电压保护控制方法，还包含有：
依据该斜坡信号以及一补偿信号，决定一功率开关的一开启时间。
7.一种电源控制器，用于一电源转换器，该电源转换器包含有一整流器，用以将一交流市电压，整流为一整流后直流电压，该电源控制器包含有；
一波谷检测器，用以判断该整流后直流电压是否位于一局部最低值；
一过电压比较器，用以比较一检测电压以及一过电压参考电压，其中，该检测电压代表该整流后直流电压；以及
一逻辑电路，当该整流后直流电压位于该局部最低值，且该检测电压高于该过电压参考电压时，用以提供一过电压保护信号，以停止该电源转换器的电能转换。
8.根据权利要求7所述的该电源控制器，其中，该电源转换器包含有一降压转换器，其包含有一功率开关以及一电感，该波谷检测器包含有：
一波谷比较器，用以比较一电流检测信号以及一预设值；
其中，该电流检测信号代表流经该功率开关的一电流。
9.根据权利要求8所述的该电源控制器，其中，该波谷检测器还包含有：
一延迟时间产生器，连接至该比较器，当该电流检测信号持续低于该预设值一预设时间后，用以提供一确认信号，表示该整流后直流电压位于该局部最低值。
10.一种电源转换器，包含有：
一整流器，用以将一交流市电压，整流为一整流后直流电压以及一接地线；以及
一电源控制器，其包含有：
一波谷检测器，用以判断该整流后直流电压是否位于一局部最低值；以及
一过电压比较器，用以比较一检测电压以及一过电压参考电压，其中，该检测电压代表该整流后直流电压；
其中，当该整流后直流电压位于该局部最低值，且该检测电压高于该过电压参考电压时，该电源控制器停止该电源转换器的电能转换。
11.根据权利要求10所述的该电源转换器，包含有：
一降压转换器，其包含有一功率开关以及一电感，串接于该整流后直流电压以及该接地线之间；
其中，该波谷检测器包含有一波谷比较器，用以比较一电流检测信号以及一预设值；
且该电流检测信号代表流经该功率开关的一电流。
12.根据权利要求11所述的该电源转换器，其中，该波谷检测器包含有一延迟时间产生器，连接至该比较器，且当该电流检测信号持续低于该预设值一预设时间后，该延迟时间产生器提供一确认信号，决定该整流后直流电压位于该局部最低值。
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