CN105337513B - 电源转换装置及其过功率保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电源转换装置及其过功率保护方法。依据计数检测电压大于参考电压的次数来决定是否禁能电源转换装置内的功率开关，其中检测电压为流经功率开关的电流反应在电阻上的电压。

Description

电源转换装置及其过功率保护方法
技术领域
本发明是有关于一种电子装置，且特别是有关于一种电源转换装置及其过功率保护方法。
背景技术
在现有技术中，电源转换装置(power conversion apparatus)主要的用途乃是将电力公司所提供的高压且低稳定性的交流输入电压(AC input voltage)转换成适合各种电子装置(electronic device)使用的低压且稳定性较佳的直流输出电压(DC outputvoltage)。因此，电源转换装置广泛地应用在电脑、办公室自动化设备、工业控制设备以及通讯设备等电子装置中。
然而，当电源转换装置的输出端发生开路或短路的情形时，将有可能会导致电源转换装置持续地输出异常的大电流，而使得电源转换装置本身或负载内部的元件温度的异常上升，从而增加电源转换装置本身或负载内部的元件损毁的风险。
发明内容
本发明提供一种电源转换装置及其过功率保护方法，可提供有效的过功率保护，避免电源转换装置或使用电源转换装置的电子装置因电源转换装置持续地产生过大的电压或电流而受到毁损。
本发明的电源转换装置，包括变压器、功率开关、第一电阻、第一比较单元、计数单元、第二比较单元以及脉宽调制控制单元。其中变压器具有一次侧与二次侧，一次侧的第一端用以接收输入电压，而二次侧则用以提供输出电压给电子装置。功率开关的第一端耦接一次侧的第二端，功率开关的第二端耦接至第一节点，而功率开关的控制端接收脉宽调制信号。第一电阻耦接于第一节点与接地电压之间。第一比较单元比较关联于电子装置的负载状态的反馈信号的电压与第一参考电压而产生第一比较信号。计数单元耦接第一比较单元，以接收第一比较信号，当反馈信号的电压大于第一参考电压时，第一比较单元使能计数单元。第二比较单元耦接第一节点以及计数单元，比较第一节点的电压与第二参考电压而产生第二比较信号，计数单元依据第二比较信号计数第一节点的电压大于第二参考电压的次数。脉宽调制控制单元耦接计数单元与功率开关的控制端，当计数单元的计数值大于预设值时，停止产生切换功率开关的脉宽调制信号。
在本发明的一实施例中，其中当反馈信号的电压未大于第一参考电压时，第一比较单元重置计数单元的计数值。
在本发明的一实施例中，上述的电源转换装置，还包括反馈单元，其耦接二次侧，用以接收输出电压，并据以输出反馈信号。
在本发明的一实施例中，上述的功率开关包括N型晶体管。
本发明的电源转换装置的过功率保护方法包括下列步骤。根据电子装置的负载状态而产生脉宽调制信号。依据脉宽调制信号切换电源转换装置内的功率开关，以使电源转换装置提供输出电压给电子装置。判断关联于电子装置的负载状态的反馈信号的电压是否大于第一参考电压。若反馈信号的电压大于第一参考电压，则开始计数流经功率开关的电流反应在电阻的检测电压大于第二参考电压的次数。判断检测电压大于第二参考电压的次数是否大于预设值。若检测电压大于第二参考电压的次数大于预设值，停止切换功率开关。
在本发明的一实施例中，其中若反馈信号的电压未大于第一参考电压，重置计数检测电压大于第二参考电压的次数。
在本发明的一实施例中，其中功率开关包括N型晶体管。
基于上述，本发明依据计数检测电压大于第二参考电压的次数来决定是否禁能功率开关，以避免电源转换装置或使用电源转换装置的电子装置因电源转换装置持续地产生过大的电压或电流而受到毁损，进而提供有效的过功率保护，其中检测电压为流经功率开关的电流反应在电阻上的电压。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1示出本发明一实施例的电源转换装置的示意图；
图2示出本发明一实施例的反馈信号、脉宽调制信号以及节点N1的电压的波形示意图；
图3示出本发明另一实施例的反馈信号、脉宽调制信号以及节点N1的电压的波形示意图；
图4示出本发明一实施例的电源转换装置的过功率保护方法流程示意图。
附图标记说明：
102：脉宽调制控制单元；
104、106：比较单元；
108：计数单元；
110：反馈单元；
T：变压器；
Q：功率开关；
Rs：电阻；
D：二极管；
C：电容；
P：一次侧；
S：二次侧；
Ip：一次侧的电流；
Vin：输入电压；
Vout：输出电压；
LD：电子装置；
Vfb：反馈信号；
N1：节点；
VPWM：脉宽调制信号；
Vth1、Vth2：参考电压；
Vc1、Vc2：比较信号；
Vcs：节点N1的电压；
S402-S414：过功率保护方法的步骤。
具体实施方式
图1示出本发明一实施例的电源转换装置的示意图。请参照图1。电源转换装置包括变压器T、功率开关Q、电阻Rs、脉宽调制控制单元102、比较单元104、比较单元106，计数单元108、反馈单元110、二极管D以及电容C。在本实施例中，变压器T具有一次侧(primaryside)P与二次侧(secondary side)S，且变压器T的一次侧P的第一端用以接收输入电压Vin，而变压器T的二次侧S则用以提供输出电压Vout给电子装置LD。
其中，输入电压Vin为交流输入电压经由整流器整流后产生的直流输入电压，变压器T的一次侧P所接收到的输入电压Vin反应在变压器T的二次侧S的电压后，(由变压器T的一、二次侧P与S的线圈比(turn ratio)所决定)再经由二极管D的整流(rectification)以及电容C的滤波(filter)，而转换成电子装置LD运作时所需的直流(DC)输出电压Vout。二极管D的阳极(anode)耦接变压器T的二次侧S的第一端，而二极管D的阴极(cathode)则耦接至电子装置LD。另外，电容C的第一端耦接二极管D的阴极，而电容C的第二端则耦接至变压器T的二次侧S的第二端与接地电压。
反馈单元110耦接变压器T的二次侧S，用以接收直流输出电压Vout，并据以输出关联于电子装置LD的负载状态(loading status)的反馈信号Vfb。值得注意的是，只要能输出关联于电子装置LD的负载状态的反馈信号的任何电路形态都可以做为本实施例的反馈单元110，例如利用电阻分压器搭配光耦合器的反馈电路，反馈单元110的实施态样并不以此为限。脉宽调制控制单元102耦接功率开关Q的控制端以及节点N1，用以依据反馈单元110所输出的反馈信号Vfb产生脉宽调制信号VPWM。功率开关Q(例如为N型晶体管)的第一端耦接变压器T的一次侧P的第二端，功率开关Q的第二端耦接至节点N1，而功率开关Q的控制端则接收脉宽调制信号VPWM。电阻Rs耦接于节点N1与接地电压之间。
比较单元104可比较反馈信号Vfb的电压与参考电压Vth1的电压大小，并依据比较结果输出比较信号Vc1至计数单元108。其中当比较反馈信号Vfb的电压大于参考电压Vth1时，计数单元108被比较单元104所使能，而当比较反馈信号Vfb的电压未大于参考电压Vth1时，计数单元108的计数值则被比较单元104重置。另外，比较单元106可比较节点N1的电压Vcs与参考电压Vth2，并依据比较结果输出比较信号Vc2至计数单元108。在计数单元108被使能后，计数单元108开始计数节点N1的电压Vcs大于参考电压Vth2的次数，也即计数节点N1的电压Vcs从小于参考电压Vth2转为大于参考电压Vth2的次数，并将得到的计数值输出给脉宽调制控制单元102，其中参考电压Vth1的电压值大于参考电压Vth2的电压值。当计数单元108的计数值累积超过预设值时(图2示出本发明一实施例的反馈信号、脉宽调制信号以及节点N1的电压的波形示意图，如图2所示，在本实施例中设定预设值为100)，脉宽调制控制单元102停止输出脉宽调制信号VPWM至功率开关Q，也即停止切换功率开关Q，以降低流经变压器T的一次侧的电流Ip，避免电源转换装置持续产生过大的电压Vout，而造成功率开关Q与/或电子装置LD的损毁/烧毁。
在部分实施例中，若反馈信号Vfb的电压在计数单元108的计数值在未累积超过预设值前下降至参考电压Vth1以下，代表电源转换装置的输出负载已回到正常范围内，此时比较单元104将重置计数单元108的计数值。此外，图3示出本发明另一实施例的反馈信号、脉宽调制信号以及节点N1的电压的波形示意图，如图3的实施例所示，反馈信号Vfb的电压也可能因输出电压Vout的状态不稳定而有略为下降但未低于参考电压Vth1的情形，此时节点N1的电压Vcs可能会低于参考电压Vth2，而使得计数单元108的计数值没有增加。然由于反馈信号Vfb的电压未低于参考电压Vth1，因此计数单元108的计数值并不会被重置，等到输出电压Vout的状态回升后，节点N1的电压Vcs开始高于参考电压Vth2，计数单元108的计数值也继续累加。
在电源转换装置的输出电压Vout被拉低后，依据输出电压Vout产生的反馈信号Vfb的电压也随之下降，当反馈信号Vfb的电压下降至低于参考电压Vth1时，比较单元104便重置计数单元108的计数值。
图4示出本发明一实施例的电源转换装置的过功率保护方法流程示意图，请参照图4。由上述实施例所述的电源转换装置的说明内容可知，电源转换装置的过功率保护方法可包括下列步骤。首先，根据电子装置的负载状态而产生脉宽调制信号(步骤S402)。接着，依据脉宽调制信号切换电源转换装置内的功率开关，以使电源转换装置提供输出电压给电子装置(步骤S404)，其中功率开关可例如为由N型晶体管来实施。然后，判断关联于电子装置的负载状态的反馈信号的电压是否大于第一参考电压(步骤S406)。若反馈信号的电压大于第一参考电压，则计数流经功率开关的电流反应在电阻的检测电压大于第二参考电压的次数(步骤S408)，其中第一参考电压大于第二参考电压。相反地，若反馈信号的电压未大于第一参考电压，重置计数检测电压大于第二参考电压的次数(步骤S410)。在步骤S408后，再判断检测电压大于第二参考电压的次数是否大于预设值(步骤S412)，若检测电压大于第二参考电压的次数未大于预设值，回到步骤S402，依据电子装置的负载状态产生脉宽调制信号。而若检测电压大于第二参考电压的次数大于预设值，则停止切换功率开关(步骤S414)。
综上所述，本发明依据计数检测电压大于第二参考电压的次数来决定是否禁能功率开关，以避免电源转换装置或使用电源转换装置的电子装置因电源转换装置持续地产生过大的电压或电流而受到毁损，进而提供有效的过功率保护，其中检测电压为流经功率开关的电流反应在电阻上的电压。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种电源转换装置，其特征在于，包括：
变压器，具有一次侧与二次侧，其中该一次侧的第一端用以接收输入电压，而该二次侧则用以提供输出电压给电子装置；
功率开关，其第一端耦接该一次侧的第二端，该功率开关的第二端耦接至第一节点，而该功率开关的控制端接收脉宽调制信号；
第一电阻，耦接于该第一节点与接地电压之间；
第一比较单元，比较关联于该电子装置的负载状态的反馈信号的电压与第一参考电压而产生第一比较信号；
计数单元，耦接该第一比较单元，以接收该第一比较信号，当该反馈信号的电压大于该第一参考电压时，该第一比较单元使能该计数单元；
第二比较单元，耦接该第一节点以及该计数单元，比较该第一节点的电压与第二参考电压而产生第二比较信号，该计数单元依据该第二比较信号计数该第一节点的电压大于该第二参考电压的次数；以及
脉宽调制控制单元，耦接该计数单元与该功率开关的控制端，当该计数单元的计数值大于预设值时，停止产生切换该功率开关的脉宽调制信号。
2.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，当该反馈信号的电压未大于该第一参考电压时，该第一比较单元重置该计数单元的计数值。
3.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，该第一参考电压大于该第二参考电压。
4.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，还包括：
反馈单元，耦接该二次侧，用以接收该输出电压，并据以输出该反馈信号。
5.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，该功率开关为N型晶体管。
6.一种电源转换装置的过功率保护方法，其特征在于，包括：
根据电子装置的负载状态而产生脉宽调制信号；
依据该脉宽调制信号切换该电源转换装置内的功率开关，以使该电源转换装置提供输出电压给该电子装置；
判断关联于该电子装置的负载状态的反馈信号的电压是否大于第一参考电压；
若该反馈信号的电压大于该第一参考电压，计数流经该功率开关的电流反应在电阻的检测电压大于第二参考电压的次数；
判断该检测电压大于第二参考电压的次数是否大于预设值；以及
若该检测电压大于第二参考电压的次数大于该预设值，停止切换该功率开关，使该功率开关保持在关的状态。
7.根据权利要求6所述的电源转换装置的过功率保护方法，其特征在于，若该反馈信号的电压未大于该第一参考电压，重置计数该检测电压大于该第二参考电压的次数。
8.根据权利要求6所述的电源转换装置的过功率保护方法，其特征在于，该第一参考电压大于该第二参考电压。
9.根据权利要求6所述的电源转换装置的过功率保护方法，其特征在于，该功率开关为N型晶体管。
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