CN1248403C - 可避免跳火问题的电压转换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电压转换电路，包括：一驱动器、一变压器、一滤波器、以及一侦测器。驱动器系用以处理一输入信号后，产生一周期信号。变压器具有第一绕组、第二绕组、以及一磁心，用以转换周期信号；第一绕组系耦接至驱动器。侦测器系耦接至第二绕组；当第二绕组断线或接触不良而跳火时，侦测器会侦测到转换后周期信号含有高频杂讯、或是侦测到第二绕组上电压有异常变动时，即产生一控制信号予驱动器，以阻绝输入信号。
Description
本发明系有关于电压转换电路技术，特别是有关于可避免跳火问题的电压转换电路。
请参照图1，所示为习知电压转换电路(inverter circuit)的电路图示。如图1所示，电压转换电路包括驱动器1和变压器2等。其中，驱动器1系用以接收输入信号Vin，譬如：此输入信号Vin是一直流电压信号，经过驱动器1及变压器2处理后，即成为具有40～80KHz的交流信号。而变压器2包括：一次绕组21、二次绕组22和磁心23，其等效电路图即如图2所示。如图2所示，二次绕组22包括：一理想绕组圈221、一电阻222、一电感223、以及一电容224。其中，理想绕组圈221与电容224并接于绕组端24和25之间，而电感223与电阻22则串接理想绕组圈221的一端与绕组端24之间。
二次绕组22以绕组端24和25连接至一负载3。此负载3可以是冷阴极萤光灯(cold-cathode fluorescent lamp)、热阴极萤光灯(hot-cathodefluorescent lamp)、汞弧灯(mercury lamp)、金属卤素灯(metal halidelamp)、电虹灯(neon lamp)等等。
由于现今电子装置渐趋于轻、薄、短、小，为缩减体积的考量以及驱动负载的电压常为1000～3000V的交流高压，因此，变压器2的二次绕组22很细，常会在变压器制程时因热冲击应力而断线、浮接，或者是在后段人工制程内施行螺丝锁固时，因机械应力导致接点不良或断线。因为二次输出为高压高频的交流讯号，于断线处理依然可传输电压电流，致使跳火现象发生。
再请参照图2，当二次绕组22未有断路情事发生时，电阻222的阻值约介于300欧姆至数K欧姆之间。当二次绕组22有接点不良或断线情事发生(譬如在绕组端25有断路)时，电阻222的阻值则会递增至数M欧姆以上。然而，断线时，断线之处阻抗变为非常大，二次侧感应的高压高频讯号完全跨于断线处，由于断裂两端距离不足，因而在断线处发生高压放电的跳火现象，产生非常高的热量并集中于断线处。经过一段时间后，会将电压转换电路所处的印刷电路板、或做为变压器抗辐射干扰的遮蔽物(shielding，通常是用铜箔)烧坏，甚者，造成整个电子装置损毁。
因此，习知已有提出改善线轴(Bobbin)设计之法，增加二次绕组22的绕组脚(pin)的强度、或设计假绕组脚(dummy pin)，以避免断线之虞。但是，二次绕组22实在很细，自变压器制造及至客户系统组装过程中，均无法确保不断线。再者，改善线轴之法，因变压器若为SMD型式，其接脚与印刷电路板焊接之处，可能会因外力使该处产生锡裂浮接的状况，而在该处产生高压放电跳火的情况，故仍无法克服空冷焊的问题。
另外，参照图3，所示另一习知电压转换电路的电路图。如图所示，此习知电压转换电路具有一感测器4，监控一次侧信号Vin。当一次侧信号Vin的电压或电流有异常现象发生，表示二次绕组22有接点不良或断线发生，即便会产生DISABLE信号予驱动器1，令驱动器1将输入信号Vin予以阻隔，以避免跳火现象发生。然而，若跳火发生时，一次侧的电压及电流并无明显异常时，图3的电路并无法有效地侦测。
因此，本发明的一目的，在于提供一种电压转换电路，可避免因跳火问题而烧毁变压器印刷电路板或抗辐射遮蔽物或整个电子装置。
为获致上述目的，本发明可藉由提供一种电压转换电路，其将输入的直流电压转换成为交流电压，包括：一驱动器，用以处理一输入信号；一变压器，具有第一绕组、第二绕组、以及一磁心；上述第一绕组系耦接至上述驱动器，上述第二绕组具有一第一绕组端和一第二绕组端；一电源装置，耦接至上述第一绕组端，提供一电源讯号子上述变压器；一低通滤波器，耦接至上述第二绕组端；上述低通滤波器具有一讯号取出点，待将上述电源讯号分压后，于上述讯号取出点取出经分压后的电压信号；以及一信号侦测器，耦接至上述讯号取出点；当上述第一绕组端与上述第二绕组端之间有断线或接触不良时，上述信号侦测器侦测到上述讯号取出点的上述电源讯号的变化时，即产生一控制信号予上述驱动器，以阻绝上述输入信号。
本发明提供一种电压转换电路，其将输入的直流电压转换成为交流电压，包括：一驱动器，用以处理一输入信号后，产生一周期信号；一变压器，具有第一绕组、第二绕组、以及一磁心，用以转换上述周期信号；上述第一绕组系耦接至上述驱动器；一高通滤波器，耦接至上述第二绕组；以及一信号侦测器，耦接至上述高通滤波器；当上述第二绕组有断线或接触不良时，上述信号侦测器即侦测到上述转换后周期信号含有的高频杂讯，即产生一控制信号予上述驱动器，以阻绝上述输入信号。
为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举若干较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
图示的简单说明：
图1系显示习知电压转换电路的电路图示；
图2系显示图1变压器的等效电路图；
图3系显示另一习知电压转换电路的电路图；
图4系显示根据本发明第一较佳实施例的电压转换电路的电路图示；
图5系显示根据本发明第二较佳实施例的电压转换电路的电路图示；以及
图6系显示根据本发明第三较佳实施例的电压转换电路的电路图示。
符号说明：
1～驱动器；2～变压器；21～一次绕组；22～二次绕组；23～磁心；3～负载；4～感测器；5～低通滤波器；6～信号侦测器；7～高通滤波器；9～信号侦测器；以及，8～电源。
实施例：
下文兹举若干较佳实施例，并配合图4～6式做说明。为求简明起见，图示中相同或相当的元件系以相同的标号表之。
第一实施例
请参照图4，所示为根据本发明第一较佳实施例的电压转换电路的电路图示。如图4所示，电压转换电路包括：驱动器1、变压器2、一滤波器(采用低通滤波器)5、一信号侦测器6、以及一电源(power source)8等。其中，驱动器1可以包含脉宽调变器(Pulse Width Modulator)和电源级(PowerStage)，也可以是其他振荡回路，用以接收输入信号Vin，譬如：此输入信号Vin是一直流电压信号，经过驱动器1处理后，即成为具有40～80KHz的交流信号。而变压器2包括：一次绕组21、二次绕组22和磁心23，其等效电路图即如图2所示。如图2所示，二次绕组22包括：一理想绕组圈221、一电阻222、一电感223、以及一电容224。其中，理想绕组圈221与电容224并接于绕组端24和25之间，而电感223与电阻222则串接于理想绕组圈221的一端与绕组端24之间。
另外，二次绕组22系与滤波器5和电源8串接，亦即滤波器5经由绕组端24连接二次绕组22，电源8经由另一绕组端25连接二次绕组22。本例中，电源8系为一直流电压源VB，然却不以此为限，其他诸如直流电流源或低频电压(流)源亦可适用。再者，滤波器5包括电阻R1和R2、电容器C1等，其中，电阻R1串接至R2，而电阻R1和R2间具有一讯号取出点50；电容器C1系用以滤除讯号取出点50上高频交流成分。因此，若不考虑理想电阻222的阻值，则讯号取出点50上的电压值约等于VB×R2/(R1+R2)(假设R1与R2亦分别代表电阻R1和R2的阻值)。
信号侦测器6系连接于滤波器5和驱动器1之间，用以判断讯号取出点50上的电压准位是否有变动发生，若有位准变动现象，则发出DISABLE信号及于驱动器1，令驱动器1停止处理输入信号Vin。
当二次绕组22未有断路情事发生时，理想电阻222的阻值约介于300欧姆至数K欧姆之间，若电阻R1和R2所选定的阻值分别为1M欧姆和4M欧姆、VB等于5V时，电阻222的阻值若略去不计，则讯号取出点50的电压约为4V。当二次绕组22有接点不良或断线情事发生(譬如在绕组端25有断路)时，电阻222的阻值则会递增至数M欧姆以上，若以3M欧姆为例，则讯号取出点50电压将骤降至约2.5V。
根据本发明，系藉由信号侦测器6对于滤波器5所提供的讯号取出点50电压准位进行侦测。若侦测知讯号取出点50处电压有变化，诸如由4V降低至2.5V时，表示变压器2的二次绕组22的接点不良或断线发生，即便会产生DISABLE信号予驱动器1，令驱动器1将输入信号Vin予以阻隔，以避免跳火现象发生。
第二实施例
请参照图5，所示为根据本发明第二较佳实施例的电压转换电路的电路图示。如图5所示，电压转换电路包括：驱动器1、变压器2、一滤波器5、一信号侦测器6、以及一电源(power source)8等。其中，驱动器1可以包含脉宽调变器(Pulse Width Modulator)和电源级(Power Stage)，也可以是其他振荡回路，用以接收输入信号Vin，譬如：此输入信号Vin是一直流电压信号，经过驱动器1处理后，即成为具有40～80KHz的交流信号。而变压器2包括：一次绕组21、二次绕组22和磁心23，其等效电路图即如图2所示。如图2所示，二次绕组22包括：一理想绕组圈221、一电阻222、一电感223、以及一电容224。其中，理想绕组圈221与电容224并接于绕组端24和25之间，而电感223与电阻222则串接于理想绕组圈221的一端与绕组端24之间。
另外，二次绕组22系与滤波器5和电源8串接，亦即滤波器5经由绕组端24连接二次绕组22，电源8经由另一绕组端25连接二次绕组22。本例中，电源8系为一直流电压源VB，然却不以此为限，其他诸如直流电流源或低频电压(流)源亦可适用。再者，滤波器5包括电阻R2和电感器L1等，其中，电阻R2和电感器L1间具有一讯号取出点50；电感器L1系用以滤除讯号取出点50上高频交流成分。因此，若不考虑理想电阻222的阻值，则讯号取出点50上的电压值约等于VB(假设R2亦代表电阻R2的阻值，且电感器L1的DC阻值约为零)。
信号侦测器6系连接于滤波器5和驱动器1之间，用以判断讯号取出点50上的电压准位是否有变动发生，若有位准变动现象，则发出DISABLE信号及于驱动器1，令驱动器1停止处理输入信号Vin。
当二次绕组22未有断路情事发生时，理想电阻222的阻值约介于300欧姆至数K欧姆之间，若电阻R2所选定的阻值为5M欧姆、VB等于5V时，理想电阻222的阻值若略去不计，则讯号取出点50的电压约为5V。当二次绕组22有接点不良或断线情事发生(譬如在绕组端25有断路)时，理想电阻222的阻值则会遽增至数M欧姆以上，若以3M欧姆为例，则讯号取出点50电压将骤降至约3V。
根据本发明，系藉由信号侦测器6对于滤波器5所提供的讯号取出点50电压准位进行侦测。若侦测知讯号取出点50处电压有变化，诸如由5V降低至3V时，表示变压器2的二次绕组22的接点不良或断线发生，即便会产生DISABLE信号予驱动器1，令驱动器1将输入信号Vin予以阻隔，以避免跳火现象发生。
第三实施例
请参照图6，所示为根据本发明第三较佳实施例的电压转换电路的电路图示。如图6所示，电压转换电路包括：驱动器1、变压器2、一滤波器(采用高通滤波器)7、以及一信号侦测器9等。其中，驱动器1可以包含脉宽调变器(Pulse Width Modulator)和电源级(Power Stage)，也可以是其他振荡回路，用以接收输入信号Vin，譬如：此输入信号Vin是一直流电压信号，经过驱动器1处理后，即成为具有40～80KHz的交流信号。而变压器2包括：一次绕组21、二次绕组22和磁心23，其等效电路图即如图2所示。如图2所示，二次绕组22包括：一理想绕组圈221、一电阻222、一电感223、以及一电容224。其中，理想绕组圈221与电容224并接于绕组端24和25之间，而电感223与电阻222则串接于理想绕组圈221的一端与绕组端24之间。
另外，二次绕组22系经由绕组端24连接至高通滤波器7。本例中，滤波器7系为一高通滤波器，包括电阻R3和电容器C2等，其中，电容器C2与电阻R3串接，而于电容器C2与电阻R3间具有一电路接点60。当二次绕组22有接点不良或断线现象发生时，会产生高频信号杂讯，该讯号含有200KHz以上的谐波讯号，并叠加在40～80KHz交流信号内。简言之，高通滤波器系用以滤除二次绕组22上较为低频的40～80KHz交流信号。
信号侦测器9系连接于滤波器7和驱动器1之间，用以判断电路接点60上有伴随接点不良或断线所产生高压放电的高频杂讯。若出现有高频杂讯，则发出DISABLE信号及于驱动器1，令驱动器1停止处理输入信号Vin。此频率侦测器9可以是一信号计数器(counter)。
当二次绕组22未有断路情事发生时，理想电阻222的阻值约介于300欧姆至数K欧姆之间，则二次绕组22的绕组端24和25处，仅有40～80KHz周期性信号(通常为正弦波)。当二次绕组22有接点不良或断线情事发生(譬如在绕组端25有断路)时，会伴随产生脉冲(pulse)，此脉冲包含数个高频杂讯于二次绕组22的绕组端24和25处，经过滤波器7将低于100KHz的正常工作的频率信号滤除。
然后，藉由信号侦测器9对于高通滤波器7所提供的电路接点60的信号进行侦测。若侦测知电路接点60处有超过正常工作频率的高频杂讯，表示变压器2的二次绕组22有接点不良或断线发生，即便会产生DISABLE信号予驱动器1，令驱动器1将输入信号Vin予以阻隔，以避免跳火现象发生。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。
Claims (13)
1.一种电压转换电路，其将输入的直流电压转换成为交流电压，包括：
一驱动器，用以处理一输入信号；
一变压器，具有第一绕组、第二绕组、以及一磁心；上述第一绕组系耦接至上述驱动器，上述第二绕组具有一第一绕组端和一第二绕组端；
一电源装置，耦接至上述第一绕组端，提供一电源讯号予上述变压器
一低通滤波器，耦接至上述第二绕组端；上述低通滤波器具有一讯号取出点，待将上述电源讯号分压后，于上述讯号取出点取出经分压后的电压信号；以及
一信号侦测器，耦接至上述讯号取出点；当上述第一绕组端与上述第二绕组端之间有断线或接触不良时，上述信号侦测器侦测到上述讯号取出点的上述电源讯号的变化时，即产生一控制信号予上述驱动器，以阻绝上述输入信号。
2.如权利要求1所述的电压转换电路，其中，上述驱动器包含一脉宽调变器和一电源级。
3.如权利要求1所述的电压转换电路，其中，上述驱动器是一振荡回路。
4.如权利要求1所述的电压转换电路，其中，上述电源装置是一低频电源。
5.如权利要求1所述的电压转换电路，其中，上述电源装置是一低频电源。
6.如权利要求1所述的电压转换电路，其中，上述低通滤波器包括：
一第一电阻，耦接于上述第二绕组端与上述讯号取出点之间；
一第二电阻，耦接至上述讯号取出点；以及
一电容器，并接于上述第二电阻。
7.如权利要求1所述的电压转换电路，其中，上述低通滤波器包括：
一电感器，耦接于上述第二绕组端与上述讯号取出点之间；以及
一电阻，耦接至上述讯号取出点。
8.如权利要求1所述的电压转换电路，其中，上述信号侦测器产生一禁能信号，令上述驱动器阻绝上述输入信号。
9.一种电压转换电路，其将输入的直流电压转换成为交流电压，包括：
一驱动器，用以处理一输入信号后，产生一周期信号；
一变压器，具有第一绕组、第二绕组、以及一磁心，用以转换上述周期信号；上述第一绕组系耦接至上述驱动器；
一高通滤波器，耦接至上述第二绕组；以及
一信号侦测器，耦接至上述高通滤波器；当上述第二绕组有断线或接触不良时，上述信号侦测器即侦测到上述转换后周期信号含有的高频杂讯，即产生一控制信号予上述驱动器，以阻绝上述输入信号。
10.如权利要求9所述的电压转换电路，其中，上述驱动器包含一脉宽调变器和一电源级。
11.如权利要求9所述的电压转换电路，其中，上述驱动器是一振荡回路。
12.如权利要求9所述的电压转换电路，其中，上述高通滤波器包括：
一电容器，耦接于上述第二绕组；以及
一电阻，串接至上述电容器；其中，上述电容器与上述电阻间具有一电路节点，耦接至上述信号侦测器。
13.如权利要求9所述的电压转换电路，其中，上述信号侦测器产生一禁能信号，令上述驱动器阻绝上述输入信号。
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