TW201004111A - Improved protection circuit for electronic converters and corresponding method - Google Patents

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201004111 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本揭示係關於電子轉換器之保護。 【先前技術】 文獻第EP-A-1 81 1 816號（此後，爲申請專利範圍第1 項之前序典範）係揭露一種整合DC與AC過載/熱保護方式 於電子變壓器（例如鹵素燈）中的配置。 這些裝置可經由一調光器（dimmer)而被連接至主要電 源供應器’以調整像是傳統白織燈所驅動之該（等）光源的 亮度。然而，確保此配置之適當操作可能轉爲困難的，特 別是在將該光源調整至最小亮度値時。 第1圖之方塊圖爲放大地再現第EP-A-1 881 816號之 第3圖的方塊圖，其在下述將被再次說明。此外，第1圖 在此係明確表示能量供應級（EST)(—般標示爲P)的存在，其 產生電壓Vcc以供應圖式中所示之二個運算放大器1〇與 32。在該裝置之一般操作期間，對一供應電容器Cs充電之 能量可從連續電壓Vbus(自該轉換器之輸入級m取得）或從 藉由電壓昇降電路所產生之高頻AC電壓Vpump來實現。 當該裝置在保護狀態中時，亦即當Vpump降至零時， 該電壓Vbus也保證該Vcc之供應。 如典型所示者，可能與轉換器相關聯調光器一般以 “箝制（chopping)”該AC幹線相位之方式操作，使得當被該 轉換器所驅動之該光源被調整爲最小亮度値時，該安定器 201004111 以短時間（每10ms中的1〜2ms)工作。在此等情況下，確保 該能量供應者階段（EST)之修正操作會是困難的，並且Vcc 會降至非常低的値（即使沒有變爲零）。 若Vcc下降，則供應至該運算放大器（比較器）1 〇之反 相輸入12，標爲Vref(T°)的參考値也會明顯下降，及因此 變得小於該非反相輸入14上的電壓，使得自該運算放大器 10之輸出信號Vo變高。 此均可能在該電壓Vcc仍然大於足以造成該等開關 Tdl與Td2被啓動之零値時發生，使得該安定器故障（亦 即，該轉換器切換爲關閉（switchoff))。此導致被該轉換器 所驅動之該（等）燈具有不能接受之閃爍。 此缺失可藉由改良該能量供應級P以提供充分的能量 之方式而被槪念上地避免，即使且當該安定器在幹線正弦 波之短部上操作時亦同。然而，此方式必然會帶來關於強 加在該級之內部構件上規定的增加，其相繼會轉變爲成本 及占用在該PC板上之空間的增加。 【發明內容】 因此，本發明之目的係提供一種免除前述缺失之改良 配置。 依照本發明，此目的係藉由具有下述申請專利範圍中 所定之特徵的電路來實現。本發明也關於一種對應方法。 該等申請專利範圍爲在此所提供之發明揭示的完整部 分。 201004111 【實施方式】 在下列說明中’給定許多特定詳細說明以提供實施例 之通盤了解。該等實施例可不需一或多個特定細節，或以 其它方法、構成、材料等來實行。在其它例示中，習知結 構、材料、或操作均沒有詳細呈現或說明，以避免混淆該 等實施例之態樣。 本說明書全文中，“一個實施例”或“一實施例”意指 配合實施例所述之特定特徵、結構、或特性至少包括於一 個實施例中。因此，在本說明全文中之各個位置處的“在 一個實施例中”或“在一實施例中”之用語外觀不必均參照 相同實施例。此外，該等特定特點、結構或特徵可以任何 適當方式在一或多個實施例中予以組合。 在此所提供之標題僅爲了便利且並非解釋爲該等實施 例之範圍或含意。 第1圖之方塊圖爲放大地再現第EP-A-1 881 816號之 第3圖的方塊圖。因而，該早期申請案之說明可清楚參照’ 以便徹底說明在此揭示之元件及構件之結構及操作。 爲了此揭示起見，將回顧第1圖中所述之轉換器’其 經由線性濾波器22與半橋式整流器24將自電源20(例如’ 該幹線電壓）所取得之電力供應至連接至變壓器Tr之次級 繞組的光源26。該光源26可包含由例如一或多個鹵素燈、 螢光燈、高通量LEDs等所構成。 此配置爲基於半橋式拓撲之切換轉換器之例不。此轉 201004111 換器設計本質上在所屬技術領域中爲已知的，因此在此不 必要提供更詳細的說明。 該變壓器Tr之初級繞組具有極化電感Lc，並且經由包 括二個電子開關Ta、Tb (例如，MOSFETs或BJTs)及二個電 容器Ca、Cb之半橋配置來驅動，其中該等電子開關Ta、 Tb之每一者具有一相連結之閘極電感La、Lb，以及該等電 容器Ca、Cb之每一者具有一相連結之保護二極體Da、Db。 該等一個電子開關Ta、Tb係藉由一驅動diac 30之控 制電路而交替切換爲導通及關閉。該diac 30係於該等電子 開關Ta、Tb與分壓器之中間點之間插入，其中該分壓器係 由連接至該整流器24之輸出的“上”電阻器Rs與經由開關 Td2而連接至接地的“下”電阻器Rdl所構成。電容器Cs 係與該電阻器Rdl並聯連接。另一個電阻器Rd2係連接至 該電子開關Tb之閘極；該電阻器Rd2係配置成經由開關 Tdl而連接至地。 開關Tdl與Td2二者均藉由作爲一比較器之該運算放 大器（op-amp)lO之輸出電壓Vo來驅動，保護二極體D2(以 虛線顯示）係最好以其陽極連接該比較器10之輸出電壓Vo 且其陰極連接至該控制電路38的方式來設置。 該運算放大器/比較器10之反相輸入12接收成連續、 取決於溫度之電壓（其例如，隨著溫度增加而減少）之形式 的信號Vref(T°)。 該非反相輸入14在轉換器電路之輸出，接收代表負載 201004111 之連續電壓（在下面將詳細地說明它的產生）形式的信號因 而爲功率。具體言之，從屬負載信號 Vi (P)係經由電阻器 R1而施加至該非反相輸入14。 另一個電阻器R2係連接至該非反相輸入1 4。該電阻 器R2係串聯連接至齊納二極體VZ，其中該齊納二極體VZ 係依序連接至該運算放大器10之輸出Vo。 在所示之實施例中，該運算放大器10係藉由單一供應 電壓Vcc來電力驅動。然而，在雙供應電壓+/- VCC的實施 例中；單一供應電壓係比雙供應電壓更容易獲得。 該等構件10、Rl、R2及Dz形成一電路，當Vo因一 異常電流及/或被偵測到的溫度負載的結果而達到Voh値 時，該電路輸出Vo係用以使該轉換器去作用（de-activate)。 該齊納二極體Vz以陰極連接至該比較器10之輸出， 而可被視爲等效於電壓源Vb(Vb爲該齊納二極體之崩潰電 壓）與二極體Do的順向電壓等於V之並聯連接。 由該等構件Rs、Cs與Diac 30所構成之該電路容許在 每個供應電壓的零點（zero point)時能對該半橋點火 (ignition)。在Ca與Cb中間之中間點處，有一於其上重疊 一高（振盪）頻率漣波之DC電壓，該漣波之振幅取決於施加 在該轉換器輸出上的負載。 此相依性可被用以產生用於饋送該比較器1 0之非反 相輸入14的從屬負載信號Vi(P)。相關的感測配置，除了 並聯連接至二極體Da之第一電阻器Ral外，包括連接至該變 201004111 壓器Tr之次級繞組的電容器Cd加上，一網路，其實質上 由二個電阻器Ra2與Rb所構成，該二電阻器形成插入於該 電容器Cd與接地之間的分壓器。 由該等電阻器Ra2與Rb所組成.之該分壓器調整在該等 電容器Ca與Cb之間的中間點處所出現的漣波信號，並經 由電阻器Rc將其饋送至含有承載一 RC網路之二極體Dp 的準峰値偵測器網路。該RC網路包括並聯連接之電容器 Cp與電阻器Rd，其等共同定義了該偵測器之充電與放電時 間常數。因此，橫跨該電容器Cp之連續電壓係表示（事實 上，成比例於）在該轉換器輸出（亦即，該變壓器Tr)上所施 加的負載。 作爲電壓隨耦器（亦即，阻抗分離器）之又一運算放大 器32被用以作爲所施加之從屬負載信號Vi(P)的信號，經 由該電阻器R1而傳送至該比較器10之非反相輸入14。 插入於該供應電壓Vcc與接地之間的另一個分壓器包 括二個電阻器R3及R4，其具有與R4並聯之NTC(負溫度 係數）電阻器-如實線所示，及/或與R3並聯之PTC(正溫度 係數）電阻器-如虛線所示，用以產生將被施加在該比較器 10之反相輸入12的從屬溫度信號Vref(T。）。在此所考量之 例示實施例中，該信號Vref(T°)隨著溫度增加而減少。 並聯於該等NTC及/或PTC電阻器之固定電阻器R3及 R4使該等NTC/PTC電阻器之熱電壓/溫度特性線性化，且 用以平順其公差（tolerances)。 -10- 201004111 在第1圖之圖式中，自該比較器10之輸出連接至該等 開關Tdl與Td2係以虛線顯示，用以表示這些連接可依該 保護是否欲僅操作在存在該轉換器之AC供應，或者也分 別操作在存在該DC供應而被選擇設置。 該等電阻器Rd2與Rdl代表諸如MOSFET或BJT主動 元件，於其輸出端所顯示之本來的電阻。 若低阻抗路徑以並聯該等電容器Cs呈現，該半橋在該 供應電壓爲零後無法被再點火，使得該轉換器會被中斷。 此無法應用在DC操作的情況中，且低阻抗路徑係在並聯 於該“低側（low-side)”開關Tb的基極與射極（例如，藉由切 換爲導通，亦即關閉該開關Td 1)而產生。此阻抗可能如此 低，以致於來自該diac 30及/或來自該電感器Lb之所有 電流均流過該電阻器Rd2，以避免Tb之不良再點火，或 者該半橋之故障，因爲例如該半橋以該MOSFET或BJT Tb 之不良驅動而連續地操作，具有因過熱而自我毀滅之隨後 風險。 如所述，可能與第1圖中所示之轉換器有關聯的調光 器一般藉由“箝制（chopping)”該AC幹線相位來操作，使得 當被該轉換器所驅動之該光源被調節爲最小亮度値時，該 安定器即工作一短暫時間（每l〇ms之l~2ms)。在此情況下， Vcc可降至非常低的値，因而達到及可能掉至下臨界値以 下。 若Vcc下降，則所設計之Vref(T°)參考値也會明顯下 -11 - 201004111 降’使得在該運算放大器10之反相輸入12上的電壓可能 變得比在該非反相輸入14上的電壓還小，因而自該運算放 大器的輸出信號變高。此可能在該電壓Vcc仍然大於足以 造成該等開關Tdl與Td2被啓動之零値時發生，使得安定 器故障且該轉換被切換爲關閉（switch off)。 在第1圖中所述之經改良的配置中，此缺失可藉由設 置一插入在該電壓Vcc與該運算放大器1〇之非反相輸入 1 4之間的V c c感測級1 〇 〇來避免。 具體言之，該級100具有一連接至該運算放大器1〇之 非反相輸入14的浮動輸出102，使得該級在該安定器之正 常操作期間不被影響。 該級100包括輸入接腳104，用以感測該電壓Vcc。當 Vcc下降至所給定之下臨界値以下時，該級ι〇〇之輸出ι〇2 變爲零’使得該運算放大器10在任何情況下，即使Vref(T。） 可察覺到地下降，可防止被啓動。 此配置確保該保護級即使在其連接至調光器並調整至 所驅動之光源的最小亮度準位時，將不會對該安定器有不 好的影響。 此配置之優點在於因爲其保證在DC與AC操作時之過 載/過熱保護’同時維持連接該安定器與傳統調光器之可能 性，用以調節該光源作爲一般白熾燈。 在第2圖中所示之例示實施例中，該感測級丨〇〇係使 用三個SMD構件來實行’因此避免該EST級P之任何昂貴 -12- 201004111 ‘的改良。 所述之該等構件爲： -齊納二極體106 ’其陰極係連接至感測Vcc之輸入線 104 ； •雙極性p-n-p電晶體（BJT)108，其基極連接至該齊納 二極體106之陽極且其射極連接至該輸出線1〇2;以及 -電阻器110，連接於該電晶體108之基極與集極，其 控制器係短接至接地GND。 只要跨在該電阻器110的電壓VRs(其爲Vcc減掉跨在 該齊納二極體106之電壓Vdzs)高於該運算放大器1〇之反 相輸入12處的最大電壓，則電晶體1〇8截止（亦即，不通） 且不作任何動作。 由於調整該安定器之結果，當該電壓Vcc開始下降且 在該運算放大器10之反相輸入12上的電壓有變得比該非 反相輸入14還低的傾向（因其直接與Vcc成比例）時，因跨 在該電阻器1 10的電壓變得比該運算放大器10之非反相輸 入14之電壓還小（VI 4 +Vy代表臨界値），故啓動該電晶體 108。當啓動（亦即，使其可傳導）該電晶體108而將其”推 (pulls)”至接地GND時，該運算放大器10之非反相輸入14 則立即變爲零，使該輸出Vo失能。 可選擇該齊納二極體106以保證當該運算放大器10之 非反相輸入14的電壓達到其最高値（意指包含該比較器10 之史密特觸發器（Schmitt Trigger)配置之最高臨界電壓） -13- 201004111 • 時’該電晶體108沒有被啓動，因此確保該保護級之正常 操作不會受到不良影響。 在不對發明之基本原則產生偏見下，詳細內容及實施 例可爲多變化的，即使可察知關於何者已僅藉由範例而被 說明’其仍不脫離由隨附申請專利範圍所定義之發明的範 圍。 本發明現在將僅藉由範例參照所附圖式來說明，其中： 【圖式簡單說明】 f ' •第1.圖爲已於前述中所部分探討而結合在此所述之改 良的例示電子轉換器之方塊圖；以及 -第2圖更詳述第1圖之圖式中該等方塊之一之例示實 施例。 【主要元件符號說明】 P 能量供應級 10、32 運算放大器 C s 供應電容器 12 運算放大器之反相輸入 14 運算放大器之非反相輸入 Vcc 電壓 Tdl 、 Td2 開關 20 電源 22 線濾波器 24 半橋式整流器 26 光源 -14- 201004111

Tr 變 壓 器 La、 Lb 閘 極 電 感 Lc 極 化 電 感 Ta、 Tb 電 子 開 關 Ca、 Cb、Cp 電 容 器 Da、 Db 保 護 二 極 38 控 制 電 路 30 二 極 體 交 Rs 上 電 阻 器

Rdi 下電阻器

Rd2、R1~R4 、Ral、電阻器 R a 2 ' Rb ' Rc、 110

Vo Vi(P) V r e f (T o ) VZ Vb 100 102 104 106 108 GND PTC NTC

輸出電壓 第一信號 第二信號 齊納二極體 電壓源 Vcc感測級 浮動輸出 輸入接腳 齊納二極體 雙極性p-n-p電晶體 接地 正溫度係數電阻器 負溫度係數電阻器 -15-

Claims (1)

1. 201004111 七、申請專利範圍： 1. 一種電子轉換器之保護裝置，該裝置包含具有供應電壓 (Vcc)之比較器（10)，該比較器（1〇)具有輸出（Vo)、非反相 輸入（I4)及反相輸入（12)，該非反相輸入（14)及反相輸入 (12)對於第一信號（Vi(P))及第二信號（Vref(T°))是敏感的 ，其中該第一信號（Vi (P))表示該轉換器之輸出負載，該 第二信號（Vref(T°))表示該轉換器之溫度，藉此該輸出 (Vo)可將該電子轉換器切換爲關閉，作爲該第一信號 (Vi(P))及第二信號（Vref(T。））之値的函數， 該電路之特徵在於插入於該供應電壓（Vcc)與該比較器 (10)之該非反相輸入（14)之間的感測級（100)，該感測級 (100)具有輸入（104)，其對於該供應電壓（Vcc)下降並達到 一下臨界値爲敏感，以及一輸出（102)，當該供應電壓（Vcc) 達到該下臨界値時，其可啓動該輸出（102)以防止該比較 器（10)之該輸出（Vo)被該電子轉換器切換爲關閉。 2. 如申請專利範圍第1項之電路，其中當該供應電壓（Vcc) 高於該下臨界値時，該感測級（100)具有一連接至該比較 器（10)之該非反相輸入（14)的浮動輸出（102)。 3 ·如申請專利範圍第1或2項之電路，其中該感測級（1 〇〇) 之輸出（102)在該供應電路（Vcc)達到該下臨界値時可強 制爲零。 4 ·如申請專利範圍第1到3項任一項之電路，其中該感測 級（1〇〇)包括電子開關（108)，當該供應電路（Vcc)達到該下 臨界値時，其可將該感測級（100)之輸出（102)切換連接至 接地（GND)。 -16- 201004111 5.如申請專利範圍第4項之電路，其中該電子開關（108)爲 雙極性電晶體。 6 .如前述申請專利範圍中任一項之電路，其中該感測級 (100)包括： -齊納二極體（106)，其陰極連接至該感測級（100)之輸入 (104)，用以感測該供應電壓（Vcc); -雙極性電晶體（108)，其基極連接至該齊納二極體（106) 之陽極，並且其射極與集極連接在該感測級（1〇〇)之輸出 (102)與接地（GND)之間； -電阻器（110)，連接於該電晶體（108)之基極與接地（Gnd) 之間。 7.—種藉由具有輸出（Vo)、非反相輸入（14)及反相輸入（12) 之比較器（10)保護電子轉換器之方法，該方法包括步驟： 將表示該轉換器之輸出負載的第一信號（Vi(P))及表示該 轉換器之溫度的第二信號（Vref(T°))施加至該非反相（14) 輸入及反相（12)輸入，藉此該輸出（Vo)可將該電子轉換器 切換爲關閉當作該第一（Vi(P))與第二信號（Vref(T。））之 値的函數，其中該比較器（1〇)係藉由供應電壓（Vcc)供以 電力， 該方法之特徵在於，其包括步驟：感測（10 0)該供應電 壓（Vcc)下降及達到下臨界値，以及當該供應電壓（Vcc) 達到該下臨界値時，防止該比較器（10)之輸出（Vo)將該電 子轉換器關閉。 -17-