TW201112595A - Controller chip and protection method for a power converter - Google Patents

Description

201112595 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種電源轉換器，特別是關於一種電源轉 換器的控制器晶片及保護方法。 【先前技術】 圖1係習知的交流對直流電源轉換器，其中供應電源轉 換器的父流電麗VAC經渡波及整流後得到直流電壓vdc， 施加到變壓器T1的一次側線圈Lp，控制器晶片10中的驅動 器18提供控制信號Vgate切換功率開關Q1，將一次侧線圈 Lp上的電壓VDC轉換為輸出電壓v〇。控制器晶片10中的 高壓啟動元件16連接在高壓接腳HV及電源接腳VDD之 間，在交流電壓VAC剛供應給電源轉換器時啟動控制器晶片 10。在控制器晶片10啟動後，輔助線圈Laux產生電流經電 阻R1及二極體D1對電源電容C1充電，因而供應電力給控 制器晶片10。在交流對直流電源轉換器中，為了避免因直流 電壓VDC過低而造成負載電路發生不正讀的操作，因此設有 低壓狀態偵測器12監視直流電壓VDC。低壓狀態偵測器12 包括電阻R2、R3、R4以及磁滯比較器μ。電阻R2、R3及 R4分壓直流電壓VDC產生電壓V1，磁滯比較器14比較電 壓VI及臨界值Vref而決定保護信號Sc，進而啟動或關閉驅 動器18。低壓狀態谓測器12需要外部電阻R2、R3及R4， 而且控制器晶片10需要為其提供額外的接腳εν，因此增加 了成本。低壓狀態伯測器12也造成電流一直經由電阻R2、 201112595 R3及R4流向地端，導致能量消耗。 【發明内容】 本發明的目的之一’在於提出一種電源轉換器的控制器 晶片® 本發明的目的之一，在於提出一種電源轉換器的保護方 法。 根據本發明，一種電源轉換器的控制器晶片包括高壓接

腳、電源接腳及接面場效電晶體（juncti〇n Fieid Effect

Transistor; JFET)作為高壓啟動元件，該jpet具有汲極連接 該高壓接腳，二極體具有陽極連接該JFET的源極以及陰極連 接該JFET電晶體的閘極及該電源接腳，賴電路連接該 JFET的雜’監視該雜電壓以蚊猶錢，以及制器 連接該電雜腳’齡m電源接腳的電壓以決定侧信號供 切換該JFET。 根據本發明 裡电轉換H的賴方法包括在電源择 啟時經：聊職職料電，在該電源f容上㈣壓達湘 界值時截’以及在該肺τ鼓_職薦合 源極電壓以決定保護信號。 由於利用控制器晶片屌古从_广 , At 原有的尚壓啟動元件來達成電路名 蠖功能，因此不需要增加拎击丨。„ i制裔曰日片的接腳及外部元件。 【實施方式】 電源轉換器’其中控制器晶片20實 圖2係應用本發明的 201112595 現保護功能的機制與習知技術不同。在控制器晶片2〇中，作 為阿壓啟動元件22的ΠΈΤ 24具有汲極連接高壓接腳HV， 一極體Dh具有陽極連接jpET 24的源極以及陰極經限流電阻 仙連接IFET 24的閘極’二極體Dh的陰極亦連接電源接腳 VDD，開關ST連接在JFET 24的閘極及地端GND之間，偵 測器26偵測電源接腳VDD的電壓而決定偵測信號S1，用以 切換開關ST，保護電路28監視JFET 24的源極電壓JS而決 定保護信號。保護電路28包括低壓狀態偵測器30及過壓保 濩偵測器34。低壓狀態偵測器3〇具有磁滯比較器32比較電 壓JS及低壓臨界值vrefl而決定低壓保護信號BN〇,用以啟 動或關閉驅動器18。過壓保護偵測器34具有磁滯比較器36 比較電壓JS及過壓臨界值Vref2而決定過壓保護信號〇Vp 給驅動器18。 由於JFET 24的特性是被調製而成的，因此其臨界電壓 Vth與其汲極電壓VDC有密切關聯，圖3係二者之間的特性 曲線。參照圖2及圖3，在電源啟動時，交流電壓VAC剛供 應給電源轉換器’JFET 24的閘極及源極的電壓相等或幾乎相 等，因此JFET 24為導通狀態，電流經由JFET 24、二極體 Dh及電源接腳VDD對電源電容C1充電。偵測器26偵測電 源電容C1上的電壓VDD，例如使用比較器38比較電壓vDD 及臨界值UVLO，當電壓VDD達到UVLO時，偵測器26觸 發偵測信.號81而打開(>1111〇11)開關8丁，因此用£丁24的閘極 電壓JG被拉到0V，使付JFET 24變為截止狀態，亦即不再 導通電流，故可節省電能。由於此時電源電容C1上的電壓 201112595 VDD已足夠啟動控制器晶片20，故驅動器18被啟動以產生 控制信號Vgate切換功率開關Q1，進而啟動輔助線圈Laux 供應控制器晶片20所需的電力，此時電源轉換器的啟動完 成。 在電源轉換器啟動後，JFET 24的閘極電壓JG為0V， 電源接腳VDD的電壓大於臨界值UVL〇,因此jpET24的源 極電壓JS將被鎖在jpet 24的臨界電壓Vth，如圖3所示。 ^ 當直流電壓VDC改變時，JFET24的臨界電壓Vth也將跟著 變化，因此低壓狀態偵測器30可以藉由偵測JFET24的源極 電壓JS判斷直流電壓vdc是否過低。假設啟動電壓(brown_in) 的準位為114V ’而低壓狀態(brown_out)的準位為ιοον，從 圖3可知’電壓VDC為114V時電壓JS約1.2V，電壓VDC 為100V時電壓JS約l.iv，因此當低壓狀態偵測器3〇中的 磁滯比較器32偵測到電壓jS大於uv時，驅動器18可以 正常運作，當磁滯比較器32偵測到電壓JS小於1.iv時，將 φ 觸舍低壓保護信號BNO去關閉驅動器18。同樣的，過壓保 漢偵測為34也可以藉由偵測電壓js來判斷電壓vdc是否過 高。假設過電壓的準位設定為400V，由圖3可知，當電壓 VDC為400V時電壓JS約為4.4V，因此當過壓保護偵測器 34中的磁滯比較器36偵測到電壓JS大於4.4V時，將觸發過 壓保護信號OVP去關閉驅動電路18。 在本實施例中雖然只以低壓狀態保護及過壓保護為例， 但藉由偵測JFET24的汲極電壓JS來達成其他保護也是可以 的’例如過載保護補償。在本實施例中控制器晶片2〇利用高 201112595 壓接腳HV監視直流電壓VDC .來達成保護，在其他實施例中 也可以藉由監視交流電壓VAC或功率開關Q1的汲極電壓來 達成保護。 【圖式簡單說明】 圖1係習知的交流對直流電源轉換器； 圖2係本發明的實施例；以及 圖3係JFET的汲極電壓與臨界電壓之間的特性曲線。 【主要元件符號說明】 10 控制器晶片 12 低壓狀態彳貞測器 14 磁滞比較器 16 高壓啟動元件 18 驅動器 20 控制器晶片 22 高壓啟動元件 24 JFET 26 偵測器 28 保護電路 30 低壓狀態偵測器 32 磁滞比較器 34 過壓保護偵測器 36 磁滞比較器 201112595

Claims (1)

1. 201112595 七、申請專利範圍： L —種電源轉換器的控制器晶片，包括： 高壓接腳； 料高壓啟動元件的JFET，具核極連接該高壓接聊； - 電源接腳； 二極體，具有陽極連接該JFET的源極以及陰極連接該 JFET的閘極及該電源接腳； 偏蒦電路連接該肺T的源極，偵測該源極電壓以觸發 ® 偏蔓信號；以及 偵測器連接該電源接腳，偵測該電源接腳的電壓以觸發 偵測信號供切換該JFET。 2. 如請求項1之控制器晶片，其中該保護電路包括低壓狀態 偵測器連接該JFET的源極，偵測該源極電壓以觸發該保護 信號。 3. 如請求項2之控制器晶片，其中該低壓狀態偵測器包括磁 φ '/听比較器連接該JFET的源極，比較該源極電壓及低壓臨界 值。 4. 如請求項1之控制器晶片，其中該保護電路包括過壓保護 彳貞測器連接該JFET的源極，彳貞測該源極電壓以觸發該保護 ‘ 信號。 5. 如請求項4之控制器晶片’其中該過壓保護偵測器包括磁 滯比較器連接該JFET的源極，比較該源極電壓及過壓臨界 值。 6. 如請求項1之控制器晶片，其中該偵測器包括比較器連接 201112595 該電源接腳’比較該電源接腳的電壓及臨界值。 7. 如請求項1之控制器晶片，更包括開關連接在該JFET的閘 極及地端之間，受該偵測信號控制。 8. 如請求項1之控制器晶片，更包括電阻連接在該jpET的閘 極及源極之間。 9. 一種電源轉換器的保護方法，包括下列步驟： (A) 在電源開啟時經jpET對電源電容充電；

   (B) 偵測該電源電容上的電壓； (C) 在j電源電谷上的電壓達到臨界值時截止該吓et ; 以及 (D)在該JFET截止後監視該jpet的源極電壓以決定保 護信號。 ~ 10. 如凊求項9之保護方法’其巾該步驟c包括在該電源電容 上的電壓達到臨界值時將該JpET的間極接地。 11. 如請柄9之保财法，其巾該步驟D包括味該JFET 的源極電壓及低壓臨界值。 12. 如明求項9之保護方法，其中該步驟D包括比較該J航 的源極電壓及過壓臨界值。 13. 如明求項9之鱗方法，更包括在該肿τ截止後維 JFET的臨界電壓隨其沒極電壓變化。