TW201325045A - 具有過電壓保護的電力轉換電路 - Google Patents

Abstract

具有過電壓保護的電力轉換電路包含一第一電容、一第一電感、一開關、一感測電阻、一控制單元及一檢測單元，其中該檢測單元包含一稽納二極體、一電阻及一電晶體。當該稽納二極體接收的第一電壓超過一預定值時，該電晶體開啟，以降低該控制單元的第一端的電壓。然後，該控制單元根據該控制單元的第一端的電壓，產生一開關控制訊號，以關閉該開關。

Description

具有過電壓保護的電力轉換電路

本發明係有關於一種具有過電壓保護的電力轉換電路，尤指一種可利用檢測單元根據輸入端的電壓，限制電力轉換電路的開關所承受電壓的具有過電壓保護的電力轉換電路。

請參照第1圖，第1圖係為先前技術說明應用於發光二極體的電力轉換電路100的示意圖。如第1圖所示，電力轉換電路100包含一第一電容102、一第一電感104、一開關106、一感測電阻108、一控制單元110及一電容112。控制單元110具有一第一端，耦接於第一電容102的第一端，用以接收一第一電壓V1，一第二端，耦接於第一電感104的第二端，用以偵測流經開關106的一第一直流電流FDC，一第三端，耦接於開關106的第一端，用以感測流經開關106的第一直流電流FDC，以產生一感測電壓VS，及一第四端，耦接於開關106的第二端，用以輸出一開關控制訊號SS。控制單元110即可根據第一電壓V1、第一直流電流FDC及感測電壓VS，輸出開關控制訊號SS，以控制開關106的開啟與關閉。另外，電力轉換電路100不僅要達成電力轉換目的，且需要有高功率因素。當開關106開啟時，開關106的汲極端的電壓是電容112的電壓、來自第一電感104的反射電壓、以及第一電感104與電容112的共振電壓的總和。因此，開關106必須能忍受電容112的電壓、來自第一電感104的反射電壓、以及第一電感104與電容112的共振電壓的總和。

在實際應用上，電容112的電容值通常不大，且電容112之前往往有一些電路板外配接線的雜散電感，一些是為解決電磁相容(EMC)目的之電感。在這情況下，當第一電壓V1快速上升時，電容112的電壓會產生過衝(over shoot)電壓。如果第一電壓V1快速上升發生在開機(電容112初始電壓為零)時，過衝電壓可達開機瞬間第一電壓V1之兩倍。如果第一電壓V1快速上升發生在開機後斷電再來電(輸入接觸不良)時，因為開關106已經在切換，導致開關106的汲極端的電壓(電容112的電壓、來自第一電感104的反射電壓、以及第一電感104與電容112的共振電壓的總和)就非常高。因此，開關106必須選用耐高壓的電晶體，導致電力轉換電路100的成本提高。

本發明的一實施例提供一種具有過電壓保護的電力轉換電路。該電力轉換電路包含一第一電容、一第一電感、一開關、一感測電阻、一控制單元及一檢測單元。該第一電容具有一第一端，及一第二端；該第一電感，具有一第一端，耦接於該第一電容的第一端，及一第二端；該開關具有一第一端，耦接於該第一電感的第二端，一第二端，及一第三端；該感測電阻具有一第一端，耦接於該開關的第三端，及一第二端，耦接於該第一電容的第二端，其中該感測電阻係用以感測流經該開關的一第一直流電流，以產生一感測電壓；該控制單元具有一第一端，一第二端，用以接收該感測電壓，及一第三端，用以產生一開關控制訊號至一開關，其中該控制單元係根據該控制單元的第一端的電壓與該感測電壓，產生該開關控制訊號；該檢測單元包含一稽納二極體、一電阻及一電晶體；該稽納二極體具有一第一端，用以接收一第一電壓，及一第二端；該電阻具有一第一端，耦接於該稽納二極體的第二端，及一第二端，用以耦接於該第一電容的第二端；該電晶體具有一第一端，用以耦接於該控制單元的第一端，一第二端，耦接於該稽納二極體的第二端，及一第三端，耦接於該電阻的第二端。

本發明提供一種具有過電壓保護的電力轉換電路。該電力轉換電路係利用一檢測單元檢測一第一電壓。當該第一電壓大於一預定值時，一電晶體開啟，導致一控制單元的第一端的電壓被降低。此時，該控制單元根據該控制單元的第一端的電壓，產生一開關控制訊號，以關閉一開關。因此，該開關的第一端的電壓只包含一電容的電壓，而不包含來自一第一電感的反射電壓，以及該第一電感與該電容的共振電壓。如此，該電力轉換電路的開關並不需要是耐高壓的電晶體，且該電力轉換電路成本亦可降低。

請參照第2A圖，第2A圖係為本發明的一實施例說明具有過電壓保護的電力轉換電路200的示意圖。電力轉換電路200包含一第一電容202、一第一電感204、一開關206、一感測電阻208、一控制單元210及一檢測單元212。第一電容202具有一第一端，用以接收一第一電壓V1，及一第二端；第一電感204具有一第一端，耦接於第一電容202的第一端，及一第二端；開關206具有一第一端，耦接於第一電感204的第二端，一第二端，及一第三端，其中該開關係為一金氧半電晶體；感測電阻208具有一第一端，耦接於開關206的第三端，及一第二端，耦接於第一電容202的第二端，其中感測電阻208係用以感測流經開關206的一第一直流電流FDC，以產生一感測電壓VS。控制單元210具有一第一端，一第二端，用以接收感測電壓VS，及一第三端，用以產生一開關控制訊號SS至開關206，其中控制單元210係根據控制單元210的第一端的電壓VFB與感測電壓VS，產生開關控制訊號SS。檢測單元212包含一稽納二極體2122、一電阻2124及一電晶體2126。稽納二極體2122具有一第一端，用以接收第一電壓V1，及一第二端；電阻2124具有一第一端，耦接於稽納二極體2122的第二端，及一第二端，用以耦接於第一電容202的第二端；電晶體2126具有一第一端，用以耦接於控制單元210的第一端，一第二端，耦接於稽納二極體2122的第二端，及一第三端，耦接於電阻2126的第二端。另外，電力轉換電路200另包含一第二電感213、一二極體214及一第二電容216。第二電感213具有一第一端，及一第二端，其中第二電感213係用以磁耦合第一電感204，以產生一第二直流電流SDC；二極體214係耦接於第二電感213的第一端與第二端之間；第二電容216係耦接於第二電感213的第一端與第二端之間，其中第二電容216的第一端與第二端之間係用以耦接一負載218，且負載218係為至少一發光二極體。

當第一電壓V1升高到超過一預定值時，電晶體2126的第二端的電壓VG亦升高到足以開啟電晶體2126，導致控制單元210的第一端的電壓VFB被降低。此時，控制單元210根據控制單元210的第一端的電壓VFB，產生開關控制訊號SS，以關閉開關206。因此，開關206的第一端(汲極端)的電壓只包含一電容220的電壓，而不包含來自第一電感204的反射電壓，以及第一電感204與電容220的共振電壓。

請參照第2B圖，第2B圖係為本發明的另一實施例說明具有過電壓保護的電力轉換電路300的示意圖。電力轉換電路300和電力轉換電路200的差別在於電力轉換電路300另包含一分壓電路301。分壓電路301具有一第一端，耦接於第一電容202的第一端，一第二端，用以輸出第一電壓V1至稽納二極體2122的第一端，及一第三端，耦接於第一電容202的第二端。另外，電力轉換電路300的其餘操作原理皆和電力轉換電路200相同，在此不再贅述。

請參照第2C圖，第2C圖係為本發明的另一實施例說明具有過電壓保護的電力轉換電路400的示意圖。電力轉換電路400和電力轉換電路200的差別在於電力轉換電路400另包含整流器401具有一第一端，耦接於一交流電源AC的正端，用以接收一交流電壓VAC，一第二端，耦接於第一電容202的第一端，用以輸出第一電壓V1，一第三端，耦接於交流電源AC的負端，及一第四端，耦接於第一電容202的第二端。另外，電力轉換電路400的其餘操作原理皆和電力轉換電路200相同，在此不再贅述。

請參照第2D圖，第2D圖係為本發明的另一實施例說明具有過電壓保護的電力轉換電路500的示意圖。電力轉換電路500和電力轉換電路200的差別在於電力轉換電路500沒有第二電感213，且電力轉換電路500另包含一二極體514及一電容516，其中二極體514係耦接於第一電感204的第二端與電容516之間，且電容516係耦接於二極體514與第一電容202的第二端之間。但電力轉換電路500並不受限於二極體514係耦接於第一電感204的第二端與電容516之間，且電容516係耦接於二極體514與第一電容202的第二端之間。亦即電容516亦可耦接於第一電感204的第二端與二極體514之間，且二極體514亦可耦接於電容516與第一電容202的第二端之間。另外，電力轉換電路500的其餘操作原理皆和電力轉換電路200相同，在此不再贅述。

綜上所述，本發明所提供的具有過電壓保護的電力轉換電路係利用檢測單元檢測第一電壓(第一電容的第一端的電壓或分壓電路所產生的分壓)。當第一電壓大於預定值時，電晶體開啟，導致控制單元的第一端的電壓被降低。此時，控制單元根據控制單元的第一端的電壓，產生開關控制訊號，以關閉開關。因此，開關的第一端(汲極端)的電壓只包含電容的電壓，而不包含來自第一電感的反射電壓，以及第一電感與電容的共振電壓。如此，電力轉換電路的開關並不需要是耐高壓的電晶體，且電力轉換電路成本亦可降低。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100、200、300、400、500．．．電力轉換電路

102、202．．．第一電容

104、204．．．第一電感

106、206．．．開關

108、208．．．感測電阻

110、210．．．控制單元

112、220、516．．．電容

212．．．檢測單元

213．．．第二電感

214、514．．．二極體

216．．．第二電容

218．．．負載

301．．．分壓電路

401．．．整流器

2122．．．稽納二極體

2124．．．電阻

2126．．．電晶體

AC．．．交流電源

FDC．．．第一直流電流

SS．．．開關控制訊號

SDC．．．第二直流電流

VAC．．．交流電壓

VS．．．感測電壓

V1．．．第一電壓

VFB、VG．．．電壓

第1圖係為先前技術說明應用於發光二極體的電力轉換電路的示意圖。

第2A圖係為本發明的一實施例說明具有過電壓保護的電力轉換電路的示意圖。

第2B圖係為本發明的另一實施例說明具有過電壓保護的電力轉換電路的示意圖。

第2C圖係為本發明的另一實施例說明具有過電壓保護的電力轉換電路的示意圖。

第2D圖係為本發明的另一實施例說明具有過電壓保護的電力轉換電路的示意圖。

200．．．電力轉換電路

202．．．第一電容

204．．．第一電感

206．．．開關

208．．．感測電阻

210．．．控制單元

220．．．電容

212．．．檢測單元

213．．．第二電感

214．．．二極體

216．．．第二電容

218．．．負載

2122．．．稽納二極體

2124．．．電阻

2126．．．電晶體

FDC．．．第一直流電流

SS．．．開關控制訊號

SDC．．．第二直流電流

VS．．．感測電壓

V1．．．第一電壓

VFB、VG．．．電壓

Claims (9)

1. 一種具有過電壓保護的電力轉換電路，包含：一第一電容，具有一第一端，及一第二端；一第一電感，具有一第一端，耦接於該第一電容的第一端，及一第二端；一開關，具有一第一端，耦接於該第一電感的第二端，一第二端，及一第三端；一感測電阻，具有一第一端，耦接於該開關的第三端，及一第二端，耦接於該第一電容的第二端，其中該感測電阻係用以感測流經該開關的一第一直流電流，以產生一感測電壓；一控制單元，具有一第一端，一第二端，用以接收該感測電壓，及一第三端，用以產生一開關控制訊號至該開關，其中該控制單元係根據該控制單元的第一端的電壓與該感測電壓，產生該開關控制訊號；及一檢測單元，包含：一稽納二極體，具有一第一端，用以接收一第一電壓，及一第二端；一電阻，具有一第一端，耦接於該稽納二極體的第二端，及一第二端，用以耦接於該第一電容的第二端；及一電晶體，具有一第一端，用以耦接於該控制單元的第一端，一第二端，耦接於該稽納二極體的第二端，及一第三端，耦接於該電阻的第二端。
2. 如請求項1所述之電力轉換電路，其中當該第一電壓超過一預定值時，該電晶體開啟，以降低該控制單元的第一端的電壓。
3. 如請求項1所述之電力轉換電路，另包含：一第二電感，具有一第一端，及一第二端，該第二電感係用以磁耦合該第一電感，以產生一第二直流電流；一二極體，耦接於該第二電感的第一端與第二端之間；及一第二電容，耦接於該第二電感的第一端與第二端之間，其中該第二電容的第一端與第二端之間係用以耦接一負載。
4. 如請求項3所述之電力轉換電路，其中該負載係為至少一發光二極體。
5. 如請求項1所述之電力轉換電路，其中該第一電壓係為該第一電容的第一端的電壓。
6. 如請求項1所述之電力轉換電路，另包含：一整流器，具有一第一端，耦接於一交流電源的正端，用以接收一交流電壓，一第二端，耦接於該第一電容的第一端，用以輸出該第一電壓，一第三端，耦接於該交流電源的負端，及一第四端，耦接於該第一電容的第二端。
7. 如請求項1所述之電力轉換電路，另包含：一分壓電路，具有一第一端，耦接於該第一電容的第一端，一第二端，用以輸出該第一電壓至該稽納二極體的第一端，及一第三端，耦接於該第一電容的第二端。
8. 如請求項1所述之電力轉換電路，另包含：一二極體，耦接於該第一電感的第二端與該第一電容的第二端之間；及一電容，耦接於該第一電感的第二端與該第一電容的第二端之間。
9. 如請求項1所述之電力轉換電路，其中該開關係為一金氧半電晶體。