TW201444250A - 功率轉換控制器、功率轉換器及感應一功率轉換器之一輸入之方法 - Google Patents

功率轉換控制器、功率轉換器及感應一功率轉換器之一輸入之方法 Download PDF

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TW201444250A
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David Michael Hugh Matthews
Balu Balakrishnan
Zhao-Jun Wang
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Power Integrations Inc
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Abstract

一種功率轉換控制器，包含一輸入感測電路以接收表示一功率轉換器之輸入之輸入感測訊號。過零偵測器被耦合至該輸入感測電路，以因應於該輸入感測訊號下降至低於第一過零臨限值及上升至高於第二過零臨限值來確定過零區間。定時器電路被耦合至該過零偵測器，以確定峰區間並且同步化賦能訊號，該賦能訊號被產生以使得該輸入感測電路能夠於該功率轉換器之輸入之該等峰區間中感測該功率轉換器之輸入。比較器電路被耦合至該輸入感測電路及該定時器電路，以在該功率轉換器之輸入之該等峰區間中偵測該功率轉換器之輸入是否大於或小於臨限值。

Description

功率轉換控制器、功率轉換器及感應一功率轉換器之一輸入之方法
本發明係關於功率轉換器。更具體而言，本發明之實例係關於用一交流輸入電壓運行之功率轉換器。
用於離線(off-line)功率轉換器之控制器常常必須量測交流輸入電壓來執行下述功能，諸如欠電壓偵測、過電壓偵測以及自一暫時丟失輸入電壓進行快速復位。由於交流電壓以電力線路之頻率於一峰正值與一峰負值之間週期性地變化，該交流線路電壓通常在數值上被表示為與峰電壓成正比之一量。舉例而言，被稱為120伏特之常用交流功率線路電壓係為一正弦波之一均方根(rms)值，該正弦波之均方根值係為藉由將峰電壓之量值(169.7伏特)除以2之平方根獲得的。當120伏特rms之一交流電壓及120伏特之一直流電壓二者皆被施加至相同之電阻式負載(諸如一白熾燈)時，120伏特rms之交流電壓相當於120伏特之直流電壓。用於要求在一交流輸入電壓之指定限度內以特定方式運行之功率轉換器之控制器，通常必須確定交流輸入電壓之峰之量值。
量測一輸入電壓之電路通常藉由在該輸入電壓上使用一分壓器來量測一輸入電壓，該分壓器提供足夠低至供該電路處理之該輸入電 壓之一已知部分。為了降低功率消耗，該分壓器之元件被選擇以自輸入取得不多於必要之電流。為了進一步降低功率消耗並減少元件數目，可使用表示該輸入電壓之一電流來代替一分壓器。然而，該電流需要足夠大才能保證在有雜訊時亦能有可靠的量測。自輸入電壓之源(source)取得之功率與該電壓與該電流之乘積成正比。由於交流輸入之峰值可為數百伏特，所以甚至是可靠量測所能接受之最小電流仍能導致一顯著之功率損失，尤其是當功率轉換器具有一輕負載或無負載時。功率轉換器需要一能夠以低功率消耗可靠地感測交流電力線路之控制器。
本發明之一目的係提供一種功率轉換控制器，該功率轉換控制器包含一輸入感測電路、一過零(zero-crossing)偵測器、一定時器電路以及一比較器電路。該輸入感測電路用以接收表示一功率轉換器之一輸入之一輸入感測訊號。該過零偵測器被耦合至該輸入感測電路，以因應於該輸入感測訊號下降至低於一第一過零臨限值及上升至高於一第二過零臨限值來確定該功率轉換器之該輸入之複數個過零區間。該定時器電路被耦合至該過零偵測器，以因應於該等過零區間來確定該功率轉換器之該輸入之複數個峰區間。該定時器電路被耦合以同步化一賦能訊號，該賦能訊號被產生以使該輸入感測電路能夠於該功率轉換器之該輸入之該等峰區間中感測該功率轉換器之該輸入。該比較器電路被耦合至該輸入感測電路及該定時器電路，其中該比較器被耦合以於該功率轉換器之該輸入之該等峰區間中偵測該功率轉換器之該輸入是否大於或小於一或多個臨限值。
本發明之另一目的係提供一種功率轉換控制器，該功率轉換 控制器包含一輸入感測電路、一過零偵測器、一定時器電路以及一採樣器電路。該輸入感測電路用以接收表示一功率轉換器之一輸入之一輸入感測訊號。該過零偵測器被耦合至該輸入感測電路，以因應於該輸入感測訊號下降至低於一第一過零臨限值及上升至高於一第二過零臨限值來確定該功率轉換器之該輸入之複數個過零區間。該定時器電路被耦合至該過零偵測器，以因應於該等過零區間來確定該功率轉換器之該輸入之複數個峰區間。該定時器電路被耦合以同步一賦能訊號，該賦能訊號被產生以使該輸入感測電路能夠於該功率轉換器之該輸入之該等峰區間中感測該功率轉換器之該輸入。該採樣器電路被耦合至該輸入感測電路及該定時器電路，其中該採樣器電路被耦合以因應於該定時器電路而於該等峰區間中採樣該輸入感測訊號。
本發明之再一目的係提供一種功率轉換器，該功率轉換器包含一能量傳遞元件、一功率開關、以及一功率轉換控制器。該能量傳遞元件被耦合於該功率轉換器之一輸入與該功率轉換器之一輸出之間。該功率開關被耦合至該功率轉換器之該輸入及該能量傳遞元件。該功率轉換控制器被耦合以產生一驅動訊號，該驅動訊號被耦合以因應於表示該功率轉換器之該輸出之一回饋訊號來控制該功率開關之切換，從而控制自該功率轉換器之該輸入至該功率轉換器之該輸出之一能量傳遞。該功率轉換器包含一輸入感測電路、一過零檢測器、一定時器電路、以及一比較器電路。該輸入感測電路用以接收表示一功率轉換器之一輸入之一輸入感測訊號。該過零檢測器被耦合至該輸入感測電路，以因應於該輸入感測訊號下降至低於一第一過零臨限值及上升至高於一第二過零臨限值來確定該功率轉換器 之該輸入之複數個過零區間。該定時器電路被耦合至該過零偵測器，以因應於該等過零區間來確定該功率轉換器之該輸入之複數個峰區間。該定時器電路被耦合以同步一賦能訊號，該賦能訊號被產生以使得該輸入感測電路能夠於該功率轉換器之該輸入之該等峰區間中感測該功率轉換器之該輸入。該比較器電路被耦合至該輸入感測電路及該定時器電路，其中該比較器被耦合以於該功率轉換器之該輸入之該等峰區間中偵測該功率轉換器之該輸入是否大於或小於一或多個臨限值。
本發明之又一目的係提供一種用於感測一功率轉換器之一輸入之方法，該方法包含：接收表示該功率轉換器之該輸入之一輸入感測訊號；因應於該輸入感測訊號下降至低於一第一過零臨限值及上升至高於一第二過零臨限值來偵測一交流輸入電壓之複數個過零區間；因應於該等所偵測到之過零區間，使一定時器與該交流輸入電壓同步；因應於該定時器來閉合一線路感測開關，以於該交流輸入線路電壓之該等峰區間中賦能對該輸入感測訊號之感測；以及因應於該定時器來斷開該線路感測開關，以於除了該交流輸入線路電壓之該等峰區間之外之區間中禁止對該輸入感測訊號之感測。
本發明之另一目的係提供一種功率轉換控制器，該功率轉換控制器包含一輸入感測電路、一負載偵測電路、以及一比較器電路。該輸入感測電路用以接收表示一功率轉換器之一輸入之一輸入感測訊號。該負載偵測電路被耦合至表示該功率轉換器之一輸出處之一負載之一訊號，其中該負載偵測電路被耦合以控制該輸入感測電路，使得當該功率轉換器之該輸出處之該負載大於一第一位準時，該輸入感測電路被耦合以持續地接 收該輸入感測訊號。該負載偵測電路被耦合以控制該輸入感測電路，使得當該功率轉換器之該輸出處之該負載小於一第二位準時，該輸入感測電路被耦合以週期性地接收該輸入感測訊號。該比較器電路被耦合至該輸入感測電路及該負載偵測電路，其中該比較器被耦合以偵測該功率轉換器之該輸入是否大於或小於一或多個輸入臨限值。
在參閱圖式及隨後描述之實施方式後，該技術域具有通常知識者便可瞭解本發明之其他目的，以及本發明之技術手段及實施態樣。
100‧‧‧交流-直流功率轉換器
102‧‧‧交流輸入電壓
104‧‧‧二極體
106‧‧‧二極體
108‧‧‧全波橋式整流器
110‧‧‧輸入電容器
112‧‧‧直流電壓
114‧‧‧輸入返回
116‧‧‧鉗位電路
118‧‧‧初級繞組
120‧‧‧耦合電感器
122‧‧‧次級繞組
124‧‧‧輸出二極體
126‧‧‧輸出電容器
128‧‧‧輸出電流
130‧‧‧輸出電壓
132‧‧‧輸出返回
134‧‧‧負載
136‧‧‧開關電流
138‧‧‧電流感測端子
140‧‧‧輸入感測電阻器
142‧‧‧輸入電壓感測端子
144‧‧‧輸出電壓感測端子
146‧‧‧控制器
148‧‧‧驅動訊號端子
150‧‧‧開關
152‧‧‧經整流之電壓
154‧‧‧線路輸入端子
156‧‧‧中性輸入端子
200‧‧‧功能框圖
202‧‧‧控制器
204‧‧‧高電壓電晶體
206‧‧‧過零訊號
208‧‧‧「量測賦能」訊號
209‧‧‧「賦能」訊號
210‧‧‧定時器
212‧‧‧振盪器
214‧‧‧「比較賦能」訊號
216‧‧‧過零偵測器
218‧‧‧「啟動」訊號
220‧‧‧「或」閘
222‧‧‧低電壓電晶體
224‧‧‧電流
226‧‧‧緩衝放大器
227‧‧‧電晶體
228‧‧‧電晶體
230‧‧‧鏡像電流
232‧‧‧經緩衝之感測訊號
234‧‧‧比較器
236‧‧‧「過電壓」訊號
238‧‧‧「欠電壓」訊號
240‧‧‧功能框圖
242‧‧‧控制器
244‧‧‧經調節之內部電壓
246‧‧‧過零偵測器
250‧‧‧電壓
252‧‧‧汲極
254‧‧‧源極
256‧‧‧閘極
270‧‧‧功能框圖
272‧‧‧控制器
276‧‧‧高電壓電晶體
278‧‧‧汲極
280‧‧‧閘極
282‧‧‧源極
300‧‧‧時序圖
305‧‧‧峰值
308‧‧‧波形
314‧‧‧波形
324‧‧‧波形
325‧‧‧包絡
350‧‧‧時序圖
352‧‧‧波形
355‧‧‧包絡
360‧‧‧鉗位電壓
365‧‧‧過零臨限值
370‧‧‧波形
375‧‧‧波形
380‧‧‧波形
400‧‧‧功能框圖
402‧‧‧控制器
406‧‧‧高電壓電晶體
408‧‧‧「量測賦能」訊號
410‧‧‧定時器
412‧‧‧振盪器
414‧‧‧「採樣賦能」訊號
416‧‧‧過零偵測器
418‧‧‧「啟動」訊號
420‧‧‧「或」閘
422‧‧‧低電壓電晶體
424‧‧‧電流
426‧‧‧緩衝放大器
427‧‧‧電晶體
428‧‧‧電晶體
430‧‧‧鏡像電流
432‧‧‧經緩衝之感測訊號
434‧‧‧採樣器
436‧‧‧過電壓訊號
438‧‧‧欠電壓訊號
442‧‧‧樣本處理器
500‧‧‧時序圖
505‧‧‧峰值
508‧‧‧波形
514‧‧‧波形
524‧‧‧波形
525‧‧‧包絡
535‧‧‧採樣區間
552‧‧‧波形
600‧‧‧流程圖
605~695‧‧‧區塊
700‧‧‧流程圖
702~740‧‧‧區塊
800‧‧‧示意圖
824‧‧‧輸出二極體
846‧‧‧控制器
852‧‧‧切換電壓
854‧‧‧切換電壓訊號
856‧‧‧隔離電路
858‧‧‧切換電壓感測訊號
900‧‧‧功能框圖
905‧‧‧功率轉換控制器
910‧‧‧寄生電容
915‧‧‧寄生電容
920‧‧‧電流源
1000‧‧‧示意圖
1046‧‧‧控制器
1052‧‧‧半波整流之電壓
1105‧‧‧包絡
1152‧‧‧波形
1154‧‧‧基本線性部分
1165‧‧‧第一過零臨限值
1170‧‧‧波形
1175‧‧‧波形
1180‧‧‧波形
1200‧‧‧功率轉換器
1252‧‧‧整流之電壓
1302‧‧‧控制器
1304‧‧‧高電壓開關
1308‧‧‧「量測賦能」訊號
1310‧‧‧定時器電路
1312‧‧‧電路框/開關驅動電路
1314‧‧‧訊號
1318‧‧‧「啟動」訊號
1320‧‧‧「或」閘
1334‧‧‧比較器
1336‧‧‧訊號
1338‧‧‧訊號
1348‧‧‧驅動訊號
1350‧‧‧訊號
H‧‧‧高邏輯位準
L‧‧‧低邏輯位準
K‧‧‧比率
t0-t14‧‧‧時刻
TL‧‧‧交流線路週期
TP‧‧‧量測區間
TS‧‧‧切換週期
TW1‧‧‧第一等待區間
TW2‧‧‧第二等待區間
TW3‧‧‧第三等待區間
TZ‧‧‧量測區間
參照下列圖描述本發明之非限制性及非窮舉性之實施例，其中在各個視圖中，除非另有指定，相同之參考數字指代相同之部分。
第1圖係為根據本發明之教導之一示例性功率轉換器之示意圖，該功率轉換器包含感測一交流輸入電壓之一控制器。
第2A圖係為根據本發明之教導之一示例性功率轉換控制器之功能框圖，例示了具有低功率消耗之一交流電壓感測器之元件。
第2B圖係為根據本發明之教導之一示例性功率轉換控制器之功能框圖，例示了具有低功率消耗之一替代的交流電壓感測器之元件。
第2C圖係為根據本發明之教導之一示例性功率轉換控制器之功能框圖，例示了具有低功率消耗之另一個替代的交流電壓感測器之元件。
第3A圖係為根據本發明之教導之示出了示例性波形之時序圖，該波形例示了第2A圖中示出之具有低功率消耗之示例性交流電壓感測器之運行。
第3B圖係為根據本發明之教導之示出了示例性波形之時序圖，該波形例示了第2B圖中示出之具有低功率消耗之替代示例性交流電壓感測器之運行。
第4圖係為根據本發明之教導之另一示例性功率轉換控制器之功能框圖，例示了具有低功率消耗之一替代的交流電壓感測器之元件。
第5圖係為根據本發明之教導之示出了示例性波形之時序圖，該波形例示了第4圖中示出之具有低功率消耗之示例性交流電壓感測器之運行。
第6圖係為根據本發明之教導之流程圖，該流程圖例示了用於以低功率消耗感測一交流電壓以及偵測過電壓狀況及欠電壓狀況之一示例性過程。
第7圖係為根據本發明之教導之流程圖，該流程圖例示了第6圖之用於以低功率消耗感測一交流電壓以及偵測過電壓狀況及欠電壓狀況之示例性過程之一變型。
第8圖係為根據本發明之教導之一示例性功率轉換器之示意圖，該功率轉換器包含一控制器，該控制器除了以低功率消耗感測一交流輸入電壓以外，亦以低功率消耗感測表示一交流輸入電壓之一開關電壓。
第9圖係為一示例性功率轉換控制器之功能框圖，例示了寄生電容及一放電電流源。
第10圖係為根據本發明之教導之一示例性功率轉換器之示意圖，示出了一替代電路及以低功率消耗感測一交流輸入電壓之控制器。
第11圖係為根據本發明之教導之示出了示例性波形之時序 圖，該波形例示了第10圖之替代電路及以低功率消耗感測一交流電壓之控制器之運行。
第12圖係為根據本發明之教導之一示例性功率轉換器之示意圖，示出了又一替代電路及以低功率消耗感測一交流輸入電壓之控制器。
第13圖係為根據本發明之教導之功能框圖，示出了以低功率消耗感測一交流輸入電壓之一替代的示例性功率轉換控制器。
在附圖之此等視圖中，對應之參考字符指示對應之元件。技術人員將意識到，該等圖中之元件係為了簡化及清楚起見被例示的，且未必按比例繪製。舉例而言，在此等圖中，一些元件之尺度可能相對於其他元件被誇大，以幫助增進對本發明之多種實施例之理解。而且，通常未描繪在商業可行之實施例中有用或必要之常用但眾所周知之元件，以免妨礙對本發明之此等實施例之觀察。
下列描述將闡述眾多具體細節，以提供對本發明之透徹理解。然而，應明瞭，對於此項技術中具有通常知識者，實踐本發明不必需採用該具體細節。在其他場合，未詳細描述眾所周知之材料或方法，以免模糊本發明。
本說明書通篇提及之「一個實施例」、「一實施例」、「一個實例」或「一實例」意味著結合該實施例或實例描述之一具體特徵、結構或特性被包含於本發明之至少一個實施例中。因此，在本說明書各處出現之片語「在一個實施例中」、「在一實施例中」、「一個實例」或「一實例」未必都指代相同之實施例或實例。此外，該等具體特徵、結構或特性可以於 一或多個實施例或實例中以任何合適之組合及/或子組合進行組合。該等具體特徵、結構或特性可以被包含於一積體電路、一電子電路、一組合邏輯電路或提供所描述之功能性之其他合適之元件中。另外，應意識到，此處提供之圖係為了向此項技術中具有通常知識者解釋，並且該等繪圖未必按比例繪製。
第1圖之示意圖描繪了一交流-直流功率轉換器100(交流輸入、直流輸出)之一個實例之突出特徵，該功率轉換器100接收具有週期為TL之一基本正弦波形之一交流輸入電壓VAC 102。交流線路週期TL係為交流線路頻率之倒數。標準交流線路頻率係為標稱50赫茲或60赫茲，取決於電力系統之國家及地區。為世界各地運行而設計之功率轉換器通常接受47赫茲與63赫茲之間之交流線路頻率，分別對應於約21微秒與16微秒之間之交流線路週期。第1圖之示例性功率轉換器中之一控制器146包含根據本發明之教導之一交流電壓感測器。第1圖之示例性交流-直流功率轉換器向一負載134提供一基本直流之輸出電壓VO 130及一基本直流之輸出電流IO 128。
第1圖所例示之功率轉換器為一返馳(flyback)功率轉換器，原因在於其所具有之特殊的電路拓撲。被控制以產生一經調節之輸出之一功率轉換器有時被稱作一經調節之電源。產生一經調節之輸出之一返馳轉換器有時被稱作一返馳電源。熟習此項技術者應意識到，在本公開文本中描述之本發明不限於使用一特定電路拓撲之功率轉換器，且用一交流輸入電壓運行之任何類型之功率轉換器皆可以受益於本發明之特徵。
在第1圖之示例性功率轉換器中，一全波橋式整流器108於線路輸入端子L 154與中性輸入端子(neutral input terminal)N 156之間接收交 流輸入電壓VAC 102，以在輸入電容器C1 110上產生一直流電壓VBULK 112。直流電壓VBULK 112相對於一輸入返回114為正的(positive)，且具有一以該交流線路之兩倍頻率(半週期)隨時間變化之分量，因為於線路電壓波形102之峰之間該功率轉換器自該電容器移除能量。體電壓(bulk voltage)VBULK 112之最大值約為交流輸入電壓VAC 102之峰量值。當交流輸入電壓VAC 102存在時，體電壓VBULK 112之最小值實質上大於零，且在交流輸入電壓VAC 102被移除之後，體電壓VBULK 112可能需要數十秒以衰減至一最小臨限值以下。因此，必須在交流輸入電壓之幾個週期內偵測一輸入欠電壓狀況之一功率轉換控制器不能藉由量測體電壓VBULK 112來做到此點。
第1圖之實例中之直流電壓VBULK 112被耦合至一耦合電感器T1 120，該耦合電感器T1 120有時被稱為一變壓器。耦合電感器T1 120係為第1圖之實例中之一能量傳遞元件。耦合電感器T1 120包含一初級繞組118及一次級繞組122。初級繞組118有時被稱為一輸入繞組，且次級繞組122有時被稱為一輸出繞組。在第1圖之實例中，次級繞組122之一端被耦合至一輸出返回132。在其他實例中，耦合電感器T1 120可以具有耦合至輸出返回132之附加之繞組，以及耦合至輸入返回114之附加之繞組。耦合至輸出返回132之附加之繞組有時被稱為輸出繞組。耦合至輸入返回114之附加之繞組有時被稱為偏壓繞組、輔助繞組或初級感測繞組。
在第1圖之實例中，初級繞組118之一端接收直流電壓VBULK 112。初級繞組118之另一端被耦合至一開關S1 150，該開關S1 150因應於來自一控制器146之一驅動訊號來斷開及閉合。一鉗位電路116被耦合於初級繞組118之兩端，以保護開關S1 150免受可能由開關S1 150之切換導致之過 高之電壓。
在一實際之功率轉換器中，開關S1 150通常係為一半導體元件，諸如像由一驅動訊號控制以斷開或閉合之一電晶體。一斷開之開關不能傳導電流。一閉合之開關可以傳導電流。
在第1圖之實例中，開關S1 150自控制器146之一驅動訊號端子148接收一驅動訊號。該驅動訊號以週期TS於一高值與一低值之間週期性地變化，該週期TS係為切換週期。切換週期TS遠小於交流線路週期TL。切換週期TS係為切換頻率之倒數。在一個實例中，當該功率轉換器向負載134提供最大輸出功率時，切換週期TS係為大約15微秒或更小，而交流線路週期TL係為大約20毫秒。換言之，交流線路週期TL一般比切換週期TS大1000倍以上，使得於一個交流線路週期內一般可以存在多於1000個切換週期。
在第1圖之示例性功率轉換器中，開關S1 150之切換於耦合電感器T1 120之初級繞組118及次級繞組122中產生脈動電流。來自次級繞組122之電流被二極體D1 124整流且被一輸出電容器C2 126濾波，以產生一輸出電壓VO 130及一輸出電流IO 128。在第1圖之實例中，輸出電壓VO 130相對於一輸出返回132係為正的。
在第1圖之實例中，輸入返回114與輸出返回132之間係為流電隔離(galvanically isoloated)。流電隔離防止了功率轉換器之輸入與輸出之間之直流電流。換言之，施加於具有流電隔離之一功率轉換器之一輸入端子與一輸出端子之間之一直流電壓將於該功率轉換器之輸入端子與輸出端子之間實質上不產生直流電流。應意識到，在其他實例中，根據系統隔離需要亦可以使用不具有流電隔離之功率轉換器，且仍會受益於本發明之 教導。
在第1圖之實例中，控制器146於一輸入電壓感測端子142處接收一輸入電壓感測訊號，於一輸出電壓感測端子144處接收一輸出電壓感測訊號，以及於一電流感測端子138處接收用於調節輸出電壓VO 130之一電流感測訊號。控制器146之電壓以輸入返回114作為參考。於輸出電壓感測端子144處接收之輸出電壓感測訊號可以藉由下列任何已知之技術(第1圖中未示出)與輸出返回132流電隔離，該已知之技術包含：諸如藉由使用一光耦合器、或藉由使用一變壓器上之一繞組、或藉由使用作為一積體電路封裝體之一引腳框架之一部分之磁耦合導體、或藉由使用專用高電壓安全電容器。
亦可以應用許多已知之技術，來感測開關電流IS1 136以於電流感測端子138處獲得電流感測訊號。舉例而言，開關電流IS1 136可以作為一分立電阻器(discrete resistor)上之一電壓被感測、或作為來自一電流變換器(current transformer)之一電流被感測、或作為一金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)之導通電阻兩端之一電壓被感測、或作為來自一電流感測場效應電晶體(感測FET)之感測輸出之一電流被感測。
在第1圖之實例中，交流輸入電壓VAC 102作為在二極體104及106之陰極處之一經整流之電壓VRECT 152被感測。二極體106之陽極被耦合至線路輸入端子L 154，且二極體104之陽極被耦合至中性輸入端子N 156。經整流之輸入電壓VRECT 152相對於輸入返回114係為正的。經整流之輸入電壓VRECT 152被耦合至一輸入感測電阻器R1 140，之後其於控制器146之輸入電壓感測端子142處被接收。電阻器R1中之電流經由橋式整流器108 返回至輸入。
在第1圖之實例中，經整流之電壓VRECT 152係為一經全波整流之電壓。第1圖之實例中之經整流之電壓VRECT 152之峰與交流輸入電壓VAC 102之正峰及負峰一致，且經整流之電壓VRECT 152之穀與交流輸入電壓VAC 102之過零(zero-crossing)一致。與直流體電壓VBULK 112形成對照，第1圖之實例中之經整流之電壓VRECT 152在每個交流線路週期TL內變至零兩次。在本公開文本中稍後例示之其他實例中，經整流之電壓VRECT 152可以係為在每個交流線路週期TL內具有一個峰值之一經半波整流之電壓。
第2A圖係為根據本發明之教導之用於第1圖之示例性功率轉換器之一示例性控制器202之功能框圖200，例示了具有低功率消耗之一交流電壓感測器之元件。在第2A圖之實例中，控制器202係為一積體電路，該積體電路包含一可選之振盪器212、一定時器210、一過零偵測器216、一緩衝放大器226、比較器234、一「或」閘220、一高電壓電晶體QHV 204以及由電晶體227及228形成之一電流鏡。在一個實例中，緩衝放大器226、「或」閘220、高電壓電晶體QHV 204以及由電晶體227及228形成之電流鏡可以被認為係為包含於控制器202中之一輸入感測電路之一部分。
來自可選之振盪器212之訊號一般係為控制器202中之所有電路皆可用的，以進行同步及定時。在一些控制器中，用於同步及定時之訊號可以係為自任何合適之時間標記器(諸如一系統時鐘)而不是自一振盪器接收的。熟習此項技術者應意識到，一功率轉換控制器無需完全位於一積體電路內。舉例而言，高電壓電晶體QHV 204可以係為一積體電路外部之一分立電晶體，且控制器之其他元件可以被包含於一或多個積體電路中。
在第2A圖之實例中，控制器202於一輸入電壓感測端子142處接收一輸入電壓感測訊號，該輸入電壓感測端子142被耦合至一輸入感測電阻器R1 140之一端。輸入感測電阻器R1 140之另一端可以被耦合至一經整流之交流輸入電壓，例如第1圖之實例中示出之VRECT 152。第2A圖中之示例性控制器202之輸入電壓感測端子142相對於輸入返回114係為一高電壓端子。一積體電路之一高電壓端子通常適合於承受相對於接地端子而言大於30伏特之電壓，而不損害或破壞積體電路之運行。在第2A圖之實例中，輸入電壓感測端子142處之電壓可以與經整流之電壓VRECT 152之峰一樣高，該經整流之電壓VRECT 152之峰可能會超過數百伏特。
在第2A圖之實例中，輸入電壓感測端子142被耦合至一高電壓電晶體QHV 204之汲極D 252。在一個實例中，高電壓電晶體QHV 204係為一n溝道增強型金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)。在第2A圖之實例中，高電壓電晶體QHV 204之閘極G 256耦合至一「或」閘220之輸出，且高電壓電晶體QHV 204之一源極S 254耦合至一低電壓MOSFET 227之汲極及閘極。
當高電壓電晶體QHV 204處於一導通(ON)狀態時，其可以於汲極與源極之間傳導電流。當高電壓電晶體QHV 204處於一截止(OFF)狀態時，其不能傳導電流。處於導通狀態之一電晶體可以被認為係為一閉合之開關。處於截止狀態之一電晶體可以被認為係為一斷開之開關。當閘極G 256處之電壓比源極S 254處之電壓大多於一臨限值電壓VT時，高電壓電晶體QHV 204處於一導通狀態。相反，當閘極G 256處之電壓不比源極S 254處之電壓大多於一臨限值電壓VT時，高電壓電晶體QHV 204處於一截止狀 態。處於一導通狀態之一電晶體有時被稱為係為導通的。處於一截止狀態之一電晶體有時被稱為係為截止的。
在一個實例中，高電壓電晶體QHV 204之臨限值電壓VT一般係為2.5伏特。在一個實例中，「或」閘220之輸出在一邏輯高位準時為約5.8伏特，且「或」閘220之輸出在一邏輯低位準時為基本零伏特。換言之，當「或」閘220之輸出處於一邏輯高位準時，高電壓電晶體QHV 204可以傳導電流，且當「或」閘220之輸出處於一邏輯低位準時，高電壓電晶體QHV 204不能傳導電流。
第2A圖之實例中之「或」閘220之輸出確定何時高電壓電晶體QHV 204導通以及何時高電壓電晶體QHV 204截止。當第2A圖之示例性控制器中之高電壓電晶體QHV 204導通時，輸入電壓感測端子142可以經由輸入感測電阻器R1 140自交流輸入VAC 102接收電流IR1 224。當高電壓電晶體QHV 204截止時，輸入電壓感測端子142基本不自交流輸入VAC 102接收電流。換言之，第2A圖之實例中之控制器202僅於高電壓電晶體QHV 204導通時才感測輸入電壓VAC 102。根據本發明之教導，第2A圖之實例中之控制器202藉由限制輸入電壓感測端子142自交流輸入VAC 102接收電流之時間，來降低在感測交流輸入電壓VAC 102中消耗之功率。
根據本發明之教導，第2A圖之實例中之高電壓電晶體QHV 204可以被認為係為一線路感測開關，該線路感測開關閉合以允許對交流輸入線路VAC 102之感測，且該線路感測開關斷開以防止功率消耗對交流輸入線路VAC 102之感測。
當第2A圖之示例性控制器中之高電壓電晶體QHV 204導通 時，表示經整流之交流線路電壓VRECT 152之一電流IR1 224可以進入電晶體227之汲極。電晶體227及228形成具有一比率K之一電流鏡，該電流鏡將電晶體227之汲極中之電流IR1 224縮放成電晶體228之汲極中之一鏡像電流IMR1 230，該鏡像電流IMR1 230係為IR1乘以K。如所描繪之實例中示出之，鏡像電流IMR1被一緩衝放大器226處理，該緩衝放大器226被耦合以產生一經緩衝之感測訊號232。第2A圖之實例中之緩衝放大器226可以根據需要提供放大、位準移動、電流-電壓轉換以及本領域中已知之任何其他轉變，以使經緩衝之感測訊號232與接收其之電路(諸如一過零偵測器216及比較器234)兼容。
一過零偵測器216接收經緩衝之感測訊號232，以產生被一定時器210接收之一過零訊號206。在第2A圖之實例中，電流IR1 224不變成負，但當交流輸入電壓VAC 102穿過零時，電流IR1 224基本變至零。因此，可以由電流IR1 224變至零附近之一第一過零臨限值以下之時間、及電流IR1 224變至零附近之一第二過零臨限值以上之時間來推斷交流輸入電壓VAC 102之過零。定時器210接收過零訊號206，以將定時器210與交流輸入電壓VAC 102之頻率及過零同步。稍後在本公開文本中給出了時序圖，以例示第2A圖之示例性控制器中之一些訊號之間之關係。
第2A圖之實例中之定時器210產生一「量測賦能」訊號208，該「量測賦能」訊號208於「或」閘220之一輸入處被接收。當「或」閘220之一輸入處於一邏輯高位準時，高電壓電晶體QHV 204導通。在一個實例中，在預計所述交流輸入電壓VAC 102將過零之一部分交流線路週期期間，「量測賦能」訊號208係為一邏輯高位準。在一個實例中，在預計所述交流輸入電 壓VAC 102將達到一峰值之一部分交流線路週期期間，「量測賦能」訊號208亦處於一邏輯高位準。換言之，當「量測賦能」訊號208處於一邏輯高位準時，第2A圖之實例中之控制器202感測交流輸入電壓VAC 102。
第2A圖之實例中之定時器210亦產生由比較器234接收之一「比較賦能」訊號214。在第2A圖之實例中，在預計所述交流輸入電壓VAC 102達到一峰值之一部分交流線路週期期間，比較器234評估經緩衝之感測訊號232之值，以確定交流輸入電壓VAC 102是否在用於功率轉換器之運行之指定範圍內。當交流輸入電壓VAC 102在用於功率轉換器之運行之指定範圍之外時，比較器234因應於「比較賦能」訊號214來使一「過電壓」訊號236或一「欠電壓」訊號238有效。
在第2A圖之實例中，「或」閘220之一輸入接收一「啟動」訊號218。在交流輸入電壓VAC 102被施加之後緊接著之交流輸入線路之幾個週期期間，「啟動(POWER-UP)」訊號218係為一邏輯高位準且控制器202啟動，然後「啟動」訊號218返回至一邏輯低位準，直至交流輸入電壓VAC 102被移除及被再次施加。在一個實例中，當「啟動」訊號218係為一邏輯高位準時，高電壓電晶體QHV 204持續地導通，且定時器210與交流輸入電壓VAC 102之過零同步。根據本發明之教導，在定時器210與該交流輸入同步之後，控制器202開始以一低功率消耗模式感測交流輸入電壓VAC 102，從而僅在有限之時間接收來自交流輸入電壓VAC 102之電流。
第2B圖係為根據本發明之教導之用於第1圖中之功率轉換器之一示例性控制器242之功能框圖240，例示了具有低功率消耗之一替代之交流電壓感測器之元件。第2B圖包含第2A圖之實例中例示之許多元件。
在第2B圖之替代實例中，高電壓電晶體QHV 204之閘極G 256被耦合至一經調節之內部電壓VDD 244，且高電壓電晶體QHV 204之源極S 254被耦合至一低電壓電晶體QLV 222之汲極。在一個實例中，經調節之內部電壓VDD 244係為約5.8伏特。低電壓電晶體QLV 222之源極被耦合至如第2A圖中之電流鏡之電晶體227。第2B圖中之交流電壓感測器之替代配置之一有益效果係為，在預計所述交流輸入電壓VAC 102過零之一部分交流線路週期期間，定時器210不必接通一電晶體。相反，當低電壓電晶體QLV 222截止時，於高電壓電晶體QHV 204之源極S 254處出現一電壓VZC 250，該電壓VZC 250可以被過零偵測器246接收。由於第2B圖之交流電壓感測器之該替代配置不要求使用來自交流輸入電壓VAC 102之電流來確定過零，故電壓VZC 250可以被持續地監測，以指示過零而不會以功率消耗為代價。
當低電壓電晶體QLV 222截止時，在其汲極處之電壓VZC 250跟隨經整流之電壓VRECT 152到達一上限，該上限係為VDD 244減去高電壓電晶體QHV 204之臨限電壓VT。當交流輸入電壓VAC 102穿過零時，電壓VZC 250為零。因此，低電壓電晶體QLV 222之汲極處之電壓VZC 250可以被用來感測交流輸入電壓VAC 102之過零。
在第2B圖之替代實例中，定時器210產生一「賦能」訊號209，該「賦能」訊號209被耦合至低電壓電晶體QLV 222之閘極且被比較器234接收。在預計所述交流輸入電壓VAC 102達到一峰值之一部分交流線路週期期間，「賦能」訊號209係為一邏輯高位準。當「賦能」訊號209為高時，低電壓電晶體QLV 222接通，從而允許控制器242感測交流輸入電壓VAC 102之峰。根據本發明之教導，當「賦能」訊號209為低時，低電壓電晶體QLV 222 關斷，從而防止控制器242接收來自交流輸入電壓VAC 102之電流。
在第2B圖之替代實例中之低電壓電晶體QLV 222可以被認為係為一線路感測開關，該線路感測開關閉合以允許感測交流輸入線路VAC 102，且該線路感測開關斷開以阻止該感測電路消耗來自交流輸入電壓VAC 102之功率。
第2C圖係為根據本發明之教導之用於第1圖中之示例性功率轉換器之另一示例性控制器272之功能框圖270，例示了具有低功率消耗之另一替代交流電壓感測器之元件。第2C圖包含第2A圖及第2B圖之實例中例示之許多元件。
第2C圖之替代實例將第2B圖中係為高電壓電晶體QHV 204之MOSFET替換成一n溝道結型場效應電晶體(JFET)QHV 276。然而，第2B圖中之高電壓MOSFET QHV 204之閘極G 256被耦合至經調節之內部電壓VDD 244，第2C圖中之高電壓JFET QHV 276之閘極G 280被耦合至輸入返回114。
第2C圖之替代實例中之高電壓電晶體QHV 276之汲極D 278被耦合至輸入電壓感測端子142，且高電壓JFET QHV 276之源極S 282被耦合至低電壓電晶體QLV 222。如此一來，第2C圖之實例中之JFET QHV 276執行與第2B圖中之MOSFET QHV 204相同之功能。當低電壓電晶體QLV 222導通時，第2C圖之實例中之JFET QHV 276導通，且當低電壓電晶體QLV 222截止時，第2C圖之實例中之JFET QHV 276截止。
當第2C圖之實例中之低電壓電晶體QLV 222截止時，在其汲極處之電壓VZC 250跟隨經整流之電壓VRECT 152到達一上限，該上限係為高 電壓JFET QHV 276之夾止(pinch-off)電壓。在一實例中，高電壓JFET QHV 276之夾止電壓小於30伏特。因此，在低電壓電晶體QLV 222之汲極處之電壓VZC 250可以被用來感測交流輸入電壓VAC 102之過零。在高電壓JFET QHV 276之夾止電壓大於30伏特之另一實例中，一高電壓電晶體可以代替低電壓電晶體QLV 222，且過零偵測器246中之緩衝電路可以將該電壓鉗位於適於低電壓偵測器電路之一較低值。
第3A圖係為示出了示例性波形之時序圖300，例示了如第1圖之示例性功率轉換器中使用之第2A圖中示出之具有低功率消耗之示例性交流電壓感測器之運行。第3A圖之示例性波形針對的係為由交流輸入電壓VAC 102之施加引起之瞬時干擾已經衰減至可忽略之值以後、且當「啟動」訊號218處於一邏輯低位準時之穩態狀況。
第3A圖之實例中之波形352表示經整流之電壓VRECT 152。第3A圖之實例中之經整流之電壓VRECT 152係為一經全波整流之電壓。自時間t0至時間t12之區間係為交流輸入電壓VAC 102之一個週期TL。經(全波)整流之電壓之一週期(諸如自時間t0至t6之區間，或諸如自時間t6至t12之區間)係為交流輸入電壓VAC 102之週期TL之一半。第3A圖中之波形352顯示，經整流之電壓VRECT 152在時間t0、t6及t12處為零。第3A圖中之波形352顯示，經整流之電壓VRECT 152於時間t3及t9處達到一峰值VP 305。
第3A圖中之波形308顯示，「量測賦能」訊號208自時間t0至時間t1、自時間t2至時間t4、自時間t5至時間t7、自時間t8至時間t10、自時間t11至時間t13以及於時間t14處於一邏輯高位準H。「量測賦能」訊號208在第3A圖中示出之所有其他時間處於一邏輯低位準L。
第3A圖之時序圖300顯示，當波形308中之「量測賦能」訊號208為高時，第2A圖中之高電壓電晶體QHV 204導通，從而允許輸入電壓感測端子142接收如波形324中所示之電流IR1 224。由於當高電壓電晶體QHV 204導通時，電流IR1 224與輸入感測電阻器R1 140之電阻之倒數成正比例，故第3A圖中之波形324顯示，當波形308中之「量測賦能」訊號208為高時，電流IR1 224跟隨與經整流之電壓VRECT 152之波形352成正比例之包絡(envelope)325。
第3A圖顯示，在量測區間TP及TZ期間，定時器210將「量測賦能」訊號自一低邏輯位準L變化至一高邏輯位準H。在一些實例中，TP量測區間可以被認為係為功率轉換器之輸入處之交流輸入電壓VAC 102之峰區間。量測區間TP(諸如自時間t2至時間t4、以及自時間t8至時間t10)出現在當經整流之電壓VRECT 152之波形352處於一峰值VP305之時間附近。在一些實例中，TZ量測區間可以被認為係為該功率轉換器之輸入處之交流輸入電壓VAC 102之過零區間。量測區間TZ(諸如自時間t5至時間t7、以及自時間t11至時間t13)出現在經整流之電壓VRECT 152之波形352為零之時間附近。當經整流之電壓VRECT 152之波形352為零時之時間對應於當交流輸入電壓VAC 102過零時之時間。如將在一些實例中示出之，根據本發明之教導，該「量測賦能」訊號被耦合以賦能該輸入感測電路僅於峰TP及過零TZ量測區間中感測功率轉換器之輸入。在此等實例中，根據本發明之教導，該「量測賦能」訊號被耦合以禁止該輸入感測電路在除了峰TP及過零TZ量測區間之外之區間中感測該功率轉換器之輸入。根據本發明之教導，藉由禁止該輸入感測電路在除了峰TP及過零TZ量測區間之外之區間中感測該功率轉換器之輸 入，降低了功率消耗。
期望量測區間TP及TZ分別盡可能接近交流輸入電壓VAC 102之峰及過零。在第3A圖之實例中，量測區間TP包含交流輸入電壓VAC 102之峰值之前之時間及交流輸入電壓VAC 102之峰值之後之時間。亦在第3A圖之實例中，量測區間TZ包含交流輸入電壓VAC 102之過零之前之時間及交流輸入電壓VAC 102之過零之後之時間。在一個實例中，當電流IR1 224於一指定時間窗內下降至低於一第一過零臨限值並且上升至高於一第二過零臨限值以上時，過零偵測器216可以向定時器210指示發生一過零。
第3A圖之時序圖300示出了自時間t1至時間t2、自時間t7至時間t8及自時間t13至時間t14之一第一等待區間TW1。第一等待區間TW1在量測區間TZ結束時開始。第3A圖之時序圖示出了自時間t4至時間t5，以及自時間t10至時間t11之一第二等待區間TW2。第二等待區間TW2在量測區間TP結束時開始。在等待區間TW1及TW2期間，不存在對交流輸入電壓VAC 102之量測。
在一個實例中，定時器210可以根據交流輸入電壓VAC 102之週期TL來調整等待區間TW1及TW2以及量測區間TP及TZ，使得在最短時間內為交流輸入電壓VAC 102之每個頻率進行量測。在另一實例中，該等等待區間及該等量測區間可以係為固定值，該固定值大到足以覆蓋交流輸入電壓VAC 102之於一電力線路頻率範圍內(諸如自47Hz至63Hz)之峰及過零。
第3A圖之時序圖300亦示出了「比較賦能」訊號214之波形314，該「比較賦能」訊號214在峰量測區間TP期間自一低邏輯位準L變至一邏輯高位準H，以確保僅當交流輸入電壓VAC 102在一峰附近時，比較器234才將經緩衝之感測訊號232與一參考值進行比較。
第3B圖係為示出了示例性波形之時序圖350，例示了如第1圖之示例性功率轉換器中使用之第2B圖中示出之具有低功率消耗之替代示例性交流電壓感測器之運行。來自第3A圖之經整流之電壓VRECT 152之波形352重現於第3B圖中作為參考。第3B圖中之波形370示出僅在峰量測區間TP期間才跟隨包絡325之電流IR1 224，因為第2B圖之替代示例性交流電壓感測器不需要線路感測開關QLV 222導通來使過零偵測器246感測交流輸入VAC 102之過零。與波形370相符，波形380顯示，在第3B圖之實例中，「賦能」訊號209僅在峰量測區間TP期間才自一邏輯低位準L變至一邏輯高位準H。
第3B圖中之波形375示出電壓VZC 250，該電壓VZC 250被第2B圖中示出之具有低功率消耗之替代示例性交流電壓感測器中之過零偵測器246接收。電壓VZC 250在波形375中被示出為跟隨經整流之電壓VRECT 152之包絡355，直至經整流之電壓VRECT 152超過一鉗位電壓VCLAMP 360之量值。電壓VZC 250維持在鉗位電壓VCLAMP360處，直至賦能訊號209變成接通線路感測開關QLV 222之一邏輯高位準H，或直至經全波整流之電壓VRECT 152下降至鉗位電壓VCLAMP 360以下。由於電壓VZC 250在每個交流線路週期TL內總會與在零與鉗位電壓VCLAMP 360之間之一過零臨限值365相交至少一次，故僅需要一個定時之等待區間TW3。
一區間TZ可以被量測為自一時間t5(此時電壓VZC 250下降至一第一過零臨限值以下，此在交流輸入電壓VAC 102在一時間t6處之過零之前到來)開始至一時間t7(此時電壓VZC 250上升至一第二過零臨限值以上，此在交流輸入電壓VAC 102之過零以後到來)。在一個實例中，第一過零臨限值可以基本等於第二過零臨限值。有必要對自VZC 250與零附近之一臨限值 (較佳地係為第二過零臨限值)相交之時間、至峰量測區間TP開始之間之區間進行定時，諸如第3B圖中之自時間t1至t2，自時間t7至t8以及自時間t13至t14。
第4圖係為根據本發明之教導之另一示例性控制器402之功能框圖400，例示了具有低功率消耗之一交流電壓感測器，該交流電壓感測器結合了第2A圖及第2B圖中之實例之元件。第4圖之實例包含一高電壓電晶體QHV 406及一低電壓電晶體QLV 422，其分別類似於第2B圖中之電晶體204及222。第4圖之實例亦包含接收「量測賦能」訊號408及「啟動」訊號418之「或」閘420，類似於第2A圖之實例。在第4圖之實例中，電流IR1 424被一電晶體427接收，且被一電晶體428鏡像映射至一經縮放之電流IMR1 430，類似於第2A圖、第2B圖及第2C圖之實例。如在第2A圖、第2B圖及第2C圖之實例中，鏡像電流IMR1 430被一緩衝放大器426處理。
第4圖之實例中之緩衝放大器426產生一經緩衝之感測訊號432，經緩衝之感測訊號432被如第2A圖之實例中之一過零偵測器416接收。第4圖之實例將第2A圖、第2B圖及第2C圖之實例中之比較器234替換成一採樣器434及一樣本處理器(sample processor)442，該採樣器434及樣本處理器可以使一過電壓訊號436或一欠電壓訊號438有效。如稍後將藉由第5圖之波形解釋之，第4圖之實例中之採樣特徵之引入可以允許比第2A圖、第2B圖及第2C圖之實例中以更少之功率消耗來量測在預計之峰附近之交流輸入電壓VAC 102。
樣本處理器442可以以多種方式分析樣本，以確定何時適宜用過電壓訊號436或欠電壓訊號438來指示交流輸入電壓VAC 102對於功率轉 換器之適當運行而言太高或太低。在一個實例中，樣本處理器442可以取得採樣值之一平均值，且將該平均值與一臨限值進行比較。在另一實例中，樣本處理器442可以查找增大及減小之值之一序列，取得該序列中之最高值，且將該最高值與一臨限值進行比較。在又一實例中，若樣本不指示採樣發生於交流輸入電壓VAC 102之峰之前及之後，則樣本處理器442可以調整定時器410之時序，以於採樣時間之範圍內包含峰。
第2A圖中之「比較賦能」訊號214及第2B圖中之「賦能」訊號209在第4圖中被替換成來自定時器410之一「採樣賦能」訊號414。類似於第2A圖、第2B圖及第2C圖之實例中之振盪器212，第4圖中之可選之振盪器412提供了時序訊號及同步訊號。
第5圖係為示出了示例性波形之時序圖500，該波形例示了如第1圖之示例性功率轉換器中使用之第4圖中示出之具有低功率消耗之示例性交流電壓感測器之運行。如在第3A圖之示例性波形中，第5圖之示例性波形針對的係為由交流輸入電壓VAC 102之施加引起之瞬時干擾已經衰減至可忽略之值之後、且當「啟動」訊號418處於一邏輯低位準時之穩態狀況。
第5圖之實例中之波形552表示對於交流輸入電壓VAC 102之自時間t0處之一過零至時間t6處之一過零之一個半週期之經整流之電壓VRECT 152。第5圖中之波形552顯示，在時間t3處，經整流之電壓VRECT 152達到一峰值VP 505。第5圖中例示之時間跨度僅覆蓋了交流輸入電壓VAC 102之一半週期，以提供區間TP內之時間t3處在峰值附近之訊號之更多細節。
第5圖中之波形508顯示，第4圖之實例中之「量測賦能」訊號408自時間t0至時間t1、從時間t5至時間t6、以及在時間t2與時間t4之間之區 間TP內之多個時間係為一邏輯高位準H。區間TP內之高邏輯位準及低邏輯位準之多個實例與第3A圖之示例性波形308形成對照，該第3A圖之示例性波形308顯示「量測賦能」訊號208在時間t2與時間t4之間之整個區間TP都處於一邏輯高位準。第5圖中之波形508亦顯示，第4圖之實例中之「量測賦能」訊號408在時間t1與t2之間之一第一等待區間TW1期間係為一邏輯低位準L，且在時間t4與t5之間之一第二等待區間TW2期間再次為一邏輯低位準L，類似於第3A圖之示例性波形308中之「量測賦能」訊號208。
第5圖之時序圖500顯示，當波形508中之「量測賦能」訊號408為高時，高電壓電晶體QHV 406導通，從而允許輸入電壓感測端子142接收如波形524中所示之電流IR1 424。由於當高電壓電晶體QHV 406導通時電流IR1 424與輸入感測電阻器R1 140之電阻之倒數成正比例，故第5圖中之波形524顯示，電流IR1 424跟隨包絡525，當「量測賦能」訊號408為高時，該包絡525與經整流之電壓VRECT 152之波形552成正比例，類似於第3A圖中例示之實例。
第5圖之時序圖500示出了波形508中之「量測賦能」訊號408之多個實例，該量測賦能訊號408在經整流之電壓VRECT 152之峰值VP 505(它在時間t3處發生)附近在自時間t2至時間t4之區間TP內自一低邏輯位準L變至一高邏輯位準H。時間t2在時間t3之前到來，且時間t4在時間t3之後到來。如第5圖之時序圖中之波形514中所示出之，當波形508中之「量測賦能」訊號408在區間TP內為高時，「採樣賦能」訊號414對於一採樣區間TPS 535變高。當「採樣賦能」訊號414為一高邏輯位準H時，第4圖之示例性控制器中之採樣器434取得經緩衝之感測訊號432之值。
第5圖之時序圖500例示了經緩衝之感測訊號432之值係由採樣器434在經整流之電壓VRECT 152之峰之前及之後採樣的。第5圖之時序圖500亦例示了，經緩衝之感測訊號432之值不必在峰值處(發生在時間t3處)被採樣。第5圖中例示之採樣特徵之使用可以允許比第2A圖、第2B圖及第2C圖之實例中例示之連續量測以更小之功率消耗來量測在預計之峰附近之交流輸入電壓VAC 102。在自時間t2至t4之區間TP內獲取之樣本之數目對於交流輸入電壓VAC 102之每個半週期而言不必係為相同之數目。此外，在交流輸入電壓VAC 102之不同之半週期內，等待區間TW1及TW2中之每個可以具有一不同之值。舉例而言，對於第5圖中例示之五個相繼之樣本，在第一、第三及第五位置之樣本可以係在一個半週期中獲取的，且在剩餘之第二位置及第四位置中之樣本可以係在下一個半週期中獲取的。在每個半週期內需要相同數目之樣本之實例中，樣本可以在一第一等待區間TW1(其在一個半週期中具有一第一值)之後被獲取，且在下一個半週期中樣本可以在一第一等待區間TW1(其具有不同於第一值之一第二值)之後被獲取。在每個半週期期間獲取之樣本之數目之減少可以降低採樣所消耗之功率。不同等待區間之使用可以增加在交流輸入電壓之峰處獲取樣本之可能性。
第6圖係為例示了根據本發明之教導之用於一功率轉換控制器之一示例性過程之流程圖600，該功率轉換控制器以低功率消耗感測一交流輸入電壓並偵測過電壓及欠電壓之狀況。第6圖之示例性流程圖與第2A圖之示例性控制器相符，且與第3A圖之示例性波形相符。在區塊605中啟動(向該功率轉換器施加交流輸入電壓)以後，在區塊610中該控制器進入一啟動模式。在區塊615中，該控制器閉合一線路感測開關，以允許該控制器在該 交流輸入電壓之數個週期上接收來自該交流輸入電壓之電流。
在區塊615中線路感測開關閉合以後，在區塊620中該控制器偵測自該交流輸入電壓接收之電流何時變至零附近之一值，且在區塊625中使用該資訊來發現該交流輸入電壓之頻率並將該定時器校準至該交流輸入電壓之頻率。在該定時器被校準至該交流輸入電壓之頻率之後，在區塊630中該控制器再次推斷一過零之時間，以使該定時器與該交流輸入電壓之過零同步。一旦該定時器被校準且與該交流輸入電壓同步，在區塊635中該控制器結束啟動模式，在區塊640中於一過零區間之後開始低功率模式，且在區塊645中斷開該線路感測開關以停止接收來自該交流輸入電壓之電流。
在區塊645中該線路感測開關斷開之後，在區塊650中該定時器對一第一等待區間進行定時。在該第一等待區間結束時，在區塊655中該控制器在包含該交流輸入電壓之一峰之一區間上閉合該線路感測開關。
雖然在峰區間中該線路感測開關係為閉合的，但該控制器接收來自該交流輸入電壓之與該交流輸入電壓成正比例之電流。在區塊660中，該控制器將來自該交流輸入電壓之電流與一最大臨限值進行比較。若來自該交流輸入電壓之電流大於該最大臨限值，則在區塊655中該控制器使一過電壓訊號有效。若來自該交流輸入電壓之電流不大於該最大臨限值，則在區塊670中該控制器將來自該交流輸入電壓之電流與一最小臨限值進行比較。若來自該交流輸入電壓之電流小於該最小臨限值，則在區塊675中該控制器使一欠電壓訊號有效。在區塊655中使一過電壓訊號或在區塊675中使一欠電壓訊號有效之後，在區塊667中，該控制器以一針對該過電壓或該欠電壓狀況所指定之一因應繼續運行。若來自該交流輸入電壓之電流既 不大於該最大臨限值亦不小於該最小臨限值，則該流程繼續至區塊680，在區塊680中該控制器斷開該線路感測開關以停止接收來自該交流輸入電壓之電流。
在區塊680中該線路感測開關斷開之後，在區塊685中，該定時器對一第二等待區間進行定時。在該第二等待區間結束時，在區塊690中，該控制器在包含該交流輸入電壓之一過零之區間上閉合該線路感測開關。當該線路感測開關閉合時，該控制器接收來自該交流輸入電壓之電流，且在區塊695中該定時器再次與該交流輸入電壓之過零同步。該流程繼續至區塊645，在區塊645中該線路感測開關被斷開以使該控制器停止接收來自該交流輸入電壓之電流。
第7圖係為根據本發明之教導之流程圖700，例示了用於以低功率消耗感測一交流電壓並偵測過電壓狀況及欠電壓狀況之第6圖之示例性過程之一種變型。第7圖之示例性流程圖與第4圖之示例性控制器相符，且與第5圖之示例性波形相符。在區塊702中啟動(向功率轉換器施加交流輸入電壓)以後，在區塊704中該控制器進入一啟動模式。在區塊706中，該控制器閉合一線路感測開關，以允許該控制器在該交流輸入電壓之數個週期上接收來自該交流輸入電壓之電流。
在區塊706中該線路感測開關閉合之後，在區塊708中該控制器偵測自該交流輸入電壓接收之電流何時變至零附近之一值，且在區塊710中使用該資訊來發現該交流輸入電壓之頻率並將該定時器校準至該交流輸入電壓之頻率。在該定時器被校準至該交流輸入電壓之頻率之後，在區塊712中該控制器再次推斷一過零，以使該定時器與該交流輸入電壓之過零同 步。一旦該定時器被校準且與該交流輸入電壓同步，在區塊714中該控制器結束啟動模式，在區塊716中於一過零區間之後開始低功率模式，且在區塊718中斷開該線路感測開關以停止接收來自該交流輸入電壓之電流。
在區塊718中該線路感測開關斷開之後，在區塊720中該定時器對一第一等待區間進行定時。在該第一等待區間結束時，在區塊722中，該控制器藉由在包含該交流輸入電壓之一峰之區間上斷開及閉合該線路感測開關，開始獲得來自該交流輸入電壓之電流之樣本。在峰區間中，當該線路感測開關閉合時，該控制器接收來自該交流輸入電壓之與該交流輸入電壓成比例之電流之一樣本。在區塊724中該控制器分析該等樣本。
在區塊726中，來自區塊724之樣本之分析被與一最大臨限值進行比較。若樣本分析之結果大於該最大臨限值，則在區塊728中該控制器使一過電壓訊號有效。若樣本分析之結果不大於該最大臨限值，則在區塊730中該控制器將樣本分析之結果與一最小臨限值進行比較。若樣本分析之結果小於該最小臨限值，則在區塊732中該控制器使一欠電壓訊號有效。在區塊728中使一過電壓訊號有效或在區塊732中使一欠電壓訊號有效之後，在區塊729中該控制器以針對該過電壓或該欠電壓狀況所指定之一因應繼續運行。若樣本分析之結果既不大於該最大臨限值亦不小於該最小臨限值，則該流程繼續至區塊734，在區塊734中該採樣結束且該控制器斷開該線路感測開關以停止接收來自該交流輸入電壓之電流。
在區塊734中該線路感測開關斷開之後，在區塊736中該定時器對一第二等待區間進行定時。在該第二等待區間結束時，在區塊738中，該控制器在包含該交流輸入電壓之一過零之區間上閉合該線路感測開關。 當該線路感測開關閉合時，該控制器接收來自交流輸入電壓之電流，且在區塊740中該定時器再次與該交流輸入電壓之過零同步。該流程繼續至區塊718，在區塊718中該線路感測開關被斷開以停止該控制器自該交流輸入電壓接收電流。
由於具有低功率消耗之該交流輸入電壓感測器僅於該交流電壓之峰附近之一部分交流線路週期期間接收來自交流輸入電壓VAC 102之電流，故若在該感測器不接收電流之時間期間發生潛在之破壞性高輸入電壓，則該破壞性高輸入電壓可能不會被偵測到。為了防止當該感測器不接收來自交流輸入電壓VAC 102之電流時可能發生之一高電壓導致之損害，該控制器可以作為該功率轉換器之一輸出繞組處之一切換電壓來以低功率消耗間接感測該輸入電壓。
第8圖係為根據本發明之教導之包含一控制器之一示例性功率轉換器之示意圖800，該控制器除了以低功率消耗感測一交流輸入電壓之外亦感測表示一交流輸入電壓之一切換電壓VSW 852。由於體電壓VBULK 112之最大值約係為交流輸入電壓VAC 102之峰量值，故可以作為體電壓VBULK 112之一最大值來感測交流輸入電壓VAC 102之最大值。在第8圖之示例性功率轉換器之輸出繞組122處可得到與體電壓VBULK 112成正比例之一切換電壓VSW 852。由於切換電壓VSW 852之量值係為比交流輸入電壓VAC 102之峰低得多之電壓，故該控制器可以以低功率消耗感測切換電壓VSW 852。
第8圖之示例性功率轉換器係藉由將第1圖之輸出二極體D1124重新安置至第8圖之輸出二極體D2 824之位置，且藉由用一改型之控制器846接收切換電壓VSW 852而自第1圖之實例獲得的。一隔離電路856提供 輸入返回114與輸出返回132之間之流電隔離，使得切換電壓感測訊號858與切換電壓訊號854流電隔離。在一個實例中，隔離電路856可以係為一光耦合器。在另一個實例中，隔離電路856可以包含一變壓器。藉由第8圖中例示之改型，經修改之控制器846甚至可以於該控制器不接收來自交流輸入電壓VAC 102之電流時偵測一輸入過電壓狀況。應意識到，在其他實例中，亦可以自除了第8圖中示出之輸出繞組122之外之一分離繞組(separate winding)獲得類似於切換電壓VSW 852之一切換電壓訊號，而仍受益於本發明之教導。
一電路中之每個導體皆具有可以儲存一電荷之一有限之寄生電容。典型之應用中之漏電流通常使該寄生電容足夠快地放電，以使該寄生電容之影響可忽略。在寄生電容之影響不可忽略之應用中，對該示例性電路之相對小之修改可以允許此等應用受益於根據本發明之教導之具有低功率消耗之交流電壓感測器。應意識到，寄生元件(諸如電容)之影響及輸入橋式整流器(諸如橋式整流器108)之傳導週期可以影響過零訊號或峰輸入電壓訊號之確切時序，而仍受益於本發明之教導。
第9圖示出了包含一電流源ICD 920之一功率轉換控制器905之功能框圖900，該電流源ICD 920提供電流以使在輸入感測電阻器R1 140之每端之寄生電容910及寄生電容915放電。如所描繪之實例中示出之，電流源ICD 920被耦合至低電壓線路感測開關QLV 222。由於第9圖之示例性控制器在一過零區間中不閉合線路感測開關QLV 222以使寄生電容910及寄生電容915放電，故在沒有來自電流源ICD 920之電流使該寄生電容放電之情況下，電壓感測端子142處之電壓可能在交流輸入電壓VAC 102之過零處不變至 零。因此，在所描繪之實例中，電流源ICD 920被耦合以當該線路感測開關QLV 222斷開時使寄生電容910及寄生電容915放電。
在少於該交流輸入電壓之一半週期內使該寄生電容放電所需之電流一般未高至足以消耗顯著之功率。在一個實例中，來自電流源ICD 920之電流小於2微安。
第10圖係為根據本發明之教導之一示例性功率轉換器之示意圖1000，該示例性功率轉換器示出了一替代電路及以低功率消耗感測一交流輸入電壓之控制器。第10圖之替代電路之實例在輸入感測電阻器R1 140之兩端處之雜散電容(stray capacitance)之影響不可忽略之應用中可以係為有用的。第10圖之替代電路之實例亦可以在雜散電容不成問題之應用中進一步降低該交流電壓感測器之功率消耗。
第10圖之示例性功率轉換器係藉由自第8圖中移除二極體106以及藉由將控制器846替換成一改型之控制器1046而自第8圖之實例獲得的。藉由第10圖中例示之改型，經整流之電壓VRECT 152(在第8圖之實例中係為一經全波整流之電壓)變成第10圖之實例中之一經半波整流之電壓VRECT 1052。第8圖之實例中之經全波整流之電壓VRECT 152在每個線路週期TL內達到其峰值兩次，而第10圖之實例中之經半波整流之電壓VRECT 1052在每個線路週期TL內僅達到其峰值一次。峰值之間之附加時間可允許該雜散電容在交流輸入電壓VAC 102之峰值之間放電至零伏特，如第11圖中例示的。
第11圖係為根據本發明之教導之示出了示例性波形之時序圖1100，該波形例示了第10圖之以低功率消耗感測一交流電壓之替代電路及控制器之運行。第10圖之示例性功率轉換器使用一具有第9圖中示出之特 徵之控制器。第9圖中之控制器與第2C圖中之控制器具有許多相似之處，第2C圖中之控制器之運行由第3B圖中之波形例示。如此一來，第11圖中之波形與第3B圖之波形具有許多相似之處。
第11圖示出了來自第10圖之經半波整流之電壓VRECT 1052在限流電阻R1 140之末端處之寄生電容910及915之影響下之波形1152。第11圖中提供了一經全波整流之交流輸入電壓之包絡1105作為一參考。由第11圖之實例中之波形1152表示之經整流之電壓VRECT 1052跟隨交流輸入電壓之包絡1105，自在時間t0處之零值直至該交流輸入電壓之瞬時值在時間t15處下降至低於寄生電容910上之電壓。第9圖之控制器中之電流源ICD 920使該寄生電容放電，直至由波形1152表示之經整流之電壓VRECT 1052在時間t18處達到零。波形1152之一基本線性部分1154指示該寄生電容藉由電流源ICD 920之放電。
第11圖中之波形1170示出了在一峰量測區間TP期間跟隨一經全波整流之交流輸入電壓之包絡325之電流IR1 224，該峰量測區間TP在一交流線路週期TL期間僅出現一次。與波形1170相符，波形1180示出第9圖中之「賦能」訊號209僅於一峰量測區間TP期間自一邏輯低位準L變至一邏輯高位準H。
第11圖中之波形1175示出了由第9圖中示出之具有低功率消耗之替代示例性交流電壓感測器中之過零偵測器246接收之電壓VZC 250。電壓VZC 250在波形1175中被示出為跟隨經整流之電壓VRECT 1052之包絡355，直至經整流之電壓VRECT 1052超過一鉗位電壓VCLAMP 360之量值。在一個實例中，VCLAMP可以係為在第9圖中之過零偵測器246內設置之一電壓鉗位位 準。電壓VZC 250維持在鉗位電壓VCLAMP 360，直至第9圖中之「賦能」訊號209變至將線路感測開關QLV 222接通之一邏輯高位準H，或直至經整流之電壓VRECT 1052在時間t16處下降至鉗位電壓VCLAMP 360以下。
由於在每個交流線路週期TL內，在交流輸入電壓VAC 102達到一峰之前，電壓VZC 250將總會與在零與鉗位電壓VCLAMP 360之間之一第一過零臨限值1165及一第二過零臨限值365相交，故如在第3B圖之實例中一樣僅需要一個定時之等待區間TW3。
一區間TZ可以被量測為自一時間t17(此時電壓VZC 250下降至第一過零臨限值以下，此在交流輸入電壓VAC之一峰之後到來)開始至一時間t13(此時電壓VZC 250上升至一第二過零臨限值以上，此在交流輸入電壓VAC 102之過零之後到來)。在一個實例中，第9圖中之控制器可以調整電流源ICD 920以獲得區間TZ之一最小值，從而允許過零事件定時在例如時間t0時及t12處。如在第3B圖之實例中(其中寄生電容之影響係為可忽略的)，該定時器有必要對區間TW3進行定時，該區間TW3始於VZC 250與第二過零臨限值相交之時間直至峰量測區間TP之開始，諸如自時間t1至t2，以及第11圖中之自時間t13至t14。
第12圖係為根據本發明之教導之一示例性功率轉換器之示意圖1200，該示例性功率轉換器示出了以低功率消耗感測一交流輸入電壓之又一替代電路及控制器。第12圖之示例性功率轉換器係藉由將二極體104替換成一短路來自第10圖之實例獲得的。藉由第12圖中例示之改型，在交流輸入電壓VAC 102之負部分(negative portions)期間，經整流之電壓VRECT 1252將相對於輸入返回114變為負(負之程度為約一個二極體壓降)。第12 圖之實例中例示之替代電路可以與能夠在端子142處接收來自交流輸入電壓VAC 102之一負電流之功率轉換控制器一起使用。儘管第12圖之實例中之替代電路在輸入感測電阻器R1 140之一端處使寄生電容910放電，但可能仍需要一放電電流源ICD 920以在輸入電壓感測端子142處移除來自寄生電容915之電荷。
在一個實例中，最為重要的係為當功率轉換器在一輕負載狀況或無負載狀況運行時降低與交流線路感測關聯之能量消耗，此乃因在此等輕負載狀況或無負載狀況下由於交流線路感測消耗之能量佔該功率轉換器消耗之全部功率之一較大百分比。例如在第12圖之實例中，此等狀況可能係為，當負載134與功率轉換器1200脫離時，或當負載134正在消耗來自功率轉換器1200之一最大供電能力之功率之僅一小百分比時(諸如一待機功率狀況)。因此，在一個實例中，當負載134正在自功率轉換器1200獲得大於一臨限值位準之功率時，控制器1046可以持續偵測在端子142處之輸入電壓感測訊號。
可以藉由使用一負載偵測電路來偵測由負載消耗之功率或負載位準。舉例而言，在具有恆定輸出電壓之功率轉換器中，可以藉由量測輸出電流來量測負載位準。類似地，在向負載傳送恆定電流之功率轉換器中，可以藉由量測輸出電壓來量測負載位準。在隨著負載而改變平均切換頻率以降低無負載消耗(即，隨著負載減小而降低平均頻率)之功率轉換器中，功率轉換器1200之開關S1 150之平均切換頻率(換言之，驅動訊號148之週期TS之倒數)係為被提供至第12圖中之負載134之功率之另一種表示，使得可以藉由使用一簡單之定時電路量測TS來量測該負載位準。因此， 若開關150接通之時間之間之區間TS小於一第一臨限值，則可以持續地偵測端子142處之電壓感測訊號。在一個實例中，當切換週期TS大於一第二臨限值時，可以週期性地偵測端子142處之電壓感測訊號，以變成根據本發明之教導之具有低功率消耗之一交流電壓感測器之另一個實例。在一個實例中，該第二臨限值可以約等於50微秒。在一個實例中，TS之第一臨限值與第二臨限值之間之差異可以係為一5微秒之遲滯。一5微秒之遲滯會使該第二臨限值比該第一臨限值大5微秒，且該第一臨限值比該第二臨限值小5微秒。在一個實例中，當切換週期TS大於該第二臨限值時，可以在該開關截止之時間期間，在下一個切換週期開始時在該開關剛要接通之前，偵測到電壓感測訊號142。確切之偵測時間可以基於一如下假定：自一個切換週期至下一個切換週期，TS之值不顯著變化，因此例如控制器1046中之一定時電路可以被用來對交流線路感測訊號142之偵測進行定時。
第13圖示出了一控制器之一示例性功能框圖，其中當一功率轉換器之輸出功率在一第一臨限值以上時，一交流線路電壓感測器持續地感測一線路電壓訊號，且當該功率轉換器輸出之輸出功率在一第二臨限值以下時，該交流線路電壓感測器週期性地感測該線路電壓訊號。第13圖之控制器與第2A圖之控制器共同具有許多細節，且為了簡明，下面之描述關注的係為差異。為了下面之描述，亦假定控制器1302被用於第12圖中示出之類型之一功率轉換器中。應意識到，功率轉換器之具體類型不是關鍵，且本發明可以被應用至在其他地方(諸如以上之第1圖、第8圖及第10圖)描述之功率轉換器。
在示例性控制器1302中，當控制器1302開始運行時，「啟動」 訊號1318初始為高，並確保當該功率轉換器開始運行時QHV 1304持續導通。在該實例中，開關驅動電路1312係為向一外部開關(例如第12圖中之S1 150)提供驅動訊號1348之電路框。如上面所描述之，得自電路框1312之一訊號1314可以被用作對該功率轉換器之輸出處之負載之一指示。在一個實例中，定時器電路1310被用來提供一「量測賦能」訊號1308，當訊號1314指示一功率轉換器功率輸出在一第一臨限值以上時，該「量測賦能」訊號1308持續為高；且當訊號1314指示功率轉換器輸出功率在一第二臨限值以下時，該「量測賦能」訊號1308僅週期性為高。當「或」閘1320之輸出為高時，高電壓開關QHV 1304導通，且根據上面之先前描述，訊號1336及1338例如被產生以指示在該功率轉換器之交流輸入處之欠電壓狀況或過電壓狀況。
將注意到在一個實例中，當該功率轉換器之輸出功率在第二臨限值以下時，定時器1310將在對線路感測訊號142之可靠偵測而言剛好足夠長之一持續時間上輸出一高之「量測賦能」訊號1308。在一個實例中，該持續時間在10-50微秒之範圍內。在一個實例中，訊號1314與驅動訊號1348相當，且當切換訊號1348之間之時間段小於約45微秒時，定時器電路1310維持「量測賦能」訊號1308持續為高。在一個實例中，當切換訊號1348之間之時間段大於約50微秒時，定時器電路1310提供週期性為高之一「量測賦能」訊號1308。在一個實例中，當切換訊號1348為高之間之時間大於50微秒時，定時器電路1310量測在先前之切換週期上切換訊號1348為高之間之時間，以預測再次將量測賦能訊號設置成高之正確時間。在一個實例中，恰好在下一個高之切換驅動訊號1348被提供之前，定時器電路1310將輸出 一高之「量測賦能」訊號1308。
在一個實例中，自對該線路電壓之偵測中得出之欠電壓資訊及過電壓資訊可以被用於禁止如由訊號1350指示之一或多個開關驅動訊號。舉例而言，若在電源之輸入處偵測到一過電壓狀況，則此對於保護第12圖之功率轉換器中之開關S1150可能係為重要的。在一個實例中，當驅動訊號1348為高時，「量測賦能」訊號1308被保持為高，使得可以立刻偵測到任何欠電壓狀況或過電壓狀況，且若有必要則使用訊號1350提供一低驅動訊號1348來保護該功率轉換器。
將注意到，第13圖之控制器實例中未產生過零訊號。為了防止對一欠電壓狀況之錯誤指示，比較器1334可以被限制為僅當一欠電壓狀況持續存在一最小之持續時間(諸如一整個交流線路週期TL)才使一欠電壓訊號有效。在其他實例中，可以包含一過零偵測電路，以藉由將量測賦能訊號同步來僅在交流輸入電壓之峰處賦能輸入感測電路系統，從而進一步降低功率消耗。
上面對本發明之所例示之實例之描述，包含在摘要中描述之內容，不旨在係為窮舉性的或係為對所公開之精確形式之限制。儘管本發明之具體實施例及針對本發明之實例在本文中係為了例示而被描述的，但在不脫離本發明之較寬泛之精神及範圍之前提下，多種等同變型係為可能的。其實，應意識到，具體示例性之電壓、電流、頻率、功率範圍值、時間等係為瞭解釋而被提供的，且根據本發明之教導，在其他實施例及實例中亦可以採用其他值。
100‧‧‧交流-直流功率轉換器
102‧‧‧交流輸入電壓
104‧‧‧二極體
106‧‧‧二極體
108‧‧‧全波橋式整流器
110‧‧‧輸入電容器
112‧‧‧直流電壓
114‧‧‧輸入返回
116‧‧‧鉗位電路
118‧‧‧初級繞組
120‧‧‧耦合電感器
122‧‧‧次級繞組
124‧‧‧輸出二極體
126‧‧‧輸出電容器
128‧‧‧輸出電流
130‧‧‧輸出電壓
132‧‧‧輸出返回
134‧‧‧負載
136‧‧‧開關電流
138‧‧‧電流感測端子
140‧‧‧輸入感測電阻器
142‧‧‧輸入電壓感測端子
144‧‧‧輸出電壓感測端子
146‧‧‧控制器
148‧‧‧驅動訊號端子
150‧‧‧開關
152‧‧‧經整流之電壓
154‧‧‧線路輸入端子
156‧‧‧中性輸入端子
TL‧‧‧交流線路週期
TS‧‧‧切換週期

Claims (43)

  1. 一種功率轉換控制器，包含：一輸入感測電路，用以接收表示一功率轉換器之一輸入之一輸入感測訊號；一過零(zero-crossing)偵測器，被耦合至該輸入感測電路，以因應於該輸入感測訊號下降至低於一第一過零臨限值及上升至高於一第二過零臨限值來確定該功率轉換器之該輸入之複數個過零區間；一定時器電路，被耦合至該過零偵測器，以因應於該等過零區間來確定該功率轉換器之該輸入之複數個峰區間，該定時器電路被耦合以同步化一賦能訊號，該賦能訊號被產生以使該輸入感測電路能夠於該功率轉換器之該輸入之該等峰區間中感測該功率轉換器之該輸入；一比較器電路，被耦合至該輸入感測電路及該定時器電路，其中該比較器被耦合以於該功率轉換器之該輸入之該等峰區間中偵測該功率轉換器之該輸入是否大於或小於一或多個臨限值。
  2. 如請求項1所述之功率轉換控制器，其中該輸入感測電路為一電流輸入感測電路，且其中表示該功率轉換器之該輸入之該輸入感測訊號為一電流。
  3. 如請求項1所述之功率轉換控制器，其中該輸入感測電路包含一高電壓電晶體，該高電壓電晶體被耦合以接收該輸入感測訊號。
  4. 如請求項3所述之功率轉換控制器，其中該輸入感測電路更包含一低電壓電晶體，該低電壓電晶體被耦合至該高電壓電晶體，其中該低電壓電晶體被耦合以因應於該定時器電路而被切換。
  5. 如請求項4所述之功率轉換控制器，其中該低電壓電晶體被耦合成於該等過零區間中斷開，其中該輸入感測電路更包含一電流源，該電流源被耦合至該低電壓電晶體以當該低電壓電晶體斷開時使一寄生電容放電。
  6. 如請求項3所述之功率轉換控制器，其中該高電壓電晶體被耦合以因應於該定時器電路而被切換。
  7. 如請求項1所述之功率轉換控制器，其中該輸入感測電路包含一電流鏡電路，該電流鏡電路被耦合以接收表示該功率轉換器之該輸入之該輸入感測訊號，其中該電流鏡電路被耦合以產生該輸入感測訊號之一按比例縮放表示形式。
  8. 如請求項7所述之功率轉換控制器，其中該輸入感測電路更包含一緩衝放大器電路，該緩衝放大器電路被耦合至該電流鏡電路，其中該緩衝放大器電路被耦合以輸出該輸入感測訊號之該按比例縮放表示形式至該比較器電路。
  9. 如請求項1所述之功率轉換控制器，其中該一或多個臨限值包含一欠電壓臨限值及一過電壓臨限值其中之一或多者。
  10. 一種功率轉換控制器，包含：一輸入感測電路，用以接收表示一功率轉換器之一輸入之一輸入感測訊號；一過零偵測器，被耦合至該輸入感測電路，以因應於該輸入感測訊號下降至低於一第一過零臨限值及上升至高於一第二過零臨限值來確定該功率轉換器之該輸入之複數個過零區間；一定時器電路，被耦合至該過零偵測器，以因應於該等過零區間來 確該功率轉換器之該輸入之複數個峰區間，該定時器電路被耦合以同步一賦能訊號，該賦能訊號被產生以使該輸入感測電路能夠於該功率轉換器之該輸入之該等峰區間中感測該功率轉換器之該輸入；以及一採樣器電路，被耦合至該輸入感測電路及該定時器電路，其中該採樣器電路被耦合以因應於該定時器電路而於該等峰區間中採樣該輸入感測訊號。
  11. 如請求項10所述之功率轉換控制器，更包含一樣本處理器電路，該樣本處理器電路被耦合以接收來自該採樣器電路之複數個輸入感測訊號樣本，其中該樣本處理器電路被耦合以因應於來自該採樣器電路之該等輸入感測訊號樣本來偵測該功率轉換器之該輸入是否大於或小於一或多個臨限值。
  12. 如請求項11所述之功率轉換控制器，其中該一或多個臨限值包含一欠電壓臨限值及一過電壓臨限值其中之一或多者。
  13. 如請求項10所述之功率轉換控制器，其中該輸入感測電路為一電流輸入感測電路，且其中表示該功率轉換器之該輸入之該輸入感測訊號為一電流。
  14. 如請求項10所述之功率轉換控制器，其中輸入感測電路包含一高電壓電晶體，該高電壓電晶體被耦合以接收輸入感測訊號。
  15. 如請求項14所述之功率轉換控制器，其中輸入感測電路更包含一低電壓電晶體，該低電壓電晶體被耦合至該高電壓電晶體，其中該低電壓電晶體被耦合以因應於該定時器電路而被切換。
  16. 如請求項10所述之功率轉換控制器，其中該輸入感測電路包含一電流鏡電路，該電流鏡電路被耦合以接收表示該功率轉換器之該輸入之該輸 入感測訊號，其中該電流鏡電路被耦合以產生該輸入感測訊號之一按比例縮放表示形式。
  17. 如請求項16所述之功率轉換控制器，其中該輸入感測電路更包含一緩衝放大器電路，該緩衝放大器電路被耦合至該電流鏡電路，其中該緩衝放大器電路被耦合以輸出該輸入感測訊號之該按比例縮放表示形式至該採樣器電路。
  18. 一種功率轉換器，包含：一能量傳遞元件，被耦合於該功率轉換器之一輸入與該功率轉換器之一輸出之間；一功率開關，被耦合至該功率轉換器之該輸入及該能量傳遞元件；以及一功率轉換控制器，被耦合以產生一驅動訊號，該驅動訊號被耦合以因應於表示該功率轉換器之該輸出之一回饋訊號來控制該功率開關之切換，從而控制自該功率轉換器之該輸入至該功率轉換器之該輸出之一能量傳遞，其中該功率轉換器包含：一輸入感測電路，以接收表示一功率轉換器之一輸入之一輸入感測訊號；一過零檢測器，被耦合至該輸入感測電路，以因應於該輸入感測訊號下降至低於一第一過零臨限值及上升至高於一第二過零臨限值來確定該功率轉換器之該輸入之複數個過零區間；一定時器電路，被耦合至該過零偵測器，以因應於該等過零區間來確定該功率轉換器之該輸入之複數個峰區間，該定時器電路被耦合 以同步一賦能訊號，該賦能訊號被產生以使得該輸入感測電路能夠於該功率轉換器之該輸入之該等峰區間中感測該功率轉換器之該輸入；以及一比較器電路，被耦合至該輸入感測電路及該定時器電路，其中該比較器被耦合以於該功率轉換器之該輸入之該等峰區間中偵測該功率轉換器之該輸入是否大於或小於一或多個臨限值。
  19. 如請求項18所述之功率轉換器，其中該功率轉換控制器被耦合以接收表示通過該功率開關之一電流之一電流感測訊號，其中該功率轉換控制器更被耦合以產生該驅動訊號，該驅動訊號被耦合以因應於電流感測訊號來控制該功率開關之切換，從而控制自該功率轉換器之該輸入至該功率轉換器之該輸出之能量傳遞。
  20. 如請求項18所述之功率轉換器，其中該輸入感測電路為一電流輸入感測電路，且其中表示該功率轉換器之該輸入之該輸入感測訊號為一電流。
  21. 如請求項18所述之功率轉換控制器，其中輸入感測電路包含一高電壓電晶體，該高電壓電晶體被耦合以接收輸入感測訊號。
  22. 如請求項21所述之功率轉換控制器，其中輸入感測電路更包含一低電壓電晶體，該低電壓電晶體被耦合至該高電壓電晶體，其中該低電壓電晶體被耦合以因應於該定時器電路而被切換。
  23. 如請求項22所述之功率轉換控制器，其中該低電壓電晶體被耦合成於該等過零區間中斷開，其中該輸入感測電路更包含一電流源，該電流源被耦合至該低電壓電晶體以當該低電壓電晶體斷開時使一寄生電容放 電。
  24. 如請求項22所述之功率轉換控制器，其中該高電壓電晶體被耦合以因應於該定時器電路而被切換。
  25. 如請求項18所述之功率轉換控制器，其中該輸入感測電路包含一電流鏡電路，該電流鏡電路被耦合以接收表示該功率轉換器之該輸入之該輸入感測訊號，其中該電流鏡電路被耦合以產生該輸入感測訊號之一按比例縮放表示形式。
  26. 如請求項25所述之功率轉換控制器，其中該輸入感測電路更包含一緩衝放大器電路，該緩衝放大器電路被耦合至該電流鏡電路，其中該緩衝放大器電路被耦合以輸出該輸入感測訊號之該按比例縮放表示形式至該比較器電路。
  27. 如請求項18所述之功率轉換控制器，其中該一或多個臨限值包含一欠電壓臨限值及一過電壓臨限值其中之一或多者。
  28. 一種用於感測一功率轉換器之一輸入之方法，包含：接收表示該功率轉換器之該輸入之一輸入感測訊號；因應於該輸入感測訊號下降至低於一第一過零臨限值及上升至高於一第二過零臨限值來偵測一交流輸入電壓之複數個過零區間；因應於該等所偵測到之過零區間，使一定時器與該交流輸入電壓同步；因應於該定時器來閉合一線路感測開關，以於該交流輸入線路電壓之該等峰區間中賦能對該輸入感測訊號之感測；以及因應於該定時器來斷開該線路感測開關，以於除了該交流輸入線路 電壓之該等峰區間之外之區間中禁止對該輸入感測訊號之感測。
  29. 如請求項28所述之方法，更包含因應於該輸入感測訊號大於一第一臨限值來使一過電壓訊號有效。
  30. 如請求項28所述之方法，更包含因應於該輸入感測訊號小於一第二臨限值來使一欠電壓訊號有效。
  31. 如請求項28所述之方法，更包含於該等峰區間中採樣該輸入感測訊號。
  32. 如請求項31所述之方法，更包含分析該等輸入感測訊號樣本，以確定何時指示一過電壓狀況及一欠電壓狀況。
  33. 如請求項32所述之方法，其中分析該輸入感測訊號樣本包含對該等輸入感測訊號樣本進行平均。
  34. 如請求項32所述之方法，其中分析該輸入感測訊號樣本包含查找該等輸入感測訊號樣本之增大的值及減小的值之序列。
  35. 如請求項32所述之方法，其中分析該等輸入感測訊號樣本包含因應於該等輸入感測訊號樣本來調整該定時器之一時序。
  36. 一種功率轉換控制器，包含：一輸入感測電路，用以接收表示一功率轉換器之一輸入之一輸入感測訊號；一負載偵測電路，被耦合至表示該功率轉換器之一輸出處之一負載之一訊號，其中該負載偵測電路被耦合以控制該輸入感測電路，使得當該功率轉換器之該輸出處之該負載大於一第一位準時，該輸入感測電路被耦合以持續地接收該輸入感測訊號，其中該負載偵測電路被耦合以控制該輸入感測電路，使得當該功率轉換器之該輸出處之該負載 小於一第二位準時，該輸入感測電路被耦合以週期性地接收該輸入感測訊號；以及一比較器電路，被耦合至該輸入感測電路及該負載偵測電路，其中該比較器被耦合以偵測該功率轉換器之該輸入是否大於或小於一或多個輸入臨限值。
  37. 如請求項36所述之功率轉換控制器，更包含一開關驅動電路，該開關驅動電路被耦合以提供欲被一開關接收之一開關驅動訊號，其中表示該功率轉換器之該輸出處之該負載之該訊號係為該開關驅動訊號。
  38. 如請求項37所述之功率轉換控制器，其中該負載偵測電路包含一定時器電路，該定時器電路被耦合以控制該輸入感測電路，使得當該開關驅動訊號之一週期低於一第一臨限值時，該輸入感測電路被耦合以持續地接收該輸入感測訊號，且其中該定時器電路被耦合以控制該輸入感測電路，使得當該開關驅動訊號之該週期高於一第二臨限值時，該輸入感測電路被耦合以週期性地接收該輸入感測訊號。
  39. 如請求項38所述之功率轉換控制器，其中該第一臨限週期係為約45微秒，且該第二臨限週期係為約50微秒。
  40. 如請求項36所述之功率轉換控制器，更包含一過零偵測電路，該過零偵測電路被耦合至一定時器電路。
  41. 如請求項40所述之功率轉換控制器，其中該過零偵測電路被耦合以偵測一交流輸入電壓之複數個過零區間。
  42. 如請求項41所述之功率轉換控制器，其中該定時器電路被耦合以因應於該等所偵測到之過零區間而與該交流輸入電壓同步。
  43. 如請求項41所述之功率轉換控制器，其中該定時器電路更被耦合以因應於該等所偵測到之過零區間來控制該輸入感測電路。
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