TWI393333B - 電源轉換器的控制器晶片及保護方法 - Google Patents

Description

電源轉換器的控制器晶片及保護方法

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。

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交流電壓VAC經濾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，將一次側線圈Lp上的電壓VDC轉換為輸出電壓Vo。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確的操作，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14。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V1及臨界值Vref而決定保護信號Sc，進而啟動或關閉驅動器18。低壓狀態偵測器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EN，因此增加了成本。低壓狀態偵測器12也造成電流一直經由電阻R2、R3及R4流向地端，導致能量消耗。

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(Junction Field Effect Transistor;JFET)作為高壓啟動元件，該JFET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，保護電路連接該JFET的源極，監視該源極電壓以決定保護信號，以及偵測器連接該電源接腳，偵測該電源接腳的電壓以決定偵測信號供切換該JFET。

根據本發明，一種電源轉換器的保護方法包括在電源開啟時經JFET對電源電容充電，在該電源電容上的電壓達到臨界值時截止該JFET，以及在該JFET截止後監視該JFET的源極電壓以決定保護信號。

由於利用控制器晶片原有的高壓啟動元件來達成電路保護功能，因此不需要增加控制器晶片的接腳及外部元件。

圖2係應用本發明的電源轉換器，其中控制器晶片20實現保護功能的機制與習知技術不同。在控制器晶片20中，作為高壓啟動元件22的JFET 24具有汲極連接高壓接腳HV，二極體Dh具有陽極連接JFET 24的源極以及陰極經限流電阻Rh連接JFET 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及過壓保護偵測器34。低壓狀態偵測器30具有磁滯比較器32比較電壓JS及低壓臨界值Vref1而決定低壓保護信號BNO，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OVP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S1而打開(turn on)開關ST，因此JFET 24的閘極電壓JG被拉到0V，使得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UVLO，因此JFET 24的源極電壓JS將被鎖在JFET 24的臨界電壓Vth，如圖3所示。當直流電壓VDC改變時，JFET 24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JFET 24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100V，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1.1V，因此當低壓狀態偵測器30中的磁滯比較器32偵測到電壓JS大於1.2V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1.1V時，將觸發低壓保護信號BNO去關閉驅動器18。同樣的，過壓保護偵測器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去關閉驅動器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JFET 24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20利用高壓接腳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。

10．．．控制器晶片

12．．．低壓狀態偵測器

14．．．磁滯比較器

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．．．磁滯比較器

34．．．過壓保護偵測器

36．．．磁滯比較器

38．．．比較器

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。

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．．．磁滯比較器

34．．．過壓保護偵測器

36．．．磁滯比較器

Claims (13)

1. 一種電源轉換器的控制器晶片，包括：高壓接腳；作為高壓啟動元件的JFET，具有汲極連接該高壓接腳；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；保護電路連接該JFET的源極，偵測該源極電壓來判斷該高壓接腳上的電壓以觸發保護信號；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滯比較器連接該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。
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 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JFET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JFET對電源電容充電；(B)偵測該電源電容上的電壓；(C)在該電源電容上的電壓達到臨界值時截止該JFET；以及(D)在該JFET截止後監視該JFET的源極電壓來判斷該JFET的汲極電壓以決定保護信號。
10. 如請求項9之保護方法，其中該步驟C包括在該電源電容上的電壓達到臨界值時將該JFET的閘極接地。
11. 如請求項9之保護方法，其中該步驟D包括比較該JFET的源極電壓及低壓臨界值。
12. 如請求項9之保護方法，其中該步驟D包括比較該JFET的源極電壓及過壓臨界值。
13. 如請求項9之保護方法，更包括在該JFET截止後維持該JFET的臨界電壓隨其汲極電壓變化。