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

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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。
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