TWI828036B - 電子裝置、保護電路及應用其之保護方法 - Google Patents

電子裝置、保護電路及應用其之保護方法 Download PDF

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Abstract

保護電路包括輔助線圈、整流單元、濾波單元、分壓單元及控制器。輔助線圈用以感應交流電壓。整流單元耦接輔助線圈且用以將交流電壓整流成直流電壓。濾波單元耦接整流單元且用以將直流電壓濾波成直流濾波電壓。分壓單元耦接於整流單元及濾波單元，以傳輸直流濾波電壓。控制器耦接於分壓單元且用以偵測直流濾波電壓之分壓及依據分壓，判斷是否啟動一保護機制。

Description

電子裝置、保護電路及應用其之保護方法
本發明是有關於一種電子裝置、保護電路及應用其之保護方法。
習知大多電源供應器內部使用升壓式的高壓轉換器來提供功率因素校正(PFC)功能，其升壓後之大電容電壓(Bulk Voltage)屬於高電壓(落於300伏特~450伏特之間)。然而，當回授發生異常時往往導致電壓上升過高而造成大電容損壞。因此，有需要提出一種具有過電壓保護之保護電路。
本發明實施例提出一種電子裝置、保護電路及應用其之保護方法，可改善上述問題。
本發明一實施例提出一種電子裝置。電子裝置包括一保護電路及一控制器。保護電路包括一輔助線圈、一整流單元、一濾波單元及一分壓單元。輔助線圈用以感應一交流電壓。整流單元耦接輔助線圈且用以將交流電壓整流成一直流電壓。濾波單元耦接整流單元且用以將直流電壓濾波成一直流濾波電壓。分壓單 元耦接於整流單元及濾波單元，以傳輸直流濾波電壓。控制器耦接於分壓單元且用以偵測直流濾波電壓之一分壓及依據分壓，判斷是否啟動一過電壓保護模式或一欠電壓保護模式。
本發明一實施例提出一種保護方法。保護方法包括以下步驟：一輔助線圈感應一交流電壓；一整流單元將交流電壓整流成一直流電壓；一濾波單元將直流電壓濾波成一直流濾波電壓；一控制器偵測傳輸於一分壓單元之直流濾波電壓之一分壓；以及，控制器依據分壓，判斷是否啟動一過電壓保護模式或一欠電壓保護模式。
本發明另一實施例提出一種保護電路。保護電路電性耦接於一控制器。保護電路包括一輔助線圈、一整流單元、一濾波單元及一分壓單元。輔助線圈用以感應一交流電壓。整流單元耦接輔助線圈且用以將交流電壓整流成一直流電壓。濾波單元耦接整流單元且用以將直流電壓濾波成一直流濾波電壓。分壓單元耦接於整流單元及濾波單元，以傳輸直流濾波電壓。直流濾波電壓之一分壓用以供控制器判斷是否啟動一過電壓保護模式或一欠電壓保護模式。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
10,20:電子裝置
11:交流電源
12:整流器
13:高壓轉換器
14,24:變壓轉換器
15:控制器
15a:偵測埠
16:控制線路
100,200:保護電路
110:輔助線圈
120:整流單元
121:二極體
121a,131a,141a,142a:一端
121b,131b,141b,142b:另一端
130:濾波單元
131:電容
140:分壓單元
141:第一電阻
142:第二電阻
d,f:節點
L1:負載
GND:接地電位
NP:主繞線圈數
N110:輔助繞線圈數
Ra,Rb:回授電阻
R141,R142:電阻值
S110~S180:步驟
VAC:交流電壓
VBULK:高電壓
VD1:順向導通電壓
VDC:直流電壓
VDCF:直流濾波電壓
Vd:分壓
Vi:交流電壓
VR:整流電壓
VS:電壓設定值
WA:輔助線圈
WP:主線圈
第1圖繪示依照本發明一實施例之電子裝置的功能方塊圖。
第2圖繪示依照本發明一實施例之電子裝置的局部電路圖。
第3圖繪示依照本發明另一實施例之電子裝置的局部電路圖。
第4圖繪示第1圖之電子裝置之保護方法之流程圖。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下。
請參照第1~2圖，第1圖繪示依照本發明一實施例之電子裝置10的功能方塊圖，而第2圖繪示依照本發明一實施例之電子裝置10的局部電路圖。
如第1圖所示，電子裝置10包括整流器12、高壓轉換器13、變壓轉換器14、控制器15及保護電路100(保護電路100繪示於第2圖)。控制器15例如是數位信號處理(digital signal process,DSP)。電子裝置10以電源供應器為例說明，其應用Flyback變壓器，因此變壓轉換器14為Flyback轉換器。整流器12、高壓轉換器13、變壓轉換器14及/或控制器15例如是採用半導體製程所形成之實體電路(circuit)。
如第1圖所示，交流電源11用以提供交流電壓Vi給電子裝置10，整流器12用以將交流電壓Vi轉換成整流電壓VR，高壓轉換器13用以將整流電壓VR轉換成高電壓VBULK。高電壓VBULK經變壓轉換器14轉換成適當工作電壓(變壓)後輸出給負載L1。如第1及2圖所示，高壓轉換器13例如是至少包含回授電阻Ra 及Rb。變壓轉換器14更包含主線圈(Primary Winding)WP及輔助線圈(Auxiliary Winding)WA。主線圈WP與輔助線圈WA例如是一次側之線圈。當回授電阻Ra及Rb發生立即性異常時(例如，回授電阻Ra開路或回授電阻Rb短路)，高電壓VBULK會立即上升而發生過電壓問題。然，保護電路100可判斷高電壓VBULK是否異常，且當高電壓VBULK發生異常時，保護電路100啟動保護機制。例如，保護電路100透過控制線路16控制高壓轉換器13，以啟動保護機制。以下進一步說明保護電路100的結構。
如第2圖所示，保護電路100包括輔助線圈110、整流單元120、濾波單元130及分壓單元140。整流單元120、濾波單元130及/或分壓單元140例如是半導體導體製程所形成之實體電路。保護電路100可形成、配置或整合於變壓轉換器14及/或高壓轉換器13。例如，保護電路100的所有元件之一者或一些可形成、配置或整合於高壓轉換器13，而另一者或另一些可形成、配置或整合於變壓轉換器14。在一實施例中，輔助線圈110、整流單元120及濾波單元130可形成、配置或整合於變壓轉換器14，而分壓單元140可形成、配置或整合於高壓轉換器13。此外，輔助線圈110可以是前述輔助線圈WA的至少一部分；或者，輔助線圈110與輔助線圈WA為二單獨元件，其中輔助線圈110連接於輔助線圈WA。
如第2圖所示，利用主線圈WP與輔助線圈WA之繞線(電壓)比例關係，可得到與高電壓VBULK成比例關係之交流電壓(低 電壓)VAC。輔助線圈110用以感應交流電壓VAC。整流單元120耦接輔助線圈110且用以將交流電壓VAC整流成一直流電壓VDC(未標示)。濾波單元130耦接整流單元120且用以將直流電壓VDC濾波成一直流濾波電壓VDCF。分壓單元140耦接於整流單元120及濾波單元130，以傳輸直流濾波電壓VDCF。控制器15耦接於分壓單元140且用以偵測直流濾波電壓VDCF之分壓Vd及依據分壓Vd，判斷是否啟動保護機制。
換言之，輔助線圈110所感應之交流電壓VAC透過整流單元120及濾波單元130整流濾波成直流濾波電壓VDCF，並透過分壓單元140取得分壓Vd。控制器15依據分壓Vd之值判斷是否啟動保護機制以及所啟動之保護機制種類。
如第2圖所示，在本實施例中，整流單元120包括二極體121，二極體121之一端(例如，一端)121a耦接於輔助線圈110，而二極體121之另一端(例如，另一端)121b耦接於濾波單元130。濾波單元130包括電容131，電容131之一端131a耦接於整流單元120，而電容131之另一端131b耦接於接地電位GND。電容131之一端131a例如是耦接於二極體121之另一端121b與分壓單元140之間的線路。分壓單元140包括耦接之第一電阻141與第二電阻142，第一電阻141耦接於整流單元120及濾波單元130。第一電阻141具有一端141a及另一端141b。在本實施例中，一端141a、另一端121b與一端131a耦接於(共點)一節點f，此節點f之電壓即直流濾波電壓VDCF。第二電阻 142耦接於接地電位GND。例如，第二電阻142具有一端142a及另一端142b，其中一端142a耦接第一電阻141之另一端141b，而另一端142b耦接於接地電位GND。
本發明實施例之整流單元120、濾波單元130及/或分壓單元140之結構及/或連接關係不受前述所限，其有可以包含其它類型電路結構，只要能達成本案所請發明所欲實現之功能即可。
如第2圖所示，前述分壓Vd例如是第一電阻141與第二電阻142之間一節點d之電壓。控制器15用以偵測此分壓Vd，並據以判斷是否啟動保護機制。保護機制例如是包含過電壓保護模式或欠電壓保護模式。
以過電壓保護模式來說，控制器15更用以：判斷分壓Vd是否等於或大於第一設定電壓值；以及，當分壓Vd等於或大於第一設定電壓值時，啟動過電壓保護模式。以欠電壓保護模式來說，控制器15更用以：判斷分壓Vd是否等於或小於第二設定電壓值；以及，當分壓Vd等於或小於第二設定電壓值時，啟動一欠電壓保護模式。
以下說明第一設定電壓值之產生(或取得)方式。
如下式(1)，VS表示控制器15之偵測埠15a之電壓設定值、R141表示第一電阻141之電阻值，R142表示第二電阻142之電阻值，VD1表示二極體121之順向導通電壓，NP表示主線圈WP之主繞線圈數、N110表示輔助線圈110之輔助繞線圈數。電阻值 R141、電阻值R142、主繞線圈數NP、輔助繞線圈數N110及高電壓VBULK為已知，將此些已知值代入式(1)運算，可取得對應之電壓設定值VS。
Figure 111101284-A0305-02-0010-1
以過電壓保護模式來說，高電壓VBULK以481.5伏特(V)、電阻值R141以30K歐姆、電阻值R142以4.99K歐姆、主繞線圈數NP以62圈而輔助繞線圈數N110以3圈為例代入式(1)，可取得對應之電壓設定值VS為3.18V，此數值即前述第一設定電壓值。當控制器15透過偵測埠15a偵測到分壓Vd達到3.18V時，控制器15可啟動過電壓保護模式。例如，如第1圖所示，控制器15透過控制線路16切斷高壓轉換器13，使高壓轉換器13立即關閉(停止提供電壓給變壓轉換器14)，以實現過電壓保護之技術效果。
以欠電壓保護模式來說，只要改變高電壓VBULK之值，例如是250伏特(V)，其餘參數值不變，經代入式(1)運算後，可取得對應之電壓設定值VS為1.58V，此數值即前述第二設定電壓值。當控制器15透過偵測埠15a偵測到分壓Vd達到1.58V時，啟動欠電壓保護模式。例如，如第1圖所示，控制器15透過控制線路16切斷高壓轉換器13，使高壓轉換器13立即關閉(停止提供電壓給變壓轉換器14)，以實現欠電壓保護之技術效果。
請參照第3圖，其繪示依照本發明另一實施例之電子裝置20的局部電路圖。電子裝置20包括整流器12(未繪示)、 高壓轉換器13、變壓轉換器24、控制器15及保護電路200。保護電路200包括輔助線圈110、整流單元120、濾波單元130及分壓單元140。本實施例之保護電路200具有相同或相似於前述保護電路100的特徵，於此不再贅述。在本實施例中，電子裝置20改以應用Forward變壓器為例說明，因此變壓轉換器24為Forward轉換器。
此外，保護電路100或200也可應用於其它變壓模式之變壓轉換器，不受本發明實施例所限。
請參照第4圖，其繪示第1圖之電子裝置10之保護方法之流程圖。保護方法可應用於第2圖之保護電路100或第3圖之保護電路200實現。
在步驟S110中，輔助線圈110感應交流電壓VAC。
在步驟S120中，整流單元120將交流電壓VAC整流成直流電壓VDC(未繪示)。
在步驟S130中，濾波單元130將直流電壓VDC濾波成直流濾波電壓VDCF。
在步驟S140中，控制器15用以偵測直流濾波電壓VDCF之分壓Vd。
在步驟S150中，控制器15判斷分壓Vd是否等於或大於第一設定電壓值。當分壓Vd等於或大於第一設定電壓值時，流程進入步驟S160，啟動過電壓保護模式。當分壓Vd不等於或不大於第一設定電壓值時，流程進入步驟S170。
在步驟S170中，控制器15判斷分壓Vd是否等於或小於第二設定電壓值。當分壓Vd等於或小於第二設定電壓值時，流程進入步驟S180，啟動欠電壓保護模式。當分壓Vd不等於或不小於第二設定電壓值時，控制器15維持當前運作模式，即，不啟動保護機制。前述第一設定電壓值大於第二設定電壓值。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10:電子裝置
13:高壓轉換器
14:變壓轉換器
15:控制器
15a:偵測埠
100:保護電路
110:輔助線圈
120:整流單元
121:二極體
121a,131a,141a,142a:一端
121b,131b,141b,142b:另一端
130:濾波單元
131:電容
140:分壓單元
141:第一電阻
142:第二電阻
d,f:節點
L1:負載
GND:接地電位
Ra,Rb:回授電阻
VAC:交流電壓
VDCF:直流濾波電壓
Vd:分壓
VBULK:高電壓
WP:主線圈
WA:輔助線圈

Claims (18)

  1. 一種電子裝置，包括：一保護電路，包括：一輔助線圈，用以感應一交流電壓；一整流單元，耦接該輔助線圈且用以將該交流電壓整流成一直流電壓；一濾波單元，耦接該整流單元且用以將該直流電壓濾波成一直流濾波電壓；及一分壓單元，耦接於該整流單元及該濾波單元，以傳輸該直流濾波電壓；以及一控制器，耦接於該分壓單元，且用以：偵測該直流濾波電壓之一分壓；及依據該分壓，判斷是否啟動一過電壓保護模式或一欠電壓保護模式。
  2. 如請求項1所述之電子裝置，其中該控制器更用以：判斷該分壓是否等於或大於一第一設定電壓值；以及當該分壓等於或大於該第一設定電壓值時，啟動該過電壓保護模式。
  3. 如請求項1所述之電子裝置，其中該控制器更用以：判斷該分壓是否等於或小於一第二設定電壓值； 當該分壓等於或小於該第二設定電壓值時，啟動該欠電壓保護模式。
  4. 如請求項1所述之電子裝置，其中該分壓單元包括耦接之一第一電阻與一第二電阻，該第一電阻耦接於該整流單元及該濾波單元，該第二電阻耦接於一接地電位，該控制器更用以：偵測該第一電阻與該第二電阻之間一節點之該分壓。
  5. 如請求項1所述之電子裝置，其中該整流單元包括一二極體，該二極體之一端耦接於該輔助線圈，該二極體之另一端耦接於該濾波單元。
  6. 如請求項1所述之電子裝置，其中該濾波單元包括一電容，該電容之一端耦接於該整流單元，該電容之另一端耦接於一接地電位。
  7. 一種保護方法，包括：一輔助線圈感應一交流電壓；一整流單元將該交流電壓整流成一直流電壓；一濾波單元將該直流電壓濾波成一直流濾波電壓；一控制器偵測傳輸於一分壓單元之該直流濾波電壓之一分壓；以及該控制器依據該分壓，判斷是否啟動一過電壓保護模式或一欠電壓保護模式。
  8. 如請求項7所述之保護方法，更包括： 判斷該分壓是否等於或大於一第一設定電壓值；以及當該分壓等於或大於該第一設定電壓值時，啟動該過電壓保護模式。
  9. 如請求項7所述之保護方法，更包括：判斷該分壓是否等於或小於一第二設定電壓值；當該分壓等於或小於該第二設定電壓值時，啟動該欠電壓保護模式。
  10. 如請求項7所述之保護方法，其中該分壓單元包括耦接之一第一電阻與一第二電阻，該第一電阻耦接於該整流單元及該濾波單元，該第二電阻耦接於一接地電位，該保護方法更包括：偵測該第一電阻與該第二電阻之間一節點之該分壓。
  11. 如請求項7所述之保護方法，其中該整流單元包括一二極體，該二極體之一端耦接於該輔助線圈，而該二極體之另一端耦接於該濾波單元。
  12. 如請求項7所述之保護方法，其中該濾波單元包括一電容，該電容之一端耦接於該整流單元，而該電容之另一端耦接於一接地電位。
  13. 一種保護電路，電性耦接於一控制器，且包括：一輔助線圈，用以感應一交流電壓；一整流單元，耦接該輔助線圈且用以將該交流電壓整流成一直流電壓； 一濾波單元，耦接該整流單元且用以將該直流電壓濾波成一直流濾波電壓；以及一分壓單元，耦接於該整流單元及該濾波單元，以傳輸該直流濾波電壓；其中，該直流濾波電壓之一分壓用以供該控制器判斷是否啟動一過電壓保護模式或一欠電壓保護模式。
  14. 如請求項13所述之保護電路，其中當該分壓等於或大於一第一設定電壓值時，該控制器啟動該過電壓保護模式。
  15. 如請求項13所述之保護電路，其中當該分壓等於或小於一第二設定電壓值時，該控制器啟動該欠電壓保護模式。
  16. 如請求項13所述之保護電路，其中該分壓單元包括耦接之一第一電阻與一第二電阻，該第一電阻耦接於該整流單元及該濾波單元，該第二電阻耦接於一接地電位；該分壓係該第一電阻與該第二電阻之間一節點之電壓。
  17. 如請求項13所述之保護電路，其中該整流單元包括一二極體，該二極體之一端耦接於該輔助線圈，該二極體之另一端耦接於該濾波單元。
  18. 如請求項13所述之保護電路，其中該濾波單元包括一電容，該電容之一端耦接於該整流單元，該電容之另一端耦接於一接地電位。
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