專利名稱：用于條件性響應(yīng)開關(guān)電源中的故障狀態(tài)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及電子電路，并且更具體地，本發(fā)明涉及響應(yīng)故障狀態(tài)的電路。
背景技術(shù)：
離線式開關(guān)電源通常采用調(diào)節(jié)輸出參數(shù)的控制環(huán)，該輸出參數(shù)例如輸出電壓和/或電流。為了安全起見，通常這些電路具有在例如失調(diào)或者功率變換器超過溫度閾值的故障情況下幫助保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的方法是必要的。否則，在這種情況下，輸出電路或者附加負(fù)載將受到傷害，或者更惡劣的情況下在人與輸出或者功率變換器外殼接觸時(shí)將受到損害。
然而，失調(diào)或者超過溫度閾值在電源中可具有各種原因。首先，失調(diào)可以是由于控制環(huán)中的故障元件所引起的。一個(gè)實(shí)施例就是故障光耦合器，該光耦合器典型地用于將隔離屏障兩端的反饋信號(hào)從電源的輸出或者次級(jí)側(cè)耦合到輸入或者初級(jí)側(cè)。
其次，失調(diào)可因?yàn)檩敵鲞^載情況或者輸出短路狀態(tài)引起。在輸出過載的情形下，一旦電源不能再傳送所需求的能量，輸出電壓就會(huì)下降到低于其調(diào)節(jié)值。在輸出短路的情況下，輸出電壓將下降到接近于零。在兩種情況下，所需求的功率超過了電源的容量。因此失調(diào)了。
失調(diào)同樣可出現(xiàn)在正常的功率下降中，例如當(dāng)電源從線路中拔出時(shí)，這是因?yàn)橐坏┮瞥涣?AC)輸入電壓時(shí)，電源的輸入電壓最后將下降的很低，以致變換器不能傳送輸出功率，并且失調(diào)。上面的失調(diào)原因的另一個(gè)例子是AC或者線路輸入電壓中的暫時(shí)下降。在AC電壓下降的情況下，功率變換器中各個(gè)元件的溫度典型地變化到附加熱應(yīng)力之下，這從而可能導(dǎo)致單個(gè)元件或者整個(gè)變換器超過安全溫度閾值。

發(fā)明內(nèi)容


通過例子和非限定性附圖詳細(xì)說明了本發(fā)明。
圖1A是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的對(duì)故障狀態(tài)進(jìn)行條件性響應(yīng)的功率變換器的實(shí)施例的示意性例子。
圖1B是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的對(duì)故障狀態(tài)進(jìn)行條件性響應(yīng)的功率變換器的實(shí)施例的另一示意性例子。
圖2是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的在功率變換器中對(duì)故障狀態(tài)進(jìn)行條件性響應(yīng)的實(shí)施例的示例流程圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的對(duì)故障狀態(tài)進(jìn)行條件性響應(yīng)的功率變換器的實(shí)施例的另一示例實(shí)施例。
圖4是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的包括在對(duì)故障狀態(tài)進(jìn)行條件性響應(yīng)的功率變換器中的集成電路的實(shí)施例的示例。
具體實(shí)施例方式
這里公開了根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的其中對(duì)故障狀態(tài)進(jìn)行條件性響應(yīng)的電源的實(shí)施例的實(shí)例。在下面的描述中，為了對(duì)本發(fā)明提供透徹的理解，提出了大量的特定細(xì)節(jié)。然而，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，很明顯這些特定的細(xì)節(jié)不是必須應(yīng)用于實(shí)施本發(fā)明。為了避免使得本發(fā)明不清楚，沒有詳細(xì)描述與實(shí)現(xiàn)方式相關(guān)的公知方法。
遍及整個(gè)說明書對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”或者“實(shí)施例”的引用表示與該實(shí)施例相結(jié)合描述的特定部件，結(jié)構(gòu)或者特性包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在整個(gè)說明書各個(gè)位置出現(xiàn)的短語“對(duì)于一個(gè)實(shí)施例”或者“一個(gè)實(shí)施例中”不必全部涉及相同的實(shí)施例。此外，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，下文描述的和/或附圖中所示的特定部件，結(jié)構(gòu)，特性，組合和/或子組合可以以任何合適的方式組合在一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例中。
對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，提供了在特定應(yīng)用中對(duì)電源中的故障狀態(tài)的條件性響應(yīng)。一個(gè)示例應(yīng)用可以是用于打印機(jī)的電源。在特定情形下，如果例如檢測(cè)到失調(diào)或者超出溫度閾值，電源將切斷。這些情形包括輸出短路或者輸出過載或者控制環(huán)由于故障元件而中斷，而電源輸入電壓在正常操作范圍內(nèi)或者換句話說高于在電源的設(shè)計(jì)中所設(shè)定的滿足該電源的正常工作規(guī)范的閾值。應(yīng)進(jìn)行非自動(dòng)的重新啟動(dòng)。否則，在噴墨式打印機(jī)中傳送紙張的電動(dòng)機(jī)在卡紙的情況下瞬時(shí)損壞。然而，在正常的下電或者丟失線路周期或者低輸入電壓延長(zhǎng)的期間，應(yīng)避免響應(yīng)故障狀態(tài)的閉鎖關(guān)斷。在這種情形下，當(dāng)輸入電壓再次返回到電源的正常工作范圍內(nèi)時(shí)期望進(jìn)行自動(dòng)重啟動(dòng)。
這里披露了解決控制系統(tǒng)不能檢測(cè)故障狀態(tài)的起因的性質(zhì)的方法和裝置。隨后進(jìn)行的故障狀態(tài)的檢測(cè)，設(shè)計(jì)者可以選擇當(dāng)輸入電壓高于閾值電平時(shí)進(jìn)行閉鎖關(guān)斷或者在因?yàn)檩斎腚妷旱陀陂撝惦娖綄?dǎo)致故障狀態(tài)時(shí)在進(jìn)行滯后或進(jìn)行自動(dòng)重啟動(dòng)之間進(jìn)行選擇。例如，對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)輸入電壓再次上升到閾值電平以上時(shí)，該電源開始重啟動(dòng)嘗試。對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，電源控制器可區(qū)分故障狀態(tài)的性質(zhì)，并且依照本發(fā)明的教導(dǎo)根據(jù)已經(jīng)檢測(cè)到故障狀態(tài)后所接收的附加信息來確定不同的動(dòng)作。對(duì)于一個(gè)實(shí)施例，其具有使得故障狀態(tài)檢測(cè)和輸出電壓感測(cè)可在集成電路控制器電路的單個(gè)引腳上實(shí)現(xiàn)，同時(shí)如果按照故障狀態(tài)檢測(cè)輸入電壓高于閾值就將集成電路閉鎖成關(guān)斷狀態(tài)的好處。
圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的一個(gè)功率變換器示例，其中多個(gè)輸入180的一個(gè)或者多個(gè)耦合到功率變換器的控制器電路上，從而檢測(cè)故障狀態(tài)。包括在多個(gè)輸入180中的那些信號(hào)可表示在功率變換器中出現(xiàn)故障，并且可包括但不局限于代表線路輸入電壓的信號(hào)、電源的調(diào)節(jié)輸出參數(shù)和/或熱信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)。例如，代表電源的調(diào)節(jié)輸出參數(shù)的信號(hào)可用來指示功率變換器中輸出參數(shù)失調(diào)的故障狀態(tài)。同樣，熱信號(hào)可代表功率變換器中的元件溫度，并且因此用來指示在功率變換器中存在熱故障狀態(tài)。因此根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，多個(gè)輸入180可用于首先檢測(cè)故障狀態(tài)，然后確定故障狀態(tài)原因，包括例如代表AC輸入電壓或者DC總線(體)電壓的信號(hào)。如下面將要討論的，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，一個(gè)實(shí)施例的功率變換器的各種例子被耦合成對(duì)所檢測(cè)到的故障狀態(tài)具有條件性響應(yīng)。
如示出的例子所示，將AC線電壓VIN105通過橋式整流器BR1 110進(jìn)行整流，并且用大電容器C1 115平滑。響應(yīng)電源開關(guān)S1 125的切換通過能量轉(zhuǎn)換元件T1 130將能量傳送到負(fù)載155上，其中電源開關(guān)S1 125耦合到能量轉(zhuǎn)換元件T1130的輸入端上。在圖1A的示例中，將能量轉(zhuǎn)換元件T1 130作為變壓器示出。該變壓器的輸出電壓由整流器D1 135和電容器C2 140進(jìn)行整流和平滑。輸出參數(shù)，例如輸出電壓Vo 150，輸出電流Io145或者Vo150和Io145的組合，通過反饋電路165和控制器175進(jìn)行調(diào)節(jié)。
一個(gè)實(shí)施例中，反饋電路165直接耦合到電源的輸出端以感測(cè)電源的輸出。一個(gè)實(shí)施例中，反饋電路165將輸出電壓Uo160的表示與參考電壓UREF185進(jìn)行比較，從而產(chǎn)生反饋信號(hào)UFB170。該反饋信號(hào)UFB170由控制器175進(jìn)行處理，用于調(diào)節(jié)諸如輸出電壓Vo150或者輸出電流Io145的輸出參數(shù)。一個(gè)實(shí)施例中，反饋信號(hào)UFB可以是提供給用于檢測(cè)例如電壓Vo150或輸出電流Io 145的輸出參數(shù)的失調(diào)的裝置的多個(gè)輸入170中的一個(gè)。如圖所示，控制器175產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)176，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)176被耦合以控制電源開關(guān)S1 125的切換，從而調(diào)節(jié)功率變換器的輸出參數(shù)。一個(gè)實(shí)施例中，輸入線感測(cè)電路152的輸出151是控制器175的多個(gè)輸入180中之一。一個(gè)實(shí)施例中，線路感測(cè)電路152的功能是監(jiān)測(cè)AC輸入電壓VIN105的幅值。
圖1B示出了一個(gè)示例性的功率變換器，該功率變換器與圖1A的功率變換器具有許多相同之處，但是另外增加了形成能量轉(zhuǎn)換元件197一部分的偏壓繞組188。與圖1A的電路的共同之處在于，AC線電壓VIN190通過橋式整流器BR1 192進(jìn)行整流并且用大電容器C1 193進(jìn)行平滑。響應(yīng)電源開關(guān)S1 196的切換將功率通過能量轉(zhuǎn)換元件T1 197傳送到負(fù)載164上，該電源開關(guān)S1 196連接到能量轉(zhuǎn)換元件T1 197的輸入端。如示出的例子所示，電源開關(guān)S1 196響應(yīng)從控制器187接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)173進(jìn)行切換。在所示的例子中，控制器197被耦合成接收多個(gè)輸入181，其包括來自反饋電路183的反饋信號(hào)UFB182。一個(gè)例子中，反饋電路183被耦合成接收參考電壓UREF186。在圖1B的例子中，能量轉(zhuǎn)換元件T1 197作為變壓器示出。將變壓器輸出電壓通過整流器D1 198和電容器C2 199進(jìn)行整流和平滑。諸如輸出電壓Vo162或者輸出電流Io163的輸出參數(shù)通過反饋電路183和控制器187進(jìn)行調(diào)節(jié)。然而，圖1B的電路具有偏壓繞組188，該偏壓繞組188用于給電源控制器187提供低壓電源和/或給反饋電路183產(chǎn)生代表輸出電壓162的輸出信號(hào)。在其中偏壓繞組信號(hào)189被耦合到反饋電路183的情況下，不再需要信號(hào)184，相替代的是控制器187適于切換開關(guān)196以調(diào)節(jié)偏壓繞組信號(hào)189。依據(jù)反饋電路183內(nèi)部的電路，將要進(jìn)行調(diào)節(jié)的偏壓繞組信號(hào)可以是偏壓繞組188兩端的電壓，或者是從偏壓繞組188兩端的電壓得到的電流。因此，在圖1B的電路中，功率變換器輸出參數(shù)Vo162的失調(diào)可通過感測(cè)由偏壓繞組產(chǎn)生的偏壓繞組輸出信號(hào)189來進(jìn)行檢測(cè)。
圖2示出了各種故障狀態(tài)下的操作流程圖。在電源啟動(dòng)時(shí)，首先在框210中檢測(cè)AC輸入電壓高于啟動(dòng)閾值電平。該框確定電源的輸入電壓足夠的高從而維持所要求的輸出參數(shù)的調(diào)節(jié)。
只要輸入電壓足夠的高，就由框220啟動(dòng)切換。為了進(jìn)行充分的公開，術(shù)語切換表示電源開關(guān)的動(dòng)作，并且用于描述傳送能量到功率變換器輸出負(fù)載的動(dòng)作，電源開關(guān)例如圖1A的開關(guān)S1 125。
一旦電源已經(jīng)開始切換，框230不斷監(jiān)測(cè)控制環(huán)，從而檢測(cè)被調(diào)節(jié)的輸出參數(shù)是否仍然在調(diào)節(jié)狀態(tài)。注意，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，在可替換實(shí)施例中，框230可轉(zhuǎn)而監(jiān)測(cè)功率變換器電源開關(guān)，例如圖1A中的開關(guān)S1 125，或者能量轉(zhuǎn)換元件或者功率變換器中的其他任何元件中的一個(gè)或者多個(gè)的溫度。然后在框230中確定其溫度被監(jiān)測(cè)的元件或者多個(gè)元件是否低于溫度閾值。
如果超過了溫度閾值，這將使得功率變換器的切換停止，如框240所示。而為了進(jìn)行剩余的描述，將失調(diào)用作故障狀態(tài)的一種指示。
當(dāng)失調(diào)時(shí)，如框240所示結(jié)束切換并且設(shè)置閉鎖?？梢栽谑д{(diào)后立即結(jié)束切換，或者從失調(diào)點(diǎn)開始的一段時(shí)間之后結(jié)束切換，以便允許功率變換器的正常操作過程中短時(shí)間失調(diào)的各種狀態(tài)，例如非常高的暫態(tài)負(fù)載狀態(tài)。
在已經(jīng)失調(diào)之后，框250接著檢測(cè)是否失調(diào)是由于AC線電壓低于閾值所引起的，該閾值這里稱作重啟動(dòng)閾值電平。如果AC線電壓高于該重啟動(dòng)閾值電平，那么假定失調(diào)的原因是控制環(huán)中斷或者輸出過載或者短路。在所有的這些情況中，電源被閉鎖關(guān)斷。
在AC輸入不是足夠高的情況下，例如低于重啟動(dòng)閾值電平，那么將鎖存器進(jìn)行復(fù)位，如框260所示。在這種情況下，正常的功率下降或者AC線下跌可能是失調(diào)的原因，并且允許進(jìn)行重啟動(dòng)嘗試。
在該實(shí)施例中，框270確定關(guān)斷時(shí)間周期，在該時(shí)間之后當(dāng)AC輸入電壓再次升高到啟動(dòng)閾值以上時(shí)(如框280所確定)功率變換器將進(jìn)行重啟動(dòng)嘗試。在一個(gè)實(shí)施例中，關(guān)斷時(shí)間周期可以是零，如果如框280所示輸入電壓電平高于啟動(dòng)閾值，那么電源操作立即進(jìn)行重啟動(dòng)?？?50的存在確保在停止切換之后持續(xù)監(jiān)測(cè)AC線。在一個(gè)實(shí)施例中，輸入電壓?jiǎn)?dòng)和重啟動(dòng)閾值電平基本相等。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，在一個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)用框210和280的電路是相同的，在這種情況下框270之后的處理繼續(xù)使用框210而不是框280。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，在上述實(shí)施例中，當(dāng)功率變換器對(duì)應(yīng)于框230的NO輸出而處于調(diào)節(jié)狀態(tài)時(shí)，操作對(duì)功率變換器輸入電壓不響應(yīng)。只有在失調(diào)后在框250中再次感測(cè)到輸入電壓。
圖3是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的用于一個(gè)實(shí)施例的變換器300的示意圖。如示出的例子所示，反饋信號(hào)和AC線電壓感測(cè)信號(hào)在控制器340的一個(gè)反饋端EN 390上進(jìn)行組合，從而減小控制器U1 340的輸入教量，因此減少系統(tǒng)成本。在另一個(gè)實(shí)施例中，反饋和AC線電壓感測(cè)可施加到控制器U1 340的分立端子上。
在圖3所示的例子中，控制器U1 340包括耦合在D和S端之間的開關(guān)。通過在控制器U1 340中包括開關(guān)，可減小系統(tǒng)成本。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，在另一個(gè)實(shí)施例中，開關(guān)還可以在控制器U1 340的外部。將AC線電壓VIN305通過橋式整流器BR1 310和DC大電容器C1 335進(jìn)行整流和平滑。能量轉(zhuǎn)換元件T1 350與集成在控制器U1 340中的開關(guān)耦合，以便調(diào)節(jié)能量到負(fù)載375的傳送。將變壓器T1 350的輸出電壓通過整流器D1 355和電容器C2 360進(jìn)行整流和平滑。
在所示的例子中，調(diào)節(jié)輸出參數(shù)是輸出電壓Vo365。輸出電壓調(diào)節(jié)閾值由齊納二極管D4 380和光耦合器U2 385LED的正向壓降進(jìn)行設(shè)定。光耦合器U2 385將隔離屏蔽兩端的反饋信號(hào)耦合到集成電路U1 340的反饋端EN 390上。在該實(shí)施例中，通過反饋端EN 390的反饋信號(hào)的丟失來指示輸出參數(shù)的失調(diào)。如前所述，這種失調(diào)可以例如是由于功率變換器輸出端上的輸出短路或者過載狀態(tài)所導(dǎo)致的。此外，圖3示出了可產(chǎn)生失調(diào)的電路395。一個(gè)實(shí)施例中，感測(cè)和消弧電路395包括電流感測(cè)電路，其中電流感測(cè)電路感測(cè)輸出電流Io370的幅值并且觸發(fā)消弧電路，如果Io370超過閾值或者超過閾值一段時(shí)間消弧電路就在功率變換器的輸出端之間實(shí)質(zhì)上進(jìn)行短路。因此電路395產(chǎn)生了基于輸出負(fù)載狀況的失調(diào)。這種類型的電路可用于例如打印機(jī)的功率變換器中，從而檢測(cè)負(fù)載狀況，該負(fù)載狀況自身中不能產(chǎn)生失調(diào)，但由于其超過由打印機(jī)的制造者所設(shè)定的最大功率傳送規(guī)格而是不希望的。當(dāng)該負(fù)載狀況存在一段時(shí)間時(shí)，期望功率變換器閉鎖關(guān)斷，其中該時(shí)間段可以基本為零。感測(cè)和消弧電路395提供了這種功能并且允許功率變換器設(shè)計(jì)者設(shè)定產(chǎn)生該故障狀態(tài)的閾值。
電容器C4 345用作控制器U1 340的內(nèi)部電源的旁路。在圖3的例子中，控制器U1 340用于響應(yīng)流出反饋端EN 390的反饋電流信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，在其它的實(shí)施例中，控制器340可以用于響應(yīng)端EN 390上的反饋電壓。在又一實(shí)施例中，控制器340可用于響應(yīng)流進(jìn)反饋端EN 390處的反饋電流信號(hào)?？刂破?40檢測(cè)何時(shí)該反饋電流信號(hào)超過由控制器340的內(nèi)部電路所確定的閾值?？刂破?40用于控制通過能量轉(zhuǎn)換元件350的能量傳送，以便調(diào)節(jié)反饋端EN 390的反饋電流信號(hào)。一個(gè)實(shí)施例中，控制器340采用導(dǎo)通/關(guān)斷控制機(jī)制來實(shí)現(xiàn)這種調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，在其它的實(shí)施例中，控制器340可采用脈寬調(diào)制器(PWM)電壓模式或者PWM電流模式或者諧振模式或者準(zhǔn)諧振模式控制來實(shí)現(xiàn)這種調(diào)節(jié)。
如圖3示出的例子中所示，組件315，320，330以及325構(gòu)成線路感測(cè)電路，該線路感測(cè)電路例如圖1A所示的線路感測(cè)塊152的例子。將AC輸入電壓VIN305通過整流器D3 315和電容器C3 325進(jìn)行整流和平滑。電容器325充電到AC輸入的峰值，并且隨著時(shí)間的過去由電阻器330和320進(jìn)行放電。電容器325，電阻器330和電阻器320的相對(duì)值確定電容器325在二極管315不導(dǎo)通的時(shí)間上的電壓值。
例如，在一個(gè)例子中，電容器325的值為33nF，電阻器330的值為6.8兆歐，電阻器320的值為10兆歐。那么這種組合值的時(shí)間常數(shù)大約是132毫秒。這樣選擇該時(shí)間常數(shù)，使得其比AC電壓波形的周期長(zhǎng)的多，其中當(dāng)AC線電壓頻率是60赫茲時(shí)AC電壓波形的周期典型地為約16.6毫秒。因此132毫秒的時(shí)間常數(shù)的選擇確保了325兩端的電壓在AC線周期之間保持，但是如果AC輸入電壓斷開或者下降，其能相對(duì)快速地進(jìn)行放電。從本發(fā)明的教導(dǎo)中還可以得到的好處是，電容器325，電阻器330以及電阻器320的值可以全部增加或者減小，從而增加或者減小電容器325的放電時(shí)間。
在另一個(gè)實(shí)施例中，不需要電阻器330，這是因?yàn)榱鬟M(jìn)電阻器320的電流足以提供二極管315不導(dǎo)通時(shí)325兩端電壓的期望值。從本發(fā)明的教導(dǎo)中獲益的應(yīng)用通常要求電源用戶能通過去掉AC輸入電壓來復(fù)位電源，并且這種復(fù)位發(fā)生在通常為1到10秒之間的一小段時(shí)間內(nèi)。
因此，當(dāng)移除C輸入電壓時(shí)電容器325的相對(duì)快速放電成為了不能通過檢測(cè)電容器335兩端的電壓來實(shí)現(xiàn)線電壓感測(cè)的原因，其中電容器335兩端的電壓值通常非常大，并且因此需要非常長(zhǎng)的時(shí)間段來放電。然而，在一個(gè)實(shí)施例的可替換實(shí)施例中，如果容許一長(zhǎng)段時(shí)間來復(fù)位電源的話，那么可以從電容器C1 335兩端的電壓得到輸入電壓信息。在這種實(shí)施例中，二極管D3 315和電容器C3 325可以取消，并且電阻器320耦合在反饋端EN 390和電容器C1 335的正極端的輸入DC之間。在那種情況下，諸如R2 330的電阻器可以連接在電容器C1 335的兩端，從而影響電容器C1 335兩端的電壓的時(shí)間常數(shù)，因此影響當(dāng)移除輸入電壓時(shí)用于復(fù)位電源的時(shí)間。其中可使用這種類型的實(shí)施例的情況的實(shí)施例比如是給電源饋送的是DC而不是AC時(shí)。
電容器C3 325兩端的電壓使得電流流過電阻器320。在圖3的例子中，控制器U1 340用于在輸出參數(shù)失調(diào)之后感測(cè)流過電阻器320的電流幅值。控制器340的內(nèi)部電路設(shè)定這里稱作線路感測(cè)閾值電流的該電流的閾值。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，一個(gè)實(shí)施例中，小于該閾值的流進(jìn)電阻器320的電流被解釋為表示AC輸入電壓不是足夠高，無法使功率變換器傳送所要求的能量到功率變換器輸出負(fù)載并且使輸出參數(shù)處于調(diào)節(jié)狀態(tài)。
在由于輸出過載或者短路而導(dǎo)致失調(diào)的情況下，控制器U1 340檢測(cè)由光耦合器385耦合到反饋端EN 390的反饋信號(hào)的丟失，并且停止切換，如圖2所述。然而，根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)所得的好處，控制器340能確定這種失調(diào)的原因。
例如，如果，在檢測(cè)到反饋信號(hào)的丟失之后，通過電阻器320流進(jìn)控制器340的反饋端EN 390的電流高于由控制器340的內(nèi)部電路所設(shè)定的線路感測(cè)閾值，那么控制器340啟動(dòng)閉鎖關(guān)斷狀態(tài)。通過移除或者減小AC輸入電壓直到流過電阻器320的電流低于控制器340的線路感測(cè)閾值電流為止，復(fù)位該閉鎖關(guān)斷狀態(tài)。注意，控制器340的線路感測(cè)閾值電流典型地設(shè)定為具有例如50到100伏特峰值電壓的AC電壓所對(duì)應(yīng)的值。因此，為了復(fù)位閉鎖關(guān)斷狀態(tài)，不必將C1335兩端的電壓減小到相當(dāng)?shù)偷碾娖?，從而，?duì)控制器340的BP腳上的電源電壓進(jìn)行放電，以便迫使控制器通過內(nèi)部啟動(dòng)程序進(jìn)行復(fù)位。相反，可以快速?gòu)?fù)位閉鎖關(guān)斷狀態(tài)而電容器C1 335仍然具有高電壓。隨后的閉鎖關(guān)斷狀態(tài)的復(fù)位如上所述，當(dāng)AC輸入電壓接著增加使得流進(jìn)反饋端EN 390的電流再次高于線路感測(cè)閾值時(shí)，功率變換器由控制器340重啟動(dòng)。該功能如圖2所述。因此，結(jié)合圖2所述，圖3的例子是其中啟動(dòng)和重啟動(dòng)閾值基本相等的實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，在上述實(shí)施例中，失調(diào)前，并不感測(cè)流過電阻器320的電流，因此在正常操作過程中，控制器操作對(duì)代表功率變換器輸入電壓的這種信號(hào)不響應(yīng)。
一個(gè)實(shí)施例中，可將一定程度的滯后應(yīng)用于該線路感測(cè)閾值電流電平上。在流過電阻器320的電流低于線路感測(cè)閾值電流的情況下，在已經(jīng)檢測(cè)出失調(diào)之后，控制器340設(shè)定關(guān)斷時(shí)間周期，如果在關(guān)斷時(shí)間周期結(jié)束時(shí)，流過電阻器320的電流高于感測(cè)閾值電流電平，那么在關(guān)斷時(shí)間周期之后控制器將要嘗試重啟動(dòng)功率變換器。這又與圖2的流程圖一致。在其它的實(shí)施例中，該線路感測(cè)閾值可以是電壓閾值而不是電流閾值，此時(shí)仍能從本發(fā)明教導(dǎo)獲益。
如圖所示，圖3的電路例子應(yīng)用了控制器340，其使用存儲(chǔ)在旁路電容器345上的電荷來提供電源電流到內(nèi)部電路上，該電源電流從耦合在控制器U1 340的D端和BP端之間的控制器U1 340的內(nèi)部穩(wěn)壓器電路中得到。在其它的例子中，應(yīng)注意到，控制器U1 340工作的電源電流可從形成能量轉(zhuǎn)換元件350一部分的低壓偏壓繞組中得到。在采用偏壓繞組的示例性實(shí)施例中，該偏壓繞組輸出的代表電源輸出的信號(hào)可以耦合成由控制器U1 340接收。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，在各種例子中，代表電源輸出的由偏壓繞組輸出并由控制器U1 340接收的信號(hào)可以是偏壓繞組的電壓或者從偏壓繞組得到的電流。因此該偏壓繞組還可用于檢測(cè)變換器300的輸出上的失調(diào)。在設(shè)計(jì)合理的變換器中，出現(xiàn)在偏壓繞組兩端的電壓與變換器的輸出電壓基本成正比。這樣，功率變換器輸出上的輸出過載或者短路故障可通過偏壓繞組電壓下降到低于閾值而感測(cè)到。這種操作與圖1B的描述一致?？商鎿Q地，開環(huán)控制環(huán)狀態(tài)，例如如果光耦合器385故障成開路，那么隨后的輸出過壓狀態(tài)又可以通過偏壓繞組電壓升高到高于閾值而感測(cè)到。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，在其中不使用偏壓繞組的又一實(shí)施例中，功率變換器輸出過壓狀態(tài)可直接在功率變換器的輸出端上感測(cè)到，并且通過特別使用的第二光耦合器將指示故障狀態(tài)的信號(hào)提供給電源控制器。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的對(duì)故障狀態(tài)提供條件性響應(yīng)的電路的一個(gè)實(shí)施例的框圖400。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，圖4所示的示例性電路例如可以形成圖3中控制器U1340的內(nèi)部控制電路的一部分，或者圖1A的控制器175以及開關(guān)S1125，和/或形成圖2的流程圖所示的一些操作。
如示出的例子所示，與門415具有三個(gè)輸入信號(hào)。在正常操作過程中，在電源開關(guān)418的每個(gè)開關(guān)周期的開始，振蕩器419產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖421。如示出的例子所示，振蕩器419的輸入端422被耦合成通過MOSFET 411和/或MOSFET 425從電流源412接收電流。當(dāng)用來自電流源412的電流給振蕩器419供電時(shí)，啟動(dòng)振蕩器419的振蕩。假定不存在故障狀態(tài)，在內(nèi)部表現(xiàn)為使能信號(hào)413的反饋信號(hào)為高，那么與門415的輸出在時(shí)鐘信號(hào)421的持續(xù)時(shí)間中為高，這樣置位鎖存器或者導(dǎo)通電源開關(guān)418的觸發(fā)器417。如圖所示，觸發(fā)器417產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)476，驅(qū)動(dòng)信號(hào)476耦合成由開關(guān)418接收，從而控制電源開關(guān)418的切換。電源開關(guān)418維持導(dǎo)通的時(shí)間由電流極限值的條狀信號(hào)414和DCMAX信號(hào)420決定。這些信號(hào)中的任意一個(gè)為低將復(fù)位觸發(fā)器417，并結(jié)束電源開關(guān)418的導(dǎo)通時(shí)間。
在正常操作過程中，每次使能信號(hào)413變?yōu)榈蜁r(shí)，計(jì)數(shù)器401置位。然而，在使能信號(hào)413丟失的故障狀態(tài)下，該狀態(tài)表示例如圖3的電路中的輸出失調(diào)，并且在圖2中這種情況對(duì)應(yīng)于框230的是輸出，計(jì)數(shù)器401繼續(xù)計(jì)數(shù)，而不由使能信號(hào)413置位。計(jì)數(shù)器401利用來自振蕩器419的信號(hào)407在振蕩器頻率進(jìn)行時(shí)鐘計(jì)數(shù)。
一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)數(shù)器是降值計(jì)數(shù)器，因此從其中信號(hào)Q12，Q13和Q14開始為高到它們?yōu)榈偷臓顟B(tài)向下計(jì)數(shù)。一個(gè)實(shí)施例中，也包括計(jì)數(shù)位Q1到Q11，但不示于圖4中。因此，在正常操作情況下，其中計(jì)數(shù)器401的Q14輸出為高，反相器門409的輸出為低，將p溝道MOSFET 425維持為導(dǎo)通狀態(tài)，這樣使得振蕩器由電流源412供電并且正常工作。在同樣的情況下，鎖存器410的S輸入并且因此鎖存器410的Q輸出為高，這樣確保了p溝道MOSFET 411保持關(guān)斷，并且在振蕩器的工作中不起任何作用，而不管線路UV信號(hào)408的極性。因此根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，在正常操作過程中，同時(shí)調(diào)節(jié)功率的控制器操作對(duì)代表功率變換器輸入電壓的信號(hào)的狀態(tài)不響應(yīng)。
然而，在故障狀態(tài)下，當(dāng)計(jì)數(shù)器401已經(jīng)對(duì)Q14為低的時(shí)間段進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)，電路識(shí)別出該故障狀態(tài)。Q14輸出信號(hào)402變?yōu)榈?，防止功率MOSFET 418進(jìn)行切換，這是因?yàn)椴还芘c門415的其他輸入信號(hào)與門415的輸出保持為低。這對(duì)應(yīng)于圖2中的框240。
一旦Q14變?yōu)榈?，反相?09輸出變?yōu)楦?，關(guān)斷p溝道MOSFET 425。鎖存器410對(duì)Q14變?yōu)榈偷捻憫?yīng)取決于線路UV信號(hào)408的狀態(tài)。
在第一種情況下，如果線路UV信號(hào)408為高，則發(fā)信號(hào)通知例如圖3中的電源輸入電壓305低于閾值，然后，鎖存器410的Q輸出變?yōu)榈停琾溝道MOSFET411導(dǎo)通，使得振蕩器繼續(xù)工作或者振蕩。時(shí)鐘輸入407因此繼續(xù)提供時(shí)鐘輸入信號(hào)423到計(jì)數(shù)器401，計(jì)數(shù)器繼續(xù)降值計(jì)數(shù)，直到Q13和Q12與Q14(Q14從上面時(shí)已經(jīng)為低)共同變?yōu)榈?。此時(shí)，計(jì)數(shù)結(jié)束信號(hào)405變?yōu)楦?。由于在這第一種情況下，線路UV信號(hào)同樣為高，NAND門404的輸出變?yōu)榈?，阻止NAND門406的時(shí)鐘輸入407影響計(jì)數(shù)器401的輸入CLK信號(hào)423。
計(jì)數(shù)器401因此保持為這種狀態(tài)直到線路UV信號(hào)408變?yōu)榈?，其表示例如圖3中的電源輸入電壓308已經(jīng)升高到高于閾值。這種情況下，NAND門404的輸出變?yōu)楦撸琋AND門406的時(shí)鐘輸入407能再次以振蕩器419的頻率對(duì)計(jì)數(shù)器401的輸入CLK信號(hào)423進(jìn)行計(jì)時(shí)。然后，計(jì)數(shù)器401進(jìn)行計(jì)數(shù)到下一個(gè)狀態(tài)，在此Q1到Q14再次變?yōu)楦?，并且?jì)數(shù)器再次啟動(dòng)。由于Q14現(xiàn)在為高，因此再次使得功率MOSFET 418依據(jù)使能413和與門415的時(shí)鐘421輸入的狀態(tài)進(jìn)行切換。這一系列事件對(duì)應(yīng)于圖2中框280的是輸出以及框220。
在第二種情況下，線路UV信號(hào)408為低，發(fā)信號(hào)通知例如圖3中的電源輸入電壓305高于閾值，然后，鎖存器410的Q輸出保持為高，p溝道MOSFET 411關(guān)斷，阻止電流源412對(duì)振蕩器419供電。因此振蕩器419停止振蕩，時(shí)鐘輸入407因此不產(chǎn)生計(jì)數(shù)器401的時(shí)鐘輸入信號(hào)423。計(jì)數(shù)器401接著保持為當(dāng)前狀態(tài)，有效地閉鎖了這種狀態(tài)。因此，在這種故障狀態(tài)下，功率變換器閉鎖為關(guān)斷狀態(tài)。在圖2中，這對(duì)應(yīng)于將系統(tǒng)閉鎖在這種關(guān)斷狀態(tài)的框250的否輸出。這種狀態(tài)繼續(xù)存在直到線路UV信號(hào)408變?yōu)楦撸鋵?duì)應(yīng)于圖2中框250的是輸出。
鎖存器410的Q輸出接著復(fù)位為低，這對(duì)應(yīng)于圖2中的框260，p溝道MOSFET411再次導(dǎo)通，使得振蕩器419工作。這接下來使得計(jì)數(shù)器401繼續(xù)降值計(jì)數(shù)直到Q13和Q12變的與Q14一樣為低為止。降值計(jì)數(shù)到這種狀態(tài)的時(shí)間對(duì)應(yīng)于圖2中的框270。在該時(shí)間段的末尾，計(jì)數(shù)結(jié)束信號(hào)405變?yōu)楦?。如果線路UV信號(hào)為高，NAND門404的輸出變?yōu)榈停柚筃AND門406的時(shí)鐘輸入407影響計(jì)數(shù)器401的輸入CLK信號(hào)423。因此該計(jì)數(shù)器保持在這種狀態(tài)。這對(duì)應(yīng)于圖2中框280的否輸出。
當(dāng)線路UV信號(hào)408變?yōu)榈停@表示例如圖3中的電源輸入電壓308已經(jīng)升高到高于閾值，NAND門404的輸出變?yōu)楦?，NAND門406的時(shí)鐘輸入407能再次以振蕩器419的頻率對(duì)計(jì)數(shù)器401的輸入CLK信號(hào)423計(jì)時(shí)。然后，計(jì)數(shù)器401計(jì)數(shù)到其中Q1到Q14再次變?yōu)楦叩南乱粋€(gè)狀態(tài)，并且再次啟動(dòng)計(jì)數(shù)。由于Q14現(xiàn)在為高，再次使得功率MOSFET 418依據(jù)使能413和與門415的時(shí)鐘421輸入的狀態(tài)進(jìn)行切換。這一系列事件對(duì)應(yīng)于圖2中框280的是輸出和框220。
在上述描述中，已經(jīng)參考其特定的代表性實(shí)施例描述了本發(fā)明的方法和裝置。然而，很明顯不脫離本發(fā)明較寬的精神和范圍可進(jìn)行各種變形和改變。因此本說明書和附圖被認(rèn)為是示意性的，而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種功率變換器，包括耦合在功率變換器的輸入端和輸出端之間的能量轉(zhuǎn)換元件；耦合到能量轉(zhuǎn)換元件輸入端的開關(guān)；以及控制器電路，該控制器電路耦合到開關(guān)上，并且耦合成接收代表功率變換器輸出的反饋信號(hào)，并且耦合成接收代表功率變換器輸入電壓的信號(hào)，該控制器電路響應(yīng)反饋信號(hào)控制開關(guān)的切換，從而在功率變換器的輸出端上提供調(diào)節(jié)輸出參數(shù)，該控制器電路耦合成如果功率變換器輸入電壓高于閾值則響應(yīng)于檢測(cè)到功率變換器輸出參數(shù)失調(diào)而將功率變換器閉鎖成關(guān)斷狀態(tài)，當(dāng)功率變換器的輸出參數(shù)處于調(diào)節(jié)狀態(tài)時(shí)該控制器電路對(duì)代表功率變換器輸入電壓的信號(hào)不響應(yīng)。
2.權(quán)利要求1的功率變換器，其中該調(diào)節(jié)輸出參數(shù)包括功率變換器輸出端上的電壓。
3.權(quán)利要求1的功率變換器，其中該調(diào)節(jié)輸出參數(shù)包括功率變換器輸出端上的電流。
4.權(quán)利要求1的功率變換器，其中該調(diào)節(jié)輸出參數(shù)包括功率變換器輸出端上電壓和電流的組合。
5.權(quán)利要求1的功率變換器，還包括振蕩器，該振蕩器耦合到鎖存器上，從而產(chǎn)生控制開關(guān)的切換的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
6.權(quán)利要求5的功率變換器，其中該閉鎖器耦合成當(dāng)功率變換器輸入端上的電壓下降到低于重啟動(dòng)閾值電平時(shí)進(jìn)行復(fù)位。
7.權(quán)利要求5的功率變換器，其中該功率變換器耦合成在鎖存器復(fù)位后當(dāng)代表功率變換器輸入的信號(hào)上升為高于啟動(dòng)閾值電平時(shí)重新啟動(dòng)。
8.權(quán)利要求7的功率變換器，其中重啟動(dòng)和啟動(dòng)閾值電平基本相等。
9.權(quán)利要求1的功率變換器，其中通過拉制器電路所接收的反饋信號(hào)的丟失來檢測(cè)功率變換器輸出參數(shù)的失調(diào)。
10.權(quán)利要求1的功率變換器，其中響應(yīng)功率變換器輸出端上的電壓超出過電壓閾值而檢測(cè)出功率變換器輸出參數(shù)的失調(diào)。
11.權(quán)利要求10的功率變換器，其中直接在功率變換器的輸出端上檢測(cè)功率變換器輸出端上的電壓超出過電壓閾值。
12.權(quán)利要求10的功率變換器，其中能量轉(zhuǎn)換元件還包括產(chǎn)生代表功率變換器輸出端上的電壓的輸出信號(hào)的偏壓繞組，其中通過感測(cè)由偏壓繞組產(chǎn)生的輸出信號(hào)來檢測(cè)功率變換器輸出端上的電壓超出過壓閾值。
13.權(quán)利要求1的功率變換器，其中能量轉(zhuǎn)換元件還包括產(chǎn)生代表功率變換器輸出端上的電壓的輸出信號(hào)的偏壓繞組，其中通過感測(cè)偏壓繞組產(chǎn)生的輸出信號(hào)來檢測(cè)功率變換器輸出參數(shù)的失調(diào)。
14.一種功率變換器，包括耦合在功率變換器輸入端和輸出端之間的能量轉(zhuǎn)換元件；耦合到能量轉(zhuǎn)換元件的輸入端上的開關(guān)；以及控制器電路，該控制器電路耦合到開關(guān)上以控制開關(guān)的切換，從而調(diào)節(jié)傳送給被耦合到功率變換器輸出端上的負(fù)載上的功率，該控制器電路耦合成接收多個(gè)輸入，該多個(gè)輸入中的一些適用于檢測(cè)功率變換器的多個(gè)故障狀態(tài)，其中多個(gè)輸入中的一個(gè)包括代表功率變換器輸入電壓的信號(hào)，該控制器電路耦合成如果功率變換器輸入電壓高于第一閾值電平就響應(yīng)于檢測(cè)到功率變換器中的故障狀態(tài)將功率變換器閉鎖成關(guān)斷狀態(tài)，當(dāng)控制器正在調(diào)節(jié)傳送到負(fù)載的功率時(shí)該控制器電路對(duì)代表功率變換器輸入電壓的信號(hào)不響應(yīng)。
15.權(quán)利要求14的功率變換器，其中功率變換器耦合成當(dāng)功率變換器輸入電壓下降到低于第二閾值并且隨后上升為高于第一閾值時(shí)進(jìn)行重啟動(dòng)。
16.權(quán)利要求15的功率變換器，其中第一和第二閾值基本相等。
17.權(quán)利要求14的功率變換器，其中所述多個(gè)輸入包括表示功率變換器的輸出參數(shù)失調(diào)的信號(hào)。
18.權(quán)利要求14的功率變換器，其中所述多個(gè)輸入包括代表功率變換器中的元件溫度的信號(hào)。
全文摘要
公開了一種調(diào)節(jié)功率變換器輸出的技術(shù)。一個(gè)示例性功率變換器包括耦合在功率變換器的輸入和輸出端之間的能量轉(zhuǎn)換元件。包括在該功率變換器中的開關(guān)耦合到能量轉(zhuǎn)換元件的輸入端。該功率變換器還包括耦合到該開關(guān)上的控制器電路。該控制器電路還耦合成接收代表功率變換器輸出的反饋信號(hào)，并且接收代表功率變換器輸入電壓的信號(hào)。該控制器電路耦合成響應(yīng)該反饋信號(hào)來控制開關(guān)的切換，從而在功率變換器的輸出端提供調(diào)節(jié)的輸出參數(shù)。該控制器電路還耦合成如果功率變換器輸入電壓高于閾值電平就響應(yīng)于檢測(cè)到功率變換器輸出參數(shù)失調(diào)將該功率變換器閉鎖成關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)功率變換器輸出參數(shù)處于調(diào)節(jié)狀態(tài)時(shí)該控制器電路對(duì)代表功率變換器輸入電壓的信號(hào)不響應(yīng)。
文檔編號(hào)H02M1/00GK1929230SQ20061012637
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月7日
發(fā)明者S·鮑爾勒, A·B·詹格里安, K·王 申請(qǐng)人:電力集成公司