專利名稱：電子變流器的改進的保護電路及相應方法
技術領域：
本公開內容涉及電子變流器的保護。
背景技術：
文獻EP-A-I 811816 (權利要求1的前序部分根據該文獻撰寫)公開了一種結構， 用于在例如用于鹵素燈的電子變流器中將DC(直流)和AC(交流)過載/熱保護結合起來。這些器件可以經由調光器連接到主電源，以便調節由其驅動的光源(比如傳統的 白熾燈)的亮度。尤其是當光源被調節到最小亮度值時，確保這種結構的正確工作卻可能 變得十分關鍵。圖1的框圖在很大程度上復制了下文中將再次描述的EP-A-I 811816的圖3的框 圖。此外，在此圖1明確指示了存在通常被標記為P的能量供應器級(EST)，其產生為圖中 示出的兩個運算放大器10和32供電的電壓Vcc。可以在器件的正常工作期間根據由電壓 泵線路產生的高頻AC電壓Vpump或根據連續電壓Vbus (針對變流器的m個輸入級得到) 來達到給供電電容器Cs充電的能量。電壓Vbus還在器件處于保護狀態時(即Vpump降低到零時)保證Vcc供應。可能與所示的變流器相關聯的調光器通常通過“砍去”AC干線相位來工作，使得 當由變流器驅動的光源被調節為最小亮度值時鎮流器只工作很短的時間(每IOms工作 l-2ms)。在這些情形下，可能很難確保能量供應器級(EST)的正確工作，并且Vcc可能降至 非常低的值(即便不至于為零)。如果Vcc下降，則被供應到運算放大器(比較器)10的反相輸入端12的、標記為 VrefCT )的參考值也會顯著下降，因而變得小于非反相輸入端14上的電壓，使得來自運 算放大器10的輸出信號Vo升高。所有這些可能在電壓Vcc仍比零大出足夠引起開關Tdl和Td2被激勵的量時發 生，使得鎮流器停止工作(即變流器被切換為關閉)。這導致由變流器驅動的燈出現不希望 的閃爍。可以通過以如下方式改進能量供應器級P來在理論上消除該缺點即使當鎮流器 工作于干線正弦波的短部分上時，也提供足夠的能量。然而，該方法會導致對該級內部部件 的需求相應地增加，這轉而會轉化為在成本和在PC(個人計算機)主板上占用的空間方面 的增加。
發明內容
因而本發明的目標是提供一種沒有前文中所述缺點的改進的結構。根據本發明，借助于具有在所附權利要求中所陳述的特征的電路來達成上述目 標。本發明還涉及相應的方法。權利要求是在此提供的發明的公開內容的不可或缺的部分。
現在將參照附圖、僅以示例方式來描述本發明，在附圖中_前文中已經部分討論過的圖1是結合了在此描述的改進的示例性電子變流器的 框圖；以及-圖2進一步詳細描述了圖1的電路圖中的一個圖框的示例性實施例。
具體實施例方式在以下描述中，給出了大量具體細節，以幫助清楚地理解實施例。這些實施例在被 實施時，可以沒有一個或多個具體細節，或者使用其它方法、部件、材料等。在其它實例中， 未詳細示出或描述公知的結構、材料或操作，以避免模糊實施例的內容。貫穿本說明書的提及“一個實施例”或“實施例”時，意味著結合該實施例所描述 的具體特征、結構或特性被包括在至少一個實施例中。因而，貫穿本說明書的不同地方出現 的短語“在一個實施例中”或“在實施例中”不需要指同一實施例。此外，具體特征、結構或 特性可以以任何適當的方式組合成一個或多個實施例。在此提供的標題只是為了方便起見，并不說明實施例的范圍或含義。圖1的框圖在很大程度上復制了 EP-A-I 811816的圖3的框圖。因而，為了清楚 描述該較早申請所公開的元件和部件的結構和操作，明確地引用了該申請的描述。為了本公開內容，重復以下內容就足夠了 圖1中所示的變流器經由線路濾波器 22和半橋整流器24將來自于電源20 (例如干線電壓)的電力提供給光源26，光源26被連 接到變換器Tr的次級繞組。光源26可例如包含一個或多個鹵素燈、熒光燈、高通量LED等。該結構是基于半橋拓撲的開關變流器的示例。該變流器布局本身在本領域中是公 知的，因而不需要在此提供更詳細的描述。變換器Tr的初級繞組具有極化電感Lc，并且經由包括兩個電子開關(例如 MOSFET (金屬氧化物半導體場效應管)或BJT (雙極結型晶體管))Ta、Tb和兩個電容器Ca、 Cb的半橋配置來驅動初級繞組，每個電子開關Ta、Tb都具有相關聯的柵極電感La、Lb，每個 電容器Ca、Cb都具有相關聯的保護二極管Da、Db。兩個電子開關Ta、Tb被借助于驅動雙向擊穿二極管30的控制電路38交替地切換 為導通和關斷。雙向擊穿二極管30被置于電子開關Ta、Tb的柵極和分壓器的中間點之間， 該分壓器包含連接到整流器24的輸出端的“上”電阻器Rs和可經由開關Td2連接到接地 端的“下”電阻器Rdl。電容器Cs與電阻器Rdl并聯連接。另一電阻器Rd2被連接到電子 開關Tb的柵極；電阻器Rd2適合于經由開關Tdl連接到接地端。開關Tdl和Td2都由起比較器作用的運算放大器(op-amp) 10的輸出電壓Vo驅動， 優選地提供的保護二極管D2(圖中以虛線示出)的陽極連接到比較器10的輸出電壓Vo而 其陰極連接到控制電路38。運算放大器/比較器10的反相輸入端12接收以連續并依賴于溫度的電壓(例如， 隨溫度增加而下降)的形式的信號VrefCT )。非反相輸入端14接收代表負載從而代表在變流器電路的輸出端處的功率的連續 電壓(按照下文中更詳細描述的方式產生)形式的信號。特別地，依賴于負載的信號Vi (P) 被經由電阻器Rl施加給非反相輸入端14。
另一電阻器R2連接到非反相輸入端14。電阻器R2串聯到穩壓二極管Vz，穩壓二 極管Vz轉而連接到運算放大器10的輸出端Vo。在所示實施例中，借助于單一供電電壓Vcc為運算放大器10供電。在一種實施例 中為雙重供電+/-Vcc ；然而單一供電電壓比雙重供電電壓更易于獲得。部件10、R1、R2和Dz形成如下電路，其輸出Vo用來在檢測到反常電流和/或溫度 負載導致Vo達到值Voh時取消激勵變流器。陰極連接到比較器10的輸出端的穩壓二極管Dz可以被看作等價于電壓源Vb (Vb 為穩壓二極管的雪崩電壓)和具有等于V的正向電壓的二極管Do的并聯連接。包含部件Rs、Cs和雙向擊穿二極管30的電路允許在供電電壓的每個零點處啟動 半橋。在Ca和Cb的之間的中間點處存在具有疊加于其上的高(振蕩)頻率波動的DC電 壓，波動的幅度依賴于被施加在變流器輸出端處的負載。該依賴關系可被用來生成用于給比較器10的非反相輸入14端饋電的依賴于負載 的信號Vi (P)。相關的感測結構除了并聯連接到二極管Da的第一電阻器Ral之外還包括連 接到變換器Tr的次級繞組的電容器Cd加上實質上包含兩個電阻器Ra2和Rb的網絡，電阻 器Ra2和Rb形成了被置于電容器Cd和接地端之間的分壓器。包含電阻器Ra2和Rb的分壓器對出現在電容器Ca和Cb之間的中間點處的起伏 信號進行調節，并經由電阻器Rc將其饋送到準峰值檢測器網絡，該準峰值檢測器網絡包括 負載了阻容(RC)網絡的二極管Dp。RC網絡包括共同限定檢測器的充放電時間常數的電容 器Cp和電阻器Rd的并聯連接。結果，電容器Cp兩端的連續電壓代表了(事實上，與下述 負載成正比)施加在變流器輸出端(即變換器Tr)處的負載。充當電壓跟隨器(即阻抗分離器)的又一運算放大器32被用來將作為依賴于負 載的信號Vi(P)的施加的信號經由電阻器Rl傳遞給比較器10的非反相輸入端14。被置于供電電壓Vcc和接地端之間的另一分壓器包括兩個電阻器R3和R4，電阻 器R3和R4具有與R4并聯的NTC (負溫度系數)電阻器(如實線所示)和/或與R3并聯 的PTC(正溫度系數)電阻器(如虛線所示)，以產生要被施加到比較器10的反相輸入端 12的依賴于溫度的信號Vref (T° )。在此所討論的示例性實施例中，信號Vref (T° )隨著 溫度的增加而下降。與NTC和/或PTC電阻器并聯的固定電阻器R3和R4使NTC/PTC電阻器的熱電壓 /溫度特性線性化，并且使公差平滑掉。在圖1的電路圖中，從比較器10的輸出端到開關Tdl和Td2的連接被以虛線示 出，以表明這些連接可被提供為可選的，它們是否存在取決于所尋求的保護是只在有變流 器的AC供電時工作，還是也在有DC供電時工作。電阻器Rdl和Rd2代表有源部件(比如MOSFET或BJT)在其輸出端表現出的天然 電阻。如果存在與電容器Cs并聯的低阻抗路徑，則無法在供電電壓為零之后重新啟動 半橋，使得變流器停止工作。這無法應用于下述DC操作的情況例如通過將開關Tdl切換 為接通(即閉合Tdl)來與“低側”開關Tb的基極和發射極并聯地創建低阻抗路徑。該阻 抗可以低到使得所有來自雙向擊穿二極管30和/或來自電感Lb的電流都流經電阻器Rd2， 以便在確保由于過熱導致的自毀的風險的情況下，避免例如由于對Tb (M0SFET或BJT)的不良驅動對半橋持續地進行操作導致的半橋的故障或對Tb的不合時機的重新啟動。如所指出的，可能與圖1中所示的變流器相關聯的調光器通常通過“砍去”AC干線 相位來工作，使得在由變流器驅動的光源被調節到最小亮度值時鎮流器只工作很短的時間 (每IOms工作l-2ms)。在這些情形下，Vcc可能降至非常低的值，從而達到下閾值且可能 降至下閾值以下。如果Vcc下降，則標記為VrefCT )的參考值也會顯著下降，使得運算放大器10 的反相輸入端12上的電壓可能變得小于非反相輸入端14上的電壓，因此來自運算放大器 的輸出信號Vo升高。這可能在電壓Vcc仍比零大出足夠引起開關Tdl和Td2被激勵的量 時發生，使得鎮流器停止工作從而關閉變流器。在圖1中圖示的改進的結構中，通過提供被置于電壓Vcc和運算放大器10的非反 相輸入端14之間的Vcc感測級100消除了上述缺點。特別地，級100具有連接到運算放大器10的非反相輸入端14的浮動輸出端102， 使得在鎮流器的正常工作期間該級不產生影響。級100包括輸入引線104以感測電壓Vcc。在Vcc降至給定的下閾值以下時，級 100的輸出102變為零，使得在任何情況下運算放大器10都免于被激勵，即便Vref (Τ ° ) 略微下降。該結構確保即便當鎮流器連接到調光器并被調節到由其驅動的光源的最小亮度 等級時，保護級也不對鎮流器的工作有不利影響。使用該結構的優點在于其在維持鎮流器與傳統調光器連接的可能性以能像正常 白熾燈一樣調節光源的同時，確保DC和AC操作中的過載/熱保護。在圖2中示出的示例性實施例中，使用三個SMD(表面貼裝器件)來實現感測級 100，因而EST級P的改進并不昂貴。所討論的部件是-陰極連接到輸入線路104的穩壓二極管106，其感測Vcc；-基極連接到穩壓二極管106的陽極而發射極連接到輸出線路102的雙極p-n-p 晶體管(BJT) 108;以及_連接在晶體管108的基極和集電極之間的電阻器110，該集電極短接至接地端 GND。只要通過電阻器110兩端的電壓VRs (其是Vcc減去穩壓二極管106兩端的電壓 Vdzs)高于運算放大器10的反相輸入端12處的最大電壓，則晶體管108被切斷(即被截 止)，從而什么也不發生。作為調暗鎮流器的結果，當電壓Vcc可能開始下降且運算放大器10的反相輸入端 12上的電壓(由于其與Vcc直接成正比)傾向于變得低于非反相輸入端14上的電壓時，因 為電阻器110兩端的電壓變得充分地低于(V14+V γ代表閾值)運算放大器10的非反相輸 入端14的電壓，所以晶體管108被激勵。當被激勵(即，變得導通)時，晶體管108將運算 放大器10的非反相輸入端14 “拉”至接地端GND，非反相輸入端14立即變為零，從而禁止 輸出Vo。可以選擇穩壓二極管106，以保證在運算放大器10的非反相輸入端14處的電壓 達到其最高值(這意味著包括比較器10的施密特觸發器結構的最高閾值電壓)時，晶體管
6108不被激勵，因而確保了保護級的正常工作不受不利影響。 在不偏離本發明的基本原理的情況下，細節和實施例可以，甚至是最好，相對于僅 以示例的方式描述的內容進行不偏離所附權利要求限定的本發明的范圍的變化。
權利要求
一種用于電子變流器的保護器件，該器件包括具有供電電壓(Vcc)的比較器(10)，所述比較器(10)具有輸出端(Vo)、非反相(14)輸入端和反相輸入端(12)，所述非反相(14)和反相(12)輸入端對指示所述變流器的輸出負載的第一信號(Vi(P))和指示所述變流器的溫度的第二信號(Vref(T°))敏感，從而所述輸出端(Vo)是可切換的，以根據所述第一信號(Vi(P))和所述第二信號(Vref(T°)的值來將所述電子變流器切換為關閉，該電路以被置于所述供電電壓(Vcc)和所述比較器(10)的所述非反相輸入端(14)之間的感測級(100)為特征，所述感測級(100)具有對所述供電電壓(Vcc)下降以及達到下閾值敏感的輸入端(104)，以及可被激勵以在所述供電電壓(Vcc)達到所述下閾值時防止所述比較器(10)的所述輸出端(Vo)將所述電子變流器切換為關閉的輸出端(102)。
2.根據權利要求1所述的電路，其中，當所述供電電壓(Vcc)高于所述下閾值時，所述 感測級(100)具有連接到所述比較器(10)的所述非反相輸入端(14)的浮動輸出端(102)。
3.根據權利要求1或2所述的電路，其中，當所述供電電壓(Vcc)達到所述下閾值時， 所述感測級(100)的輸出端(102)可被強制變為零。
4.根據權利要求1至3之一所述的電路，其中，所述感測級(100)包括電子開關(108)， 當所述供電電壓(Vcc)達到所述下閾值時，所述電子開關(108)可切換為連接到接地端 (GND)和所述感測級(100)的輸出端。
5.根據權利要求4所述的電路，其中，所述電子開關(108)是雙極晶體管。
6.根據前述權利要求之一所述的電路，其中，所述感測級(100)包括-穩壓二極管(106)，其陰極連接到所述感測級(100)的輸入端(104)，以感測所述供電 電壓(Vcc)；-雙極晶體管(108)，其基極連接到所述穩壓二極管(106)的陽極，其發射極和集電極 連接在所述感測級(100)的輸出端(102)和接地端(GND)之間；-電阻器(110)，其連接在所述晶體管(108)的基極與接地端(GND)之間。
7.一種借助于具有輸出端(Vo)、非反相輸入端(14)和反相輸入端(12)的比較器 (10)來保護電子變流器的方法，所述方法包括將指示所述變流器的輸出負載的第一信號 (Vi(P))和指示所述變流器的溫度的第二信號(Vref(T° ))施加到所述非反相輸入端 (14)和反相(12)輸入端的步驟，從而所述輸出端(Vo)是可切換的，以根據所述第一信號 (Vi(P))和第二信號(VrefCT )的值來將所述電子變流器切換為關閉，其中，所述比較器 (10)由供電電壓(Vcc)供電，該方法的特征在于包括如下步驟感測(100)所述供電電壓(Vcc)下降和達到下閾值， 以及在所述供電電壓(Vcc)達到所述下閾值時防止所述比較器(10)的所述輸出端(Vo)將 所述電子變流器切換為關閉。
全文摘要
一種用于電子變流器(例如用于鹵素燈的電子變流器)的保護器件包括由供電電壓(Vcc)供電的比較器(10)。比較器(10)具有輸出端(Vo)、非反相(14)和反相(12)輸入端，非反相(14)和反相(12)輸入端對指示變流器的輸出負載的第一信號(Vi(P))和指示變流器的溫度的第二信號(Vref(T-))敏感。比較器(10)的輸出端(Vo)因而可以根據第一(Vi(P))和/或第二(Vref(T-))信號的值將電子變流器切換為關閉，以實現防過載和過熱的保護。電路包括感測級(100)，其在供電電壓(Vcc)達到下閾值時防止比較器(10)的輸出端(Vo)將電子變流器切換為關閉。
文檔編號H05B41/298GK101983541SQ200880128505
公開日2011年3月2日 申請日期2008年4月1日 優先權日2008年4月1日
發明者拉法埃萊·皮瓦, 馬可·法欽 申請人:奧斯蘭姆有限公司