专利名称：用于转换器的自动恢复失效系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及交流-直流和直流-直流转换器、电压适配器、电池充电器及类似电路，不管其是否在开关模式起作用。
在电压适配器、电池充电器、能直接插入到主输出插座中的电源中及更一般地在带有或不带有隔离的直流-直流转换器中，必须提供用于短路、过电压、过温度等的保护系统，以便维护集成装置(通常包含转换器的电力供给、驱动和控制电路)、和/或必须保护的任何其他外部元件-例如功率晶体管、变压器、二极管等-的完整性。这样的保护功能通常通过把外部元件连接到转换器的集成电路的专用插针上实现。
通常，通过使用一个对温度敏感的、适于连接到一个或多个固定或可变电阻器上或连接到偏置联接到集成电路的两个专用插针上的这样一根外部温度检测线的另一个无源或有源元件上的有源或无源元件实现热保护。在一个第一插针上适用的是一个能由一个集成调节器产生的恒定基准电压，对于该集成调节器连接一个对温度敏感的外部线的终端，而检测线的另一个功能节点联接到集成电路的一个第二输入插针上，以强迫电力开关或转换器的电力开关失效，并因而当超过一定的最大温度时完全切断转换器。
这些已知系统的缺陷在于当温度返回到阈值以下时不能自动恢复。这是因为当切断把系统置于锁定状态的整个集成装置时检测温度的网络内部产生的偏置电压成为零。为了重新启动它，系统必须瞬时与主电源脱开。
在其中不可接收或不方便的用途中，采用一个辅助电源或电压调节器以便产生用其偏置检测温度线的恒定基准电压。
这种方法因为诸如辅助供电电路之类的额外成本是麻烦的，并且它与对于在无负载条件下来自主电源的能量吸收限制的最新欧洲共同体法规不相符。
能直接连接到电力输出上并且采用一个带有一个变压器T1的直流-直流转换器的典型电源的图描绘在
图1中，该变压器T1提供有一个在转换器的正常工作期间用来自动供电集成电路IC的辅助绕组L1。在已经启动电路之后，在辅助绕组L1上产生的电压由二极管D1整流，并且由电容器C1滤波，因而把一定的自动供给电压Vcc提供给转换器的集成电路IC。
启动通常通过一个能如在描绘的例子中直接联接到主电源电压上、或连接到整流桥的输出节点上的启动电阻R启动(或一个等效的有源元件)发生。因此在Vcc节点上，通过R启动是其一部分的分压器和经一个通常在集成电路IC内部的电压调节器电路产生适当的有限电压，在以启动直流-直流转换器的一定振荡频率通电和驱动电力开关PW的切换的调节供电电压下供电集成电路的功能电路。在振荡开始时，在辅助绕组L1上产生的、作为电压Vcc的电压，继续以适当的值供电IC，保证在稳态条件下水平IC正确起作用。
两种典型的保护网络描绘在图1中。
防止过电压的保护通过分压器RA、RB实现，分压器RA、RB这样定尺寸，从而当超过一定的最大阈值电压时使转换器电路失效(DISABLE信号)。为了重新启动转换器，必须从主电源上拔下和重新连接它。
如所示的那样，热保护线一般可以由一个对温度敏感的有源或无源元件-在所示的例子中是一个具有负温度系数(NTC)的非线性电阻器-和一个串联电阻器Rs构成。一个第二电阻器能选择性地串联连接在NTC与Rs之间，以使希望阈值温度的固定较容易。
如以上讨论的那样，温度检测线(NTC和Rs)通常在通过把线连接到集成电路IC的一个专用插针Vref上内部产生的适当基准电压下偏置。另外，在必须保证自动恢复功能的场合，温度检测线由用虚线表示的一个辅助调节器AUX偏置，这样允许当温度返回到固定阈值值以下时由系统自动恢复工作状态。
通过适当地把温度检测线联接到集成电路IC的专用输入插针A-REC上，保证在过高温度的情况下转换器的中断，从而当超过温度阈值时，使在采用两个或多开关的转换器的其他配置的情况下电力开关PW的或开关的任何进一步切换无效，并且产生整个集成电路的实际失效。
显然需要一种具有自动恢复能力而不需要使用外部辅助电压调节器来偏置外部温度检测线的热保护系统。
另一方面有多种用途，如警报和警戒或安全系统，不管是远程的还是不是，其中只要当超过甚至除温度之外的物理量，如亮度、声级、压力、液头、烟的存在及一般按通用术语由通/断种类传感器的状态变化表示的类似量的某一预建立阈值时，就要求完全切断至具体系统或其子系统的功能电路的电源。
即使在这些用途中，当警报条件已不存在时通过重新启用转换器的功能电源的自动恢复能力也可能是必需的或有益的。
已经发现和本发明的目的在于，一种在达到由一个专用传感器检测的被监视电量或物理量的某一阈值值时电源的自动失效和自动恢复转换器，在转换器电路的启动阶段期间在相同的调节自动供电电压下该电量或物理量有利地用作用来偏置包含该传感器的外部线的基准电压。
以这种方式，有可能保证经直接连接到主电源或整流桥输出上的启动电路总是存在的电压基准的适用性，即使当转换器的集成电路因为传感器的切换而锁定时也是如此。
实际上，即使转换器电路已经切断，把整个电源带到非常低的消耗状态，实际上等效于转换器的启动电路的电流消耗加上能使得非常低的传感器线的电流消耗，也自始至终保证失效电路的自动恢复功能。
本发明的具有自动恢复能力的失效系统基本包括调节器级，通常对于装置的启动电路是固有的，一个通常可以用多个齐纳二极管或等效装置实现的可改进电压箝位链，连接在该电路的自动供应整流电路的输出节点Vcc与一个公共接地节点之间；一个调节自供给电压的分压器；一个磁滞比较器，带有一个联接到分压器的一个第一节点上的反相输入(-)、和一个功能上连接到IC装置的一个插针上的第二非反相输入(+)，对于该IC装置联接有一个监视的物理量或电量的一根外部检测线的一个功能节点，比较器的输出控制一个使其电流终端联接到所述分压器的一个第二节点上和联接到公共接地节点上的第一磁滞晶体管、和一个当接通所述齐纳二极管的一部分或组成箝位链的功能等效装置时通过对地短路将所述箝位线分段的第二晶体管；至少一个逻辑AND门，带有一个功能上经一个反相级联接到磁滞比较器的输出上的输入和一个产生一个比较器的所有功能电路的失效逻辑信号的输出；偏置外部传感器线，手段是把它经比较器的集成电路的一个专用插针连接到所述调节自供给电压上。
在所附权利要求书中更准确地定义本发明。
图1是直接可连接到主电源上的切换电源的两种可选择布局图；图2是直接可连接到主电源上的切换电源的其他可选择布局图；图3是借助于本发明的自动恢复的失效电路的功能图；图4表示本发明的电路如何工作。
一种可连接到电力输出插座上的开关电源的直流-直流转换器的常用布局图描绘在图1和2中。一个回扫转换器(准谐振)和其未来变形描绘在图1中。一个回扫非对称半桥转换器和其未来变形描绘在图2中。如对于熟悉本专业的技术人员众所周知的那样，有多种其他的布局，如全桥推挽和零电压开关(ZVS)、全桥推挽和相移等。在所有这些情况下，通常使用一个包含转换器的所有驱动、控制和保护电路的市场可买到的集成电路IC。对于IC的专用插针连接有外部电力元件、配置元件、编程元件及实现自动失效功能的最后传感器线。
通过例子，通过参照用于直接连接到主电源上的一个开关电源的实施详细说明本发明，并且其中实现具有自动恢复的失效功能，而没有使用在图1和2中用虚(短划)线描绘的任何辅助供电AUX。
也通过例子，要监视的物理量是温度，并且使用的传感器如表明的那样是一个具有负温度系数NTC的非线性电阻(如果需要通过颠倒NTC和Rs在检测线中的位置，则自然能颠倒触发功能)。
更一般地说，按检测量的功能选择使用的传感器，并且代之以一个负温度系数电阻器，可以使用一个正系数电阻器、一个双金属开关、一个热电偶、一个微动开关、一个光敏(foto)电阻、一个光敏晶体管、一个气体或蒸气检测器、一个声音检测器或适于检测要监视的物理量或电量超过某一预建立阈值的任何其他装置。
根据图1和2中表明的应用例子，当温度升高时，热敏元件NTC减小其电阻值，从而在包含转换器电路的集成电路IC的插针A-REC上的电压与检测温度成比例地增大。当在由NTC和由电阻器Rs构成的温度检测线的功能节点上的电压达到一定的预建立阈值时，IC的一个电路使转换器电路失效，显然阻止电力开关PW的任何进一步接通。
本发明的自动恢复电路描绘在图3中，并且能集成在任何商用IC转换器装置中。
图3的电路图也包括一般已经存在于已知IC中由R1、Z1和T1构成的电压调节器电路。集成电压调节器功能上经一个专用插针联接到借助于由C1、D1和L1构成的外部自供给电路产生的电压Vcc上。它把集成电路的供给电压调节到通常等于5V的某一相对稳定值Vreg。
根据本发明，使集成电路的这样一个自供给调节电压Vreg如描绘的那样经插针Vreg在外部得到，对于插针Vreg连接有在所示例子中由NTC和Rs(功能上类似于图1的图)构成的温度检测线。
在这种情况下，由NTC传感器与串联电阻器Rs的电阻比值、和由比较器G1的磁滞建立温度滞后。
比较器G1带有一个联接到温度控制插针A-REC上的非反相输入(+)，而在本身称作调节供给电压、并且使用由R2、R3和R4构成的分压器由一个调节供给电压Vreg的电阻分配得到的一定阈值电压下，偏置比较器G1的另一个反相输入(-)。
通过使用由比较器的输出控制的一个磁滞晶体管M1，把一定的滞后强加到比较器G1上，并且其电流终端分别联接到分压器的一个第二抽头上和电路的公共接地节点上。
比较器G1的非反相输入能经分压器R2、R3和R4偏置到例如约2.7V的电压，从而当插针A-REC上的电压升高到这样一个阈值电压2.7V以上时，将切换比较器。当在联接到外部温度检测线的中间节点上的插针A-REC上的电压，超过通过把比较器的反相输入(-)连接到调节供给电压Vreg的分压器的一个第一抽头上建立的基准阈值时，比较器输出切换，使除所谓的UVLO电路(在电压闭锁下)，即启动电路之外的转换器的所有功能电路失效。这把电源电路带到一种低电流吸收状态。
转换器电路的失效借助于由一个逻辑NAND门输出的逻辑命令执行，对该逻辑NAND门的输入在表明的例子中通过一个反相级功能上联接有比较器G1的输出。
实际上由其他保护产生的任何其他最终失效命令，象例如由一根过电压检测线产生的信号DISABLE，能施加到逻辑NAND门的专用输入上。
为了防止由不同传感器产生的其他失效命令与自动恢复功能干扰，通常可以箝位(限制)到约25V的值的、在节点Vcc上的电压，通过与由比较器输出G1控制的一个晶体管M2、和在表明例子中组成Vcc节点的电压箝位链的四个齐纳二极管的两个短路，自动减小到一个标记下限值，例如约12.5V。以这种方式，由与本发明的电路热保护不同的保护装置产生的其他失效信号，将不干扰自动恢复功能。
的确，将有效地防止过电压保护线(OVP)的寄生干扰。
在图3中描绘的例子的自动恢复电路的功能由图4表明，其中表示了热保护和过电压保护的不同阈值的电压电平。
能使用由本发明的电路产生的自动恢复功能，以实现系统一个或多个元件的热保护，最终对用于每个元件的切断温度和接通温度编程。
通过把集成装置的调节自供给电压用作基准电压，在温度降回到预建立的最大阈值值以下之后，将自动重新启动系统。当然，本发明的电路可以支持目视，例如通过使用热保护切换的Led(发光二极管)，以便容易确定停止的原因。
权利要求
1．一种用于转换器的自动失效和自动恢复系统，该转换器包括一个变压器(T1)，提供有一个在启动之后自供给的辅助绕组(L1)；一个集成电路(IC)，包含转换器的编程、驱动、控制及保护电路；一个启动电路，直接连接到电源上；一个电压的整流电路(D1、C1)，该电压产生在经一个集成调节器级(R1、Z1、T1)在一个调节电压(Vreg)下向所述集成电路(IC)供电的所述辅助绕组(L1)中；至少一根外部线，包括一个要监视的电量或物理量的传感器(NTC、Rs)，当超过一定阈值时把该传感器偏置到一个基准电压，并且功能上联接到所述集成电路(IC)的失效输入插针(A-REC)上，其特征在于进一步包括一个可分段电压箝位链(Z2、Z3、Z4、Z5)，连接在所述整流电路(D1,C1)的输出节点(Vcc)与一个公共接地节点之间；一个分压器(R2、R3、R4)，第一和第二从所述调节自供给电压(Vreg)导出电压；一个磁滞比较器(COMP)，带有一个联接到所述第一电压上的反相输入(-)、和一个经所述失效输入插针联接到所述外部传感器线的一个节点上的非反相输入(+)，比较器的输出控制一个使电流终端分别联接到所述第二电压和所述公共接地节点上的一个第一磁滞晶体管、和一个通过对地短路其元件(Z4、Z5)一部分对所述箝位链分段的第二晶体管(M2)；至少一个逻辑门(NAND)，带有一个功能上经一个反相级联接到所述磁滞比较器(COMP)的输出上的输入和一个产生转换器的失效逻辑命令的输出；所述外部传感器线经一个专用插针借助于所述调节自供给电压(Vreg)偏置。
2．根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器属于由具有负温度系数的非线性电阻器、具有正温度系数的电阻器、双金属开关、热电偶、光敏电阻器、光敏晶体管、声音检测器、微动开关、烟雾检测器、蒸气或气体检测器组成的组。
3．根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述转换器实现一个开关模式电源，该电源可直接连接到主电源上，并且具有属于由准谐振回扫转换器、准谐振正向转换器、半桥非对称回扫转换器、正向半桥非对称转换器、全桥相移推挽转换器、全桥零电压开关推挽转换器组成的组的布局。
4．一种以自动恢复方式使一个转换器失效的方法，该转换器包括一个变压器(T1)，提供有一个在启动之后自供给的辅助绕组(L1)；一个集成电路(IC)，包含转换器的编程、驱动、控制及保护电路；一个启动电路，直接连接到电源上；一个电压的整流电路(D1、C1)，该电压产生在经一个集成调节器级(R1、Z1、T1)在一个调节电压(Vreg)下向所述集成电路(IC)供电的所述辅助绕组(L1)中；至少一根外部线，包括一个要监视的电量或物理量的传感器(NTC、Rs)，当超过一定阈值时把该传感器偏置到一个基准电压，并且功能上联接到所述集成电路(IC)的失效输入插针(A-REC)上，该方法包括使用转换器的所述调节自供给电压(Vreg)作为要监视的电量或物理量的所述外部传感器线的偏置电压，并且作为监视表示由所述外部传感器线产生的所述监视量的信号的一个磁滞比较器的基准电压；当切换所述比较器时，使转换器(IC)失效，并且通过对地短路连接到所述所述整流电路(D1、C1)的输出(Vcc)和电路的公共接地节点上的可分段电压箝位链(Z2、Z3、Z4、Z5)的一部分(Z4、Z5)，减小由自供给转换器电路(IC)的所述整流电路(D1、C1)输出的电压(Vcc)的极限值。
全文摘要
使一个转换器失效并允许其自动恢复的方法和电路,其包括使用转换器的调节自供给电压作为外部传感器线的偏置电压,并作为监视表示由外部传感器线产生的监视量的信号的磁滞比较器的基准电压。当切换磁滞比较器时,切断集成转换器电压,并且通过对地短路连接在整流电路的输出与电路的公共接地节点之间的可分段电压箝位链的一部分,显著减小自供给集成转换器电路的整流电压的极限值。
文档编号H02M3/335GK1314739SQ0111161
公开日2001年9月26日 申请日期2001年3月16日 优先权日2000年3月17日
发明者吉乌瑟普·嘎塔瓦利, 克劳迪欧·埃德拉格那, 毛罗·法格那尼 申请人:St微电子公司