CN101945520A - 电源转换电路及控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源转换电路及控制器。其中控制器通过一驱动电压端接收操作所需电力，并用以控制一转换电路将一输入电压转换成一输出电压。该控制器在发生电路异常时就闩锁，以停止提供部分或全部的功能直至输入电源被移除为止。这样可避免现有技术电路中，元件的使用寿命缩减及使用者使用安全疑虑的问题。

Description

电源转换电路及控制器

技术领域

本发明涉及一种电源转换电路及其控制器，尤其涉及一种具有闩锁保护功能的电源转换电路及其控制器。

背景技术

现今的电源供应器主要可分为线性式和切换式电源供应器两种。线性式电源供应器的电路简单、纹波小、电磁干扰小，然而电子元件较大，故电路体积大且重量重，而且转换效率低。切换式电源供应器虽然电路较复杂，且纹波比较大、电磁干扰也比较大，但由于有转换效率高、空载时耗电小的优点，目前电源供应器的市场乃以切换式电源供应器为主流。

图1为现有用以驱动灯管的切换式电源供应器的电路示意图。切换式电源供应器包含一初始电阻R、一初始电容C2、一齐纳二极管(ZenerDiode)Z、一控制器CON、一高端驱动电容C1、一高端驱动变压器T1、一高端晶体管开关M1、一低端晶体管开关M2、一二极管D、一输出电容C3以及一变压器T2，用以将一直流输入电压VIN转换成一交流输出电压VOUT以驱动一灯管LAMP。

当直流输入电压VIN输入后，通过初始电阻R提供电流至初始电容C2，使初始电容C2的跨压开始上升至等于齐纳二极管Z的崩溃电压为止。初始电容C2产生一驱动电压VDD以提供控制器CON操作所需的电力。当驱动电压VDD超过控制器CON的一启动电压值后开始启动，以产生控制高端晶体管开关M1及低端晶体管开关M2的信号，其中控制器CON是通过高端驱动电容C1及高端驱动变压器T1将控制信号的电平提高至合适的电平以控制高端晶体管开关M1。通过高端晶体管开关M1及低端晶体管开关M2的切换，直流输入电压VIN的电力将传送至输出端以产生交流输出电压VOUT以驱动灯管LAMP发光。而变压器T2电性连接交流输出电压并通过二极管D整流后输出电力至初始电容C2。

通过初始电阻R的电力大于控制器CON尚未启动前所需的电力，因此可使初始电容C2逐渐储存电力。而控制器CON启动后，通过变压器T2及二极管D亦提供电力至控制器CON。因此初始电阻R可使用较大的电阻值，以降低初始电阻R的功率损耗。然而，当电路出现异常使直流输入电压VIN无法提供电力至交流输出电压VOUT，使得变压器T2及二极管D无法提供电力、而通过初始电阻R的电力又不足以提供控制器CON正常操作所需的全部电力，将使控制器CON的操作发生问题。

图3(a)为现有用以驱动灯管的切换式电源供应器在电路异常时的信号波形示意图。当驱动电压VDD高于启动电压值UVLO后开始操作，由于控制器CON内部的振荡器(产生时钟信号OSC)及控制电路开始动作，此时消耗的电流会远大于通过直流输入电压VIN经过电阻R所提供的电流，因此驱动电压VDD的电压会开始下降。在电路工作正常情况下，由于控制器CON会输出信号控制高端晶体管开关M1及低端晶体管开关M2进行切换，使输出电压VOUT上升并开始经由变压器T2及二极管D提供电力至驱动电压VDD。然而当电路发生异常时，控制器CON会停止高端晶体管开关M1及低端晶体管开关M2的切换，使输出电压VOUT下降而无法再提供电力至驱动电压VDD，而导致驱动电压VDD会开始下降。当驱动电压VDD降低至控制器CON可容许操作的最低电压值时，控制器CON停止操作，因此驱动电压VDD又开始回升至启动电压值UVLO之上，使控制器CON再重新启动，如此周而复始直至电路异常的状态被排除。或者，现有的灯管驱动电路为了避免可能的暂时电路异常使灯管LAMP熄灭，亦会使控制器CON不断地尝试重新点亮灯管LAMP。而这过程不仅会消耗灯管的点亮次数限制而缩短灯管寿命，而且若使用者在忘记关闭电源下更换灯管亦有触电的危险。因此现有的切换式电源供应器，尤其是灯管驱动电路有不断重新启动的问题，不仅造成电路元件的使用寿命缩减，且亦有造成使用者使用上安全疑虑的问题。

发明内容

鉴于现有技术中的问题，本发明的电源转换电路及其控制器在发生电路异常时就闩锁控制器，使控制器无法提供部分或全部的功能直至输入电源被移除为止。这样可避免现有技术中由于重启转换电路而造成的元件的使用寿命缩减及使用者使用安全疑虑的问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种控制器，通过一驱动电压端接收操作所需电力，并用以控制一转换电路将一输入电压转换成一输出电压。上述控制器包含了一启动单元、一控制单元以及一闩锁单元。启动单元电性连接驱动电压端，并在驱动电压端的一驱动电压高于一第一预设电压后产生一启动信号。控制单元接收启动信号后启动以控制转换电路。闩锁单元电性连接驱动电压端且接收启动信号后启动，一旦控制器进入一保护模式，闩锁单元即产生一闩锁信号。控制单元在接收闩锁信号后停止至少部分功能以降低操作所需的电力，使驱动电压维持在一第二预设电压之上，其中上述的第二预设电压为闩锁单元的一最低操作电压，而且第二预设电压低于第一预设电压，且控制单元在接收闩锁信号后停止至少部分功能以降低操作所需的电力，使驱动电压维持在第二预设电压之上。

本发明也提供一种电源转换电路，包含一转换电路、一启动电路以及一控制器。转换电路用以根据至少一控制信号将一输入电压转换成一输出电压以驱动一负载。启动电路电性连接输入电压以产生一驱动电压。控制器电性连接启动电路及输出电压以接收操作所需的电力，并根据驱动电压以决定是否操作在一保护模式，若否则控制器产生至少一控制信号，若是则控制器停止输出至少一控制信号且维持操作在保护模式。

本发明也提供一种直流转交流电源转换电路，包含一转换电路、一启动电路、一电压转换装置以及一控制器。转换电路用以根据至少一控制信号将一直流输入电压转换成一交流输出电压以驱动一负载。启动电路电性连接该直流输入电压以产生一驱动电压。电压转换装置电性连接该交流输出电压，用以整流该交流输出电压用以提供一驱动电力。控制器电性连接该启动电路及该电压转换装置以接收操作所需的电力，并根据该驱动电压以决定是否操作在一保护模式，若否则该控制器产生该至少一控制信号，若是则该控制器停止输出该至少一控制信号且维持操作在该保护模式。

以上的概述与接下来的详细说明皆为示范性质，是为了进一步说明本发明的申请专利范围。而有关本发明的其他目的与优点，将在后续的说明与图示加以阐述。

附图说明

图1为现有用以驱动灯管的切换式电源供应器的电路示意图。

图2为根据本发明的一电源转换电路的电路方块示意图。

图3(a)为现有用以驱动灯管的切换式电源供应器在电路异常时的信号波形示意图。

图3(b)为根据本发明的电源转换电路中的信号波形示意图。

图4为根据本发明的电源转换电路的一第一较佳实施例的电路示意图。

图5(a)及图5(b)为根据本发明的电源转换电路的一第二较佳实施例的电路示意图。

主要元件符号说明：

初始电阻-R             初始电容-C2

齐纳二极管-Z           控制器-CON

高端驱动电容-C1        高端驱动变压器-T1

高端晶体管开关-M1            低端晶体管开关-M2

二极管-D                     输出电容-C3

变压器-T2                    直流输入电压-VIN

交流输出电压-VOUT            灯管-LAMP

启动电路-5、105、205         启动单元-10、110、210

闩锁单元-20、120、220        稳压元件-30、130、230

功能元件-35、135、235        控制单元-40、140、240

电压转换装置-50、150、250    反馈电路-60

转换电路-70、170、270        控制器-100、100a

单稳态电路-122               驱动过压保护装置-132

第一反馈电路-160a、260a      第二反馈电路-160b、260b

过温保护装置-136、236        处理装置-138、238

或门-139                     时钟产生装置-141、241

过过零点侦测装置-142         误差放大装置-144、244

过流保护装置-146、246        过压保护装置-148、247

发光二极管模块-180           自保持电路-222

闩锁保护电路-224             计数器-231

预热时间装置-243             扫频控制装置-245

欠流保护装置-248             欠压保护装置-249

灯管-280                     第一灯丝-280a

第二灯丝-280b                负载重启电路-290

重启单元-295                 驱动电容-C4

充电电容-C5                  使能信号-EN

反馈信号-FB                  闩锁信号-LATCH

时钟信号-OSC                 启动信号POR

保护信号-PROT                控制信号-S

第一控制信号-S1            第二控制信号-S2

输入电压-Vin               驱动电压-VDD

输出电压-Vout              工作电压-VCC

驱动电压端-VT              工作电压-VCC

电压反馈信号-VFB           第一预设电压-UVLO

第二预设电压-UV            第三预设电压-LATCHUP

启动电阻-Rin               电流反馈信号-IFB

第一开关-SW1               第二开关-SW2

第三开关-SW3               电感-L

输出电容-Cout              谐振电容-Cre

第一电阻-R1                第二电阻-R2

第三电阻-R3                第四电阻-R4

第五电阻-R5                第六电阻-R6

第七电阻-R7                第八电阻-R8

第九电阻-R9                第十电阻-R10

齐纳二极管-Z1、Z2          迟滞比较器-HY

第一SR型闩-SR1             第二SR型闩-SR2

重启信号-Sre               RS型闩-RS

参考电压值-Vpor            分压信号-VDD’

初始信号-IN                过温保护信号-OTP

过过零点参考电压信号-Vz    过过零点侦测信号-ZD

误差放大信号-EA            电流参考信号-Vr

过流参考信号-Vri、Vri1     过流保护信号-OCP

过压参考信号-Vrv           过压保护信号-OVP

驱动变压器-T3              变压器-T4

第一P型晶体管开关-P1       第二P型晶体管开关-P2

第三P型晶体管开关-P3        第四P型晶体管开关-P4

第五P型晶体管开关-P5        第六P型晶体管开关-P6

第七P型晶体管开关-P7        第八P型晶体管开关-P8

第九P型晶体管开关-P9        第一N型晶体管开关-N1

第二N型晶体管开关-N2        第三N型晶体管开关-N3

第四N型晶体管开关-N4        第五N型晶体管开关-N5

第六N型晶体管开关-N6        与非门-NA

第一反向器-INV1             第二反向器-INV2

自保持驱动信号-START        电流源-I1

第十电阻-R10                预热电容-Ct

扫频信号PR                  扫频控制信号-Fc

过流参考信号-Vri1           欠流参考信号-Vri2

过压参考信号-Vrv1           欠压参考信号-Vrv2

欠压保护信号-UVP            驱动过压参考信号-Vvdd

驱动过压保护信号-OVP’

具体实施方式

图2为根据本发明的一电源转换电路的电路方块示意图。如图2所示，电源转换电路包含一启动电路5、一转换电路70以及一控制器100。启动电路5电性连接一输入电压Vin以产生一驱动电压VDD至控制器100，以提供控制器100启动时所需的电压及电力。控制器100电性连接启动电路5并同时电性连接一输出电压Vout以接收操作所需的电力，并输出至少一控制信号S。转换电路70根据至少一控制信号S将输入电压Vin转换成输出电压Vout，用以驱动一负载(未图示)。控制器100电性连接启动电路5及输出电压Vout以接收操作所需的电力。输出电压Vout的电压值若与控制器100操作所需的电压不同，则可通过一电压转换装置50，使输出电压Vout进行降压和/或整流以转换成适合控制器100操作所需的电压。另外，电源转换电路可还包含一反馈电路60，电性连接输出电压Vout以产生至少一反馈信号FB。控制器100可根据至少一反馈信号FB来产生至少一控制信号S，以控制转换电路70的运作。

控制器100通过一驱动电压端VT接收操作所需的电力，且控制转换电路70将输入电压Vin转换成输出电压Vout。在本实施例中，驱动电压端VT是电性连接至输入电压Vin及输出电压Vout以接收电力，而实际应用上，亦可电性连接至其他的电力供应系统。控制器100包含一启动单元10、一闩锁单元20以及一控制单元40。启动单元10电性连接驱动电压端VT，并判断驱动电压端VT上的驱动电压VDD是否足够启动控制器100，即判断驱动电压VDD是否高于一第一预设电压，若是则产生一启动信号POR至闩锁单元20。闩锁单元20电性连接驱动电压端VT且接收到启动信号POR后启动。在控制器100正常操作下，闩锁单元20不动作，然当电源转换电路出现任何电路异常使控制器100进入一保护模式时，闩锁单元20将产生一闩锁信号LATCH至控制单元40使控制单元40停止部分或全部电路运作以减少操作所需的电力。在本实施例中，控制单元40包含了一稳压元件30以及一功能元件35。稳压元件30电性连接驱动电压VDD以产生一工作电压VCC以提供控制单元40操作所需的电力，而功能元件35根据反馈信号FB产生控制信号S。稳压元件30在接收闩锁信号LATCH后停止提供工作电压VCC，使功能元件35停止操作。

在本实施例中，控制器100所需的电力由输入电压Vin及输出电压Vout所共同提供。在控制器100未启动前，例如：输入电压Vin尚未输入或者控制器100尚未收到一使能信号来启动，控制器100仅需微量的电力供应来维持启动单元10的操作。当输入电压Vin电压足够高时使启动单元10输出代表启动的启动信号POR至闩锁电路20。在实际应用上，启动信号POR亦可同时作为控制单元40的重置，使控制单元40内的电路由初始状态开始运作。一般而言，输入电压Vin通过启动电路5所提供的电力仅能提供启动单元10在控制器100未启动前的电力，如此可减少启动电路5造成的功率损耗，尤其当输入电压Vin远大于驱动电压VDD时。当控制器100启动后，输出电压Vout上升并通过电压转换装置50提供电力至驱动电压端VT，以提供控制器100启动后额外增加的电力需求。

当启动过程或正常操作时，出现电路异常，例如：输出电压Vout大于一预定输出过压值(Over Voltage Protection)、输出电压Vout小于一预定过低压值(Under Voltage Protection)、驱动电压VDD小于一预定欠压值(Under Voltage Lock-Out)、驱动电压VDD大于一预定操作过压值(Over Voltage Protection)、负载的电流大于一预定过流值(Over CurrentProtection)、负载的电流小于一预定过低流值(Under Current Protection或系统温度大于预定值(Over Temperature Protection)等，控制器100停止输出控制信号S，使输出电压Vout无法再提供充足的电力至驱动电压端VT使驱动电压VDD的电压开始下降。图3(b)为根据本发明的电源转换电路中的信号波形示意图。如图3(b)所示，当驱动电压VDD高过一第一预设电压UVLO后，功能元件35开始产生时钟信号OSC并开始运作。然而，由于输出电压Vout无法提供控制器100启动后所需的额外电力而使驱动电压VDD开始下降。当驱动电压VDD下降至一第三预设电压LATCHUP时，闩锁单元20输出闩锁信号LATCH，使控制单元40停止部分或全部电路运作，如图中所示，时钟信号OSC亦停止产生。此时，控制器100操作所需的电力将小于或等于输入电压Vin通过启动电路5提供的电力，驱动电压VDD将停止下降或回升。第三预设电压LATCHUP比第一预设电压UVLO为低，但高于(或等于)一第二预设电压UV，其中第二预设电压UV为闩锁单元20的一最低操作电压。因此，就算控制器100进入保护模式，使输出电压Vout无法再提供电力给控制器100，本发明仍使驱动电压VDD维持在第二预设电压UV之上，使闩锁单元20能持续闩锁功能，以避免现有技术中电路因重置或电路设计所造成的不断重新启动的问题。

另外，控制器100的驱动电压端VT亦可能电性连接输入电压Vin或输出电压Vout以外的电源，以接收电力操作，而如果这样电源有电力不稳定的异常状态时，亦可能造成控制器100不断地重新启动电路的问题。而本发明的控制器100若侦测到驱动电压VDD低于第三预设电压LATCHUP的情况，立即进入保护模式并闩锁，故亦可避免不断重新启动的问题。再者，若控制器100是由两个或以上的端点电性连接不同的电源来接收所需电力，例如：一端点电性连接输入电压Vin以提供电力给启动单元10及闩锁单元20，而另一端点电性连接输出电压Vout以提供电力给控制单元40。当输出电压Vout因电路异常而开始下降，在输出电压Vout因过低而使控制单元40无法操作前，控制单元40即可侦测到输出电压Vout小于预定过低压值而输出一保护信号PROT至闩锁单元20使闩锁单元20产生闩锁信号LATCH而达到上述本发明的优点。

再者，本发明的控制器可以应用至各种电源转换电路，例如：直流转直流电源转换电路、交流转直流电源转换电路、直流转交流电源转换电路等，以下就以数个实施例来说明。

图4为根据本发明的电源转换电路的一第一较佳实施例的电路示意图。如图4所示，电源转换电路包含一控制器100a、一启动电路105、一电压转换装置150、由一第一反馈单元160a及一第二反馈单元160b所构成的一反馈电路以及一转换电路170，将一输入电压Vin转换成一输出电压Vout以驱动一发光二极管模块180。启动电路105包含一启动电阻Rin及并联的一电容及一齐纳二极管，其一端接地，另一端通过启动电阻Rin电性连接输入电压Vin。调整启动电阻Rin的电阻值可以调整启动电路105的功耗，一般而言，为了电源转换电路整体的效率，启动电阻Rin的电阻值会设定较高，以减少启动电路105的功耗。在输入电压Vin输入电源转换电路后，启动电路105内的电容开始储存电力并产生一驱动电压VDD至控制器100a，以提供控制器100a启动时所需的电压及电力。电压转换装置150为一整流二极管，电性连接输出电压Vout、控制器100a及启动电路105。当驱动电压VDD大于出电压Vout时，电压转换装置150可避免输入电压Vin的电力通过启动电阻Rin输入到转换电路170。反馈电路中的第一反馈单元160a电性连接输出电压Vout，以产生一代表输出电压Vout大小的电压反馈信号VFB，第二反馈单元160b电性连接发光二极管模块180，以产生一代表流经发光二极管模块180的电流大小的电流反馈信号IFB。转换电路170包含一第一开关SW1、一第二开关SW2、一电感L及一输出电容Cout。第一开关SW1及第二开关SW2分别根据一第一控制信号S1及一第二控制信号S2进行切换，使输入电压Vin的电力经电感L及输出电容Cout的储存与转换成输出电压Vout。

控制器100a包含一启动单元110、一闩锁单元120以及一控制单元140。启动单元110电性连接驱动电压VDD，并判断驱动电压是否超过一预设电压值，若是则产生一启动信号POR。启动单元110包含了一第一电阻R1、一第二电阻R2、一第三电阻R3、一第四电阻R4、一齐纳二极管Z1、一迟滞比较器HY及一第一SR型闩(SR Latch)SR1，并连接驱动电压VDD以接收电路操作所需的电力。第四电阻R4与齐纳二极管Z1串联后并与第三电阻R3并联在驱动电压VDD及接地之间，并在第四电阻R4与齐纳二极管Z1的连接点输出一参考电压值Vpor至迟滞比较器HY。当驱动电压VDD尚未上升至高于齐纳二极管Z1的崩溃电压前，参考电压值Vpor随驱动电压VDD上升，而当驱动电压VDD上升至高于齐纳二极管Z1的崩溃电压后，参考电压值Vpor维持在齐纳二极管Z1的崩溃电压值。第一电阻R1及第二电阻R2串联在驱动电压VDD及接地之间，以产生一分压信号VDD’至迟滞比较器HY。当驱动电压VDD上升至预定电压值时，分压信号VDD’的电平将高于参考电压值Vpor而使迟滞比较器HY输出高电平的一初始信号INI至第一SR型闩SR1及控制单元140。第一SR型闩SR1的S输入端接收到高电平的初始信号INI后，在Q端产生一高电平的启动信号至闩锁单元120。

闩锁单元120包含一单稳态电路(One Shot Circuit)122及一第二SR型闩SR2，并连接驱动电压VDD以接收电路操作所需的电力。单稳态电路122接收启动信号POR后启动。当保护信号PROT为低电平时，代表电路运作正常，第二SR型闩SR2输出预设低电平的一闩锁信号LATCH。一旦保护信号PROT为高电平，则单稳态电路122输出一高电平的脉冲信号至第二SR型闩SR2的S端，使闩锁信号LATCH转为高电平。

控制单元140包含了一稳压元件130以及一功能元件135，在接收初始信号INI后启动。稳压元件130在接收初始信号INI后启动，并根据闩锁信号LATCH及决定是否将驱动电压VDD转成工作电压VCC以提供功能元件135操作所需的电力。当闩锁信号LATCH为低电平时，稳压元件130输出工作电压VCC；而当闩锁信号LATCH为高电平时，稳压元件130停止输出工作电压VCC，使功能元件135停止操作。

功能元件135包含一驱动过压保护装置132、一过温保护装置136、一处理装置138、一或门139、一时钟产生装置141、一过过零点侦测装置142、一误差放大装置144、一过流保护装置146及一过压保护装置148，并在接收初始信号INI后启动。时钟产生装置141输出一时钟信号OSC至处理装置138。驱动过压保护装置132接收启动单元110中第一电阻R1及第二电阻R2所产生的分压信号VDD’及一驱动过压参考信号Vvdd，当驱动电压VDD高于一预设驱动过压值(即分压信号VDD’高于驱动过压参考信号Vvdd)时输出高电平的一驱动过压保护信号OVP’。过温保护装置136侦测控制器100a的温度，当温度超过一预设温度时输出高电平的过温保护信号OTP。过过零点侦测装置142侦测流经第二开关SW2的电流大小，当代表流经第二开关SW2的电流大小的侦测信号电平小于一过零点参考电压信号Vz时，输出高电平的一过零点侦测信号ZD。误差放大装置144接收电流反馈信号IFB及一电流参考信号Vr并据此输出一误差放大信号EA。过流保护装置146接收电流反馈信号IFB及一过流参考信号Vri，并在电流反馈信号IFB高于过流参考信号Vri时输出高电平的一过流保护信号OCP。过压保护装置148接收电压反馈信号VFB及一过压参考信号Vrv，并在电压反馈信号VFB高于过压参考信号Vrv时输出高电平的一过压保护信号OVP。在过温保护信号OTP、过流保护信号OCP及过压保护信号OVP均为低电平而初始信号INI为高电平时，功能元件135正常运作，处理装置138根据误差放大信号EA及时钟信号OSC决定第一控制信号S1的工作周期，并更根据过零点侦测信号ZD决定第二控制信号S1的工作周期，使流经发光二极管模块180的电流稳定在一预定电流值。当于过温保护信号OTP、过流保护信号OCP及过压保护信号OVP的其中任一为高电平或初始信号INI为低电平时，控制器100a进入保护模式，处理装置138输出高电平的一保护信号PROT至闩锁单元120，闩锁单元120输出高电平的闩锁信号LATCH，使稳压单元130停止输出工作电压VCC以停止控制单元140的操作。

由于启动单元110及闩锁单元120操作所需的电力小于或等于输入电压Vin通过启动电阻Rin所提供的电力。因此，虽然当控制单元140因电路异常而进入保护模式并停止操作，此时输出电压Vout会下降且再无法同时提供电力至控制器100a，输入电压Vin通过启动电阻Rin所提供的电力仍可使驱动电压VDD不再下降甚至回升，确保驱动电压VDD在控制器100a进入保护模式时，也维持在闩锁单元20的最低操作电压之上而使闩锁电路20仍可闩锁住控制器100a的操作，以避免重复启动的问题。

图5(a)及图5(b)为根据本发明的电源转换电路的一第二较佳实施例的电路示意图。结合图5(a)及图5(b)所示，电源转换电路包含一控制器、一启动电路205、一电压转换装置250、由一第一反馈单元260a及一第二反馈单元260b所构成的一反馈电路以及一转换电路270，将一输入电压Vin转换成一输出电压Vout以驱动一灯管280。启动电路205包含并联的一电容及一齐纳二极管及电性连接输入电压Vin的一启动电阻Rin，其一端接地，另一端通过一启动电阻Rin电性连接输入电压Vin。在输入电压Vin输入电源转换电路后，启动电路205内的电容开始储存电力并产生一驱动电压VDD至控制器，以提供控制器启动时所需的电压及电力。电压转换装置250包含一整流二极管及一变压器T4的次级侧，电性连接输出电压Vout、控制器及启动电路205，使输出电压经变压器T4转换成适当的电压并经整流二极管整流后提供一驱动电力至控制器。反馈电路中的第一反馈单元260a电性连接输出电压Vout，以产生一代表输出电压Vout大小的电压反馈信号VFB，第二反馈单元260b电性连接灯管280，以产生一代表流经灯管280的电流大小的电流反馈信号IFB。控制器包含一启动单元210、一闩锁单元220以及一控制单元240，根据电流反馈信号IFB及电压反馈信号VFB产生一第一控制信号S1及一第二控制信号S2。转换电路270包含一第一开关SW1、一第二开关SW2、一驱动电容C4、一驱动变压器T3、一输出电容Cout、一谐振电容Cre以及一变压器T4的初级侧，用以根据第一控制信号S1及第二控制信号S2将直流的一输入电压Vin转换成交流的一输出电压Vout以驱动一灯管280，例如：萤光灯管、日光灯管、冷阴极萤光灯管等。

如图5(a)所示，启动单元210包含一第一P型晶体管开关P1、一第二P型晶体管开关P2、一第三P型晶体管开关P3、一第一N型晶体管开关N1、一第二N型晶体管开关N2、一第三N型晶体管开关N3、一第五电阻R5、一第六电阻R6、一第七电阻R7、一第八电阻R8、一第九电阻R9以及一齐纳二极管Z2。当驱动电压VDD由零开始上升至高于齐纳二极管Z2的崩溃电压后，驱动电压VDD的电流将通过第一P型晶体管开关P1、齐纳二极管Z2、第五电阻R5及第六电阻R6流经至地。当驱动电压VDD再继续上升，第五电阻R5及第六电阻R6的连接点电压亦随之上升，当超过第二N型晶体管开关N2的阈值电压后，第二N型晶体管开关N2导通，此时驱动电压VDD的电流亦通过第七电阻R7及第二N型晶体管开关N2流经至地。驱动电压VDD持续上升，使第五电阻R5及第六电阻R6的连接点电压(即第二N型晶体管开关N2的闸极电压)继续上升，致使流经第七电阻R7及第二N型晶体管开关N2的电流增加。当流经第七电阻R7的电流足够大，使第七电阻R7及第二N型晶体管开关N2连接点的电压下将至低于第二P型晶体管开关P2及第三P型晶体管开关P3的阈值电压。此时，第二P型晶体管开关P2及第三P型晶体管开关P3导通，使第三P型晶体管开关P3与第八电阻R8的连接点产生高电平的一启动信号POR。而此时(启动单元210产生高电平的启动信号POR时)的驱动电压VDD即为第一预设电压UVLO。

闩锁单元220包含一自保持电路222、一闩锁保护电路224、一RS型闩RS及一与非门NA，其中自保持电路222、一闩锁保护电路224及一RS型闩RS均电性连接驱动电压VDD以接收操作所需的电力，而闩锁保护电路224则电性连接一工作电压VCC以接收操作所需的电力。自保持电路222包含一第一反向器INV1、一第四P型晶体管开关P4、一第五P型晶体管开关P5、一第六P型晶体管开关P6、一第七P型晶体管开关P7、一第八P型晶体管开关P8、一第九P型晶体管开关P9以及一第四N型晶体管开关N4。当驱动电压VDD从零上升后，最初将通过串联的第四P型晶体管开关P4、第五P型晶体管开关P5、第六P型晶体管开关P6及第七P型晶体管开关P7使第八P型晶体管开关P8导通，即当驱动电压VDD高于两倍的P型晶体管的阈值电压但小于第一预设电压UVLO的期间。随后，当自保持电路222的第一反向器INV1接收高电平的启动信号POR并反向成低电平信号后，第九P型晶体管开关P9将导通而第四N型晶体管开关N4关闭而输出高电平的一自保持驱动信号START。另外，第一反向器INV1的低电平信号将使启动单元210中的第三N型晶体管开关N3转为关闭，流经第三P型晶体管开关P3的电流将较之前额外流经第九电阻R9，使第三P型晶体管开关P3与第八电阻R8的连接点电位拉高，以确保启动信号POR不因噪声而改变。高电平的自保持驱动信号START将导通第一N型晶体管开关N1并截止第一P型晶体管开关P1。而由于第一N型晶体管开关N1的导通，第五电阻R5及第六电阻R6的连接点电压将下降至零使第二N型晶体管开关N2截止。第二N型晶体管开关N2截止后，第二N型晶体管开关N2与第七电阻R7的连接点电压上升至驱动电压VDD又使第二P型晶体管开关P2及第三P型晶体管开关P3截止。如此，第一P型晶体管开关P1、第二P型晶体管开关P2及第三P型晶体管开关P3均截止的情况下，启动单元210停止操作。因此，当启动单元210在输出启动信号POR后停止操作，而可节省控制器启动后的耗能。虽然启动单元210停止操作，然而由于第八P型晶体管开关P8及第九P型晶体管开关P9仍导通并经第八电阻R8及第九电阻R9至地。故，除非驱动电压VDD下降至两倍的P型晶体管的阈值电压，否则闩锁单元220将持续输出高电平的自保持驱动信号START以维持闩锁单元220的运作。

闩锁保护电路224包含一第二反向器INV2、一第五N型晶体管开关N5、一第六N型晶体管开关N6、一充电电容C5、一电流源I1及一第十电阻R10，其中电流源I1电性连接工作电压VCC而第十电阻电性连接至驱动电压VDD。当电源转换电路启动之初，通过第十电阻R10电性连接至驱动电压VDD使RS型闩RS的R输入端接收高电平信号而在输出端Q输出一高电平信号。而当自保持驱动信号START转为高电平而输入至RS型闩RS的S输入端，RS型闩RS的输出端Q输出保持即高电平。当控制器正常运作时，一保护信号PROT为低电平，经第二反向器INV2反向后第五N型晶体管开关N5导通。此时，充电电容C5处于放电状态，第六N型晶体管开关N6截止故保持输出高电平信号至RS型闩RS的R输入端，RS型闩RS的输出端Q仍保持上一个状态(即高电平)至与非门NA。此时，与非门NA接收高电平的自保持驱动信号START及RS型闩RS的高电平输出而产生一低电平的闩锁信号LATCH。因此，当控制器正常运作时，与非门NA将输出低电平的一闩锁信号LATCH，并使控制单元240维持正常运作。

当保护信号PROT为代表电路异常的高电平时，第五N型晶体管开关N5将截止使充电电容C5开始充电状态。若电路异常未能立即排除使充电电容C5经一时间延迟后其跨压上升至高于第六N型晶体管开关N6的阈值电压而使第六N型晶体管开关N6导通。此时，闩锁保护电路224输出低电平信号至RS型闩RS的R输入端，而RS型闩RS的S输入端仍持续接收高电平的自保持驱动信号START，RS型闩RS的输出端Q输出转为低电平。由于与非门NA的一输入信号为低电平，故转为输出高电平的一闩锁信号LATCH使控制单元240停止运作。此时，控制器内部仅第八P型晶体管开关P8、第九P型晶体管开关P9、第八电阻R8及第九电阻R9所形成的电流路径还维持耗电外，其余电路均为关闭，故可确保控制器在电路异常而进入保护模式时，其所需电力小于启动电路205所提供的电力而确保驱动电压VDD能维持在闩锁电路220最低操作电压(本实施例为两倍的P型晶体管开关的阈值电压)之上。

如图5(b)所示，控制单元240包含一稳压元件230以及一功能元件235。稳压元件230接收启动信号POR及闩锁信号LATCH，在启动信号POR为高电平时触发而开始运作，当闩锁信号LATCH为低电平时，将驱动电压VDD转换成一工作电压VCC，而当闩锁信号LATCH为高电平时，停止运作。功能元件235包含一过温保护装置236、一处理装置238、一时钟产生装置241、一预热时间装置243、一误差放大装置244、一扫频控制装置245、一过流保护装置246、一过压保护装置247、一欠流保护装置248及一欠压保护装置249。当启动信号POR为高电平时控制单元240接收到开始运作，时钟产生装置241产生一较高频的时钟信号OSC，使处理单元238输出较高频的一第一控制信号S1及一第二控制信号S2，使灯管280的一第一灯丝280a及一第二灯丝280b进行预热。预热时间装置243电性连接一预热电容Ct并在控制器开始运作时对预热电容Ct充电。当预热电容Ct的电位达到一预定预热电位时，预热时间装置243输出一扫频信号PR使扫频控制装置245开始输出一扫频控制信号Fc，使时钟产生装置241所产生的时钟信号OSC的频率开始向下扫频以点亮灯管，并在到达一预设操作频率后维持在此预设操作频率。

过温保护装置236侦测控制器的温度，当温度超过一预设温度时输出高电平的过温保护信号OTP。误差放大装置244接收电流反馈信号IFB及一电流参考信号Vr并据此输出一误差放大信号EA。过流保护装置246接收电流反馈信号IFB及一过流参考信号Vri1，并在电流反馈信号IFB高于过流参考信号Vri1时输出高电平的一过流保护信号OCP。欠流保护装置248在接收一使能信号EN后启动(以避免灯管280点亮过程无灯管电流而造成的误判)，接收电流反馈信号IFB及一欠流参考信号Vri2，并在电流反馈信号IFB低于欠流参考信号Vri2时输出高电平的一欠流保护信号UCP。过压保护装置247接收电压反馈信号VFB及一过压参考信号Vrv1，并在电压反馈信号VFB高于过压参考信号Vrv1时输出高电平的一过压保护信号OVP。欠压保护装置249接收电压反馈信号VFB及一欠压参考信号Vrv2，并在电压反馈信号VFB低于欠压参考信号Vrv2时输出高电平的一欠压保护信号UVP。

在时钟信号OSC下降至预定操作频率后，灯管280在无异常情况下将被点亮，此时处理装置238将产生使能信号EN使能欠流保护装置248，以侦测灯管280是否点亮。当处理装置238接收到欠压保护信号UVP、过压保护信号OVP、欠流保护信号UCP、过流保护信号OCP及过温保护信号OTP其中任一为高电平信号，处理装置238将暂停输出第一控制信号S1及第二控制信号S2一预定重启时间。此时驱动电压将下降至启动电压值UVLO之下，而在此之后处理装置238重新输出第一控制信号S1及第二控制信号S2后上升。处理装置238可包含一计数器231，以计数重启的次数。计数器231电性连接处理装置238、启动单元210及闩锁单元220，并在接收到高电平的保护信号后开始计数启动信号POR的次数。当处理装置238重新启动电源供应器，例如：三次后仍无法排除电路异常的状态，计数器231传送高电平的保护信号PROT闩锁电路220。或者，当启动单元210可接收时钟信号以计时，接收到高电平的保护信号后经一预定重启确认时间后仍未接收到高电平的启动信号POR时(这代表转换电路270有电路异常致使输出电压Vout无法顺利再度上升)，亦可传送高电平的保护信号PROT至闩锁电路220。其中，预定重启确认时间长于预定重启时间。

另外，为了使电源转换电路能在使用者更换灯管280后能自动重新启动，可增加一负载重启电路290电性连接灯管280，以侦测灯管280是否有被移除。如图5(b)所示，负载重启电路290，电性连接灯管280的第二灯丝280b及直流输入电压VIN，以侦测灯管280是否存在，并在灯管280被移除时产生一重启信号Sre，使控制单元240重新启动。控制单元还包含一重启单元295，电性连接驱动电压VDD，即电性连接启动电路205。重启单元295在接收重启信号Sre时，释放启动电路205中电容的储能，使驱动电压VDD下降至低于闩锁电路220最低操作电压，使控制器内的所有电路被重设。当灯管280被重新装设在电源转换电路上后，负载重启电路290停止输出重启信号Sre。此时，重启单元295停止释放启动电路205中电容的储能，驱动电压VDD开始上升。当驱动电压VDD上升至达到第一预设电压UVLO后，控制器重新启动。

在本实施例中，负载重启电路290包含了串联的一第一重启电阻Rf1、一第二重启电阻Rf2以及一第三重启电阻Rf3，而控制器中的重启单元295包含一第三开关SW3，在本实施例为N型金属氧化物半导体。第一重启电阻Rf1的一端电性连接直流输入电压VIN，另一端与第二重启电阻Rf2的一端连接，并通过第二灯丝280b及第二反馈电路260接地。第二重启电阻Rf2的另一端连接第三重启电阻Rf3的一端用以产生重启信号Sre至第三开关SW3，第三重启电阻Rf3的另一端接地。当灯管280存在时，第一重启电阻Rf1与第二重启电阻Rf2的连接点被第二灯丝280b及第二反馈电路260限制在等于或略高于第二反馈电路260中的二极管的顺向偏压。经第二重启电阻Rf2及第三重启电阻Rf3分压后，重启信号Sre在相当低的电平，无法使第三开关SW3导通。而当灯管280不存在(被移除)时，直流输入电压VIN将第一重启电阻Rf1与第二重启电阻Rf2连接点的电位上拉，使重启信号Sre的电平高于第三开关SW3的阈值电压，第三开关SW3导通使驱动电压VDD下拉至接近接地电位，闩锁单元220无法维持闩锁功能而达到使控制器自动重新启动的作用。

根据上述实施例的说明，本发明的电源转换电路及其控制器在发生电路异常时或经有限次数重启电路失败后就闩锁控制器，使控制器无法提供部分或全部的功能以降低控制器闩锁时的耗能以维持驱动电压在维持闩锁功能的最低电压之上。如此可避免现有技术中，元件的使用寿命缩减及使用者使用安全疑虑的问题。而且本发明的电源转换电路具有灯管更换自动重启功能，对于灯管毁损所造成的电路异常，在使用者更换灯管后电源转换电路会自动重新启动，增加电源转换电路的使用便利性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (21)

1.一种控制器，通过一驱动电压端接收操作所需电力，该控制器用以控制一转换电路将一输入电压转换成一输出电压，包含：

一启动单元，电性连接该驱动电压端，并在该驱动电压端的一驱动电压高于一第一预设电压后产生一启动信号；

一控制单元，接收该启动信号后启动，并用以控制该转换电路；以及

一闩锁单元，电性连接该驱动电压端且接收该启动信号后启动，一旦该控制器进入一保护模式，该闩锁单元产生一闩锁信号；

其中，一第二预设电压为该闩锁单元的一最低操作电压，而该第二预设电压低于该第一预设电压，且该控制单元在接收该闩锁信号后停止至少部分功能以降低操作所需的电力，使该驱动电压维持在该第二预设电压之上。

2.根据权利要求1所述的控制器，其中该控制器根据至少一反馈信号及该驱动电压以决定该控制器是否进入该保护模式，若是则产生一保护信号，该闩锁单元接收该保护信号后输出该闩锁信号。

3.根据权利要求2所述的控制器，还包含一稳压元件，电性连接该驱动电压以产生一工作电压以提供该控制单元操作所需的电力，该稳压元件在接收该闩锁信号后停止提供该工作电压。

4.根据权利要求3所述的控制器，其中该启动单元在输出该启动信号后停止操作。

5.根据权利要求2所述的控制器，其中该驱动电压端电性连接该输入电压及该输出电压，以接收该控制器操作所需电力。

6.根据权利要求5所述的控制器，其中该启动单元在输出该启动信号后停止操作。

7.根据权利要求3所述的控制器，其中该控制单元还包含一计数器，该计数器电性连接该启动单元及该闩锁单元，在接收该保护信号的期间计数该启动信号的次数，在该启动信号的次数到达一预定次数后输出该保护信号至该闩锁单元。

8.根据权利要求2所述的控制器，还包含一重启单元电性连接该驱动电压端，并在接收一重启信号后将该驱动电压端接地。

9.一种电源转换电路，包含：

一转换电路，用以根据至少一控制信号将一输入电压转换成一输出电压以驱动一负载；

一启动电路，电性连接该输入电压以产生一驱动电压；以及

一控制器，电性连接该启动电路及该输出电压以接收操作所需的电力，并根据该驱动电压以决定是否操作在一保护模式，若否则该控制器产生该至少一控制信号，若是则该控制器停止输出该至少一控制信号且维持操作在该保护模式。

10.根据权利要求9所述的电源转换电路，还包含一反馈电路，电性连接该输出电压以产生至少一反馈信号，该控制器还根据该至少一反馈信号以决定是否操作在一保护模式。

11.根据权利要求10所述的电源转换电路，其中该控制器在进入该保护模式后减少所需的电力大小，以维持该驱动电压在一预定电压值之上，该预定电压值大于或等于该控制器维持操作的一最低电压。

12.根据权利要求11所述的电源转换电路，其中该负载为发光二极管或萤光灯管。

13.根据权利要求11所述的电源转换电路，其中该控制器在一电路异常状态发生后进入该保护模式，该异常状态包含该输出电压大于一预定过压值、该输出电压小于一预定过低压值、该驱动电压小于一预定欠压值、该驱动电压大于一预定过压值、该负载的电流大于一预定过流值或该负载的电流小于一预定过低流值。

14.根据权利要求11所述的电源转换电路，还包含一负载重启电路，用以根据该负载是否存在以产生一重启信号。

15.根据权利要求14所述的电源转换电路，其中该控制器在接收该重启信号时使该驱动电压下降至低于该最低电压。

16.一种直流转交流电源转换电路，包含：

一转换电路，用以根据至少一控制信号将一直流输入电压转换成一交流输出电压以驱动一负载；

一启动电路，电性连接该直流输入电压以产生一驱动电压；

一电压转换装置，电性连接该交流输出电压，用以整流该交流输出电压用以提供一驱动电力；以及

一控制器，电性连接该启动电路及该电压转换装置以接收操作所需的电力，并根据该驱动电压以决定是否操作在一保护模式，若否则该控制器产生该至少一控制信号，若是则该控制器停止输出该至少一控制信号且维持操作在该保护模式。

17.根据权利要求16所述的直流转交流电源转换电路，其中该负载为一具有灯丝的萤光灯管。

18.根据权利要求17所述的直流转交流电源转换电路，其中该控制器进入该保护模式后停止至少部分功能以降低操作所需的电力，使该驱动电压维持在一预设电压之上。

19.根据权利要求18所述的直流转交流电源转换电路，其中该控制器包含一闩锁单元，在该保护模式时闩锁该控制器的该至少部分功能，且该预设电压为该闩锁单元的一最低操作电压。

20.根据权利要求18所述的直流转交流电源转换电路，还包含一负载重启电路通过该萤光灯管的灯丝接地，在该萤光灯管移除时产生一重启信号。

21.根据权利要求20所述的直流转交流电源转换电路，其中该控制器在接收该重启信号时使该驱动电压下降至低于该预设电压。

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