专利名称：使用故障保护锁存器生成快速复位信号的制作方法
技术领域：
本公开内容总体涉及功率转换器，更具体地，本公开内容涉及使用故障保护复位锁存器(latch-reset)来检测功率转换器中的故障状况。
背景技术：
功率转换器被用在许多电气设备中，以将交流(ac)电源变换为直流(dc)电源。通常，这些转换器包括一个控制器，该控制器使功率开关在通(ON)态和断(OFF)态之间切换，以控制传输至该转换器的输出的功率的量。一些功率转换器的控制器可包括故障保护电路，该故障保护电路检测控制器和/或电源的故障状况(例如，过压状况、低压状况等)并且对该控制器和/或电源的故障状况做出响应。在一些情况下，故障保护电路可导致控制器关闭功率转换器。在这种情形中，功率转换器可使用输入监测电路，从而当已经移除功率转换器的输入时(例如，由于转换器被从壁式插座拔去)指示对控制器进行复位。具体地，当ac输入被移除时，输入监测电路可提供复位信号，从而将控制器复位回至其初始状况，使得当功率转换器又一次连接至ac输入时控制器可恢复运行。常规的输入监测电路通常包括与功率转换器的AC输入连接的电阻元件(例如，2M欧姆的电阻器)，所述电阻元件持续地耗散功率。尽管这些电路在检测故障状况时是有效的，但是电阻元件导致功率转换器在空载状况下消耗相对大量的功率。例如，一些常规的输入监测电路在正常运行期间消耗功率。尽管所消耗的功率量相对于输送至所附接的负载的功率量可能是小的，但是在空载状况期间，消耗的可能是功率的相对大的一部分。此外，较新的电子设备的规格要求功率转换器在空载状态期间消耗较少的功率。例如，一些膝上型计算机的规格要求适配器的总空载消耗小于30mW。然而，常规的输入监测电路独自就可消耗30mW或者更多，没有为功率转换器的其余部分的功率消耗留下任何空间。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种用于检测交流(ac)输入电压中的故障状况的复位锁存器，所述复位锁存器包括:—个高阻抗电路，包括一个阻抗元件、一个第一二极管和一个第一电阻器；一个线路检测电容器，耦合至所述高阻抗电路，其中所述线路检测电容器被配置为当所述第一二极管导通时通过所述阻抗元件和所述第一二极管由所述ac输入电压充电，且其中所述线路检测电容器被配置为当所述第一二极管未导通时通过所述第一电阻器放电；以及一个晶体管，其中所述晶体管被配置为响应于所述线路检测电容器的一端处的电压下降至一线路检测阈值电压以下而切换，且其中所述晶体管还被配置为响应于所述晶体管被切换而导致生成一个复位信号。
根据本发明的另一方面，提供一种用于检测交流(ac)输入电压中的故障状况的复位锁存器，所述复位锁存器包括:一个阻抗元件，被耦合以接收所述ac输入电压；以及一个晶体管，其中所述晶体管被配置为响应于所述ac输入电压下降至一个输入电压阈值以下而切换，其中所述晶体管还被配置为当所述晶体管切换时导致生成一个复位信号。根据本发明的又一方面，提供一种用于检测交流(ac)输入电压中的故障状况的方法，所述方法包括:在一个高阻抗电路处接收所述ac输入电压，所述高阻抗电路包括一个阻抗元件、
一个第一二极管和一个第一电阻器；使用所述ac输入电压，通过所述阻抗元件和所述第一二极管对一个线路检测电容器进行充电，其中当所述第一二极管导通时所述线路检测电容器被充电；通过所述第一电阻器使所述线路检测电容器放电，其中当所述第一二极管未导通时，所述线路检测电容器被放电；使用一个晶体管监测所述线路检测电容器的一端处的电压，其中所述晶体管被配置为响应于所述线路检测电容器的所述端处的电压下降至一个线路检测阈值电压以下而切换；以及响应于所述晶体管被切换而导致生成一个复位信号。根据本发明的再一方面，提供一种功率转换器系统，所述功率转换器系统包括:一个ac桥，被耦合以接收一个ac输入电压，且被耦合以输出一个时变dc电压；一个功率转换器，被耦合至所述ac桥，且被耦合以接收所述时变dc电压以及输出经调节的dc输出电压；一个控制器，被耦合至所述功率转换器，且被耦合以控制通过所述功率转换器的能量传递；以及一个复位锁存器，被耦合以接收所述ac输入电压，且被耦合以响应于所述ac输入电压下降至一个输入电压阈值以下而向所述控制器输出一个复位信号，其中所述复位锁存器包括一个高阻抗元件，所述高阻抗元件被耦合以接收所述ac输入电压。
参考下列附图，描述本发明的非限制性和非穷举性实施方案，其中除非另有规定，在各个视图中相同的附图标记指相同的部分。图1是示出了根据本发明的一个实施方案的、包括快速ac复位锁存器的示例功率转换器的功能方框图。图2是示出了根据本发明的一个实施方案的一个示例ac复位锁存器的电路图。图3示出了根据本发明的一个实施方案的ac复位锁存器的示例波形。图4是示出了根据本发明的一个实施方案的另一示例ac复位锁存器的电路图。图5是示出了根据本发明的一个实施方案的又一示例ac复位锁存器的电路图。图6示出了根据本发明的一个实施方案的ac复位锁存器的示例波形。图7示出了根据本发明的一个实施方案的用于检测功率转换器的ac输入处的故障状况的示例方法。图8示出了根据本发明的一个实施方案的ac复位锁存器的示例波形。
具体实施例方式在下文的描述中，阐述了多个特定细节，以提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员来说明显的是，实施本发明不必使用所述特定细节。在其他情况下，为了避免使本发明�：挥邢晗该枋龉牟牧匣蚍椒āＴ诟盟得魇槿闹刑岬健耙桓鍪凳┓桨浮薄ⅰ耙皇凳┓桨浮�、“一个实施例”或“一实施例”意指关于该实施方案或实施例描述的具体特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在该说明书全文中各个地方出现的措词“在一个实施方案中”、“在一实施方案中”、“一个实施例”或“一实施例”未必全都指相同的实施方案或实施例。再者，所述具体特征、结构或特性可在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合相结合。特定的特征、结构或特性可以被包括在集成电路、电子电路、组合逻辑电路或者提供所描述的功能性的其他合适部件中。此外，应理解，本文中提供的图是出于向本领域普通技术人员解释的目的，并且附图未必按比例绘制。在各个实施方案中，可通过输入监测电路来监测ac输入，所述输入监测电路使用ac输入来为线路检测电容器(line detection capacitor)充电。输入监测电路可被配置为使得:当将ac输入移除的时间长于一可允许的时间段或者当ac输入的电压下降至一可接受值以下时，线路检测电容器的一端处的电压下降至线路检测阈值电压以下。电容器该端处的电压的下降可导致电耦合的晶体管接通，从而导致生成一复位信号。举例说明，图1是示出了一个示例功率转换器系统100的功能方块图。在示出的实施例中，功率转换器系统100包括AC桥101、功率转换器103、AC复位锁存器105和控制器107。功率转换器系统100可被配置为或者可运行为在输入端子109处接收ac输入电压Vac以及在输出端子111处输出dc输出电压VOT。如图1中所示，功率转换器系统100包括耦合至该设备的输入端子109的AC桥101。AC桥101可被配置为接收并整流ac输入电压Vac，从而生成经整流的(dc)电压。更具体地，经整流的电压或者dc电压可被定义为具有一个极性，而ac电压可被定义为既具有正极性又具有负极性。换句话说，经整流的(dc)电压是时变dc电压。AC桥101可包括本领域普通技术人员已知的任何整流电路。在一些实施例中，AC桥101可包括布置为二极管桥的四个二极管(未示出)。AC桥101还可包括本领域普通技术人员会知道如何针对具体应用进行布置的其他电路元件。功率转换器系统100还包括耦合至AC桥101的输出的功率转换器103。功率转换器103可被配置为接收经整流的电压，并且输出dc输出电压VQUT。功率转换器103可包括许多类型的功率转换器拓扑，例如但不限于回扫式拓扑、前向(forward)拓扑、降压式拓扑和升压式拓扑。此外，功率转换器103还可包括一个功率开关(未示出)，所述功率开关切换以控制通过磁能量传递元件(未示出)的能量传递。在一个实施例中，功率转换器103可包括一个电耦合至功率开关的耦合电感器(未示出)，所述功率开关例如但不限于金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)。功率开关可被用于通过在通态(允许电流传导通过该开关)和断态(阻止电流传导通过该开关)之间切换，来控制通过耦合电感器传导的电流的量，从而控制传递至耦合电感器的输出绕组(未示出)的功率的量。功率转换器103还可包括电容器例如输入平滑电容器(未示出)、输出平滑电容器(未示出)，箝位电路(未示出)，反馈电路(未示出)以及本领域普通技术人员会知道如何针对具体应用进行布置的其他电路元件。功率转换器系统100还包括控制器107，该控制器用于通过选择性地安排(schedule)功率转换器103的切换事件来控制输出端子111处的输出电压VQUT。在一个实施例中，功率转换器系统100可调节输出电流和/或输出电压Votit与输出电流1tit的组合。具体地，控制器107可被配置为通过向功率转换器103中的功率开关的基极端子或控制端子发送驱动信号115来初始化切换事件。控制器107可调整切换事件的特性(例如，频率、持续时间等)，从而控制输送至功率转换器系统100的输出的功率的量。此外，响应于功率转换器系统100的输入处的故障状况(例如，如由复位信号117指示的)，控制器107可被配置为关闭，或者进入保护模式，在保护模式中，控制器禁止功率开关的切换，除了当周期性地试图重启该系统时。如所示，控制器107可接收代表与功率转换器系统100的输出有关的信息的反馈信号116。例如，控制器107可接收反馈信号116，从而调节输出端子111处的输出电压VTOT。在一个实施例中，控制器107可被实现为集成电路。在另一实施例中，控制器107和功率转换器103中的功率开关可形成集成控制电路的一部分，所述集成控制电路被制作成混合集成电路或者单片集成电路。功率转换器系统100还包括AC复位锁存器105，用于检测功率转换器系统100的输入处的故障状况(例如，AC输入的移除，或者低电压状况)，并且响应于检测到故障状况而生成复位信号117。在一些实施方案中，功率转换器系统100还可包括一个故障关闭锁存器(未不出)。该锁存器可在系统故障状况期间被触发，所述系统故障状况例如为输出处的过压状况、输出处的欠压状况，等等。一旦检测到系统故障状况，则控制器107可触发关闭锁存器，以防止功率开关的进一步切换。在这些实施方案中，AC复位锁存器105可被用于对故障关闭锁存器进行复位，从而恢复正常的设备运行。例如，为了对故障关闭锁存器进行复位，AC复位锁存器105可响应于检测到复位状况(例如，ac输入的移除)而生成复位信号117。复位信号117可由控制器107接收，导致控制器107进入正常运行模式，在该正常运行模式中，它对故障关闭锁存器进行复位，从而允许功率开关的正常切换。下面将参考图2-图7来更加详细地描述AC复位锁存器105的多个不同实施方案。图2示出了可在功率转换器系统100中使用的示例AC复位锁存器105的示意图。AC复位锁存器105在输入端子201处接收输入电压VA。，并且输出复位信号UKESET。如将在下面更加详细描述的，当AC复位锁存器105接收处于一可接受的电压的输入电压Va。时，复位信号Ukeset的电压等于约OV(例如，代表逻辑低值的电压)。当输入电压\c被移除或者在一可接受的电压电平以下时(表示故障状况)，复位信号Ukeset的电压被驱动为高至一等于非零电压的电压(例如，代表逻辑高值的电压)，该等于非零电压的电压至少部分基于Vdd和R4的值确定。在一些实施例中，复位信号Ukeset可以是与图1中示出的复位信号117相同的信号。在这些实施例中，复位信号Ukeset可以被直接传输至控制器107。在另一些实施例中，复位信号Ukeset可被反相(例如，使用被配置为反相器的一个或多个晶体管)之后被传输至控制器107。在还一些实施例中，复位信号Ukeset可经由隔离式连接(isolated connection)(例如，光电耦合器等)被耦合至控制器107。图2的AC复位锁存器可包括线路检测电容器C2，用于检测输入电压Va。何时被移除或者输入电压Vac何时在用于控制器运行的输入电压阈值以下。在运行期间，在输入电压Vac为正时的至少一部分时间期间，线路检测电容器C2被周期性地充电。线路检测电容器C2的一端(节点N3)处的电压被监测，以确定该电压是否下降至线路检测阈值以下。下降至线路检测阈值以下标志着输入电压Vac已被移除或者输入电压Vac下降至一可接受电平以下的时间长于一可允许的时间段。该可允许的时间段可由电容器C2和电阻器R2的值限定。AC复位锁存器105还可包括耦合至AC复位锁存器105的输入端子201的高阻抗电路205。在一些实施方案中，高阻抗电路205可包括电阻器R1、二极管D2和电阻器R2。在该配置中，在输入电压VAC的每一个正半周期的至少一部分期间，线路检测电容器C2通过电阻器Rl和二极管D2充电。此外，线路检测电容器C2在输入电压\c的正半周期和负半周期期间都可通过电阻器R2持续地放电。然而，在输入电压Vac的每一个正半周期的至少一部分期间，电容器C2通过电阻器Rl和二极管D2充电的速率可大于电容器C2通过电阻器R2放电的速率，造成电容器C2上电荷的净增加。AC复位锁存器105还可包括耦合在线路检测电容器C2两端的二极管D3。二极管D3可被包括以将线路检测电容器C2两端的电压Vc2限制为等于二极管D3的导通电压(例如，0.7V)的最大值。具体地，随着线路检测电容器C2两端的电压Vffi增大至二极管D3的导通电压，二极管D3开始将电流从节点N3传导到电压源Vdd中，从而阻止线路检测电容器C2两端的电压Vc2上升至最大值(二极管D3的导通电压)以上。通过限制线路检测电容器C2两端的电压Ve2，二极管D3还将节点N3处的电压限制为如下一个最大值:该最大值近似等于电压源Vdd的电压加上二极管D3的导通电压(例如，约0.7V)。可能期望的是，限制线路检测电容器C2两端的电压\2以及节点N3处的电压，从而提供一个稳定的参考电压，电容器C2可从该稳定的参考电压开始放电。该稳定的参考电压在Vc2的最大电压和一允许节点N3处的电压下降至一导致晶体管Q2导通的阈值电压以下的电压电平之间建立了一个恒定的或者至少基本恒定的放电时间。结果，响应于将输入电压Va。移除的时间长于一可允许的时间段或者如果ac输入的电压下降至一可接受值以下，AC复位锁存器105可始终如一地生成复位信号UKESET。如所示，AC复位锁存器105还可包括用于生成复位信号Ukeset的PNP晶体管Q2。具体地，晶体管Q2被示为耦合至电压源Vdd和电阻器R4。晶体管Q2的状态(例如，通/断)指示允许通过电阻器R4的电流的量，从而指示复位信号Ukeset的电压，所述晶体管Q2的状态至少部分地由节点N3处的电压确定。AC复位锁存器105可被配置为使得:当将输入\c施加至AC复位锁存器105时，节点N3处的电压足够大，使得晶体管Q2的基极和发射极之间的电压差可以在PNP晶体管Q2的导通阈值电压以下，从而防止电流传导通过晶体管Q2和电阻器R4。结果，复位信号Ukeset的电压保持处于或接近输出返回(out put return) 220的参考电压。此外，AC复位锁存器105还可被配置为使得:当输入电压Vac从AC复位锁存器105断开时或者当输入电压Va。下降至一输入电压阈值以下时，节点N3处的电压下降至一个线路检测阈值电压以下，导致晶体管Q2的基极和发射极之间的电压差上升至晶体管Q2的导通阈值电压之上，允许电流传导通过晶体管Q2和电阻器R4。结果，复位信号Ukeset的电压上升至一如下电压:该电压是通过晶体管Q2的电流和电阻器R4的电阻的函数。由于晶体管Q2在正常运行期间被禁用，且仅在故障状况期间，当节点N3处的电压下降至某一线路检测阈值以下时，启用一短暂时间，因此晶体管Q2的功率消耗降低。在一些实施方案中，晶体管Q2的基极-发射极击穿电压可以为5V或者更小。在这些实施方案中，为了防止晶体管Q2发生故障，节点N3处的电压可被箝位至如下一个电压:该电压小于Vdd的电压加上晶体管Q2的基极-发射极击穿电压。例如，如图2中所示，节点N3可相对于耦合至晶体管Q2的发射极的相同电压源Vdd被箝位。AC复位锁存器105还可包括耦合至晶体管Q2的基极的基极电阻器(未示出)。在一个实施例中，基极电阻器可与电阻器R2形成一个电阻分压器，且可设置电容器C2两端的最小电压。考虑到上面的描述，应当明显的是，每一个部件的值的许多变化可被用于针对任何给定的应用提供期望的性能。然而，在一个示例实施方案中，上述部件可近似具有下列值:R1=10MQ , R2=10MQ , R4=100kQ , VDD=5.8V, C2=22nF，Q2 的 β =20，D2 和 D3 的击穿电压=75V。在一些实施例中，该特定配置允许电路在消耗相对少量功率的同时检测具有40VAC或更大电压的ac输入的存在。现在将同时参考图2中示出的AC复位锁存器105的示意图以及图3中示出的示例波形描述AC复位锁存器105的运行。当将输入电压Vac施加至AC复位锁存器105的输入端子201时，输入电压Vac导致在节点NI处出现正弦电压VN1。如图3中可见，在输入电压VA。(由节点NI处的电压Vni表示)的正半周期期间，节点N2处的电压Vn2被箝位至最大值，但是在输入电压\c的负半周期期间，节点N2处的电压Vn2与输入电压\c具有线性关系。具体地，当输入电压\c从零伏(例如，在时间O增大时，节点N2处的电压Vn2遵循输入电压VAC，直至达到如下一个最大值:该最大值近似等于Vdd的电压加上二极管D2和二极管D3的导通电压(由于Vn2达到该最大值需要的时间段相对短，所以未示出Vn2至该最大值的增大)。一旦输入电压Vac (从而，节点N2处的电压Vn2)达到该值，二极管D2可开始传导电流。结果，二极管D2将节点N2处的电压Vn2相对于节点N3的电压箝位，节点N3的电压本身被二极管D3相对于电压源Vdd箝位。结果，如图3中所示，对于输入电压\c的正半周期的大部分，节点N2处的电压Vn2相对恒定。然而，在输入电压\c的负半周期期间(例如，在时间t2和t4之间)，输入电压Vac导致节点N2处的电压Vn2低于Vdd的电压加上二极管D2的导通电压。结果，二极管D2不导通，节点N2处的电压Vn2基本上遵循输入电压Vac的电压。现在参考图3中示出的输入电流Iac，在输入电压Vac的正半周期期间(例如，在时间h和t2之间)，电流Iac与输入电压Vac具有大体线性关系，并且在输入电压\c的负半周期期间(例如，在时间t2和t4之间)，电流IA。具有基本等于零的值。具体地，在输入电压\c的正半周期期间，如上所述，节点N2处的电压Vn2保持基本恒定，而节点NI处的电压Vm正弦地改变。结果，在电阻器Rl两端生成随输入电压Va。线性变化的电势差，产生也随输入电压\c线性变化的电流。在输入电压\c的负半周期期间(例如，在时间t2和t4之间)，如上所述，二极管D2不导通，造成基本上没有电流被传导通过电阻器R1。因而，在输入电压Vac的负半周期期间，Iac的值基本上等于零。现在参考图3中示出的节点N3处的电压VN3，当输入电压Vac被施加至AC复位锁存器105的输入端子201时，电压Vn3保持相对恒定。具体地，当电流Iac具有正值时(当二极管D2导通时)，节点N3处的电压Vn3可随着电容器C2被充电而增大，直至达到如下一个最大值:该最大值近似等于Vdd的电压加上二极管D3的导通电压。当电流Iac具有基本等于零的值时(当二极管D2未导通时)，由于电容器C2通过电阻器R2放电，节点N3处的电压Vn3开始下降。在正常运行期间，节点N3的Vn3的最小电压可被设置为大于电压源Vdd的电压减去晶体管Q2的导通电压，从而防止晶体管Q2导通。在正常运行期间，节点N3处的最小电压Vn3可至少部分基于由电容器C2和电阻器R2建立的RC时间常数来确定。返回参考图2，应理解，如果从AC复位锁存器105的输入端子201移除输入电压Vac，则节点N3处的电压Vn3会持续下降，最终下降至导致晶体管Q2导通的电压电平以下。结果，电流将被传导通过电阻器R4，从而导致Ukeset上升至非零电压电平或者上升至一对应于逻辑高值的电压电平(基于传导通过晶体管Q2的电流和R4的电阻的电压)。类似地，如果输入电压Vac在一可接受值以下，则Vn3的电压将下降至一个导致晶体管Q2导通的电压电平以下，从而导致Ukeset上升至一对应于逻辑高值的电压。图4示出了可在功率转换器系统100中使用的另一示例AC复位锁存器105的示意图。图4中示出的AC复位锁存器105类似于图2中示出的AC复位锁存器105，但是用电容器Cl代替了电阻器R1，并且有二极管Dl与二极管D2和电阻器R2并联耦合。二极管Dl可被包括以将节点N2处的电压Vn2相对于输出返回220箝位。电容器Cl可被包括以减少由高阻抗电路205消耗的功率的量，这是因为由电容器Cl耗散的功率在瓦特计上将被读取为无功功率。尽管AC复位锁存器的每一个部件的值的许多变化可被用于针对任何给定的应用提供期望的性能，但是在一个示例实施方案中，上述部件可近似具有下列值:Cl=150pF，R2=10M Ω , R4=100k Ω , VDD=5.8V，C2=22nF，Q2 的 β =20，二极管 D1、D2 和 D3 的击穿电压=75V。在一些实施例中，该特定配置允许电路在消耗相对少量功率的同时检测具有40VAC或者更大电压的ac输入的存在。图5示出了可在功率转换器系统100中使用的又一示例AC复位锁存器105的示意图。图5中示出的AC复位锁存器105类似于图4中示出的AC复位锁存器105，但是电容器Cl可耦合至输出返回220而非电压源VDD。尽管AC复位锁存器的每一个部件的值的许多变化可被用于针对任何给定的应用提供期望的性能，但是在一个示例实施方案中，上述部件可近似具有下列值:Cl=150pF, R2=10MQ , R4=100kQ , VDD=5.8V, C2=22nF，Q2 的 β =20，二极管Dl、D2和D3的击穿电压=75V。在一些实施例中，该特定配置允许电路在消耗相对少量功率的同时检测具有40VAC或者更大电压的ac输入的存在。图4和图5中示出的AC复位锁存器105的实施方案的运行是类似的，并且将参考图6中示出的波形来描述。当输入电压Va。被施加至AC复位锁存器105的输入端子201时，输入电压Vac导致在节点NI处出现正弦电压VN1。输入电流Iac通常与输入电压\c具有线性关系，但是与输入电压\c相位相差90度，且在其波形中包括短暂的中断
(interruption)-不然的话，该输入电流Iac的波形会是正弦波形。这些中断由二极管
Dl和D2都未导通时的短暂时间段(例如，在时间h和t2之间)导致。如图6中所示，当输入电压\c从零伏增大至其峰值时(在时间h和h之间)，节点N2处的电压Vn2保持相对恒定、处于最大值。该最大值代表导致二极管D2导通所需要的电压——该电压近似等于节点N3处的电压Vn3 (在正常运行期间，近似等于电压源Vdd的电压加上二极管D3的导通电压)加上二极管D2的导通电压。在输入电压Vac的峰值处(在时间D，随着Vac开始减�。诘鉔2处的电压Vn2快速下降(在时间h和t2之间)至最小值。该下降是由电压Vac的减小比电容器Cl耗散其电荷更快所导致的，导致迫使节点N2处的电压为一个更低的值直至达到其最小值——该最小值由节点N2被二极管Dl相对于输出返回220的电压箝位而导致。该最小值可近似等于输出返回220的电压减去Dl的导通电压。一旦节点N2处的电压Vn2下降至其最小值——代表二极管Dl开始导通时的电压，电流Iac可开始传导通过二极管Dl和电容器Cl。结果，允许电流IA。传导，且电流IA。通常与输入电压\c具有线性关系，但是相对于输入电压\c具有90度的相移。现在参考图6中示出的节点N3处的电压Vn3，当输入电压Vac被施加至AC复位锁存器105的输入端子201时，电压Vn3保持相对恒定。具体地，在电流IA。具有正值(当二极管D2导通时)的时间段中，节点N3处的电压Vn3可随着电容器C2充电而增大，直至达到如下一个最大值:该最 大值近似等于Vdd的电压加上二极管D3的导通电压。在电流Iac具有基本等于零的值或者当电流^具有负值(当二极管D2未导通时)的时间段期间，随着电容器C2通过电阻器R2放电，节点N3处的电压Vn3减小。在正常运行期间，节点N3的Vn3的最小电压可被设置为大于晶体管Q2开始传导电流的电压。在正常运行期间，节点N3的最小电压Vn3可至少部分地基于由电容器C2和电阻器R2建立的RC时间常数来确定。返回参考图4和图5，应理解，如果从AC复位锁存器105的输入端子201移除输入电压\c，则节点N3处的电压Vn3会持续减�。钪障陆抵辆骞躋2开始传导电流的电压以下。结果，电流将被传导通过电阻器R4，从而造成Ukeset上升至非零电压电平或者上升至一个对应于逻辑高值的电压电平(基于传导通过晶体管Q2的电流和R4的电阻的电压)。类似地，如果输入电压Vac在一可接受值以下，则电压Vn3将下降至导致晶体管Q2导通的电压电平以下，从而导致Ukeset上升至一个对应于逻辑高值的电压。现在参考图7，示出了用于检测功率转换器的ac输入中的故障状况的示例方法700。在方法700的方框701处，可在高阻抗电路处接收ac输入。该高阻抗电路可类似于图2、图4或图5的高阻抗电路205，且可包括阻抗元件、二极管和电阻器。例如，在一些实施方案中，高阻抗电路可包括一第一电阻器、一二极管和一第二电阻器。在另外的实施方案中，高阻抗电路可包括一电容器、一二极管和一电阻器。在方框703处，线路检测电容器可通过高阻抗电路充电。这可在高阻抗电路的二极管导通时发生。在一些实施方案中，该线路检测电容器可类似于电容器C2，且该线路检测电容器可在二极管D2导通时通过高阻抗电路205的电容器Cl和二极管D2充电。在另外的实施方案中，该线路检测电容器可类似于电容器C2，且该线路检测电容器可在二极管D2导通时通过高阻抗电路205的电阻器Rl和二极管D2充电。在方框705处，该线路检测电容器两端的电压可随着线路检测电容器通过高阻抗电路的电阻器放电而减小。这可在高阻抗电路的二极管不导通时发生。例如,线路检测电容器C2可在没有电流传导通过二极管D2时通过高阻抗电路205的电阻器R2放电。在方框707处，可监测线路检测电容器一端处的电压。例如，晶体管Q2可被用于监测耦合至线路检测电容器C2的节点N3处的电压。在方框709处，可确定线路检测电容器的一端处的电压是否已下降至一个阈值电压以下。如果该电压不在该阈值电压以下，则该方法返回至方框701。然而，如果该电压在该阈值电压以下，则该方法移至方框711。例如，晶体管Q2可被用于帮助监测耦合至线路检测电容器C2的节点N3处的电压，以确定节点N3处的电压是否已下降至线路检测阈值电压以下。在图2、图4和图5中示出的实施例中，该线路检测阈值电压可等于或者小于电压源Vdd的电压减去晶体管Q2的发射极-基极电压。在方框711处，可生成复位信号。例如，如果节点N3处的电压Vn3下降至线路检测阈值电压以下，则晶体管Q2可导通，将复位信号Ukeset的电压驱动至代表高信号的非零电压。尽管以特定顺序呈现了方法700的方框，但是应理解，可以任何次序执行这些方框，并且可同时执行一个或多个方框。例如，一个晶体管(例如，晶体管Q2)可被用于帮助监测线路检测电容器C2的一端处的电压，这是因为输入电压Vac导致电容器重复地充电和放电。在一个实施例中，如果移除ac输入，则随着电容器放电，晶体管可监测线路检测电容器C2 一端处的电压。一旦达到导通阈值电压，晶体管Q2可导通，导致生成复位信号UKESET。图8还示出了图2中的快速ac复位锁存器的示例波形。具体而言，相对于复位信号Ukeset和节点电压Vn3的波形示出了 ac输入电压Vac的多个周期。在时间h和h之间，在正常运行期间，在输入端子201处提供ac输入Va。，将复位信号Ukeset设置为低。此外，节点处的电压Vn3在一个电压窗Vwin内变化。具体地，在时间&至h期间，节点处的电压Vn3在一个最小电压和一个最大电压之间变化，所述最小电压部分基于电阻器R2、电容器C2和线频率的值，所述最大电压大体为VDD+VD3。在时间h，移除ac输入电压Va。，不再将ac输入电压Vac提供至输入端子201，这导致节点电压Vn3下降。如所示，节点电压Vn3持续下降，直至该电压下降至最小阈值Vthmin以下。在时间t2，当节点电压Vn3接近Vthmin时，复位信号Ukeset转变为逻辑高，指示在输入端子处提供的电压已被降低至一个阈值以下。以此方式，快速ac复位锁存器向控制器指示已从输入端子201移除ac输入电压。在一个实施例中，复位信号可触发功率转换器的控制器对任何可能已被触发的锁存状况进行复位。对本发明的示出的实施例的以上描述——包括在摘要中所描述的——不意在进行穷举或对所公开的精确形式进行限制。尽管出于示例目的在此描述了本发明的具体实施方案和实施例，但是在不偏离本发明的更宽泛精神和范围的前提下，各种等同变化是可能的。当然，应理解，出于解释的目的提供了具体的示例电压、电流、频率、功率范围值、时间等，并且根据本发明的教导，在另外的实施方案和实施例中也可采用其他值。根据上面的详细描述，可对本发明的实施例作出上述变化。在随后的权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限制为说明书和权利要求书中所公开的具体实施方案。而是，本发明的范围完全由随后的权利要求确定，所述权利要求应当根据权利要求解释的既定原则来解释。因此，本说明书和附图应被认为是示例性的而非限制性的。
权利要求
1.一种用于检测交流(ac)输入电压中的故障状况的复位锁存器，所述复位锁存器包括: 一个高阻抗电路，包括一个阻抗元件、一个第一二极管和一个第一电阻器； 一个线路检测电容器，耦合至所述高阻抗电路，其中所述线路检测电容器被配置为当所述第一二极管导通时通过所述阻抗元件和所述第一二极管由所述ac输入电压充电，且其中所述线路检测电容器被配置为当所述第一二极管未导通时通过所述第一电阻器放电；以及 一个晶体管，其中所述晶体管被配置为响应于所述线路检测电容器的一端处的电压下降至一线路检测阈值电压以下而切换， 且其中所述晶体管还被配置为响应于所述晶体管被切换而导致生成一个复位信号。
2.根据权利要求1所述的复位锁存器，还包括一个第二二极管，该第二二极管耦合至一个电压源以及所述晶体管的基极。
3.根据权利要求2所述的复位锁存器，其中所述线路检测阈值电压等于或者小于所述电压源的电压减去所述晶体管的导通阈值电压。
4.根据权利要求3所述的复位锁存器，其中在正常运行期间，所述线路检测电容器的所述端处的电压在所述线路检测阈值电压和所述电压源的电压加上所述第二二极管的导通电压之间。
5.根据权利要求1所述的复位锁存器，其中所述故障状况包括所述ac输入电压被从一个功率转换器系统断开。
6.根据权利要求1所述的复位锁存器，其中所述故障状况包括AC输入电压中的欠压状况。
7.根据权利要求1所述的复位锁存器，其中所述晶体管是PNP晶体管。
8.一种用于检测交流(ac)输入电压中的故障状况的复位锁存器，所述复位锁存器包括: 一个阻抗元件，被耦合以接收所述ac输入电压；以及 一个晶体管，其中所述晶体管被配置为响应于所述ac输入电压下降至一个输入电压阈值以下而切换，其中所述晶体管还被配置为当所述晶体管切换时导致生成一个复位信号。
9.根据权利要求8所述的复位锁存器，其中所述晶体管是一个PNP晶体管。
10.根据权利要求8所述的复位锁存器，还包括一个耦合至所述晶体管的线路检测电容器，其中所述晶体管响应于所述线路检测电容器的一端处的电压减小至一个线路检测阈值电压以下而切换，且其中所述线路检测电容器的所述端处的电压响应于所述ac输入电压下降至所述输入电压阈值以下而减小至所述线路检测阈值电压以下。
11.根据权利要求8所述的复位锁存器，其中所述复位锁存器还包括一个二极管，该二极管被耦合至一个电压源和所述晶体管的基极。
12.根据权利要求11所述的复位锁存器，其中所述线路检测阈值电压等于或小于所述电压源的电压减去所述晶体管的导通阈值电压。
13.根据权利要求12所述的复位锁存器，其中在正常运行期间，所述线路检测电容器的所述端处的电压在所述线路检测阈值电压和所述电压源的电压加上所述二极管的导通电压之间。
14.根据权利要求8所述的复位锁存器，其中所述阻抗元件包括一个电阻器或者一个电容器。
15.—种用于检测交流(ac)输入电压中的故障状况的方法,所述方法包括: 在一个高阻抗电路处接收所述ac输入电压，所述高阻抗电路包括一个阻抗元件、一个第一二极管和一个第 一电阻器； 使用所述ac输入电压，通过所述阻抗元件和所述第一二极管对一个线路检测电容器进行充电，其中当所述第一二极管导通时所述线路检测电容器被充电； 通过所述第一电阻器使所述线路检测电容器放电，其中当所述第一二极管未导通时，所述线路检测电容器被放电； 使用一个晶体管监测所述线路检测电容器的一端处的电压，其中所述晶体管被配置为响应于所述线路检测电容器的所述端处的电压下降至一个线路检测阈值电压以下而切换；以及 响应于所述晶体管被切换而导致生成一个复位信号。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述高阻抗电路还包括一个第二二极管，所述第二二极管耦合至一个电压源和所述晶体管的基极。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述线路检测阈值电压等于或小于所述电压源的电压减去所述晶体管的导通阈值电压。
18.根据权利要求17所述的方法，其中在正常运行期间，所述线路检测电容器的所述端处的电压在所述线路检测阈值电压和所述电压源的电压加上所述第二二极管的导通电压之间。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述故障状况包括所述ac输入电压被从一个功率转换器系统断开。
20.根据权利要求15所述的方法，其中所述故障状况包括所述ac输入电压中的欠压状况。
21.根据权利要求15所述的方法，其中所述晶体管是一个PNP晶体管。
22.—种功率转换器系统,包括: 一个ac桥，被耦合以接收一个ac输入电压，且被耦合以输出一个时变dc电压； 一个功率转换器，被耦合至所述ac桥，且被耦合以接收所述时变dc电压以及输出经调节的dc输出电压； 一个控制器，被耦合至所述功率转换器，且被耦合以控制通过所述功率转换器的能量传递；以及 一个复位锁存器，被I禹合以接收所述ac输入电压,且被I禹合以响应于所述ac输入电压下降至一个输入电压阈值以下而向所述控制器输出一个复位信号，其中所述复位锁存器包括一个高阻抗元件，所述高阻抗元件被耦合以接收所述ac输入电压。
23.根据权利要求22所述的功率转换器，其中所述复位锁存器还包括: 一个线路检测电容器，其中所述线路检测电容器的一端处的电压响应于所述ac输入电压下降至所述输入电压阈值以下而减小至一个线路检测阈值电压以下；以及 一个晶体管，其中所述晶体管被配置为当所述线路检测电容器的所述端处的电压减小至所述线路检测阈值以下时切换，且其中所述晶体管还被配置为当所述晶体管切换时导致生成所述复位信号。
24.根据权利要求23所述的功率转换器，其中所述复位锁存器还包括一个二极管，该二极管耦合至一个电压源。
25.根据权利要求24所述的功率转换器，其中所述线路检测阈值电压等于或者小于所述电压源的电压减去所述晶体管的导通阈值电压。
26.根据权利要求25所述的功率转换器，其中在正常运行期间，所述线路检测电容器的所述端处的电压在所述线路检测阈值和所述电压源的电压加上所述二极管的导通电压之间。
27.根据权 利要求22所述的功率转换器，其中所述晶体管是一个PNP晶体管。
全文摘要
本发明涉及使用故障保护锁存器生成快速复位信号。公开了用于针对故障状况监测ac输入的方法和装置。可通过使用所述ac输入为线路检测电容器充电的复位锁存器来监测所述ac输入。所述复位锁存器可被配置为使得当将所述ac输入移除的时间长于一可允许时间段时或者如果所述ac输入的电压下降至一个可接受值以下，所述线路检测电容器的一端处的电压下降至一个线路检测阈值电压以下。所述电容器的所述端处的电压的下降可导致一个电耦合的晶体管切换，从而导致生成一个复位信号。
文档编号G01R31/00GK103178819SQ20121055900
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者R·莫耶尔 申请人:电力集成公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
