CN102457200A - 电源供应器与电源供应系统 - Google Patents

Abstract

电源供应器与电源供应系统，该电源供应器包括一开关装置、一电压检测器以及一电压转换级。开关装置，耦接一交流电压源。电压检测器，用以检测该交流电压源的一电压值。电压转换级，耦接该开关装置，以输出一直流电压，其中当该电压值大于一预定电压时，该开关装置关闭，以阻隔该交流电压源与该电压转换级。

Description

电源供应器与电源供应系统

技术领域

本发明为一种电源供应器，特别是一种具有电压异常保护装置的电源供应器。

背景技术

一般电子装置，如计算机、笔记型计算机，在通过变压器或电源供应器连接市电使用时，如果市电的电压不稳，常容易造成变压器或电源供应器的损坏。目前常用的交换式电源稳压器(Switching Power supplier)(以下简称SPS)在电路设计时所有的电件均以市电使用范围，交流电压100V～240V为主要的设计考虑，如果再加上市电的电压浮动范围10％，则只要考虑90V～264V的工作范围。

在零件的选用上，从EMI电路，交流电源(市电，AC)整流器(桥式整流Bridge Rectifier)，巨大电容(Bulk Capacitor)，开关晶体管(MOSFET)以至于输出整流二极管(Rectifier)都是针对正常的电压使用范围设计。如果为了要承受过高的交流电压而针对各个元件选用更高的规格，则会大幅的增加制造成本，而且无法完全达到保护的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有电压保护机制的电源供应器，可避免因为区域电力不稳的原因，造成电源供应器的损坏。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明提供一种电源供应器，包括一开关装置、一电压检测器以及一电压转换级。开关装置，耦接一交流电压源。电压检测器，用以检测该交流电压源的一电压值。电压转换级，耦接该开关装置，以输出一直流电压，其中当该电压值大于一预定电压时，该开关装置关闭，以阻隔该交流电压源与该电压转换级。

本发明的另一实施例提供一种电源供应系统，耦接一交流电压源并输出一直流电压，包括一开关装置、一电压检测器与一电压转换级。开关装置，耦接该交流电压源。电压检测器，用以检测该交流电压源的一电压值。电压转换级，耦接该开关装置，并将接收到的一交流电压转换并输出该直流电压，其中当该电压值大于一预定电压时，该开关装置关闭，以阻隔该交流电压源与该电压转换级。

附图说明

图1为根据本发明的具有电压保护的电源供应器的一实施例的示意图。

图2为根据本发明的具有电压保护的电源供应器的另一实施例的示意图。

图3为根据本发明的具有电压保护的电源供应器的另一实施例的电路图。

【主要元件符号说明】

11、21、31～交流电压源

13、23、33～开关装置

15、25、35～电压检测器

17、27、37～电源供应级

22、32～开关控制电路

24、34～EMI电路

36～开关保护电路

F1～熔丝

SQ2～晶体管

BC1～电容

DR1、DR2、BR1、BR2、BR3电阻

ZD1～基纳二极管

D1、SD1～二极管

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图1为根据本发明的具有电压保护的电源供应器的一实施例的示意图。交流电压源11通过开关装置13将交流电压传送给交换式电源供应级(switch power supply stage，SPS stage)17，使交换式电源供应级17转换交流电压为直流电压Vout。开关装置13受控于电压检测器15，且初始被设定为导通。当电压检测器15检测到交流电压源11的电压大于一预定值时，开关装置13会断开，使交流电压源11与交换式电源供应级17不再电性连接，并利用这样的方式保护交换式电源供应级17，避免交换式电源供应级17无法负荷过高的交流电压。同样地，这样也可以保护开关装置13，避免开关装置13因为过大的电压而损害。

在本实施例(第一实施例)中，电压检测器15持续检测交流电压源11的电压，并且在电压大于预定值时，开关装置13会断开。而在第二实施例中，开关装置13可以随时监控电压检测器15所检测到的电压。当电压检测器15检测到的电压小于预定值时，开关装置13就会导通，而当电压检测器15检测到的电压高于预定值时，开关装置13就会断开。换句话来说，开关装置13是否会被导通都是需要根据交流电压源11的电压来决定。而第一实施例中，开关装置13被预设是导通状态，只有在电压检测器15检测到的电压高于预定值时，开关装置13才会断开。

图2为根据本发明的具有电压保护的电源供应器的另一实施例的示意图。交流电压源21通过开关装置23将交流电压传送给交换式电源供应级(switch power supply stage)27，使交换式电源供应级27转换交流电压为直流电压Vout。交流电压在传送给交换式电源供应级27之前，会先通过一电磁干扰(Electromagnetic Disturbance，EMI)电路24过滤掉交流电的噪声。电压检测器25检测交流电压源21的电压值，并将检测到的电压值传送给开关控制电路22。当开关控制电路22发现电压检测器25检测到的电压值大于一预定电压时，开关控制电路22输出一控制信号，使开关装置23被断开。在图2的实施例中，开关装置23初始是导通状态，且只有在发现电压检测器25检测到的电压值大于一预定电压时，开关装置23才会被断开。

但是本发明中的开关装置23可以具有另一种实施方式。开关装置23可使设定是完全受控于开关控制电路22，由开关电路22控制导通与否。当电压检测器25检测到的电压值小于等于一预定电压时，开关控制电路22控制开关装置23导通，而电压检测器25检测到的电压值大于一预定电压时，开关控制电路22控制开关装置23断开。

图3为根据本发明的具有电压保护的电源供应器的另一实施例的电路图。本实施例的电源供应器的电路也可被应用在一电源系统中，或是一电子装置内的电源系统，不以应用在电源供应器为限。在本实施例中，开关装置33以一继电器为例说明，但非将本发明限制于此。开关装置33也可以PMOS晶体管、NMOS晶体管、传输门(transmission gates)或其他类似装置来实现。开关装置33初始是被设定导通，其中脚位2与脚位3连接、脚位6与脚位7连接。脚位5与脚位4之间连接有一线圈，当有电流流经脚位5与脚位4时，脚位2会连接到脚位1、脚位7会连接到脚位8，此时开关装置33被断开，电力就不会被传输到EMI电路34与交换式电源供应级27。在图3中，还包括一熔丝F1，用以保护该开关装置33与其他电路。如果该交流电压源的电压过大，则熔丝F1会被烧毁断路，保护电源供应器的其他电路或元件。

电压检测器35用以检测交流电压源31的电压，其设定有一保护电压电平。开关装置33必需在开关控制电路32内的晶体管SQ2没被导通的时后才可以让交流电压传送到EMI电路34与交换式电源供应级27。因此如果晶体管SQ2被导通的话，开关装置33就会隔离交流电压源31与EMI电路。从电路上来看，端点B的电压V_B是控制SQ2被导通与否的关键。必须要端点B的电压V_B大于SQ2的Vgs导通电压时，晶体管SQ2才会被导通。端点B的电压V_B又随着端点A的电压V_A而改变。因此，从电路上来看，交流电压源31的电压必须高于基纳二极管ZD1的崩溃电压，端点A才可能通过电阻DR3与DR4的分压得到电压V_A。因此，可通过上述的动作原理，推导出晶体管SQ2导通时的交流电电压V_AC-PEAK。

$V_{\mathrm{AC}-\mathrm{PEAK}}=(V_B+V_{\mathrm{BE}}+V_{F-\mathrm{SD}1})x\frac{R_{\mathrm{DR}3}+R_{\mathrm{DR}4}}{R_{\mathrm{DR}3}}+V_{F-D1}+V_{\mathrm{ZD}1}$

V_B：晶体管SQ2的Vgs导通电压，在本实施例中以5V为例说明。

V_BE：晶体管SQ1的B极至E极的顺向偏压，约0.7V。

V_F-SD1：二极管SD1的顺向偏压，约0.7V。

V_F-D1：二极管D1的顺向偏压，约0.7V。

V_ZD1：基纳二极管ZD1的崩溃电压。

R_DR3：电阻DR3的电阻值。

R_DR4：电阻DR4的电阻值。

通过上述的公式，便可在电压检测器35内设定交流电压的最大承受电压。一但交流电的电压高于电压V_AC-PEAK，晶体管SQ2就会被导通，使得开关装置33断开，达到保护EMI电路34与交换式电源供应级37的目的。

当开关装置33被关闭时，开关保护电路36用以限制流经开关装置33的电流或电压。电容BC1用以降压或限流。电容的特性是让交流电通过且阻隔直流。当电容连接于交流电路中时，其容抗计算公式为：XC＝1/2πfC式中，XC表示电容的容抗、f表示输入交流电源的频率、C表示降压电容的容量。

流过电容降压电路的电流计算公式为：

I＝U/XC

I表示流过电容的电流、U表示电源电压、XC表示电容的容抗。

在220V、50Hz的交流电路中，当负载电压远远小于220V时，电流与电容的关系式为：

I＝69C其中电容的单位为uF，电流的单位为mA

电阻BR1～BR3为泄放电阻，其作用为：当正弦波在最大峰值时刻被切断时，电容BC1上的残存电荷无法释放，会长久存在，在维修时如果人体接触到BC1的金属部分，有强烈的触电可能，而电阻BR1～BR3的存在，能将残存的电荷泄放掉，从而保证人、机安全。

然而以上所述仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求书及本发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明权利要求书涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或申请专利范围不须达成本发明所公开的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明要求保护的范围。

Claims (16)

1.一种电源供应器，包括：

一开关装置，耦接一交流电压源；

一电压检测器，用以检测该交流电压源的一电压值；以及

一电压转换级，耦接该开关装置，及输出一直流电压；其中当该电压值大于一预定电压时，该开关装置关闭，以阻隔该交流电压源与该电压转换级。

2.如权利要求1所述的电源供应器，还包括：

一开关保护电路，耦接该开关装置，当该开关装置关闭时，限制流经该开关装置的电压或电流的大小。

3.如权利要求1所述的电源供应器，还包括：

一开关控制电路，耦接该电压检测器与该开关装置，当该电压值大于该预定电压时，控制该开关装置，使该开关装置关闭。

4.如权利要求1所述的电源供应器，其中该开关装置被初始设定为导通，且只有当该电压值大于该预定电压时，该开关装置才会被关闭。

5.如权利要求1所述的电源供应器，其中该开关装置为一继电器。

6.如权利要求5所述的电源供应器，其中该继电器包括一线圈，当一电流流经该线圈时，该继电器被关闭。

7.如权利要求5所述的电源供应器，其中该开关装置受控于一开关控制电路，该开关控制电路包括一晶体管，当该电压值大于该预定电压时，该晶体管被导通，使得一电流流经该继电器内的一线圈，进而关闭该继电器。

8.如权利要求1所述的电源供应器，还包括：

一电磁干扰电路，耦接在该开关装置与该电压转换级之间，用以过滤该交流电压源的一交流电的噪声。

9.一种电源供应系统，耦接一交流电压源并输出一直流电压，包括：

一开关装置，耦接该交流电压源；

一电压检测器，用以检测该交流电压源的一电压值；以及

一电压转换级，耦接该开关装置，并将接收到的一交流电压转换并输出该直流电压，其中当该电压值大于一预定电压时，该开关装置关闭，以阻隔该交流电压源与该电压转换级。

10.如权利要求9所述的电源供应系统，还包括：

一开关保护电路，耦接该开关装置，当该开关装置关闭时，限制流经该开关装置的电压与电流的大小。

11.如权利要求9所述的电源供应系统，还包括：

一开关控制电路，耦接该电压检测器与该开关装置，当当该电压值大于该预定电压时，控制该开关装置，使该开关装置关闭。

12.如权利要求9所述的电源供应系统，其中该开关装置被初始设定为导通，且只有当该电压值大于该预定电压时，该开关装置才会被关闭。

13.如权利要求9所述的电源供应系统，其中该开关装置为一继电器。

14.如权利要求13所述的电源供应系统，其中该继电器包括一线圈，当一电流流经该线圈时，该继电器被关闭。

15.如权利要求13所述的电源供应系统，其中该开关装置受控于一开关控制电路，该开关控制电路包括一晶体管，当该电压值大于该预定电压时，该晶体管被导通，使得一电流流经该继电器内的一线圈，进而关闭该继电器。

16.如权利要求9所述的电源供应系统，还包括：

一电磁干扰电路，耦接在该开关装置与该电压转换级之间，用以过滤该交流电压源的一交流电的噪声。

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