CN104953865A - 电源转换装置及其控制方法 - Google Patents

电源转换装置及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104953865A
CN104953865A CN201510070737.5A CN201510070737A CN104953865A CN 104953865 A CN104953865 A CN 104953865A CN 201510070737 A CN201510070737 A CN 201510070737A CN 104953865 A CN104953865 A CN 104953865A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power supply
circuit
leakage inductance
conducting path
over device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510070737.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104953865B (zh
Inventor
施永祥
江长勋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FSP Technology Inc
Original Assignee
FSP Technology Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FSP Technology Inc filed Critical FSP Technology Inc
Publication of CN104953865A publication Critical patent/CN104953865A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104953865B publication Critical patent/CN104953865B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/001—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection limiting speed of change of electric quantities, e.g. soft switching on or off
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/125—Avoiding or suppressing excessive transient voltages or currents
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/2176—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only comprising a passive stage to generate a rectified sinusoidal voltage and a controlled switching element in series between such stage and the output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/125—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for rectifiers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明公开了一种电源转换装置，包括输出电容、交流对直流转换电路、基于变压器的辅助电路、突波抑制元件及切换电路，交流对直流转换电路将交流电源转换为直流电源，辅助电路提供漏感能量，突波抑制元件提供第一传导路径，切换电路提供第二传导路径，当切换电路根据漏感能量截止第二传导路径时交流对直流转换电路经由第一传导路径将直流电源传导至输出电容，反之经由第二传导路径将直流电源传导至输出电容。与现有技术相比，本发明电源转换装置在运作初期经由突波抑制元件所构成的传导路径输出直流电源以抑制开机时的突波电流，且在直流电源稳定后将传导路径切换至低阻抗的传导路径以降低功率消耗。本发明同时公开了一种电源转换装置的控制方法。

Description

电源转换装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及电源转换技术，且特别是有关于一种可抑制突波电流的电源转换装置及其控制方法。
背景技术
为使电子装置(例如桌上型个人计算机、笔记型个人计算机等)能够正常的运作，通常必须利用电源转换装置对交流电源进行整流(rectification)与滤波(filter)后以提供稳定的直流电源给电子装置使用。一般的电源转换装置可以简单地由全桥整流器与一个具有大容量的电容所组成。其中，全桥整流器用于对所接收的交流电源进行整流后而输出直流信号；另外，电容用于对直流信号进行滤波后而提供稳定的输出电压给后级的电路或电子装置使用。
在上述的电源转换装置的架构中，突波电流(inrush current)的产生是一个必须克服的问题。详细而言，在电源转换装置的运作初期(initial operation)，由于具有大容量的电容尚未被充电，所以在全桥整流器刚接收到交流电源的时候，很有可能会在电路导通的瞬间产生突波电流。一旦突波电流的能量过大就会造成严重的电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)，从而使得电源转换装置不易符合安规的标准，或者有可能会损毁到后级的电路、电子装置及/或电源转换装置的内部组件(internal component)。
有鉴于此，为能有效地抑制突波电流，现今的电源转换装置大多会在全桥整流器与具有大容量之电容之间串上一个具有负温度系数(Negative TemperatureCoefficient,NTC)的热敏电阻(thermal resistor)来抑制突波电流。其中，所选用的热敏电阻处于低温时的等效高阻抗值需相对较高，藉以消耗突波电流的能量。然而，这样的解决方案将会造成电源转换装置的功率损耗过大，从而降低电源转换装置的效能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电源转换装置及其控制方法，以大幅地抑制突波电流的产生，并且能够有效地降低功率损耗。
为实现上述目的，本发明提供了一种电源转换装置，包括：
一输出电容；
一交流对直流转换电路，所述交流对直流转换电路用于将一交流电源转换为一直流电源；
一以变压器为基础的辅助电路，所述辅助电路用于提供一漏感能量；
一突波抑制元件，所述突波抑制元件串接于所述交流对直流转换电路与所述输出电容之间以提供一第一传导路径；以及
一切换电路，所述切换电路跨接于所述突波抑制元件以提供一第二传导路径，并且根据所述漏感能量而决定是否导通所述第二传导路径，
其中，当所述切换电路反应于所述漏感能量截止所述第二传导路径时，所述交流对直流转换电路经由所述第一传导路径将所述直流电源传导至所述输出电容，
当所述切换电路反应于所述漏感能量导通所述第二传导路径时，所述交流对直流转换电路经由所述第二传导路径将所述直流电源传导至所述输出电容。
较佳地，所述切换电路在所述电源转换装置的一运作初期反应于所述漏感能量而截止所述第二传导路径，并且在所述运作初期后反应于所述漏感能量而导通所述第二传导路径。
较佳地，以变压器为基础的所述辅助电路包括：
一变压器，所述变压器具有一一次侧绕组与一二次侧绕阻，所述一次侧绕组耦接所述输出电容，且所述二次侧绕组反应于所述直流电源而产生一辅助电源，且所述变压器具有一漏电感；以及
一吸收电路，所述吸收电路用于吸收所述漏电感所产生的能量，并且将所述漏电感未被吸收部分的能量提供给所述切换电路以作为所述漏感能量。
较佳地，所述吸收电路包括：
一第一电阻，所述第一电阻的第一端耦接所述输出电容与所述一次侧绕组的同名端；
一第二电阻，所述第二电阻的第一端耦接所述切换电路，且所述第二电阻的第二端耦接所述第一电阻的第二端；
一第一电容，所述第一电容的第一端与第二端分别耦接所述第一电阻的第一端与第二端；以及
一二极管，所述二极管的阴极端耦接所述第一电阻、所述第二电阻以及所述第一电容的第二端，且所述二极管的阳极端耦接所述一次侧绕组的异名端。
较佳地，所述突波抑制元件包括：
至少一电阻，所述电阻的第一端耦接所述交流对直流转换电路，且所述电阻的第二端耦接所述输出电容。
较佳地，所述切换电路包括：
一晶体管，所述晶体管的控制端耦接所述吸收电路，且所述晶体管的第一端与第二端分别耦接所述电阻的第一端与第二端，所述晶体管反应于所述漏感能量而导通并且据以建立所述第二传导路径。
较佳地，所述电阻为热敏电阻。
较佳地，所述交流对直流转换电路包括：
一整流电路，所述整流电路用于整流所述交流电源，并且据以产生一直流信号；以及
一功率因子校正电路，所述功率因子校正电路耦接所述整流电路以接收所述直流信号，并且经控制而调整所述直流信号的电压-电流相位关系，从而产生所述直流电源。
较佳地，所述电源转换装置还包括：
一电磁干扰滤波电路，所述电磁干扰滤波电路耦接于所述交流电源与所述整流电路之间，用于抑制所述交流电源的电磁噪声，并且将抑制噪声后的交流电源提供给所述整流电路进行整流。
相应的，本发明提供了一种电源转换装置的控制方法，包括以下步骤：
将一交流电源转换为一直流电源；
从一以变压器为基础的辅助电路接收一漏感能量；
反应于所述漏感能量而决定是否导通跨接于一突波抑制元件的一第二传导路径；
当所述第二传导路径被截止时，经由所述突波抑制元件所提供的一第一传导路径将所述直流电源传导至一输出电容；以及
当所述第二传导路径被导通时，经由所述第二传导路径将所述直流电源传导至所述输出电容。
较佳地，所述“反应于所述漏感能量而决定是否导通跨接于一突波抑制元件的一第二传导路径”的步骤包括：
在所述电源转换装置的一运作初期，反应于所述漏感能量而截止所述第二传导路径；以及
在所述运作初期后，反应于所述漏感能量而导通所述第二传输路径。
较佳地，所述“将一交流电源转换为一直流电源”的步骤包括：
整流所述交流电源，并据以产生一直流信号；以及
调整所述直流信号的电压-电流相位关系，从而产生所述直流电源。
较佳地，以变压器为基础的所述辅助电路包括一变压器以及一吸收电路，且所述变压器具有一漏电感，所述“从一以变压器为基础的辅助电路接收一漏感能量”的步骤包括：
吸收所述漏电感所产生的能量；以及
提供所述漏电感未被吸收部分的能量作为所述漏感能量。
基于上述，本发明实施例提出一种电源转换装置及其控制方法，所述电源转换装置可在运作初期经由突波抑制元件所构成的传导路径来输出直流电源，以抑制开机时的突波电流，并且在所输出的直流电源稳定后，将直流电源的传导路径切换至另一低阻抗的传导路径以降低功率消耗。其中，切换传导路径所需的能量是由既有的辅助电路中的漏电感所提供，因此设计者可不需设计额外的控制信号来控制传导路径的切换，从而降低了电路设计的复杂度。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1为本发明电源转换装置一实施例的的示意图。
图2为本发明电源转换装置一实施例的的电路架构示意图。
图3为本发明电源转换装置的控制方法一实施例的步骤流程图。
【符号说明】
100、200：电源转换装置
110、210：交流对直流转换电路
120、220：辅助电路
130、230：突波抑制元件
140、240：切换电路
212：整流电路
214：功率因子校正电路
222：变压器
224：吸收电路
226：电源转换控制芯片
250：电磁干扰滤波电路
AC_in、AC_in’：交流电源
C1：电容
Cf1、Cf2：滤波电容
Cout：输出电容
D1、D2、Dp：二极管
DC_in：直流信号
DC_out：直流电源
FBR：全桥整流器
LIE：漏感能量
Lp：电感
M1：晶体管
NP：一次侧绕组
NS：二次侧绕组
P1：第一传导路径
P2：第二传导路径
R1、R2、R3：电阻
S1：控制信号
S310～S350：步骤
SWp：功率开关
T1、T2：节点
TR1、TR2：热敏电阻
Vout：输出电压
5VSB1：辅助电源
具体实施方式
本发明实施例提出一种电源转换装置及其控制方法，所述电源转换装置及控制方法可利用既有电路中的漏感能量来启动抑制突波电流的保护机制，从而令电源转换装置可在不损耗额外功率的前提下，改善开机时的突波电流问题。由于不需设计额外的控制信号来启动所述保护机制，因此对于设计者而言，电路设计的困难度不会因为加入了所述保护机制而显著提升。为了使本揭露的内容可以被更容易明了，以下特举实施例作为本揭露确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的组件/构件/步骤代表相同或类似部件。
图1为本发明电源转换装置一实施例的的示意图。请参照图1，电源转换装置100包括交流对直流转换电路110、以变压器为基础(transformer-based)的辅助电路(auxiliary circuit)120、突波抑制元件130、切换电路140以及输出电容Cout。
在本实施例中，交流对直流转换电路110用于将交流电源AC_in转换为直流电源DC_out。其中，输出电容Cout会反应于交流对直流转换电路110所提供的直流电源DC_out而充电，以在其两端建立稳定的输出电压Vout(例如380V)提供给下一级电路或负载(未绘示)使用(例如：将输出电压Vout提供给以脉宽调变为基础(PWM-based)的电源转换线路(未绘示)进行电源转换，从而提供负载操作所需的电力)。
辅助电路120为包含有变压器结构且用于提供特定辅助功能的电路，例如：提供待机电源或其他电路保护功能(如过流保护、过压保护或过载保护等)的电路。其中，辅助电路120会反应于输出电压Vout而启动，并且基于其变压器结构的漏电感而提供一漏感能量LIE至切换电路140。
突波抑制元件130串接于交流对直流转换电路110与输出电容Cout之间以提供第一传导路径P1，而切换电路140跨接于突波抑制元件130的两端以提供第二传导路径P2。切换电路140受控于辅助电路120所提供的漏感能量LIE而决定第二传导路径P2的导通与否。举例来说，当辅助电路120所提供的漏感能量LIE大于或等于一默认值时，切换电路140会反应于漏感能量LIE而致能以导通第二传导路径P2；相反地，当辅助电路120所提供的漏感能量LIE小于所述默认值时，则切换电路140会反应于漏感能量LIE而禁能以截止第二传导路径P2。其中，漏感能量LIE的大小又与输出电压Vout呈正比关系(亦即，漏感能量LIE会随着输出电压Vout的提升而提升)。
于此值得一提的是，所述默认值可藉由调整辅助电路120和/或切换电路140的参数设定而选择，本发明对此不加以限定。此外，突波抑制元件130可为一般电阻、具有负温度系数特性的热敏电阻或其他可用于抑制突波电流的阻抗元件。切换电路140例如为以晶体管来实现的控制开关。
详细而言，在本实施例中，交流对直流转换电路110会根据切换电路140的禁/致能状态而选择性地经由第一传导路径P1或第二传导路径P2将直流电源DC_out传导至输出电容Cout，以对输出电容Cout充电。举例来说，当切换电路140反应于漏感能量LIE而截止第二传导路径P2时，交流对直流转换电路110会经由第一传导路径P1将直流电源DC_out传导至输出电容Cout。当切换电路140反应于漏感能量LIE而导通第二传导路径P2时，交流对直流转换电路110则会改经由等效阻抗较低的第二传导路径P2将直流电源DC_out传导至输出电容Cout。
基于上述的控制特性，本发明实施的电源转换装置100即可实现在运作初期利用突波抑制元件130来抑制开机瞬间的突波电流，并且在直流电源DC_out稳定后改以低阻抗传导路径来传输直流电源DC_out以降低功率消耗的控制机制。
更具体地说，以电源转换装置100的开机运作时序来看，在电源转换装置100尚未启动的状态下，由于输出电容Cout尚未被充电，故辅助电路120所提供的漏感能量LIE尚不足以致能切换电路140。换言之，第二传导路径P2在电源转换装置100尚未启动的状态下是预设为截止的状态的。
在电源转换装置100启动后的运作初期，由于第二传导路径P2默认为截止的状态，因此交流对直流转换电路110会先经由第一传导路径P1将直流电源DC_out传导至输出电容Cout，以对输出电容Cout进行充电，并且使得输出电压Vout逐渐提升。此时，辅助电路120也会反应于逐渐上升的输出电压Vout而使得所提供的漏感能量LIE逐渐提升(但尚未使切换电路140导通第二传导路径P2)。在此状态下，交流对直流转换电路110在开机瞬间所产生的突波电流的能量会被突波抑制元件130所消耗，从而抑制突波电流的产生。
在电源转换装置100的运作初期后(例如正常运作阶段，但并不限制于此)，交流对直流转换电路110所输出的直流电源DC_out趋于稳定，而辅助电路120所提供的漏感能量LIE也提升至足以令切换电路140导通第二传导路径P2。此时，切换电路140会反应于漏感能量LIE而导通第二传导路径P2，使得交流对直流转换电路110改为经由第二传导路径P2将直流电源DC_out传导至输出电容Cout。在此状态下，由于直流电源DC_out是经由低阻抗的第二传导路径P2被提供至输出电容Cout，因此可有效地降低传导路径所造成的功率损耗(相较于经由第一传导路径P1而言)。
由上述说明可知，本发明实施例的电源转换装置100会在刚开机的期间(即，运作初期)先截止第二传导路径P2，以经由第一传导路径P1来传导直流电源DC_out，再于所述期间后改以第二传导路径P2来传导直流电源DC_out。其中，由于切换电路140是利用既有的以变压器为基础的辅助电路120所提供的漏感能量LIE来控制，因此设计者并不需要设计额外的控制信号来控制切换电路140的运作，使得电路设计的复杂度可有效地降低。
此外，由于漏感能量LIE的大小是基于输出电压Vout来决定的，因此受到漏感能量LIE所控制的切换电路140还可实现于热开机状态下直接导通第二传导路径P2，而不再重复先截止第二传导路径P2一段期间后再导通第二传导路径P2的控制机制。其中，此控制机制若采用额外的控制信号来实现，可能会使得电路设计更加复杂。
于此应注意的是，上述所称运作初期，是指电源转换装置100在冷启动的状态下(即输出电容Cout尚未被充电或尚未被充电完成的状态)，从电源转换装置100开启(交流电源AC_in开始提供至交流对直流转换电路110)至切换电路140导通第二传导路径P2的期间。当电源转换装置100在热开机的状态下启动时，切换电路140会直接反应于漏感能量LIE而导通第二传导路径P2。在一般的应用中，所述运作初期的时间长度约为数毫秒至数十毫秒。
为了更清楚的说明本发明实施例，图2为本发明电源转换装置一实施例的电路架构示意图。请参照图2，电源转换装置200包括交流对直流转换电路210、辅助电路220、突波抑制元件230、切换电路240以及电磁干扰滤波电路250。其中，电磁干扰滤波电路250是用于抑制交流电源AC_in的电磁噪声，并且将抑制噪声后的交流电源AC_in’提供给交流对直流转换电路210以进行整流及功率因子校正的动作。
在本实施例中，交流对直流转换电路210包括整流电路212以及功率因子校正电路214。整流电路212耦接电磁干扰滤波电路250的输出以接收并整流交流电源AC_in’，并且据以产生直流信号DC_in。功率因子校正电路214耦接整流电路212的输出以接收直流信号DC_in，并且经控制而调整直流信号DC_in的电压-电流相位关系，从而产生直流电源DC_out。
本实施例的整流电路212是以全桥整流器FBR及滤波电容Cf1所组成的电路架构为例，而本实施例的功率因子校正电路214是以电感Lp、功率开关SWp以及二极管Dp所组成的电路架构为例，但本发明不仅限于此。在本实施例中，全桥整流器FBR的输入侧接收交流电源AC_in’。滤波电容Cf1与全桥整流器FBR的输出侧并联。电感Lp的第一端耦接滤波电容Cf1的第一端。二极管Dp的阳极端耦接电感Lp的第二端。功率开关SWp的第一端耦接电感Lp的第二端及二极管Dp的阳极端，功率开关SWp的第二端耦接滤波电容Cf1的第二端以及输出电容Cout的第二端，且功率开关SWp的控制端接收由脉宽调变控制芯片(未绘示)所提供的控制信号S1。
辅助电路220于本实施例中是以用来产生辅助电源Vaux的电源转换电路为例，但本发明不仅限于此。辅助电路220包括变压器222、吸收电路224、电源转换控制芯片226以及其他外挂电路(如电阻R3、二极管D2及滤波电容Cf2)，其中吸收电路224是利用包括电阻R1与R2、电容C1以及二极管D1的电路架构来实现。具体而言，辅助电路220所产生的辅助电源5VSB1例如为5V的待机电源，其可用于在电源转换装置200操作于待机状态时，作为电源转换装置200的主要电源供应，藉以降低电源转换装置200待机时的功率消耗。电源转换控制芯片226例如为TOPSwitch，其用于控制辅助电路220整体的电源转换运作。吸收电路224是用于吸收变压器222的漏电感所产生的能量，从而避免设置在电源转换控制芯片226的晶体管承受过大的电压峰值。
变压器222具有一次侧绕组NP与二次侧绕组NS。一次侧绕组NP的同名端(common-polarity terminal，即打点端)经由电阻R3与节点T1耦接输出电容Cout的第一端，且一次侧绕组NP的异名端(opposite-polarity terminal，即未打点端)耦接于吸收电路224与电源转换控制芯片226之间。二次侧绕组NS的同名端耦接滤波电容Cf2的第二端，且二次侧绕组NS的异名端耦接二极管D2的阳极端。二极管D2的阴极端则耦接滤波电容Cf2的第一端。其中，变压器222会反应于直流电源DC_in(或输出电压Vout)而在其二次侧绕组SP上产生辅助电源5VSB1。
吸收电路224包括电阻R1与R2、电容C1以及二极管D1。电阻R1的第一端经由电阻R3与节点T1耦接输出电容Cout的第一端并且耦接变压器222的一次侧绕组NP的同名端。电阻R2的第一端经由节点T2耦接切换电路240，且其第二端耦接电阻R1的第二端。电容C1与电阻R1并联。二极管D1的阴极端耦接电阻R1与R2以及电容C1的第二端，且其阳极端耦接变压器222的一次侧绕组NP的异名端以及电源转换控制芯片226。
突波抑制元件230于本实施例中是以相互串接的热敏电阻TR1与TR2为例(但不仅限于此，亦可为一般电阻)。热敏电阻TR1的第一端耦接至二极管Dp的阴极端，热敏电阻TR1的第二端与热敏电阻TR2的第一端耦接，且热敏电阻TR2的第二端经由节点T1耦接输出电容Cout的第一端。于此值得一提的是，本发明实施例的突波抑制元件230之所以可以选用一般电阻(即电阻值大致上不受温度改变所影响的电阻)，而非限定为选用热敏电阻，实际上是因为电源转换装置200于正常工作时，交流对直流转换电路210不会再经由具有突波抑制元件230的第一传导路径P1传递能量，因此不会因为选用了一般电阻而造成电源转换装置200的功率浪费。
切换电路240于本实施例中是以N型的晶体管M1为例(但不仅限于此，亦可为P型晶体管)。晶体管M1的控制端(闸极)经由节点T2耦接吸收电路224的电阻R2的第一端，晶体管M1的第一端(汲极)耦接二极管Dp的阴极端与热敏电阻TR1的第一端，且晶体管M1的第二端(源极)耦接输出电容Cout与热敏电阻TR2的第二端。
在本实施例中，吸收电路224除了可用于吸收变压器222的漏电感所产生的能量，藉以避免电源转换控制芯片226损毁外，其还可藉由电阻R2所建立的传导路径将部分未被吸收的能量经由节点T2传导至切换电路240以作为漏感能量LIE。而此漏感能量LIE会在晶体管M1的控制端建立与漏感能量LIE呈正比关系的电位，使得晶体管M1会在漏感能量LIE超过默认值时导通。换言之，吸收电路224会将变压器222的漏电感未被吸收部分的能量提供给切换电路240以作为漏感能量LIE。基此，藉由适当的设计晶体管M1、电阻R1与R2、电容C1以及二极管D1的特性参数，即可令晶体管M1在电源转换装置200的运作初期之后导通，从而导通第二传导路径P2。
于此值得一提的是，在其他实施例中，根据设计者对电路特性的要求，切换电路240可更包括耦接于节点T1与T2之间的稳压电容及齐纳二极管，但本发明不以此为限。
图3为本发明电源转换装置的控制方法一实施例的步骤流程图。本实施例的控制方法适用于控制如图1与图2所示的电源转换装置100与200。请参照图3，本实施例的电源转换装置的控制方法包括以下步骤：将交流电源转换为直流电源(步骤S310)；从以变压器为基础的辅助电路(如120、220)接收漏感能量(步骤S320)；反应于漏感能量而决定是否导通跨接于突波抑制元件(如130、230)的第二传导路径(步骤S330)；当第二传导路径被截止时，经由突波抑制元件所提供的第一传导路径将直流电源传导至输出电容(如Cout)(步骤S340)；以及当第二传导路径被导通时，改为经由第二传导路径将直流电源传导至输出电容(步骤S350)。
在本实施例中，将交流电源转换为直流电源的步骤(步骤S310)可利用以下步骤来实现：整流交流电源，并据以产生直流信号；以及调整直流信号的电压-电流相位关系，从而产生直流电源。另一方面，从以变压器为基础的辅助电路接收漏感能量的步骤(步骤S320)可利用以下步骤来实现：吸收变压器(如222)的漏电感所产生的能量；以及提供漏电感未被吸收部分的能量作为漏感能量。此外，反应于漏感能量而决定是否导通跨接于突波抑制元件的第二传导路径的步骤(步骤S330)可利用以下步骤来实现：在电源转换装置的运作初期，反应于漏感能量截止第二传导路径；以及在运作初期后，反应于漏感能量导通第二传输路径。
其中，图3实施例所述的控制方法可根据前述图1与图2实施例的说明而获得充足的支持与教示，故相似或重复之处于此不再赘述。
综上所述，本发明实施例提出一种电源转换装置及其控制方法。所述电源转换装置可在运作初期经由突波抑制元件所构成的传导路径来输出直流电源，以抑制开机时的突波电流，并且在所输出的直流电源稳定后，将直流电源的传导路径切换至另一低阻抗的传导路径以降低功率消耗。其中，切换传导路径所需的能量是由既有的辅助电路中的漏电感所提供，因此设计者可不需设计额外的控制信号来控制传导路径的切换，从而降低了电路设计的复杂度。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (13)

1.一种电源转换装置，其特征在于，包括：
一输出电容；
一交流对直流转换电路，所述交流对直流转换电路用于将一交流电源转换为一直流电源；
一以变压器为基础的辅助电路，所述辅助电路用于提供一漏感能量；
一突波抑制元件，所述突波抑制元件串接于所述交流对直流转换电路与所述输出电容之间以提供一第一传导路径；以及
一切换电路，所述切换电路跨接于所述突波抑制元件以提供一第二传导路径，并且根据所述漏感能量而决定是否导通所述第二传导路径，
其中，当所述切换电路反应于所述漏感能量截止所述第二传导路径时，所述交流对直流转换电路经由所述第一传导路径将所述直流电源传导至所述输出电容，
当所述切换电路反应于所述漏感能量导通所述第二传导路径时，所述交流对直流转换电路经由所述第二传导路径将所述直流电源传导至所述输出电容。
2.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，所述切换电路在所述电源转换装置的一运作初期反应于所述漏感能量而截止所述第二传导路径，并且在所述运作初期后反应于所述漏感能量而导通所述第二传导路径。
3.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，以变压器为基础的所述辅助电路包括：
一变压器，所述变压器具有一一次侧绕组与一二次侧绕阻，所述一次侧绕组耦接所述输出电容，且所述二次侧绕组反应于所述直流电源而产生一辅助电源，且所述变压器具有一漏电感；以及
一吸收电路，所述吸收电路用于吸收所述漏电感所产生的能量，并且将所述漏电感未被吸收部分的能量提供给所述切换电路以作为所述漏感能量。
4.如权利要求3所述的电源转换装置，其特征在于，所述吸收电路包括：
一第一电阻，所述第一电阻的第一端耦接所述输出电容与所述一次侧绕组的同名端；
一第二电阻，所述第二电阻的第一端耦接所述切换电路，且所述第二电阻的第二端耦接所述第一电阻的第二端；
一第一电容，所述第一电容的第一端与第二端分别耦接所述第一电阻的第一端与第二端；以及
一二极管，所述二极管的阴极端耦接所述第一电阻、所述第二电阻以及所述第一电容的第二端，且所述二极管的阳极端耦接所述一次侧绕组的异名端。
5.如权利要求3所述的电源转换装置，其特征在于，所述突波抑制元件包括：
至少一电阻，所述电阻的第一端耦接所述交流对直流转换电路，且所述电阻的第二端耦接所述输出电容。
6.如权利要求5所述的电源转换装置，其特征在于，所述切换电路包括：
一晶体管，所述晶体管的控制端耦接所述吸收电路，且所述晶体管的第一端与第二端分别耦接所述电阻的第一端与第二端，所述晶体管反应于所述漏感能量而导通并且据以建立所述第二传导路径。
7.如权利要求5所述的电源转换装置，其特征在于，所述电阻为热敏电阻。
8.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，所述交流对直流转换电路包括：
一整流电路，所述整流电路用于整流所述交流电源，并且据以产生一直流信号；以及
一功率因子校正电路，所述功率因子校正电路耦接所述整流电路以接收所述直流信号，并且经控制而调整所述直流信号的电压-电流相位关系，从而产生所述直流电源。
9.如权利要求8所述的电源转换装置，其特征在于，还包括：
一电磁干扰滤波电路，所述电磁干扰滤波电路耦接于所述交流电源与所述整流电路之间，用于抑制所述交流电源的电磁噪声，并且将抑制噪声后的交流电源提供给所述整流电路进行整流。
10.一种电源转换装置的控制方法，其特征在于，包括：
将一交流电源转换为一直流电源；
从一以变压器为基础的辅助电路接收一漏感能量；
反应于所述漏感能量而决定是否导通跨接于一突波抑制元件的一第二传导路径；
当所述第二传导路径被截止时，经由所述突波抑制元件所提供的一第一传导路径将所述直流电源传导至一输出电容；以及
当所述第二传导路径被导通时，经由所述第二传导路径将所述直流电源传导至所述输出电容。
11.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述“反应于所述漏感能量而决定是否导通跨接于一突波抑制元件的一第二传导路径”的步骤包括：
在所述电源转换装置的一运作初期，反应于所述漏感能量而截止所述第二传导路径；以及
在所述运作初期后，反应于所述漏感能量而导通所述第二传输路径。
12.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述“将一交流电源转换为一直流电源”的步骤包括：
整流所述交流电源，并据以产生一直流信号；以及
调整所述直流信号的电压-电流相位关系，从而产生所述直流电源。
13.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，以变压器为基础的所述辅助电路包括一变压器以及一吸收电路，且所述变压器具有一漏电感，所述“从一以变压器为基础的辅助电路接收一漏感能量”的步骤包括：
吸收所述漏电感所产生的能量；以及
提供所述漏电感未被吸收部分的能量作为所述漏感能量。
CN201510070737.5A 2014-03-24 2015-02-11 电源转换装置及其控制方法 Active CN104953865B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103110875 2014-03-24
TW103110875A TWI519051B (zh) 2014-03-24 2014-03-24 電源轉換裝置及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104953865A true CN104953865A (zh) 2015-09-30
CN104953865B CN104953865B (zh) 2017-08-11

Family

ID=54143026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510070737.5A Active CN104953865B (zh) 2014-03-24 2015-02-11 电源转换装置及其控制方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9543825B2 (zh)
CN (1) CN104953865B (zh)
TW (1) TWI519051B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106300307A (zh) * 2016-08-30 2017-01-04 苏州佳世达光电有限公司 一种防浪涌电路及防浪涌的开关电源
CN107356830A (zh) * 2017-06-16 2017-11-17 国家电网公司 模拟变压器实训装置
CN112018731A (zh) * 2020-07-08 2020-12-01 中车株洲电力机车研究所有限公司 整流滤波设备的监控方法、设备和系统

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI687015B (zh) * 2018-06-04 2020-03-01 偉訓科技股份有限公司 具湧浪電流抑制的電源供應器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4792746A (en) * 1987-05-11 1988-12-20 Astec Components, Ltd. Non-dissipative series voltage switching regulator having improved switching speed
JP2005218198A (ja) * 2004-01-28 2005-08-11 Sanken Electric Co Ltd 直流電源装置
TW200539553A (en) * 2004-05-21 2005-12-01 Wai Zheng Zhong High step-up converter with coupled-inductor by way of bi-direction energy transmission
US20060132105A1 (en) * 2004-12-16 2006-06-22 Prasad Atluri R Controlling inrush current
CN103401427A (zh) * 2013-07-30 2013-11-20 深圳市晶福源电子技术有限公司 一种用于Flyback变换器的漏感能量吸收电路

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4792746A (en) * 1987-05-11 1988-12-20 Astec Components, Ltd. Non-dissipative series voltage switching regulator having improved switching speed
JP2005218198A (ja) * 2004-01-28 2005-08-11 Sanken Electric Co Ltd 直流電源装置
TW200539553A (en) * 2004-05-21 2005-12-01 Wai Zheng Zhong High step-up converter with coupled-inductor by way of bi-direction energy transmission
US20060132105A1 (en) * 2004-12-16 2006-06-22 Prasad Atluri R Controlling inrush current
CN103401427A (zh) * 2013-07-30 2013-11-20 深圳市晶福源电子技术有限公司 一种用于Flyback变换器的漏感能量吸收电路

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106300307A (zh) * 2016-08-30 2017-01-04 苏州佳世达光电有限公司 一种防浪涌电路及防浪涌的开关电源
CN107356830A (zh) * 2017-06-16 2017-11-17 国家电网公司 模拟变压器实训装置
CN112018731A (zh) * 2020-07-08 2020-12-01 中车株洲电力机车研究所有限公司 整流滤波设备的监控方法、设备和系统
CN112018731B (zh) * 2020-07-08 2022-08-16 中车株洲电力机车研究所有限公司 整流滤波设备的监控方法、设备和系统

Also Published As

Publication number Publication date
US9543825B2 (en) 2017-01-10
TWI519051B (zh) 2016-01-21
CN104953865B (zh) 2017-08-11
US20150270781A1 (en) 2015-09-24
TW201537885A (zh) 2015-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9077248B2 (en) Start-up circuit for a power adapter
US9912231B2 (en) Digital AC/DC power converter
Xie et al. Analysis and optimization of LLC resonant converter with a novel over-current protection circuit
US20110025289A1 (en) Two-stage switching power supply
JP5799537B2 (ja) スイッチング電源装置の制御回路及びスイッチング電源装置
CN104377979A (zh) 逆变器及其供电方法与应用
US20140063868A1 (en) Power supply apparatus with power factor correction and pulse width modulation mechanism and method thereof
CN104953865A (zh) 电源转换装置及其控制方法
TWI649948B (zh) 具有主動式突波吸收器的控制模組及相關的返馳式電源轉換裝置
TWI392204B (zh) 電源轉換裝置及其過電流保護方法
CN115276418A (zh) 一种高频开关电源电路、开关电源以及开关单元
JP2005341789A (ja) スイッチングレギュレータ及びスイッチングレギュレータの出力電圧切換方法
CN101594046B (zh) 突入电流限制器
WO2013117049A1 (zh) 一种自激振荡反激变换器
US20090231886A1 (en) Power supply and bootstrap circuit thereof
TWI726758B (zh) 消除振鈴效應之電源供應器
CN102315788B (zh) 电源转换装置及其过电流保护方法
JP5554591B2 (ja) 電源装置
CN115149811A (zh) 反激变换器及其启动控制方法
CN110098727B (zh) 一种开关电源及其开关机控制方法
CN105490548A (zh) 开关电源装置
CN209896899U (zh) 一种调频电路及开关电源
CN210297565U (zh) 一种交直流宽输入调压电路及驱动器
CN203219182U (zh) 一种自激推挽式变换器
CN203180764U (zh) 一种低能耗限流电路

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant