CN110768541B - 防电弧的电源转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防电弧的电源转换装置，用于供电至电子装置。电源转换装置包括电源输出接头、电压转换电路、开关电路及检测电路。电源输出接头用于电性连接于电子装置，电压转换电路用于将电源转换为电子装置所需的电压电平，开关电路电性连接于电压转换电路及电源输出接头之间。当电源输出接头电性连接至电子装置且电源输出接头的接地端完全被遮蔽后，检测电路才会设置开关电路呈现该导通状态，以供电至该电子装置。

Description

防电弧的电源转换装置

技术领域

本发明涉及一种电源转换装置，尤其涉及一种防电弧的电源转换装置。

背景技术

许多电子装置都会采用电源转换装置，以将输电网所提供的电源转换为适合电子装置使用的电压电平。例如，电源转换装置可以将输电网所提供的110伏特或230伏特等电压电平，转换为笔记本电脑所需的19伏特或5伏特等电压电平。

电源转换装置通常包括有插头、电压转换电路及电源输出接头，插头用以电性连接至输电网的插座，电压转换电路用以执行电压转换功能，电源输出接头用以电性连接至电子装置的电源接收接头。电源输出接头包含有接地端及电源供应端，通常设计为接地端围绕电源供应端，并且具有绝缘元件设置于接地端与电源供应端之间。电源接收接头包含有接地端及电源接收端，通常设计为接地端围绕电源接收端，并且将绝缘元件设置为围绕接地端。

当电源输出接头电性连接至电源接收接头时，通常在外围的两个接地端会先电性连接，然后电源输出端才电性连接至电源接收端，然而此时的电源输出接头的接地端或电源接收接头的接地端仍然会有部分的金属暴露于空气中，常常会造成金属表面产生尖端放电的现象(或称为电弧)，不但不符合电子装置的安全规范，甚至对电子装置及使用者都可能造成伤害。

发明内容

本发明提供一种电源转换装置，以解决上述电弧的问题。

本发明提供一种电源转换装置的实施例，设置用于电性连接于一电源以供电至一电子装置，该电源转换装置包括：一电源输出接头，包括一第一接地端、一电源供应端及一第一检测端，设置用于分别电性连接于该电子装置的一电源输入接头的一第二接地端、一电源接收端及一第二检测端；一电压转换电路，设置用于电性连接于该电源，以将该电源转换为该电子装置所需的一电压电平；一开关电路，电性连接于该电压转换电路及该电源供应端；以及一检测电路，电性连接于该第一检测端、该电压转换电路及该开关电路，以设置该开关电路呈现一导通状态或一不导通状态；其中当电源输出接头电性连接至该电源输入接头、且当该第一接地端及该第二接地端都完全被遮蔽后，该电源供应端及该第一检测端才分别电性连接至该电源接收端及该第二检测端；当该检测电路检测到该第一检测端电性连接至该第二检测端，该检测电路会设置该开关电路呈现该导通状态，使该电压转换电路能通过该开关电路及该电源供应端而供电至该电子装置。

因此，上述实施例的电源转换装置在接头结构上及电路上皆具有防止电弧的设计，而能够有效地防止电弧的产生，而提升安全性。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一实施例的电源转换装置简化后的功能方块图。

图2是图1的电源输出接头和电源输入接头的一实施例的简化后的功能方块图。

图3是图1的开关电路及检测电路的一实施例的简化后的功能方块图。

附图标记说明

100：电源转换装置

110：电源输出接头

112：第一接地端

113：绝缘元件

114：电源供应端

116：第一检测端

130：电压转换电路

150：开关电路

170：检测电路

180：电源

190：电子装置

191：电源输入接头

192：第二接地端

193：绝缘元件

194：电源接收端

196：第二检测端

310：电阻

330：晶体管开关

350：逻辑电路

V1、V2：电位

Vc：控制电压

Vd：检测电压

具体实施方式

图1是本发明一实施例的电源转换装置100简化后的功能方块图，用于电性连接于电源180以供电至电子装置190。电源转换装置100包括电源输出接头110、电压转换电路130、开关电路150及检测电路170。为使附图简洁而易于说明，其他元件并未示出于图中。在本实施例中，电源转换装置100通过插头(未图示)电性连接输电网的插座(未图示)，而连接于电源180。电源180可以提供直流电或交流电，电源转换装置100能依据电源180而输出适当的电压电平，以供电至电子装置190。

电源输出接头110包括第一接地端112、电源供应端114及第一检测端116，设置用于分别电性连接至电子装置190的电源输入接头191的第二接地端192、电源接收端194及第二检测端196。

电压转换电路130可以包含有变压器(transformer)、整流电路(rectifier)及其他电子元件(皆未图示)，用于电性连接于电源180，而能将电源180转换为电子装置190所需的电压电平。例如：电压转换电路110可以将110伏特或230伏特的交流电压电平，转换为笔记本电脑所需的19伏特的直流电压电平。

开关电路150电性连接于电压转换电路130及电源输出接头110之间。

检测电路170电性连接于第一检测端116、电压转换电路130及开关电路150，用以设置开关电路150呈现导通状态或不导通状态，而能设置电源转换装置100对电子装置190供电或不供电。

为了避免产生电弧现象，当电源输出接头110电性连接至电源输入接头191、且当第一接地端112及第二接地端192都完全被遮蔽后，电源供应端114及第一检测端116才分别电性连接至电源接收端194及第二检测端196。当检测电路170检测到第一检测端116电性连接至第二检测端196，检测电路170会设置开关电路150呈现导通状态，使电压转换电路130能通过开关电路150及电源供应端114而供电至电子装置190。由于第一接地端112及第二接地端192都完全被遮蔽，而无金属暴露于空气中后，电源转换装置100才通过电源供应端114而供电至电子装置190，因而能够避免电弧现象的产生。

图2是图1的电源输出接头110和电源输入接头191的一实施例的简化后的功能方块图。在图2的实施例中，电源输出接头110设置为管状，并且电源输出接头110另包括绝缘元件113，围绕电源供应端114及第一检测端116。第一接地端112隔着绝缘元件113围绕电源供应端114及第一检测端116。电源接收接头191的第二接地端192围绕电源接收端194及第二检测端196，并且电源接收接头191另包括绝缘元件193围绕第二接地端192。绝缘元件193可以是用于包覆第二接地端192的独立元件，也可以整合地设置于电子装置190的机壳或其他元件。

当连接电源输出接头110和电源输入接头191时，将电源输出接头110插设至第二接地端192所围绕的空间，使第一接地端112及第二接地端192电性连接。此外，当电源输出接头110完全插设至电源输入接头191，并且使第一接地端112及第二接地端192完全被绝缘元件193或其他元件遮蔽后，电源供应端114及第一检测端116才分别电性连接至电源接收端194及第二检测端196。此外，第一接地端112及第二接地端192完全被遮蔽后，电源供应端114及第一检测端116可以设置为同时地或者不同时地分别电性连接至电源接收端194及第二检测端196。无论电源供应端114及第一检测端116设置为同时地或者不同时地分别电性连接至电源接收端194及第二检测端196，皆需设置为第一接地端112及第二接地端192完全被遮蔽后才完成电性连接，以避免电弧现象的产生。

在一实施例中，在电源输出接头110插设至电源输入接头191的过程中，电源供应端114会先电性连接至电源接收端194。此外，当第一接地端112及第二接地端192完全被绝缘元件193遮蔽后，第一检测端116及第二检测端196才会电性连接。因此，当第一接地端112及第二接地端192未完全被遮蔽前，由于第一检测端116及第二检测端196尚未电性连接，检测电路170会设置开关电路150呈现不导通状态，使电压转换电路130与电源供应端114(及电源接收端194)之间呈现开路状态，电源转换装置100并未供电至电子装置190。当电源输出接头110电性连接至电源输入接头191，且当第一接地端112及第二接地端192都完全被遮蔽后，第一检测端116才电性连接至第二检测端196，检测电路170会设置开关电路150呈现导通状态，使电压转换电路130与电源供应端114(及电源接收端194)之间呈现短路状态，而对电子装置190供电。因此，即便电源供应端114已先电性连接至电源接收端194，当第一接地端112及第二接地端192未完全被遮蔽前，第一检测端116及第二检测端196尚未电性连接，电源转换装置100未供电至电子装置190，因而能够避免电弧现象的产生。

在另一实施例中，在电源输出接头110插设至电源输入接头191的过程中，第一检测端116会先电性连接至第二检测端196。并且，当第一接地端112及第二接地端192完全被绝缘元件193遮蔽后，电源供应端114及电源接收端194才会电性连接。因此，当第一接地端112及第二接地端192未完全被遮蔽前，由于电源供应端114及电源接收端194尚未电性连接，电源转换装置100并未供电至电子装置190。当电源输出接头110电性连接至电源输入接头191，且当第一接地端112及第二接地端192都完全被遮蔽后，电源供应端114才电性连接至电源接收端194，由于第一检测端116已先电性连接至第二检测端196，检测电路170会设置开关电路150呈现导通状态，使电压转换电路130与电源供应端114(及电源接收端194)之间呈现短路状态，而对电子装置190供电。因此，即便第一检测端116已先电性连接至第二检测端196，当第一接地端112及第二接地端192未完全被遮蔽前，电源供应端114及电源接收端194尚未电性连接，电源转换装置100未供电至电子装置190，因而能够避免电弧现象的产生。

在上述的附图中，第一接地端112、电源供应端114、第一检测端116、第二接地端192、电源接收端194及第二检测端196使用单一的条状或柱状简化地示出，以易于说明。上述的端子，可以分别采用导体设置为一个或多个条状、片状及柱状等方式实施，以达成电性连接的用途。

图3是图1的开关电路150及检测电路170的一实施例的简化后的功能方块图。

在图3实施例中，检测电路170包括电阻310。并且，将第一电位V1设置为高电压电平(例如：5V，可由电压转换电路130提供，相关电路未示出)，将第二电位V2设置为低电压电平(例如：接地端的电位0V)。电阻310的第一端电性连接于第一电位V1，电阻310的第二端电性连接于开关电路150及第一检测端116，检测电路170输出至开关电路150的检测电压Vd等于电阻310的第二端的电压。开关电路150包括晶体管开关330及逻辑电路350。晶体管开关330电性连接于电压转换电路130及电源供应端114，逻辑电路350电性连接于检测电路170及晶体管开关330。检测电路170的第一端电性连接于电压转换电路130所输出的第一电位V1，检测电路170的第二端电性连接于第一检测端116。当第一检测端116电性连接至第二检测端196的第二电位V2时，且当第二电位V2设置为低于第一电位V1时，检测电路170输出至开关电路150的检测电压Vd会呈现低电压电平，逻辑电路350会依据低电压电平的检测电压Vd而设置晶体管开关330呈现导通状态，使开关电路150呈现导通状态，而使电压转换电路130能够通过开关电路150及电源供应端114而对电子装置190供电。

在图3的实施例中，晶体管开关330可以采用P型金属氧化物半导体场效晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)的方式实施。在其他实施例中，晶体管开关330也可以采用一个或多个其他的电路元件实施。晶体管开关330的第一端电性连接于电压转换电路130，晶体管开关330的第二端电性连接于电源供应端114。图3的逻辑电路350主要作为反相电路(inverter)的功能，并且可以采用合适的类比电路元件或数字电路元件的方式实施。逻辑电路350的第一端电性连接于检测电路170，逻辑电路350的第二端电性连接于晶体管开关330的控制端。

当第一检测端116未电性连接至第二检测端196时，检测电路170输出至开关电路150的检测电压Vd为高电压电平的第一电位V1(例如：5V)，逻辑电路350的第一端接收到高电压电平的检测电压Vd，逻辑电路350的第二端会输出低电压电平的控制电压Vc至晶体管开关330的控制端，使P型晶体管开关330呈现不导通状态。

当第一检测端116电性连接至第二检测端196时，电阻310的第二端的电压等于当第一检测端116及第二检测端196的第二电位V2(0V)，检测电路170输出至开关电路150的检测电压Vd为低电压电平的第二电位V2(例如：0V)。逻辑电路350的第一端接收到低电压电平的检测电压Vd，逻辑电路350的第二端会输出高电压电平的控制电压Vc至晶体管开关330的控制端，使P型晶体管开关330呈现导通状态。

在上述实施例中，电源输出接头110和电源接收接头191的形状、尺寸或结构等，也可以依据不同的设计考量而修改。例如，在一实施例中，也可以将上述的电源输出接头110和电源接收接头191的结构互换，以设置为将电源接收接头191插设于电源输出接头110所形成的空间内。

在上述实施例中，通过适当地设计电源输出接头110和电源接收接头191的结构、以及对应的供电电路，无论电源供应端114、第一检测端116、电源接收端194及第二检测端196的长短尺寸如何设置，皆需设置第一接地端112及第二接地端192完全被遮蔽后，电源供应端114及第一检测端116才分别电性连接至电源接收端194及第二检测端196。由于第一接地端112及第二接地端192都完全被遮蔽，而无金属暴露于空气中后，电源转换装置100才而供电至电子装置190，因而能避免电弧现象的产生，以大幅提升安全性。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (6)

1.一种电源转换装置，设置用于电性连接于电源、以供电至电子装置，所述电源转换装置包括：

电源输出接头，包括第一接地端、电源供应端及第一检测端，设置用于分别电性连接于所述电子装置的电源输入接头的第二接地端、电源接收端及第二检测端；

电压转换电路，设置用于电性连接于所述电源，以将所述电源转换为所述电子装置所需的电压电平；

开关电路，电性连接于所述电压转换电路及所述电源供应端；以及

检测电路，电性连接于所述第一检测端、所述电压转换电路及所述开关电路，以设置所述开关电路呈现导通状态或不导通状态；

其中当电源输出接头电性连接至所述电源输入接头、且当所述第一接地端及所述第二接地端都完全被遮蔽后，所述电源供应端及所述第一检测端才分别电性连接至所述电源接收端及所述第二检测端；当所述检测电路检测到所述第一检测端电性连接至所述第二检测端，所述检测电路会设置所述开关电路呈现所述导通状态，使所述电压转换电路能通过所述开关电路及所述电源供应端而供电至所述电子装置。

2.根据权利要求1所述的电源转换装置，其中当所述第一接地端及所述第二接地端未完全被遮蔽前，所述检测电路会设置所述开关电路呈现所述不导通状态，使所述电压转换电路及所述电源接收端之间呈现开路状态；当电源输出接头电性连接至所述电源输入接头、且当所述第一接地端及所述第二接地端都完全被遮蔽后，所述第一检测端才电性连接至所述第二检测端，所述检测电路会设置所述开关电路呈现所述导通状态，使所述电压转换电路能通过所述开关电路及所述电源供应端而供电至所述电子装置。

3.根据权利要求1所述的电源转换装置，其中当所述第一接地端及所述第二接地端未完全被遮蔽前，所述第一检测端已电性连接至所述第二检测端，所述检测电路会设置所述开关电路呈现所述导通状态，但所述电源供应端并未电性连接至所述电源接收端；当电源输出接头电性连接至所述电源输入接头、且当所述第一接地端及所述第二接地端都完全被遮蔽后，所述电源供应端才电性连接至所述电源接收端。

4.根据权利要求1所述的电源转换装置，其中所述检测电路另包括：

第一端电性连接于所述电压转换电路所输出的第一电位；以及

第二端电性连接于所述第一检测端；

其中当所述第一检测端电性连接至所述第二检测端的第二电位时，且所述第二电位低于所述第一电位，所述检测电路输出至所述开关电路的检测电压会呈现低电压电平，使所述开关电路呈现所述导通状态。

5.根据权利要求4所述的电源转换装置，其中所述开关电路另包括：

晶体管开关，电性连接于所述电压转换电路及所述电源供应端；

逻辑电路，电性连接于所述检测电路及所述晶体管开关；

其中当所述检测电路所输出的所述检测电压呈现所述低电压电平时，所述逻辑电路会依据所述检测电压而设置所述晶体管开关呈现所述导通状态。

6.根据权利要求1所述的电源转换装置，其中所述第一接地端围绕所述电源供应端及所述第一检测端，并且电源输出接头另包含有一绝缘元件，设置于所述第一接地端及所述电源供应端之间，并且设置于所述第一接地端及所述第一检测端之间。

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