CN112217384A - 具有突波抑制的启动电路及转换装置的启动方法 - Google Patents

Abstract

一种具有突波抑制的启动电路及转换装置的启动方法，具体涉及一种择特定的时机进行启动程序启动电路及启动方法。启动电路包括侦测电路、控制电路及突波抑制开关。侦测电路根据转换装置输入端所接收的交流电压提供输入信号至控制电路，且控制电路根据输入信号判断交流电压是否在零交越范围；当交流电压在零交越范围时，控制电路控制突波抑制开关导通输出电容至接地端的电流路径而使该转换装置开始运作。启动电路仅使用单一颗晶体管串联输出电容，其相较于传统的突波抑制电路可减少电子元件(电阻)。而且，由于本发明可达成大幅度地降低电路成本以及节省电路体积之功效。

Description

具有突波抑制的启动电路及转换装置的启动方法

技术领域

本发明为一种具有突波抑制的启动电路及转换装置的启动方法，具体涉及一种择特定的时机进行启动程序启动电路及启动方法。

背景技术

突波电流所指的是电路中出现的一种短暂的电流，其通常为瞬时的电流尖峰现象。突波电流的来源众多，例如电子装置受到雷击或输入电源刚接入时，其中又以电源刚接入的状况最为常见。而为了避免电子装置受到电源刚接入时的突波电流影响，导致电子装置内部元件被击穿而损坏，因此必须要在电子装置刚启动时限制突波电流的峰值。

而现行的电子装置，为了抑制突波电流，最常见的做法是在电子装置的输入端加装抑制突波的电阻，以通过电阻的限流而降低突波电流的峰值。然而在启动后，输入已不再具有突波电流，但输入电流仍然持续电阻，造成电阻持续地消耗功率而导致电子装置的效率低落。在目前产业界越来越讲求电子装置必须要满足低功耗、高功率密度及高效率的情况下，必须设法改善此问题，且同时也必须限制突波电流的峰值，以避免电子装置内部元件受到影响。

所以，如何设计出一种具有突波抑制的启动电路及转换装置的启动方法，以限制突波电流的峰值，且同时避免电子装置启动后，较大功率的消耗，乃为本案创作人所欲行研究的一大课题。

发明内容

本发明提供一种具有突波抑制的启动电路，以克服习知技术的问题。因此，本发明启动电路耦接转换装置的输出电容，启动电路包括：侦测电路，耦接转换装置的输入端，且接收交流电压。控制电路，耦接侦测电路。及突波抑制开关，耦接控制电路与输出电容。其中，侦测电路根据交流电压提供输入信号至控制电路，且控制电路根据输入信号判断交流电压是否在零交越范围；当交流电压在零交越范围时，控制电路控制突波抑制开关导通输出电容至接地端的电流路径而使转换装置开始运作；

进一步地，该控制电路控制该突波抑制开关于该零交越范围导通时，该交流电压通过该电流路径开始对该输出电容充电，使流过该输入端的突波电流的峰值低于安全规范值。

进一步地，零交越范围为该交流电压的电压值在一零交越点的上限电压与下限电压之间的电压区间。

进一步地，该零交越范围为交流电压的电压值在一零交越点。

进一步地，该突波抑制开关的结构为低耐电流规格的电晶体。

进一步地，该突波抑制开关串联该输出电容。

进一步地，该控制电路控制该突波抑制开关关断时，该电流路径为断路而使该转换装置不运作。

为了解决上述问题，本发明提供一种转换装置的启动方法，以克服习知技术的问题。因此，本发明转换装置包括输出电容，转换装置的启动方法包括下列步骤：侦测交流电压而提供输入信号。根据输入信号判断交流电压是否在零交越范围。及当交流电压在零交越范围时，控制突波抑制开关导通输出电容至接地端的电流路径而使转换装置开始运作。

进一步地，该启动方法包括下列步骤：侦测交流电压而提供输入信号；

根据该输入信号判断该交流电压是否在一零交越范围；及

当该交流电压在该零交越范围时，控制突波抑制开关导通该输出电容至接地端的电流路径而使该转换装置开始运作。

进一步地，它还包括下列步骤：

当该突波抑制开关于该零交越范围导通时，该交流电压通过该电流路径开始对该输出电容充电，使流过该输入端的突波电流的峰值低于安全规范值。

进一步地，它还包括下列步骤：当该突波抑制开关关断时，该电流路径为断路而使该转换装置不运作。

有益效果：

本发明的主要目的及功效在于，在交流电压刚接入转换装置时，启动电路根据交流电压的电压值选择特定的时机进行启动程序，启动程序系利用启动电路侦测交流电压，且尽可能地在交流电压的电压值最低时启动转换装置(即交流电压的电压值在零交越点时)，使转换装置在启动时所产生出的突波电流较低，进而达成抑制转换装置启动时所产生的突波电流峰值之功效。

本发明的启动电路仅使用单一颗晶体管串联输出电容，其相较于传统的突波抑制电路可减少一电子元件(电阻)。而且，由于本发明因启动电路根据交流电压的电压值选择特定的时机进行启动程序，因此可以大幅度地抑制突波电流的峰值。在突波电流的峰值不高的情况，突波抑制开关的结构可以使用低耐电流规格的晶体管。因此，可达成大幅度地降低电路成本以及节省电路体积之功效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具有突波抑制的启动电路应用于转换装置之电路方框图；

图2为本发明启动电路与转换装置的各点波形示意图；

图3为本发明具有突波抑制的启动电路应用于转换装置之细部电路方框图；

图4为本发明具有突波抑制的启动电路应用于转换装置之方法流程图。

其中，10转换装置、10-1输入端、10-2输出端、Co输出电容、GND接地点、20负载、30启动电路、32侦测电路、34控制电路、36突波抑制开关、Vac交流电压、Vdc直流电压、Iin输入电流、Sin输入信号、Sc控制信号、Li电流路径。

具体实施方式

兹有关本发明之技术内容及详细说明，配合图式说明如下：

请参阅图1为本发明具有突波抑制的启动电路应用于转换装置之电路方框图。转换装置10包括输入端10-1与输出端10-2，且转换装置10的输出电容Co耦接输出端10-2与接地点GND之间。转换装置10通过输入端10-1接收交流电压Vac，且将交流电压Vac转换为直流电压Vdc并将直流电压Vdc储存于输出电容Co。输出端10-2耦接负载20，且输出电容Co上所储存的直流电压Vdc通过输出端10-2对负载20供电。启动电路30耦接转换装置10，且用以对转换装置10进行运作前的启动程序，以在转换装置10经启动程序后，能够顺利地运作。

启动电路30耦接输入端10-1与输出电容Co之间，且启动电路30包括侦测电路32、控制电路34及突波抑制开关36。侦测电路32的一端通过输入端10-1接收交流电压Vac，且另一端耦接控制电路34。突波抑制开关36的一端耦接控制电路34，且另一端耦接输出电容Co。侦测电路32根据该交流电压Vac提供输入信号Sin至控制电路34，且输入信号Sin可以为交流电压Vac等比例缩小的信号。控制电路34接收输入信号Sin，且根据输入信号Sin判断交流电压Vac的电压值是否在零交越点，且通过提供控制信号Sc控制突波抑制开关36导通或关断。

在交流电压Vac刚接入转换装置10时，启动电路30根据交流电压Vac的电压值选择特定的时机进行启动程序，以在转换装置10启动时，能够抑制转换装置10的突波电流。其特定时机为，当交流电压Vac在零交越点时，控制电路34通过控制信号Sc控制突波抑制开关36导通。此时，输出端10-2通过输出电容Co至接地端GND的电流路径Li因突波抑制开关36导通而渠道，使得输出电容Co被充电，且转换装置100开始运作而完成启动程序。当交流电压Vac在不零交越点时，控制电路34通过控制信号Sc控制突波抑制开关36关断。此时，输出端10-2通过输出电容Co至接地端GND的电流路径Li因突波抑制开关36关断而断路，使得输出电容Co无法充电，转换装置100不运作。

进一步而言，由于在交流电压Vac尚未耦接转换装置10时，输出电容Co并未储存任何电力，其两端接近短路，造成输入端10-1至接地端GND的路径接近短路。因此在交流电压Vac刚接入转换装置10瞬间，流过该输入端10-1的输入电流Iin会因为其路径接近短路而产生较高的电流尖峰，此电流尖峰即为突波电流。由于突波电流过高时，会导致击穿转换装置10内部的功率元件，因此必须要在转换装置10启动前进行启动程序而抑制突波电流的峰值，以避免转换装置10内部的功率元件损坏。其中，由于突波电流峰值的高低又与交流电压Vac的电压值相关，因此本发明之主要目的及功效在于，启动程序系利用启动电路30侦测交流电压Vac，且尽可能地在交流电压Vac的电压值最低时启动转换装置10(即交流电压Vac的电压值在零交越点时)，使其产生出较低的突波电流。

请参阅图2为本发明启动电路与转换装置的各点波形示意图，复配合参阅图1。交流电压Vac的频率为市电频率60Hz，在时间t1时，交流电压Vac刚接入输入端10-1，使得侦测电路32侦测到交流电压Vac。但是，由于此时的交流电压Vac的电压值并非在零交越点Pz，因此控制电路34并未导通突波抑制开关36，使得输出电容Co无法充电，转换装置100不运作。在时间t2时，控制电路34判断交流电压Vac的电压值在零交越点Pz，因此通过控制信号Sc控制导通突波抑制开关36。此时输入端10-1通过输出电容Co至接地端GND的路径为渠道，因此产生突波电流Ii(时间t2～t3)。

由于时间t2时，交流电压Vac的电压值在零交越点Pz，因此即便输出端10-2通过输出电容Co至接地点GND的电流路径Li接近短路，所产生出来的突波电流Ii峰值仍然较低(如图所示，通常突波电流Ii的峰值可抑制在30安培以下)，使得转换装置10在启动程序时突波电流Ii峰值低于安全规范(例如但不限于UL/cUL/IEC/EN等系列之有关于转换器的安全规范)所规定的安全规范值。由于在时间t2～t3时，输出电容Co的直流电压Vdc已逐渐建立完成，因此在时间t3以后，已不具有突波电流Ii，转换装置10可以正常地运作。借此，完成转换装置10的启动程序。

在此需特别说明，零交越点Pz的设定可以为一电压差距极小的范围，并非仅包括电压值为0的电压准位。具体而言，本发明主要重点在于利用交流电压Vac的电压值选择特定的时机进行启动程序而使得所产生的突波电流Ii峰值低于安全规范。因此只要在突波抑制开关36导通时，所对应的交流电压Vac的电压值可使得突波电流Ii峰值低于安全规范即可。例如但不限于，如图2所示，控制电路34可设定在交流电压Vac的电压值为正10V(上限电压V1)至负10V(下限电压V2)的电压区间内(即零交越范围Rz)皆可导通突波抑制开关36，但在此区间内因导通而产生的突波电流Ii必须限制仍低于安全规范。但是，若必须要考虑尽可能地降低突波电流Ii峰值的条件下，交流电压Vac的电压值在零交越点Pz导通突波抑制开关36仍为最佳的选择。

请参阅图3为本发明具有突波抑制的启动电路应用于转换装置之细部电路方框图，复配合参阅图1和2。本实施例的转换装置10系应用升压转换器作为示意性的示例，但不以此为限，其转换装置10可任意地替换为本领域技术人员所熟知之转换器类型。转换装置10包括桥整电路12、升压电感L、功率开关Q、二极管D及输出电容Co，其耦接方式为本领域技术人员所熟知，在此不再加以赘述。突波抑制开关36为晶体管，且串联于输出电容Co。其中，突波抑制开关36可串联于电流路径Li的任意位置(即输出端10-2至接地点GND的路径)。在此实施例出示突波抑制开关36串联于输出电容Co与接地点GND之间，但也可串联于输出端10-2与输出电容Co之间(图未示)。在此电流路径Li为渠道时，输出电容Co开始被充电而建立直流电压Vdc而完成启动程序。在此电流路径Li为断路时，输出电容Co则无法被充电。

进一步而言，在习知技术中，传统的突波抑制电路40(以虚线表示)通常利用继电器Re并联电阻R，且耦接于转换装置10的输入端10-1，用以限制突波电流Ii之用。在转换装置10启动时，继电器Re不导通，以通过电阻R限制突波电流Ii的峰值。反之，继电器Re导通，以避免电R阻在转换装置10运作时，持续消耗能量。然而，此设计必须要使用继电器Re而无法使用晶体管的原因在于，在转换装置10启动时，流经继电器的突波电流Ii较大(通常超过50A)，若使用晶体管则无法耐受如此大的突波电流Ii，亦或者晶体管选用高耐电流规格。无论使用继电器Re或高耐电流规格的晶体管，皆不利于节省电路体积与电路成本的需求。此外，由于此设计突波电流Ii的峰值较高，容易击穿利于高速切换的二极管D，因此通常必须要加装耐电流较高的旁路二极体Db(以虚线表示)，以在启动时旁路掉二极管D。

而本发明仅使用单一颗晶体管串联输出电容Co，其相较于传统的突波抑制电路40已减少电子元件(电阻R)。而且，由于本发明因启动电路30根据交流电压Vac的电压值选择特定的时机进行启动程序，因此可以大幅度地抑制突波电流Ii的峰值。在突波电流Ii的峰值不高的情况，突波抑制开关36的结构可以使用低耐电流规格的晶体管，其耐电流规格通常选用30A以下即可。因此，可达成大幅度地降低电路成本以及节省电路体积之功效。

请参阅图4为本发明具有突波抑制的启动电路应用于转换装置之方法流程图，复配合参阅图1～3。转换装置的启动方法包括，侦测交流电压而提供输入信号(S100)。侦测电路32根据该交流电压Vac提供输入信号Sin至控制电路34，且输入信号Sin可以为交流电压Vac等比例缩小的信号。然后，根据输入信号判断交流电压是否在零交越范围(S120)。控制电路34接收输入信号Sin，且根据输入信号Sin判断交流电压Vac的电压值是否在零交越点附近。例如但不限于，控制电路34可设定在交流电压Vac的电压值为正10V(上限电压)至负10V(下限电压)的电压区间内(即零交越范围Rz)，但在此区间内因导通而产生的突波电流Ii必须限制仍低于安全规范。但是，若必须要考虑尽可能地降低突波电流Ii峰值的条件下，控制电路34判断交流电压Vac的电压值是否在零交越点Pz导仍为最佳的选择。

最后，当交流电压Vac在零交越范围Rz内时，控制突波抑制开关导通输出电容至接地端的电流路径而使转换装置开始运作(S200)。当交流电压Vac在零交越范围Rz时，控制电路34通过控制信号Sc控制突波抑制开关36导通。此时，输出端10-2通过输出电容Co至接地端GND的电流路径Li因突波抑制开关36导通而渠道，使得输出电容Co被充电，且转换装置100开始运作而完成启动程序。当交流电压Vac不在零交越范围Rz内时，控制突波抑制开关关断电流路径而使转换装置不运作(S220)。控制电路34通过控制信号Sc控制突波抑制开关36关断。此时，输出端10-2通过输出电容Co至接地端GND的电流路径Li因突波抑制开关36关断而断路，使得输出电容Co无法充电，转换装置100不运作。

以上所述，仅为本发明较佳具体实施例之详细说明与图式，惟本发明之特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明之所有范围应以下述之申请专利范围为准，凡合于本发明申请专利范围之精神与其类似变化之实施例，皆应包括于本发明之范畴中，任何熟悉该项技艺者在本发明之领域内，可轻易思及之变化或修饰皆可涵盖在以下本案之专利范围。

Claims (10)

1.一种具有突波抑制的启动电路，耦接转换装置的输出电容，其特征在于，该启动电路包括：

侦测电路，耦接该转换装置的输入端，且接收交流电压；

控制电路，耦接该侦测电路；及

突波抑制开关，耦接该控制电路与该输出电容；

其中，该侦测电路根据该交流电压提供输入信号至该控制电路，且该控制电路根据该输入信号判断该交流电压是否在一零交越范围；当该交流电压在该零交越范围时，该控制电路控制该突波抑制开关导通该输出电容至接地端的电流路径而使该转换装置开始运作。

2.根据权利要求1所述的一种具有突波抑制的启动电路，其特征在于，该控制电路控制该突波抑制开关于该零交越范围导通时，该交流电压通过该电流路径开始对该输出电容充电，使流过该输入端的突波电流的峰值低于安全规范值。

3.根据权利要求1所述的一种具有突波抑制的启动电路，其特征在于，其中该零交越范围为该交流电压的电压值在一零交越点的上限电压与下限电压之间的电压区间。

4.根据权利要求1所述的一种具有突波抑制的启动电路，其特征在于，其中该零交越范围为交流电压的电压值在一零交越点。

5.根据权利要求1所述的一种具有突波抑制的启动电路，其特征在于，其中该突波抑制开关的结构为低耐电流规格的电晶体。

6.根据权利要求1所述的一种具有突波抑制的启动电路，其特征在于，其中该突波抑制开关串联该输出电容。

7.根据权利要求1所述的一种具有突波抑制的启动电路，其特征在于，其中该控制电路控制该突波抑制开关关断时，该电流路径为断路而使该转换装置不运作。

8.一种转换装置的启动方法，该启动方法包括下列步骤：侦测交流电压而提供输入信号；

根据该输入信号判断该交流电压是否在一零交越范围；及

当该交流电压在该零交越范围时，控制突波抑制开关导通该输出电容至接地端的电流路径而使该转换装置开始运作。

9.根据权利要求8所述的启动方法，其特征在于，它还包括下列步骤：

当该突波抑制开关于该零交越范围导通时，该交流电压通过该电流路径开始对该输出电容充电，使流过该输入端的突波电流的峰值低于安全规范值。

10.根据权利要求8所述的启动方法，其特征在于，它还包括下列步骤：当该突波抑制开关关断时，该电流路径为断路而使该转换装置不运作。

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