CN1138335C

CN1138335C - 全球通用电源装置

Info

Publication number: CN1138335C
Application number: CNB001338854A
Authority: CN
Inventors: 粱准铉; 福良义明
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2004-02-11
Anticipated expiration: 2020-11-02
Also published as: KR20010045014A; GB2356498B; GB2356498A; CN1303167A; GB0025742D0; US6449180B1; KR100355037B1; DE10050380A1; JP3401238B2; JP2001157452A

Abstract

本发明涉及一种全球通用电源装置，包含全波整流电路、一对电容器、一继电器开关以及继电器驱动电路，在交流输入端的交流电压为低电压情况下，通过接通继电器开关，可以工作在倍压模式，以及为高电压情况下，通过断开继电器开关，可以工作在全波整流模式。因此本发明能够降低功率消耗和成本，并因利用继电器替代三端双向可控硅开关不发热，通过转换到倍压电路，能提高电源装置的可靠性。

Description

全球通用电源装置

技术领域

本发明涉及一种全球通用(world wide)电源装置，特别是涉及这样一种全球通用电源装置，其通过构成一开关继电器，用于转换为全波整流模式或倍压整流模式，能降低功率消耗，并能提高电源装置的可靠性。

背景技术

全球通用民用交流电源大体分为110伏系统和220伏系统。但是由于各个国家的交流电源的质量管理水平有很大的偏差，全球通用电源装置必须覆盖交流80伏到280伏的范围。

因此，常规的全球通用电源装置其构成，当对为110伏民用交流电源整流时其进行倍压整流，当对220伏整流时其进行全波整流。

图1表示常规的全球通用电源装置。民用交流电压10经过全波整流电路12加到倍压整流电路14。利用在电源变压器18的初级部分的一模式转换控制芯片20将整流直流信号VIN转换为一高频信号。转换的高频信号经过整流电路并通过电源变压器18的次级部分输出。

在110伏民用交流电压的情况下，通过利用电压检测电路16使三端双向可控硅开关TR导通，选到倍压整流电路14。因此，正半波流过一个二极管、第一电容器C1和三端双向可控硅开关TR(用实线表示)，于是向第一电容器C1充电。负半波流过三端双向可控硅开关TR、第二电容器C2、地和一个二极管(用虚线表示)，于是向第二电容器C2充电。因此，由于第一电容器C1和第二电容器C2串联，输出作为输入电压的倍压的直流电压VIN。即，在110伏的情况下，按照220伏输出直流电压。

在220伏民用交流电压的情况下，利用电压检测电路16使三端双向可控硅开关TR截止，并因此选到全波整流电路12。因而，由于通过全波整流电路12对输入交流电压进行全波整流，直流电压VIN变为220伏。

类似上述的现有技术的全球通用电源装置利用三端双向可控硅开关TR和电压检测电路16以转换全波整流/倍压整流。担心的是，定制的电压检测芯片16向民用交流电源产生很强的浪涌电压，或者在因为暂态异常强迫输出的情况下，由于脱出控制区域的范围可能错误地操作。即，在由于在220伏区域错误地操作，三端双向可控硅开关TR接通的情况下，将交流220伏倍压整流，因此出现440伏直流电压VIN，类似于上述的高电压可能严重损坏该模式转换控制芯片20以及电容器C1和电容器C2，担心的是，上述这些原因很可能引起可能导致火灾的爆燃的问题。

因此，为了防止这些问题的出现，需要一种双倍或三倍安全的装置，但是根据保护电路的可靠性要求，依然存在危险。

此外，由于为了倍压电路本身工作，需要从十分高电压输入端提供电流，将会有很大的功率消耗。整个倍压整流电路自身的功率消耗的约80％是由驱动三端双向可控硅开关的控制极产生的。因此，需要以低电流驱动高价的灵敏的三端双向可控硅开关，但这可能是涨价的主要原因。

由于在交流输入产生过大的电源噪声，须使用可承受暂态电压的高耐压的三端双向可控硅开关，这可能是涨价的主要原因。此外，需要一种三端双向可控硅开关，其要满足两种相互矛盾的条件：需要低控制极电流，同时具有强的噪声承受能力。因此，控制极驱动电路必须消除在控制极端产生的任何噪声。三端双向可控硅开关的不触发电压约为0.2伏。因此，不可能将噪声消除到上述的程度。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种全球通用电源装置，其通过利用继电器取代三端双向可控硅开关，构成一用于转换全波整流模式或倍压整流模式的开关转换装置，能降低功率消耗，并能实现降低成本及提高电源装置的可靠性。

根据本发明的一个方面，该全球通用电源装置包含：全波整流电路，具有一对交流输入端和一对直流输出端；一对电容器，串联在所述一对直流输出端之间；一继电器开关，连接在所述一对电容器的公共连接点和一对交流输入端中之一之间；以及继电器驱动电路，驱动该继电器开关，从而在提供到所述一对交流输入端的交流电压为低电压情况下，通过接通继电器开关，使电源装置可以工作在倍压模式，以及为高电压情况下，通过断开继电器开关，使电源装置可以工作在全波整流模式，其中，所述继电器驱动电路包含：直流转换部件，将所述民用交流电压输出(10)转换为直流电压；操作延迟部件，在起始操作时将所述继电器开关(RSW)持续一恒定时间维持在断开状态，以及驱动部件，在已经过所述恒定时间后，响应于所述直流转换部件驱动所述继电器开关(RSW)，其中，所述继电器驱动电路具有一保护电路，所述保护电路包含：低电压检测部件，如果所述直流转换部件的输出低于一固定电平，输出一低电压检测信号；高电压检测部件，如果所述公共连接点的电压电平升高超过一固定电平，输出一高电压检测信号；以及输出部件，通过将所述低电压检测信号和所述高电压检测信号混合产生输出。

附图说明

根据结合附图如下的详细介绍，可以更充分地理解本发明的其它目的和优点，其中：

图1是表示现有技术的全波整流/倍压电源装置的结构图。

图2是表示本发明的全球通用电源装置优选实施例，具有全波整流/倍压整流工作模式。

具体实施方式

下面参照附图通过本发明的一个实施例更详细地介绍本发明。

图2是表示本发明的全球通用电源装置优选实施例的结构，具有全波整流/倍压整流工作模式。本发明的全球通用电源装置包含：全波整流电路12、一对电容器C1和C2、一继电器开关RSW、电源变压器18、模式转换控制芯片20、辅助电源电路22和继电器驱动电路100。

由二极管桥式电路构成的全波整流电路12通过对民用交流整流，产生输出。

一对电容器C1和C2串联在全波整流电路12正输出端和负输出端的之间，它们的公共连接点通过继电器开关RSW连接到全波整流电路12的一对交流输入端中之一，并组成倍压整流电路。

电源变压器18主初级绕组的一端连接到全波整流电路12正输出端，主初级绕组的另一端通过一开关晶体管接地。在电源变压器18的次级部分感应的高频电压经过一整流电路输出到一直流输出电压端VOUT。

电源变压器18辅助初级绕组连接到辅助电源电路22，并输出到一工作电源电压VCC。提供的该工作电源电压VCC作为模式转换控制芯片20和继电器驱动电路100的工作电压。

继电器驱动电路100包含一直流转换部件110，将所述民用交流电压输出10转换为直流电压；操作延迟部件102，在起始操作时将所述继电器开关RSW持续一恒定时间维持在断开状态；以及驱动部件104，在已经过所述恒定时间后，响应于所述直流转换部件110驱动所述继电器开关RSW，以及保护电路120。

操作延迟部件102包含：第一反向二极管D3，连接在工作电源电压VCC和第一节点N1之间；充电/放电电容器C3，连接在第一节点N1和第二节点N2之间；第二反向二极管D4，连接在第二节点N2和地之间；正向二极管D2，连接在工作电源电压VCC和第三节点N3之间；以及电阻R4，连接在第一节点N1和第三节点N3之间。

驱动部件104包含：继电器线圈RCO，连接在工作电源电压VCC和第三节点N3之间；第一达林顿晶体管DT1，其集电极和发射极分别连接在第三节点N3和地之间，基极通过电阻R3接地；第二达林顿晶体管DT2，其集电极通过电阻R1连接到工作电源电压VCC，还通过电阻R2连接到第一达林顿晶体管DT1的基极，发射极接地，基极连接到第二节点N2；以及一齐纳二极管ZD1，连接在第二节点N2和直流转换部件110的输出端之间，并在高电压下导通。齐纳二极管ZD1的齐纳电压为200伏。还包含一个用于消除噪声的电容器C4，连接在第二节点N2和地之间。

保护电路120包含：低电压检测部件122，如果直流转换部件1 10的输出低于一固定电平，则输出一低电压检测信号；高电压检测部件124，如果公共连接点电压电平上升超过一固定电平，则输出一高电压检测信号；以及输出部件126，通过将低电压检测信号和高电压检测信号混合产生输出。

高电压检测部件124包含：一齐纳二极管ZD2，在一对电容器C1和C2的公共连接点电压超过一所设高电压(例如230伏)的情况下导通；一双稳闭锁电路124a，当齐纳二极管ZD2关断时维持第一状态，当齐纳二极管ZD2导通时维持第二状态；以及一缓冲器124b，对双稳闭锁电路124a的输出进行缓冲。双稳闭锁电路124a包含：达林顿晶体管DT3和DT4、电阻R6-R10以及电容器C5。缓冲器124b包含：电阻R12和晶体管Q1。

低电压检测部件122包含：一齐纳二极管ZD3，在直流转换部件110输出低于所设低电压(例如80伏)的情况下关断；达林顿晶体管，当齐纳二极管ZD3导通时输出第一状态的信号，当齐纳二极管ZD2关断时输出第二状态的信号；以及电阻R14和R13。

输出部件126是通过将两个二极管D6和D7与一线路连接构成的并通过对低电压检测信号和高电压检测信号进行逻辑或运算，将输出提供到模式转换控制芯片20。

下面将介绍按照上述构成的本发明的工作情况和效果。

如果开始施加民用交流电源，工作电源电压VCC通过二极管D2、电阻R4和电容器C3施加到达林顿晶体管DT2的基极，因此，达林顿晶体管DT2导通。于是，由于达林顿晶体管DT1关断，没有电流流过继电器线圈RCO并因此继电器开关RSW维持在断开的状态。通过利用电阻R4将电容器C3的充电电流例如限制到1毫安，如果电容器C3充电时间经过约4秒之后，则通过电容器C3的电流供应被中止。

由此继续，直流转换部件110的输出达到一固定的电平，由齐纳二极管ZD1检测这一电平，如果检测的电平超过200伏，则齐纳二极管ZD1导通，并因此达林顿晶体管DT2继续维持导通状态。即，按现状维持使继电器开关RSW断开，以选到全波整流模式的一种状态。

如果直流转换部件110的输出低于200伏，齐纳二极管ZD1维持关断状态，以及因为向达林顿晶体管DT2提供的高电压被中止，达林顿晶体管DT2关断，于是，达林顿晶体管DT1导通，约40毫安的电流流过继电器线圈RCO。因此，在输入的民用交流电压为120伏的情况下，继电器开关RSW接通，选到倍压整流电路。

如果停止输入民用交流电源，电容器C3维持起始状态，立即通过二极管D4、电容器C3和二极管D4回路放电。因此，在工作期间，达林顿晶体管DT2总是维持导通状态，达林顿晶体管DT2总是维持关断状态。

因此，根据本发明，该电源装置在开始阶段总是处在全波整流模式，其后响应于输入电压电平，在全波整流模式和倍压整流模式间自动转换。由于利用齐纳二极管ZD1检测继电器转换操作，例如在10毫秒内完成。因此可以充分地适应突然的输入电压波动。

在保护电路120中的高电压检测部件124中，达林顿晶体管DT4在开始阶段总是首先导通。因此，达林顿晶体管DT3维持关断状态。由于达林顿晶体管DT4处于导通状态，缓冲器124b维持低的输出状态。在如上所述的正常状态下，如果公共连接点的电压VC升高超过230伏，齐纳二极管ZD2导通，并因此使达林顿晶体管DT3导通，于是达林顿晶体管DT4关断。因此，缓冲器124b由低的状态变为高的状态，并因此检测到电源装置的高电压异常状态。即，高电压检测部件124在高的状态时输出高电压检测信号，同时检测异常高电压。

在保护电路120中的低电压检测部件122中，由于直流转换部件110的输出电压在正常工作时至少维持80伏以上，齐纳二极管ZD3导通，并因此达林顿晶体管DT5维持关断状态。因而输出维持低的状态。但是，如果直流转换部件110的输出电平下降到80伏以下，齐纳二极管ZD3导通，于是由于达林顿晶体管DT5导通，输出进入高的状态。即，低电压检测部件122在高的状态时输出低电压检测信号，同时检测低电压。

输出部件126向模式转换控制芯片20提供高状态的高电压检测信号或低电压检测信号。当响应于保护电路120的输出信号模式转换控制芯片20检测到一高的状态时，判断为异常状态并终止转换操作。因此，由于终止模式转换控制芯片20的操作，在电源变压器18的初级部分的转换操作被终止，不产生辅助电源电路22的工作电源电压VCC，并因此终止继电器驱动电路100的操作。即，继电器开关转换到断开状态。

因此，在转换到稳定的全波整流模式并且操作延迟部件102的延迟时间已经历约4秒的时间之后，继电器驱动电路再次如上所述开始操作。

因此，当输入220伏时，由于继电器开关RSW或驱动电路产生故障，或者在输入电压中产生浪涌电压，通过立即检测继电器开关RSW的异常状态，终止模式转换控制芯片20的操作，以维持导通状态，可靠保护了该电源装置防止过电压或过电流。此外，在低电压的过程中，可能有不希望产生的状态，由于不稳定的振荡工作可能使模式转换控制芯片20故障。

与上述相似，本发明可以降低功率消耗、可以通过利用继电器替代三端双向可控硅开关消除发热问题、通过替代现有技术的开关转换装置来转换全波整流电路模式和倍压整流模式而降低成本。

此外，通过构成这样一种电源装置，起始模式总是从稳定的全波整流电路模式开始，可以解决在起始操作时产生的噪声问题，以及持续4秒执行全波整流电路模式以消除在起始操作时产生的噪声效应以及适应输入电压电平自全波整流电路模式进行转换。

此外，通过采用保护电路在高电压或低电压的过程中退出(downing)模式转换控制芯片，可以防止电源装置故障。

再者，通过使继电器驱动电路和保护电路的功率消耗降低到最少，可以降低电源装置功率消耗。

已参照一些具体实施例对本发明进行了介绍，对于本领域的技术人员来说很明显，在不脱离根据如下权利要求限定的本发明的构思和范围的情况下，可以进行各种改进和变化。

Claims

1.一种全球通用电源装置，包含：

全波整流电路，具有一对交流输入端和一对直流输出端；

一对电容器，串联在所述一对直流输出端之间；

一继电器开关，连接在所述一对电容器的公共连接点和一对交流输入端中之一之间；以及

继电器驱动电路，驱动继电器开关，从而在提供到所述一对交流输入端的交流电压为低电压情况下，通过接通继电器开关，使电源装置可以工作在倍压模式，以及为高电压情况下，通过断开继电器开关，使电源装置可以工作在全波整流模式，

其中，所述继电器驱动电路包含：

直流转换部件，将所述民用交流电压输出(10)转换为直流电压；

操作延迟部件，在起始操作时将所述继电器开关(RSW)持续一恒定时间维持在断开状态，以及

驱动部件，在已经过所述恒定时间后，响应于所述直流转换部件驱动所述继电器开关(RSW)，

其中，所述继电器驱动电路具有一保护电路，所述保护电路包含：

低电压检测部件，如果所述直流转换部件的输出低于一固定电平，输出一低电压检测信号；

高电压检测部件，如果所述公共连接点的电压电平升高超过一固定电平，输出一高电压检测信号；以及

输出部件，通过将所述低电压检测信号和所述高电压检测信号混合产生输出。

2.根据权利要求1所述的全球通用电源装置，其中，所述低电压检测部件的低电压为80伏，所述高电压检测部件的高电压为230伏。