CN1222101C - 交换式电源供应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种交换式电源供应器，包括一整流器，用以将一交流电源所提供的交流电压转换成一经过整流的直流电压；一变压器，耦接至该整流器，用以自一次侧绕组接收该直流电压以及经由该一次侧绕组在二次侧绕组上感应出一经过整流的电压；一开关单元，与该一次侧绕组串接，用以将提供至一次侧绕组的直流电压藉由开启/关闭操作转换成交流电压；一输出电压反馈控制电路，用以提供脉冲信号以驱动开关单元而控制开关单元的一切换任务周期；以及一单向限流装置，如一个二极管，用以减少出现于交流电源的火线与中性线之间的差模噪音；本发明的交换式电源供应器具有较低电磁干扰效果。

Description

交换式电源供应器
技术领域
本发明涉及一种交换式电源供应器，特别是包含电源线滤波器的交换式电源供应器。
背景技术
对熟悉技术的人而言，广为人知的是所有的电子系统都具有一种或是它种辐射。噪音通常是一种不想要的有害产物，其会对干净的电源造成干扰。目前已知有数种种类的辐射，其中较常见的种类为电磁干扰(electromagneticinterference，EMI)以及射频干扰(radio frequency interference，RFI)。
一般而言，电磁干扰由一交流电源的三条电线，意即火线(live supply line，亦可称为hot line)、中性线(neutral line)以及地线(ground line)之间的电荷电位差(charge difference)所产生的辐射所引起。其中一种为共模噪音(commonmode noise)，由火线与中性线间相对于地线的电荷电位差所引起的辐射。另外一种为差模噪音(differential mode noise)，由火线与中性线间的电荷电位差所引起的辐射。
电磁干扰已经证实其为严重劣化电源供应装置的品质因子并且为电源供应系统带来有害影响的偶然的副产物。为了解决在电源传输期间由于电磁辐射所承受的这些不希望得到的干扰，S.Okochi与T.Takoda在他们的美国专利U.S.Patent No.5,179,362中说明一种用来减少出现于电源线间的正模噪音(normal mode noise)以及出现于一电源线与一地线间的共模噪音的一电源线滤波器(power line filter)。在这个范例中所揭示的电磁干扰滤波器(EMIfilter)包含多个第一电感设置于火线以及中性线之间，一第一X-电容设置于相对于第一电感的负载侧上的火线以及中性线之间，多个第二电感设置于相对于第一X-电容的负载侧上的火线以及中性线之间，以及一Y-电容设置于相对于第二电感的负载侧上的火线以及地线与中性线以及地线之间，其中Y-电容组成第一电感以及第二电感之间的一共模噪音滤波器，以对共模噪音做出响应。
虽然在这篇公知技术参考文献中的电磁干扰滤波器适合于电磁干扰噪音的消除，但在这篇公知技术参考文献中所提出的电磁干扰滤波器却包括为数众多的电感与电容。对一位电源供应器工程师而言，使用具有电感或电容特性的电子装置通常是代表高成本与空间浪费的问题。若是这些体积庞大的组件欲安装于一电路板上，在空间使用率上是不切实际的作法并且其经济效益会大打折扣。
因此有其强烈要求提供一交换式电源供应器，其包括以成本低廉且节省空间的方式来实现的一简易电源线滤波器，以减少出现于火线以及中性线之间的差模噪音。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点而提供一种电源供应器，具有较低的电磁干扰，减少出现于火线以及中性线之间的差模噪音。
本发明的目的可通过如下措施来实现：
一种交换式电源供应装置，包括：
一整流器，用以将一交流电源所提供的一交流电压转换成一经过整流的直流电压；
一功率变压器，耦接至该整流器，用以自一次侧绕组输入该经过整流的直流电压，并且经由该一次侧绕组(primary winding)在二次侧绕组(secondarywinding)上感应出一经过整流的电压；
一开关单元，串接于该一次侧绕组，用以将提供至该一次侧绕组的直流电压通过开启/关闭操作转换成交流电压；以及
一电源线滤波器，包括连接于中性线的中性节点以及整流器之间的能阻挡并禁止电流的限流装置，用以减少出现于该交流电源的火线以及中性线之间的差模噪音。
该装置还包括一输出电路，耦接于该变压器的二次侧绕组，用以提供一输出电压至一负载。
该装置还包括一输出电压反馈控制电路用以提供脉冲信号以驱动该开关单元
该输出电压反馈控制电路还包括一振荡器电路，用以产生一高频振荡信号作为该开关单元的一切换控制信号。
该限流装置为一单向电子组件。
该单向电子组件为一二极管。
本发明的目的还可通过如下措施来实现：
一种交换式电源供应装置，包括：
一整流器，用以将一交流电源所提供的—交流电压转换成一经过整流的直流电压；
一功率变压器，耦接至该整流器，用以自一次侧绕组输入该经过整流的直流电压，并且经由该一次侧绕组在二次侧绕组上感应出一经过整流的电压；
一开关单元，串接于该一次侧绕组，用以将提供至该一次侧绕组的直流电压通过开启/关闭操作转换成交流电压；
一输出电路，耦接于该二次侧绕组，用以提供一输出电压至一负载；
一输出电压反馈控制电路，耦接至功率变压器以及该开关单元，用以通过控制该开关单元的一切换任务周期(switching duty cycle)以维持该输出电压于一预定值；以及
一电源线滤波器，包括一单向限流装置，用以减少出现于该交流电源的一火线以及一中性线之间的一差模噪音。
该输出电压反馈控制电路还包括一振荡器电路，用以产生一高频振荡信号作为该开关单元的一切换控制信号。
该单向限流装置为一二极管。
本发明相比现有技术具有如下优点：
本发明的交换式电源供应器，通过将电源线滤波器设于中性线的中性节点以及整流器之间，可有效地减少一火线以及一中性线之间的一差模噪音，具有较低的电磁干扰；并且电路简单易于控制。
附图说明
图1为本发明的交换式电源供应器的方框图；
图2A为未使用本发明的交换式电源供应器的一电磁干扰测试曲线图；以及
图2B为本发明的交换式电源供应器的一电磁干扰测试曲线图。
具体实施方式
本发明提供包含一电源线滤波器的一交换式电源供应器，其在电路组态上相当简单且易于控制以消除由电源传输所引起的电磁干扰噪音(EMInoise)。
参见图1，其显示根据本发明的一较佳实施例的交换式电源供应器。如图1所描述，一市面输入交流电源Vin，其由自其延伸出去的电线，即火线与中性线所提供，输入包含一整流二极管以及一滤波电容(smoothingcapacitor)(为简化说明起见，这些组件并不欲标示于图中，然而，可迅速了解的是这些组件对熟悉技术人士乃属显而易见者)的一整流器21。输入的交流线电压Vin由整流器21整流与滤波而转换成一直流电压，并且接着提供至一功率变压器22的一次侧绕组。功率变压器22在二次侧绕组上经由一次侧绕组感应出经过整流的电压，并将之转换成负载30所需要的电压。此外，一开关单元26串接于功率变压器22的一次侧绕组，并且提供至功率变压器22的一次侧绕组的直流电压通过开关单元26的切换动作而转变成交流电压，并且将之传送至功率变压器22的二次侧绕组。该交流电压则经由一输出电路23转换成一直流电压并且接着提供给一负载30。进一步的，输出电压的控制由一输出电压反馈控制电路25来达成。
输出电压反馈控制电路25由一电阻电容振荡器(RC oscillator)所组成，其利用一自振荡转换器电路布局而自发性地产生高频振荡信号。在该自振荡转换器电路中，开关单元26的切换操作由来自功率变压器22的一辅助绕组的正反馈来控制。振荡信号的频率由输出电压反馈控制电路25的一驱动箝制动作(drive clamping action)来控制，其响应开关单元在关闭期间(OFF period)磁化电流(magnetizing current)的增加。在磁化电流关闭时的振荡信号振幅以及输入能量将可受到控制，以维持输出电压恒定且能够管理。
如前所述，为了减少由一交换式电源供应器中的电磁干扰现象所引起的恼人噪音，由庞大且昂贵的电感性以及电容性组件所组成的一电磁干扰滤波器(EMI filter)有必要连接于中性线的中性节点以及整流器电路之间。若此种电磁干扰滤波器欲设置于一电路板上时，一电源供应器工程师将会迅速发现若干在电路设计上的不利因素。为了以一种简单又方便的方法来对抗发生于火线L以及中性线N之间的差模噪音，本发明提出一种用于交换式电源供应器中的简易电源线滤波器20。请转见图1，本发明的电源线滤波器20由连接于中性线N的一中性节点以及整流器21之间的一单向限流装置如二极管D2所组成。利用一单向限流装置D2来滤除差模噪音的原理将会在底下的说明中提出。
在输入交流电源Vin的正半周操作期间，即火线L的电位相对于中性线N的电位而言为正值，整流器电路21的整流二极管与二极管D2皆为顺向偏压，并且从而使交换式电源供应器电源激活。在输入交流电源Vin的负半周操作期间，即火线L的电位相对于中性线N的电位而言为负值，整流器电路21的整流二极管与二极管D2皆为逆向偏压，并且因此没有电流流过二极管D2。然而，因为二极管D2为逆向偏压，来自电源供应器的电流在二极管D2的阳极受到阻挡，并且因此电流将被禁止流入中性线。在这种方式下，差模噪音可维持在一最小值且电磁干扰效应可大幅度的消除。
为了要进一步说明本发明在减少差模噪音上的优点，请见图2A与图2B，分别显示未使用电源线滤波器以及将本发明的交换式电源供应器的电磁干扰测试曲线图(EMI test curve)。观察这两张电磁干扰测试曲线图，很明显的是在二极管D2并未有效地连接于中性线的中性节点N以及整流器电路输入端之间的情况下，交换式电源供应器的电磁干扰处理效能将会比二极管D2有效地连接于中性节点N以及整流器电路输入端之间的情况下，要差上个大约5dBs。很容易了解的是包括一单向限流装置的电源线滤波器是能够充份减少出现于火线与中性线之间的差模噪音，同时其电路组态极为简易且其操作方式乃是相当的直接。
由以上说明可了解的是本发明具体表现于一电源线滤波器(或称为一电磁干扰滤波器)，将一个二极管设置于一中性线N的一中性节点以及一整流器电路的一输入端之间的电路组态来建构。这个作用为一单向限流组件的串接二极管能够在输入交流电源Vin的负半周运作期间，限制电流自输入交流电源Vin流向中性线。利用本发明的电源线滤波器，差模噪音可维持的尽量小并且电源供应器的电源传输品质可提升至一较高的等级。

Claims (7)

1、一种交换式电源供应装置，包括：
一整流器，用以将一交流电源所提供的一交流电压转换成一经过整流的直流电压；
一功率变压器，耦接至该整流器，用以自一次侧绕组输入该经过整流的直流电压，并且经由该一次侧绕组在二次侧绕组上感应出一经过整流的电压；
一开关单元，串接于该一次侧绕组，用以将提供至该一次侧绕组的直流电压通过开启/关闭操作转换成交流电压；以及
一电源线滤波器，包括连接于中性线的中性节点以及整流器之间的能阻挡并禁止电流的限流装置，用以减少出现于该交流电源的火线以及中性线之间的差模噪音。
2、如权利要求1所述的交换式电源供应装置，其特征在于，该装置还包括一输出电路，耦接于该变压器的二次侧绕组，用以提供一输出电压至一负载。
3、如权利要求2所述的交换式电源供应装置，其特征在于，该装置还包括一输出电压反馈控制电路，用以提供脉冲信号以驱动该开关单元。
4、如权利要求3所述的交换式电源供应装置，其特征在于，该输出电压反馈控制电路还包括一振荡器电路，用以产生一高频振荡信号作为该开关单元的一切换控制信号。
5、如权利要求1所述的交换式电源供应装置，其特征在于，该限流装置为一单向电子组件。
6、如权利要求5所述的交换式电源供应装置，其特征在于，该单向电子组件为一二极管。
7、如权利要求3所述的交换式电源供应装置，其特征在于，该输出电压反馈控制电路耦接至该功率变压器以及该开关单元，用以通过控制该开关单元的一切换任务周期以维持该输出电压于一预定值。
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