CN2819622Y

CN2819622Y - 切换式自我耦合辅助电源装置

Info

Publication number: CN2819622Y
Application number: CN 200520011040
Authority: CN
Inventors: 林峰旭; 吕文煜
Original assignee: Li Shin International Enterprise Corp
Current assignee: Colin Cuito Solutions Ltd
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2015-04-01

Abstract

本实用新型公开了一种切换式自我耦合辅助电源装置，系于变压器中增加一组高压辅助绕组，并于传统电路的一次侧电路中进一步增加有一控制线路与一能量传输线路。当负载过低时，控制线路根据负载的变化进而控制能量传输线路动作，使得高压辅助绕组感应的电压可以透过能量传输线路传送给一控制器使用。本实用新型不受限于变压器二次侧假负载(dummy load)大小的脉波宽度调变控制器(PWM controller)辅助电源电路设计，以符合国际规范的法规并开发出具有商业用途且符合环保的产品。

Description

切换式自我耦合辅助电源装置

技术领域

本实用新型涉及一种切换式自我耦合辅助电源装置，可于低负载下，提供一高压电源给一控制器使用的辅助电源装置。

背景技术

以目前资讯家电类的产品趋势来看，除了功能强大价格便宜外，产品的省电亦是当今重要议题之一。为了符合省电的要求，许许多多的规范也制定了标准，像是欧洲的GEEA规定电源转换器若是搭配在液晶电视(LCD TV)上，待机时必须要小于1瓦。而美国的ENERGY STAR也规定当输出瓦数介于10至250瓦之间的电源转换器，其单体在空载时必须小于0.75瓦。因此除了系统厂商的材料进步来达成省电的功效外，电源转换器亦是在省电的议题上为不可匆略的重要产品之一。但是以旧有包含功率因数修正器(PFC)线路的电源供应器，在撘配资电产品上大多都会遇到不符合省电(power saving)规范的要求或是非常接近规范的要求值，因此造成一些困扰。

请参考图1-A到图1-B，系为习知电源转换器电路示意图，电源转换器电路利用变压器T的隔离功能，进而区分成为一次侧电路10与一二次侧电路20，位于一次侧电路10中的控制器108系控制功率开关Q10的切换动作，使得输入电力可以间断的经过变压器T以提供二次侧电路负载使用。

控制器108系用来控制电源转换器的切换动作，并且提供稳定调整的输出。然而，控制器108需要一供应电压始能提供其内部控制电路的正常动作。如图1所示，一旦输入电压V_IN施加于电源转换器的变压器T时，系会于变压器T的辅助绕组Na上感应电压，辅助绕组Na上感应的电压系会对一维持电容C28进行充电以提供控制器108动作所需。

以目前市面上而言，为了符合省电power saving的需求，因此电源转换器的控制器108大多均使用变频方式来达到环保模式(green mode)，也就是说，当二次侧电路负载在不同情况底下，电源转换器会根据负载的变化，而调整最佳的工作频率，以达到最佳省电效果。所以电源转换器在满载输出时希望效率高，而在空载时希望本体损失低。但依目前技术而言，当电源转换器输出负载在非常低的时候，控制器108均以突冲模式(burst mode)来控制功率开关Q10的切换方式，使得电源转换器可以自动降低功率开关Q10切换频率进而达到降低在空载时的损失，其空载时的切换频率随设计者而定，有些甚至低于500Hz以下以符合厂商的需求。

但就目前的技术而言，省电power saving技术具有一定的门槛，其中主要原因在于变压器T的辅助绕组Na所提供给控制器108工作电压的方式。因此若是我们把一些变压器T二次侧电路中不必要的假负载降低，像是把LED电源指示灯的亮度减少并调整变压器T二次测电路中所使用的IC周边电阻参数，使得只须维持IC正常工作的电流来降低不必要的损失，以此种方式来降低损失即有可能会在控制器108所须电源的辅助绕组Na上感应一个低于控制器108正常工作的电压，进而造成输出电压跳动，其原因在于所有的能量传递都使用同一个变压器铁心，若变压器T二次侧电流减小时辅助绕组Na的感应电流亦感应一个较小的电流，进而造成对于维持电容C28充电的电流随之变小(即V_c28降低)。因此以传统方式的电源供应线路来供应控制器108，在解决省电powersaving上必然会遭受到一些先天上的限制。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种切换式自我耦合辅助电源装置，系于变压器中多绕一组高压辅助绕组，并于传统电路的一次侧电路中进一步增加有一控制线路与一能量传输线路。当负载过低时，控制线路根据负载的变化进而控制能量传输线路动作，使得高压辅助绕组感应的电压可以透过能量传输线路传送给一控制器使用。

本实用新型使用于一电源供应器中，用来对一维持电容充电，以提供一控制器工作所需的电源，本实用新型使用的变压器系由一主绕组、一次绕组、辅助绕组及高压辅助绕组缠绕于同一铁芯组合而成，变压器的主绕组与次绕组将电源供应器分成一次侧电路与二次侧电路，其辅助绕组连接于该维持电容。本实用新型使用一控制线路取得电源供应器的一负载讯号，根据该负载讯号进而输出一控制讯号；本实用新型并使用一能量传输线路，连接于该控制线路、该维持电容及该高压辅助绕组。该能量传输线路受控于该控制讯号，用以切换该高压辅助绕组上的电压用以对该维持电容进行充电。

如上述说明，当负载讯号为高负载或正常负载下，该辅助绕组上的电压系对该维持电容充电，当负载讯号为低负载下，该高压辅助绕组上的电压对该维持电容充电。

为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：一种切换式自我耦合辅助电源装置，使用于一电源供应器中，用来对一维持电容充电，以提供一控制器工作所需的电源，其包括有：

一变压器，其一主绕组与一次绕组将该电源供应器分成一次侧电路与二次侧电路，其一辅助绕组连接于该维持电容，该变压器更包括有一高压辅助绕组；

一控制线路，系取得一负载讯号，用以输出一控制讯号；

一能量传输线路，连接于该控制线路、该维持电容及该高压辅助绕组，受控于该控制讯号用以切换该高压辅助绕组上的电压对该维持电容进行充电；

其中，当负载讯号为高负载或正常负载下，该辅助绕组上的电压系对该维持电容充电，当负载讯号为低负载下，该高压辅助绕组上的电压的对该维持电容充电。

所述的控制线路透过一侦测电容连接到一功率因数修正器，该功率因数修正器依据电路负载轻重，用以输出该负载讯号。

所述的控制线路亦可透过一光耦合器连接到二次侧电路的一比较器，该比较器撷取该二次侧电路的负载电流，并依据负载电流轻重，用以输出该负载讯号。

本实用新型的优点是：可以解决电源供应器于低负载供电下，变压器的辅助绕组感应一个低于控制器正常工作的电压所造成输出电压跳动的问题及缺点。

附图说明

图1-A到图1-C为习知电源转换器电路示意图

图2-A到图2-C为本实用新型第一实施例电路示意图

图3-A到图3-C为本实用新型第二实施例电路示意图

具体实施方式

请参考图2-A到图2-C，为本实用新型第一实施例电路示意图。一种切换式自我耦合辅助电源装置，使用于电源供应器中，用来对一维持电容C28充电，以提供一控制器108工作所需的电源，包括有：一变压器Tr，其一主绕组Np与一次绕组Ns将该电源供应器分成一次侧电路10与二次侧电路20，其一辅助绕组Na连接于该维持电容C28，该变压器Tr更包括有一高压辅助绕组Nb；一控制线路102透过一侦测电容C18连接到一功率因数修正器106，该功率因数修正器106依据电路负载轻重，用以输出一负载讯号给控制线路102。控制线路102根据该负载讯号，用以输出一控制讯号。一能量传输线路104，连接于该控制线路102、该维持电容C28及该高压辅助绕组Nb，受控于该控制讯号用以切换该高压辅助绕组Nb上的电压对该维持电容C28进行充电。能量传输线路104包括有一二极管D15、一第二开关元件Q13及至少一电阻器R85、R81连接组成。

上述中，当功率因数修正器106输出的负载讯号为高负载或正常负载下，该辅助绕组Na上的电压系对该维持电容C28充电，当负载讯号为低负载下，该高压辅助绕组Nb上的电压对该维持电容C28充电。

请再参考图2-A到图2-C，当辅助绕组Na上的电压不正常时(即输出负载过低)，维持电容C28上的电压会不足以供应控制器108正常的工作电压。同时，连接于维持电容C28的稳压二极管Z13不会动作(崩溃)，电阻R77上无压降，所以晶体管Q16为截止(OFF)，晶体管Q17为导通(ON)，由于导通的晶体管Q17会将功率因数开关Q15控制端的电压拉到接地，所以功率因数开关Q15为截止(OFF)。因而功率因数开关Q15的截止(OFF)，使得电容器C55上存放的电压无法传送给侦测电容器C18，而让功率因数修正器106关闭。

本实用新型则利用由一稳压二极管Z12、一电阻器R78及一第一开关元件Q14连结组成的控制线路102，来侦测功率因数修正器106的状态(即侦测电容器C18上的电位)。当控制线路102侦测到侦测电容器C18上的电位为低电位时，控制线路102会输出一个控制讯号至能量传输线路104并且让新增加的高压辅助绕组Nb上的能量传递至维持电容C28上，得以维持电容C28有足够的电压来供应控制器108工作。而新增的高压辅助绕组Nb系比辅助绕组Na感应更高的电压，(即高压辅助绕组Nb的绕组圈数比辅助绕组Na大)，以维持足够的控制器108所须的电压。

在取控制讯号方面，我们可以在一次侧或是二次侧取其控制讯号，以取一次侧当控制讯号为例子，我们是取功率因素修正器106的开启(HI)或关闭(LO)当讯号，若侦测电容器C18上有电压讯号则功率因素修正器106开启，反之若侦测电容器C18上没有电压讯号则功率因素修正器106关闭。在目前的设计中，若电源转换器是工作在较轻的输出负载时，功率因素修正器会自动关闭。因此若是侦测电容器C18为低(LOW)时，即工作在较轻的负载，稳压二极管Z12无法崩溃导通，使得第一开关元件Q14闸极上没有电位的存在无法使导通，迫使第二开关元件Q13的通道D-S之间导通，使得新增的高压辅助绕组Nb上的电压可以传递至维持电容C28(C28上的电压由新增的高压辅助绕组接管)，让维持电容C28有足够的电压来供应控制器108工作。

反之，若侦测电容器C18为高(HIGH)时，稳压二极管崩溃导通，使得第一开关元件Q14闸极上得到一电位，迫使第二开关元件Q13的闸极拉至零电位，使第二开关元件Q13通道D-S之间无法导通，即没有任何的能量从新增的高压辅助绕组Nb传递至维持电容C28(维持电容C28的电压由辅助绕组Na接管)。

以此种切换的方式来达到不管在轻载或是满载时控制器108都可以正常的工作，若是都以新增的高压辅助绕组Nb来供应控制器108的工作电压时，在较轻的输出负载在供应上都没问题，但是一旦输出负载加重时，新增的高压辅助绕组Nb所感应的电压会比传统式的辅助绕组Na电压来的高(因电压大小取决于线圈的圈数比值)，因此一旦输出负载在最重载时，维持电容C28上的电压很可能会超过控制器108工作电压的上限值进而造成控制器108的烧毁。

请参考图3-A到图3-C，为本实用新型第二实施例电路示意图。在第二实施例中的电路其与前述的第一实施例差异处在于该控制线路102取得负载讯号的来源。本第二实施例中控制线路102系透过一光耦合器204连接到二次侧电路20的一比较器202，该比较器202撷取该二次侧电路20的负载电流，并依据负载电流轻重，用以输出一负载讯号。

一旦输出的电流小至让维持电容C28上的电压供应不足以让控制器108工作正常时，比较器202会送一个负载讯号至光耦合器204，使一次侧控制线路102中的稳压二极管Z12无法崩溃导通，进而使第一开关元件Q14的通道D-S之间无法导通，以传送一HIGH的控制讯号到能量传输线路104，使第二开关元件Q13的通道D-S之间的导通，并由新增的高压辅助绕组Nb上接管维持电容C28上的电压，以得到足够的工作电压。若是负载电流大于某个程度且传统式辅助绕组Na所供应的电压也足够供应给控制器108时，则光耦合器204会输出负载讯号至一次侧控制线路102中的稳压二极管Z12，并使稳压二极管Z12崩溃导通，使维持电容C28上的电压只给原传统的辅助绕组Na接管。

以上所述仅为本实用新型最佳的具体实施例，但本实用新型的特征并不局限于此，任何熟悉该项技艺者在本实用新型的领域内，可轻易思及的变化或修饰，皆可涵盖在本案的专利保护范围。

Claims

1、一种切换式自我耦合辅助电源装置，使用于一电源供应器中，用来对一维持电容充电，以提供一控制器工作所需的电源，其特征在于包括有：

一控制线路，系取得一负载讯号，用以输出一控制讯号；

其中，当负载讯号为高负载或正常负载下，该辅助绕组上的电压系对该维持电容充电，当负载讯号为低负载下，该高压辅助绕组上的电压对该维持电容充电。

2、根据权利要求1所述的切换式自我耦合辅助电源装置，其特征在于：其中该控制线路透过一侦测电容连接到一功率因数修正器，该功率因数修正器依据电路负载轻重，用以输出该负载讯号。

3、根据权利要求1所述的切换式自我耦合辅助电源装置，其特征在于：其中该控制线路透过一光耦合器连接到二次侧电路的一比较器，该比较器撷取该二次侧电路的负载电流，并依据负载电流轻重，用以输出该负载讯号。

4、根据权利要求1所述的切换式自我耦合辅助电源装置，其特征在于：其中该控制线路由一稳压二极管、一电阻器及一第一开关元件连结组成。

5、根据权利要求1所述的切换式自我耦合辅助电源装置，其特征在于：其中该能量传输线路由一二极管、一第二开关元件及至少一电阻器连接组成。