TW200937828A - Electricity -extraction circuit of AC/DC converter take - Google Patents

Description

200937828 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是麵-種交直流轉鋪的取魏路，制是—種只 -在交錄人電觀於―賊的參考賴時才導賴關元件，並且 •將錢輸出電壓_在—敎之錢偏壓範_交直猶換器的 取電電路。 【先前技術】 〇 傳統的交轉錢的電源雜g (AC/DC c_ert啦採用隔 離式分壓的設計，將Ac電源與签流器麵合之後，再利用外部變 壓器將高·的交流電源轉換為低電壓的直流電源，用以提供低 電壓的直流電源器件使用，但是外部變壓器的體積較大，無法滿 足小型化的需求；後來低壓差穩壓器(L0W Dropout Re細迦， 這類的線_顧被提出_轉決上義_，但是LD0在開 ❹關元件(swltch)上的損耗容易造成轉換效率不佳的問題。 力耗的降低與轉換效率的提升，是當前小型化交流轉直流 =)電源健錢最重制社核錢題，由本發明專利申 :人提出而且在台灣已核准公_嶋迎號無賴器式交/直 *轉換電路，提出了—種可以輸出穩定之恒電流的無魏器式交/ f流轉換電路’以_於發光元件(如發光二極體LED)這類需要 —穩定之供應電流的負载器件’其中所揭露的技術手段是利用電 流開關電路來達龜制錄電流於—穩定顧之目的，其中的控 2電路主要是依據控制電路之輸出與輸入的電位差決定電流開關 包路之開/關(ΟΝ/OFF)動作，當電位差低於一預設值，即開啓負载 200937828 電流’當電位差高於-倾值，即關負載電流，藉 負載電流的功效。 制 另外在已核准公開的美國專利us. Pat 6,169,391 Βι，其中也 .揭露了一種無變壓器式交/直流轉換電路，其中揭露了—種控制電 路可以具備類似線性穩壓器的功能用以限制直流電源的輪出電 壓，其中的控制電路具有-感測電路(麵ingcircuit)用以檢知六法 ❹電源的輸入電壓Vin，並且依據輸入霞Vin的高低來控制開ς 兀件的開/關(on/off);而其中的感測電路係由二個串聯的分壓電 阻，以及-個串聯在前述分壓電阻的稽納二極體所組成，但:、言 樣的電路設計顯然較為複雜。 疋思 【發明内容】 上本發明的目的之-在提供一種可以降低開關元件之功率損耗 的父直流轉換器的取電電路。 依據本發明陳佳實施例之-，包含：-整流H、-感應電 ❹路、-控綱關電路和—穩壓電容；整流器的—次她合連接至 交=源’用以將交流電源轉換為直流電源，感應電路係連接於 整流盗的二次側，用以檢測交流電源的交流輸入電壓，並在交流 ，入书壓低於-預設的參考輕(Vre㈣·测關電路中的 第-開關兀件，用以提供一低電壓的直流輸出電壓，並藉由控制 開關電路將直流輸出輕轉在—個穩定的直流賴範圍；換言 之依據本發明的較佳實施例，只允許交流輸入電堡低於一預設 的> 考電壓％導通第二開關元件，反之在交流輸人電虔高於一預 »又包壓4則會關閉第二開關元件，由於在第二開關元件開啟(導通） 200937828 的時候輸入與輪出之電位 率損耗的功效。 差小，故能達到降低第 二開關元件之功 本發θ的目的之―在提供—觀路構 的取電電路^依摅太狢昍]日]又罝仙·轉換盎 的較佳實施例之―，包括：-整流哭、

一感應電路、一批在，丨鬥明+A 电岭㈣開關電路和—穩壓電容 有-分墨電路及第―pm Μ /、Τ的感應電路具 嫩亩^ 糊7^件’利用分壓電路取得整流器之二次 Ο 側之直k電源的直流分壓， 電壓比較，當直〜巧鍾關元件的導通 在敫q A 叫通電壓小，卿—_树關閉，並 、^“一人側之直流電源的直流電壓低於預設之參考電壓時導 通弟二開關元件，反之在敕A DO _ ' 奋土 正机盗之二二人側之直流電源的直流電壓 一駄之參考電壓時，關閉第二開關元件。 。。的ίϊ明的目的之—在提供—種可以實現積體化的交直流轉換 =Γ路。依據本發明的較佳實施例之―，其中的第一開關 讀和第二_元件皆可·轉體製織術製造，因此可以實 現電路積體化之目的。 有關本發明謂細特徵與難實翻，脑合目轉細綱 如下、’ ^内容；i以使任何熟f相關技藝者了解本發明之技術内容 並據以只施’且根據本說g月書所揭露之内容及圖式，任何孰習相 關技藝者可輕祕卿本發购關之目的及賴。‘ 【實施方式】 本發明以下列舉之實__於說明本發明之目的轉佳的 貫施例，並非用以限制本發明之範圍。 首先π參閱「第1圖」’其巾揭示了本發明之—較佳實施例的 200937828

電路架構’用以將交流電源(AC)10之高電壓的交流輪入電屋AC

Vin轉換為低電壓的直流輸出電壓DC v〇ut，而從一低電壓之直节 電源輸出知42輪出能穩定在一直流偏壓範圍的直流輪出電壓 V〇Ut’以提供低電壓的直流電源器件11(如積體電路，小型電子產 品)一種能穩定在一直流偏壓範圍的負載電壓，其電路架構包括. 一整流器(rectifler)2〇 ’整流器20的一次側耦合連接於交流電 源(AQ10，*在整流器2〇的二次側輸出一直流電源％，這個整 ©流器20可以選用橋式全波整流器或是橋式半波整流器； -感應電路30，具有-分壓電路31和—第—開關元件 ㈣ch)Ql，其中分墨電路31 _合於整流器、2()的二次側，用以取 得二次側之直流電源的直流分壓，第—簡元件^具有—控制 接點la ’ -輸入接點lb和一輸出接點lc，其中的輸出接點I接 地，而控制接點la與分壓電路31連接，用以將直流分壓 開關元件Q1的_電壓比較，#錢分壓低科通電壓 @ 一開關元件Q1保持關閉； 、 一賺·轉4G，具有n阻R3、第二_元件Q 和-第-穩壓元件w(可採用例如但不限於稽納二( 齡)’第二着元件Q2具一控制接點2a，一輸入接點^口一 輸出接點2c ’弟一開關开杜W λ _赠Q2❸輪入接點2b連接前述整流哭 的二次側，控制接點9a@ ’口 _元件Q1的輸入接黑 王々丨L抑〜次侧之直流電源的直流電壓低於預$之炎 考電壓vrcf時導通第二删 〇 ^I之多 直流電源DC由輸出接點2 而將整流器2〇之二侧 I占及运至控制開關電路奶的直流電源輕 200937828 ’用以輸出—直流輪出電壓沈⑽，而這個直流 ㈣伽帽位準觸_穩㈣件w娜㈣ ^ 被箝制之第一穩壓元件41的電壓位準；以及 -; 60 ’翻電容器6〇的一端連接控制開關電路 4〇的直流電源輸出端42，穩屋電容器60的另-端接地，用 供-種能穩定在-直流偏__直流輸出電M dc v⑽， ❹ 給低電壓的直流電源器件n所需的負载链。 、 依據前述「第1圖」之電路_，本發贿㈣種具體 路實施範例說明如下。 電 「第2Α圖」和「第2ΒΚ」揭示了第一種相同的具體電路實 施範例’其中「第2Α圖」的整流器20是使用橋式全波整流器， 而「第2Β圖」則是使用橋式半波整流器。下文以「第2α圖」為 例子作說明，第一開關元件Q1和第二開關元件卩2，則是使用功 率型的金氧半導體場效電晶體(Metal 0xide Semie()nduetOT; © MOS)，而較佳實施例可為N型金氧半導體場效電晶體 (N-M0SFET)，由於N-M0SFET可利用半導體製程製作，故可利 用半導製程技術製作本發明的交直流轉換器的取電電路，以達到 積體化之目的。其中的分壓電路31包括有彼此串聯的第一電阻 R1和第二電阻R2，其中第一電阻R1的一端連接整流器2〇的二 次側，第一電阻R1的另一端連接第二電阻R2和第一開關元件 Q1的閘極(gate)G，第二電阻R2的一端連接第一電阻R1和第一 開關元件Q1的閘極，第二電阻R2的另一端和第一開關元件卩工 的源極S皆接地’簡言之，感應電路30係依據交流輸入電壓ac 200937828 $2A圖」中的控制開關電路4〇,具有-第三電阻rs， 弟二電阻R3的-端連接整流器2〇的二次側，第三電阻汜的另 ❺ 端連接f關轉Q1的祕離刪和第—穩壓元件Μ的 丢極，可防止過大的電流損壞控制開關電路40的第一穩壓元件 穩壓元件41的陽極接地，第二開關祕Q2的閘極(gate)G 連接弟-開關it件Q1的祕及第_穩壓元件41的陰極，第二開 關几件Q2的没極D連接整流器2〇的二次侧，而第二開關元件 Q2的源極S(S〇urCe)則連接直流電源輸出端42。 第2A圖」電路的動作說明：當直流分壓大於第一開關元 件Q1的導通電㈣，第一開關元件φ _極-源極將產生正向 偏壓，而使第一開關元件Q1呈開啟㈣狀態，換言之第一開關元 ❹^ Q1將會導通，此時的第—穩壓元件^將處於—個低電位的狀 匕、因此第二開關元件Q2將無法開啟，而不會將整流$ %之二 二侧的直流電源DC提供給直流電源輸出端42。反之，當直流分 壓小於第-開關元件Q1的導通電壓，第一開關元件切將關閉 (〇fi)而具有箝制電壓功能的第一穩壓元件的電麗位準逐漸升 间並且在整流益20之二次側之直流電源的直流電壓低於預設之 參考電璧Vref時導通第二開關元件Q2，而在直流電源輪出端42 輸出一低電壓的直流輸出電壓DCV〇ut，而這個直流輸出電壓〇匸 Vont的電墨位準也會被第—穩壓元件^箱制⑻㈣，並低於被箝 200937828 制之第一穩壓元件41的電壓位準。 「第3A圖」和「第3B圖」分別是前「第2A圖」和「第2B 圖」另一種貫施範例，在「第3A圖」的實施範例中還包括有一 第一穩壓元件44(可採用例如但不限於稽納二極體(Zener Diode))，第二穩壓元件44的陰極連接第一開關元件Qi的閘極 (gate)G，第二穩壓元件44的陽極則接地，透過這個第二穩壓元件 44的箝壓(clamp)作用，將可以箝制施在第一開關元件qi之閘_ 源極之間的電壓位準’以保護第一開關元件Q1 $會因為過大的 交流輸入電壓而損壞。 「第4A圖」和「第4B圖」分別是前述「第3A圖」和「第 3B圖」的另-種實施範例’在「第4A圖」中的第一開關元件以 和第二開關元件Q2皆使用雙極性電晶體(Bi_p〇lar transistor ; BJT)，第二元件44串連於分壓電路3i和第一開 關兀件Q1(雙極性電晶體)的基極(Base)之間，用以保護第一開關 〇元件Q1不會因為過大的交流輸入電壓而損壞。

而在本發明的另-較佳實施範例中，也可以將前述「第4A 圖」和「第4B圖」中的第二開關元件q2改㈣型金氧半導體場 效電晶體(N-M0SFET) ’其電路圖分別如「第5A圖」和「第5b 圖」所示0 而在本發明的另-較佳實施範例中，也可以將前述「第3A 圖」和「第3B圖」中的第二開關元件Q2改為雙極性電晶體 junction transistor ; BJT)，其電路圖分別如「筮

圖」所示。 弟A圖」和「第6B 11 200937828 依據本發明上述所揭露的交直流轉換n的取電電路，可以直 接使用於一般的市電電鐵如頻率5〇飾的抓驅c 以將高刪交流輸人電壓AC V_為低電 ，的=輸_ Dc ν_，其中參考電源的參考電遷^係作 ^疋疋否開啟(導通〕或是關閉(不導通读：開關元 預 ❹ ❹ (R )/R2,而父流輪入電璧ACVin和直流電源輪 的電厂堅電流關係曲線圖請參閱「第7圖」（係以「第从圖」中: :式全波整流器20之之電路為例作一說明），其 係 =關元件Q2之祕獅 7GDC V為例，當直流分Μ大於第一_元件Q1的 ㈣输麟，豪開關元件 田*刀望小於弟一開關兀件⑺㈣通電塵時，第一開 < Q1則為關閉狀態，此時施加在 v :漸_至第，元…二=::= 第=彳之^電源的直流麵低於預設之參考恤時紐 ’而―_、輪出端42輸出—低電墨的直流 Vout，而這個直流輪出賴％⑽的電 件41舞㈣，嫩蝴㈣—顏元件 維持軸42的卿電壓—t 根據前述的實施例說明，可以瞭解本發明所提出的交直流轉 12 200937828 換器的取電電路只允許交流輸入電壓AC Vin在低於預設之參考 電;C Vref 4才開啟(導通)第二開關元件q2，反之在交流輪入電壓 AC:超過預設之參考電壓制時，第二開關元件Q2將處於關 閉狀恶，其優點是在第二開關元件Q2開啟(導通)的時候輪入祕 差小，可以減少開關元件的功率損耗，另一方面，去― • Q2開啟(導通)時’直流輸出電壓％ v⑽的電壓二 d弟~麵元件41 _並低於被符 〇 電壓位進，品任+ 偽您疋件41的 圍。而使錢細 IX：偏維在-個软麵偏麗範 【圖式簡單說明】 施例電轉構為树批交直流藤_取電魏的―種較佳」 實施轉議取㈣的、 取電電路的1較， 第3A圖1為本發明之交直流轉換器的取電電 實施例構造(使用橋式全波整流器）。 電路的1 第3B圖’為本發明之交直流轉換器 實施^構造(使用橋式半波整流器）。 電路的〜種. 4A圖，為本發明之交直流轉換器的取電 實施觸部㈣橋紅毅g)。 A路的~ 第4B圖’為本發明之交直流轉換器的取電電路的 200937828 實施例構造(使用橋式半波整流器）。 第5A圖，為「第4A圖」的一種較佳實施例構造(使用播式 全波整流器）。 弟犯圖’為「第犯圖」的一種較佳實施例構造(使用橋式 半波整流器>。 第6A圖’為「第3A圖」的一種較佳實施例構造(使用橋式 全波整流器;)。 、、第,6B圖為弟3B圖」的一種較佳實施例構造(使用撟式 第7圖’顯示交流輸入電壓AC Vin和直流電 的電壓電流關係，以及第—開關元件和第二開關元件 【主要元件符號說明】 源輪出端之間 10 · 11 ♦ ❿ 20 . 30 · .· ·交流電源(AC) •.直流電源器件 ••整流器(rectifiei^) .· ·感應電路 31 . 40 · · 41· · 42 · · 44 · · 60 · · ACVin -·分壓電路 ·*控制開關電路 .·第一穩壓元件 ..直流電源輪出端 ·.第二穩壓元件 .·穩壓電容器 乂流輸入電壓 200937828 DC Vout.....直流輸出電壓 G.....閘極(gate) S.....源極(source) D.....沒極(drain) R1.....第一電阻 ' R2.....第二電阻 R3.....第三電阻 ❹ Q1.....第一開關元件(switch) la.....第一開關元件的控制接點 lb.....第一開關元件的輸入接點 lc.....第一開關元件的輸出接點 Q2.....第二開關元件(switch) 2a.....第二開關元件的控制接點 2b.....第二開關元件的輸入接點 ❹ 2c . . · . ·第二開關元件的輸出接點 V ref.....蒼考電壓 DC.....直流電源 15

Claims (1)

1. 200937828 十、申請專利範圍： 1. 一種交直流轉換器的取電電路，將來自一交流電源(AC)之高電 壓的交流輸入電壓轉換為低電壓的直流輸出電壓，包括有： . 一整流盗，該整流器的一次側耦合連接於該交流電源 (AC)，而在該整流器的二次側輸出一直流電源； 一感應電路，具有一分壓電路和一第一開關元件，該第一 ❹ 關70件具有—控織點，-輸人接點和-輸出接點，該輪出 接點接地，該分壓電路輕合於該整流器的二次側用以取得該二 -人侧之直流電源的直流麵，並將該直流分壓連接至該第一開 關元件的控制接點’當該直流分壓小於該第—_元件的導通 電壓時該第一開關元件關閉； 一 -控侧難路’具有—第三電阻、—第—稽納二極體和 一第二開關元件’該第二_树具有—控制接點…輸入接 ❹ ^—如接點，該第三電_ —端連接於該整流器的二次 二=阻的另一端連接於該第一開關元件的該輸入接點 =弟-稽納二極體的陰極’該第一稽納二極體的陽極接地， “弟一_轉的雜難點連接該第— =及該第-稽納二極體的陰極，該第二開關元件的 點連接該整流器的二次例， 接 接輔_林的該輪出接點連 接原輪出端，並在該整流器二 流電壓低於一〜 直伽電源的直 L电&低於考電料導 該整雜之二次側之直&㈣^ 件，反之在 j之直机電源的直流電壓高於該 電麼時，關閉該第二開關元件，·以及 …預叹之茶考 16 200937828 件_一1 ，該碰1容叫於該第二開關元 ^該輪出接點，該穩壓電容器的另—端接地。 第1項所述之交錢轉換器的取電電路，其中 該整流益可為橋式全波整流器。 八甲 ::!Γ圍第1項所述之交直流轉換器的取電電路，其中 該整流盗為可橋式半波整流器。 八甲 4·如申請專利範圍f丨項所述之 η 該分壓電路包括彼此串聯的—第_電=取:電路， 電阻的-端連接於該整流器的二次 ^ ’該弟一 接於該第二電阻和該第一 了 的-端連接於該H阻和μ ρ該控制接點該弟二電阻 5第二電阻的另_端接:。0卜開關元件的該控制接點，該 Ο 3專利域帛4項所叙交錢轉換糾 歲弟—開關元件和該第一州_扯 懸(n_sfet)。 料㈣錄半物場效電晶 更包乾圍第1項所述之交直流轉換器的取電電路，其中 第B第一稽納一極體’該第二稽納二極體的陰極連接該 用以*1兀件的該控制接點，該第二稽納二極體的陽極接地， 7. =，在該第一開關元件之電壓位準。 該第〜專_圍第6項所述之交直流轉換器的取電電路，其中 該第_ J^l7L件為N型金氧半導體場效電^CNMOSFFT)， 8. 如申;；ΓΓ為為雙極性電晶體(航）。 利圍第1項所述之交直流轉換器的取電電路，其中 π η 200937828 該第開關元件和該第二開關元件為雙極性電晶體师^)。 9·如申鱗利範圍第δ項所述之交直流轉難眺電電路，其中 該第-_元件與該分壓電路之間更具有—第二穩壓元件，用 以保護該第-開·件不會因為過大的交流輸人電壓而損壞。

   10. 如申睛專利範圍第i項所述之交直流轉換器的取電電路，龙中 該第i關元件為雙極性電晶體_，該第二開關元件為為以 型金乳半導體場效電晶體(N_M0SFET)，該第一開關元件與該 刀壓電路之間更具有一第二穩壓元件，用以保護該第一開關元 件不會因為過大的交流輸人龍而損壞。 11. 種以^導體製程製成的積體化交直流轉換器的取電電路，可 將2自-父流電源(AC)之高電_交流輸人電壓轉換為低電壓 的直流輸出電壓，包括有： -整流器，該整流器的—次_合連接於該交流電源 ()，而在該整流II的二次側輸出_直流電源； 一感應電路’具有一分麼電路和一第一開關元件 •接點接地’該分㈣路給於該整流_二次細以取得該二 _人側之直流電源的直流分遷，並將該直流分觀接至 =件的控雛點，當該直流錢小於該第—關元偏H 電昼時該第—《元件_ ; -控制開關電路，具有一第三電阻、一第一稽納二極體和 開闕元件，該第二觸元件具有—控制接點， ，，场-輪出接點，該第三電阻的—端連接贿整流 ， 18 200937828 側，該第三電阻的另—端連接於該第—— 和該第-稽納二極_陰極， ^件的該輸入接點 ❹ 該第二開關元件的該控制接點連接該;= 二 接點及該第—稽納二極體的陰極弟：關赠的該輸入 點連接該整流器的二次側，而該第開關元件的該輸入接 接於該直流電源輪出端，並在該整“二愤輪出接點連 流電屢低於-_之參考直=電源的直 該整流器之二次侧之直流魏 辑，反之在 電屋時，關閉該第二開關元件；以及向於該預設之參考 一穩屢電容器，該稃壓 12件的_接點’該於該第二開關元 中該整流器路，其 ❹ 13.如申請專利範園第 中該整流器為可橋式半波二器’奐器的取電電路，其 14·如ΐ請專概_ u項述直* ^觀包括彼此串聯的_；====: ===：：整物二次側 阻的一端連胁:弟;'開關元件的該控制接點，該第二電. 點，該第二電阻和該第—開闕元件的該控制接 軸剛路，其 轉為N型金氧料體場效 19 200937828 電晶體(N-1V10SFET)。 16. 如申請專利範圍第^項所 中更包括有-第二稽納二_交直流轉換11的取電電略，其 該第一開關元件的該控制接點抑二稽納二極體的陰趣連接 地’用以箝制施在該第一開關=第二稽納二極體的陽_ 17. 如申請專利範圍第16項所述之1位準。 ❹ 中該第一開關元件為N又直流轉換器的取電電略，发 WET)，該第二=半導體場致電晶徵 18. 如申請專利範圍第U項所述之為▲為古雙極性電晶體(断）。 中該第1關元件和該第^直流轉換11的取電電路，其 19. 如申物_㈣酬 中該第1關元件舆該分壓電路直之^換;的取電電略，其 件’用⑽護該第-開關元件不备因為t具f 一二二穩壓元 損壞。 s 口為過大的交流輪人電壓而 20 ·中如該申第2=圍第11 叙交直鱗換ϋ的㈣電路，其 Ν型錢件树錄電晶體(肌)，_二卩元件為為 ,+ V體場效電晶體(N-M0SFET)，該第一 _ _，、，、為 該分壓電路之間更具有一第二元件，用二件與 凡件不會因為過大的交流輸入電壓而損壞。…Μ開關 20