TW201328152A - 輔助電源產生電路 - Google Patents

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Abstract

一種輔助電源產生電路，應用於一濾波電源電路，具有一第一穩壓電容器以及一以一第一二極體與該第一穩壓電容器連接的第二穩壓電容器，而以該第一穩壓電容器與該第二穩壓電容器形成一電容分壓電路。該第一穩壓電容器與該第一二極體之間的一第一連接點連接有一短路元件，以及一電流導通方向與該短路元件相反的第二二極體，該短路元件具有一控制端，並以該控制端與一第一稽納二極體連接，而該第一稽納二極體更連接有一適當阻值的第一電阻器，該第一電阻器更連接至該第二穩壓電容器及該第一二極體之間的一第二連接點。

Description

輔助電源產生電路
本發明係有關一種輔助電源產生電路，尤指一種得以提供適用於高壓側開關、控制LED照明的積體電路或控制馬達的積體電路所使用輔助直流電力的功率因數校正電路。
現今積體電路於通電運作時，除主要工作電源之外更需搭配至少一低電壓的輔助直流電力，然而為了在通電運作中取得上述輔助直流電力，一般積體電路皆會在積體電路內佈設一輔助電源電路，以產生輔助直流電力。
產生上述輔助直流電源的方法諸多，並對應各別電路的不同，有不同的實施方式。就例如供一控制功因校正電路(PFC)作動的積體電路的輔助直流電力，就有在扼流線圈內繞製輔助線圈的實施方式，利用扼流線圈於整流過程中的交流電源耦合出該輔助電源電路，並請參閱圖1，除上述實施例之外，亦有利用一電容器C與一橋式整流電路BD連接，藉由整流後之電源對該電容器C充電，而以該電容器C所充的電源形成該輔助直流電力。再者，一般積體電路中需以該輔助電源電路運作的控制用積體電路，其運作上僅需小電流的輔助直流電源，約莫數毫安培(mA)。但一般輔助電源電路所產生的該輔助直流電力通常具大電流，過大的電流除會產生不必要的耗損之外，更容易使上述控制用積體電路及其相關元件過熱。此外，若當電源輸入端(交流輸入端)產生大幅度的變化時，上述實施方式並無法確保該輔助直流電力的穩定。然而，雖然有專用於產生該輔助直流電源的積體電路(IC)，但上述積體電路仍然無法產生較小電流的該輔助直流電源，而超出安全規範。
本發明之主要目的，在於以簡易電路結構產生小電流的輔助直流電力。
為達上述目的，本發明提供一種輔助電源產生電路，應用於一具有一主工作電源輸出端以及一接地端的濾波電源電路，該輔助電源產生電路具有一與該主工作電源輸出端連接的第一穩壓電容器，而該第一穩壓電容器相對該主工作電源輸出端另端連接有一第一二極體，並以該第一二極體與一第二穩壓電容器連接，該第二穩壓電容器相對該第一二極體另端則連接該接地端，以該第一穩壓電容器及該第二穩壓電容器形成一電容器分壓電路，另一方面，該第一穩壓電容器與該第一二極體之間的一第一連接點連接有一具有一控制端於該控制端受導通與該接地端形成短路的短路元件以及一電流導通方向與該短路元件相反的第二二極體，該短路元件以該控制端與一第一稽納二極體連接，而該第一稽納二極體相對該短路元件另端連接有一適當阻值的第一電阻器，該第一電阻器相對該第一稽納二極體另端與該第二穩壓電容器及該第一二極體之間的一第二連接點連接。
於一實施例中，該濾波電源電路更包含有一填谷功率因數改善電路，而該第一穩壓電容則為該填谷功率因數改善電路所屬的構件之一，並自該填谷功率因數改善電路所具有的一第三二極體與該主工作電源輸出端連接。
於一實施例中，該濾波電源電路連接有一橋式整流電路，而該輔助電源產生電路則包含一與該橋式整流電路連接的抖動電路。更進一步地，該抖動電路包含有一連接於該第一穩壓電容與該主工作電源輸出端之間的第四二極體，一與該第四二極體及該橋式整流電路連接的第五二極體，一接設於該第四二極體與該第五二極體之間的一第三連接端的阻抗電路。具體說明，該阻抗電路可為一電感器以及一與該電感器串接的電容器所構成。
透過本發明所揭電路組成，相較於習用實施方式具有以下特點：
  1. 產生電流值小的輔助直流電力。
  2. 不受外部交流電力源變化影響，仍可穩定輸出。
有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：
請參閱圖2，本發明輔助電源產生電路，應用於一濾波電源電路中，該濾波電源電路連接一接受外部交流電力源進行電力轉換的橋式整流電路BD1，具有一輸出主工作電力的主工作電源輸出端PL1以及一接地端GND。該輔助電源產生電路則具有一與該主工作電源輸出端PL1連接的第一穩壓電容器C1，該第一穩壓電容器C1相對該主工作電源輸出端PL1另端連接有一第一二極體D1，且以該第一二極體D1與一第二穩壓電容器C2連接，該第二穩壓電容器C2相對該第一二極體D1的另端則連接該接地端GND，該第一穩壓電容器C1與該第二穩壓電容器C2形成一電容器分壓電路。另一方面，該第一穩壓電容器C1與該第一二極體D1之間的一第一連接點P1連接有一短路元件S1以及一電流導通方向與該短路元件S1相反的第二二極體D2。該短路元件S1具有一控制端P2，該控制端P2受導通驅使該短路元件S1與該接地端GND形成短路，而該短路元件S1可進一步選自由一矽控整流器(Silicon-Controlled Rectifier，SCR)、一晶閘管、一可程式單接電晶體(Programmable unijunction transistor，PUT)、一單接電晶體(Unijunction transistor,UJT)所組成群組的其中之一或組合。該短路元件S1以該控制端P2連接一第一稽納二極體D3連接，而該第一稽納二極體D3相對該短路元件S1另端連接有一適當阻值的第一電阻器R1，該第一電阻器R1則相對該第一稽納二極體D3另端與該第二穩壓電容器C2及該第一二極體D1之間的一第二連接點P3連接。
更具體說明，並請參閱圖3，該濾波電源電路進行電力轉換後，經其所轉換的電力仍具有一定的漣波電壓，而本發明該輔助電源產生電路即是利用該漣波電壓產生輔助電源，該橋式整流電路BD1整流輸出，於該橋式整流電路BD1所輸出波形即抵波峰時，對該第一穩壓電容C1進行充電，並經該第一二極體D1對該第二穩壓電容C2充電，而該第二穩壓電容器C2所充電力即形成一輔助直流電力，並經一輔助工作電源輸出端PL2輸出該輔助直流電力。該第二穩壓電容器C2電壓逐漸上升，超過該第一稽納二極體D3的工作電壓時，該第一稽納二極體D3自該第二穩壓電容器C2取得驅動電流，使該短路元件S1導通，該第二穩壓電容器C2無法進行充電。也就是說，該第二穩壓電容器C2所充電力受該第一稽納二極體D3的工作電壓限制，形成穩壓。另外，該第二二極體D2係於該第一穩壓電容器C1放電時，供電流經該第二二極體D2流過。此外，為避免短路元件S1導通時，該第二穩壓電容器C2的電壓仍然持續升高，可進一步於該第二穩壓電容器C2與該輔助工作電源輸出端PL2之間連接一第二稽納二極體D4，以該第二稽納二極體D4更進一步限制該輔助直流電力的電壓值，較佳地，該第二稽納二極體D4的工作電壓高於該第一稽納二極體D3的工作電壓。
再者，由前述可以知道，本發明主要利用漣波電壓進行實施，實際上是以該第一濾波電容C1與該第二濾波電容C2對該漣波電壓進行分壓，因此，僅需於電路佈設過程中，知道連接該主工作電源輸出端PL1的一主工作負載RL1所耗費的電流，即可以知道該漣波電壓的大小。另一方面，當該第一濾波電容C1具有漣波電壓時，該第二濾波電容C2同樣經該第一二極體D1具有另一漣波電壓，也就是說，該濾波電壓的電壓即為該第一穩壓電容器C1與該第二穩壓電容器C2的分壓值。因此，若欲產生電壓較小的該輔助直流電力即可使該第二穩壓電容器C2的容值增加，反之，若欲產生電壓較大的輔助直流電力則可使該第二穩壓電容器C2的容值減少，以獲得所預期電壓值的輔助直流電力。雖然該第二穩壓電容C2同樣受該濾波穩壓電源電路的漣波電壓影響而產生漣波，但透過本案結構縱使該外部交流電力源產生較大的變化，仍然可以產生穩定的輔助直流電力供作運作。
復請參閱圖4，由上述可知該短路元件S1有多種實施態樣，於圖4實施例中該短路元件S1進一步為一電晶體Q1，以該電晶體Q1實施可以避免該短路元件S1於嫁動過程中所產生的雜訊以及寄生振盪所衍生的問題。並請參閱圖5，該第二二極體D2與該接地端GND之間可進一步穿接一第二電阻器R2，以緩和該短路元件S1於稼動過程中的電壓變動，而此實施例中僅以電阻器的實施方式進行舉例，但並不以此為限，亦可串接一線圈產生相同功效。並請參閱圖6，除上述實施態樣之外，該短路元件S1亦可為一場效應電晶體Q2(Field effect transistor，FET)，藉場效應電晶體結構中的逆向二極體取代該第二二極體D2，甚至是無需額外串接電阻緩和稼動過程中的電壓變化。
請參閱圖7以及圖8，於此實施例中，該濾波電源電路更可以包含一填谷(Valley Fill)功率因數改善電路，而該第一穩壓電容器C1則進一步為該填谷功率因數改善電路中所屬的構件之一，並自該填谷功率因數改善電路所具有的一第三二極體D5與該主工作電源輸出端PL1產生連接。本發明所揭電路組成，可進一步搭配該填谷功率因數改善電路產生更為實用的輔助電源產生電路。此外，有關於該填谷功率因數改善電路的相關實施可以從日本新型公報第1982-130542號得知。復請參閱圖1，並請參閱圖9，於前述先前技術中提及習用結構的實施方式，習用電路組成雖可以在交流90V~110V的電壓範圍內獲得穩定的輔助電源產生電路，但本案所揭電路則可以於交流25V~120V的範圍內產生穩定的輔助直流電力。
請參閱圖10，本發明該輔助電源產生電路可進一步具有一抖動(Dithering)電路Di，該抖動電路Di一般是用來改善功率因數，而本發明中該抖動電路Di則主要是用來使該橋式整流電路BD1所輸出的電力得以持續。該抖動電路Di的實施方式諸多，於此實施例中，該抖動電路Di包含有一第四二極體D6、一第五二極體D7以及一阻抗電路Z，該第四二極體D6分別與該第一穩壓電容器C1及該主工作電源輸出端PL1連接，該第五二極體D7則與該第四二極體D5及該橋式整流電路BD1連接，而該第四二極體D6與該第五二極體D7之間具有一第三連接端P4，該阻抗電路Z則連接該第三連接端P4而介於該第四二極體D6以及該第五二極體D7之間。並請參閱圖11，該阻抗電路Z連接有一交流電源PS1，並將該交流電流導於該第四二極體D5與該第五二極體D6之間，該交流電流可進一步為一驅動變頻電路的金氧半場效應電晶體的汲極電流，而於此實施例中該阻抗電路Z為一電感器L1以及一與該電感器L1串接的第一電容器C3所構成，但並不以此為限，亦可以一升壓變壓器進行實施。此外，亦可省略一二極體元件等。藉該抖動電路可使流過該橋式整流電路BD1的電流持續流動，進而可以避免本案電路應用於一三極交流開關(TRI-ELECTRODE AC SWITCH，TRAIC)調光器時，該三極交流開關異常關閉。更可以使該三極交流開關產生平滑的調光效果，且即使該三極交流開關的電壓較低，本案該輔助電源產生電路仍可以有效產生輔助直流電源。
綜上所述，本發明應用於一濾波電源電路中，具有一第一穩壓電容器以及一以一第一二極體與該第一穩壓電容器連接的第二穩壓電容器，而以該第一穩壓電容與該第二穩壓電容形成一電容分壓電路。該第一穩壓電容器與該第一二極體之間的一第一連接點連接有一短路元件，以及一電流導通方向與該短路元件相反的第二二極體，該短路元件具有一控制端，並以該控制端與一第一稽納二極體連接，而該第一稽納二極體更連接有一適當阻值的第一電阻器，該第一電阻器更連接至該第二穩壓電容器及該第一二極體之間的一第二連接點。藉上述結構以產生穩定輸出且電流小的輔助直流電力。
以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明之一較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。
BD．．．橋式整流電路
BD1．．．橋式整流電路
C．．．電容器
C1．．．第一穩壓電容器
C2．．．第二穩壓電容器
C3．．．第一電容器
D1．．．第一二極體
D2．．．第二二極體
D3．．．第一稽納二極體
D4．．．第二稽納二極體
D5．．．第三二極體
D6．．．第四二極體
D7．．．第五二極體
Di．．．抖動電路
GND．．．接地端
L1．．．電感器
P1．．．第一連接點
P2．．．控制端
P3．．．第二連接點
P4．．．第三連接端
PL1．．．主工作電源輸出端
PL2．．．輔助工作電源輸出端
PS1．．．交流電源
Q1．．．電晶體
Q2．．．場效應電晶體
R1．．．第一電阻器
RL1．．．主工作負載
RL2．．．輔助電源負載
S1．．．短路元件
Z．．．阻抗電路
圖1，習用輔助電源產生電路之電路示意圖。
圖2，本發明輔助電源產生電路第一實施例之電路示意圖。
圖3，本發明輔助電源產生電路第一實施例之漣波電壓波形示意圖。
圖4，本發明輔助電源產生電路第二實施例之電路示意圖。
圖5，本發明輔助電源產生電路第三實施例之電路示意圖。
圖6，本發明輔助電源產生電路第四實施例之電路示意圖。
圖7，本發明輔助電源產生電路第五實施例之電路示意圖(一)。
圖8，本發明輔助電源產生電路第五實施例之電路示意圖(一)。
圖9，本發明輔助電源產生電路第六實施例之電路示意圖。
圖10，本發明輔助電源產生電路第七實施例之電路示意圖(一)。
圖11，本發明輔助電源產生電路第七實施例之電路示意圖(二)。
BD1．．．橋式整流電路
C1．．．第一穩壓電容器
C2．．．第二穩壓電容器
D1．．．第一二極體
D2．．．第二二極體
D3．．．第一稽納二極體
D4．．．第二稽納二極體
GND．．．接地端
P1．．．第一連接點
P2．．．控制端
P3．．．第二連接點
PL1．．．主工作電源輸出端
PL2．．．輔助工作電源輸出端
R1．．．第一電阻器
RL1．．．主工作負載
RL2．．．輔助電源負載
S1．．．短路元件

Claims (8)

  1. 一種輔助電源產生電路，應用於一具有一主工作電源輸出端以及一接地端的濾波電源電路，其特徵在於：
    　　具有一與該主工作電源輸出端連接的第一穩壓電容器，而該第一穩壓電容器相對該主工作電源輸出端另端連接有一第一二極體，並以該第一二極體與一第二穩壓電容器連接，該第二穩壓電容器相對該第一二極體另端則連接該接地端，以該第一穩壓電容器及該第二穩壓電容器形成一電容器分壓電路，另一方面，該第一穩壓電容器與該第一二極體之間的一第一連接點連接有一具有一控制端於該控制端受導通與該接地端形成短路的短路元件以及一電流導通方向與該短路元件相反的第二二極體，該短路元件以該控制端與一第一稽納二極體連接，而該第一稽納二極體相對該短路元件另端連接有一適當阻值的電阻器，該電阻器相對該第一稽納二極體另端與該第二穩壓電容器及該第一二極體之間的一第二連接點連接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述輔助電源產生電路，其中，該濾波電源電路更包含有一填谷功率因數改善電路，而該第一穩壓電容器則為該填谷功率因數改善電路所屬的構件之一，並自該填谷功率因數改善電路所具有的一第三二極體與該主工作電源輸出端連接。
  3. 如申請專利範圍第2項所述輔助電源產生電路，其中，該濾波電源電路連接有一橋式整流電路，而該輔助電源產生電路則包含一與該橋式整流電路連接的抖動電路。
  4. 如申請專利範圍第3項所述輔助電源產生電路，其中，該抖動電路包含有一連接於該第一穩壓電容器與該主工作電源輸出端之間的第四二極體，一與該第四二極體及該橋式整流電路連接的第五二極體，一接設於該第四二極體與該第五二極體之間的一第三連接端的阻抗電路。
  5. 如申請專利範圍第4項所述輔助電源產生電路，其中，該阻抗電路為一電感器以及一與該電感器串接的電容器所構成。
  6. 如申請專利範圍第1項所述輔助電源產生電路，其中，該濾波電源電路連接有一橋式整流電路，而該輔助電源產生電路則包含一與該橋式整流電路連接的抖動電路。
  7. 如申請專利範圍第6項所述輔助電源產生電路，其中，該抖動電路包含有一連接於該第一穩壓電容器與該主工作電源輸出端之間的第四二極體，一與該第四二極體及該橋式整流電路連接的第五二極體，一接設於該第四二極體與該第五二極體之間的一第三連接端的阻抗電路。
  8. 如申請專利範圍第7項所述輔助電源產生電路，其中，該阻抗電路為一電感器以及一與該電感器串接的電容器所構成。
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