TW201640767A - 過電壓保護模組及具有該保護模組的電源供應器 - Google Patents

Abstract

一種過電壓保護模組及具有該保護模組的電源供應器，電源供應器包括交流電接收模組、整流濾波模組、變壓模組及過電壓保護模組，過電壓保護模組包括監控單元、控制單元及切換單元，監控單元是電性耦接整流濾波模組，供接收整流濾波模組整流後的一交流電壓及，以及接收一比較電壓，並供比較交流電壓與比較電壓的差異程度，當監控單元比較交流電壓超過比較電壓時，由控制單元產生一過電壓保護訊號，切換單元依據接收到的過電壓保護訊號，停止變壓模組進行交流電壓的電壓調變與輸出。

Description

過電壓保護模組及具有該保護模組的電源供應器

本發明是有關一種過電壓保護模組及具有該保護模組的電源供應器，尤其是可供保護電源供應器的一次側電路的過電壓保護模組及具有該保護模組的電源供應器。

電源供應器是電器設備中經常使用的電壓調變裝置，是由電源供應器的一次側接收供應電壓，並利用電磁感應原理進行調變，再由二次側輸出調變後的電壓，以提供後端的電器設備所需的驅動電壓。

但是，在較為偏遠的地區，所供應的電壓有時會不穩定，若是供應電壓突然變高，超過電源供應器及電器設備所能承受的電壓負載，輕則造成電源供應器及電器設備的損壞，嚴重時甚至會因為電器短路而引發火災，對生命財產造成嚴重的威脅。

然而，目前為能有效避免電器設備受到突然產生的過高電壓之影響，最常見的方式，是在電器設備接收電壓的元件當中，增設一組例如保險絲開關的過高電壓，如此一來，便可避免電器設備直接的接收過高電壓而造成損壞。

但是，這樣的保護電路僅只能保護電器設備，對 於電源供應器而言，仍然有損壞及短路的風險。而目前對應的解決方式，則是在電源供應器的二次側增設保護元件，但這僅只能保護電源供應器的二次側電路及接受驅動電壓的電器設備，電源供應器的一次側電路仍處在會有損壞及短路的高風險中。

因此，如何設計出一種有效保護電源供應器的一次側電路，使得二次側電路及後端連接的電器設備也同時能受到保護，將會是本案所要重視的問題焦點。

本發明之一目的在提供一種可有效保護電源供應器的一次側電路的過電壓保護模組。

本發明之另一目的在提供一種可降低電源供應器與受該電源供應器供電驅動的電器設備發生損壞及短路風險的具有過電壓保護模組的電源供應器。

本發明之一實施例提出一種具有過電壓保護的電源供應器，所述的電源供應器是供接收一交流電壓及一比較電壓，並以交流電壓與比較電壓的差異程度，做為過電壓保護的依據。所述的電源供應器包括一交流電接收模組、一整流濾波模組、一變壓模組及一過電壓保護模組，其中交流電接收模組是供接收該交流電壓，整流濾波模組是電性耦接至交流電接收模組，並透過交流電接收模組接收交流電壓，並將交流電壓進行整流。變壓模組是電性耦接該整流濾波模組，並供接收受整流濾波模組整流後的交流電壓，並將整流後的交流電壓進行電壓調變並輸出。而過電壓保護模組則包括監控單元、控制單元及切換單元，監控單元是電性耦接至 整流濾波模組，供接收受整流濾波模組整流後的交流電壓，以及接收所述的比較電壓，並供比較交流電壓與比較電壓的差異程度。控制單元是電性耦接監控單元，且當監控單元比較所述的交流電壓超過所述的比較電壓時，由控制單元產生一過電壓保護訊號。切換單元是電性耦接至控制單元與變壓模組，並接收過電壓保護訊號，當切換單元接收到過電壓保護訊號時，停止變壓模組進行該交流電壓的電壓調變與輸出。其中監控單元包括一第一比較輸入端、一第二比較輸入端、一驅動電壓導接端、一參考電位導接端及一控制導接端。第一比較輸入端是供接收比較電壓，第二比較輸入端是供接收整流後的交流電壓，驅動電壓導接端是供電性耦接至一驅動電壓，參考電位導接端是供電性耦接至一參考電位，控制導接端是供電性耦接至一第一電阻的一端，第一電阻的另一端則是電性耦接至驅動電壓，控制導接端與第一電阻之間電性耦接至控制單元。

本發明之另一實施例提出一種過電壓保護模組，是用於一電源供應器，所述的電源供應器是供接收一交流電壓及一比較電壓，並依交流電壓與比較電壓的差異程度，做為過電壓保護的依據。所述的電源供應器包括一交流電接收模組、一整流濾波模組、一變壓模組及一過電壓保護模組。其中交流電接收模組是供接收該交流電壓，整流濾波模組是電性耦接至交流電接收模組，並透過交流電接收模組接收交流電壓，並將交流電壓進行整流。變壓模組是電性耦接該整流濾波模組，並供接收受整流濾波模組整流後的交流電壓，並將整流後的交流電壓進行電壓調變並輸出。而過電壓保護模組則包括監控單元、控制單元及切換單元，監控單 元是電性耦接至整流濾波模組，供接收受整流濾波模組整流後的交流電壓，以及接收所述的比較電壓，並供比較交流電壓與比較電壓的差異程度。控制單元是電性耦接監控單元，且當監控單元比較所述的交流電壓超過所述的比較電壓時，由控制單元產生一過電壓保護訊號。切換單元是電性耦接至控制單元與變壓模組，並接收過電壓保護訊號，當切換單元接收到過電壓保護訊號時，停止變壓模組進行該交流電壓的電壓調變與輸出。其中監控單元包括一第一比較輸入端、一第二比較輸入端、一驅動電壓導接端、一參考電位導接端及一控制導接端。第一比較輸入端是供接收比較電壓，第二比較輸入端是供接收整流後的交流電壓，驅動電壓導接端是供電性耦接至一驅動電壓，參考電位導接端是供電性耦接至一參考電位，控制導接端是供電性耦接至一第一電阻的一端，第一電阻的另一端則是電性耦接至驅動電壓，控制導接端與第一電阻之間電性耦接至控制單元。

本發明是於電源供應器的一次側電路的設置所述的過電壓保護模組，當偵測到整流濾波模組整流後的交流電壓超過預定的比較電壓時，則停止一次側的電壓調變與輸出，以保護二次側的電路，不僅可更完整的保護所述的電源供應器，而導接於電源供應器的電器設備也可受到即時斷電的保護，大幅度的降低電源供應器與電器設備發生損壞及短路的風險。

1‧‧‧交流電接收模組

2‧‧‧整流濾波模組

3‧‧‧變壓模組

4‧‧‧過電壓保護模組

41‧‧‧監控單元

411‧‧‧第一比較輸入端

412‧‧‧第二比較輸入端

413‧‧‧驅動電壓導接端

414‧‧‧參考電位導接端

415‧‧‧控制導接端

42‧‧‧控制單元

421‧‧‧第一接腳

422‧‧‧第二接腳

423‧‧‧第三接腳

424‧‧‧第四接腳

425‧‧‧第五接腳

426‧‧‧第六接腳

43‧‧‧切換單元

430‧‧‧N型電晶體

431‧‧‧輸入端

432‧‧‧輸出端

433‧‧‧控制端

44‧‧‧節點電壓保護元件

R1‧‧‧第一電阻

R2‧‧‧第二電阻

R3‧‧‧第三電阻

R4‧‧‧第四電阻

R5‧‧‧第五電阻

R6‧‧‧第六電阻

R7‧‧‧第七電阻

R8‧‧‧第八電阻

R9‧‧‧第九電阻

R11‧‧‧第一保護電阻

R12‧‧‧第二保護電阻

C1‧‧‧第一電容

C2‧‧‧第二電容

C3‧‧‧第三電容

M1‧‧‧光耦合電晶體

M11‧‧‧輸入端

M12‧‧‧輸出端

D1‧‧‧第一二極體

D2‧‧‧第二二極體

VCC‧‧‧驅動電壓

PGND‧‧‧參考電位

圖1是發明之一實施例之過電壓保護模組及具有該 保護模組的電源供應器的電路圖。

本發明一實施例的一種具有過電壓保護的電源供應器，所述的電源供應器是供接收一交流電壓，參考圖1所示，電源供應器包括有一交流電接收模組1、一整流濾波模組2、一變壓模組3及一過電壓保護模組4。交流電接收模組1是供接收所述的交流電壓，整流濾波模組2是電性耦接至交流電接收模組1，透過交流電接收模組1接收所述的交流電壓，並將交流電壓進行整流。變壓模組3是電性耦接至整流濾波模組2，並接收整流濾波模組2整流後的交流電壓，再將整流後的交流電壓進行電壓調變並輸出。

過電壓保護模組4包括一監控單元41、一控制單元42及一切換單元43，監控單元41是電性耦接至整流濾波模組2，並供接收受被整流濾波模組2整流後的交流電壓，以及接收一比較電壓，並供比較交流電壓與比較電壓的差異程度。控制單元42是電性耦接監控單元41，當監控單元41比較交流電壓超過比較電壓時，由控制單元42產生一過電壓保護訊號。切換單元43是電性耦接控制單元42與變壓模組3，並接收控制單元42產生的過電壓保護訊號，當切換單元43接收到過電壓保護訊號時，停止變壓模組3進行交流電壓的電壓調變與輸出。

其中監控單元41包括一第一比較輸入端411、第二比較輸入端412、一驅動電壓導接端413、一參考電位導接端414及一控制導接端415。第一比較輸入端411是接收所述的比較電壓，第二比較輸入端412是接收整流後的交流電壓， 驅動電壓導接端413是電性耦接至一驅動電壓VCC，參考電位導接端414是電性耦接至一參考電位PGND，控制導接端415是電性耦接至一第一電阻R1，第一電阻的另一端是電性耦接至驅動電壓VCC，控制導接端與該第一電阻之間電性耦接至一第一二極體D1的輸出端。

其中控制單元42包括一第一接腳421、一第二接腳422、一第三接腳423、一第四接腳424、一第五接腳425及一第六接腳426。第五接腳425是電性耦接至驅動電壓VCC，第三接腳423是電性耦接至一第二電阻R2的一端，第二電阻R2的另一端電性耦接至參考電位PGND。第三接腳423與第二電阻R2之間電性耦接至一第一電容C1的一端，第一電容C1的另一端電性耦接至參考電位PGND，第三接腳423與第一電容C1之間電性耦接至一第三電阻R3的一端，第三電阻的另一端電性耦接至驅動電壓VCC。第二接腳422電性耦接至一光耦合電晶體M1的輸入端M11，光耦合電晶體M1的輸出端M12電性耦接至參考電位PGND，第二接腳422與光耦合電晶體的輸入端M11之間電性耦接至一第二電容C2的一端，第二電容C2的另一端電性耦接至參考電位PGND，第二接腳422與第二電容C2之間電性耦接至第一二極體D1的輸入端，且第一二極體D1的輸出端電性耦接至控制導接端415。第一接腳421電性耦接至參考電位PGND，第四接腳424電性耦接至一第三電容C3的一端，第三電容C3的另一端電性耦接至參考電位PGND，第六接腳電性耦接至一第九電阻R9一端。

其中切換單元43包括一N型電晶體430，在本例中，N型電晶體430是例示為N通導的空乏式場效電晶體 (MOSFET)。N型電晶體430包括一輸入端431、一輸出端432及一控制端433。N型電晶體43的輸入端431是電性耦接至變壓模組3，N型電晶體43的輸出端432是電性耦接至一第四電阻R4的一端，第四電阻R4的另一端電性耦接一第五電阻R5，而第五電阻R5的另一端則是電性耦接至參考電位PGND。在本例中，第五電阻R5是由三個電阻並聯所組成，且第四電阻R4與第五電阻R5之間電性耦接至一第六電阻R6的一端，第六電阻R6的另一端電性耦接至控制單元42的第四接腳424與第三電容C3之間。N型電晶體430的控制端433則是電性耦接至一第七電阻R7的一端，第七電阻R7的另一端電性耦接至第四電阻R4與第五電阻R5之間。控制端433與第七電阻R7之間電性耦接至一第八電阻R8的一端及電性耦接至一第二二極體D2的輸入端，第八電阻R8的另一端與第二二極體D2的輸出端則是電性耦接至第九電阻R9。

因此，當第二比較輸入端412接收整流後的交流電壓超過第一比較輸入端411接收的比較電壓時，控制導接端415將呈低準位，令控制單元42的第二接腳422透過第一二極體D1導接至參考電位PGND，令控制單元42的第六接腳產生的訊號從高準位變成低準位。N型電晶體430的控制端433接收低準位訊號而導通輸入端431與輸出端432，同時，將變壓模組3所接收到的交流電壓導向參考電位PGND，使得變壓模組3停止交流電壓的電壓調變與輸出，以保護接收變壓模組3輸出電壓的後端電路及導接電器裝置。

而本例之監控單元4更可以包括一節點電壓保護元件44，節點電壓保護元件44包括一第一保護電阻R11及一第二保護電阻R12。第一保護電阻R11的一端是電性耦接至 整流濾波模組的電壓輸出端，另一端是電性耦接至第二比較輸入端412，第一保護電阻R11與第二比較輸入端412之間是電性耦接至第二保護電阻R12的一端。第二保護電阻R12的另一端是電性耦接至參考電位PGND，由於第二比較輸入端412所接收的交流電壓是第一保護電阻R11及第二保護電阻R12之間的節點電壓。因此可保護第二比較輸入端412直接接收到過大的交流電壓，造成元件損壞。

本發明是將過電壓保護模組設置在電源供應器的一次側電路中，因此，當監控單元偵測到整流濾波模組整流後的交流電壓超過預定的比較電壓時，便可停止一次側的電壓調變與輸出，同時將電壓導向至參考電位，以保護二次側的電路。如此一來，不僅可更完整的保護所述的電源供應器，而導接於電源供應器的電器設備也可受到即時斷電的保護，可大幅度的降低電源供應器與電器設備發生損壞及短路的風險。

1‧‧‧交流電接收模組

2‧‧‧整流濾波模組

3‧‧‧變壓模組

4‧‧‧過電壓保護模組

41‧‧‧監控單元

411‧‧‧第一比較輸入端

412‧‧‧第二比較輸入端

413‧‧‧驅動電壓導接端

414‧‧‧參考電位導接端

415‧‧‧控制導接端

42‧‧‧控制單元

421‧‧‧第一接腳

422‧‧‧第二接腳

423‧‧‧第三接腳

424‧‧‧第四接腳

425‧‧‧第五接腳

426‧‧‧第六接腳

43‧‧‧切換單元

430‧‧‧N型電晶體

431‧‧‧輸入端

432‧‧‧輸出端

433‧‧‧控制端

44‧‧‧節點電壓保護元件

R1‧‧‧第一電阻

R2‧‧‧第二電阻

R3‧‧‧第三電阻

R4‧‧‧第四電阻

R5‧‧‧第五電阻

R6‧‧‧第六電阻

R7‧‧‧第七電阻

R8‧‧‧第八電阻

R9‧‧‧第九電阻

R11‧‧‧第一保護電阻

R12‧‧‧第二保護電阻

C1‧‧‧第一電容

C2‧‧‧第二電容

C3‧‧‧第三電容

M1‧‧‧光耦合電晶體

M11‧‧‧輸入端

M12‧‧‧輸出端

D1‧‧‧第一二極體

D2‧‧‧第二二極體

VCC‧‧‧驅動電壓

PGND‧‧‧參考電位

Claims (8)

1. 一種具有過電壓保護的電源供應器，該電源供應器係供接收一交流電壓及一比較電壓，並以該交流電壓與該比較電壓的差異程度，做為過電壓保護的依據，該電源供應器包括：一交流電接收模組，係供接收該交流電壓；一整流濾波模組，係電性耦接該交流電接收模組，並將該交流電接收模組接收後的該交流電壓進行整流；一變壓模組，係電性耦接該整流濾波模組，將整流後的該交流電壓進行電壓調變並輸出；及一過電壓保護模組，包括：一監控單元，係電性耦接該整流濾波模組，供接收受該整流濾波模組整流後的該交流電壓，以及接收該比較電壓，並供比較該交流電壓與該比較電壓的差異程度；一控制單元，係電性耦接該監控單元，且當該監控單元比較該交流電壓超過該比較電壓時，該控制單元產生一過電壓保護訊號；及一切換單元，係電性耦接該控制單元與該變壓模組，接收該過電壓保護訊號，當該切換單元接收到該過電壓保護訊號時，停止該變壓模組進行該交流電壓的電壓調變與輸出；其中該監控單元包括一第一比較輸入端、一第二比較輸入端、一驅動電壓導接端、一參考電位導接端及一控制導接端，該第一比較輸入端係供接收該比較電壓，該第二比較輸入端係供接收整流後的該交流電壓，該驅動電壓導接端係供電性耦接至一驅動電壓，該參考電位導接端係供電性耦接至 一參考電位，該控制導接端係供電性耦接至一第一電阻的一端，該第一電阻的另一端電性耦接至該驅動電壓，該控制導接端與該第一電阻之間電性耦接至該控制單元。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電源供應器，其中該控制單元包括一第一接腳、一第二接腳、一第三接腳、一第四接腳、一第五接腳及一第六接腳，該第五接腳係供電性耦接至該驅動電壓，該第三接腳係電性耦接至一第二電阻的一端，該第二電阻的另一端電性耦接至該參考電位，該第三接腳與該第二電阻之間電性耦接至一第一電容的一端，該第一電容的另一端電性耦接至該參考電位，該第三接腳與該第一電容之間電性耦接至一第三電阻的一端，該第三電阻的另一端電性耦接至該驅動電壓，該第二接腳電性耦接至一光耦合電晶體的輸入端，該光耦合電晶體的輸出端電性耦接至該參考電位，該第二接腳與該光耦合電晶體的輸入端之間電性耦接至一第二電容的一端，該第二電容的另一端電性耦接至該參考電位，該第二接腳與該第二電容之間電性耦接一第一二極體的輸入端，該第一二極體的輸出端電性耦接至該監控單元的該控制導接端，該第一接腳電性耦接至該參考電位，該第四接腳電性耦接至一第三電容的一端，該第三電容的另一端電性耦接至該參考電位，該第六接腳電性耦接至該切換單元。
3. 如申請專利範圍第2項所述的電源供應器，其中該切換單元包括一N型電晶體，該N型電晶體包括一輸入端、一輸出端及一控制端，該N型電晶體的輸入端係電性耦接至該變壓模組，該N型電晶體的輸出端係電性耦接至一第四電阻 的一端，該第四電阻的另一端電性耦接至一第五電阻的一端，該第五電阻的另一端電性耦接至該參考電位，該第四電阻與該第五電阻之間電性耦接至一第六電阻的一端，該第六電阻一另一端電性耦接至該控制單元的該第四接腳與該第三電容之間，該控制端電性耦接至一第七電阻的一端，該第七電阻的另一端電性耦接至該第四電阻與該第五電阻之間，該控制端與該第七電阻之間電性耦接至一第八電阻的一端及一第二二極體的輸入端，該第八電阻的另一端與該第二二極體的輸出端電性耦接至一第九電阻的一端，該第九電阻的另一端電性耦接至該控制單元的該第六接腳。
4. 如申請專利範圍第3項所述的電源供應器，其中該監控單元更包括一節點電壓保護元件，該節點電壓保護元件包括一第一保護電阻及一第二保護電阻，該第一保護電阻的一端係電性耦接至該整流濾波模組，另一端係電性耦接至該第二比較輸入端，該第一保護電阻與該第二比較輸入端之間係電性耦接至該第二保護電阻的一端，該第二保護電阻的另一端係電性耦接至該參考電位。
5. 一種過電壓保護模組，係用於一電源供應器，該電源供應器係供接收一交流電壓及一比較電壓，並依該交流電壓與該比較電壓的差異程度，做為過電壓保護的依據，該電源供應器包括一交流電接收模組，係供接收該交流電壓；一整流濾波模組，係電性耦接該交流電接收模組，並將該交流電接收模組接收後的該交流電壓進行整流；一變壓模組，係電性耦接該整流濾波模組，將整流後的該交流電壓進行電壓調變並輸 出；其中該電壓保護模組包括：一監控單元，係電性耦接該整流濾波模組，供接收受該整流濾波模組整流後的該交流電壓，以及接收該比較電壓，並供比較該交流電壓與該比較電壓的差異程度；一控制單元，係電性耦接該監控單元，且當該監控單元比較該交流電壓超過該比較電壓時，該控制單元產生一過電壓保護訊號；及一切換單元，係電性耦接該控制單元與該變壓模組，接收該過電壓保護訊號，當該切換單元接收到該過電壓保護訊號時，停止該變壓模組的輸出；其中該監控單元包括一第一比較輸入端、一第二比較輸入端、一驅動電壓導接端、一參考電位導接端及一控制導接端，該第一比較輸入端係供接收該比較電壓，該第二比較輸入端係供接收整流後的該交流電壓，該驅動電壓導接端係供電性耦接至一驅動電壓，該參考電位導接端係供電性耦接至一參考電位，該控制導接端係供電性耦接至一第一電阻的一端，該第一電阻的另一端電性耦接至該驅動電壓，該控制導接端與該第一電阻之間電性耦接至該控制單元。
6. 如申請專利範圍第5項所述的過電壓保護模組，其中該控制單元包括一第一接腳、一第二接腳、一第三接腳、一第四接腳、一第五接腳及一第六接腳，該第五接腳係供電性耦接至該驅動電壓，該第三接腳係電性耦接至一第二電阻的一端，該第二電阻的另一端電性耦接至該參考電位，該第三接腳與該第二電阻之間電性耦接至一第一電容的一端，該第一電容的另一端電性耦接至該參考電位，該第三接腳與該第一電容 之間電性耦接至一第三電阻的一端，該第三電阻的另一端電性耦接至該驅動電壓，該第二接腳電性耦接至一光耦合電晶體的輸入端，該光耦合電晶體的輸出端電性耦接至該參考電位，該第二接腳與該光耦合電晶體的輸入端之間電性耦接至一第二電容的一端，該第二電容的另一端電性耦接至該參考電位，該第二接腳與該第二電容之間電性耦接一第一二極體的輸入端，該第一二極體的輸出端電性耦接至該監控單元的該控制導接端，該第一接腳電性耦接至該參考電位，該第四接腳電性耦接至一第三電容的一端，該第三電容的另一端電性耦接至該參考電位，該第六接腳電性耦接至該切換單元。
7. 如申請專利範圍第6項所述的過電壓保護模組，其中該切換單元包括一N型電晶體，該N型電晶體包括一輸入端、一輸出端及一控制端，該N型電晶體的輸入端係電性耦接至該變壓模組，該N型電晶體的輸出端係電性耦接至一第四電阻的一端，該第四電阻的另一端電性耦接至一第五電阻的一端，該第五電阻的另一端電性耦接至該參考電位，該第四電阻與該第五電阻之間電性耦接至一第六電阻的一端，該第六電阻的另一端電性耦接至該控制單元的該第四接腳與該第三電容之間，該控制端電性耦接至一第七電阻的一端，該第七電阻的另一端電性耦接至該第四電阻與該第五電阻之間，該控制端與該第七電阻之間電性耦接至一第八電阻的一端及一第二二極體的輸入端，該第八電阻的另一端與該第二二極體的輸出端電性耦接至一第九電阻的一端，該第九電阻的另一端電性耦接至該控制單元的該第六接腳。
8. 如申請專利範圍第7項所述的過電壓保護模組，其中該監控單元更包括一節點電壓保護元件，該節點電壓保護元件包括一第一保護電阻及一第二保護電阻，該第一保護電阻的一端係電性耦接至該整流濾波模組，另一端係電性耦接至該第二比較輸入端，該第一保護電阻與該第二比較輸入端之間係電性耦接至該第二保護電阻的一端，該第二保護電阻的另一端係電性耦接至該參考電位。