TW202027398A

TW202027398A - 調壓整流電路系統

Info

Publication number: TW202027398A
Application number: TW108101391A
Authority: TW
Inventors: 林韋丞; 江立達; 鐘承岳; 曾士修; 蕭建仁
Original assignee: 關鍵禾芯科技股份有限公司
Priority date: 2019-01-14
Filing date: 2019-01-14
Publication date: 2020-07-16

Abstract

一種調壓整流電路系統，其包含：一第一整流電路，將一交流電轉換成直流電；一訊號產生電路，輸出一操作訊號；一開關電路，與該第一整流電路及該訊號產生電路連接並接收該直流電及該操作訊號，該開關電路根據該操作訊號進行週期性開關，該開關電路將該直流電轉換成交流電；及一第二整流電路，與該開關電路連接，並將該交流電轉換成直流電。

Description

調壓整流電路系統

本發明係有關一種電路系統，特別是一種調壓整流電路系統。

當前各種電子產品，在購買時都會附上一個變壓變流器，讓室電(較高電壓的交流電)轉換成電子產品可以使用的工作電壓(較低電壓的直流電)，讓電子產品可以正常的進行使用。請參閱第1A圖及第1B圖，為習知電路系統之結構方塊圖及開關電路之細部電路圖，第1A圖及第1B圖做為當前一種常用的整壓整流電路系統，一端與室配供電連接，另一端與負載系統連接，將較高電壓的交流電轉換成負載系統工作時所需要的(較低電壓的直流電。在這個例子中的開關電路30’使用傳統的互補式金屬氧化物半導體(CMOS)，並使用P通道MOS及N通道MOS做高側開關(high side switch)及低側開關(low side switch)，為了保護切換電路30’，所以供電在進入前需要透過一組低頻大電感線圈變壓器10’作為保護。另外這種結構的切換電路30’必須存在漏源體二極管(drain source body diode)，以及會有寄生電容(即Cgd、Cgs、Cds)等問題，當完成上述的開關後，還需通過另一組低頻大電感線圈變壓器20’才能輸出。請參閱第2A圖及第2B圖，為另一習知電路系統之結構方塊圖及開關電路之細部電路圖，第2A圖及第2B圖做為當前另一種常用的整壓整流電路系統，同樣的兩端分別與室配供電及負載系統連接，將較高電壓的交流電轉換成負載系統工作時所需要的(較低電壓的直流電)。在這個例子中的切換電路30”使用絕緣柵雙極電晶體(IGBT)，由於絕緣柵雙極電晶體需要電流驅動，為了保護絕緣柵雙極電晶體需要另外設置齊納二極體(zener)或二極體(diode)，同樣的再通過開關電路30”後還需通過另一組低頻大電感線圈變壓器20”才能輸出。綜上所述，當前電路系統具有下述問題： 1、使用零件較多，能量損失大； 2、使用零件較多，成本提升； 3、使用零件較多，發熱問題； 4、使用零件較多，電路規劃上需要顧慮的因素較多； 5、在越高的開關頻率下，損失越大； 6、需要額外增設保護電路或相關零件； 7、需要額外增設一組高電壓閘極驅動器40’、40”，體積較大。是以，要如何解決上述之問題與缺失，即為本案之發明人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。

為改善上述之問題，本發明提供一種使用較少零件的調壓整流電路系統。本發明的另一目的在於提供一種在高頻切換下損失較少的調壓整流電路系統。本發明的另一目的在於提供一種省去保護電路的調壓整流電路系統。為達上述之目的，本發明提供一種調壓整流電路系統，其包含：一第一整流電路，將一交流電轉換成直流電；一訊號產生電路，輸出一操作訊號；一開關電路，與該第一整流電路及該訊號產生電路連接並接收該直流電及該操作訊號，該開關電路根據該操作訊號進行週期性開關，該開關電路將該直流電轉換成交流電；及一第二整流電路，與該開關電路連接，並將該交流電轉換成直流電。本發明的系統電路為低電壓驅動，省去了做為保護的各種元件，因此減少了高頻切換作動下的額外損耗，使整體電路系統設計考慮上更加簡單，同時達到體積減少、成本降低等優點。

本發明之上述目的及其結構與功能上的特性，將依據所附圖式之較佳實施例予以說明。請參閱第3A圖及第3B圖，係為本發明電路系統之結構方塊圖及開關電路之細部電路圖，本發明的電路系統主要包含一第一整流電路10、一訊號產生電路20、一開關電路30及一第二整流電路40，該第一整流電路10一端與室配供電連接，另一端與開關電路30連接，該訊號產生電路20與該開關電路30連接並輸出一操作訊號，該開關電路30與該第二整流電路40連接，該第二整流電路40再與負載系統連接。上述第一整流電路10例如但不限制為一橋式整流電路，該第二整流電路40例如但不限制為一由蕭特基二極體所組成的全波整流電路，該訊號產生電路20產生之操作訊號係為一脈寬調變(PWM)訊號。該開關電路30具有一第一接點31、一第二接點32、一第三接點33及一第四接點34，該第一接點31及該第二接點32及該第三接點33與該訊號產生電路20連接，該第四接點34與該第二整流電路40連接。進一步的，該開關電路30更包含一第一電晶體35及一第二電晶體36，該第一電晶體35的閘極與該第一接點31連接，該第二電晶體36的閘極與該第二接點32連接，該第一電晶體35的源極及該第二電晶體36的汲極與該第三接點33及該第四接點34連接，該第一電晶體35的汲極連接一工作電壓VDD，該第二電晶體36的源極連接一接地點(GND)，所述第一、二電晶體35、36係為氮化鎵功率電晶體(GaN MOSFET)。也就是說，室配供電輸出一較高電壓的交流電(例如AC90V~AC240V，但不以此為限)，高電壓的交流電通過該第一整流電路10後變成高電壓的直流電輸入給該開關電路30，該訊號產生電路20所產生的操作訊號(即脈寬調變(PWM)訊號)控制該開關電路30中的第一、二電晶體35、36啟閉，該開關電路30將高電壓的交流電轉變成高電壓高頻率的交流電，再將高電壓高頻率的交流電傳輸給該第二整流電路40，該第二整流電路40將高電壓高頻率的交流電整流成直流電提供給負載系統。因為第一、二電晶體35、36使用氮化鎵功率電晶體(GaN MOSFET)，具有更高的切換頻率(＞1M)、更大的耐壓效果(＞600V)、更低的開關損耗(＜100mΩ)及更低的驅動電壓(0~7V)，因此使整個電路系統省去了作為保護的其他電子元件，讓整體電路系統更單純且體積小，同時也減少了其他零件的功率損耗，提升了整體的工作效率，也降低了發熱問題。請參閱第4圖，為本發明與先前技術的特性曲比較圖，可以看出在越高的開關頻率下，極限效率就會下降的越多，在開關頻率在10K的情況下，先前技術一(CMOS)、先前技術二(IGBT)及本發明(GaN)的效率都有99.5%以上；當開關頻率在100K的情況下，先前技術一(CMOS)的效率低於99.5%，先前技術二(IGBT)及本發明(GaN)的效率還保有99.5%以上；當開關頻率在1M的情況下，先前技術一(CMOS)的效率已經低於98.5%，先前技術二(IGBT)的效率已經低於99.5%，而本發明(GaN)的效率依然保有99.5%以上；可以看出本發明在越高的開關頻率的效果明顯高於先前技術。綜上所述，本發明調壓整流電路系統相較於習知技術具有下述優點： 1、電路系統整體體積小； 2、使用元件少； 3、成本低； 4、整體架構簡單； 5、氮化鎵功率電晶體(GaN MOSFET)耐電壓高； 6、氮化鎵功率電晶體(GaN MOSFET)開關損耗少； 7、氮化鎵功率電晶體(GaN MOSFET)驅動電壓低。以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍。

10:第一整流電路 20:訊號產生電路 30:開關電路 31:第一接點 32:第二接點 33:第三接點 34:第四接點 35:第一電晶體 36:第二電晶體 40:第二整流電路

第1A圖為習知電路系統之結構方塊圖；第1B圖為習知電路系統之開關電路之細部電路圖；第2A圖為另一習知電路系統之結構方塊圖；第2B圖為另一習知電路系統之開關電路之細部電路圖；第3A圖為本發明電路系統之結構方塊圖；第3B圖為本發明電路系統之開關電路之細部電路圖；第4圖為本發明與先前技術的特性曲比較圖。

10:第一整流電路

20:訊號產生電路

30:開關電路

40:第二整流電路

Claims

一種調壓整流電路系統，其包含：一第一整流電路，將一交流電轉換成直流電；一訊號產生電路，輸出一操作訊號；一開關電路，與該第一整流電路及該訊號產生電路連接並接收該直流電及該操作訊號，該開關電路根據該操作訊號進行週期性開關，該開關電路將該直流電轉換成交流電；及一第二整流電路，與該開關電路連接，並將該交流電轉換成直流電。
如申請專利範圍第1項所述之調壓整流電路系統，其中該第一整流電路係為一橋式整流電路。
如申請專利範圍第1項所述之調壓整流電路系統，其中該第二整流電路係為一全波整流電路。
如申請專利範圍第1項所述之調壓整流電路系統，其中該訊號產生電路所產生的操作訊號係為一脈寬調變(PWM)訊號。
如申請專利範圍第1項所述之調壓整流電路系統，其中該開關電路具有一第一接點、一第二接點、一第三接點及一第四接點，該第一接點及該第二接點及該第三接點與該訊號產生電路連接，該第四接點與該第二整流電路連接。
如申請專利範圍第5項所述之調壓整流電路系統，其中該開關電路更包含一第一電晶體及一第二電晶體，該第一電晶體的一閘極與該第一接點連接，該第二電晶體的一閘極與該第二接點連接，該第一電晶體的源極及該第二電晶體的汲極與該第三接點及該第四接點連接。
如申請專利範圍第6項所述之調壓整流電路系統，其中該第一電晶體係為氮化鎵功率電晶體(GaN MOSFET)。
如申請專利範圍第6項所述之調壓整流電路系統，其中該第二電晶體係為氮化鎵功率電晶體(GaN MOSFET)。