TW591842B - Power converter with polarity reversal and inrush current protection circuit - Google Patents

Description

591842 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域 本發明係關於一種用於電源轉換器之極性反接與突 波電流保護電路，並且更特別的是本發明係關於一種電 源轉換器，具有以低阻抗的方式來完成之極性反接與突 波電流保護電路，以便減少其中所遭受的功率損失並且 增進整體電源轉換效率。 先前技術 一般而言，電源轉換器係用來將一電源轉換成適合 於一特殊應用所需要或是想要的電源輸出。然而，當指 定用來提供輸入電源至電源轉換器的電源供應器首次啟 動時，一激增輸入電流（surge input current， 其亦稱 為突波電流i n r u s h c u r r e n t)便會產生，其係為電源供應 器達到平衡時之穩態電流的數倍。這個不正常的突波電 流會向電源轉換器之輸出端上的濾波電容（smoothing capacitor)充電，並且接著造成一橋式整流器的二極體 損害。 為了對抗突波電流的問題’ 一電阻元件可用來當作 突波電流保護電路。在習知技術中，具有一正/負溫产係、 數特性的熱阻（therm is tor)乃是用來作為限制突波電 增加的限流裝置。此種突波電流保護電路之一範例係^ 供於美國專利號5, 955, 392 °在這篇習知技術文獻中 — 限流器，包含一固定電阻以及一正溫度係數（pTC)哉阻: 聯跨接於一控制開關上’乃是用來限制提供至整流器P輪串

591842 五、發明說明（2) 入端的突波電流 轉換器時，流經 且其電阻值上升 大來減少流經電 器的其餘部分可 應器的電源閃爍 除了突波電 電路以確保電源 如可為熟悉該項 反的極性連接至 用，並且可能對 反接保護電路則 接的情況發生時 害。在大部分的 反相供應電壓的 與電源轉換器的 體於其由一正確 電流自電源供應 電源供應器以極 供應器流向電源 保護電路之一實 雖然如前所 上可保護電源轉 可能損害，當習 0 若是一 正溫度係 。正溫度 阻的電流 與輸入電 個過大的突波電流施加至電源 數熱阻的電流將使其加熱，並 係數熱阻的電阻值改變係足夠 至一安全值。因此，電源轉換 壓隔開，並且藉此避免電源供 路外 電源 士所 一電源供應器 電子電路造成 是使用為一安 ，避免對電源 實際應用中， 直接方法，乃 内部電路之間 極性的供應電 器流向電源轉 性相反的方向 轉換器的内部 施例係說明於 述之習知極性 換器以避免由 知極性反接保 流保護電 轉換器與 技術的人 ，尚 供應 熟知 ，電 永久 全防 轉換 用來 是在 設置 壓而 換器 連接 電路 美國 反接 於相 護電 需要 器的 ，若 源轉 的損 護裝 器的 保護 電源 一個 順向 的内 時， 。此 專利 保護 反極 一極性反 正轉極性 電源轉換 換器可能 害與破壞 置，以於 内部電路 電、轉換 供應器的 二極體。 偏壓時， 部電路， 禁止電流 種習知極 號6, 304, 電路二極 性連接所 極體為順 接保護 連接。 以相 無法作 。極性 極性反 造成損 器避免 輸入端 該二極 可允許 並且於 自電源 性反接 4 2 2 〇 體實際 造成的 向偏壓

第7頁 591842 五、發明說明（3) ^功Ϊ f現的順向壓降將會在電源轉換過程中引起顯著 失，^知失。由於由二極體上的壓降所引起的功率損 子雷狄源轉換裔的整體電源轉換效率將會降低，並且電 冤路的噪音免除能力將會劣化。 if Φ ^此有其傾向將極性反接保護電路以及突波電流保 ^1路合併於單一電源轉換器中’使其具有較少的電路 件以及較低的功率損失。 發明内容 簡而 一極性反 佳態樣之 較佳者係 護電源轉 一較佳態 係與該極 而調整之 換器更包 路來完成 (bypass) 本發明之 詳細說明 言之，本 接以及突 極性反接 由一肖特 換器避免 樣之突波 性反接保 一電阻值 括一電流 ，用以將 且禁止電 優點與特 ，俾得一 發明揭示一種電 波電流保護電路 保護電路係由一 基（Schottky)二 極性相反的輸入 電流保護電路係 護電路串接且具 。根據本發明之 旁路電路，其較 電源轉換器之不 流流經極性反接 徵，得藉由下面 更深入之瞭解。 源轉換 。根據 個二極 極體所 電壓。 由一教 有可根據 一較佳 佳者係 正常的 保護電 實施例 器，其係合併 本發明之一較 體所構 完成， 根據本 阻所構 溫 態樣之 由一繼 啟動電 路。 配合下 成，其 用以保 發明之 成，其 度變化 電源轉 電器電 流旁路 列圖示 591842 五、發明說明（4) 圖示簡單說明 第一圖係為一電路方塊圖，其圖例顯示根據本發明 之一較佳實施例之電源轉換器之一第一電路佈局；以及 第二圖係為一電路方塊圖，其圖例顯示根據本發明 之一較佳實施例之電源轉換器之一第二電路佈局。 圖示符號說明 1 0 :電源轉換器 1 0 1 :保險絲

1 0 2 :極性反接保護電路 1 0 4 .·突波電流保護電路 1 0 6 :電流旁路電路/繼電器電路 1 0 8 : 二極體 1 1 0 :電源轉換節 實施方式

根據本發明之電源轉換器的設計原理僅是將突波電 流迂迴旁繞至由一電子機械開關，意即一繼電器電路所 完成之一電流旁路電路。藉由將突波電流旁路至電流旁 路電路，並且因此於當電源供應器電源開啟時，禁止突 波電流通過極性反接保護電路，電源轉換器可以在沒有 損失的方式下工作且電子電路的噪音免除能力可以提 升。 第一圖圖例顯示根據本發明之一較佳實施例之電源

第9頁 591842 五、發明說明（5) 轉換器之一第一電路備足 、 發明之一較佳實施例之^诉j = f二圖圖例顯示根據本 將可迅速明瞭的是第一圖二，、姦^一第二電路佈局。 極性反接保護電路以及二、& ^ =組態之安排方式係為將 Vin的正輸入端串接而犬/電/保護電路與電源供應器 為將極性反接保護電路路組態之安排方式係 應器V i η的負輸入端_接犬波電抓保濩電路與電源供 二圖的電路操作原理俾被？' V應強調的是第-圖與第 可為-技術工程人員::；w並且毫無疑問的 轉換H圖Λ第將二Λ所示的電源轉換器10包括一電源 流轉換器或一負載之—^入相\壓/一換成適合於一直流-直 二圖的電源轉換器10更：：2=:壓。第-圖與第 係用來確保電源供應器Vin\一極性反接ϋ電路⑴，其 接極性。在本較佳實施例η中與轉/=10間的正確連 r由-個二極體所组成1較佳imu;1。2係僅 λ% ,, t 過電源轉換節u。，而；Ά;”〜塵0夺，允許電流通 接至電源轉換節u〇時，禁止電流i:二以轉相換反4性連 保險絲101係可有效地避免因為繼電器^ ^轉換郎110。 circuit) 106的異常所產生的火花ay 在以後做更詳細的說明。 、、、電器電路1 0 6將 與極性反接保護電路102串接者係為一突波電流保護 第10頁 591842 五、發明說明（6) 電路1 04。根據本發明之一較佳實施例之突波電流保護電 路104係由具有一正溫度係數（p〇sitive temperature coefficient. PTC)熱阻或具有一負溫度係數（negative temperature coefficient， NTC)熱阻所構成。熱阻1〇4 的特性可致使其電阻值根據溫度變化來調整。在^種方 式下、’熱阻1 0 4可因應溫度的變化而增加/減少其電阻 值，並且藉此控制流向電源轉換節1 1 〇的過大突波電流至 一安全值。 一電流旁路電路1 0 6係進一步地並聯跨接於極性反接 保護電路102以及突波電流保護電路1〇4之上。電流旁路 電路1 0 6較佳者係由一電子機械開關，例如一繼電器電路 (relay circuit)所完成。繼電器電路1〇6通常是由一極 性控制訊號所驅動，而該極性控制訊號係經由一個二極 體108施加於繼電器電路1〇6上。在這個較佳實施例中， 極性控制訊號係用以當電源供應器v丨n以正確的極性開啟 (turn on)時時致使繼電器電路1〇6截止（turn 〇ff)，藉 此將能量旁路至繼電器電路丨〇6。這樣一來，電源轉換器 1^)的啟動電流將不會直接通過二極體丨〇2 ,而是經由繼電 器電路106旁路出去，使得由於順向偏壓的二極體1〇2的 順向壓降所引起的功率損失得以消除，藉此電源轉換器 1 〇的整體電源轉換效率可相對應地增加。 縱使本發明已由上述之實施例詳細敘述而可由熟悉 本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申 請專利範圍所欲保護杳。

591842 圖式簡單說明 第一圖係為一電路方塊圖，其圖例顯示根據本發明 之一較佳實施例之電源轉換器之一第一電路佈局；以及 第二圖係為一電路方塊圖，其圖例顯示根據本發明 之一較佳實施例之電源轉換器之一第二電路佈局。

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Claims (1)

1. 591842 六、申請專利範圍 1. 一種電源轉換器，其包括： 一電源轉換節，用以將一輸入電壓轉換成一電源接 收裝置所需要的輸出電壓； 一極性反接保護電路，耦接至該電源轉換節之一輸 入端，用以確保一電源供應器連接至該電源轉換器之正 確連接極性； 一突波電流保護電路，用以限制一突波電流上升， 包括一熱阻，其係與該極性反接保護電路串接且具有可 根據一溫度變化而調整之一電阻值，以將該突波電流控 制於一安全值；以及 一電流旁路電路，並聯跨接於該極性反接保護電路 以及該熱阻之上，用以當該電源供應器以一正確極性啟 動時，禁止該突波電流流經該極性反接保護電路。 2. 如申請專利範圍第1項之電源轉換器，其中該極性反 接保護電路包括一二極體。 3. 如申請專利範圍第2項之電源轉換器，其中該二極體 係為一肖特基（Shottky)二極體。 4. 如申請專利範圍第1項之電源轉換器，其中該電流旁 路電路包括一繼電器（relay)電路。 5. 如申請專利範圍第1項之電源轉換器，其中該熱阻具 有一正溫度係數。 6. 如申請專利範圍第1項之電源轉換器，其中該熱阻具 有一負溫度係數。 7. 如申請專利範圍第4項之電源轉換器，更包括一保險

   第13頁 591842 六、申請專利範圍 絲，耦接於該電源轉換器之一輸入端以及該極性反接保 護電路之間，用以避免該繼電器電路因一無預期的異常 而導通。 8. 一種電源轉換器，其包括： 一電源轉換節，用以將一輸入電壓轉換成適合於一 電源接收裝置之一所想要的輸出電壓； 一極性反接保護電路，耦接至該電源轉換節之一輸 入端，用以保護該電源轉換節以避免該輸入電壓之反相 連接極性；

   一突波電流保護電路，用以限制一突波電流上升， 包括一熱阻，串接於該極性反接保護電路，並且具有可 根據一溫度變化而調整之一電阻值；以及 一繼電器電路，並聯跨接於該極性反接保護電路以 及該熱阻之上，該繼電器電路係因應一極性控制訊號而 受驅動來截止，用以當該輸入電壓以一正確極性施加於 該電源轉換器之一輸入端時，旁路該突波電流俾以禁止 該突波電流流經該極性反接保護電路。 9. 如申請專利範圍第8項之電源轉換器，其中該極性反 接保護電路包括一二極體。

   10. 如申請專利範圍第9項之電源轉換器，其中該二極體 係為一肖特基（Shottky)二極體。 11. 如申請專利範圍第8項之電源轉換器，其中該熱阻具 有一正溫度係數。 12. 如申請專利範圍第8項之電源轉換器，其中該熱阻具

   第14頁 591842 六、申請專利範圍 有一負溫度係數。 13. 如申請專利範圍第8項之電源轉換器，其中該極性控 制訊號係經由一二極體而施加於該繼電器電路。 14. 如申請專利範圍第8項之電源轉換器，更包括一保險 絲，耦接於該電源轉換器之一輸入端以及該極性反接保 護電路之間，用以避免該繼電器電路因一無預期的異常 而導通。

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