TWI393339B - 電源轉換裝置與方法 - Google Patents

Description

電源轉換裝置與方法

本發明係有關一種電源轉換裝置與方法，特別是一種具有過電壓保護之電源轉換裝置與方法。

具有電源轉換裝置(adapter)的電腦系統(如：筆記型電腦)，藉由電源轉換裝置接收市電後，將屬於交流電壓的市電轉換為電腦系統所需的直流電壓。先前技術中，電子產品銷售市場的反應，經常有電腦系統中電源轉換裝置因損壞而遭退回的情況發生。經分析發現，大多為電源轉換裝置中的大型電容(bulk capacitor)燒毀，且大多數發生的地點，集中在配電系統較不穩定且市電較高的區域，例如：中國、印度等。由於電源轉換裝置須接收市電，因此當市電不穩定時，若所接收的市電之電壓值突然升高，而超過大型電容所能承受的耐壓，便會造成大型電容的燒毀，進而使電源轉換裝置損壞。

此外，當電源轉換裝置的電源插頭與市電插座連接時，由於插電的瞬間，大型電容處於短路狀態，因此會有很高的侵入電流(inrush current)產生。由於插電瞬間產生了大電流值的侵入電流，因此使得火花於瞬間產生。如此，不僅容易令使用者感到危險，且電源轉換裝置的電源插頭更會因火花而造成鏽蝕，而損壞其電源插頭。

有鑑於此本發明提出一種電源轉換裝置與方法。利用本發明所提出的 裝置與方法，當市電電壓過大時，停止市電供應至電源轉換裝置，如此可解決因市電的電壓過高而造成大型電容(bulk capacitor)的燒毀。再者，當電源轉換裝置與市電連接的一瞬間，避免讓市電於瞬間直接進入大型電容，如此可解決瞬間產生火花的問題。

本發明提出一種電源轉換裝置(adapter)，轉換交流電壓為直流電壓而提供予負載，該電源轉換裝置包含：濾波電路、整流電路、大型電容、變壓器及過電壓保護電路。濾波電路接收交流電壓，濾波交流電壓而產生濾波電壓。整流電路耦接濾波電路，接收濾波電壓，整流濾波電壓而產生整流電壓。大型電容耦接整流電路，接收整流電壓而產生輸出電壓。變壓器具有一次側與二次側，一次側耦接大型電容而接收輸出電壓，二次側產生直流電壓並耦接負載。過電壓保護電路耦接於濾波電路與大型電容之間，當交流電壓之電壓值大於預設值，過電壓保護電路關閉，使大型電容與交流電壓之間呈現斷路。

本發明亦提出一種電源轉換方法，轉換交流電壓為直流電壓而提供予負載，包含下列步驟：接收交流電壓，濾波交流電壓而產生濾波電壓；接收濾波電壓，整流濾波電壓而產生整流電壓；提供大型電容，接收整流電壓而產生輸出電壓；提供具有一次側與二次側之一變壓器，一次側耦接大型電容而接收輸出電壓，二次側產生直流電壓並耦接負載；偵測交流電壓，當交流電壓之電壓值大於預設值，使大型電容與交流電壓之間呈現斷路。

有關本發明的較佳實施例及其功效，茲配合圖式說明如後。

請參照「第1圖」，該圖所示為電源轉換裝置之第一實施例示意圖。本發明所提出之電源轉換裝置1轉換交流電壓為直流電壓而提供予負載60，電源轉換裝置1包含：濾波電路10、整流電路20、大型電容30、變壓器40、過電壓保護電路50。

濾波電路10接收市電所提供的交流電壓，將交流電壓濾波後產生濾波電壓。其中，濾波電路10可為RC濾波器或LC濾波器等，但不以此為限。整流電路20耦接濾波電路10，接收濾波電路10所傳送的濾波電壓，經整流濾波電壓後產生整流電壓。其中，整流電路20可分為半波整流與全波整流，可利用二極體順向電壓導通而逆向電壓截止的特性，達到整流的目的，·但不以為限。

大型電容(bulk capacitor)30耦接整流電路20，接收整流電路20所傳送的整流電壓，而產生輸出電壓。由於電容為儲能元件，在整流電路20整流期間，亦即當整流電路20之二極體導通時，大型電容30會同時充電並儲存電荷，此時若沒有設置大型電容30，當整流電路20之二極體截止或電壓降低時，所產生的電壓便會隨之降低，形成所謂的漣波電壓而非平穩的直流電壓。因此，藉由大型電容30，當整流電路20之二極體截止或電壓降低時，大型電容30便會進行放電，如此可減緩電壓的下降。所以，電源轉換裝置(adapter)1中設置大型電容30，可用以減少漣波(ripple)對電路的影響，而獲得平穩的輸出電壓，進而使傳送至負載60的電壓為一穩定的直流電壓。

變壓器40具有一次側42與二次側44，一次側42耦接大型電容30，二次側44耦接負載60。變壓器40接收大型電容30所產生的輸出電壓而產 生負載60所需之直流電壓。

過電壓保護電路(over voltage protection，OVP)50耦接濾波電路10與大型電容30之間，當交流電壓之電壓值大於預設值，過電壓保護電路50便會關閉，使大型電容30與交流電壓之間呈現斷路。由此可知，過電壓保護電路50位於變壓器40的一次側42，且主要用以保護大型電容30，使大型電容30不會因為交流電壓的不穩定而突然升高，造成大型電容30的燒毀。此與一般習知技術中，過電壓保護電路大多位於變壓器的二次側，而用以保護負載的方式有所不同。

請參照「第2圖」為電源轉換裝置之第二實施例示意.圖。於此，過電壓保護電路50可包含MOS電晶體開關52。其中，MOS電晶體開關52可為高壓型MOS電晶體，如此可承受較高的電壓，進而保護大型電容30。當交流電壓之電壓值小於預設值時，也就是處於正常狀態下，MOS電晶體開關52為導通(turn on)，因此交流電壓可順利轉換直流電壓而提供給負載60。相對的，當交流電壓突然升高使電壓值大於預設值時，MOS電晶體開關52便會關閉(turn off)，如此過高的交流電壓便不會流至大型電容30，可確保大型電容30不會因過高的電壓而被燒毀。其中，預設值可為大型電容30之最大耐壓值，因此在交流電壓的電壓值超過大型電容30的最大耐壓值之前，即可藉由過電壓保護電路50使大型電容30與交流電壓之問呈現斷路，達到保護大型電容30的功能。

請參照「第3圖」為電源轉換裝置之第三實施例示意圖。由於過電壓保護電路50可耦接於濾波電路10與大型電容30之間，因此同時參照「第 1圖」可知，於「第1圖」中過電壓保護電路50一端耦接於整流電路20，另一端耦接於大型電容30。而於「第3圖」中過電壓保護電路50一端耦接於濾波電路10，另一端耦接於整流電路20。上述兩種不同的耦接方式，皆可達到由過電壓保護電路50保護大型電容30的功能。

請參照「第4圖」為電源轉換裝置之第四實施例示意圖。於第四實施例中，更可包含：軟啟動電路70。於此，軟啟動電路70可耦接於濾波電路10與大型電容30之間，用以緩升交流電壓。

電源轉換裝置1連接交流電壓的瞬間，所產生的輸入電流等於交流電壓除以輸入路徑上的等效阻抗(I＝V/R)。由於大型電容30在電源轉換裝置1連接交流電壓的瞬間，幾乎呈現短路狀態，加上濾波電路10、整流電路20的阻抗值均很小，所以造成瞬間的輸入電流很大，因而當電源轉換裝置1的電源插頭與市電插座(交流電壓)連接時，容易在瞬間產生火花。因此，本發明提出在電源轉換裝置1中設置軟啟動電路70，於交流電壓進入瞬間，其電壓值能和緩的慢慢上升，如此便不會造成過大的輸入電流於瞬間產生，進而可防止火花的發生。

請參照「第5圖」為電源轉換裝置之第五實施例示意圖。為了節省成本的支出，可將軟啟動電路70與過電壓保護電路50互相耦合，簡單的作法便是將MOS電晶體開關52耦合電容器72。由於MOS電晶體開關52如前所述，可在適當狀態下完成導通與關閉兩者間的切換，因此可達到過電壓保護的功能。加上電容器72具有儲存電荷的功能，在交流電壓輸入瞬間便會對電容器72進行緩慢的充電，配合MOS電晶體開關52，即可達到交 流電壓軟啟動(soft start)的功能，使交流電壓平緩的上升。此外，於「第5圖」中也可發現整流電路20可為橋式整流器。

請參照「第6圖」，該圖所示為電源轉換方法之流程圖，該電源轉換方法，轉換交流電壓為直流電壓而提供予負載，包含下列步驟。

步驟S10：接收交流電壓，濾波交流電壓而產生濾波電壓。

步驟S20：接收濾波電壓，整流濾波電壓而產生整流電壓。

步驟S30：提供大型電容，接收整流電壓而產生輸出電壓。

步驟S40：提供具有一次側與二次側之變壓器，一次側耦接大型電容而接收輸出電壓，二次側產生直流電壓並耦接負載。

步驟S50：偵測交流電壓，當交流電壓之電壓值大於預設值，使大型電容與交流電壓之間呈現斷路。於此步驟中更可包含下列步驟：提供MOS電晶體開關，耦接於交流電壓與大型電容之間。當交流電壓之電壓值小於預設值時，MOS電晶體開關導通(turn on)；相對的，當交流電壓之電壓值大於預設值時，MOS電晶體開關閉(turn off)。於此，預設值可為大型電容之最大耐壓值。

除了上述步驟之外，更包含下列步驟：當交流電壓啟動初期，緩升交流電壓。也就是說，讓交流電壓可以平緩的上升，而非啟動初期就立刻爬升至額定值，如此可解決交流電壓輸入瞬間，容易產生火花的問題。

雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申 請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧電源轉換裝置

10‧‧‧濾波電路

20‧‧‧整流電路

30‧‧‧大型電容

40‧‧‧變壓器

42‧‧‧一次側

44‧‧‧二次側

50‧‧‧過電壓保護電路

52‧‧‧MOS電晶體開關

60‧‧‧負載

70‧‧‧軟啟動電路

72‧‧‧電容器

第1圖：電源轉換裝置之第一實施例示意圖

第2圖：電源轉換裝置之第二實施例示意圖

第3圖：電源轉換裝置之第三實施例示意圖

第4圖：電源轉換裝置之第四實施例示意圖

第5圖：電源轉換裝置之第五實施例示意圖

第6圖：電源轉換方法之流程圖

1‧‧‧電源轉換裝置

10‧‧‧濾波電路

20‧‧‧整流電路

30‧‧‧大型電容

40‧‧‧變壓器

42‧‧‧一次側

44‧‧‧二次側

50‧‧‧過電壓保護電路

60‧‧‧負載

Claims (13)

1. 一種電源轉換裝置，轉換一交流電壓為一直流電壓而提供予一負載，該電源轉換裝置包含：一濾波電路，接收該交流電壓，濾波該交流電壓而產生一濾波電壓；一整流電路，耦接該濾波電路，接收該濾波電壓，整流該濾波電壓而產生一整流電壓；一大型電容(bulk capacitor)，耦接該整流電路，接收該整流電壓而產生一輸出電壓；一軟啟動電路，耦接於該濾波電路與該大型電容之間，用以緩升該交流電壓；一變壓器，具有一一次側與一二次側，該一次側耦接該大型電容而接收該輸出電壓，該二次側產生該直流電壓並耦接該負載；及一過電壓保護電路，耦接於該濾波電路與該大型電容之間，當該交流電壓之電壓值大於一預設值，該過電壓保護電路關閉，使該大型電容與該交流電壓之間呈現斷路。
2. 如請求項1之電源轉換裝置，其中該過電壓保護電路包含一MOS電晶體開關。
3. 如請求項2之電源轉換裝置，其中該MOS電晶體開關於該交流電壓之電壓值小於該預設值時導通，於該交流電壓之電壓值大於該預設值時關閉。
4. 如請求項1之電源轉換裝置，其中該預設值係為該大型電容之最大耐壓 值。
5. 如請求項1之電源轉換裝置，其中該過電壓保護電路一端耦接於該濾波電路，另一端耦接於該整流電路。
6. 如請求項1之電源轉換裝置，其中該過電壓保護電路一端耦接於該整流電路，另一端耦接於該大型電容。
7. 如請求項1之電源轉換裝置，其中該軟啟動電路包含一電容器。
8. 如請求項1之電源轉換裝置，其中該軟啟動電路與該過電壓保護電路互相耦合，包含一MOS電晶體開關耦合一電容器。
9. 如請求項1之電源轉換裝置，其中該整流電路係為一橋式整流器。
10. 一種電源轉換方法，轉換一交流電壓為一直流電壓而提供予一負載，包含下列步驟：接收該交流電壓，濾波該交流電壓而產生一濾波電壓；於該交流電壓啟動初期，緩升該交流電壓；接收該濾波電壓，整流該濾波電壓而產生一整流電壓；提供一大型電容(bulk capacitor)，接收該整流電壓而產生一輸出電壓；提供具有一一次側與一二次側之一變壓器，該一次側耦接該大型電容而接收該輸出電壓，該二次側產生該直流電壓並耦接該負載；及偵測該交流電壓，當該交流電壓之電壓值大於一預設值，使該大型電容與該交流電壓之間呈現斷路。
11. 如請求項10之電源轉換方法，其中斷開該交流電壓與該大型電容間之線 路的步驟，更包含下列步驟：提供一MOS電晶體開關，耦接於該交流電壓與該大型電容之間。
12. 如請求項11之電源轉換方法，更包含下列步驟：當該交流電壓之電壓值小於該預設值時，該MOS電晶體開關導通；及當該交流電壓之電壓值大於該預設值時，該MOS電晶體開關閉。
13. 如請求項10之電源轉換方法，其中該預設值係為該大型電容之最大耐壓值。