TWI396353B - 電源模組 - Google Patents

Description

電源模組

本發明涉及電子技術領域，特別涉及一種電源模組。

目前，電源模組通常會設置一個過壓保護單元，以防止電源模組輸出的電壓過高而對連接於電源模組輸出端的負載造成損壞，達到過壓保護的目的。過壓保護單元對電源模組輸出的電壓進行取樣以產生取樣電壓，並將該取樣電壓值與其預先設置的基準電壓值進行比較。當取樣電壓值大於基準電壓值，即表示電源模組輸出電壓過高時，過壓保護單元產生高電位訊號，並傳送低電位訊號傳送給電源模組中的脈寬調變單元的反饋端。因此，脈寬調變單元停止工作，從而電源模組停止輸出電壓給負載。

然而，如果造成過電壓的原因沒有消除，當電源模組輸出的電壓再次過大時，該過大的輸出電壓會對連接於電源模組輸出端的負載造成電壓衝擊，可能導致負載的損壞。

鑒於此，有必要提供一種可鎖定電壓輸出的電源模組。

一種電源模組包括整流濾波單元、具有一反饋端的脈寬調變單元、電壓變換單元、預設有一基準電壓的取樣比較單元及過壓保護單元。整流濾波單元用於將交流電進行整流濾波以產生初級直流電。脈寬調變單元用於在反饋端為第一電位狀態時提供脈衝電壓，为第二電位狀態時停止提供脈衝電壓。電壓變換單元基於脈衝電壓將初級直流電變換為負載直流電。取樣比 較單元用於對負載直流電進行取樣產生取樣電壓，並在取樣電壓值大於基準電壓值時產生反饋訊號，過壓保護單元連接於取樣比較單元及反饋端之間，用於根據反饋訊號將反饋端鎖定為第二電位狀態。

上述電源模組，由於採用了過壓保護單元，當負載直流電過大，即對負載直流電取樣產生的取樣電壓值大於基準電壓值時，過壓保護單元即將脈寬調變單元的反饋端鎖定在第二電位狀態，使脈寬調變單元停止提供脈衝電壓，避免電源模組輸出的電壓對負載造成電壓衝擊而損壞。

100‧‧‧交流電源

300‧‧‧負載

200‧‧‧電源模組

210‧‧‧整流濾波單元

220‧‧‧脈寬調變單元

230‧‧‧電壓轉換單元

240‧‧‧取樣比較單元

250‧‧‧過壓保護單元

251‧‧‧過壓保護電路

254‧‧‧鎖定電路

253‧‧‧輔助電路

221‧‧‧反饋端

252‧‧‧輸入端

V_cc‧‧‧電壓

Q1、Q2‧‧‧電晶體

C1、C2‧‧‧電容

R1、R2、R3‧‧‧電阻

圖1為一較佳實施方式的電源模組之功能模組圖。

圖2為圖1所示電源模組中過壓保護單元之功能模組圖。

圖3為圖1所示電源模組之局部電路圖。

如圖1所示，其為一較佳實施方式的電源模組200功能模組圖，電源模組200包括整流濾波單元210、脈寬調變單元220、電壓變換單元230、取樣比較單元240及過壓保護單元250。

整流濾波單元210用於對來自交流電源100輸入的交流電進行整流及濾波，以產生初級直流電。

脈寬調變單元220用於接收初級直流電而上電工作，並產生脈衝電壓。脈寬調變單元220具有一反饋端221，當反饋端221處於第一電位狀態時，脈寬調變單元正常工作以輸出脈衝電壓；當反饋端221處於第二電位狀態時，脈寬調變單元200停止輸出脈衝電壓。在本實施方式中，第一電位狀態為高電位狀態，第二電位狀態為低電位狀態。

電壓變換單元230基於脈衝電壓將初級直流電變換為負載直流電。該負載直 流電被提供給負載300作為工作電壓。

取樣比較單元240預先設置有一基準電壓值。取樣比較單元240用於對負載直流電進行取樣，以產生取樣電壓，並將取樣電壓值與基準電壓值進行比較。當取樣電壓值大於基準電壓值時，取樣比較單元240產生反饋訊號給過壓保護單元250，當取樣電壓值小於或等於基準電壓值時，取樣比較單元240不產生反饋訊號給過壓保護單元250。在本實施方式中，反饋訊號為高電位訊號。

過壓保護單元250用於接收取樣比較單元240的反饋訊號，並輸出電位訊號給脈寬調變單元220的反饋端221。當過壓保護單元250未接收到取樣比較單元240傳送的反饋訊號即電源模組200輸出沒有過電壓現象時，脈寬調變單元220的反饋端221為第一電位狀態，因此脈寬調變單元220正常輸出脈衝電壓給電壓變換單元230，電壓變換單元230輸出負載直流電給負載300。

當過壓保護單元250接收到取樣比較單元240傳送的反饋訊號即電源模組200過電壓輸出時，脈寬調變單元220的反請端221變為第二電位狀態，因此脈寬調變單元220停止輸出脈衝電壓給電壓變換單元230，電壓變換單元230停止輸出負載直流電給負載300，達到過壓保護目的。同時，過壓保護單元250將脈寬調變單元220的反饋端221鎖定在第二電位狀態，從而達到了鎖定電源模組200輸出電壓的目的。

請參閱圖2，過壓保護單元250包括過壓保護電路251、輔助電路253及鎖定電路254。

過壓保護電路251具有一輸入端252，其用於接收取樣比較單元240產生的反饋訊號。當輸入端252接收到來自取樣比較單元240輸入的反饋訊號時， 即產生導通電位訊號給鎖定電路254，當輸入端252未接收到來自取樣比較單元240的反饋訊號時，即不產生電位訊號給鎖定電路254。本實施方式中，導通電位訊號為高電位訊號。

輔助電路253用於提供直流電壓給鎖定電路254。

鎖定電路254用於分別接收輔助電路253提供的直流電壓及過壓保護電路251產生的電位訊號，以產生電位訊號給脈寬調變單元220的反饋端221。當鎖定電路254未接收到來自過壓保護電路251輸入的導通電位訊號時，即產生第一電位訊號給脈寬調變單元220的反饋端221。因此，脈寬調變單元220輸出脈衝訊號給電壓變換單元230，電壓變換單元230提供負載直流電給負載300。

當鎖定電路254接收到來自過壓保護電路251輸入的導通電位訊號時，即產生第二電位訊號給脈寬調變單元220的反饋端221，同時將過壓保護電路251的輸入端252鎖定在第三電位狀態。因此，脈寬調變單元220停止輸出脈衝訊號給電壓變換單元230，電壓變換單元230停止提供負載直流電給負載300。在本實施方式中，第三電位狀態為高電位狀態。

由於過壓保護電路250的輸入端252被鎖定在第三電位狀態，過壓保護電路251只能產生導通電位訊號給鎖定電路254，脈寬調變單元220反饋端221只能接收到第二電位訊號，脈寬調變單元220停止輸出脈衝訊號給電壓變換單元230，使得電壓變換單元230停止提供負載直流電給負載300，達到了負載直流電過電壓時即鎖定電源模組200輸出電壓的目的。

請參閱圖3，過壓保護電路251包括第一電晶體Q1、第一分壓電阻R1及第一濾波電容C1。第一電晶體Q1的基極連接輸入端252，集極與鎖定電路254連接，射極接地。第一分壓電阻R1及第一濾波電容C1並聯連接於輸入端252 與地之間。在本實施方式中，第一電晶體Q1為NPN雙極性電晶體。

鎖定電路254包括第二電晶體Q2、第二分壓電阻R2及第二濾波電容C2。第二電晶體Q2的集極與過壓保護電路251的輸入端252相連，射極分別連接於脈寬調變單元220的反饋端221及輔助電路253，基極與第一電晶體Q1的集極連接。第二分壓電阻R2及第二濾波電容C2並聯連接於第二電晶體Q2的射極與基極之間，在本實施方式中，第二電晶體Q2為PNP雙極性電晶體。

輔助電路253包括限流電阻R3及電壓源V_CC，電壓源V_CC通過限流電阻R3與第二電晶體Q2的射極相連。限流電阻R3的電阻值大於第二分壓電阻R2的電阻值。

電源模組200的工作原理如下：

當電源模組200穩定工作時，取樣比較單元240對電壓變換單元230輸出的負載直流電取樣，當取樣電壓值小於或等於基準電壓值，取樣比較單元240輸出低電位訊號給過壓保護單元250的輸入端252，使得輸入端252處於低電位狀態。第一電晶體Q1的基極為低電位電壓，第一電晶體Q1截止，這時，第二電晶體Q2的基極與射極相同為高電位電壓，使得第二電晶體Q2截止。電壓源V_CC通過限流電阻R3直接給脈寬調變單元220的反饋端221提供直流電壓，因此脈寬調變單元220的反饋端221處於高電位電壓狀態，脈寬調變單元220輸出脈衝電壓，使得電壓變換單元230輸出直流電給負載300。

當電源模組200處於過電壓狀態，即電壓變換單元230輸出的負載直流電壓值過大時，取樣比較單元240對負載直流電取樣，其取樣電壓值將大於基準電壓值。取樣比較單元240輸出高電位訊號給過壓保護電路251的輸入端252，使得輸入端252處於高電位狀態。第一電晶體Q1的基極為高電位電壓，第一電晶體Q1導通，第一電晶體Q1的集極電壓V_c被拉低為低電位。這時 ，第二電晶體Q2的基極與第一電晶體Q1的集極均為低電位電壓，使得第二電晶體Q2導通。電壓源V_CC通過限流電阻R3、第二分壓電阻R2以及第一電晶體Q1的集極及射極接地。由於限流電阻R3的電阻值大於第二分壓電阻R2的電阻值，因此第二分壓電阻R2兩端分得的電壓值VR2較小，使得脈寬調變單元220的反饋端221處於低電位電壓狀態，脈寬調變單元220停止輸出脈衝電壓，從而電壓變換單元230停止輸出直流電給負載300，有效的防止了電壓變換單元230產生的負載直流電過大對負載300造成損壞。

同時，輸入端252通過第二電晶體Q2的集極及射極、第二分壓電阻R2以及第一電晶體Q1的集極及射極接地。輸入端252的電壓值V252=VQ2ce+VR2+VQ1ce，其中，VQ2ce為第二電晶體Q2導通時其集極及射極之間的電壓值，VR2為第二分壓電阻R2對電壓源V_CC分壓所得的電壓值，VQ1ce為第一電晶體Q1導通時其集極及射極之間的電壓值。因此，輸入端252的電壓值V252將大於第一電晶體Q1的導通電壓值(注：矽管電晶體的導通電壓值為0.7)，也即輸入端252被鎖定為高電位電壓狀態，使得脈寬調變單元220的反饋端221被鎖定保持在低電位電壓狀態，脈寬調變單元220停止輸出脈衝電壓，從而電壓變換單元230停止輸出負載直流電給負載300，達到了鎖定電源模組200輸出電壓的目的。

上述電壓變換單元、第一電晶體Q1及第二電晶體Q2係作為一個電子開關，其也可以採用其他類型的壓控開關代替，如場效應管等。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述僅為本發明之較佳實施方式，舉凡熟悉本案技藝之人士，在援依本案創作精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

100‧‧‧交流電源

300‧‧‧負載

200‧‧‧電源模組

210‧‧‧整流濾波單元

220‧‧‧脈寬調變單元

230‧‧‧電壓轉換單元

240‧‧‧取樣比較單元

250‧‧‧過壓保護單元

251‧‧‧過壓保護電路

254‧‧‧鎖定電路

253‧‧‧輔助電路

221‧‧‧反饋端

252‧‧‧輸入端

Claims (10)

1. 一種電源模組，連接於交流電源及負載之間，其包括整流濾波單元、具有一反饋端的脈寬調變單元及電壓變換單元，該整流濾波單元用於將交流電進行整流及濾波以產生初級直流電，該脈寬調變單元用於在反饋端為第一電位狀態時提供脈衝電壓，在反饋端為第二電位狀態時停止提供脈衝電壓，該電壓變換單元基於脈衝電壓將初級直流電變換為負載直流電以給負載供電，其改良在於：該電源模組還包括預設有一基準電壓值的取樣比較單元及過壓保護單元，該取樣比較單元用於對該電壓變換單元輸出的負載直流電進行取樣以產生取樣電壓，並在取樣電壓值大於基準電壓值時產生反饋訊號，過壓保護單元連接在取樣比較單元與反饋端之間，根據取樣比較單元產生的反饋訊號鎖定反饋端為第二電位狀態，進而使得該電壓變換單元停止輸出負載直流電給負載。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電源模組，其中該過壓保護單元包括過壓保護電路、用於提供直流電壓的輔助電路及鎖定電路，該過壓保護單元用於接收來自取樣比較單元輸入的反饋訊號並產生電位訊號給鎖定電路，該鎖定電路根據該直流電壓及反饋訊號將脈寬調變單元的反饋端鎖定為第二電位狀態。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電源模組，其中該過壓保護電路具有一輸入端，該輸入端與取樣比較單元相連，鎖定電路基於取樣比較單元產生的反饋訊號，將過壓保護電路的輸入端鎖定為第三電位狀態。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電源模組，其中該第一電位狀態及第三電位狀態均為高電位狀態，該第二電位狀態為低電位狀態，反饋訊號為高電位電壓訊號。
5. 如申請專利範圍第2項所述之電源模組，其中該過壓保護電路包括第一電晶體，該鎖定電路包括第二電晶體，該第一電晶體基於取樣比較單元產生的反饋訊號導通並使得第二電晶體導通，該第二電晶體基於自身的導通使得第一電晶體維持於導通狀態。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電源模組，其中該第一電晶體的基極與該輸入端連接，集極與鎖定電路連接，射極接地。
7. 如申請專利範圍第5項所述之電源模組，其中該過壓保護電路還包括第一分壓電阻及第一濾波電容，該第一濾波電容的一端連接於第一電晶體的基極與該輸入端之間，另一端接地，該第一分壓電阻的一端連接於第一電晶體的基極與該輸入端之間，另一端接地。
8. 如申請專利範圍第2項所述之電源模組，其中該鎖定電路包括第二電晶體及第二分壓電阻，第二電晶體的基極與第一電晶體的集極相連，射極分別與輔助單元及脈寬調變單元的反饋端相連，集極與該輸入端連接，該第二分壓電阻連接於第二電晶體的基極與射極之間。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電源模組，其中該鎖定電路還包括第二濾波電容，該第二濾波電容連接於第二電晶體的基極與射極之間。
10. 如申請專利範圍第8項所述之電源模組，其中該輔助電路包括限流電阻及電壓源，該電壓源通過限流電阻連接於第二電晶體的射極。