TWI481142B - 減少電磁干擾濾波器之功率消耗的洩放電路及方法 - Google Patents

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Description

減少電磁干擾濾波器之功率消耗的洩放電路及方法
本發明係有關一種電磁干擾(Electro-Magnetic Interference；EMI)濾波器，特別是關於一種減少電磁干擾濾波器之功率消耗的洩放電路及方法。
近年來，因能源危機及環保概念抬頭，歐盟、北美及日本等區域紛紛對電子設備訂定相關綠色環保法規，除規定電子設備的轉換效率外，亦對空載待機能耗提出嚴格要求。如圖1所示，在傳統的交直流轉換器中，電磁干擾濾波器10包括電容Cx具有兩端a及b供連接交流電源VAC，橋式整流器12整流電容Cx的電壓Vx產生輸入電壓Vin，電源供應器14將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vo。當交流電源VAC移除時，電容Cx上的電壓Vx可能高達數百伏特，為了避免發生電擊危險，故使用洩放電阻R1與電容Cx並聯以建立放電路徑供電容Cx放電。然而，在交流電源VAC持續供電時，洩放電阻R1不斷的有電流通過，因而造成額外的功率消耗。在現行的安規中，例如CEI/IEC 60950-1 clause 2.1.1.7，電容Cx與洩放電阻R1的放電時間常數(time constant)R1×Cx必須小於1秒，因此電容Cx越大，洩放電阻R1就越小，洩放電阻R所造成的功率消耗也就越大，特別是在系統待機時，洩放電阻R1的功率消耗更佔空載待機能耗相當大 的比重。
本發明的目的之一，在於提供一種減少電磁干擾濾波器之功率消耗的洩放電路及方法。
本發明的目的之一，在於提供一種與電源供應器的高電壓啟動電路共用腳位及高電壓元件的洩放電路。
根據本發明，一種減少電磁干擾濾波器之功率消耗的洩放電路包括整流電路、洩放開關及電源偵測電路。該整流電路連接該電磁干擾濾波器的電容的兩端，用以將該電容的第一電壓整流產生第二電壓，該電容具有兩端供連接交流電源。該電源偵測電路在該第二電壓持續大於臨界值超過預設時間時，導通連接在該整流電路及接地端之間的洩放開關以建立洩放路徑供該電容放電。其中該洩放開關及電源偵測電路可以整合在控制積體電路中，並且與該控制積體電路的高電壓啟動電路共用腳位及高電壓元件以減少腳位數量、電路面積及成本。
根據本發明，一種減少電磁干擾濾波器之功率消耗的洩放方法包括整流該電磁干擾濾波器的電容的第一電壓產生第二電壓，其中該電容的兩端供連接交流電源，在該第二電壓持續大於臨界值超過預設時間時，建立洩放路徑供該電容放電。
圖2係本發明洩放電路16之第一實施例，其中洩放電路16取代圖1中的洩放電阻R1，洩放電路16包含整流電路18、電源偵測電路20、限流器Rb以及洩放開關SWb。整流電路18包括兩個二極體D1及D2分別連接電容Cx的兩端a及b以全波整流電容Cx的電壓Vx產生電壓Vfull，如果橋式整流器12的輸出端Vin沒有如圖1所示的大電容Ci時，橋式整流器12可以取代整流電路18提供全波整流後的電壓Vfull。電源偵測電路20包括由電阻R2及R3組成的分壓電路、比較器22及計時器24，由電阻R2及R3組成的分壓電路分壓電壓Vfull產生電壓Vd，比較器22比較電壓Vd及參考電壓Vref，並在電壓Vd大於參考電壓Vref時送出比較信號S1，計時器24計數比較信號S1的持續時間T1，在持續時間T1大於預設時間T2時，計時器24導通(turn on)在整流電路18及接地端之間的洩放開關SWb以使整流電路18、限流器Rb及洩放開關SWb形成放電路徑供電容Cx放電。與洩放開關SWb串聯的限流器Rb係用以限制通過洩放開關SWb的放電電流，在此實施例中，限流器Rb為電阻，在其他實施中，限流器也可以是其他可以限制電流的元件，例如空乏型MOS電晶體。圖2的計時器24係由反相器26、開關SW1、電流源28、電容C1及比較器30組成的類比電路，電流源28連接電容C1提供充電電流I1，反相器26根據比較器22的輸出控制與電容C1並聯的 開關SW1以控制電容C1的充放電，比較器30比較電容C1的電壓Vc及參考電壓Vref1產生比較信號Sb供控制洩放開關SWb。在其他實施例中，計時器24也可以是由振盪器及計數器組成的數位電路。
一般而言，電壓Vfull為高電壓，因此電源偵測電路20中的比較器24需要使用高電壓元件，但是高電壓元件具有高成本及大面積的缺點，藉由控制電阻R2及R3的比例可以將電壓Vfull降為較低的電壓Vd，因此比較器22可以用低電壓或中電壓元件來實現，因而減少成本及電路面積。
圖3係圖2電路的波形圖。參照圖2及圖3，當交流電源VAC連接到電容Cx的兩端a及b時，電容Cx的電壓Vx隨交流電源VAC改變，整流電路18整流電壓Vx產生電壓Vfull，當電壓Vfull大於預設臨界值時，即電壓Vd大於參考電壓Vref時，比較器22產生比較信號S1關閉(turn off)計時器24中的開關SW1，電容C1的電壓Vc因而開始上升。當電壓Vfull小於臨界值，即電壓Vd小於參考電壓Vref時，比較器22結束比較信號S1，因而導通開關SW1使電容C1放電，進而將電壓Vc歸零。在交流電源VAC連接到電容Cx的情況下，由於電壓Vd的波形呈週期性變化，因此比較信號S1的持續時間T1幾乎為定值，而且無法使電容C1的電壓Vc上升到參考電壓Vref2，故維持關閉洩放開關SWb以切斷放電路徑，減少功率 消耗。
當交流電源VAC被移除時，如圖3的時間t1所示，電容Cx的電壓Vx將維持在交流電源VAC移除瞬間的電壓，因此電壓Vd也將維持固定，若此時的電壓Vd大於參考電壓Vref，則比較器22將持續輸出比較信號S1使電壓Vc持續上升，如時間t1到t3所示，當比較信號S1的持續時間T1達到預設時間T2時，如時間t2所示，電壓Vc大於參考電壓Vref1，比較器30觸發比較信號Sb以導通洩放開關SWb，此時整流電路18、限制器Rb及洩放開關SWb將形成放電路徑供電容Cx放電。
圖2的洩放電路16的全部或部分元作可以整合在積體電路(Integrated Circuit；IC)中，例如整合到電源供應器14的控制IC 32。
圖4係本發明洩放電路16之第二實施例，其包括整流電路18、具有限壓功能的高電壓元件M1、限流器Rb、洩放開關SWb及電源偵測電路20，其中除了整流電路18之外的其他元件都整合到電源供應器14的控制IC 32中，洩放電路16可與控制IC 32中原本就有的高電壓啟動電路36共用腳位PHV及高電壓元件M1，因此可以減少成本及電路面積。整流電路18整流電容Cx的電壓Vx產生電壓Vfull給控制IC 32的腳位PHV，如果橋式整流器12的輸出端Vin沒有大電容Ci，則橋式整流器12可以取代整流電路18提供 電壓Vfull。高電壓元件M1的輸入端連接腳位PHV以接收電壓Vfull，高電壓元件M1限制電壓Vfull的最大值以在其輸出端產生電壓Vd，高電壓元件M1可以使用接面場效電晶體或空乏型MOS電晶體，由於接面場效電晶體及空乏型MOS電晶體的臨界電壓Vth為負電壓，因此當電壓Vfull小於-Vth時，高電壓元件M1導通，此時電壓Vd等於Vfull，當電壓Vfull大於-Vth時，高電壓元件M1夾止(pinch off)，此時電壓Vd等於-Vth。限流器Rb與洩放開關SWb串聯在接地端及高電壓元件M1的輸出端之間，限制洩放開關SWb上的放電電流，在此實施例中，限流器Rb為電阻，在其他實施中，限流器也可以使用其他可以限制電流的元件，例如空乏型MOS電晶體。電源偵測電路20在被啟動信號Spor啟動後偵測電壓Vd以判斷交流電源VAC是否被移除，在偵測到交流電源VAC被移除時，電源偵測電路20產生信號Sb導通洩放開關SWb以建立放電路徑供電容Cx放電。在圖4中，由於高電壓元件M1限制輸入比較器22、限流器Rb及洩放開關SWb的電壓Vd，因此比較器22、限流器Rb及洩放開關SWb可以使用低電壓或中電壓元件以減少成本及電路面積。
參照圖4，當交流電源VAC連接到電容Cx的兩端a及b時，將產生電流I2經整流電路18、高電壓元件M1及二極體D3對電容Cstart充電，當電容Cstart 的電壓VDD達到臨界值時，電源啟動重置(Power On Reset；POR)電路38提供高準位的啟動信號Spor以啟動電源偵測電路20及控制IC 32內的其他電路，進而啟動控制IC 32。此外，電壓VDD可以直接作為電源電壓供給電源偵測電路20及控制IC 32內的其他電路，或者經電壓調節器調節後供給電源偵測電路20及控制IC 32內的其他電路。
圖4的電源偵測電路20包括比較器22、計時器24及反及閘34，反及閘34根據來自計時器24的信號S2及來自POR電路38的啟動信號Spor決定信號Sb，在控制IC 32被啟動後，由於啟動信號Spor維持在高準位，因此信號Sb將由信號S2決定。在洩放電路16被啟動後，電源偵測電路20偵測電壓Vd，在交流電源VAC連接到電容Cx的兩端a及b的期間，電壓Vd的波形呈週期性變化，比較器22送出的比較信號S1的持續時間T1幾乎為定值而且小於預設時間T2，故計時器24提供高準位的信號S2關閉洩放開關SWb以切斷放電路徑。當交流電源VAC被移除時，若此時的電壓Vd大於參考電壓Vref，比較器22將持續送出比較信號S1，當計時器24偵測到比較信號S1的持續時間T1大於預設時間T2時，送出低準位的信號S2以觸發信號Sb來導通洩放開關SWb，此時整流電路18、高電壓元件M1、限流器Rb及洩放開關SWb形成放電路徑供電容Cx放電。較佳者，洩放開關SWb上的 放電電流小於高電壓元件M1上的電流。
圖4的計時器24可以如圖2的電路所示，由反相器26、開關SW1、電流源28、電容C1及比較器30組成，但其中比較器30的正輸入端及負輸入端分別接收參考電壓Vref1及電壓Vc，或者圖4的計時器24也可以使用由振盪器及計數器組成的數位電路。
圖5係本發明洩放電路的第三實施例，其與圖4的電路同樣包括整流電路18、高電壓元件M1、限流器Rb、洩放開關SWb及電源偵測電路20，但是限流器Rb及洩放開關SWb是串聯在接地端及高電壓元件M1的輸入端之間，圖5的洩放電路16還包括高電壓元件M2連接在高電壓元件M1的輸入端及限流器Rb之間，限制供給限流器Rb及洩放開關SWb的電壓，因此限流器Rb及洩放開關SWb可以使用低電壓或中電壓元件以減少成本及電路面積，高電壓元件M2可以使用接面場效電晶體或空乏型MOS電晶體。當交流電源VAC連接到電容Cx的兩端a及b時，電源偵測電路20關閉洩放開關SWb以切斷放電路徑。當交流電源VAC被移除時，若此時的電壓Vd大於參考電壓Vref且持續時間T1大於預設時間T2，則電源偵測電路20導通洩放開關SWb，整流電路18、高電壓元件M2、限流器Rb及洩放開關SWb將形成放電路徑供電容Cx放電。
在圖5中，洩放電路16的高電壓元件M1及M2、 限流器Rb、洩放開關SWb及電源偵測電路20可以整合到控制IC 32中，並且如圖4所示，此洩放電路16可以與高電壓啟動電路36共用腳位PHV及高電壓元件M1。此外，如果橋式整流器12的輸出端Vin沒有大電容Ci，則橋式整流器12可以取代整流電路18提供電壓Vfull。
圖6係本發明洩放電路16的第四實施例，其與圖4的電路同樣包括整流電路18、高電壓元件M1、限流器Rb、洩放開關SWb及電源偵測電路20，但是限流器Rb及洩放開關SWb是串聯在接地端及高電壓元件M1的輸入端之間，而且洩放開關SWb為高電壓元件，洩放開關SWb可以使用接面場效電晶體或空乏型MOS電晶體，此外，洩放電路16還包括洩放電流控制器40根據來自電源偵測電路20的信號Sb控制洩放開關SWb。當交流電源VAC連接到電容Cx的兩端a及b時，洩放開關SWb關閉以切斷放電路徑。當交流電源VAC被移除時，若此時的電壓Vd大於參考電壓Vref且持續時間T1大於預設時間T2，則電源偵測電路20送出信號Sb給洩放電流控制器40以導通洩放開關SWb，整流電路18、限流器Rb及洩放開關SWb將形成放電路徑供電容Cx放電。在圖6中，洩放電流控制器46可以根據信號Sb控制洩放開關SWb上的放電電流。
在圖6中，洩放電路16的高電壓元件M1、限流 器Rb、洩放開關SWb、電源偵測電路20及洩放電流控制器40可以整合到控制IC 32中，並且如圖4所示，此洩放電路16可以與高電壓啟動電路36共用腳位PHV及高電壓元件M1。此外，如果橋式整流器12的輸出端Vin沒有大電容Ci，則橋式整流器12可以取代整流電路18提供電壓Vfull。
以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想由以下的申請專利範圍及其均等來決定。
10‧‧‧電磁干擾濾波器
12‧‧‧橋式整流器
14‧‧‧電源供應器
16‧‧‧洩放電路
18‧‧‧整流電路
20‧‧‧電源偵測電路
22‧‧‧比較器
24‧‧‧計時器
26‧‧‧反相器
28‧‧‧電流源
30‧‧‧比較器
32‧‧‧控制IC
34‧‧‧反及閘
36‧‧‧高電壓啟動電路
38‧‧‧POR電路
40‧‧‧洩放電流控制器
圖1係習知的交直流轉換器；圖2係本發明洩放電路之第一實施例；圖3係圖2信號的波形圖；圖4係本發明洩放電路之第二實施例；圖5係本發明洩放電路之第三實施例；以及圖6係本發明洩放電路之第四實施例。
12‧‧‧橋式整流器
14‧‧‧電源供應器
16‧‧‧洩放電路
18‧‧‧整流電路
20‧‧‧電源偵測電路
22‧‧‧比較器
24‧‧‧計時器
26‧‧‧反相器
28‧‧‧電流源
30‧‧‧比較器

Claims (11)

  1. 一種減少電磁干擾濾波器之功率消耗的洩放電路，該電磁干擾濾波器包含電容具有兩端供連接交流電源，該洩放電路包含：整流電路，連接該電容的兩端，整流該電容的第一電壓產生第二電壓；洩放開關，在該整流電路及接地端之間；電源偵測電路，連接該洩放開關，在該第二電壓持續大於臨界值超過預設時間時，導通該洩放開關以建立洩放路徑使該電容放電；以及具有限壓功能的高電壓元件，連接該整流電路及該電源偵測電路，接收該第二電壓並限制該第二電壓的最大值以產生第三電壓給該電源偵測電路。
  2. 如請求項1之洩放電路，其中該電源偵測電路包括：比較器，連接該高電壓元件，比較該第三電壓及一參考電壓，在該第三電壓大於該參考電壓時送出比較信號；以及計時器，連接該比較器及該洩放開關，在該比較信號的持續時間超過該預設時間時，導通該洩放開關。
  3. 如請求項1之洩放電路，其中該高電壓元件為接面場效電晶體或空乏型MOS電晶體。
  4. 如請求項1之洩放電路，其中該洩放開關經該高電壓元件連接該整流電路。
  5. 如請求項4之洩放電路，其中該放電電流小於該高電 壓元件上的電流。
  6. 如請求項1之洩放電路，其中該洩放開關、該電源偵測電路及該高電壓元件整合在控制積體電路中。
  7. 如請求項6之洩放電路，其中該高電壓元件提供電流給該控制積體電路的啟動電容以啟動該控制積體電路。
  8. 如請求項1之洩放電路，更包含限流器與該洩放開關串聯，以限制該洩放開關上的最大放電電流。
  9. 一種減少電磁干擾濾波器之功率消耗的洩放電路，該電磁干擾濾波器包含電容具有兩端供連接交流電源，該洩放電路包含：整流電路，連接該電容的兩端，整流該電容的第一電壓產生第二電壓；洩放開關，在該整流電路及接地端之間；電源偵測電路，連接該洩放開關，在該第二電壓持續大於臨界值超過預設時間時，導通該洩放開關以建立洩放路徑使該電容放電；以及具有限壓功能的高電壓元件，在該整流電路及該洩放開關之間，用以限制輸入該洩放開關的最大電壓。
  10. 如請求項9之洩放電路，其中該高電壓元件為接面場效電晶體或空乏型場效電晶體。
  11. 一種減少電磁干擾濾波器之功率消耗的洩放方法，該電磁干擾濾波器包含電容具有兩端供連接交流電源，該洩放方法包括下列步驟： (A)對該電容的第一電壓整流以產生第二電壓；以及(B)偵測該第二電壓，在該第二電壓持續大於臨界值超過預設時間時，建立洩放路徑使該電容放電；其中，該步驟B包括：限制該第二電壓的最大值產生第三電壓；以及在該第三電壓持續大於一參考電壓超過該預設時間時，建立該洩放路徑。
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