TWI538367B

TWI538367B - Power converter

Info

Publication number: TWI538367B
Application number: TW101105654A
Authority: TW
Inventors: jin-qing Zhuang; rong-jun Xiao; Zuo-Shang Yu; Chang-He Zhong
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2016-06-11
Also published as: TW201336215A

Description

電源轉換器

本發明是有關於一種電源轉換器，特別是指一種將交流電源轉換成直流電源的電源轉換器。

參見圖1所示，習知一種液晶顯示器用的電源轉換器(電源適配器，adapter)主要包含一個接受AC交流電源(市電)輸入的交流電源輸入端11(如：AC Socket)，其具有一火線(Line，簡稱L)、一中性線(Neutral，簡稱N)及一與所在建築物下方之接地點G1連接以導接至大地的地線(Earth，簡稱E)；一個對由交流電源輸入端11的火線L及中性線N輸入的交流電源進行EMI差模雜訊和共模雜訊濾波的EMI濾波電路12，以隔離電網的EMI雜訊與電源轉換器內部的EMI雜訊互相串擾，一個對EMI濾波電路12輸出的交流電源進行全波整流以產生一直流脈動電壓的橋式整流電路13，一個利用濾波電路(圖未示)對直流脈動電壓進行濾波，以產生具有較低電壓紋波的直流電對變壓器T1的初級側繞組Np激磁，使轉換能量到變壓器T1的次級側繞組Ns的初級側電路14，一個將次級側繞組Ns之感應電壓整流成一直流電並濾除其中的電壓漣波成份後，輸出一直流電壓供液晶顯示器之主機板電路以及液晶面板燈管的驅動電路使用的次級側電路15，以及一回授電路16，其取樣該直流電壓，並最終經由一光耦(圖未示)輸出一控制訊號控制初級側電路14中的PWM控制晶片，使變壓器T1輸出的電壓經次級側電路15整流濾波之後產生穩定的直流電壓。

其中初級側電路14的一第一接地端P1與一第一基準電位G2連接，而次級側電路15的一第二接地端P2與一第二基準電位G3連接，且因為初級側電路14與次級側電路15之間有變壓器T1及光耦隔離，使得第一基準電位G2與第二基準電位G3不同。然由於初級側電路14中的MOS開關元件(圖未示)、變壓器T1等元件在工作時產生之di/dt和dv/dt高頻雜訊，會在電路走線(trace)之間到處相互串擾，若這些高頻雜訊不能被及時導出，可能使初級側電路14中的PWM控制晶片(圖未示)受到干擾而不能穩定工作，以及可能通過交流輸入端11中的火線L和中性線N串擾到附近的電網系統中，最終干擾到附近電網的其他電氣設備而使其他設備無法正常使用。因此，習知做法通常在初級側電路14的接地端P1與次級側電路15的接地端P2之間串接一顆耐高壓的安規Y電容C_Y，使將初級側電路14產生的高頻雜訊導到次級側電路的接地端P2，再經由接地端P2與電源轉換器的地線E相連接，而最終電源轉換器的地線E再與接地點G1連接而導至大地。

此外，為了防止因部分共用建築物的接地點G1的接地阻抗較大(接地不良)或是沒有接至大地時，附近電網其它電子產品產生的低頻雜訊可能經由電源轉換器的地線E通過次級側電路15的接地端P2到達液晶顯示器之主機板的接地端，最終低頻的雜訊干擾到主機板中的圖像處理電路，造成液晶顯示畫面出現如：水紋波干擾或是網狀條紋干擾問題；現行做法通常在地線E和次級側電路15的接地端P2之間串接由一電阻R1和一電容C1並聯組成的高通濾波電路17，以阻擋低頻雜訊經由接地端P2進入液晶顯示器的主機板電路。

然而當建築物電網被雷擊，如：雷擊經由接地點G1及地線E向火線端L打入一高電壓時，如圖2之等效電路所示，其放電路徑為地線E→高通濾波電路17→橋式整流器13其中的一整流二極體D1→EMI濾波器12中的一共模電感L1→交流輸入端11的火線L，即：雷擊時從接地點G1對火線端L打一脈衝高壓(需要說明的是：圖2中的共模電感L1只畫出連接火線端L的1/2繞組，橋式整流器13中其中之一整流二極體D1的正端經由接地端P2與接地點G2相電連接，其負端與連接火線端L的1/2共模電感L1相電連接)，此時，因接地點G1對火線端L雷擊的脈衝電壓或能量太大則有可能超出電阻R1及電容C1兩端的最大耐壓值，或是電阻R1及電容C1無法承受瞬間較大電流，電阻R1及/或電容C1就有可能炸裂，且其產生的導電粉塵會附著在附近的回授電路16之元件，導致電源轉換器1輸出不穩定或無法輸出，使得設置在液晶顯示器中的電源轉換器1在雷雨季節時，因被雷電擊中而導至R1/C1炸裂，而最終導至電源轉換器1無輸出，同時增加了液晶顯示產品市場不良維修費用。

因此，本發明之目的，即在提供一種電源轉換器，其讓該電源轉換器初級側電路和次級側電路產生的高頻EMI雜訊可分別通過第一電容C_Y及第二電容C1泄放到電網大地中，降低了EMI雜訊從交流輸入端的火線端L和中性端N串擾到附近的電網系統而干擾到電網系統其他電氣設備的正常使用；以及可阻隔因部分共用建築物的接地點G1的接地阻抗較大(接地不良)或是沒有接至大地時，附近電網其他電子產品產生的低頻雜訊可能經由電源轉換器的地線E通過次級側電路15的接地端P2到達液晶顯示器之主機板的接地端而造成液晶畫面干擾問題；同時避開了雷擊時能量經過第二電容C1而最終導至電源轉換器市場不良率上升問題。

為達到上述目的，本發明的電源轉換器包括一個包含一火線、一中性線及一地線並接受一交流電源輸入的交流電源輸入端，一個變壓器，一個對該變壓器的初級側繞組激磁的初級側電路，以及一個對該變壓器的次級側繞組之感應電壓進行整流濾波以輸出一直流電壓的次級側電路，其中該初級側電路具有一第一接地端，該次級側電路具有一第二接地端；特別是，該電源轉換器還包括一電耦接在該交流電源輸入端的地線與該初級側電路的第一接地端之間的第一電容，及一電耦接在該交流電源輸入端的地線與該該次級側電路的第二接地端之間的第二電容。

較佳地，該電源轉換器還包括一與該第二電容並聯的電阻。

較佳地，該第一電容是符合安規要求的Y電容。

較佳地，該電源轉換器還包括一個與該交流電源輸入端的火線及中性線電耦接以接受該交流電源輸入的EMI濾波電路，一個對該EMI濾波電路輸出的交流電源進行全波整流的橋式整流電路，以及一取樣該直流電壓以控制該初級側電路，使該次級側電路輸出穩定的直流電壓之回授電路，且該初級側電路對該橋式整流電路輸出之整流後電壓進行濾波之後提供給變壓器進行電壓能量轉換並和回授電路一起控制該變壓器能量轉換。

本發明的功效在於藉由在交流電源輸入端的地線與初級側電路的第一接地端P1之間串接第一電容C_Y，將初級側電路中產生的高頻雜訊經由地線導引至大地，並藉由在交流輸入端的地線與次級側電路的第二接地接之間設置第二電容(以及與第二電容並聯的電阻)，而阻擋因共用建築物的接地點G1的接地阻抗較大(接地不良)或是沒有接至大地時，附近電網其他電子產品的低頻雜訊經由地線通過次級側電路的第二接地端串擾到達液晶顯示器之主機板的接地端，最終低頻的雜訊干擾到主機板中的圖像處理電路，造成液晶顯示畫面出現如：水紋波干擾或是網狀條紋干擾問題，同時次級側電路產生的EMI高頻雜訊可透過第二電容泄放至地線而導引至大地；並能避免雷擊產生的高壓及瞬間大電流通過第二電容或電阻，使不致因遭受脈衝高壓及瞬間脈衝大電流而炸裂並導致電源轉換器輸出不穩定或無法輸出，而可以有效降低電源轉換器(電源適配器， adapter)的市場不良率，達到本發明的目的。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

本發明電源轉換器(電源適配器，adapter)是一交/直流轉換器，其可設置在液晶顯示器或其它需要直流電源的電子設備中。參見圖3所示，本發明電源轉換器的第一較佳實施例主要包括依序串接的一交流電源輸入端21、一EMI(電磁干擾)濾波器22、一橋式整流電路23、一變壓器T1、一設在變壓器T1的初級側繞組Np與橋式整流電路23之間的初級側電路24、一設在變壓器T1的次級側繞組Ns之次級側電路25，以及一回授電路26。

交流電源輸入端21是例如電源轉換器的AC Socket，其包含一火線L、一中性線N及一地線E，其中火線L及中性線N接受交流電源(例如市電)輸入，地線E用以與所在建築物下方的一接地點G1連接以接大地。

EMI濾波器22與交流電源輸入端21的火線L及中性線N電耦接，以接受該交流電源輸入，並濾除交流電源中的EMI雜訊以輸出一交流電壓。

橋式整流電路23是一橋式全波整流器，用以對EMI濾波器22輸出的交流電壓進行全波整流而產生一直流脈動電壓。

初級側電路24主要包含一濾波電路、一由MOS功率開關組成的開關電路及一驅動該開關電路導通與否的PWM控制電路。全波整流之後的直流脈動電壓經過初級側電路24中的濾波電路(濾波電容)將直流脈動電壓轉換為具有較低電壓紋波的直流電壓，並提供給變壓器T1的初級側繞組Np，由變壓器T1進行電壓能量轉換，使變壓器T1的次級側繞組Ns產生一感應電壓。次級側電路25是一整流濾波電路，其將該感應電壓整流成直流電壓並濾除其中的電壓漣波成份後，輸出一直流電壓給一負載端，例如上述之液晶顯示器，其中直流電壓的一部分供應液晶顯示器之液晶面板燈管的驅動電路，直流電壓的另一部分經由液晶顯示器之主機板電路中的直流-直流轉換器轉換成例如5V電壓，做為主機板上各個電路模組的工作電源以及作為液晶面板驅動電路中的工作電源。

回授電路26取樣次級側電路25輸出的直流電壓，並最終經由一光耦(圖未示)輸出一控制訊號控制初級側電路24的PWM控制電路，使改變MOS功率開關的導通時間，使次級側電路25得以輸出穩定的直流電壓。且由於上述之EMI濾波電路22、橋式整流電路23、初級側電路24、次級側電路25及回授電路26皆為習知電路且非本發明重點，故於此不詳述其組成及工作方式。

此外，初級側電路24的一第一接地端P1與一第一基準電位G2連接，次級側電路25的一第二接地端P2與一第二基準電位G3連接，並與液晶顯示器的主機板之接地端相耦接。且因為初級側電路24與次級側電路25之間有變壓器T1及光耦隔離，故第一基準電位G2與第二基準電位G3不同。但由於初級側電路24中的MOS功率開關及變壓器T1等元件在工作時產生之di/dt和dv/dt高頻雜訊會在電路走線(trace)之間到處相互串擾，若這些高頻雜訊不能被及時導出，可能使PWM控制電路受到干擾而不能穩定地工作，以及可能通過交流輸入端21中的火線L和中性線N串擾到附近的電網系統中，最終干擾到附近電網的其他電氣設備而使其他設備無法正常使用。

因此，為解決上述問題，本實施例電源轉換器1還包括一電耦接在交流電源輸入端21之地線E與初級側電路24的第一接地端P1之間的第一電容C_Y，且在本實施例中第一電容C_Y是採用一符合安規等級的耐高壓的Y電容，它可將初級側電路24中產生的高頻雜訊經由地線E導引至接地點G1而導入大地。而第一電容C_Y的容值會根據EMI測試結果及安規漏電流測試結果來決定，通常在220pF~4700pF之間做選擇。

此外，當建築物下方的接地點G1沒有做良好的接地或甚至不接地時，若還有其它抑制電磁干擾能力較弱的電子設備共用建築物的接地點G1時，該電子設備產生的低頻雜訊就很容易從接地點G1經由電源轉換器的地線E通過次級側電路25之第二接地端P2到達液晶顯示器之主機板的接地端而干擾液晶顯示器的顯示畫面，造成液晶顯示畫面出現如：水紋波干擾或是網狀條紋干擾問題。

因此，為了防止電網附近其他電子產品的低頻雜訊經由電網終端用戶的電源插座或是插排地端通過地線E，而串擾液晶顯示器的電路系統，本實施例還包括連接在交流電源輸入端21的地線E和次級側電路25的第二接地端P2之間的一電阻R1和一與電阻R1並聯的第二電容C1，該電阻R1和第二電容C1組成一高通濾波電路27，可阻擋其它電子產品的低頻雜訊經由地線E通過次級側電路25的第二接地端P2而串擾液晶顯示器的電路系統。其中第二電容C1通常採用容值1nF~0.47μF左右，耐壓50V或100V，體積小、成本低的MLCC(貼片)電容，且電阻R1的阻值約在1K~1M左右。

此外，當建築物遭受雷擊，雷擊通過接地點G1朝交流電輸入端21的地線E向火線L打入一高電壓時，如圖4之等效電路所示，其放電路徑為地線E→第一電容C_Y→橋式整流器23其中的一整流二極體D1→EMI濾波器12中的一共模電感L1→交流電輸入端21的火線L，使高通濾波電路27中的電阻R1和第二電容C1避開雷擊放電路徑，而免於承受雷擊之瞬間強大電壓及電流，避免電阻R1和第二電容C1因耐壓不足或無法承受瞬間大電流而炸裂，可進一步避免電阻R1和第二電容C1炸裂產生之導電粉塵附著在附近的回授電路26之元件及導線上而導致電源轉換器1輸出不穩定或無法輸出，因此，可以有效降低電源轉換器1的市場不良率。

值得一提的是，高通濾波電路27中的電阻R1亦可以被省略。

綜上所述，上述實施例藉由在交流電源輸入端21的地線E與初級側電路24之第一接地端P1之間串接第一電容(安規Y電容)C_Y，將初級側電路24中產生的高頻雜訊經由地線E導引至接地點G1而導入大地，並藉由在交流電源輸入端21的地線E與次級側電路25之第二接地端P2之間設置高通濾波電路27，阻擋因共用之建築物的接地點G1的接地阻抗較大(接地不良)或是沒有接至大地時，附近電網其它電子產品的低頻雜訊經由地線通過次級側電路的第二接地端串擾到達液晶顯示器之主機板的接地端，而串擾液晶顯示器的顯示畫面，造成液晶顯示畫面出現如：水紋波干擾或是網狀條紋干擾問題，同時次級側電路25中產生的高頻EMI雜訊亦可通過高通濾波電路27泄放至地線E導引至接地點G1而導入大地。並能避免雷擊產生的高壓及瞬間大電流通過高通濾波電路27，使高通濾波電路27中的電阻R1及/或電容C1免於遭受高壓及瞬間大電流而炸裂並導致電源轉換器1輸出不穩定或無法輸出，可以有效降低電源轉換器1的市場不良率，達到本發明的功效和目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

21．．．交流電源輸入端

22．．．EMI濾波電路

23．．．橋式整流電路

24．．．初級側電路

25．．．次級側電路

26．．．回授電路

27．．．高通濾波電路

L．．．火線

N．．．中性線

E．．．地線

G1．．．接地點

T1．．．變壓器

Np．．．初級側繞組

Ns．．．次級側繞組

P1．．．第一接地端

P2．．．第二接地端

G2．．．第一基準電位

G3．．．第二基準電位

C_Y．．．第一電容

C1．．．第二電容

R1．．．電阻

D1．．．整流二極體

L1．．．共模電感

圖1是習知電源轉換器的主要電路方塊圖；圖2是習知電源轉換器遭受雷擊時的放電路徑等效電路；

圖3是本發明電源轉換器的一較佳實施例的主要電路方塊圖；及

圖4是本實施例的電源轉換器遭受雷擊時的放電路徑等效電路。