TWI559662B

TWI559662B - 漏電流抑制電路及交流-直流電源供應器

Info

Publication number: TWI559662B
Application number: TW104113263A
Authority: TW
Inventors: 邱奕超; 關曄
Original assignee: 光寶電子（廣州）有限公司; 光寶科技股份有限公司
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2016-11-21
Also published as: TW201639283A

Description

漏電流抑制電路及交流-直流電源供應器

本發明是有關於一種電路，特別是指一種漏電流抑制電路及交流-直流電源供應器。

現今科技追求電子產品的小型化成為一種趨勢，然在功率密度不斷提升的前提下，產品內部的元件密度亦跟著提高且線路佈局也愈來愈密集，如此將造成電子元件之間的電磁干擾(Electro Magnetic Interference，EMI)，而為了解決電磁干擾的問題，以及避免干擾其他電子設備與危害人體的健康，各國制定電磁干擾的相關法規，並要求現今的電子產品須符合其規範才可進行販售。

參閱圖1，現有的交流-直流式電源供應器9包含一交流輸入單元91、一橋式整流器92及一直流/直流轉換器93。該交流輸入單元91具有接受一交流電輸入的一第一輸入端P₁、一第二輸入端P₂，及一接地的第三輸入端P₃。該橋式整流器92接受該交流輸入單元91傳來的交流電，且將其整流成一直流電，並經由一第四輸出端P₄及一第五輸出端P₅輸出給直流/直流轉換器93，其中該第五輸出端P₅接地。該直流/直流轉換器93將該直流電轉換成具有一預定準位的輸出電壓，並由一第六輸出端P₆與一第七輸出端P₇輸出該輸出電壓，且該第七輸出端P₇接地，其中，第六輸出端P₆與第七輸出端P₇構成一輸出單元94。而為了解決上述電磁干擾的問題，通常會在使用一Y類電容器C_y，其一端與橋式整流器92的第五輸出端P₅電耦接，其另一端與直流/直流轉換器93之第七輸出端P₇及交流輸入單元91的第三輸入端P₃電耦接，藉此能有效抑制電磁干擾，使電子產品能符合電磁干擾的相關規範，且該Y類電容器C_y的容值愈大，其抑制電磁干擾的效果就愈好。

然而，由於直流/直流轉換器93使用高頻隔離變壓器，以致於Y類電容器的容值愈大時卻會產生更大的漏電流，如此將導致電子產品雖能解決電磁干擾問題，但卻無法符合漏電流的標準規範。

因此，本發明之其中一目的，即在提供一種漏電流抑制電路，能有效抑制漏電流。

因此，本發明之其中另一目的，即在提供一種可以改善先前技術缺點的交流-直流電源供應器。

於是，本發明漏電流抑制電路在一些實施態樣中，應用於一交流-直流電源供應器，該交流-直流電源供應器包含一交流輸入單元、一整流器、一直流/直流轉換器及一電容器，該交流輸入單元具有接受一交流電輸入的一第一輸入端、一第二輸入端，及一接地的第三輸入端，該整流器將該交流輸入單元傳來的該交流電整流成一直流電，並經由一第四輸出端及一第五輸出端輸出給該直流/直流轉換器，且該第五輸出端接地，該直流/直流轉換器將該直流電轉換成一輸出電壓並由一第六輸出端與一第七輸出端輸出，且該第七輸出端接地，而該電容器的一端與該整流器的第五輸出端電耦接，其另一端與該直流/直流轉換器的第七輸出端及該交流輸入單元的第三輸入端電耦接；該漏電流抑制電路包含：一第一阻抗以及一第二阻抗。該第一阻抗具有一電耦接於該交流輸入單元之第三輸入端的第一端及一電耦接於該電容器之另一端的第二端，該第二阻抗具有一電耦接於該第一阻抗之第二端的第三端及一電耦接於該直流/直流轉換器之第七輸出端的第四端。

在一些實施態樣中，該第一阻抗及該第二阻抗皆至少具有一電阻。

在一些實施態樣中，該第一阻抗及該第二阻抗至少其中之一是由至少一電阻與至少一電容並聯組成。

在一些實施態樣中，該第二阻抗大於該第一阻抗。

於是，本發明交流-直流電源供應器在一些實施態樣中，是包含：一交流輸入單元、一整流器、一直流/直流轉換器、一電容器，以及一漏電流抑制電路。該交流輸入單元具有接受一交流電輸入的一第一輸入端、一第二輸入端，及一接地的第三輸入端，該整流器將該交流輸入單元傳來的該交流電整流成一直流電，並經由一第四輸出端及一第五輸出端輸出，且該第五輸出端接地，該直流/直流轉換器接受由該整流器的該第四輸出端及該第五輸出端輸出的直流電，且將該直流電轉換成一輸出電壓並由一第六輸出端與一第七輸出端輸出，且該第七輸出端接地，該電容器的一端與該整流器的第五輸出端電耦接，其另一端與該直流/直流轉換器的第七輸出端及該交流輸入單元的第三輸入端電耦接，該漏電流抑制電路包括一第一阻抗及一第二阻抗，該第一阻抗具有一電耦接於該交流輸入單元之第三輸入端的第一端及一電耦接於該電容器之另一端的第二端，該第二阻抗具有一電耦接於該第一阻抗之第二端的第三端及一電耦接於該直流/直流轉換器之第七輸出端的第四端。

在一些實施態樣中，該漏電流抑制電路的該第一阻抗及該第二阻抗皆至少具有一電阻。

在一些實施態樣中，該漏電流抑制電路的該第一阻抗及該第二阻抗至少其中之一是由至少一電阻與至少一電容並聯組成。

在一些實施態樣中，該漏電流抑制電路的該第二阻抗大於該第一阻抗。

本發明之功效在於：透過該漏電流抑制電路的第一阻抗及第二阻抗的電路設計，使該交流-直流電源供應器的結構能有效抑制漏電流，以符合漏電流的標準規範。

10‧‧‧交流-直流電源供應器

C₁、C₂‧‧‧電容

R₁₁~R_mn‧‧‧電阻

1‧‧‧交流輸入單元

R₁₁’~R_mn’‧‧‧電阻

2‧‧‧橋式整流器

C₁₁、C_mn‧‧‧電容

3‧‧‧直流/直流轉換器

C₁₁’、C_mn’‧‧‧電容

4‧‧‧直流輸出單元

P₁‧‧‧第一輸入端

5‧‧‧漏電流抑制電路

P₂‧‧‧第二輸入端

6‧‧‧電流量測設備

P₃‧‧‧第三輸入端

C_y‧‧‧電容器

P₄‧‧‧第四輸出端

Z₁‧‧‧第一阻抗

P₅‧‧‧第五輸出端

Z₂‧‧‧第二阻抗

P₆‧‧‧第六輸出端

R₁、R₂‧‧‧電阻

P₇‧‧‧第七輸出端

R₃、R₄‧‧‧電阻

A、B、C‧‧‧節點

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施例詳細說明中清楚地呈現，其中：圖1是一電路圖，說明習知的交流-直流式電源供應器；圖2是本發明交流-直流電源供應器之一實施例的電路圖，其中，第一阻抗與第二阻抗皆是由一電阻與一電容並聯所組成；圖3是一電路圖，說明該實施例透過一電流量測設備來測量其漏電流；圖4是一電路圖，說明本發明交流-直流電源供應器之第一阻抗與第二阻抗的電阻、電容之數量不限，且電阻、電容之間的電耦接方式也可由任何型式之串聯、並聯所組成；圖5是一電路圖，說明本發明交流-直流電源供應器之另一實施例，其中，第一阻抗與第二阻抗皆僅由一電阻所組成；及圖6是一電路圖，說明本發明交流-直流電源供應器之再一實施例，其中，第一阻抗與第二阻抗皆由兩相並聯的電阻所組成。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖2，本發明交流-直流電源供應器10之一實施例包含：一交流輸入單元1、一橋式整流器2、一直流 /直流轉換器3、一電容器C_y、一直流輸出單元4，以及一漏電流抑制電路5。

該交流輸入單元1具有接受一交流電輸入的一第一輸入端P₁、一第二輸入端P₂，及一接地的第三輸入端P₃。

該橋式整流器2電耦接於該交流輸入單元1的第一輸入端P₁及第二輸入端P₂，且將該交流輸入單元1傳來的該交流電整流成一直流電，並經由一第四輸出端P₄及一第五輸出端P₅輸出給該直流/直流轉換器3，其中，該第五輸出端P₅接地。

該直流/直流轉換器3接受由該橋式整流器2的第四輸出端P₄及第五輸出端P₅輸出的直流電，且將該直流電轉換成一預定準位的輸出電壓並由一第六輸出端P₆與一第七輸出端P₇輸出，且該第七輸出端P₇接地。其中，該第六輸出端P₆及該第七輸出端P₇即構成該直流輸出單元4。

該電容器C_y的一端與該橋式整流器2的第五輸出端P₅電耦接，其另一端與該直流/直流轉換器3的第七輸出端P₇及該交流輸入單元1的第三輸入端P₃電耦接。在本實施例中，該電容器C_y為一種Y類電容器。

該漏電流抑制電路5包括一第一阻抗Z₁及一第二阻抗Z₂。該第一阻抗Z₁具有一電耦接於該交流輸入單元1之第三輸入端P₃的第一端及一電耦接於該電容器C_y之另一端的第二端，該第二阻抗Z₂具有一電耦接於該第一阻抗Z₁之第二端的第三端及一電耦接於該直流/直流轉換器3之第七輸出端P₇的第四端，其中該第一阻抗Z₁的第二端、該第二阻抗Z₂的第三端與該電容器C_y之另一端形成一節點A(見圖3)。

由於該直流/直流轉換器3使用高頻隔離變壓器，以致於該電容器C_y成為該交流-直流電源供應器10之漏電流的主要來源。

以下說明本實施例可有效抑制漏電流的方式。

參閱圖3，根據漏電流標準量測方式，將上述交流-直流電源供應器10進行漏電流量測時，是將一電流量測設備6的一端電耦接於該交流輸入單元1的第三輸入端P₃且與該第一阻抗Z₁的第一端形成一節點B，該電流量測設備6的另一端與該直流/直流轉換器3的第七輸出端P₇電耦接並與該第二阻抗Z₂的第四端形成一節點C，根據標準量測方式，該電流量測設備6所測量到的電流值即為該交流-直流電源供應器10的漏電流值，以電流I_m來表示。

當該電容器C_y的電流I_lk流入該漏電流抑制電路5的節點A後，會分流成電流I₁及電流I₂，其中電流I₁流至該第一阻抗Z₁，而電流I₂則流至該第二阻抗Z₂，根據克希荷夫電流定律(KCL)，電流I_lk、I₁、I₂與第一阻抗Z₁、第二阻抗Z₂之間的關係可由下述的式(1)、式(2)與式(3)表示。

I _lk=I ₁+I ₂………式(1)

而由該直流/直流轉換器3的第七輸出端P₇流至該節點C的電流則以電流I_nc表示，因此，根據克希荷夫電流定律(KCL)，由節點C可得到下述的式(4)。

I _m=I _nc+I ₂………式(4)

由式(4)可知，當電流I₂減少時，電流I_m就可降低，使測量到的漏電流值下降。

而電流I₂可由式(3)的第一阻抗Z₁與第二阻抗Z₂進行調整，以達到抑制漏電流的目的。且由式(3)可知：當第二阻抗Z₂與第一阻抗Z₁的比值(Z₂/Z₁)愈大時，電流I₂的值也會愈小，連帶電流I_m的值也跟著降低，使得漏電流的抑制效果愈好。

舉例來說，當Z₂/Z₁的比例為2，且實際以第二阻抗Z₂=20kΩ、第一阻抗Z₁=10kΩ代入式(3)進行計算時，可得電流I₂與電流I_lk的關係如下：

根據計算結果可知，當Z₂/Z₁=2時，可抑制大約67%的漏電流。

又例如將Z₂/Z₁的比例增加為20，且實際以第二阻抗Z₂=200kΩ、第一阻抗Z₁=10kΩ代入式(3)進行計算時，可得電流I₂與電流I_lk的關係如下：

根據計算結果可知，當Z₂/Z₁=20時，可抑制大約95%的漏電流。

下頁表(一)呈現出調整第二阻抗Z₂與第一阻抗Z₁的比值(Z₂/Z₁)所達到不同程度的漏電流抑制功效。

因此，搭配參閱圖2，在本實施例中，該第二阻抗Z₂的值大於該第一阻抗Z₁的值，以助於抑制漏電流。且該第一阻抗Z₁是由一電阻R₁與一電容C₁並聯組成，該第二阻抗Z₂是由一電阻R₂與一電容C₂並聯組成，當然，搭配參閱圖4，組成該第一阻抗Z₁與該第二阻抗Z₂的電阻、電容之數量不限，且電阻、電容之間的電耦接方式也可由任何型式之串聯、並聯所組成，例如，參閱圖5，該第一阻抗Z₁與該第二阻抗Z₂可分別僅由一電阻R₁與一電阻R₂組成即可，又例如，參閱圖6，該第一阻抗Z₁可由一電阻R₁與一電阻R₃並聯組成，而該第二阻抗Z₂則可由一電阻R₂與一電阻R₄並聯組成，並不以本實施例所揭露的電路結構為限。

值得一提的是，如下表(二)所示，於使用漏電流抑制電路5之前，對於以50μA為上限的漏電流規格，Y類電容器C_y的容值僅能增加至470pF；然使用漏電流抑制電路5之後，可將漏電流減少至大約20μA，以有效抑制大約50%~90%的漏電流，而於同樣上限的漏電流規格時，可將Y類電容器C_y的容值增加至2200pF，以更有效地抑制電磁干擾，且依然符合安全規格所允許的範圍上限。如此一來，藉由漏電流抑制電路5的使用，不僅可以抑制漏電流，還可以使Y類電容器C_y的選擇更有彈性，以進一步針對不同的電器來提供不同的電磁干擾抑制效果。

綜上所述，透過該漏電流抑制電路5的第一阻抗Z₁及第二阻抗Z₂的電路設計，使該交流-直流電源供應器3的結構能有效抑制漏電流，以符合漏電流的標準規範，且藉由漏電流抑制電路5的使用，還可以使Y類電容器C_y的選擇更有彈性，以進一步針對不同的電器來提供不同的電磁干擾抑制效果，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書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。