TWI568153B - 電源轉換裝置 - Google Patents

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TWI568153B TW104139506A TW104139506A TWI568153B TW I568153 B TWI568153 B TW I568153B TW 104139506 A TW104139506 A TW 104139506A TW 104139506 A TW104139506 A TW 104139506A TW I568153 B TWI568153 B TW I568153B
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楊舜旭
王律智
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群光電能科技股份有限公司
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
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  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

電源轉換裝置
本創作是關於電源裝置，且特別是有關於電源轉換裝置。
隨著科技的發展，電子產品在我們日常生活中佔有極重要的地位，而這些電子產品所仰賴的動力來源，仍然是以直流電源為主。然而，市電主要為交流電源。因此，電子產品內部多會設置電源轉換裝置以將市電的交流電源轉換成為直流電源以提供電子產品內部的其他元件使用。
一般來說，電源轉換裝置會設有閂鎖保護電路，藉以在使用者不正當操作電子產品時，停止電源轉換裝置輸出電力，進而在電子產品處於不正常操作(或稱異常操作)，提供保護電子產品的效果。
當電源轉換裝置的閂鎖保護電路被啟動(或稱電源轉換裝置進入閂鎖保護模式)時，電子產品便無法因應使用者輸入的指令而執行對應的動作。此時多數的使用者會透過拔除電子產品的插頭，再重新將電子產品的插頭與電源連接的重置動作來解除閂鎖保護電路所提供的閂鎖保護功能。然而，即使透過前述的重置動作，一般的閂鎖保護電路也無法在短時間內解除閂鎖功能，而這會造成使用者認 為具有此電源轉換裝置的電子產品發生故障或系統不良，進而衍生客退或客訴。
根據本創作提供一種電源轉換裝置，包含變壓器、濾波單元、隔離單元、啟動單元、整流器、加速電容器、控制模組及輔助電容器。濾波單元電連接於變壓器，隔離單元電連接於濾波單元，啟動單元電連接於隔離單元，整流器電連接於啟動單元及隔離單元，加速電容器與整流器並聯，控制模組電連接於變壓器及啟動單元，功率開關電連接於變壓器及控制模組，輔助電容器電連接於啟動單元及控制模組；當控制模組進入閂鎖保護模式時，電源轉換裝置中止電力輸出；當控制模組解除閂鎖保護模式時，隔離單元避免儲存於濾波單元的電能傳遞至啟動單元，當控制模組解除閂鎖保護模式且重新啟動時，加速電容器建立基準電位，以加速輔助電容器充電，使電源轉換裝置重新輸出電力。
前述的啟動單元可以包含串聯連接之第一啟動電阻器及第二啟動電阻器；其中，第一啟動電阻器電連接於整流器、隔離單元及加速電容器，第二啟動電阻器電連接於輔助電容器及控制模組。
此外，前述的濾波單元可以包含二濾波電容器及濾波電感器，濾波電感器可為共模電感器，二濾波電容器分別連接在濾波電感器的兩端。
又，前述的變壓器可包含相互耦合之初級繞組及輔助繞組，初級繞組電連接於濾波單元，輔助繞組電連接於輔助整流元件。
在本創作的其中一個實施方式中，電源轉換裝置還可以包含斷路器、吸收電路、輔助整流元件。斷路器電連接於整流器。吸收電路連接於濾波單元及變壓器之間，並包含吸收電阻器、吸收電容器及吸收二極體，吸收電阻器與吸收電容器並聯連接，吸收二極體之陰極電連接吸收電阻器及吸收電容器，吸收二極體之陽極電連接於功率開關及變壓器。輔助整流元件電連接於變壓器及控制模組，輔助整流元件及輔助電容器配合形成輔助整流單元。
110‧‧‧斷路器
120‧‧‧整流器
130‧‧‧濾波單元
132、134‧‧‧濾波電容器
136‧‧‧濾波電感器
140‧‧‧功率開關
150‧‧‧控制模組
152‧‧‧脈衝寬度調變器
160‧‧‧輔助整流單元
162‧‧‧輔助整流元件
164‧‧‧輔助電容器
170‧‧‧吸收電路
172‧‧‧吸收電阻器
174‧‧‧吸收電容器
176‧‧‧吸收二極體
180‧‧‧啟動單元
182‧‧‧第一啟動電阻器
184‧‧‧第二啟動電阻器
192‧‧‧加速電容器
194‧‧‧隔離單元
200‧‧‧整流二極體
210‧‧‧輸出濾波器
A、B、C、D‧‧‧電力波形
AC‧‧‧輸入電源
Sin‧‧‧信號輸入端
TR‧‧‧變壓器
Vout‧‧‧輸出端
Wa‧‧‧輔助線圈
Wp‧‧‧初級線圈
Ws‧‧‧次級線圈
圖1繪示本創作之電源轉換裝置之電路方塊圖；圖2繪示本創作之電源轉換裝置的電路圖；圖3繪示電子轉換裝置之控制模組進行重置時的電壓波形圖；圖4繪示VB的電壓波形圖；以及圖5繪示Vcc的電壓波形圖。
配合參閱圖1及圖2，圖1繪示本創作之電源轉換裝置之電路方塊圖，圖2繪示本創作之電源轉換裝置的電路圖。電源轉換裝置連接在輸入電源AC及電子裝置(圖未示)之間，用以將輸入電源AC提供的交流電力轉換成為電子裝置適用的直流電力；其中，電子裝置是連接在電源轉換裝置的輸出端Vout。另外，電源轉換裝置及電子裝置可供組成電子產品(圖未示)，電子產品連接於輸入電源AC，並接受輸入電源AC輸出的交流電力；其中，輸入電子產品的交流電力先經由電源 轉換裝置轉換成為直流電力後，再傳遞至電子裝置，以供應電子裝置執行使用者輸入指令。
電源轉換裝置包含變壓器TR、斷路器110、整流器120、濾波單元130、功率開關140、控制模組150、輔助整流單元160、吸收電路170、啟動單元180、加速電容器192及隔離單元194。
變壓器TR包含相互耦合的初級線圈Wp、次級線圈Ws及輔助線圈Wa。電源轉換裝置的輸出端Vout通過整流二極體200及輸出濾波器210電連接於次級線圈Ws；其中，整流二極體200的陽極連接於次級線圈Ws，陰極連接於輸出濾波器210及輸出端Vout。
斷路器110連接於輸入電源AC及整流器120之間；在正常使用情況下，斷路器110導通輸入電源AC予整流器120，並保持輸入電源AC與整流器120正常運作；若輸入電源AC產生突波時，斷路器110會斷路而將整流器120與輸入電源AC隔離。斷路器110可以是保險絲或保險開關；在圖2中，斷路器110以保險絲為例。
整流器120可例如是橋式整流器，連接於斷路器110及初級線圈Wp之間，用以對輸入電源AC提供的交流電力進行整流，並可產生脈動直流電力輸出。
濾波單元130連接於整流器120及初級線圈Wp之間，並用以抑制電磁干擾並進行整流後之脈動直流電力的濾波。濾波單元130包含濾波電容器132、134及濾波電感器136，濾波電容器132、134各別連接在濾波電感器136的相反兩側。在圖2中，濾波電感器136為共模電感 器；濾波電容器132連接於整流器120及濾波電感器136之間，濾波電容器134連接於濾波電感器136及初級線圈Wp之間。
功率開關140電連接於初級線圈Wp；在圖2中，功率開關140為金屬氧化物半導體場效應電晶體，功率開關140的汲極連接於初級線圈Wp及吸收電路170，閘極連接於控制模組150，源極接地。
控制模組150電連接於輔助整流單元160及啟動單元180，並包含信號輸入端Sin及脈衝寬度調變器152，信號輸入端Sin可例如是連接於電子產品或電子裝置的微處理器或異常偵測電路(圖未示)，當電子產品或電子裝置處於異常操作時，前述微處理器或異常偵測電路會送出異常信號予控制模組150，使控制模組150進入閂鎖保護模式。脈衝寬度調變器152提供輸出脈動寬度調變信號以使功率開關140進行導通或截止的切換；其中，藉由控制脈動寬度調變信號的工作週期，可以改變由輸出端Vout輸出之電力的準位。
輔助整流單元160電連接於輔助線圈Wa，並包含輔助整流元件162及輔助電容器164。在圖2中，輔助整流元件162可例如為二極體，且其陽極連接於輔助線圈Wa，陰極連接於輔助電容器164、控制模組150及啟動單元180。輔助線圈Wa及輔助整流單元160用以提供控制模組150操作時所需的電力，且輔助線圈Wa的匝數比可以依據控制模組150需求電力進行調整，而使與次級線圈Ws輸出的直流電力具有不相同的準位。
啟動單元180包含串聯連接的第一啟動電阻器182及第二啟動電阻器184，第一啟動電阻器182非與第二啟動電阻器184相連接的一端連 接於整流器120及濾波單元130之間，第二啟動電阻器184非與第一啟動電阻器182相連接的一端連接於輔助整流元件162、輔助電容器164及控制模組150之間。
吸收電路170連接於濾波單元130、初級線圈Wp及功率開關140之間，並包含吸收電阻器172、吸收電容器174及吸收二極體176。吸收電阻器172與吸收電容器174並聯連接，且吸收電阻器172與吸收電容器174之一端連接於濾波單元130及初級線圈Wp的一端，另一端連接於吸收二極體176的陰極，吸收二極體176的陽極連接於功率開關140的汲極。
加速電容器192與整流器120並聯連接。隔離單元194電連接於整流器120及濾波單元130之間；在圖2中，隔離單元194的陽極連接於整流器120及啟動單元180，陰極連接於濾波單元130。
於電子裝置正常操作時(例如為控制模組150的信號輸入端Sin未接收到異常信號時)，電源轉換裝置接收輸入電源AC輸出的交流電力，此交流電力通過整流器120、濾波單元130及初級線圈Wp耦合至次級線圈Ws。整流二極體200將耦合至次級線圈Ws的交流電力進行整流使成為脈動直流電力，輸出濾波器210並用以濾除脈動直流電力中的漣波成分，使輸出端Vout輸出趨於平穩的直流電力予電子裝置。
於電子裝置異常操作時(例如為控制模組150的信號輸入端Sin接收到異常信號時)，控制模組150進入閂鎖保護模式，以中止電源轉換 裝置的輸出端Vout輸出電力予電子裝置，藉以達到保護電子裝置的效果。
接著，當控制模組150解除閂鎖保護模式時(例如為使用者透過拔除電子產品的插頭)，隔離單元194用以避免儲存於濾波單元130上的電能逆向回灌到啟動單元180。進一步地，當控制模組150解除閂鎖保護模式且重新啟動時(例如為使用者重新將電子產品的插頭與電源連接)，加速電容器192建立基準電位(如圖4所示，詳見後述)，以加速輔助電容器164充電，使電源轉換裝置重新輸出電力。
請參照圖3，其繪示電子轉換裝置之控制模組進行重置時的電力曲線圖。在圖3中，虛線表示習知的電源轉換裝置的電力曲線，實線表示本創作的電源轉換裝置的電力曲線，Vcc表示輸入控制模組150的電力，Vreset表示控制模組150的重置電力準位，t為時間；其中，在電子產品重置後，輸入控制模組150的電力必須低於其重置電力準位(即Vreset)，控制模組150才能進行重置。由圖3可知，在電子產品重置後，本創作的電源轉換裝置的控制模組150回復至重置狀態的時間確實短於習知的電源轉換裝置回復至重置狀態的時間。
請參閱圖4，圖4波形A繪示節點VB在包含加速電容器192的電源轉換裝置的波形，波形B繪示節點VB在未包含加速電容器192的電源轉換裝置的波形，由波形A及波形B可以得知，包含加速電容器192的電源轉換裝置在電子產品進行重置後，可以提供高於未包含加速電容器192的電源轉換裝置的電位，藉以提供加速輔助電容器164充電的效果。進一步地，請參照圖5，波形C繪示節點VCC在包含加速電容 器192的電源轉換裝置的波形，波形D繪示節點VCC在未包含加速電容器192的電源轉換裝置的波形；由圖5也可以看出包含加速電容器192的電源轉換裝置的控制模組150的啟動時間(波形C)亦會快於未包含加速電容器的電源轉換裝置的啟動時間(波形D)。
本創作的電源轉換裝置於電子產品異常操作並重置後，使控制模組150回復到正常操作的時間低於習知電源轉換裝置，藉以避免使用者誤認電子產品發生故障或系統不良，而衍生的客退或客訴的問題。
雖然本創作已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習此技藝者，在不脫離本創作的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
110‧‧‧斷路器
120‧‧‧整流器
130‧‧‧濾波單元
132、134‧‧‧濾波電容器
136‧‧‧濾波電感器
140‧‧‧功率開關
150‧‧‧控制模組
152‧‧‧脈衝寬度調變器
160‧‧‧輔助整流單元
162‧‧‧輔助整流元件
164‧‧‧輔助電容器
170‧‧‧吸收電路
172‧‧‧吸收電阻器
174‧‧‧吸收電容器
176‧‧‧吸收二極體
180‧‧‧啟動單元
182‧‧‧第一啟動電阻器
184‧‧‧第二啟動電阻器
192‧‧‧加速電容器
194‧‧‧隔離單元
200‧‧‧整流二極體
210‧‧‧輸出濾波器
AC‧‧‧輸入電源
Sin‧‧‧信號輸入端
TR‧‧‧變壓器
Vout‧‧‧輸出端
Wa‧‧‧輔助線圈
Wp‧‧‧初級線圈
Ws‧‧‧次級線圈

Claims (8)

  1. 一種電源轉換裝置其包含：一變壓器；一濾波單元，電連接於該變壓器；一隔離單元，電連接於該濾波單元；一啟動單元，電連接於該隔離單元，該啟動單元包含串聯連接之一第一啟動電阻器及一第二啟動電阻器，該第一啟動電阻器電連接於該整流器、該隔離單元及該加速電容器，該第二啟動電阻器電連接於該輔助電容器及該控制模組；一整流器，電連接於該啟動單元及該隔離單元；一加速電容器，與該整流器並聯；一控制模組，電連接於該變壓器及該啟動單元；一功率開關，電連接於該變壓器及該控制模組，接受該控制模組提供之信號以進行導通或截止的切換；以及一輔助電容器，電連接於該啟動單元及該控制模組；其中，當該控制模組進入一閂鎖保護模式時，該電源轉換裝置中止電力輸出；當該控制模組解除該閂鎖保護模式時，該隔離單元避免儲存於該濾波單元的電能傳遞至該啟動單元，當該控制模組解除該閂鎖保護模式且重新啟動時，該加速電容器建立一基準電位，以加速該輔助電容器充電，使該電源轉換裝置重新輸出電力。
  2. 如請求項1所述之電源轉換裝置，其中該濾波單元包含二濾波電容器及一濾波電感器，該等濾波電容器分別連接在該濾波電感器的兩端。
  3. 如請求項2所述之電源轉換裝置，其中該濾波電感器為共模電感器。
  4. 如請求項1所述之電源轉換裝置，更包含一斷路器，電連接於該整流器。
  5. 如請求項1所述之電源轉換裝置，更包含一吸收電路，連接於該濾波單元及該變壓器之間。
  6. 如請求項5所述之電源轉換裝置，其中該吸收電路包含一吸收電阻器、一吸收電容器及一吸收二極體，該吸收電阻器與該吸收電容器並聯連接，該吸收二極體之陰極電連接該吸收電阻器及該吸收電容器，該吸收二極體之陽極電連接於該功率開關及該變壓器。
  7. 如請求項1所述之電源轉換裝置，更包含一輔助整流元件，電連接於該變壓器及該控制模組，該輔助整流元件及該輔助電容器配合形成一輔助整流單元。
  8. 如請求項7所述之電源轉換裝置，其中該變壓器包含相互耦合之一初級繞組及一輔助繞組，該初級繞組電連接於該濾波單元，該輔助繞組電連接於該輔助整流元件。
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