TWM513393U - 交流電源開關控制電路 - Google Patents

Description

交流電源開關控制電路

本新型是有關於一種交流電源開關控制電路，且特別是有關於一種可偵測正半週零點、負半週零點及導通角度之交流電源開關控制電路。

因應節能減碳的環保概念，具有省電、耐用、體積小、散發熱能較低等優點之LED目前已大量普及而取代傳統白熾光源。

此外，由於LED是利用電能轉換成光能的半導體原理來發光，因此可藉由調節電流之大小控制其發光亮度。而一般最常見直接由交流調光的LED可調技術是採用矽控管交流開關之LED，其利用三極交流開關(TRI-Electrode AC Switch，TRIAC)控制電壓導通角來調整負載功率，可達到調整LED發光亮度之功效。而直流調光的LED可調技術則是採用脈波寬度調變或線性調整方式。

然而，前述矽控管交流開關之可交流調光LED技術具有最低負載功率限制，因此無法真正將LED調整到較暗之發光亮度。

本新型之目的是在於提供一種交流電源開關控制電路，其可解決習知交流調光LED受到最低負載功率之限制而無法真正調整發光亮度之缺點，且使本新型之交流電源開關控制電路可應用於任何一交流電源供應裝置上。

根據本新型一結構實施方式是在提供一種交流電源開關控制電路，包含一第一場效電晶體、一第一閘極驅動元件、一第二場效電晶體、一第二閘極驅動元件、一負載、一微處理器以及一過零點偵測電路。第一場效電晶體之汲極連接一交流電源之一端。第一閘極驅動元件連接第一場效電晶體之閘極。第二場效電晶體之源極連接第一場效電晶體之源極。第二閘極驅動元件連接第二場效電晶體之閘極。負載連接第二場效電晶體之汲極及交流電源之另一端。微處理器連接第一閘極驅動元件及第二閘極驅動元件。過零點偵測電路連接交流電源之兩端及微處理器，過零點偵測電路用以偵測交流電源並輸出一偵測訊號至微處理器，微處理器根據偵測訊號以控制第一閘極驅動元件及第二閘極驅動元件來開關第一場效電晶體及第二場效電晶體。其中，第一閘極驅動元件及第二閘極驅動元件以一預設電壓為參考電壓，微處理器以地端為參考電壓。

根據前述交流電源開關控制電路之一實施例，其中偵測訊號之內容包含交流電源之一正半週零點、一負半週零點及一導通角度。第一閘極驅動元件及第二閘極驅動元件受微處理器控制而打開第一場效電晶體及第二場效電晶體 時，處於負半週之交流電源通過第二場效電晶體及第一場效電晶體之一第一寄生二極體，處於正半週之交流電源通過第一場效電晶體及第二場效電晶體之一第二寄生二極體。交流電源開關控制電路更可包含一第一外接二極體及一第二外接二極體，第一外接二極體之負極連接交流電源之一端及第一場效電晶體之汲極，第一外接二極體之正極連接第一場效電晶體之源極。第二外接二極體之負極連接負載及第二場效電晶體之汲極，第二外接二極體之正極連接第二場效電晶體之源極、第一場效電晶體之源極及第一外接二極體之正極。第二閘極驅動元件受微處理器控制而打開第二場效電晶體時，處於負半週之交流電源通過第二場效電晶體及第一外接二極體，第一閘極驅動元件受微處理器控制而打開第一場效電晶體時，處於正半週之交流電源通過第一場效電晶體及第二外接二極體。

根據前述交流電源開關控制電路之另一實施例，交流電源開關控制電路更可包含一整流穩壓電路，整流穩壓電路連接交流電源、第一閘極驅動元件及第二閘極驅動元件，整流穩壓電路用以將交流電源轉為一直流電源以提供給第一閘極驅動元件及第二閘極驅動元件。交流電源開關控制電路更可包含一訊號隔離電路，訊號隔離電路用以連接交流電源及整流穩壓電路。訊號隔離電路可為一光電耦合器或一變壓器。

根據前述交流電源開關控制電路之又一實施例，交流電源開關控制電路更可包含一訊號隔離電路，訊號隔離 電路用以連接微處理器、第一閘極驅動元件及第二閘極驅動元件。訊號隔離電路可為一光電耦合器或一變壓器。

根據前述交流電源開關控制電路之再一實施例，交流電源開關控制電路更可包含一直流電源，直流電源連接第一閘極驅動元件及第二閘極驅動元件，直流電源以預設電壓為參考電壓。

根據本新型另一結構實施方式是在提供一種交流電源開關控制電路，包含一第一場效電晶體、一第一閘極驅動元件、一第二場效電晶體、一第二閘極驅動元件、一負載以及一微處理器。第一場效電晶體之汲極連接一交流電源之一端。第一閘極驅動元件連接第一場效電晶體之閘極。第二場效電晶體之源極連接第一場效電晶體之源極。第二閘極驅動元件連接第二場效電晶體之閘極。負載連接第二場效電晶體之汲極及交流電源之另一端。微處理器連接第一閘極驅動元件及第二閘極驅動元件，微處理器用以控制第一閘極驅動元件及第二閘極驅動元件來開關第一場效電晶體及第二場效電晶體。

因此，將本新型之交流電源開關控制電路應用在交流電源供應之負載上，由交流電源開關控制電路內之過零點偵測電路偵測交流電源之正半週零點、負半週零點及導通角度，使第一場效電晶體及第二場效電晶體受微處理器根據偵測訊號對其進行開關動作，使交流電源供應之負載可精確操作於其對應之交流電源大小，且因為交流電源開關控制電路是採用雙MOS作為開關，故還可產生開關迅速之功效。當 然前述之負載不限於任何使用交流電源之電器裝置，例如電扇、電燈或馬達。且進一步而言，若負載為LED裝置時，本新型所採之MOS開關更可使交流電源開關控制電路不受最低負載限制而可對其進行發光亮度之調整。

M1‧‧‧第一場效電晶體

M2‧‧‧第二場效電晶體

D1‧‧‧第一寄生二極體

D2‧‧‧第二寄生二極體

D3‧‧‧第一外接二極體

D4‧‧‧第二外接二極體

θ‧‧‧導通角度

ZA‧‧‧正半週零點

ZB‧‧‧負半週零點

Vs‧‧‧預設電壓

VCC‧‧‧直流電源

100‧‧‧交流電源開關控制電路

200‧‧‧第一閘極驅動元件

300‧‧‧第二閘極驅動元件

400‧‧‧負載

500‧‧‧微處理器

600‧‧‧過零點偵測電路

700‧‧‧整流穩壓電路

800‧‧‧訊號隔離電路

為讓本新型之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖係繪示依照本新型一實施例的一種交流電源開關控制電路之電路示意圖。

第2圖係繪示依照交流電源之電壓波形圖。

第3圖係繪示依照本新型另一實施例的一種交流電源開關控制電路之電路示意圖。

第4圖係繪示交流電源開關控制電路中第二場效電晶體、微處理器、第二閘極驅動元件、整流穩壓電路以及訊號隔離電路之部分電路示意圖。

請參照第1圖及第2圖，其中第1圖係繪示依照本新型一實施例的一種交流電源開關控制電路之電路示意圖，第2圖係繪示依照交流電源之電壓波形圖。交流電源開關控制電路100包含一第一場效電晶體M1、一第一閘極驅動元件200、一第二場效電晶體M2、一第二閘極驅動元件300、一負載400、一微處理器500、一過零點偵測電路600。

第一場效電晶體M1之汲極連接一交流電源之一端。

第一閘極驅動元件200連接第一場效電晶體M1之閘極，第一閘極驅動元件200用以開關第一場效電晶體M1，第一閘極驅動元件200通常由電平轉換器及放大器構成，其電路結構及操作原理為習知技術，在此不予贅述。

第二場效電晶體M2之源極連接第一場效電晶體M1之源極。

第二閘極驅動元件300連接第二場效電晶體M2之閘極，第二閘極驅動元件300用以開關第二場效電晶體M2，第二閘極驅動元件300與第一閘極驅動元件200可由電平轉換器及放大器構成，其電路結構及操作原理為習知技術，在此不予贅述。

負載400連接第二場效電晶體M2之汲極及交流電源之另一端，負載400在這裡意指任何以交流電源驅動之電子裝置，特別是省電的電子裝置或需精準地端控制開關之電子裝置。

微處理器500連接第一閘極驅動元件200及第二閘極驅動元件300。

過零點偵測電路600連接交流電源之兩端及微處理器500，過零點偵測電路600用以偵測交流電源並輸出一偵測訊號至微處理器500，微處理器500根據偵測訊號以控制第一閘極驅動元件200及第二閘極驅動元件300來開關第一場效電晶體M1及第二場效電晶體M2。如第2圖所繪示，偵測訊號 之內容包含交流電源之一正半週零點ZA、一負半週零點ZB及一導通角度θ。前述微處理器500及過零點偵測電路600之詳細電路架構為習知技藝，本技術領域之通常知識者可輕易完成，於此不再贅述。

更詳細地說，微處理器500根據過零點偵測電路600輸出之偵測訊號來決定第一閘極驅動元件200及第二閘極驅動元件300同時關閉或同時開啟，藉此來控制負載400是否關閉或啟動。假設負載400欲開啟於任一交流電源之導通角度θ，則過零點偵測電路600偵測交流電源位於此導通角度θ時就輸出偵測訊號至微處理器500。第一閘極驅動元件200及第二閘極驅動元件300受微處理器500控制而同時打開第一場效電晶體M1及第二場效電晶體M2，且此導通角度θ處於交流電源之負半週時，交流電源實際上通過第二場效電晶體M2、第一場效電晶體M1之一第一寄生二極體D1以及第一場效電晶體M1本身而供電於負載400，意即電流不僅流過第一寄生二極體D1，且經過第一場效電晶體M1之源極流到汲極。此電流路徑於雖非第一場效電晶體M1之正常操作電流路徑，但實際上可如此使用。若此導通角度θ處於正半週時，則交流電源通過第一場效電晶體M1、第二場效電晶體M2之一第二寄生二極體D2以及第二場效電晶體M2本身而供電於負載400，意即電流不僅流過第二寄生二極體D2，且經過第二場效電晶體M2之源極流到汲極。第一閘極驅動元件200及第二閘極驅動元件300受微處理器500控制而同時關閉第一場效電晶體M1及第二場效電晶體M2時，第一場效電晶體M1之第一 寄生二極體D1阻隔交流電源之正半週，第二場效電晶體M2之第二寄生二極體D2阻隔交流電源之負半週。

請參照第2圖及第3圖，其中第3圖係繪示依照本新型另一實施例的一種交流電源開關控制電路100之電路示意圖。前述交流電源開關控制電路100更可包含一第一外接二極體D3及一第二外接二極體D4，第一外接二極體D3之負極連接交流電源之一端及第一場效電晶體M1之汲極，第一外接二極體D3之正極連接第一場效電晶體M1之源極。第二外接二極體D4之負極連接負載400及第二場效電晶體M2之汲極，第二外接二極體D4之正極連接第二場效電晶體M2之源極、第一場效電晶體M1之源極及第一外接二極體D3之正極。微處理器500同前述實施例根據過零點偵測電路600之偵測訊號來選擇開啟第一閘極驅動元件200或第二閘極驅動元件300，若此導通角度θ處於負半週時，第二閘極驅動元件300受微處理器500控制而打開第二場效電晶體M2，同時第一場效電晶體M1為關閉，交流電源通過第二場效電晶體M2及第一外接二極體D3。若此導通角度θ處於正半週時，第一閘極驅動元件200受微處理器500控制而打開第一場效電晶體M1，同時第二場效電晶體M2為關閉，交流電源通過第一場效電晶體M1及第二外接二極體D4。第2圖及第3圖中第一場效電晶體M1及第二場效電晶體M2雖同時繪示為NMOS，但兩者可同時為PMOS，在此不做限制。

請參照第1圖及第4圖，其係繪示交流電源開關控制電路100中第二場效電晶體M2、微處理器500、第二閘 極驅動元件300、整流穩壓電路700以及訊號隔離電路800之部分電路示意圖。要注意的是，前述第1圖及第3圖中第一閘極驅動元件200及第二閘極驅動元件300是以一預設電壓Vs為參考電壓，微處理器500則以地端為參考電壓，亦即兩者的電壓準位並不相同。因此，第一閘極驅動元件200及第二閘極驅動元件300與微處理器500之間必須進行訊號隔離的處理。故，交流電源開關控制電路100更可包含一整流穩壓電路700及一訊號隔離電路800。其中，整流穩壓電路700應連接交流電源、第一閘極驅動元件200及第二閘極驅動元件300，但第4圖僅作為示意說明使用，故僅繪示出整流穩壓電路700連接交流電源及第二閘極驅動元件300。整流穩壓電路700用以將交流電源轉為直流電源以提供給第一閘極驅動元件200及第二閘極驅動元件300，而整流穩壓電路700可為具有變壓器之隔離式架構或非隔離式架構，其均為習知技術，在此不予贅述。訊號隔離電路800應連接微處理器500、第一場效電晶體M1及第二場效電晶體M2，但第4圖僅作為示意說明使用，故僅繪示訊號隔離電路800連接微處理器500及第二場效電晶體M2。第4圖上所繪示之訊號隔離電路800為一光電耦合器，但不限於此，訊號隔離電路800也可為一變壓器。

此外，由第4圖可明顯地端看出微處理器500由以地端為參考電壓之另一直流電源VCC供電，第二閘極驅動元件300則由交流電源透過整流穩壓電路700供電。本實施例雖是以整流穩壓電路700將交流電源轉為直流電源以供電給第二閘極驅動元件300。但在另一實施例當中，第二閘極驅動元 件300不以交流電源來驅動，而可直接利用任何以預設電壓Vs為參考電壓之直流電源來提供電力，例如電池(未圖示)。

在其他實施例當中，交流電源開關控制電路當然也可不包含過零點偵測電路，也就是說第一場效電晶體及第二場效電晶體之開關可由微處理器本身來決定，而不需要藉由過零點偵測電路所輸出之偵測訊號來命令微處理器控制第一場效電晶體及第二場效電晶體之開關。

綜上所述，本新型之交流電源開關控制電路利用過零點偵測電路偵測交流電源之正半週零點、負半週零點及導通角度，使用者根據其負載所需電源大小以及開關時間由內部設定過零點偵測電路內應發出偵測訊號之時機。藉此使第一場效電晶體及第二場效電晶體受微處理器根據偵測訊號對負載進行開關動作，讓交流電源供應之負載可精確操作於其對應之交流電源大小。且若負載為LED裝置時，交流電源開關控制電路更可根據偵測訊號對其進行精確地發光亮度調整，且本新型以場效電晶體來作為交流開關，不僅可提供較大之功率，開關LED裝置之速度較快且不會使其閃爍。

雖然本新型已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本新型，任何熟習此技藝者，在不脫離本新型之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本新型之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

M1‧‧‧第一場效電晶體

M2‧‧‧第二場效電晶體

D1‧‧‧第一寄生二極體

D2‧‧‧第二寄生二極體

Vs‧‧‧預設電壓

100‧‧‧交流電源開關控制電路

200‧‧‧第一閘極驅動元件

300‧‧‧第二閘極驅動元件

400‧‧‧負載

500‧‧‧微處理器

600‧‧‧過零點偵測電路

Claims (12)

1. 一種交流電源開關控制電路，包含：一第一場效電晶體，該第一場效電晶體之汲極連接一交流電源之一端；一第一閘極驅動元件，其連接該第一場效電晶體之閘極；一第二場效電晶體，該第二場效電晶體之源極連接該第一場效電晶體之源極；一第二閘極驅動元件，其連接該第二場效電晶體之閘極；一負載，連接該第二場效電晶體之汲極及該交流電源之另一端；一微處理器，連接該第一閘極驅動元件及該第二閘極驅動元件；以及一過零點偵測電路，連接該交流電源之該兩端及該微處理器，該過零點偵測電路用以偵測該交流電源並輸出一偵測訊號至該微處理器，該微處理器根據該偵測訊號以控制該第一閘極驅動元件及該第二閘極驅動元件來開關該第一場效電晶體及該第二場效電晶體；其中，該第一閘極驅動元件及該第二閘極驅動元件以一預設電壓為參考電壓，該微處理器以地端為參考電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之交流電源開關控制電路，其中該偵測訊號之內容包含該交流電源之一正半週零點、一負半週零點及一導通角度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之交流電源開關控制電路，其中該第一閘極驅動元件及該第二閘極驅動元件受該微處理器控制而打開該第一場效電晶體及該第二場效電晶體時，處於負半週之該交流電源通過該第二場效電晶體及該第一場效電晶體之一第一寄生二極體，處於正半週之該交流電源通過該第一場效電晶體及該第二場效電晶體之一第二寄生二極體。
4. 如申請專利範圍第1項所述之交流電源開關控制電路，更包含：一第一外接二極體，該第一外接二極體之負極連接該交流電源之一該端及該第一場效電晶體之汲極，該第一外接二極體之正極連接該第一場效電晶體之源極；及一第二外接二極體，該第二外接二極體之負極連接該負載及該第二場效電晶體之汲極，該第二外接二極體之正極連接該第二場效電晶體之源極、該第一場效電晶體之源極及該第一外接二極體之正極。
5. 如申請專利範圍第4項所述之交流電源開關控制電路，其中該第二閘極驅動元件受該微處理器控制而打開該第二場效電晶體時，處於負半週之該交流電源通過該第二場效電晶體及該第一外接二極體，該第一閘極驅動元件受該微處理器控制而打開該第一場效電晶體時，處於正半週之該交流電源通過該第一場效電晶體及該第二外接二極體。
6. 如申請專利範圍第1項所述之交流電源開關控制電路，更包含：一整流穩壓電路，其連接該交流電源、該第一閘極驅動元件及該第二閘極驅動元件，該整流穩壓電路用以將該交流電源轉為一直流電源以提供給該第一閘極驅動元件及該第二閘極驅動元件。
7. 如申請專利範圍第6項所述之交流電源開關控制電路，更包含：一訊號隔離電路，其用以連接該交流電源及該整流穩壓電路。
8. 如申請專利範圍第7項所述之交流電源開關控制電路，其中該訊號隔離電路為一光電耦合器或一變壓器。
9. 如申請專利範圍第1項所述之交流電源開關控制電路，更包含：一訊號隔離電路，其用以連接該微處理器、該第一閘極驅動元件及該第二閘極驅動元件。
10. 如申請專利範圍第9項所述之交流電源開關控制電路，其中該訊號隔離電路為一光電耦合器或一變壓器。
11. 如申請專利範圍第1項所述之交流電源開關控制電路，更包含：一直流電源，其連接該第一閘極驅動元件及該第二閘極驅動元件，該直流電源以該預設電壓為參考電壓。
12. 一種交流電源開關控制電路，包含：一第一場效電晶體，該第一場效電晶體之汲極連接一交流電源之一端；一第一閘極驅動元件，其連接該第一場效電晶體之閘極；一第二場效電晶體，該第二場效電晶體之源極連接該第一場效電晶體之源極；一第二閘極驅動元件，其連接該第二場效電晶體之閘極；一負載，連接該第二場效電晶體之汲極及該交流電源之另一端；以及一微處理器，連接該第一閘極驅動元件及該第二閘極驅動元件，該微處理器用以控制該第一閘極驅動元件及該第二閘極驅動元件來開關該第一場效電晶體及該第二場效電晶體。