TWM597013U - 寬輸入電壓範圍的輔助電源供應電路 - Google Patents
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Abstract
一種寬輸入電壓範圍的輔助電源供應電路，供電連接寬輸入電壓範圍直流電源轉換器的一工作電壓轉換電路，且包含電壓隨耦單元與電壓比較單元，電壓隨耦單元包含電子開關、電阻器與齊納二極體，電子開關的第一、二端分別電連接工作電壓轉換電路的電壓輸入、輸出端，電阻器電連接於電子開關的第一端與控制端之間，齊納二極體的陰極端電連接電子開關的控制端，電壓比較單元的偵測端與輸出端分別電連接工作電壓轉換電路的電壓輸入端與電子開關的控制端；在輸入電壓上升至齊納二極體崩潰之前與之後，電子開關的第二端皆可提供穩定的輔助電壓。
Description
本新型係有關一種電源供應電路，特別是指寬輸入電壓範圍的輔助電源供應電路。
寬輸入電壓範圍直流電源轉換器的特色是可接收低電壓至高電壓的輸入電壓範圍，並經轉換後產生一輸出電壓，該輸出電壓可保持在一定值，以供應給下一級電路(負載)。舉例來說，該寬輸入電壓範圍直流電源轉換器的電路架構例如可包含變壓器、工作電壓轉換電路、積體電路(IC)、回授電路與電晶體…等電子元件，所述積體電路(IC)可例如為脈寬調變控制器(PWM controller)等。
於前述寬輸入電壓範圍直流電源轉換器中，所述電子元件的工作電壓是來自該工作電壓轉換電路，該工作電壓轉換電路可例如為一降壓式電路(Buck converter)，該降壓式電路所接收的輸入電壓與該直流電源轉換器相同，也是落在寬輸入電壓範圍中，該降壓式電路將輸入電壓轉換成所述電子元件所需的工作電壓。
穩定的工作電壓是每個電子元件維持正常運作的基本要求，然而，該降壓式電路在實際操作時，在達到穩壓狀態以前，例如該降壓式電路的輸入電壓大小與輸出電壓(即工作電壓)的大小接近時，該降壓式電路的輸出電壓的波形會發生漣波(ripple)的不穩定現象，導致提供給所述電子元件的工作電壓不穩定，直接影響所述電子元件的正常運作。
本新型的主要目的是提供一種寬輸入電壓範圍的輔助電源供應電路，供電連接寬輸入電壓範圍直流電源轉換器的工作電壓轉換電路，以在所述工作電壓轉換電路達到穩壓狀態前，由本新型提供所述電子元件所需的穩定工作電壓，以期克服先前技術所述電子元件未能接收穩定工作電壓而無法正常運作的缺點。
本新型寬輸入電壓範圍的輔助電源供應電路，供電連接一寬輸入電壓範圍直流電源轉換器的一工作電壓轉換電路，且包含：
一電壓隨耦單元，包含：
一電子開關，具有一第一端、一第二端與一控制端，該第一端電連接該工作電壓轉換電路的一電壓輸入端，該第二端電連接該工作電壓轉換電路的一電壓輸出端；
一電阻器，電連接於該電子開關的第一端與控制端之間；及
一齊納二極體，其陰極端電連接該電子開關的控制端；以及
一電壓比較單元，包含一偵測端與一輸出端，該偵測端電連接該工作電壓轉換電路的電壓輸入端，該電壓比較單元的輸出端電連接該電子開關的控制端。
當該工作電壓轉換電路所接收的輸入電壓與其穩壓狀態時的輸出電壓接近時，該輸出電壓產生電壓漣波(ripple)的不穩定現象，此時根據本新型寬輸入電壓範圍的輔助電源供應電路的電路架構，在該電壓隨耦器中，當輸入電壓上升至齊納二極體崩潰前，該電子開關的第二端的電壓約等於輸入電壓，可直接提供做為輔助電壓給該寬輸入電壓範圍直流電源轉換器的電子元件；當輸入電壓上升至齊納二極體崩潰後，該電子開關的第二端可提供穩壓後穩定的輔助電壓給所述電子元件。如前所述，在輸入電壓上升至齊納二極體崩潰之前與之後，都可讓所述電子元件可在穩定工作電壓之下正常運作，克服先前技術所述電子元件未能接收穩定工作電壓而無法正常運作的缺點。隨著該輸入電壓變大，當該工作電壓轉換電路達到穩壓狀態後，其輸出電壓已穩定，該電壓比較單元可關閉該電壓隨耦單元的電子開關。
請參考圖1，本新型寬輸入電壓範圍的輔助電源供應電路200可供應用在一寬輸入電壓範圍直流電源轉換器10，該寬輸入電壓範圍直流電源轉換器10的特色是可接收低電壓至高電壓的輸入電壓範圍，並經轉換後產生一輸出電壓Vout，該輸出電壓Vout可保持在一定值，以供應給下一級電路(負載)。一般來說，該寬輸入電壓範圍直流電源轉換器10的電路架構例如可包含變壓器、工作電壓轉換電路、積體電路(IC)、回授電路與電晶體…等電子元件，且所述電子元件的工作電壓是來自所述工作電壓轉換電路；舉例而言，所述積體電路(IC)可例如為脈寬調變控制器(PWM controller)…等。
請參考圖2，該工作電壓轉換電路100具有一電壓輸入端101與一電壓輸出端102，該電壓輸入端101供接收直流的一輸入電壓Vin，該輸入電壓Vin的範圍為寬輸入電壓範圍，該電壓輸出端102產生一輸出電壓V
B。當該輸入電壓Vin大於一門檻電壓，該工作電壓轉換電路100可達到穩壓狀態，讓該輸出電壓V
B可保持在一定值而形成一穩態輸出電壓，該穩態輸出電壓可供做為所述電子元件的工作電壓Vcc，其中，該門檻電壓可等於該穩態輸出電壓；舉例來說，該輸入電壓Vin可為落在0V至160V的直流電壓範圍之內，該穩態輸出電壓與該門檻電壓可為12V的定值，但不以前述電壓值為限。該工作電壓轉換電路100可例如為習知的降壓式(Buck)電路、順向式(Forward)電路、返馳式(Flyback)電路與推挽式(Push-Pull)電路…等，該工作電壓轉換電路100在此以降壓式(Buck)電路為例。
如圖2所示，本新型輔助電源供應電路200的實施例包含一電壓隨耦單元20與一電壓比較單元30。
該電壓隨耦單元20包含一電子開關Q1、一電阻器R3與一齊納二極體(Zener diode)ZD1。該電子開關Q1為三端元件而具有一第一端、一第二端與一控制端，該第一端電連接該工作電壓轉換電路100的電壓輸入端101，該第二端電連接該工作電壓轉換電路100的電壓輸出端102，且該第二端用以輸出一輔助電壓V
E，該輔助電壓V
E可略小於該穩態輸出電壓，例如可小於1V；該電阻器R3電連接在該電子開關Q1的第一端與控制端之間；該齊納二極體ZD1的陰極端電連接該電子開關Q1的控制端，該齊納二極體ZD1的陽極端可接地，該齊納二極體ZD1的崩潰電壓V
Z小於該穩態輸出電壓。其中，該電子開關Q1可為電晶體，例如雙極性接面電晶體(BJT)，但不以此為限，圖2所示的實施例中，該電子開關Q1的第一端是集極端(Collector)，其第二端是射極端(Emitter)，其控制端是基極端(Base)。是以，該電子開關Q1與該電阻器R3的連接架構形成射極隨耦器(Emitter follower)，當該電子開關Q1導通時，該輔助電壓V
E為該電子開關Q1的基極電壓減0.7V；當該電子開關Q1截止，該輔助電壓V
E關閉而無輸出。
該電壓比較單元30包含一偵測端V
DET與一輸出端300，該偵測端V
DET電連接該工作電壓轉換電路100的電壓輸入端101以偵測該輸入電壓Vin的大小，圖2所示的實施例中，該電壓比較單元30的偵測端V
DET通過兩個電阻器R1、R2形成的分壓電路以偵測該輸入電壓Vin的大小；該電壓比較單元30的輸出端300電連接該電子開關Q1的控制端，以依據該輸入電壓Vin的大小驅動該電子開關Q1導通或截止。
在本新型的實施例中，請參考圖3，為方便說明，該電壓隨耦單元20的電子開關Q1稱為第一電子開關，該電壓比較單元30的可行實施例可包含一比較器31與一第二電子開關Q2。
該比較器31具有一正相輸入端、一反相輸入端與一輸出端，該正相輸入端做為該電壓比較單元30的該偵測端V
DET，該反相輸入端電連接一參考電壓Vref，該參考電壓Vref對應一保護電壓，該保護電壓大於該門檻電壓，且該參考電壓Vref可等於該保護電壓在電阻器R2的分壓，如承前所述的電壓值，該門檻電壓可為12V，該保護電壓可為15V；該第二電子開關Q2為三端元件而具有一第一端、一第二端與一控制端，該第二電子開關Q2的第一端做為該電壓比較單元30的該輸出端300，該第二電子開關Q2的第二端可供接地，該第二電子開關Q2的控制端電連接該比較器31的輸出端。其中，該第二電子開關Q2可為電晶體，例如雙極性接面電晶體(BJT)或場效電晶體(FET)，但不以此為限，圖3所示的實施例中，該第二電子開關Q2是以N通道金氧半場效電晶體(N-channel MOSFET)為例，其第一端是汲極端(Drain)，其第二端是源極端(Source)，其控制端是閘極端(Gate)。
以下配合圖4所示的波形圖說明基於本新型電路架構所達成的技術功效。該工作電壓轉換電路100是否達到穩壓狀態，是根據該輸入電壓Vin是否大於該門檻值。該輸入電壓Vin從0V開始看起，在時間點t1之前，基於射極隨耦器的特性，該電子開關Q1的第二端的電壓約等於輸入電壓Vin，可直接提供做為輔助電壓V
E給該寬輸入電壓範圍直流電源轉換器10的電子元件，此時該輸入電壓Vin仍小而無法導致該齊納二極體ZD1崩潰，該偵測端V
DET的電壓也小於該參考電壓Vref，使該比較器31輸出低電位，該第二電子開關Q2截止，該電子開關Q1的控制端的電壓V
X可參考圖4。
在時間點t1至t2之間，該輸入電壓Vin接近該輸出電壓V
B，導致該工作電壓轉換電路100未達穩壓狀態，故該輸出電壓V
B在時間點t1至t2之間的波形可見不穩定的電壓漣波(ripple)而有電壓降，此時，該輸入電壓Vin大到能導致該齊納二極體ZD1崩潰，該電子開關Q1的控制端的電壓V
X保持在該齊納二極體ZD1的崩潰電壓V
Z，該崩潰電壓V
Z可導通該電子開關Q1，故V
E=V
Z-0.7(V)。因為該電子開關Q1是導通的，故能輸出輔助電壓V
E以供應所述工作電壓Vcc，由輔助電壓V
E補足電壓漣波的電壓降，藉以維持工作電壓Vcc的穩定。在時間點t1至t2之間，該輸入電壓Vin仍小於該門檻電壓，該偵測端V
DET的電壓仍小於該參考電壓Vref，該第二電子開關Q2仍截止。
在時間點t2至t3之間，該輸入電壓Vin達該門檻電壓，代表該工作電壓轉換電路100達穩壓狀態，而可輸出穩定的輸出電壓V
B(穩態輸出電壓)做為所述工作電壓Vcc。此時，該輸入電壓Vin仍未達該保護電壓，故該偵測端V
DET的電壓仍小於該參考電壓Vref，該第二電子開關Q2仍截止。另一方面，如前所述，該齊納二極體ZD1的崩潰電壓V
Z小於穩壓後保持在定值的輸出電壓V
B(穩態輸出電壓)，故對於該電子開關Q1來說，其射極端與基極端處在逆偏(reverse-bias)狀態，導致輔助電壓V
E被動關閉，主要由該輸出電壓V
B(穩態輸出電壓)提供該工作電壓Vcc。
在時間點t3之後，已由該輸出電壓V
B(穩態輸出電壓)提供該工作電壓Vcc。當該輸入電壓Vin達到該保護電壓，使該偵測端V
DET的電壓大於該參考電壓Vref，該比較器31輸出高電位，該第二電子開關Q2導通，讓該電壓隨耦器20的電子開關Q1的基極端為低電位而截止。需說明的是，本新型在時間點t2至t3先讓輔助電壓V
E被動關閉，而不是在時間點t2直接讓該電子開關Q1截止，如此可有效避免在高電壓啟動瞬間，輔助電壓V
E上升速度比輸出電壓V
B更快時，電子開關Q1會瞬間承受高功率而導致燒毀的情形。
綜上所述，當輸入電壓Vin與門檻電壓接近時，雖然該輸出電壓V
B產生電壓漣波(ripple)的不穩定現象，但通過本新型的該電壓隨耦器20的電子開關Q1的第二端提供相對穩定的輔助電壓V
E，達到讓所述電子元件可在穩定工作電壓Vcc之下正常運作的技術功效。當輸入電壓Vin大於該門檻電壓，代表該工作電壓轉換電路100進入穩壓狀態，故改由其電壓輸出端102提供輸出電壓V
B(穩態輸出電壓)做為工作電壓Vcc給所述電子元件。整體來看，不論輸入電壓Vin在低電壓或高電壓，所述工作電壓Vcc都是穩定的，確保所述電子元件能正常運作。
10:寬輸入電壓範圍直流電源轉換器
100:工作電壓轉換電路
101:電壓輸入端
102:電壓輸出端
200:輔助電源供應電路
20:電壓隨耦單元
30:電壓比較單元
300:輸出端
31:比較器
Vin:輸入電壓
Vout:輸出電壓
VB:輸出電壓
Vcc:工作電壓
VX:電子開關的控制端的電壓
VE:輔助電壓
VZ:崩潰電壓
Q1:電子開關
R3:電阻器
ZD1:齊納二極體
VDET:偵測端
R1:電阻器
R2:電阻器
Q2:第二電子開關
C1:電容器
圖1：本新型寬輸入電壓範圍的輔助電源供應電路的實施例電連接一寬輸入電壓範圍直流電源轉換器的方塊示意圖。
圖2：本新型寬輸入電壓範圍的輔助電源供應電路的實施例電路示意圖。
圖3：本新型寬輸入電壓範圍的輔助電源供應電路的實施例電路示意圖。
圖4：本新型寬輸入電壓範圍的輔助電源供應電路的實施例電壓時序圖。
100:工作電壓轉換電路
200:輔助電源供應電路
101:電壓輸入端
102:電壓輸出端
20:電壓隨耦單元
30:電壓比較單元
300:輸出端
Vin:輸入電壓
VB:輸出電壓
Vcc:工作電壓
VX:電子開關的控制端的電壓
Q1:電子開關
R1:電阻器
R2:電阻器
R3:電阻器
ZD1:齊納二極體
VE:輔助電壓
VDET:偵測端
C1:電容器
Claims (4)
- 一種寬輸入電壓範圍的輔助電源供應電路，供電連接一寬輸入電壓範圍直流電源轉換器的一工作電壓轉換電路，且包含： 一電壓隨耦單元，包含： 一電子開關，具有一第一端、一第二端與一控制端，該第一端電連接該工作電壓轉換電路的一電壓輸入端，該第二端電連接該工作電壓轉換電路的一電壓輸出端； 一電阻器，電連接於該電子開關的第一端與控制端之間；及 一齊納二極體，其陰極端電連接該電子開關的控制端；以及 一電壓比較單元，包含一偵測端與一輸出端，該偵測端電連接該工作電壓轉換電路的電壓輸入端，該電壓比較單元的輸出端電連接該電子開關的控制端。
- 如請求項1所述之寬輸入電壓範圍的輔助電源供應電路，其中，該電壓隨耦單元的電子開關為一第一電子開關，該齊納二極體的崩潰電壓小於一門檻電壓，該門檻電壓等於該工作電壓轉換電路的一穩態輸出電壓，該齊納二極體的崩潰電壓小於該穩態輸出電壓； 該電壓比較單元包含： 一比較器，具有一正相輸入端、一反相輸入端與一輸出端，該正相輸入端做為該電壓比較單元的該偵測端，該反相輸入端電連接一參考電壓，該參考電壓對應一保護電壓，該保護電壓大於該門檻電壓；以及 一第二電子開關，具有一第一端、一第二端與一控制端，該第二電子開關的第一端做為該電壓比較單元的該輸出端，該第二電子開關的第二端供接地，該第二電子開關的控制端電連接該比較器的輸出端。
- 如請求項2所述之寬輸入電壓範圍的輔助電源供應電路，其中，該第一電子開關為雙極性接面電晶體，其第一端、第二端與控制端分別是集極端、射極端與基極端。
- 如請求項2所述之寬輸入電壓範圍的輔助電源供應電路，該第二電子開關是N通道金氧半場效電晶體，其第一端、第二端與控制端分別是汲極端、源極端與閘極端。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW109203137U TWM597013U (zh) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | 寬輸入電壓範圍的輔助電源供應電路 |
Applications Claiming Priority (1)
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| TW109203137U TWM597013U (zh) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | 寬輸入電壓範圍的輔助電源供應電路 |
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|---|---|
| TWM597013U true TWM597013U (zh) | 2020-06-11 |
Family
ID=72177660
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| TW109203137U TWM597013U (zh) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | 寬輸入電壓範圍的輔助電源供應電路 |
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| TW (1) | TWM597013U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI713287B (zh) * | 2020-03-19 | 2020-12-11 | 捷拓科技股份有限公司 | 寬輸入電壓範圍的輔助電源供應電路 |
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2020
- 2020-03-19 TW TW109203137U patent/TWM597013U/zh unknown
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|---|---|---|---|---|
| TWI713287B (zh) * | 2020-03-19 | 2020-12-11 | 捷拓科技股份有限公司 | 寬輸入電壓範圍的輔助電源供應電路 |
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