•1278174 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於將交流輸入電壓予以整流而形成直流電 壓，再利用平滑用電容器平滑該直流電壓，且利用開關2 件來開關該直流電壓’而從轉換變壓器輸出交流輪壓 的一種開關電源電路。 & 电土 【先前技術】 該種方式的開關電源電路的先前技術中，已知 特開2004-096863號公報所揭示的開關電源電路〇 ^ " 技術所揭示的開關電源電路，係於 ：: 有使與平滑用電容器串聯連接之ppr DD的一次側言」 關元件。限”阻；:=流電阻短路的短路用^ 1干 抓电阻，係在交流輸入電壓措入护/ * 限制流到平滑用電容器的突波 ：广隻期間 的全波整流電路之輪出部的 輪入氣麼進行整流 束’流入到平滑用電容哭的突二…於保護期間結 的白勺大波電流結走德m (ON)’以減少限流電阻所造成的電 “為¥通 (專利文獻】）日本特開20〇4-〇96863 f發明内容】 (發明所欲解決之課題） 然而，在先前技術所揭示的 +、 時器係包含電阻與電容 …原電路中，硬體計 阻與電容器之大小來決定。可是’保護期間係由該等的電 輸入電壓的大小與周邊 ：’該保護期間係伴隨交流 里度寺的外部條件之變化而變化。 3]6]〇〇 1278174 間在例如50(_)到(_)的範圍内變化。 曰乂“别入電壓較大的情況或周邊 ==也足夠，但在交流輸， 間皿而又^的最差外部條件下，為了確保足夠的保護期 σ又疋了較長的保護期間。 在㈣護期間由於限流電阻所造成的電力損失大 流通於轉換變舞哭^ — 、 且 刹姑上勺一二人侧線圈之電流也受到限流電阻的 限制，敌父流輸出電壓的大小也受限。設定較 間的結果，開關電源電中… 的受限期間也變長。力抽失增大，且交流輪出 本發明係提供—種可改善上述缺 (用以解決課題之手段） 頂书源电路。 敕、=開關電源電路係具備：對交流輸入電壓進行 滑用電容器;限制對該平滑用電容 :限流減少的狀態變為導通(〇 爪电阻紐路的短路用開關（switc (swi^ 刖述開關元件接受前述直流電壓的供給而產生 堡的轉換變壓器’而根據前述交流輪出電壓供電至^載= 開關電源電路，JL中，廿且古拉 、載 確期門…二 猎由計數時脈信號而設定保 器，且前述短路用開關元件係藉由前述 專人脰计％态，而在丽述交流輪入 間之後導通（ΟΝ)。 人起^34保護期 316100 6 1278174 (發明之效果） - 在本發明的開關電源電路中所用的軟體計時器，係藉 《 由計數時脈信號’來設定保護期間。利用該軟體計時ι§而 ' 設定的保護期間，只要不變更設定，與開關電源電路的交 流輸入電壓、周邊溫度無關，可實質地保持一定。因此， 藉由適度地設定該保護期間，即可降低限流電阻所造成的 電力損失’並縮短父流輸出電壓受到限制之時間。 【實施方式】 以下，針對本發明的實施形態，參照圖式加以說明。 第1實施形態 第1圖係顯示本發明之開關電源電路的第1實施形態 之電路圖。該第1實施形態之開關電源電路係包含：交流 輸入電路ACI、整流電路REC、直流電路DCC、開關元件 S W、計時器電路TMC、變換電路INV、輸出電路OUT及 控制電路CNT。 該開關電源電路係利用整流電路REC對來自交流輸_ 入電路ACI的交流輸入電壓V1進行整流，而於直流電路 DCC產生直流電壓V2，且將該直流電壓V2供給至變換電 路INV的一次侧電路。藉由以開關元件SW周期性地開關 、 該變換電路INV的一次侧電路之直流電壓V2，於變換電 . 路INV的二次侧的輸出電路OUT產生交流輸出電壓V3、 V4，並根據該交流輸出電壓V3、V4供電至負載。 該第1實施形態之開關電源電路，係使用於例如自動 張力控制裝置或手動張力控制裝置中。藉由調整開關元件 7 316100 1278174 的導通/切斷（〇N/〇FF)周期之〇^時間比率，亦即藉由 调整ON工作比可輕易地調整變換電路INV的二次側的輪 =電路out之交流輸出電壓V3、V4之大小。該開關電: 電路，係作為例如自動張力控制裝置或手動張力控制裝置 的電源使用。在自動張力控制裝置或手動張力控制裝置， ，藉由調整交流輸出電壓V3、V4之大小，來控制例如紙、 溥胰、電線等長條狀材（web)的張力程度。或者，以手動方 式調整交流輸出電壓V3、V4,而以手動方式控制㈣的 張力。在該等的自動張力控制裝置或手動張力控制裝置，_ 作為控制機器的張力控制裝置（tensi〇n c〇ntr〇ller)係使用 張力感測器作為感測器，又使用動力離合器 clutch)、動力制動器（power brake)、伺服馬達、或向量馬 達（vector motor)作為web的驅動機器。 父流輸入電路ACI，係包含交流輸入端子L、N與線 路濾波器（line filter)l。在交流輸入端子L、N之間供給有 交流輸入電壓ΛΠ，該交流輸入電壓V1係由例如商用=流籲 電源供給，其額定電壓值為85至264(V)，其頻率為5〇或 6〇(Hz)。該交流輸入電壓V1的額定電壓值與頻率，係對 應世界各國的商用交流電源的額定值。不過，依據某國的 商用交流電源，在某額定電壓與某頻率動作時，亦會有交 流輸入電壓VI的大小與頻率產生變動的情形。 整流電路REC，係包含全波整流電路2，該全波整流 電路2具有一對的交流輸入端子2a、2b，以及一對的直流 輸出端子2c、2d °交流輸入端子2a、2b，係透過線路遽波 316)00 8 1278174 裔1而與交流輸入端子L、N連接 侧端子，直$ _屮 爪知出鸲子2c為正 係盘直Γ 子2d為負側端子。直流電路DCC， ^ 出端子2c、2d連接。 夂換笔路INV，係包含轉換變單 3，係包含'义土。。3。该轉換變壓器 源線圈二次線圈Μ以及控制電 次線圈％、連接，2個二 係與控制電路CNT連接。 4接，控制電源線圈3d 直飢電路DCC中，得句冬pg闕一 丁MC、平$雨Φ六如”匕3開關兀件SW、計時器電路 與保错電：8电:：4、限流電阻5、短路用開關元件6 用電容器4係使直流電路慨的直流 包M V2平滑介用沾恭+抑 〜且級 F)的電解電容器。限二使用，如電容值…9… 之同日士門私a 、々丨L兒阻5係在乂流輸入電壓VI投入 的TP:限制流通至平滑用電容器4 泥電阻二心"限机電阻5係使用例如5(w)、15(Ω)的水 "匕甩阻，其電阻值尺Α 保護期間TP的結束而使限心：用開關元件6係伴隨彳 限5所造成的電吏^甩阻5短路，以降低限流電 關元件s w流通至她二爻電阻5的短路，經由開
Vl ^ 汁夺σσ甩路TMC係與交流輸入電壓 投入同步開始保護期間τρ’並與該保護期間τρ的結 束同步，使短路用開關元件6導通（〇Ν)。 全波整流電路2的亩、、古山^山^ 次線圈…侧端：一 泉圈3a的下側端子則透過開 316100 9 1278174 關元件sw、保護電㈣、 路2的直流輪出端子2d。 而連接至全波整流電 -Γ ίΓsw 5 # ^ ^ ^ft(p〇wer s-tc^ng)7t # 7 ^的二子^fMQSFET7的汲極D係與—次綠 連接。在“==保護電阻8直接 2d間’係連接限流電阻5。平滑二流輸出端子 至全波整流電路2的直：:端子^ 與限流電子係連接至保護電阻8 电丨放5的連接郎點CN2 〇 短路===件6係於其導通_)時，使限流電阻$ D、源極S、fwG ^亦為功率咖，具有沒極 連接至路用功率M〇SFET 6的沒極D 的直、I點⑽’其源# S係連接至全波整流電路2 :弋“子2d與限流電阻5的節點cn3。 計時器電路TMC，係句人拟七^一 μ 動電路！〇、第卜㈣Λ/ 路用開關7的驅 動電路心包::動：^ 元件S t 榀ς Pe, 刀卞MUW£T，具有汲極D、源 接至、^極G。該驅動用功率咖F E T !!的汲極D直接連 M0SFET 6的沒極D，驅動用功率 的源直接連接至短路用功率則咖以的_〇。 电阻12、13、14、15 ’係相互串聯連接在短路用功率 ]〇 316100 1278174 MOSFET 6的汲極D與源極S之間。電阻12與電阻13的 連接節點CN4，係直接連接至驅動用MOSFET 11的閘極 G，電阻14與電阻15的連接節點CN6，係直接連接至短 路用功率MOSFET 6的閘極G。 第1計時器電路20，係包含光耦合器21、電阻24、 電晶體25、電容器26、電阻27、電腦（CPU)28、軟體計時 器29。光耦合器21具有輸出電晶體22與發光元件23，為 藉由來自發光元件23的光使輸出電晶體22導通、切斷 (ON、OFF)者。輸出電晶體22係具有集極C與射極E，集 極C係直接連接至電阻12與電阻13的連接節點CN4，而 射極E則直接連接至短路用功率MOSFET 6的沒極D。 發光元件23為發光二極體，具有陽極A與陰極K。 電晶體25為NPN型雙載子電晶體，具有集極C、射極E、 基極B。電腦（CPU)28為例如微電腦，係連接在輸出端子 28a、28b間之内建有直流電源者。輸出端子28a、28b之 間，產生例如5伏特的直流電源電壓V c c。 發光二極體23的陽極A，係經由電阻24而直接連接 至電腦（CPU)28的輸出端子28a。發光二極體23的陰極K， 係直接連接至電晶體25的集極C，電晶體25的射極E係 直接連接至電腦（CPU)28的輸出端子28b。電晶體25的基 極B ’係經由電阻2 7而連接至軟體計時器2 9的輸出端子 29a。電容器26,係直接連接在電晶體25的基極B與射極 E之間。 電腦（CPU)28係用以在第1實施形態所應用的張力控 11 316100 1278174 ，裝置中，檢測藉開關元件 麗V3、V4，並顯示該電 乃正幻的乂 4出電 V4經敕、、Λ而忠&古 土者亦有頭不交流輸出電壓V3、 二正*而成的直流輸出電 比值I員千兮丄、ώ 土人 石电細(CPU)28，係以類 值- 員不该父流輸出電壓 流輪出電壓。再者"… 输整流而成的直 元件SW而調敖、尚夫电@ U)28 ’係以百分比顯示藉開關
笔腦（CPU)28,係内建有 J 器29，係對氺ή + 啕孕人月丑计日守态29。该軟體計時 .^ ，、子末自内建於電腦28的時脈作沪湄Γ k號進行钟盤*益— 了脈彳。谎源CC之時脈 ΤΌ 貝疋计數數Ν的計數哭，以士凡宏扭信 丁Ρ。該保讀期門下Ώ〆 以叹疋保蠖期間 /曰1 ΤΡ係於交流輸入電 始，設定從該交流輪入電壓V1 “:二=:點開 至320(msec)之期n兮从祕 0 L、，、占起的70(mseC) νι ΑΛ ) /月間。该軟體計時器29係盥交产於λ + ^ V1的投入時點同步開护伴鳟期P”p i、乂4入電壓 計數。軟f+R± 保4期間τρ’並開始時脈信號的 双私肢叶時器29係於時脈信 域 的預定計數數Ν &、°十數數到達預先設定 τ数數N之時點，結束保譆 、， ”的計數。該軟體計時器29縣伴料門止時脈 f同步，於計時器輸出 升的結束時彳 器輪出。 座生上升為咼位準的計時 脈仏號源cc細石英振㈣構成，1 … ::由内建於電腦(CPU)2“々 ：央振盟裔 頻率產生撫、、e 亏又1 /瓜电源而以固定 .p X 内建於電腦（CPU)28的5伏t & 係即使對於# 7〕伏特之直流電源 能經常產4 5::U)28的交流電源電屢產生變化，亦為 (咖)28的交、、ώ:電壓之構成’故即使對於電腦 心源電塵產生變化’亦能將來自時脈信號 316100 32 1278174 源cc的時脈信號之振盪頻率實質地保持於一定。再者，， 構成時脈信號源CC的石英振盪器即使周圍溫度產生變· 化，其振盪頻率也不會有實質的變化。因此，利用軟體計 ‘ 時器29而設定的保護期間TP，即使對於電腦（CPU)28的 交流電源電壓產生變化，或周圍溫度產生變化，只要不改 變預定計數數N，即可保持所設定之預定值，而不會有變 化。 當軟體計時器29的計時器輸出端子29a之計時器輸出0 上升時，電晶體25變為導通（ON)，發光元件23產生發光， 而使輸出電晶體22導通（ON)。因該輸出電晶體22的導 通，而使電阻12短路，故驅動用功率MOSFET 11的閘極 G的電壓下降，而使該驅動用功率MOSFET 11變成切斷 (OFF)。藉由該驅動用功率MOSFET 11的切斷，短路用功 率MOSFET 6的閘極電壓上升，使短路用MOSFET 6變為 導通（ON)，而使限流電阻5短路。 第2計時器電路30，係包含硬體計時器3卜電阻35、_ 曾納（zener)二極體36。硬體計時器31，係包含電晶體32、 電阻33與電容器34。電晶體32為NPN型雙載子電晶體， 具有集極C、射極E、基極B。曾納二極體36係具有陽極 ♦ A、陰極K，且於陽極A與陰極K之間產生預定電壓。 . 電晶體32的集極C係直接連接至連接節點CN4，其 射極E係直接連接至連接節點CN2。電容器34，係直接連 接在電晶體3 2的基極B與射極E之間。電晶體3 2的基極 B，係透過電阻3 3而與曾納二極體3 6的陰極K連接。曾 316100 1278174 納二極體36的陽極A直接連接至連接節點CN2，其陰極 · K係透過電阻35直接連接至連接節點CN1，並且直接連 -接至電阻13與電阻14的連接節點CN5。 · 硬體計時器31係與交流輸入電壓VI的投入時點同 步，設定開始的計時器時間TT。該計時器時間TT的終止 時間，係由與電阻33與電容器34相關的時間常數来決定。 根據該時間常數，從交流輸入電壓V1的投入時點起電容 器34的兩端電壓逐漸增大，當該電容器34的兩端電壓超_ 過電晶體32的基極B與射極E間的臨界值電壓時，計時 器時間TT結束，電晶體32變成導通（ON)，使電阻12短 路，驅動用功率MOSFET 11的閘極G的電壓下降，而使 該驅動用功率MOSFET 11變成切斷（OFF)。伴隨該驅動用 功率MOSFET 11之切斷，短路用功率MOSFET 6的閘極G 的電壓上升，而使該短路用功率MOSFET 6變成導通，使 限流電阻5短路。 該計時器時間TT，係設定成較第1計時器電路20的 _ 保護期間TP為長。亦即，設定成TT > TP。例如，保護期 間TP設定在70至320(msec)的範圍内之預定值，所以計 時器時間TT例如設定在330(msec)以上。該計時器時間 . TT於交流輸入電壓V1較大時，或周圍溫度較高時變短，· 但於該計時器時間TT變成最短時，也以能滿足TT > TP 的關係之方式，設定由電阻33與電容器34所決定的時間 常數。由該第2計時器電路30所設定之計時器時間TT， 係於第1計時器電路20的軟體計時器29故障，利用軟體 14 316100 1278174 計時器29戶斤進行的保護不動作時 軟體計時哭9 Q说、隹—认扣2 4 σ又成有效。利用 1 了為29所進仃的保護正當書 期間打的情、、兄，目ττ>ΤΡ 作’而能正常設定保護 曰”月况’因ΤΤ>ΤΡ的關係 設定的保護期間ΤΡ係-直都是 “计…所 率Μ_Τ6變成導通先;^f，而使短路用功 所進行的保護無效化。 使利用硬體計時器31 輪出電路OUT係具有2個輸出電路4 路41係以轉換變壓哭3的-A # ‘出電 討俠艾7土叩J的—次線圈3b作Α φ 路42係以轉換變壓哭 為甩源，翱出電 的輸出電路41、42，俜由_ 作為电源。在該等 係甶一次線圈3b、3吝 電壓V3、V4，且利用#產生父流輪出 夂鈐― 亥寻的父流輪出電壓V3、V4,而浐 各幸則出黾路41、42分別供雷石々A & 而攸 #八別七人 別仏电至各負載。輪出電路41、42 丁、刀別包含二極體43、44及電容哭 二次線圈3b、3c的交流輸出電壓％ 產生在 成直流電壓，再_由電容哭 加以正流而變換 負載。再猎由“"45、46加以平滑化後，供電至 制电路CNT係以產生在轉換變壓器3的 圈·^之交流輸出電壓^作 』电源、'泉 路CNT係透過二極體52 心制甩 的輸出浐早υ^工制1C51連接，該控制10 :出…la係連接至構成開關元件 MOSFET 7之閘極g。 刀年 控制1C 5 1係以預定周湘 齡,πμ… 疋巧期使功率MOSFET 7導通、切 斷（〇N、OFF)，藉由使一々的m η ^ 切 u 〜人線圈3a的電流流通、切斷，而 方；一认線圈3b、3c及控制電源垮 一 原、、泉圈3d產生交流輸出電壓 316100 15 1278174 V3、V4、V5。該交流輸出電壓V3、V4、V5的大小可藉 由調整控制IC使功率MOSFET 7導通、切斷的ON工作 比，而簡單地作調整。 在第1實施形態中，由軟體計時器29所設定的保護期 間TP，即使交流輸入電壓V1在動作中產生變動，只要不 改變預定計數值N即可保持在對應於預定計數值N的預定 值。該保護期間TP例如在70至320(msec)的範圍内，藉 由對應交流輸入電壓V1的額定電壓值，變更預定計數值N 之設定即可加以設定。該保護期間TP係對應藉由限流電 阻5使流入到平滑用電容器4的突波電流衰減到所希望之 值所需的時間，而設定為預定值。於該保護期間TP過長 的情況，有限流電阻5所造成的電力消耗變大，或交流輸 出電壓V3、V4的大小受限於限流電阻5的不利現象；或 是相反地，於保護期間TP過短的情況，會有突波電流增 大而使電路受損的不良狀況。保護期間TP係設定成不會 造成上述不良狀況的適當預定值。 於該保護期間TP之設定係參照交流輸入電壓VI的額 定值、平滑用電容為4的電容值C、限流電阻5的電阻值 R，而設定符合交流輸入電壓VI的額定值、平滑用電容器 4的電容值C、限流電阻5的電阻值R之適切的保護期間 TP。在第1實施形態中，平滑用電容器4與限流電阻5由 於無法更換，且不能調整電容值C及電阻值R，故實際上 是配合交流輸入電壓V1的額定值來適切地設定保護期間 TP 〇 16 316100 1278174 習知之利用硬體計時器來設定保護期間TP的電路，’ 係對應交流輸入電壓V1的額定值的大變化範圍，即使對 -於低額定值的交流輸入電壓V1，也以能充份使突波電流衰 減的方式設定過長的保護期間TP 5所以會有限流電阻5 所造成的耗電不必要地變大，或交流輸出電壓V3、V4的 大小無謂地受限於限流電阻5的不良情況。相對於此，在 第1實施形態中，藉由軟體計時器29適切地設定符合交流 輸入電壓VI的額定值之保護期間TP，其結果可消除習知0 的不良狀況。 在第1實施形態中，平滑用電容器4的電容值C與限 流電阻5的電阻值R無法調整。因此，軟體計時器29所 設定的保護期間TP係對應交流輸入電壓V1的額定值，在 該額定值大的情況，係以縮短保護期間TP的方式，而在 交流輸入電壓VI的額定值小的情況，係以增長保護期間 TP的方式，來調整其設定值。此在對來自時脈信號源CC 的時脈信號進行計數至預定計數數N之軟體計時器29 · 中，係藉由變更該預定計數數N之設定來加以執行。 在第1實施形態中，短路用開關元件6係由功率 MOSFET構成。在以閘流體（thyristor)構成該短路用開關元 件6的情況，於切斷交流輸入電壓V1後1秒以内再投入 -時，因平滑用電容器4無法放電而留下殘留電壓，故在閘 流體持績流通保持電流’因此’於交流輸入電壓V1再投 入時閘流體持續導通(ΌΝ)，使得限流電阻5的短路狀態繼 續存在，而有因流入平滑用電容器4的突波電流造成電路 316100 1278174 又損不良狀況。在第】實施形態中，於短路用開關 6係使用功率M〇SFET，故在切斷交流輸入電| v!之 :狀:短路用開關元件6切斷(⑽W斤以也就沒有上述； 在弟1貫施形態中’第1計時器電路20係使用光耦人 器21。該夹鉍人π 。 又爪Tt祸合 ' σ為21係有效地將驅動電 (CPU)28間加以電性 兵包腦 性絕緣，可防止來自該光輛合器21形成的電
又級輪入電路ACI及直流雷跋nri 的雜訊侵入電腦（CPU) 曰 CC
u ^ ) 而侍以防止因該雜訊引起的I 細（CPU)28及軟體計時器29之誤動作。 " 干议^使如此’萬—軟體計時器29發生故障，第
電路2〇所設定的保護期間心早=计日W 電路30的硬體計時器 丨月况，罘2計時器 而由該第2計時器電路之計時器時間了丁會動作， 即可解除限流電阻5所做的路用開關元件6導通_， (產業上的利用可能：限流動作。 本發明之開關電源電路 治 （ 電壓，並藉由開關元件開關該直：；：,電壓變換成直流 小的交流輪出電壓者， ^ 土，以產生經調整大 交流輸出電愿之各種電P泛地應用在利用經調整大小的 力之張力控制裝置的電源。例如可應用作為控制web的張 【圖式簡單說明】 第Ϊ圖係顯示本夢日日 之電路圖。 幵關电源電路的第1實施形態 3]6]00 18 1278174 【主要元件符號說明】 1 線路〉慮波益 2 全波整流電路 2a > 2b 交流輸入端子 2c、2d 直流輸出端子 3 轉換變壓器 3a 一次線圈 3b、3c 二次線圈 3d 控制電源線圈 4 平滑用電容器 5 限流電阻 6 短路用開關元件 7 功率開關元件 8 保護電阻 10 驅動電路 11 驅動用開關元件 20 第1計時器電路 21 光麵合器 22 輸出電晶體 23 發光元件 . 24 、 27 、 33、35 電阻 25、32 電晶體 26 、 34 、 45、46 電容器 28 電腦（CPU) 28a、28b 輸出端子 29、31 軟體計時器 29a 計時器輸出端子 30 第2計時器電路 36 曾納二極體 41、42 輸出電路 43 、 44 、 52 二極體 51 控制1C ACI 交流輸入電路 CC 時脈信號源 CNT 控制電路 DCC 直流電路 INV 變換電路 OUT 輸出電路 REC 整流電路 SW 開關元件 TMC 計時器電路 VI 交流輸入電壓 19 316100