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TWI494747B - 電源轉換器 - Google Patents

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TWI494747B
TWI494747B TW101123289A TW101123289A TWI494747B TW I494747 B TWI494747 B TW I494747B TW 101123289 A TW101123289 A TW 101123289A TW 101123289 A TW101123289 A TW 101123289A TW I494747 B TWI494747 B TW I494747B
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TW
Taiwan
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coupled
capacitor
power converter
thermistor
signal
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TW101123289A
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English (en)
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TW201401037A (zh
Inventor
Yung Hsiang Shih
Chang Hsun Chiang
Original Assignee
Fsp Technology Inc
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Description

電源轉換器
本發明是有關於一種電源轉換技術，且特別是有關於一種可以抑制突波電流的電源轉換器。
為使電子裝置(例如桌上型個人電腦、筆記型個人電腦等)能夠正常的運作，必須利用電源轉換器(power converter)對交流電壓(AC voltage)進行整流(rectification)與濾波(filter)後以提供穩定的直流電壓(DC voltage)給電子裝置使用。如圖1所示，電源轉換器10可以簡單地由全橋整流器FBR與一個具有大容量的電容C所組成。其中，全橋整流器FBR用以對所接收的交流電壓VAC 進行整流後而輸出整流訊號VF ；另外，電容C用以對整流訊號VF 進行濾波後而提供穩定的直流電源VDC 給電子裝置LD使用。
然而，在電源轉換器10的運作初期(initial operation)，由於具有大容量的電容C尚未被充電，所以在全橋整流器FBR剛接收到交流電壓VAC 的時候，很有可能會產生所謂的『突波電流(inrush current)』。一旦突波電流的能量(energy)過大就會造成過大的電磁干擾(electromagnetic interference,EMI)，從而使得電源轉換器10不易符合安規的標準，或者有可能會損毀(damage)到電子裝置LD與/或電源轉換器10的內部元件(internal component)。
有鑒於此，為能有效地抑制突波電流，現今大多會在全橋整流器FBR與具有大容量之電容C的迴路上(例如圖1所示的RT處)串上一個具有負溫度係數的熱敏電阻(thermal resistor)來抑制突波電流，而且所選用的熱敏電阻處於低溫時的等效高阻抗值要相對高一點。以至於，因應這樣的解決方案將會造成電源轉換器10的功率損耗(power loss)過大，從而降低電源轉換器10的效能(efficiency)。
有鑒於此，本發明提供一種電源轉換器，其不但可以有效地降低功率損耗，而且又可以大幅地抑制突波電流。
本發明所提供的電源轉換器包括全橋整流器、升壓線路、第一熱敏電阻、第一電容，以及輔助電路。其中，全橋整流器具有輸入側與輸出側，用以透過所述輸入側接收交流電壓，並對所述交流電壓進行整流後而透過所述輸出側輸出整流訊號。升壓線路耦接所述輸出側，用以接收所述整流訊號，並且反應於脈寬調變訊號而對所述整流訊號進行升壓，從而輸出升壓訊號。第一熱敏電阻耦接升壓線路，用以接收並傳導所述升壓訊號。第一電容耦接第一熱敏電阻，用以對第一熱敏電阻所傳導的升壓訊號進行濾波，藉以提供直流電壓給電子裝置。輔助電路與第一電容並接，用以與第一熱敏電阻協同而於電源轉換器的運作初 期抑制突波電流。
於本發明的一實施例中，升壓線路包括電感、功率開關，以及二極體。其中，電感的第一端耦接所述輸出側的第一端。功率開關的第一端耦接電感的第二端，功率開關的第二端耦接至接地電位與所述輸出側的第二端，而功率開關的控制端則用以接收所述脈寬調變訊號。二極體的陽極耦接電感的第二端，而二極體的陰極則用以輸出所述升壓訊號。
於本發明的一實施例中，第一熱敏電阻的第一端耦接二極體的陰極。第一電容的第一端耦接第一熱敏電阻的第二端以提供所述直流電壓，而第一電容的第二端則耦接至所述接地電位。
於本發明的一實施例中，輔助電路包括第二熱敏電阻與第二電容。其中，第二熱敏電阻的第一端耦接第一電容的第一端。第二電容的第一端耦接第二熱敏電阻的第二端，而第二電容的第二端則耦接至所述接地電位。
於本發明的一實施例中，第一與第二熱敏電阻皆具有負溫度係數的特性；而第一與第二電容皆為有極性電容。
基於上述，本發明主要是透過關聯於第一與第二熱敏電阻的兩迴路來抑制突波電流，以至於所選用的第一與第二熱敏電阻處於低溫時的等效高阻抗值相較於以往可以低一點，藉此即可降低電源轉換器整體的功率損耗。另一方面，由於第一與第二電容並聯的緣故，以至於所選用的第一與第二電容之容量相較於以往不但可以低一點，而且又 可以在電子裝置處於重載狀態下維持既有的儲能效益。
應瞭解的是，上述一般描述及以下具體實施方式僅為例示性及闡釋性的，其並不能限制本發明所欲主張之範圍。
現將詳細參考本發明之實施例，並在附圖中說明所述實施例之實例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件代表相同或類似部分。
圖2繪示為本發明一實施例之電源轉換器(power converter)20的示意圖，而圖3繪示為圖2之電源轉換器20的電路圖。請合併參照圖2與圖3，電源轉換器20包括全橋整流器(full bridge rectifier)FBR、升壓線路(boost circuit)201、熱敏電阻(thermal resistor)RT1、電容(capacitor)C1，以及由熱敏電阻RT2與電容C2所組成的輔助電路(auxiliary circuit)203。
於本實施例中，全橋整流器FBR具有輸入側(input side)(P1、P2)與輸出側(output side)(P3、P4)。基本上，全橋整流器FBR會透過輸入側(P1、P2)接收交流電壓(AC voltage)VAC ，並對交流電壓VAC 進行(全波)整流後而透過輸出側(P3、P4)輸出整流訊號(rectification signal)VF 。升壓線路201耦接全橋整流器FBR的輸出側(P3、P4)，用以接收全橋整流器FBR之輸出側(P3、P4)所輸出的整流訊號VF ，並且反應於脈寬調變訊號VPWM 而對整流訊號VF 進行升壓，從而輸出升壓訊號VB 。
更清楚來說，升壓線路201包括電感(inductor)L、功率開關(power switch)Q，以及二極體(diode)。其中，電感L的第一端耦接全橋整流器FBR之輸出側(P3、P4)的第一端P3。功率開關Q的第一端耦接電感L的第二端，功率開關Q的第二端耦接至接地電位(ground)GND與全橋整流器FBR之輸出側(P3、P4)的第二端P4，而功率開關Q的控制端則用以接收脈寬調變訊號VPWM 。二極體D1的陽極(anode)耦接電感L的第二端，而二極體D1的陰極(cathode)則用以輸出升壓訊號VB 。
於此值得一提的是，升壓線路201可以更包括脈寬調變控制晶片(未繪示)，用以反應於直流電壓VDC 而產生並調整脈寬調變訊號VPWM ，甚至更可以反應於全橋整流器FBR之輸出側(P3、P4)的迴路電流而產生並調整脈寬調變訊號VPWM 。
另外，熱敏電阻RT1耦接升壓線路201，用以接收並傳導升壓線路201所輸出的升壓訊號VB 。再者，電容C1耦接熱敏電阻RT1，用以對熱敏電阻RT1所傳導的升壓訊號VB 進行濾波，藉以提供直流電壓(DC voltage)VDC 給電子裝置(electronic device)LD。從圖3可以清楚看出，熱敏電阻RT1的第一端耦接二極體D1的陰極，而電容C1的第一端耦接熱敏電阻RT1的第二端以提供直流電壓VDC ，且電容C1的第二端則耦接至接地電位GND。
除此之外，輔助電路203與電容C1並接，用以與熱敏電阻RT1協同而於電源轉換器20的運作初期(initial operation)抑制突波電流(inrush current)。更清楚來說，輔助電路203包括熱敏電阻RT2與電容C2。其中，熱敏電阻RT2的第一端耦接電容C1的第一端，而電容C2的第一端耦接熱敏電阻RT2的第二端，且電容C2的第二端則耦接至接地電位GND。
於本實施例中，熱敏電阻RT1與RT2皆具有負溫度係數(Negative Temperature Coefficient,NTC)的特性，而電容C1與C2皆為有極性電容(例如為電解質電容，但並不限制於此)。基此條件下，當全橋整流器FBR剛接收到交流電壓VAC 的時候，雖然此時電容C1與C2尚未被充電，但由於此時熱敏電阻RT1與RT2提供了兩條高阻抗的迴路S1與S2，以至於全橋整流器FBR剛接收到交流電壓VAC 所產生之突波電流的能量會被迴路S1與S2分享(share)掉，藉此不但可以大幅地抑制突波電流的產生(相較於圖1的電源轉換器10而言)，而且還可以連帶抑制電磁干擾的強度以使電源轉換器20容易地符合安規的標準。
有鑒於此，本實施例所選用的熱敏電阻RT1與RT2處於低溫時的等效高阻抗值相較於以往(亦即圖1於全橋整流器FBR與電容C之迴路上所串接的熱敏電阻)可以低一點。如此一來，即可降低電源轉換器20整體的功率損耗(power loss)(相較於圖1的電源轉換器10而言)。
另一方面，當電源轉換器20進入正常操作(normal operation)的狀態下，由於此時熱敏電阻RT1與RT2提供了兩條低阻抗的迴路S1與S2，以至於電容C1與C2可以 看作是並聯的狀態。有鑒於此，本實施例所選用的電容C1與C2之容量相較於以往(亦即圖1所示之電容C的容值)不但可以低一點，而且又可以在電子裝置LD處於重載(heavy load)狀態下維持既有的儲能效益。舉例來說，假如圖1所示之電容C的容值為200uF的話，則本實施例所選用的電容C1與C2之容量可以分別為100uF。
於此值得一提的是，雖然上述實施例是以升壓式(boost)的電源轉換器為例來進行說明，但是本實施例所著重之『運用關聯於熱敏電阻的兩迴路來抑制突波電流』的概念亦可套用在其他類型的電源轉換器，例如降壓式(buck)、返馳式(flyback)、順向式(forward)…等的電源轉換器。
綜上所述，本發明主要是透過關聯於熱敏電阻RT1與RT2的兩迴路來抑制突波電流，以至於所選用的熱敏電阻RT1與RT2處於低溫時的等效高阻抗值相較於以往可以低一點，藉此即可降低電源轉換器整體的功率損耗。另一方面，由於第一與第二電容並聯的緣故，以至於所選用的第一與第二電容之容量相較於以往不但可以低一點，而且又可以在電子裝置處於重載狀態下維持既有的儲能效益。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10、20‧‧‧電源轉換器
201‧‧‧升壓線路
203‧‧‧輔助電路
FBR‧‧‧全橋整流器
(P1、P2)‧‧‧全橋整流器的輸入側
(P3、P4)‧‧‧全橋整流器的輸出側
C、C1、C2‧‧‧電容
LD‧‧‧電子裝置
Q‧‧‧功率開關
L‧‧‧電感
D1‧‧‧二極體
RT1、RT2‧‧‧熱敏電阻
VAC ‧‧‧交流電壓
VDC ‧‧‧直流電壓
VF ‧‧‧整流訊號
VB ‧‧‧升壓訊號
VPWM ‧‧‧脈寬調變訊號
GND‧‧‧接地電位
S1、S2‧‧‧迴路
A‧‧‧串接熱敏電阻之處
圖1繪示為傳統電源轉換器10的示意圖。
圖2繪示為本發明一實施例之電源轉換器20的示意圖。
圖3繪示為圖2之電源轉換器20的電路圖。
20‧‧‧電源轉換器
201‧‧‧升壓線路
203‧‧‧輔助電路
FBR‧‧‧全橋整流器
(P1、P2)‧‧‧全橋整流器的輸入側
(P3、P4)‧‧‧全橋整流器的輸出側
C1、C2‧‧‧電容
LD‧‧‧電子裝置
Q‧‧‧功率開關
L‧‧‧電感
D1‧‧‧二極體
RT1、RT2‧‧‧熱敏電阻
VAC ‧‧‧交流電壓
VDC ‧‧‧直流電壓
VF ‧‧‧整流訊號
VB ‧‧‧升壓訊號
VPWM ‧‧‧脈寬調變訊號
GND‧‧‧接地電位
S1、S2‧‧‧迴路

Claims (6)

  1. 一種電源轉換器，包括：一全橋整流器，具有一輸入側與一輸出側，用以透過該輸入側接收一交流電壓，並對該交流電壓進行整流後而透過該輸出側輸出一整流訊號；一升壓線路，耦接該輸出側，用以接收該整流訊號，並且反應於一脈寬調變訊號而對該整流訊號進行升壓，從而輸出一升壓訊號；一第一熱敏電阻，耦接該升壓線路，用以接收並傳導該升壓訊號；一第一電容，耦接該第一熱敏電阻，用以對該第一熱敏電阻所傳導的該升壓訊號進行濾波，藉以提供一直流電壓給一電子裝置；以及一輔助電路，與該第一電容並接，用以與該第一熱敏電阻協同而於該電源轉換器的一運作初期抑制一突波電流。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換器，其中該升壓線路包括：一電感，其第一端耦接該輸出側的第一端；一功率開關，其第一端耦接該電感的第二端，其第二端耦接至一接地電位與該輸出側的第二端，而其控制端則用以接收該脈寬調變訊號；以及一二極體，其陽極耦接該電感的第二端，而其陰極則用以輸出該升壓訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電源轉換器，其中該第一熱敏電阻的第一端耦接該二極體的陰極；以及該第一電容的第一端耦接該第一熱敏電阻的第二端以提供該直流電壓，而該第一電容的第二端則耦接至該接地電位。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電源轉換器，其中該輔助電路包括：一第二熱敏電阻，其第一端耦接該第一電容的第一端；以及一第二電容，其第一端耦接該第二熱敏電阻的第二端，而其第二端則耦接至該接地電位。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電源轉換器，其中該第一與該第二熱敏電阻皆具有一負溫度係數的特性。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之電源轉換器，其中該第一與該第二電容皆為一有極性電容。
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