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TWI872811B - 具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統 - Google Patents

具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統 Download PDF

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TWI872811B
TWI872811B TW112144506A TW112144506A TWI872811B TW I872811 B TWI872811 B TW I872811B TW 112144506 A TW112144506 A TW 112144506A TW 112144506 A TW112144506 A TW 112144506A TW I872811 B TWI872811 B TW I872811B
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洪宗良
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亞源科技股份有限公司
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Abstract

一種具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統接收至少兩輸入電源，包括至少兩濾波整流電路、至少兩升壓式功因校正電路、電流抑制電路以及直流對直流轉換電路。各濾波整流電路對應接收輸入電源，用以轉換該至少兩輸入電源為至少兩整流電壓。各升壓式功因校正電路對應連接濾波整流電路，接收整流電壓，且對整流電壓進行功率因數校正，以提供轉換電壓。電流抑制電路連接該至少兩濾波整流電路與該至少兩升壓式功因校正電路。直流對直流轉換電路連接該至少兩升壓式功因校正電路與該電流抑制電路，用以接收轉換電壓，且轉換轉換電壓為輸出電壓。

Description

具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統
本發明係有關一種多輸入電源系統，尤指一種具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統。
請參見圖1所示，其係為現有技術之雙輸入交換式電源轉換器具有第一種湧浪電流抑制電路的電路方塊圖。如圖1所示之應用於交流雙輸入交換式電源轉換器結構，其針對各自交流輸入皆於交流輸入串接一負溫度電阻器，意即第一負溫度電阻器R91連接第一輸入電源Vin1，第二負溫度電阻器R92連接第二輸入電源Vin2，以達瞬間湧浪電流限制(inrush current limit)之功能。
請參見圖2所示，其係為現有技術之雙輸入交換式電源轉換器具有第二種湧浪電流抑制電路的電路方塊圖。相較於圖1的第一種湧浪電流抑制電路，第二種湧浪電流抑制電路的第一負溫度電阻器R91與第二負溫度電阻器R92連接的位置不在於交流輸入側，而是第一整流器121、第二整流器122與第一PFC轉換器131與第二PFC轉換器132之間。同樣，可達到瞬間湧浪電流限制(inrush current limit)之功能。
無論是圖1或圖2所示的電路應用，負溫度電阻器使用的數量與輸入電源的數量一致。換言之，對多輸入電源系統而言，一旦輸入電源數量增加，所需要使用的負溫度電阻器勢必增加，如此整體電源架構設計較為複雜，而且就元件數量、成本、以及體積方面皆難以達成最小化之設計。
為此，如何設計出一種具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統，解決現有技術所存在的問題與技術瓶頸，乃為本案發明人所研究的重要課題。
本發明之目的在於提供一種具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統接收至少兩輸入電源。該多輸入電源系統包括至少兩濾波整流電路、至少兩升壓式功因校正電路、一電流抑制電路以及一直流對直流轉換電路。各該濾波整流電路對應接收該輸入電源，用以轉換該至少兩輸入電源為至少兩整流電壓。各該升壓式功因校正電路對應連接該濾波整流電路，接收該整流電壓，且對該整流電壓進行功率因數校正，以提供一轉換電壓。該電流抑制電路連接該至少兩濾波整流電路與該至少兩升壓式功因校正電路。該直流對直流轉換電路連接該至少兩升壓式功因校正電路與該電流抑制電路，用以接收該轉換電壓，且轉換該轉換電壓為一輸出電壓。
在一實施例中，該電流抑制電路包括至少兩二極體與電阻。各該二極體具有一陽極端與一陰極端。電阻具有一第一端與一第二端。其中，該至少兩二極體的該等陽極端分別連接該至少兩濾波整流電路與該至少兩升壓式功因校正電路，且該至少兩二極體的該等陰極端共接在一第一節點上。其中，該電阻連接於該第一節點與該轉換電壓所在的一第二節點之間。
在一實施例中，各該至少兩二極體的該陽極端對應接收經過該濾波整流電路濾波、整流後的該整流電壓。
在一實施例中，各該升壓式功因校正電路包括一升壓式電感、一升壓式開關以及一升壓式二極體。升壓式電感具有一第一端與一第二端。升壓式開關具有一第一電源端、一第二電源端以及一控制端。升壓式二極體具有一陽極端與一陰極端。其中，該升壓式電感的該第一端連接對應的該濾波整流電路與對應的二極體的該陽極端，該升壓式電感的該第二端連接該升壓式開關的該第一電源端與該升壓式二極體的該陽極端；該升壓式二極體的該陰極端連接該第二節點；該升壓式開關的該第二電源端接地。
在一實施例中，該具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統更包括至少兩分壓電路。該至少兩分壓電路分別接收該至少兩升壓式功因校正電路輸出的該轉換電壓，且對該轉換電壓進行分壓，以獲得至少兩分壓電壓。
在一實施例中，各該升壓式功因校正電路更包括一控制器。該控制器接收該分壓電壓，且根據該分壓電壓的大小，控制該升壓式開關導通與關斷的時間，以控制該轉換電壓的大小。
在一實施例中，各該分壓電路包括一第一分壓電阻與一第二分壓電阻。其中，各該分壓電路對應接收該升壓式功因校正電路輸出的該轉換電壓，且透過該第一分壓電阻與該第二分壓電阻的電阻比例關係對該轉換電壓進行分壓，以在該第二分壓電阻上產生該分壓電壓。
在一實施例中，該具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統更包括一電容。該電容具有一第一端與一第二端，該電容的該第一端接收該轉換電壓，該電容的該第二端接地。
在一實施例中，該電阻係為一負溫度係數熱敏電阻。
在一實施例中，該至少兩升壓式功因校正電路共用該直流對直流轉換電路，用以轉換該轉換電壓為該輸出電壓。
藉此，本發明所提出的具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統具有以下之特徵與優點：1、簡易之湧浪電流抑制應用於多輸入交流電源架構。2、簡化整體電源架構設計。3、由於僅使用一組NTC電阻器之緣故，因此就元件數量、成本、以及體積方面皆可以達成最小化之設計。
為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
10_1:第一濾波整流電路
10_2:第二濾波整流電路
21:第一升壓式功因校正電路
22:第二升壓式功因校正電路
30:電流抑制電路
40:直流對直流轉換電路
51:第一分壓電路
52:第二分壓電路
Vin1:第一輸入電源
Vin2:第二輸入電源
Vr1:第一整流電壓
Vr2:第二整流電壓
Vb:轉換電壓
Vout:輸出電壓
L21:第一升壓式電感
Q21:第一升壓式開關
D21:第一升壓式二極體
L22:第二升壓式電感
Q22:第二升壓式開關
D22:第二升壓式二極體
Nc1:第一節點
Nc2:第二節點
211:第一控制器
221:第二控制器
V51:第一分壓電壓
V52:第二分壓電壓
321:第一二極體
322:第二二極體
31:電阻
R51a,R52a:第一分壓電阻
R51b,R52b:第二分壓電阻
R91:第一負溫度電阻器
R92:第二負溫度電阻器
121:第一整流器
122:第二整流器
131:第一PFC轉換器
132:第二PFC轉換器
圖1：係為現有技術之雙輸入交換式電源轉換器具有第一種湧浪電流抑制電路的電路方塊圖。
圖2：係為現有技術之雙輸入交換式電源轉換器具有第二種湧浪電流抑制電路的電路方塊圖。
圖3：係為本發明具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統。
茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下。
請參見圖3所示，其係為本發明具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統。該具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統接收至少兩輸入電源Vin1,Vin2，意即雖然圖3係以兩輸入電源Vin1,Vin2，但本發明的多輸入電源系統可接收三個以上的輸入電源。該具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統包括至少兩濾波整流電路10_1,10_2、至少兩升壓式功因校正電路21,22、電流抑制電路30以及直流對直流轉換電路40。
各濾波整流電路10_1,10_2對應接收輸入電源Vin1,Vin2，用以轉換至少兩輸入電源Vin1,Vin2為至少兩整流電壓Vr1,Vr2。以圖3實施例為例，兩濾波整流電路10_1,10_2分別為第一濾波整流電路10_1與第二濾波整流電路10_2。其中，第一濾波整流電路10_1接收第一輸入電源Vin1，且轉換第一輸入電源Vin1為第一整流電壓Vr1。第二濾波整流電路10_2接收第二輸入電源Vin2，且轉換第二輸入電源Vin2為第二整流電壓Vr2。
各升壓式功因校正電路21,22對應連接濾波整流電路10_1,10_2，接收整流電壓Vr1,Vr2，且對整流電壓Vr1,Vr2進行功率因數校正，以提供轉換電壓Vb。以圖3實施例為例，兩升壓式功因校正電路21,22分別為第一升壓式功因校正電路21與第二升壓式功因校正電路22。其中，第一升壓式功因校正電路21連接第一濾波整流電路10_1，接收第一整流電壓Vr1，且對第一整流電壓Vr1進行功率因數校正，以提供轉換電壓Vb。第二升壓式功因校正電路22連接第二濾波整流電路10_2，接收第二整流電壓Vr2，且對第二整流電壓Vr2進行功率因數校正，以提供轉換電壓Vb。
如圖3所示，各升壓式功因校正電路21,22包括升壓式電感L21,L22、升壓式開關Q21,Q22以及升壓式二極體D21,D22。升壓式電感 L21,L22具有第一端與第二端。升壓式開關Q21,Q22具有第一電源端、第二電源端以及控制端。升壓式二極體D21,D22具有陽極端與陰極端。
升壓式電感L21,L22的第一端連接對應的濾波整流電路10_1,10_2與對應的二極體321,322的陽極端，升壓式電感L21,L22的第二端連接升壓式開關Q21,Q22的第一電源端與升壓式二極體D21,D22的陽極端。升壓式二極體D21,D22的陰極端連接第二節點Nc2。升壓式開關Q21,Q22的第二電源端接地。
如圖3所示的實施例中，第一升壓式功因校正電路21包括第一升壓式電感L21、第一升壓式開關Q21以及第一升壓式二極體D21。第二升壓式功因校正電路22包括第二升壓式電感L22、第二升壓式開關Q22以及第二升壓式二極體D22。
第一升壓式電感L21的第一端連接第一濾波整流電路10_1與第一二極體321的陽極端，且接收經過第一濾波整流電路10_1濾波、整流後的第一整流電壓Vr1。第一升壓式電感L21的第二端連接第一升壓式開關Q21的第一電源端與第一升壓式二極體D21的陽極端。第一升壓式二極體D21的陰極端連接第二節點Nc2；第一升壓式開關Q21的第二電源端接地。第二升壓式電感L22的第一端連接第二濾波整流電路10_2與第二二極體322的陽極端，且接收經過第二濾波整流電路10_2濾波、整流後的第二整流電壓Vr2。第二升壓式電感L22的第二端連接第二升壓式開關Q22的第一電源端與第二升壓式二極體D22的陽極端。第二升壓式二極體D22的陰極端連接第二節點Nc2；第二升壓式開關Q22的第二電源端接地。
此外，各升壓式功因校正電路21,22更包括控制器211,221。控制器211,221接收分壓電壓V51,V52，且根據分壓電壓V51,V52的大小，控制升壓式開關Q21,Q22導通與關斷的時間，以控制轉換電壓Vb的大小。具體地，第一升壓式功因校正電路21包括第一控制器211，接收第一分壓電壓V51，且根據第一分壓電壓V51的大小，控制第一升壓式開關Q21導通與關斷的時間，以控制轉換電壓Vb的大小。第二升壓式功因校正電路22包括第二控制器221，接收第二分壓電壓V52，且根據第二分壓電壓V52的大小，控制第二升壓式開關Q22導通與關斷的時間，以控制轉換電壓Vb的大小。
電流抑制電路30連接第一濾波整流電路10_1與第二濾波整流電路10_2以及第一升壓式功因校正電路21與第二升壓式功因校正電路22。如圖3所示的實施例中，電流抑制電路30包括至少兩二極體321,322與電阻31。各二極體321,322具有陽極端與陰極端；電阻31具有第一端與第二端。其中，至少兩二極體321,322的數量與至少兩濾波整流電路10_1,10_2以及至少兩升壓式功因校正電路21,22相同。換言之，在圖3的實施例中，電流抑制電路30包括兩個二極體321,322，分別為第一二極體321與第二二極體322。
該至少兩二極體321,322的該些陽極端分別連接至少兩濾波整流電路10_1,10_2與至少兩升壓式功因校正電路21,22，且至少兩二極體321,322的該些陰極端共接在第一節點Nc1上。具體地，第一二極體321的陽極端連接第一濾波整流電路10_1與第一升壓式功因校正電路21。第二二極體322的陽極端連接第二濾波整流電路10_2與第二升壓式功因校正電路22。第一二極體321陰極端的與第二二極體322的陰極端共接在第一節點Nc1上。其中，第一二極體321用以防止第二濾波整流電路10_2與第二升壓式功因校正電路22的電能 灌入(饋入)第一濾波整流電路10_1與第一升壓式功因校正電路21，而用以使第一濾波整流電路10_1與第一升壓式功因校正電路21的電能順向地提供至輸出側。同樣地，第二二極體322用以防止第一濾波整流電路10_1與第一升壓式功因校正電路21的電能灌入(饋入)第二濾波整流電路10_2與第二升壓式功因校正電路22，而用以使第二濾波整流電路10_2與第二升壓式功因校正電路22的電能順向地提供至輸出側。
電阻31連接於第一節點Nc1與轉換電壓Vb所在的第二節點Nc2之間。其中，在一實施例中，電阻31係為負溫度係數(NTC,negative temperature coefficient)熱敏電阻，然不以此為限制本發明。
在本實施例中，第一二極體321的陽極端連接第一濾波整流電路10_1，且接收經過第一濾波整流電路10_1濾波、整流後的第一整流電壓Vr1。第二二極體322的陽極端連接第二濾波整流電路10_2，且接收經過第二濾波整流電路10_2濾波、整流後的第二整流電壓Vr2。
直流對直流轉換電路40連接第一升壓式功因校正電路21與第二升壓式功因校正電路22以及電流抑制電路30，用以接收轉換電壓Vb，且轉換轉換電壓Vb為輸出電壓Vout，供應系統所需之電源功率需求。因此，在本發明中，至少兩升壓式功因校正電路21,22共用單一的直流對直流轉換電路40，用以轉換轉換電壓Vb為輸出電壓Vout。
如圖3所示，具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統更包括至少兩分壓電路51,52分別接收至少兩升壓式功因校正電路21,22輸出的轉換電壓Vb，且對轉換電壓Vb進行分壓，以獲得至少兩分壓電壓V51,V52。其中，至少兩分壓電路51,52的數量與至少兩濾波整流電路10_1,10_2以及至少兩升壓式 功因校正電路21,22相同。換言之，在圖3的實施例中，至少兩分壓電路51,52包括第一分壓電路51與第二分壓電路52。第一分壓電路51接收第一升壓式功因校正電路21輸出的轉換電壓Vb，且對轉換電壓Vb進行分壓，以獲得第一分壓電壓V51。第二分壓電路52接收第二升壓式功因校正電路22輸出的轉換電壓Vb，且對轉換電壓Vb進行分壓，以獲得第二分壓電壓V52。
各分壓電路51,52包括第一分壓電阻R51a,R52a與第二分壓電阻R51b,R52b。其中，分壓電路51,52接收升壓式功因校正電路30輸出的轉換電壓Vb，且透過第一分壓電阻R51a,R52a與第二分壓電阻R51b,R52b的電阻比例關係對轉換電壓Vb進行分壓，以在第二分壓電阻R51b,R52b上產生分壓電壓V51,V52。
具體地，第一分壓電路51包括第一分壓電阻R51a與第二分壓電阻R51b。第一分壓電路51接收第一升壓式功因校正電路21輸出的轉換電壓Vb，且透過第一分壓電阻R51a與第二分壓電阻R51b的電阻比例關係對轉換電壓Vb進行分壓，以在第二分壓電阻R51b上產生第一分壓電壓V51，意即V51=Vb*(R51b/(R51a+R51b))。第二分壓電路52接收第二升壓式功因校正電路22輸出的轉換電壓Vb，且透過第一分壓電阻R52a與第二分壓電阻R52b的電阻比例關係對轉換電壓Vb進行分壓，以在第二分壓電阻R52b上產生第二分壓電壓V52，意即V52=Vb*(R52b/(R52a+R52b))。
再者，具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統更包括電容Cb。電容Cb具有第一端與第二端，電容Cb的第一端接收轉換電壓Vb，電容Cb的第二端接地。藉此，建立於電容Cb上的轉換電壓Vb經直流對直流轉換電路40轉換為輸出電壓Vout，供應系統所需之電源功率需求。
綜上說明，圖3所記載之電路中，相較於圖1與圖2的傳統電路只需要使用1個NTC電阻器於旁路二極體與輸出電容之間，因此本發明可以於既有旁路二極體，只需要新增1組NTC電阻器即可達到多輸入電源系統的具湧浪電流抑制功能，如此可以最少之零件設計達到此功能需求。
綜上所述，本發明具有以下之特徵與優點：
1、簡易之湧浪電流抑制應用於多輸入交流電源架構。
2、簡化整體電源架構設計。
3、由於僅使用一組NTC電阻器之緣故，因此就元件數量、成本、以及體積方面皆可以達成最小化之設計。
以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包括於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
10_1:第一濾波整流電路
10_2:第二濾波整流電路
21:第一升壓式功因校正電路
22:第二升壓式功因校正電路
30:電流抑制電路
40:直流對直流轉換電路
51:第一分壓電路
52:第二分壓電路
Vin1:第一輸入電源
Vin2:第二輸入電源
Vr1:第一整流電壓
Vr2:第二整流電壓
Vb:轉換電壓
Vout:輸出電壓
L21:第一升壓式電感
Q21:第一升壓式開關
D21:第一升壓式二極體
L22:第二升壓式電感
Q22:第二升壓式開關
D22:第二升壓式二極體
Nc1:第一節點
Nc2:第二節點
211:第一控制器
221:第二控制器
V51:第一分壓電壓
V52:第二分壓電壓
321:第一二極體
322:第二二極體
31:電阻
R51a,R52a:第一分壓電阻
R51b,R52b:第二分壓電阻

Claims (10)

  1. 一種具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統，接收至少兩輸入電源，該多輸入電源系統包括：至少兩濾波整流電路，各該濾波整流電路對應接收該輸入電源，用以轉換該至少兩輸入電源為至少兩整流電壓；至少兩升壓式功因校正電路，各該升壓式功因校正電路對應連接該濾波整流電路，接收該整流電壓，且對該整流電壓進行功率因數校正，以提供一轉換電壓；一電流抑制電路，連接該至少兩濾波整流電路，且連接該至少兩升壓式功因校正電路的輸入側與輸出側之間；以及一直流對直流轉換電路，連接該至少兩升壓式功因校正電路與該電流抑制電路，用以接收該轉換電壓，且轉換該轉換電壓為一輸出電壓。
  2. 如請求項1所述之具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統，其中該電流抑制電路包括：至少兩二極體，各該二極體具有一陽極端與一陰極端；以及一電阻，具有一第一端與一第二端；其中，該至少兩二極體的該等陽極端分別連接該至少兩濾波整流電路與該至少兩升壓式功因校正電路，且該至少兩二極體的該等陰極端共接在一第一節點上；其中，該電阻連接於該第一節點與該轉換電壓所在的一第二節點之間。
  3. 如請求項2所述之具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統，其中各該至少兩二極體的該陽極端對應接收經過該濾波整流電路濾波、整流後的該整流電壓。
  4. 如請求項2所述之具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統，其中各該升壓式功因校正電路包括：一升壓式電感，具有一第一端與一第二端；一升壓式開關，具有一第一電源端、一第二電源端以及一控制端；以及一升壓式二極體，具有一陽極端與一陰極端；以及其中，該升壓式電感的該第一端連接對應的該濾波整流電路與對應的二極體的該陽極端，該升壓式電感的該第二端連接該升壓式開關的該第一電源端與該升壓式二極體的該陽極端；該升壓式二極體的該陰極端連接該第二節點；該升壓式開關的該第二電源端接地。
  5. 如請求項4所述之具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統，更包括：至少兩分壓電路，分別接收該至少兩升壓式功因校正電路輸出的該轉換電壓，且對該轉換電壓進行分壓，以獲得至少兩分壓電壓。
  6. 如請求項5所述之具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統，其中各該升壓式功因校正電路更包括：一控制器，接收該分壓電壓，且根據該分壓電壓的大小，控制該升壓式開關導通與關斷的時間，以控制該轉換電壓的大小。
  7. 如請求項5所述之具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統，其中各該分壓電路包括： 一第一分壓電阻與一第二分壓電阻；其中，各該分壓電路對應接收該升壓式功因校正電路輸出的該轉換電壓，且透過該第一分壓電阻與該第二分壓電阻的電阻比例關係對該轉換電壓進行分壓，以在該第二分壓電阻上產生該分壓電壓。
  8. 如請求項1所述之具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統，更包括：一電容，具有一第一端與一第二端，該電容的該第一端接收該轉換電壓，該電容的該第二端接地。
  9. 如請求項2所述之具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統，其中該電阻係為一負溫度係數熱敏電阻。
  10. 如請求項1所述之具湧浪電流抑制功能之多輸入電源系統，其中該至少兩升壓式功因校正電路共用該直流對直流轉換電路，用以轉換該轉換電壓為該輸出電壓。
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