TWM548288U

TWM548288U - 電源供應器

Info

Publication number: TWM548288U
Application number: TW106205483U
Authority: TW
Inventors: 蔡憲逸
Original assignee: 群光電能科技股份有限公司
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2017-04-20
Publication date: 2017-09-01

Description

電源供應器

本創作是關於電源供應器，且特別是有關於可抑制送電瞬間產生之湧浪電流(inrush current)的電源供應器。

電源供應器是電氣產業中很重要的裝置，主要在於供應穩定的電源，包含適當的電壓、電流、功率，尤其是需要在輸入電源、負載持續或突發變化下能正常工作。舉例來說，在電源供應器啟動瞬間所產生湧浪電流(inrush current)可能造成瞬間能量超過電源供應器的額定工作能量，讓電源供應器無法正常工作。

目前市面上的電源供應器多使用熱敏電阻器(Thermistor)來抑制開機時的湧浪電流。具體而言，熱敏電阻器具有負溫度係數的特性，亦即當熱敏電阻器的周圍的溫度升高時，其電阻值會降低。在電源供應器剛啟動時，因其內部元件尚未產生熱能而具有低操作溫度，熱敏電阻器據此反應低電阻値，故可吸收湧浪電流產生的瞬間能量。

隨著電源供應器工作一段時間後，電源供應器內部元件產生的熱能致使熱敏電阻器的電阻値降低；此時，因無湧浪電流產生之虞，故熱敏電阻器成為一個損耗能源的零件。再者，電源供應器工作環境的不同也會讓熱敏電阻器反應不同的電阻値，例如在高溫機房內操作的電源供應器會讓熱敏電阻器無法提供良好的湧浪電流抑制效果。

依據本創作提供一種電源供應器，包含一儲能電容器、一變壓器、及一湧浪電流抑制單元；變壓器包含一初級繞組及一輔助繞組，初級繞組電連接於儲能電容器，輔助繞組電磁耦合於初級繞組；一湧浪電流抑制單元電連接於儲能電容器及輔助繞組，用以控制導通至儲能電容器之一電流的大小以抑制湧浪電流。

在本創作之一實施方式中，湧浪電流抑制單元可包含一開關、一第一電阻器、一第二電阻器及一電容器；開關電連接於儲能電容器，第一電阻器電連接於輔助繞組，第二電阻器與第一電阻器串聯連接，開關之一致能端連接於第一電阻器及第二電阻器之間；電容器與第二電阻器並聯連接，第一電阻器、第二電阻器及電容器配合使開關線性導通，以控制導通至儲能電容器之電流的大小。

在本創作之一實施方式中，湧浪電流抑制單元可更包含一限流電阻器，其與儲能電容器串聯連接；限流電阻器用以在交流電源啟動的瞬間，優先地限制導通至儲能電容器的電流的大小。

在本創作之一實施方式中，開關可為一n通道電晶體。

在本創作之一實施方式中，湧浪電流抑制單元可包含一可變電阻器及一控制器，可變電阻器電連接於儲能電容器，控制器電連接於輔助繞組及可變電阻器，並使可變電阻器的電阻値呈線性變化，以控制導通至儲能電容器之電流的大小。

在本創作之一實施方式中，變壓器可更包含一次級繞組，電磁耦合於初級繞組，並供輸出一負載電流予一負載。

請參見圖1，其繪示依照本創作第一實施方式之電源供應器之電路圖。在圖1中，電源供應器1電連接於一橋式整流器3；橋式整流器3接收一具正負週期之交流電源AC_in，並將其轉換為在正週期內之直流電壓予電源供應器1。

電源供應器1包含一儲能電容器10、一變壓器12及一湧浪電流抑制單元14。儲能電容器10電連接於橋式整流器3，其會反應於橋式整流器3所提供的直流電壓而充電，進而建立穩定的電壓提供給變壓器12之一初級繞組120使用。湧浪電流抑制單元14主要用以控制導通至儲能電容器10之一電流的大小來達到抑制湧浪電流的效果。

變壓器12為一隔離型變壓器，其包含初級繞組120、一次級繞組122及一輔助繞組124；次級繞組122電磁耦合於初級繞組120，並透過一整流二極體16電連接一輸出電容器18提供一負載電流Iout予負載5。整流二極體16的陽極電連接於次級繞組122，陰極電連接於輸出電容器18及負載5。

湧浪電流抑制單元14包含一開關140及一控制器(未另標號)；開關140電連接於儲能電容器10及初級繞組120，並可例如為一n通道電晶體。更具體言之，開關140的汲極連接於儲能電容器10，閘極連接於控制器，源極接地；初級繞組120的連接於儲能電容器10非與開關140連接之一端，另一端接地。

控制器電連接於輔助繞組124及開關140，並包含一第一電阻器142、一第二電阻器144及一電容器146；第一電阻器142及第二電阻器144串聯連接後跨接於輔助繞組124的兩端，電容器146與第二電阻器144並聯連接；其中，第二電阻器144與第一電阻器142連接之一端電連接於開關140的閘極，第二電阻器144非與第一電阻器142相連接之一端接地。輔助繞組124電磁耦合於初級繞組120。

電源供應器1更包含一限流電阻器148，其跨接於開關140的汲極及源極；換言之，限流電阻器148與儲能電容器10串聯連接。限流電阻器148的電阻値經設計使遠大於第一電阻器142及第二電阻器144的電阻値，藉以在交流電源AC_in啟動的瞬間，優先地限制導通至儲能電容器10的電流的量値(或稱電流的大小)，以讓儲能電容器10以最小電流進行充電；這除了可避免湧浪電流對電源供應器1造成損害外，還可進一步避免負載電壓Vout輸出起始階段對負載5造成損害；其中，在交流電源AC_in啟動的瞬間，開關140處於截止狀態。

之後，湧浪電流抑制單元14中由第一電阻器142、第二電阻器144及電容器146構成的控制器會進一步地讓開關140工作在線性區(linear mode)中，亦即讓通過開關140的電流及汲源極的跨壓成線性變化，來達到抑制湧浪電流的效果。

一般來說，在交流電源AC_in啟動之前，儲能電容器10尚未儲存任何電荷；因此，在交流電源AC_in啟動的瞬間，橋式整流器3產生的直流電壓與儲能電容器10兩端跨壓的差値大，故導通至儲能電容器10的電流為一峰值電流，這可能導致橋式整流器3或電源供應器1的其它元件損壞。在本創作中，於交流電源AC_in啟動瞬間，由第一電阻器142、第二電阻器144及電容器146構成的控制器讓開關140截止，據此讓限流電阻器148限制導通至儲能電容器10的電流的量値。之後，當直流電壓與儲能電容器10兩端跨壓的差値縮小後，控制器可再讓開關140線性導通來達到線性地降低開關140的電阻値的效果。當儲能電容器10兩端跨壓相同於直流電壓時，因無湧浪電流產生之虞，控制器可使得開關140完全導通。

在本創作中，電源供應器1中的控制器可反應傳導至初級繞組120的電力來線性地調整開關140的電阻値，故不受工作環境溫度影響，相比於過去以熱敏電阻器抑制湧浪電流來說，具有高準確度。其次，以n通道電晶體實現的開關140具有更低的導通電阻，可降低能量損耗。

請參見圖2，其繪示依照本創作第二實施方式之電源供應器之電路圖。在圖2中，電源供應器1電連接於一橋式整流器3；橋式整流器3接收一交流電源AC_in，並將交流電源AC_in轉換為在正週期內之直流電壓予電源供應器1。

電源供應器1包含一儲能電容器10、一變壓器12及一湧浪電流抑制單元14。儲能電容器10電連接於橋式整流器3，其接收橋式整流器3提供的直流電壓並進行充電。

湧浪電流抑制單元14包含一控制器150及一可變電阻器152；控制器150電連接於輔助繞組124，輔助繞組124電磁耦合於初級繞組120。可變電阻器152電連接於儲能電容器10；更具體言之，可變電阻器152為三端元件，其第一端連接於儲能電容器10，第二端連接於地端，控制端連接於控制器150。初級繞組120的連接於儲能電容器10非與可變電阻器150連接之一端，另一端接地。

可變電阻器152經適當地設計使得交流電源AC_in啟動的瞬間具有最大電阻値來限制導通至儲能電容器10的電流的量値，避免電源供應器1損壞，以及負載電壓Vout輸出起始階段對負載5造成損害。

之後，儲能電容器10兩端的跨壓等於直流電壓的差値減少時，控制器150可使得可變電阻器152的電阻値線性地降低來逐漸增加導通至儲能電容器10的電流的量値，藉以達到抑制湧浪電流的效果，並可進一步地提供負載5一穩定的負載電壓Vout。本創作的電源供應器1中的控制器可反應傳導至初級繞組120的電力來線性地調整可變電阻器152的電阻値，故不受工作環境溫度影響，相比於過去以熱敏電阻器抑制湧浪電流來說，具有高準確度。

雖然本創作已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習此技藝者，在不脫離本創作的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧電源供應器

10‧‧‧儲能電容器

12‧‧‧變壓器

120‧‧‧初級繞組

122‧‧‧次級繞組

124‧‧‧輔助繞組

14‧‧‧湧浪電流抑制單元

140‧‧‧開關

142‧‧‧第一電阻器

144‧‧‧第二電阻器

146‧‧‧電容器

148‧‧‧限流電阻器

150‧‧‧控制器

152‧‧‧可變電阻器

16‧‧‧整流二極體

18‧‧‧輸出電容器

3‧‧‧橋式整流器

5‧‧‧負載

AC_in‧‧‧交流電源

Iout‧‧‧負載電流

Vout‧‧‧負載電壓

圖1繪示依照本創作第一實施方式之電源供應器之電路圖；以及

圖2繪示依照本創作第二實施方式之電源供應器之電路圖。