零電壓啟動的電源轉換系統及其零電壓啟動裝置的製作方法
2024-03-10 06:38:15
專利名稱：零電壓啟動的電源轉換系統及其零電壓啟動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電源轉換系統，尤其涉及一種利用零電壓切換機制來抑制突波電流的電源轉換系統及其零電壓啟動裝置。
背景技術：
為了去除電源轉換系統啟動時的突波電流，以提升電源供應線路啟動時的穩定性，現有的電源轉換系統如圖1所示，包含有一電磁幹擾抑制單元101、一待機電路105以及一電源轉換電路107以及一橋式整流器119。其中該電磁幹擾抑制單元101是用來抑制輸入電源Vin對整體線路所造成的電磁幹擾現象。而其中也可能包含有一功率因數校正單元 103與一小容量電容109，用來作功率因數的校正以及大負載電路的應用。當電源轉換系統插上輸入電源Vin且開關單元115還未導通時(也就是後端負載的電子裝置還未啟動)，所輸入的電力會經過二極體D逐漸對蓄電電容111進行充電，以產生待機輸出Vstb並提供後端負載的待機用電，讓後端負載能夠工作於待機狀態。而當使用者啟動後端負載工作時，開關單元115會先導通，此時輸入電源Vin即通過開關單元115、突波抑制單元117、橋式整流器119以及小容量電容109來供應電力至功率因數校正單元103、蓄電電容111及電源轉換電路107。現有技術即是利用突波抑制單元 117來避免輸入電源Vin的大電壓對整體電源轉換系統的電路造成傷害。接著，當電流漸趨穩定後，與突波抑制單元117並聯的開關單元115導通，使輸入電源Vin改走開關單元115的路徑將電力供應給電源轉換系統的電路，因此，通過將突波抑制單元117短路的方式，在輸入電源Vin穩定後，突波抑制單元117便不會持續消耗無謂的電力，如此就可以節省電力的使用。但上述現有的方式需要用到開關單元115進行導通與截止控制，來達到突波抑制，如此就必須要額外設置控制該開關單元115的驅動器(圖中未示出)，會增加設置成本。
發明內容
有鑑於此，本發明所要解決的問題在於，提供一種零電壓啟動的電源轉換系統，通過檢測輸入交流電源的零電壓電位的方式，讓該電源轉換系統在零電壓時才開始工作，避免突波電流對電源轉換系統造成損壞，並簡化線路架構以降低設置成本。為了達到上述目的，根據本發明的一方案，提供一種零電壓啟動的電源轉換系統， 包括有一電源轉換電路、一橋式整流器、一蓄電電容、一蓄電開關單元以及一零電壓檢測模塊。又其中，電源轉換系統在高負載的應用時也可包含有一功率因數校正單元，可以是耦接於電源轉換電路、橋式整流器與一小容量電容之間，以作功率因數的校正。電源轉換電路接收從一電源傳送而來的一輸入電壓進行轉換，並提供一輸出電壓至後端的一負載，而該蓄電電容耦接於電源轉換電路，用來儲存電力以供應給該負載。蓄電開關單元與蓄電電容串聯，通過導通與截止的控制便可以控制是否充電該蓄電電容。而零電壓檢測模塊則是耦接於蓄電開關單元，用來從交流電源提取一檢測信號，並據以產生一控制信號，來控制蓄電開關單元的導通。其中，零電壓檢測模塊在檢測信號顯示該電源的輸入電壓為零時，會產生控制信號以導通蓄電開關單元，進一步使蓄電電容充電。其中，該零電壓檢測模塊還可以包括有一整流單元、第一開關單元、第二開關單元以及一分壓單元。整流單元耦接於交流電源，以將該電源的輸入電壓進行整流，並據以產生檢測信號。第一開關單元耦接於整流單元，以接收整流單元所整流的輸入電壓，並據以切換導通或截止的狀態。第二開關單元耦接於第一開關單元，當第一開關單元導通時，第二開關單元會接收到一輔助控制信號，並切換為導通狀態。而分壓單元則是耦接於整流單元以及第一開關單元，以將整流單元所整流的輸入電壓進行分壓並傳送至第一開關單元。另外，該零電壓啟動的電源轉換系統還可以包含一保護單元以及一待機電路。其中該保護單元耦接於功率因數校正單元，可以是保險絲或是電磁幹擾抑制單元，而該待機電路則是耦接於蓄電電容。根據本發明的另一方案，提供一種電源轉換系統的零電壓啟動裝置，該電源轉換系統包括一電源轉換電路、一橋式整流器與一蓄電電容，該電源轉換電路接收一電源的一輸入電壓並產生一輸出電壓供應給一負載。而該零電壓啟動裝置包括一蓄電開關單元以及一零電壓檢測模塊。其中蓄電開關單元與蓄電電容串聯，而零電壓檢測模塊則是耦接於蓄電開關單元，用以從電源提取一檢測信號，並據以產生一控制信號以控制蓄電開關單元的導通。特別的是，零電壓檢測模塊是在檢測信號顯示電源的輸入電壓為零時，產生控制信號以導通蓄電開關單元。又，該零電壓檢測模塊還包括一整流單元、一第一開關單元以及一第二開關單元。 整流單元耦接於電源，用以將電源的輸入電壓進行整流，並據以產生檢測信號；第一開關單元耦接於整流單元，用以接收整流單元所整流的輸入電壓，並據以切換導通或截止的狀態； 第二開關單元則是耦接於第一開關單元，而當第一開關單元導通時，第二開關單元即會接收到一輔助控制信號，並切換為導通狀態。另外，零電壓檢測模塊也可包含一分壓單元，耦接於整流單元以及第一開關單元，用以將整流單元所整流的輸入電壓進行分壓並傳送至第一開關單元。本發明的有益效果在於，通過設置零電壓檢測模塊，來檢測輸入電壓的零電位點， 並使電源轉換系統在零電位點時啟動工作，以去除因為突然的高電壓輸入所造成的突波現象，提升線路的穩定性，並節省現有額外設置的突波抑制單元以及用以控制開關單元的驅動器，進一步降低設置成本。以上的概述與接下來的實施例，皆是為了進一步說明本發明的技術手段與達成功效，然所敘述的實施例與附圖僅提供參考說明用，並非用來對本發明加以限制。
圖1為現有電源換系統的一種實施例的方框圖；圖2為本發明零電壓啟動的電源轉換系統的一種實施例的方框圖；圖3為本發明的零電壓檢測模塊的一種實施例的電路圖。其中，附圖標記說明如下現有技術
101電磁幹擾抑制單元
103功率因數校正單元
105待機電路
107電源轉換電路
109小容量電容
111蓄電電容
115開關單元
117突波抑制單元
119橋式整流器
本發明
201電磁幹擾抑制單元
203功率因數校正單元
205待機電路
207電源轉換電路
209零電壓檢測模塊
2091整流單元
2093零電壓檢測單元
211蓄電電容
213蓄電開關單元
215保險絲
217橋式整流器
219小容量電容
301分壓單元
303第一開關單元
305第二開關單元
具體實施例方式請參照圖2，圖2為本發明零電壓啟動的電源轉換系統，包括有一電源轉換電路 207、一零電壓檢測模塊209、一蓄電電容211、一蓄電開關單元213以及一橋式整流器217。 而在較高負載的應用中，電源轉換系統還可以包括一功率因數校正單元203以及一小容量電容219。其中，該蓄電開關單元213以及該零電壓檢測模塊209即是本發明所謂的零電壓
啟動裝置。在電源轉換系統接上電源並接收輸入電壓Vin後，首先會對小容量電容219進行充電，再給功率因數校正單元203以及蓄電電容211進行充電後，以供電源轉換電路207的工作。一般而言，電源是交流電源，電壓電流偏高，其中輸入電壓Vin(假設為Sin波)在相位角90度和270度的兩點分別為正振幅與負振幅最大的點，而0度(360度)和180度則是零電壓點。在接上輸入電壓Vin的瞬間，輸入電壓Vin的相位角度有可能是0度 360度的任意一點，無法控制插上電源的瞬間的輸入是在高電壓還是在低電壓。若是在高電壓就會
6有很大的突波電流(inrush current)瞬間輸入到電源轉換系統，因此便需要有消除突波電流的機制，避免電源轉換系統的電路因為突波電流而損壞。 為了維持線路穩定，本發明的方式就是提供該零電壓檢測模塊209以及該蓄電開關單元213，來作突波電流的消除機制。蓄電開關單元213是串聯於蓄電電容211，而零電壓檢測模塊209則是耦接於輸入交流電壓Vin以及蓄電開關單元213，提取輸入電壓Vin轉換成檢測信號，並產生控制蓄電開關單元213的控制信號S_。 零電壓檢測模塊209中可以包含有一整流單元2091和一零電壓檢測單元2093，整流單元2091接收輸入交流電壓Vin並作整流，以產生檢測信號，依據檢測信號，零電壓檢測單元2093即可判斷輸入交流電壓Vin是否處於零電壓的電位，若是才產生控制信號 S。。n以導通蓄電開關單元213。也就是說，本發明的電源轉換系統在插上電源的瞬間，因為蓄電開關單元213還是截止的，因此輸入電壓Vin還不會馬上通過經橋式整流器217、二極體D1W路徑對蓄電電容211充電，會先通過零電壓檢測模塊209的判斷，當輸入電壓Vin確實在零電壓時(在本實施例中就是在Sin波的相位角0度、180度和360度的時候)導通蓄電開關單元213，此時才讓輸入電壓Vin開始對蓄電電容211充電，如此一來，就能確保蓄電電容211以及電源轉換電路207在低電位才接收電力。而因為上述機制使電源轉換系統在輸入電壓Vin為零電壓時才啟動的緣故，就不會產生大突波電流，也就沒有電路損壞的問題。再參照圖2，電源轉換系統中還可以包含一保護單元及一待機電路205。保護單元可以包含有一保險絲215以及一電磁幹擾抑制單元201，用來保護電源轉換系統的電路。在蓄電電容211充電後且在電源轉換電路207的負載(圖中未示出)尚未被使用者啟動工作時，可以通過待機電路205產生待機輸出電壓Vstb供應給該負載，讓負載能夠工作於待機模式。而在負載啟動後，便開啟功率因數校正單元203以作升壓轉換，並通過電源轉換電路207提供輸出電壓Vout給負載，使其能正常工作。接著請參照圖3，為本發明零電壓檢測模塊209的一種實施例的電路圖，包含有整流單元2091以及零電壓檢測單元2093。零電壓檢測單元2093可以還包含一分壓單元 301、一第一開關單元303以及一第二開關單元305。其中該第二開關單元為一矽控整流器 (silicon-controlled rectifier, SCR)，其特性為在其柵極(gate)接收到高電壓時，其陽極(anode)與陰極(cathode)便可流通電流，在導通之後，就算柵極變成低電壓也不會使陽極和陰極截止，只有在陽極與陰極間流通的電流小於一維持電流(holding current)時，矽控整流器才會截止。其中該整流單元2091將輸入交流電壓Vin作整流，以及通過分壓單元301作分壓，以產生檢測信號，且第一開關單元303耦接於該分壓單元301，接收該檢測信號Sdet 以作導通或截止狀態的切換。當檢測信(輸入電壓Vin經全波整流並分壓的信號)為高準位時(代表此時的輸入電壓Vin也是高準位)，第一開關單元303便會導通，使得輔助控制信號Saux接地，使第二開關單元305維持截止，因此輸出至蓄電開關單元213的控制信號kon就為低準位， 不會導通蓄電開關單元213。而當檢測信號Sdet為低準位(也就是代表此時輸入電壓Vin為低準位)時，第一開關單元303截止，使得輔助控制信號Saux被VCC拉高準位，讓第二開關單元305因為接收高準位的輔助控制信號Saux而導通，如此一來，輸出至蓄電開關單元213的控制信號S。。n也就會被VCC提升至高準位，進一步使蓄電開關單元213導通，以啟動整體電源轉換系統。如此一來，就可以讓電源轉換系統啟動於低準位的狀態，以避免過高的突波電流造成電源轉換系統的損壞。特別注意的是，因為第二開關單元305為矽控整流器(SCR)，一旦導通後，就算輔助控制信號Saux降為低準位也不會使第二開關單元305回到截止狀態。通過本發明的零電壓檢測機制，電源轉換系統不需額外設置開關單元的驅動器以及突波抑制單元，也能夠防止突波電流的產生，不會因為設置驅動器導致設置成本過高，也不會因為設置突波抑制單元使得輸入電源額外消耗電力，也就是說，達到使電源轉換系統電路簡化、設置成本降低、效率及穩定性提高的功效。以上所述為本發明的具體實施例的說明與附圖，而本發明的所有權利範圍應以下述的權利要求為準，任何本領域的技術人員，可輕易思及的變化或修飾皆可涵蓋在本發明所界定的專利保護範圍之內。
權利要求
1.一種零電壓啟動的電源轉換系統，其特徵在於，該電源轉換系統包括一電源轉換電路，接收從一電源傳送而來的一輸入電壓進行轉換，而該電源轉換電路還提供一輸出電壓至後端的一負載；一橋式整流器，耦接於該電源轉換電路；一蓄電電容，耦接於該電源轉換電路；一蓄電開關單元，與該蓄電電容串聯；以及一零電壓檢測模塊，耦接於該蓄電開關單元，該零電壓檢測模塊從該電源提取一檢測信號，據以產生一控制信號以控制該蓄電開關單元的導通；其中該零電壓檢測模塊在該檢測信號顯示該電源的該輸入電壓為零時，產生該控制信號以導通該蓄電開關單元。
2.如權利要求1所述的零電壓啟動的電源轉換系統，其特徵在於，該零電壓檢測模塊包含一整流單元，耦接於該電源，該整流單元將該電源的該輸入電壓進行整流，並據以產生該檢測信號。
3.如權利要求2所述的零電壓啟動的電源轉換系統，其特徵在於，該零電壓檢測模塊還包含一第一開關單元，耦接於該整流單元，該第一開關單元接收該整流單元所整流的該輸入電壓，並據以切換導通或截止的狀態。
4.如權利要求3所述的零電壓啟動的電源轉換系統，其特徵在於，該零電壓檢測模塊還包含一第二開關單元，耦接於該第一開關單元，當該第一開關單元截止時，該第二開關單元即會接收到一輔助控制信號，並切換為導通狀態。
5.如權利要求4所述的零電壓啟動的電源轉換系統，其特徵在於，該第二開關單元為一矽控整流器。
6.如權利要求3所述的零電壓啟動的電源轉換系統，其特徵在於，該零電壓檢測模塊還包含一分壓單元，耦接於該整流單元以及該第一開關單元，該分壓單元將該整流單元所整流的該輸入電壓進行分壓並傳送至該第一開關單元。
7.如權利要求1所述的零電壓啟動的電源轉換系統，其特徵在於，該零電壓啟動的電源轉換系統還包括一功率因數校正單元，耦接於該電源轉換電路，該功率因數校正單元用以作升壓與功率因數的校正。
8.一種電源轉換系統的零電壓啟動裝置，其特徵在於，該電源轉換系統包括有一電源轉換電路、一橋式整流器與一蓄電電容，該電源轉換電路接收一電源的一輸入電壓並產生一輸出電壓供應給一負載，該零電壓啟動裝置包括一蓄電開關單元，與該蓄電電容串聯；以及一零電壓檢測模塊，耦接於該蓄電開關單元，該零電壓檢測模塊從該電源提取一檢測信號，據以產生一控制信號以控制該蓄電開關單元的導通；其中該零電壓檢測模塊在該檢測信號顯示該電源的該輸入電壓為零時，產生該控制信號以導通該蓄電開關單元。
9.如權利要求8所述的電源轉換系統的零電壓啟動裝置，其特徵在於，該零電壓檢測模塊還包括一整流單元，耦接於該電源，該整流單元將該電源的該輸入電壓進行整流，並據以產生該檢測信號；一第一開關單元，耦接於該整流單元，該第一開關單元接收該整流單元所整流的該輸入電壓，並據以切換導通或截止的狀態；以及一第二開關單元，耦接於該第一開關單元，當該第一開關單元截止時，該第二開關單元即會接收到一輔助控制信號，並切換為導通狀態。
10.如權利要求9所述的電源轉換系統的零電壓啟動裝置，其特徵在於，該零電壓檢測模塊還包含一分壓單元，耦接於該整流單元以及該第一開關單元，該分壓單元將該整流單元所整流的該輸入電壓進行分壓並傳送至該第一開關單元。
全文摘要
本發明公開了一種零電壓啟動的電源轉換系統及其零電壓啟動裝置，該電源轉換系統中包括有一電源轉換電路、一功率因數校正單元、一蓄電電容、一蓄電開關單元以及一零電壓檢測模塊。蓄電開關單元串聯於蓄電電容，接受零電壓檢測模塊的控制。通過零電壓檢測模塊檢測輸入電壓低準位的時間點，並輸出一控制信號讓蓄電開關單元導通，以確保電源轉換系統在輸入電壓低準位時才啟動，抑制突波電流的產生。本發明的電源轉換系統，不需額外設置開關單元的驅動器以及突波抑制單元，也能夠防止突波電流的產生。
文檔編號H02M1/12GK102244460SQ20101017820
公開日2011年11月16日 申請日期2010年5月11日 優先權日2010年5月11日
發明者蔡錫源, 陳振剛 申請人:聯昌電子企業股份有限公司