雙同步諧振切換式直流電源供應器的製作方法
2023-09-22 12:59:00 1
專利名稱：雙同步諧振切換式直流電源供應器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種切換式直流電源供應器，特別是涉及一種雙同步諧振切換式直流電源供應器。
背景技術：
電源轉換器是所有電子產品或設備運作所必須的動力來源，在亟需節約能源潮流的驅使下，電源轉換器往往需要達到省能環保的設計。參閱圖1，為中國臺灣公告第1309914號「半橋共振轉換器」，包含一個一次側繞組 11，及一個二次側繞組12，該二次側繞組12具有一第一電子開關121、一第二電子開關122、 一第一儲能組件123，及一第二儲能組件124。該第一電子開關121是由一 MOSFET功率電晶體與一繞組結合，該第二電子開關122是由另一 MOSFET功率電晶體與另一繞組結合，該第一儲能組件123是由一濾波電感並聯二極體與電阻串聯的組合，該第二儲能組件IM是由另一濾波電感並聯二極體與電阻串聯的組合；藉由上述第一電子開關121、第二電子開關122的設計能夠達到同步整流的目的，同時利用該第一儲能組件123、第二儲能組件IM 可避免第一電子開關121、第二電子開關122因逆向偏壓所造成的能量損耗。不過，由於該半橋共振轉換器往往會因為輸出訊號的功率損耗或負載的電感性、 電容性等影響，使輸出訊號的電壓與電流的相位差過大，而造成功率因數下降的問題，因此，如何能夠提高功率因數便成為相關業者亟欲努力的目標。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種可提高功率因數及使用效率的雙同步諧振切換式直流電源供應器。本實用新型雙同步諧振切換式直流電源供應器，包含一個電源供應單元、一個功因修正單元、一個諧振式轉換單元，及一個同步整流單元。該電源供應單元包括一個能夠源引一交流電源的電源供應電路，及一個電連接該電源供應電路且可將該交流電源整流濾波成一直流電壓輸出的整流濾波電路。該功因修正單元包括一個電連接該整流濾波電路的升壓電路、一個電連接該升壓電路的主動式功因修正晶片電路，及兩個並聯且電連接該主動式功因修正晶片電路的電晶體控制電路。該諧振式轉換單元包括一個電連接該升壓電路的功率開關電路、一個電連接該功率開關電路而能交互切換該功率開關電路導通的諧振晶片電路，以及一個電連接該功率開關電路的電壓轉換電路，該電壓轉換電路具有一個與該功率開關電路電連接的第一次側端線圈，以及一個耦接該第一次側端線圈的第二次側端線圈。該同步整流單元包括分別電連接該諧振式轉換單元的第二次側端線圈兩端的一個第一諧振橋式整流電路與一個第二諧振橋式整流電路，及一個電連接該第一諧振橋式整流電路、第二諧振橋式整流電路的供電電壓輸出電路。[0011]本實用新型的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。較佳地，前述的雙同步諧振切換式直流電源供應器，還包含一個電連接該供電電壓輸出電路的異常電壓電流偵測單元，該異常電壓電流偵測單元包括一個定電壓定電流放大電路、一個電連接該定電壓定電流放大電路的輸出電壓調整電路、分別與該定電壓定電流放大電路電連接的一個第一光耦合器及一個第二光耦合器，該諧振式轉換單元的諧振晶片電路具有一個能與該第一光耦合器進行光耦合的第一耦接器，該功因修正單元的主動式功因修正晶片電路具有一個能與該第二光耦合器進行光耦合的第二耦接器。較佳地，前述的雙同步諧振切換式直流電源供應器，其中該電源供應單元還包括一個電連接在該電源供應電路與該整流濾波電路間的抗擾電路。本實用新型的有益效果在於藉由該功因修正單元是使用兩個並聯設置並同時受主動式功因修正晶片電路控制導通及截止的電晶體，而能更有效地提高功率因數以降低虛功的消耗，同時藉由該同步整流單元是使用該第一諧振橋式整流電路與該第二諧振橋式整流電路，來分別對該諧振式轉換單元的第二次端側線圈所轉換輸出之正、負半周的交流電壓進行雙同步的整流，而能有效提高該切換式直流電源供應器的使用效率，進而達到節能省電的效果。
圖1是一電路圖，說明中國臺灣公告第1309914號「半橋共振轉換器」發明專利案的電路結構；圖2是一功能方塊圖，說明本實用新型雙同步諧振切換式直流電源供應器的較佳實施例的整體架構；圖3是一電路圖，說明該較佳實施例的電源供應單元；圖4是一電路圖，說明該較佳實施例的功因修正單元；圖5是一電路圖，說明該較佳實施例的諧振式轉換單元；圖6是一電路圖，說明該較佳實施例的同步整流單元；圖7是一電路圖，說明該較佳實施例的異常電壓電流偵測單元。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型進行詳細說明。參閱圖2，本實用新型雙同步諧振切換式直流電源供應器的較佳實施例，包含一電源供應單元2、一功因修正單元3、一諧振式轉換單元4、一同步整流單元5，及一異常電壓電流偵測單元6。參閱圖2、3，該電源供應單元2包括一可源引一交流電源Vac的電源供應電路21、 一電連接該電源供應電路21且可將該交流電源Vac整流濾波成一直流電壓Va輸出的整流濾波電路23，及一電連接在該電源供應電路21與該整流濾波電路23間的抗擾電路22，該抗擾電路22為EMC (Electromagnetic Compatibility)電路，藉以防止電磁幹擾、輻射幹擾或導線傳導幹擾而影響到電路的性能。參閱圖2、3、4，該功因修正單元3包括一電連接該整流濾波電路23的升壓電路 31、一電連接該升壓電路31的主動式功因修正晶片電路32，及兩個並聯且電連接該主動式功因修正晶片電路32的電晶體控制電路33、34，該主動式功因修正晶片電路32可同時觸發導通及截止該兩電晶體控制電路33、34。參閱圖2、4、5，該諧振式轉換單元4包括一電連接該升壓電路31的功率開關電路 41、一電連接該功率開關電路41而能交互切換該功率開關電路41導通的諧振晶片電路42， 以及一電連接該功率開關電路41的電壓轉換電路43，該電壓轉換電路43具有一與該功率開關電路41電連接的第一次側端線圈Tl，以及一耦接該第一次側端線圈T 1的第二次側端線圈T2，該第二次側端線圈T2是採用中間抽頭整流方式電連接後端的同步整流單元5(顯示於圖6)。參閱圖2、5、6，該同步整流單元5包括分別電連接於該第二次側端線圈T2兩端的一第一諧振橋式整流電路51與一第二諧振橋式整流電路52，及一電連接該第一諧振橋式整流電路51、第二諧振橋式整流電路52的供電電壓輸出電路53。參閱圖2、6、7，該異常電壓電流偵測單元6是與該供電電壓輸出電路53電連接， 其包括一定電壓定電流放大電路61、一電連接該定電壓定電流放大電路61的輸出電壓調整電路62、與該定電壓定電流放大電路61電連接的一第一光耦合器63及一第二光耦合器 64 ；配合參閱圖5，該諧振式轉換單元4的諧振晶片電路42是電連接一能與該第一光耦合器63進行光耦合的第一耦接器PHl ；配合參閱圖4，該功因修正單元3的主動式功因修正晶片電路32是電連接一能與該第二光耦合器64進行光耦合的第二耦接器PH2。請參閱圖2、3、4，本實施例的切換式直流電源供應器於運作時，是藉由該電源供應單元2的電源供應電路21將一般市電(70V ^4V)的交流電源Vac源引進來，通過該抗擾電路22作防止電磁或幅射幹擾後再經由該整流濾波電路23進行整流濾波而輸出一直流電壓Va，接著，該直流電壓Va經該功因修正單元3的電阻R3、R4、R5、R6分壓後輸入該主動式功因修正晶片電路32的一功率因數(PFC) ICl,同時該直流電壓Va另外經一個二極體Dl 再經電阻R8、R9、RIO、R1UR12分壓後，另輸出一回授電壓Vf而同樣回授輸入該PFC ICl, 可使當遠程負載改變時，經由該升壓電路31所輸出的高直流電壓Vb仍能保持在固定的準位；再者，該二並聯設置的電晶體控制電路33、34的源極端電壓Vs是經由電阻R18回授輸入該PFC IC1，使該PFC ICl就以該直流電壓Va、該回授電壓Vf的回授信號與該源極端電壓Vs的回授信號來作比較並控制觸發導通或截止該二並聯設置的電晶體控制電路33、34 中的MOSFET電晶體Ql、Q5的時間，藉此達到將直流電壓Va的電流波形整形以追上其電壓相位的目的，以將其電壓與電流的相位差縮小而相對修正提高其功率因數。本實施例的功率因數的均值可維持於90%以上；另外，由於本實施例是使用兩個並聯設置並同時受該主動式功因修正晶片電路32的PFC ICl控制導通及截止的電晶體Q1、 Q5，搭配該升壓電路31的電感器L3的作用，因此當該二電晶體Ql、Q5同時導通時，能大幅增加流經該電感器L3的電流，相對地，當該二電晶體Q1、Q5截止時，便能大幅縮短經由該電感器L3所放電升壓輸出的高直流電壓Vb(大約是380V 400V)的時間。參閱圖2、4、5，該諧振式轉換單元4主要是要將該功因修正單元3所輸出的高直流電壓Vb轉換到負載所需的電壓，其主要是利用該諧振晶片電路42的一LLC IC2與該功率開關電路41的MOSFET功率電晶體Q3、Q4的寄生電容C17產生共振，而振蕩產生兩個各50% 工作周期且能交互觸發切換導通該二功率電晶體Q3、Q4的諧振頻率訊號，且該LLC IC2能使該二功率電晶體Q3、Q4在零電壓切換損失的狀態下，可視負載的輕重而改變觸發導通該二功率電晶體Q3、Q4的訊號切換頻率，藉以將該功因修正單元3所輸出的高直流電壓Vb轉換成一弦波的電壓輸出至該電壓轉換電路43的第一次側端線圈Tl，並與第二次側端線圈 T2耦合變壓後，轉換成一具有正、負弦波的交流電壓輸出。當負載屬於輕載時，觸發導通該二功率電晶體Q3、Q4的訊號切換頻率是高於諧振頻率，以使增益降低，當負載處於重載時， 觸發導通該二功率電晶體Q3、Q4的訊號切換頻率是低於諧振頻率，以使增益提高，而在一般狀況的負載時，是將觸發導通該二功率電晶體Q3、Q4的訊號切換頻率操作於諧振頻率附近，以維持適當增益。參閱圖2、5、6，該諧振式轉換單元4所轉換輸出的正、負弦波的交流電壓，藉由該同步整流單元5將其中的正弦波及負弦波的部分分別經過該第一諧振橋式整流電路51與第二諧振橋式整流電路52，利用其中的同步整流IC4、IC5能夠同時將該具有正、負弦波的交流電壓進行雙同步地整流及濾波成一直流電壓，再經該供電電壓輸出電路53的穩壓後， 就能轉換成一最終輸出的穩定直流電源Vdc，而能有效提高本實施例的切換式直流電源供應器的使用效率。參閱圖2、6、7，利用該異常電壓電流偵測單元6的定電壓定電流放大電路61，能夠使該供電電壓輸出電路53所輸出的直流電源Vdc穩定地供應給負載，同時，藉由該輸出電壓調整電路62的可變電阻VRl的適當調整，能夠設定該供電電壓輸出電路53所欲輸出的直流電源Vdc的電壓；再者，利用該定電壓定電流放大電路61的微阻值金屬電阻RS1，能夠精密地偵測該供電電壓輸出電路53所輸出的直流電源Vdc端的負載變化，並適時回授給該定電壓定電流放大電路61，若偵測到直流電源Vdc端的負載有異常電壓時，該定電壓定電流放大電路61就會驅動該第一光耦合器63動作，而與電連接於該諧振式轉換單元4的諧振晶片電路42上的第一耦接器PHl進行光耦合，而關閉該諧振晶片電路42 ；若該微阻值金屬電阻RSl偵測到直流電源Vdc端的負載有異常電流時，該定電壓定電流放大電路61就會驅動該第二光耦合器64動作，而與電連接於該功因修正單元3的主動式功因修正晶片電路 32上的第二耦接器PH2進行光耦合，而關閉該主動式功因修正晶片電路32，以達到對本實施例的切換式直流電源供應器的保護作用。本實用新型雙同步諧振切換式直流電源供應器，藉由該功因修正單元3是使用兩個並聯設置並同時受主動式功因修正晶片電路32控制導通及截止的電晶體Q1、Q5，而能更有效地提高功率因數以降低虛功的消耗，同時藉由該同步整流單元5是使用該第一諧振橋式整流電路51與第二諧振橋式整流電路52，來分別對該諧振式轉換單元4的第二次側端線圈T2所轉換輸出的正、負弦波的交流電壓進行雙同步的整流及濾波，而能有效提高該切換式直流電源供應器的使用效率，進而達到節能省電的效果。
權利要求1.一種雙同步諧振切換式直流電源供應器，包含一個電源供應單元，包括一個能夠源引一交流電源的電源供應電路，及一個電連接該電源供應電路且可將該交流電源整流濾波成一直流電壓輸出的整流濾波電路；一個功因修正單元，包括一個電連接該整流濾波電路的升壓電路，及一個電連接該升壓電路的主動式功因修正晶片電路；一個諧振式轉換單元，包括一個電連接該升壓電路的功率開關電路、一個電連接該功率開關電路而能交互切換該功率開關電路導通的諧振晶片電路，以及一個電連接該功率開關電路的電壓轉換電路，該電壓轉換電路具有一個與該功率開關電路電連接的第一次側端線圈，以及一個耦接該第一次側端線圈的第二次側端線圈；一個同步整流單元；其特徵在於該功因修正單元還包括兩個並聯且電連接該主動式功因修正晶片電路的電晶體控制電路，而該同步整流單元包括分別電連接該諧振式轉換單元的第二次側端線圈兩端的一個第一諧振橋式整流電路與一個第二諧振橋式整流電路，及一個電連接該第一諧振橋式整流電路、第二諧振橋式整流電路的供電電壓輸出電路。
2.根據權利要求1所述雙同步諧振切換式直流電源供應器，其特徵在於該雙同步諧振切換式直流電源供應器還包含一個電連接該供電電壓輸出電路的異常電壓電流偵測單元，該異常電壓電流偵測單元包括一個定電壓定電流放大電路、一個電連接該定電壓定電流放大電路的輸出電壓調整電路、分別與該定電壓定電流放大電路電連接的一個第一光耦合器及一個第二光耦合器，該諧振式轉換單元的諧振晶片電路具有一個能與該第一光耦合器進行光耦合的第一耦接器，該功因修正單元的主動式功因修正晶片電路具有一個能與該第二光耦合器進行光耦合的第二耦接器。
3.根據權利要求2所述雙同步諧振切換式直流電源供應器，其特徵在於該電源供應單元還包括一個電連接在該電源供應電路與該整流濾波電路間的抗擾電路。
專利摘要一種雙同步諧振切換式直流電源供應器，包含一電源供應單元、一功因修正單元、一諧振式轉換單元，及一同步整流單元，藉由該功因修正單元是使用兩個並聯設置並同時受一主動式功因修正晶片電路控制導通及截止的電晶體，而能更有效地提高功率因數以降低虛功的消耗，同時藉由該同步整流單元是使用一第一諧振橋式整流電路與一第二諧振橋式整流電路，來分別對該諧振式轉換單元的一第二次側端線圈所轉換輸出的正、負弦波的交流電壓進行雙同步的整流，而能有效提高該切換式直流電源供應器的使用效率，進而達到節能省電的效果。
文檔編號H02M1/42GK202178712SQ20112030608
公開日2012年3月28日 申請日期2011年8月22日 優先權日2011年7月6日
發明者黃文津 申請人:黃文津