具有開關保護裝置的非隔離型充電系統的製作方法
2023-05-27 03:30:01 2
專利名稱：具有開關保護裝置的非隔離型充電系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種非隔離型充電系統，尤其涉及一種具有開關保護裝置的非隔離型充電系統。
背景技術：
目前移動載具專用的高電壓充電器，其充電架構中多數是具有變壓器的隔離型設計，參見圖1，為現有技術的隔離型充電系統的電路方框圖。該隔離型充電系統包含一電磁幹擾濾波器102A、一功率因子校正器104A以及一具隔離變壓器的直流轉換器106A。其中， 該電磁幹擾濾波器102A、該功率因子校正器104A以及該具隔離變壓器的直流轉換器106A 可稱為一充電裝置10A。該電磁幹擾濾波器102A接收一交流電源Vac，以濾除該交流電源 Vac的噪聲。該功率因子校正器104A電性連接該電磁幹擾濾波器102A，以轉換濾波後的該交流電源並輸出一內部直流電源(未標示)。該具隔離變壓器的直流轉換器106A電性連接該功率因子校正器104A，以接收該內部直流電源，並轉換該內部直流電源的電壓電平為一充電電池20A所需的充電電壓電平。為了提升該充電系統的充電效率，通常會將隔離變壓器移除。因此，參見圖2，為現有技術的非隔離型充電系統的電路方框圖。如前所述，該非隔離型充電系統包含該電磁幹擾濾波器102A、該功率因子校正器104A以及一無隔離變壓器的直流轉換器108A。其中，該電磁幹擾濾波器102A、該功率因子校正器104A以及該無隔離變壓器的直流轉換器108A可稱為該充電裝置10A。雖然使用無隔離變壓器的直流轉換器 108A可提升該充電系統的充電效率，但卻因為少了隔離變壓器來隔離該交流電源Vac (例如交流市電)，因此，一旦該充電系統的電路內部發生零件故障或損毀，而發生短路狀況，將使得該交流電源Vac直接對該充電電池20充電(亦即，該電磁幹擾濾波器102A、該功率因子校正器104A以及該無隔離變壓器的直流轉換器108A無法提供正常的電氣操作)，因此， 操作在如此異常的電流或電壓下，將導致該充電電池20發生內部零件損害或造成起火爆炸，而危及生命財產安全。
實用新型內容本實用新型的一目的在於提供一種具有開關保護裝置的非隔離型充電系統，通過增設開關保護裝置，能夠對該非隔離型充電系統提供異常操作時的雙重保護，或更進一步使用抑制電感與短路保護電路，能夠更彈性地並且更精準地對該非隔離型充電系統提供保護，以克服現有技術的問題。為了實現上述目的，本實用新型提供一種具有開關保護裝置的非隔離型充電系統，接收一交流電源，並轉換該交流電源為一直流輸出電源，以對一充電電池提供充電時所需的充電電壓；該具有開關保護裝置的非隔離型充電系統包含一電磁幹擾濾波器，接收該交流電源，以濾除該交流電源的噪聲；一功率因子校正器，電性連接該電磁幹擾濾波器，以轉換濾波後的該交流電源並輸出一內部直流電源；[0007]—直流轉換器，電性連接該功率因子校正器，以接收該內部直流電源，並轉換該內部直流電源的電壓電平為該充電電池所需的充電電壓電平；及一開關保護裝置，電性連接該電磁幹擾濾波器、該功率因子校正器、該直流轉換器以及該充電電池所形成的一串聯迴路上，以提供該非隔離型充電系統的異常操作保護。上述的具有開關保護裝置的非隔離型充電系統，其中，該開關保護裝置電性連接該直流轉換器與該充電電池之間。上述的具有開關保護裝置的非隔離型充電系統，其中，該開關保護裝置電性連接該功率因子校正器與該直流轉換器之間。上述的具有開關保護裝置的非隔離型充電系統，其中，該開關保護裝置電性連接該電磁幹擾濾波器與該功率因子校正器之間。上述的具有開關保護裝置的非隔離型充電系統，其中，該開關保護裝置為一金屬氧化物半導體場效電晶體、一雙載子接面電晶體、一絕緣柵極雙極電晶體、一矽控整流器或一雙向性三極柵極流體。上述的具有開關保護裝置的非隔離型充電系統，其中，該直流轉換器為一降壓式轉換器、一升壓式轉換器或一升降壓式轉換器。上述的具有開關保護裝置的非隔離型充電系統，其中，該非隔離型充電系統還包含一抑制電感，電性連接該電磁幹擾濾波器、該功率因子校正器、該直流轉換器以及該充電電池所形成的該串聯迴路上，以抑制該串聯迴路上一迴路電流的瞬間變化；及一短路保護電路，電性連接該電磁幹擾濾波器、該功率因子校正器、該直流轉換器以及該充電電池所形成的該串聯迴路上，以感測該串聯迴路上該迴路電流大小，進而控制該開關保護裝置。上述的具有開關保護裝置的非隔離型充電系統，其中，該抑制電感與該短路保護電路電性連接該直流轉換器與該充電電池之間。該電磁幹擾濾波器是接收該交流電源，以濾除該交流電源的噪聲。該功率因子校正器電性連接該電磁幹擾濾波器，以轉換濾波後的該交流電源並輸出一內部直流電源。該直流轉換器電性連接該功率因子校正器，以接收該內部直流電源，並轉換該內部直流電源的電壓電平為該充電電池所需的充電電壓電平。該開關保護裝置系電性連接該電磁幹擾濾波器、該功率因子校正器、該直流轉換器以及該充電電池所形成的一串聯迴路上，以提供該非隔離型充電系統的異常操作保護。
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細描述，但不作為對本實用新型的限定。
圖1為現有技術的隔離型充電系統的電路方框圖；圖2為現有技術的非隔離型充電系統的電路方框圖；圖3A為本實用新型具有保護裝置的非隔離型充電系統的第一實施例的電路方框圖；圖;3B為本實用新型具有保護裝置的非隔離型充電系統的第二實施例的電路方框圖；圖3C為本實用新型具有保護裝置的非隔離型充電系統的第三實施例的電路方框圖；圖3D為本實用新型具有保護裝置的非隔離型充電系統的第四實施例的電路方框圖；圖3E為本實用新型具有保護裝置的非隔離型充電系統的第五實施例的電路方框圖；圖3F為本實用新型具有保護裝置的非隔離型充電系統的第六實施例的電路方框圖；圖4為圖3A的第一實施例的電路方框圖；及圖5為本實用新型具有保護裝置的非隔離型充電系統的較佳實施例的電路方框圖。其中，附圖標記
現有技術[0031]Vac交流電源[0032]IOA充電裝置[0033]102A電磁幹擾濾波器[0034]104A功率因子校正器[0035]106A具隔離變壓器的.[0036]108A無隔離變壓器的.[0037]20A充電電池[0038]本實用新型[0039]Vac交流電源[0040]10充電裝置[0041]102電磁幹擾濾波器[0042]104功率因子校正器[0043]108直流轉換器[0044]1082開關[0045]1084二極體[0046]1086電感[0047]1088電容[0048]20充電電池[0049]30開關保護裝置[0050]40抑制電感[0051]50短路保護電路[0052]Vo直流輸出電源
具體實施方式
[0053]茲有關本實用新型的技術內容及詳細說明，配合附圖說明如下請參見圖3A至圖3F，分別為本實用新型具有保護裝置的非隔離型充電系統的第一實施例至第六實施例的電路方框圖。如圖所示，該具有開關保護裝置的非隔離型充電系統，接收一交流電源Vac，並轉換該交流電源Vac為一直流輸出電源No，以對一充電電池20 提供充電時所需的充電電壓。該具有開關保護裝置的非隔離型充電系統系包含一電磁幹擾濾波器102、一功率因子校正器104、一直流轉換器108以及一開關保護裝置30。其中，該電磁幹擾濾波器102、該功率因子校正器104以及該直流轉換器108是為一充電裝置10。該電磁幹擾濾波器102接收該交流電源Vac，以濾除該交流電源Vac的噪聲。該功率因子校正器 104電性連接該電磁幹擾濾波器102，以轉換濾波後的該交流電源並輸出一內部直流電源 (未標示)。該直流轉換器108電性連接該功率因子校正器104，以接收該內部直流電源，並轉換該內部直流電源的電壓電平為該充電電池20所需的充電電壓電平。該開關保護裝置 30電性連接該電磁幹擾濾波器102、該功率因子校正器104、該直流轉換器108以及該充電電池20所形成的一串聯迴路上，以提供該非隔離型充電系統的異常操作保護。其中，該開關保護裝置30為一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)、一雙載子接面電晶體(BJT)、 一絕緣柵極雙極電晶體(IGBT)、一矽控整流器(SCR)或一雙向性三極柵極流體(TRIAC)Jfi 不以此為限。值得一提，該開關保護裝置30可電性連接在上述的該串聯迴路上的任一位置一、該開關保護裝置30電性連接該直流轉換器108與該充電電池20之間，配合參見圖3A與圖;3B所示；二、該開關保護裝置30電性連接該功率因子校正器104與該直流轉換器108之間，配合參見圖3C與圖3D所示；及三、該開關保護裝置30電性連接該電磁幹擾濾波器102與該功率因子校正器104 之間，配合參見圖3E與圖3F所示。至於該開關保護裝置30提供該非隔離型充電系統的異常操作保護的詳細說明， 請參見圖4，為圖3A的第一實施例的電路方框圖。為了方便說明，假設該開關保護裝置30 電性連接該直流轉換器108與該充電電池20之間，並且，連接於該串聯迴路的下半部，但不以此為限。此外，該直流轉換器108為一降壓式轉換器(buck converter)、一升壓式轉換器 (boot converter)或一升降壓式轉換器(buck-boost converter)，但不以此為限。其中， 在此實施例說明中，以該直流轉換器108為該降壓式轉換器(buck converter)為例說明。 並且，該降壓式直流轉換器108包含一開關1082、一二極體1084、一電感1086以及一電容 1088。當該非隔離型充電系統操作時，若該降壓式直流轉換器108的該開關1082故障或損毀，而發生短路狀況，可通過截止(turned off)該開關保護裝置30，能夠斷開該直流轉換器108與該充電電池20間的電性連接，以防止該交流電源Vac直接對該充電電池20 提供異常的充電電壓或充電電流。同樣地，對第三實施例與第四實施例而言，可通過截止 (turned off)該開關保護裝置30，能夠斷開該功率因子校正器104與該直流轉換器108間的電性連接，以防止該交流電源Vac直接對該充電電池20提供異常的充電電壓或充電電流。同樣地，對第五實施例與第六實施例而言，可通過截止(turned off)該開關保護裝置 30，能夠斷開該電磁幹擾濾波器102與該功率因子校正器104間的電性連接，以防止該交流電源Vac直接對該充電電池20提供異常的充電電壓或充電電流。因此，對於整個非隔離型充電系統而言，除了如上述該電磁幹擾濾波器102、該功率因子校正器104以及該直流轉換器108本身的開關組件可提供非隔離型充電系的異常操作時的保護外，更能夠通過該開關保護裝置30對該非隔離型充電系統提供雙重保護。請參見圖5，為本實用新型具有保護裝置的非隔離型充電系統的較佳實施例的電路方框圖。如前述的該非隔離型充電系統架構，還包含一抑制電感40與一短路保護電路 50。該抑制電感40電性連接該電磁幹擾濾波器102、該功率因子校正器104、該直流轉換器 108以及該充電電池20所形成的該串聯迴路上，以抑制該串聯迴路上一迴路電流的瞬間變化。值得一提，該抑制電感40的最佳實施例為電性連接於該直流轉換器108與該充電電池 20之間，以抑制該直流轉換器108與該充電電池20之間迴路電流的瞬間變化。該短路保護電路50電性連接該電磁幹擾濾波器102、該功率因子校正器104、該直流轉換器108以及該充電電池20所形成的該串聯迴路上，以感測該串聯迴路上該迴路電流大小，進而控制該開關保護裝置30。值得一提，該短路保護電路50的最佳實施例為電性連接於該直流轉換器108與該充電電池20之間，以感測該串聯迴路上該迴路電流大小，進而控制該開關保護裝置30。因此，本發明的最佳實施例為該抑制電感40與該短路保護電路50電性連接該直流轉換器108與該充電電池20之間，一旦輸出有異常大電流或短路時，能提供及時的保護。其中，該短路保護電路50包含一電流傳感器(未圖示)、一比較器(未圖標)以及一觸發信號產生器(未圖標)。該電流傳感器以感測該串聯迴路上該迴路電流大小，並且，通過該比較器與一臨界電流值比較，若該迴路電流大於該臨界電流值，則表示該非隔離型充電系統發生異常操作，因此，利用該觸發信號產生器輸出一觸發信號截止該開關保護裝置30，能夠斷開該電磁幹擾濾波器102與該充電電池20間的電性連接，以防止該交流電源Vac直接對該充電電池20提供異常的充電電壓或充電電流。其中，該電流傳感器可為一霍耳傳感器(hall sensor)、一比流器(current transformer, CT)或一電阻。反的，若該迴路電流小於該臨界電流值，則表示該非隔離型充電系統正常操作。值得一提，該短路保護電路50可配合該抑制電感40對電流抑制的能力，能夠使得當該非隔離型充電系統發生異常操作時，所產生的異常瞬間大電流經由該抑制電感40的抑制，能夠使得該短路保護電路 50對於異常操作時的保護不致發生誤動作。綜上所述，本實用新型具有以下的優點1、增設該開關保護裝置，能夠對該非隔離型充電系統提供異常操作時的雙重保護；2、在電路架構的串聯迴路上設置該開關保護裝置，能夠更彈性地對該非隔離型充電系統提供保護 』及3、可進一步使用該抑制電感並配合該短路保護電路，能夠更精準地對該非隔離型充電系統提供保護。當然，本實用新型還可有其它多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本實用新型作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本實用新型所附的權利要求的保護範圍。
權利要求1.一種具有開關保護裝置的非隔離型充電系統，接收一交流電源，並轉換該交流電源為一直流輸出電源，以對一充電電池提供充電時所需的充電電壓；其特徵在於，該具有開關保護裝置的非隔離型充電系統包含一電磁幹擾濾波器，接收該交流電源，以濾除該交流電源的噪聲；一功率因子校正器，電性連接該電磁幹擾濾波器，以轉換濾波後的該交流電源並輸出一內部直流電源；一直流轉換器，電性連接該功率因子校正器，以接收該內部直流電源，並轉換該內部直流電源的電壓電平為該充電電池所需的充電電壓電平；及一開關保護裝置，電性連接該電磁幹擾濾波器、該功率因子校正器、該直流轉換器以及該充電電池所形成的一串聯迴路上，以提供該非隔離型充電系統的異常操作保護。
2.根據權利要求1所述的具有開關保護裝置的非隔離型充電系統，其特徵在於，該開關保護裝置電性連接該直流轉換器與該充電電池之間。
3.根據權利要求1所述的具有開關保護裝置的非隔離型充電系統，其特徵在於，該開關保護裝置電性連接該功率因子校正器與該直流轉換器之間。
4.根據權利要求1所述的具有開關保護裝置的非隔離型充電系統，其特徵在於，該開關保護裝置電性連接該電磁幹擾濾波器與該功率因子校正器之間。
5.根據權利要求1所述的具有開關保護裝置的非隔離型充電系統，其特徵在於，該開關保護裝置為一金屬氧化物半導體場效電晶體、一雙載子接面電晶體、一絕緣柵極雙極電晶體、一矽控整流器或一雙向性三極柵極流體。
6.根據權利要求1所述的具有開關保護裝置的非隔離型充電系統，其特徵在於，該直流轉換器為一降壓式轉換器、一升壓式轉換器或一升降壓式轉換器。
7.根據權利要求1所述的具有開關保護裝置的非隔離型充電系統，其特徵在於，該非隔離型充電系統還包含一抑制電感，電性連接該電磁幹擾濾波器、該功率因子校正器、該直流轉換器以及該充電電池所形成的該串聯迴路上，以抑制該串聯迴路上一迴路電流的瞬間變化；及一短路保護電路，電性連接該電磁幹擾濾波器、該功率因子校正器、該直流轉換器以及該充電電池所形成的該串聯迴路上，以感測該串聯迴路上該迴路電流大小，進而控制該開關保護裝置。
8.根據權利要求7所述的具有開關保護裝置的非隔離型充電系統，其特徵在於，該抑制電感與該短路保護電路電性連接該直流轉換器與該充電電池之間。
專利摘要一種具有開關保護裝置的非隔離型充電系統，接收一交流電源，並轉換該交流電源為一直流輸出電源，以對一充電電池提供充電時所需的充電電壓。該非隔離型充電系統包含一電磁幹擾濾波器、一功率因子校正器、一直流轉換器以及開關保護裝置。該開關保護裝置電性連接該電磁幹擾濾波器、該功率因子校正器、該直流轉換器以及該充電電池所形成的一串聯迴路上，以提供該非隔離型充電系統的異常操作保護。
文檔編號H02H7/18GK202172300SQ20112029672
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月16日 優先權日2011年8月16日
發明者卓孟甫, 許昌吉, 陳金火 申請人:臺達電子工業股份有限公司