將交流電壓轉換成直流電壓的系統的製作方法

2023-04-27 00:35:56 1

專利名稱：將交流電壓轉換成直流電壓的系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及切換式電源供應器的技術領域，尤其涉及一種將交流電壓轉 換成直流電壓的系統。
背景技術：
隨著電子科技的快速進步，無線網絡的應用已可由各種手持式裝置所提供。手持式裝置(如手機、PDA、數位相機)中，電源供應器為其必備的標 準配備。有電源供應器，手持式裝置才能進行充電或使用。 一般使用公知的 線性式電源供應器，以對各種手持式裝置進行充電。然而，公知的線性式電 源供應器其轉換效率低，且輸入電壓的變動範圍小， 一般變動範圍為輸入電 壓±10%。針對公知的線性式電源供應器的問題， 一種高頻的交換式電源供應器可 以增加交流電壓轉換為直流電壓的轉換效率。圖1為公知交換式電源供應器 的示意圖。如圖1所示，當功率電晶體110導通時，輸入電壓Vi會供應到 變壓器120的初級繞組121 (primary winding)上。此時初級繞組121上的 電流逐漸增加並將能量儲存於其中，同時把能量感應在變壓器120的次級繞 組122 (secondary winding)上。當功率電晶體110截止時，由於流經功率晶 體管110的電流Id及功率電晶體110的電壓Vo重疊，而產生切換損失 (switching loss)。圖2為公知交換式電源供應器切換損失的示意圖。如圖 2所示，功率電晶體110的電流Io波形及電壓Vd波形重臺，所述重疊面積 即為切換損失。切換損失不僅浪費能源，同時也降低轉換效率。所以公知交 流電壓轉換成直流電壓的系統仍有諸多不足而有予以改進的必要。發明內容本發明的目的在於，提供一種將交流電壓轉換成直流電壓的系統，以降 低切換時的切換損失(switching loss)，以達到節省能源及提高轉換效率的目的。依據本發明的特色，提出一種將交流電壓轉換成直流電壓的系統，其系 將交流電壓轉換成為特定電壓值的直流電壓，所述系統包括整流器、濾波器、 變壓器、切換器、切換器控制電路及電壓反饋電路。所述整流器連接至主要 電源供應裝置，以將所述主要電源供應裝置輸出的交流電壓整流為過渡直流 電壓；所述濾波器連接至所述整流器，以濾除所述過渡直流電壓中的噪聲， 並產生濾波直流電壓；所述變壓器連接至所述濾波器，以將所述濾波直流電 壓轉換成工作直流電壓；所述切換器連接至所述變壓器，所述切換器具有開 啟狀態及關閉狀態，以控制流經所述變壓器的電流；所述切換器控制電路連 接至所述切換器，以控制所述切換器處於開啟狀態及或關閉狀態；所述電壓 反饋電路連接至所述變壓器及所述切換器控制電路。所述電壓反饋電路依據 所述變壓器的電壓驅動所述切換器控制電路，以降低所述切換器的切換損 失。根據所述系統，還包括電流檢測電路，連接至所述切換器及所述切換 器控制電路，所述電流檢測電路依據所述切換器的電流驅動所述切換器控制 電路，以控制所述切換器處於所述開啟狀態及或所述關閉狀態。根據上述的構想，所述系統還包括箝位電路，連接至所述變壓器及所 述濾波器，以將所述變壓器的次級線圈電壓箝位至特定值。根據上述的構想，所述電壓反饋電路由第一二極體、第一齊納二極體、 第二齊納二極體、第一電容、以及第一至第七電阻組成。根據上述的構想，所述整流器由第二至第五二極體組成。根據上述的構想，所述濾波器為巴特沃斯濾波器。根據上述的構想，所述巴特沃斯濾波器由第八電阻、第二電容、第三電 容、以及第一電感所組成。根據上述的構想，所述切換器控制電路由第六二極體、第九至第十三電 阻、第四及第五電容、第一電晶體、以及第二電晶體組成。根據上述的構想，所述電流檢測電路由第七二極體、第八二極體、第十 四至第十七電阻、第六電容以及第七電容組成。根據上述的構想，所述箝位電路由第九二極體、第十八電阻、以及第八 電容組成。因此，從上述技術方案可以看出，本發明技術可較公知技術降低切換損失，達到節省能源及提高轉換效率的目的。


圖1為公知交換式電源供應器的示意圖。圖2為公知交換式電源供應器切換損失的示意圖。圖3為本發明一種將交流電壓轉換成直流電壓的系統的電路圖。圖4為公知切換器上電流對電壓的示意圖。圖5為本發明切換器上電流對電壓的示意圖。其中，附圖標記說明如下-110功率電晶體120變壓器121初級繞組122次級繞組310整流器320濾波器330變壓器340切換器350切換器控制電路360電壓反饋電路370電流檢測電路380箝位電路Fl保險絲Dl D12 二極體R1 R27 電阻C卜■C13 電容電感QP-Q5 電晶體ZD1 ZD3 齊納二極體具體實施方式
圖3為本發明一種將交流電壓轉換成直流電壓系統的電路圖，所述系統 包括整流器310、濾波器320、變壓器330、切換器340、切換器控制電路350、 電壓反饋電路360、電流檢測電路370及箝位電路380。整流器310連接至主要電源供應裝置(圖未示)，以將所述主要電源供 應裝置輸出的交流電壓整流為過渡直流電壓^ 。所述整流器為橋式整流器 (bridgerectifier)，且由第二至第五二極體(D2、 D3、 D4、 D5)所組成。濾波器320連接至所述整流器310，以濾除所述過渡直流電壓中的噪聲， 並產生濾波直流電壓^。所述濾波器320為巴特沃斯濾波器(Butterworth filter)，且由第八電阻R8、第二及第三電容C2、 C3、及第一電感Ll所組成。變壓器330連接至所述濾波器320以將所述濾波直流電壓F2轉換成工作 直流電壓4。切換器340連接至所述變壓器330且較佳為NMOS功率電晶體。所述切 換器340具有開啟狀態及關閉狀態，以控制流經所述變壓器的電流。所述切 換器340為開啟狀態時，所述變壓器330初級繞組上的電流逐漸增加並且流 經所述切換器340，同時將能量儲存於所述變壓器330中。所述切換器340 為關閉狀態時，所述變壓器330初級繞組上的電流降低至0安培。切換器控制電路350連接至所述切換器340，以控制所述切換器340處 於開啟狀態及或關閉狀態。所述切換器控制電路350由第六二極體D6、第 九至第十三電阻R9 R13、第四及第五電容C4、 C5及第一及第二電晶體Ql、 Q2所組成。其中，第一電晶體Ql為NPN電晶體，第二電晶體Q2為PNP 電晶體。電壓反饋電路360連接至所述變壓器330及所述切換器控制電路350， 所述電壓反饋電路360依據所述變壓器330的電壓驅動所述切換器控制電路 350，以降低所述切換器340的切換損失。所述電壓反饋電路360由第一二極體D1、第一及第二齊納二極體ZD1、 ZD2、第一電容C1、及第一至第七電阻R1 R7所組成。第一及第二齊納二 極管ZDl、ZD2分別具有崩潰電壓V，及VzD2。其中，第一齊納二極體ZD1 的崩潰電壓VZD1大於第二齊納二極體ZD2的崩潰電壓VZD2。當所述變壓器330的電壓大於崩潰電壓VzD2時，第二齊納二極體ZD2 會導通。此會讓第一電晶體Q1進入飽和區，而使得^為低電位， 一般、約 為0.2 0.3伏特。由於為低電位導致第二電晶體Q2進入飽和區，而使得^ 為低電位，而使所述切換器340進入關閉狀態，而減少切換損失。當所述變壓器330的電壓大於崩潰電壓VZD1時，表示所述變壓器330 上的電壓超過默認值甚多。依據本發明的技術，第一齊納二極體ZD1及第二 齊納二極體ZD2均導通。此會加速讓第一電晶體Q1進入飽和區，而使得^ 為低電位，進而加速所述切換器340進入關閉狀態，而減少切換損失。電流檢測電路370連接至所述切換器340及所述切換器控制電路350。 所述電流檢測電路370由第七及第八二極體D7、 D8、第十四至第十七電阻R14 R17、及第六及第七電容C6、 C7所組成。所述電流檢測電路370依據 所述切換器340的電流lD驅動所述切換器控制電路350，以控制所述切換器 340處於開啟狀態及或關閉狀態。當所述變壓器330的電壓上升時，流經所述切換器340的電流也隨之上 升，同時電壓^也變大。當電壓^大於預定值時，電壓^會讓第一電晶體 Ql進入飽和區，而使得^為低電位。由於^為低電位導致第二電晶體Q2 進入飽和區，而使得^為低電位，而使得所述切換器340進入關閉狀態。箝位電路380連接至所述變壓器330及所述濾波器320，以將所述變壓 器330的次級線圈電壓箝位至特定值。所述箝位電路380由第九二極體D9、 第十八電阻R18、及第八電容C8所組成。圖4為公知切換器上電流對電壓的示意圖。其是使用示波器測量功率晶 體管110的電流b及其電壓VD。如圖4所示，示波器的橫軸為功率電晶體 IIO的電壓VD，縱軸為電流lD。當功率電晶體IIO截止時，電流ID逐漸將 低至O安培，電壓VD則逐漸上升，而曲線下的面積(標示如A處)則為切 換損失。圖5為本發明切換器340上電流對電壓的示意圖，其是使用示波器測量 切換器340的電流lD及其電壓VD。比較圖4及圖5，可以看出本發明的切換 損失遠小於公知技術的切換損失。由上述說明可知，在本發明中，當所述變壓器330的電壓大於崩潰電壓 VzD2時，所述電壓反饋電路360使所述切換器340進入關閉狀態，而減少切 換損失。當所述變壓器330的電壓繼續上升而大於崩潰電壓Vzm時，所述電 壓反饋電路360加速讓第一電晶體Ql進入飽和區，進而加速所述切換器340 進入關閉狀態，以降低切換損失。故本發明技術可較公知技術降低切換損失， 達到節省能源及提高轉換效率的目的。上述較佳具體實施例僅為了方便說明而舉例而已，本發明所主張的權利 範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
權利要求
1. 一種將交流電壓轉換成直流電壓的系統，其用以將交流電壓轉換成為具有特定電壓值的直流電壓，其特徵在於，所述系統包括整流器，連接至主要電源供應裝置，以將所述主要電源供應裝置輸出的交流電壓整流為過渡直流電壓；濾波器，連接至所述整流器，以濾除所述過渡直流電壓中的噪聲，並產生濾波直流電壓；變壓器，連接至所述濾波器，以將所述濾波直流電壓轉換成工作直流電壓；切換器，連接至所述變壓器，所述切換器具有開啟狀態及關閉狀態，以控制流經所述變壓器的電流；切換器控制電路，連接至所述切換器，以控制所述切換器處於所述開啟狀態及或所述關閉狀態；以及電壓反饋電路，連接至所述變壓器及所述切換器控制電路，所述電壓反饋電路依據所述變壓器的電壓驅動所述切換器控制電路，以降低所述切換器的切換損失。
2. 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，還包括 電流檢測電路，連接至所述切換器及所述切換器控制電路，所述電流檢測電路依據所述切換器的電流驅動所述切換器控制電路，以控制所述切換器 處於所述開啟狀態及或所述關閉狀態。
3. 根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，還包括箝位電路，連接至所述變壓器及所述濾波器，以將所述變壓器的次級線 圈電壓箝位至特定值。
4. 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述電壓反饋電路系由第 一二極體、第一齊納二極體、第二齊納二極體、第一電容、以及第一至第七 電阻組成。
5. 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述整流器由第二至第五 二極體組成。
6. 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述濾波器為巴特沃斯濾 波器。
7. 根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述巴特沃斯濾波器由第 八電阻、第二電容、第三電容、以及第一電感組成。
8. 根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述切換器控制電路由第 六二極體、第九至第十三電阻、第四及第五電容、及第一及第二電晶體組成。
9. 根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述電流檢測電路由第七 二極體、第八二極體、第十四至第十七電阻、第六電容、以及第七電容組成。
10. 根據權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述箝位電路由第九二 極管、第十八電阻、以及第八電容組成。
全文摘要
本發明提出一種將交流電壓轉換成直流電壓的系統，其用以將交流電壓轉換成為具有特定電壓值的直流電壓。所述系統包括整流器、濾波器、變壓器、切換器、切換器控制電路和電壓反饋電路；整流器連接至主要電源供應裝置以將交流電壓整流為過渡直流電壓，濾波器濾除所述過渡直流電壓中的噪聲並產生濾波直流電壓，變壓器將所述濾波直流電壓轉換成工作直流電壓，切換器具有開啟狀態及關閉狀態，以控制流經變壓器的電流，切換器控制電路控制所述切換器處於開啟狀態及或關閉狀態，電壓反饋電路依據變壓器的電壓驅動所述切換器控制電路，以降低所述切換器的切換損失。因此，本發明技術可較公知技術降低切換損失，達到節省能源及提高轉換效率的目的。
文檔編號H02M3/24GK101277063SQ20071008908
公開日2008年10月1日 申請日期2007年3月29日 優先權日2007年3月29日
發明者周劍檸 申請人:元宏國際股份有限公司