湧入電流控制器的製作方法
2023-09-16 01:19:45 1
專利名稱：湧入電流控制器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種可降低串接限流電阻的功率損耗或熱量產生的湧入電流控制器。
習知的主電力整流電路一般採用大電容作整流之用。而在交流電力剛供應至此整流電路時，通常會有一個相當大的充電電流(稱為湧入電流)流經此大電容，且此充電電流的大小與跨過電力主線的瞬間電壓相關。此湧入電流若不經適當的限流，通常會高達數百安培，造成輸入連接器、保險絲、電力開關或整流器的損壞。
習知的控制湧入電流的裝置設立一電阻與輸入電路串接。為了限制湧入電流在一安全值之內，串接電阻的阻值通常要很大，而此大電阻值的串接電阻在電力系統正常運作時會浪費功率且產生不必要的熱量。
另一種控制湧入電流的方式是使用具有負電阻係數的電阻，即NTC電阻。在一般正常的環境溫度下，NTC電阻具有高電阻值，當環境溫度變高時，NTC電阻的阻值會下降。然而此種方式並不能有效解決湧入電流的問題，首先，NTC電阻須維持在一個高溫下以使其電阻值降低，因此無可避免會產生熱功率損失。再者，NTC電阻加熱後需要一段時間才能冷卻下來。如果在NTC電阻仍然保持在高溫狀態時交流電源打開，則湧入電流仍無法抑制。
還有一種控制湧入電流的方式是使用一定時開關，在交流電源啟動後，使湧入電流限流電阻旁路。而在交流電源切斷後，此定時開關亦會關閉。通常在交流電源切斷後，內部直流電力的電壓下降，此定時開關亦即關閉。然而此種方式亦有NTC電阻所遇到的問題，定時開關需要一段特定時間以回復到斷路狀態，因此交流電源切斷後無法立即連上。否則湧入電流限流電阻亦處在旁路狀態且後續的湧入電流無法抑制。
本實用新型的目的是提供一種湧入電流控制器，以解決或至少減輕上述問題。
為達到此目的，本實用新型採用以下技術方案一種湧入電流控制器，包括一主電力整流電路，此主電力整流電路的輸出迴路中串接一限制湧入電流的限流電阻，其特徵在於所述主電力整流電路的輸入端與限流電阻的後端之間並接一可自動偵測湧入電流且在湧入電流低於一預定值時可以隔離所述限流電阻的感測電路，該感測電路由驅動電路、檢測及觸發電路串聯構成。
所述驅動電路包括由兩個整流二極體構成的全波電路，各整流二極體的陽極和陰極分別接一穩壓管和升壓電容，各穩壓管的另端和各升壓電容的另端分別接所述主電力整流電路的一個輸入端，各整流二極體的陰極還正向連接一隔離二極體，兩個隔離二極體的陰極並接後接至檢測及觸發電路的直流電源輸入端；所述檢測及觸發電路由電晶體和一對可控矽構成，電晶體的直流電源輸入接自驅動電路的輸出，電晶體的輸出接各可控矽的觸發端，各可控矽的陽極分別接所述主電力整流電路的一個輸入端，各可控矽的陰極接至所述限流電阻的後端。
所述限流電阻為一負電阻係數的電阻。
本實用新型湧入電流控制器用於具有一串接限流電阻的主電力整流電路，在湧入電流低於某一特定值或在輸入電壓的上升率小於某一特定值的時候，可以隔絕此限流電阻。湧入電流控制器的驅動電路，可使得在每一導通周期之前觸發每一矽控整流電路，以避免雜訊產生。
本實用新型的湧入電流控制器在湧入電流低於某一特定值或在輸入電壓的上升率小於某一特定值的時候，可以旁路限流電阻，降低功率損失及過熱，因此極具產業上的實用價值。
為能對本實用新型的目的、形狀、構造、特徵及其功效做更進一步了解，茲舉實例配合附圖詳細說明如下
圖1為本實用新型的電路圖。
較佳具體實例詳細說明請參考圖1。本實用新型包括一由全波整流器BR1及電容器C1構成的主電力整流電路，其輸出迴路中串接一NTC電阻RT1，以對湧入電流限流，否則此湧入電流可能會破壞此主電力整流電路。如前所述，此串接的NTC電阻RT1可以在一般環境溫度時對湧入電流限流，而在較高溫度或正常操作溫度時，其電阻值會下降，以不致於對正常操作的電流限流。但此電阻RT1不可避免的會浪費功率且產生廢熱。
本實用新型的特徵是在主電力整流電路的輸入端與限流電阻RT1的後端之間並接一可自動偵測湧入電流且在湧入電流低於一預定值時可以隔離限流電阻RT1的感測電路，該感測電路由驅動電路、檢測及觸發電路串聯構成。
驅動電路包括由兩個整流二極體D1和D2構成的全波電路，整流二極體D1的陽極和陰極分別接一穩壓管Z1(Z2)和升壓電容C2(C3)，整流二極體D2的陽極和陰極分別接一穩壓管Z2和升壓電容C3，各穩壓管的另端和各升壓電容的另端分別接主電力整流電路的一個輸入端，整流二極體D1的陰極正向連接一隔離二極體D3，整流二極體D2的陰極正向連接隔離二極體D4，兩個隔離二極體的陰極並接後接至檢測及觸發電路的直流電源輸入端。
檢測及觸發電路由電晶體Q1和一對可控矽SCR1、SCR2構成，Q1的直流電源輸入接自驅動電路的輸出，Q1的輸出分別經R5和C4、R6和C5構成的兩個觸發電路接各可控矽的觸發端，各可控矽的陽極分別接主電力整流電路的一個輸入端，各可控矽的陰極接至限流電阻RT1的後端。
當湧入電流在開關啟動後且穩定到一可忽略的值時，SCR1及SCR2會循環地自動與電阻RT1並聯。因此電阻RT1上沒有電流流過，不致造成功率損失。在正常操作期間，此電阻RT1可以冷卻或是保持在冷卻狀態，以保持在適於抑制下一湧入電流的狀態(例如在下一次開關啟動時)。
當湧入電流大於一預定值，使得電阻RT1有一預定電位降時，Q1的射極電位也隨之降低，其基極-射極經由電阻R2、R3構成的分壓電路而獲得順向偏壓，使電晶體Q1導通。Q1導通時，SCR1及SCR2無法導通以使電阻RT1旁路。
在電源開關打開或插頭插上時，線電壓會急劇上升，湧入電流因此產生。在正常狀況下，線電壓會循環上升且呈現緩變的正弦波波形。上述的電路可以區分正常的正弦波電壓及較為急劇的電壓上升或是下降。如果考慮正半個周期，SCR1導通時，約1伏電壓跨過電容器C4，及電阻R4及R5。電容C4提供輸入電壓VI的時間延遲。如果輸入電壓VI上升非常迅速，跨過電容器C4的電壓在電晶體Q1導通前不會到達1伏。因此在dVI/dt之值很大時(典型的湧入電流狀況)，SCR1不會造成電阻RT1的旁路或是隔絕(SCR2依同樣方式亦不會造成RT1的旁路或是隔絕)。在輸入電壓VI上升較慢時，跨過電容器C4的電壓可以跟隨輸入電壓VI，且其跟隨誤差為Vc4≈Vx-Verr其中Verr＝dVx/dt*TC，Vx為RT1的電壓加上電容C2上的電壓，在有大的湧入電流狀況下，輸入電壓VI＝VRT1＝VX(因VRT1＞＞Vc2)；時間常數TC＝(R4+R5//R6)*(C4+C5)R5//R6＝R5*R6/(R5+R6)在Vx＝Vxk之時，電晶體Q1會導通，Vxk為使Q1導通所需的Vx臨界電壓Vxk≈Vbe(on)*(R2+R3)/R3臨界值dVx/dt，即RT1上的電壓變化率mk用來鑑別SCR是否會被驅動mk≈[Vxk-Vg(on)]/TC≈Vxk/TC其中Vg(on)是矽控整流電路SCR的導通電壓，大約為1伏，此值經設計遠較Vxk為小。
然而SCR需要花一段時間來導通，且在SCR觸發端處的觸發電路RC元件會使這個延遲問題惡化。如果SCR必需在其主體端點即陽極至陰極間達到數伏電壓後才能導通，則會引起相當大且不為人接受的寬頻雜訊。
本實用新型的驅動電路可解決此問題電容器C2及C3經由一調節及整流電路充電到10伏，且其方向可以使二極體D3及D4正向偏壓，電容器C2及C3的電壓堆疊在相對應的交流輸入線電壓上。依此方式，在任何時間，SCR所承受的電壓會比交流輸入線電壓高約10伏左右，因此SCR可以被偏壓到一個隨時可導通的狀態。此10伏的偏移電壓使SCR可以較預定正向偏壓時間略微超前而導通。下面僅以C2充電過程為例說明C2在交流輸入電壓負半周的期間先被充電至10V，隨後C2又通過D3放電，此電流經R4和R5對C4充電，C4被充電至觸發電壓，一旦當交流輸入電壓由負半周轉為正半周時刻，SCR1將會因具備導通條件而立即導通，故不會產生寬頻雜訊。上述調節及整流電路由電阻R1、齊納二極體Z1及Z2、二極體D1及D2構成，改變R1、Z1及Z2的值，即可調節電容器C2及C3上所充電壓數值。
上面所述的電路使用一串接的NTC電阻RT1，也可以使用一定值的電阻串接，以與一感測或控制電路共同使用以抑制湧入電流、降低功率損失及過熱。除此之外，藉由驅動一對可矽控整流電路SCR可以降低雜訊，並可以在每一導通周期旁路或是隔絕串接電阻。
以上所述僅為本實用新型的較佳具體實施例，但本實用新型的構造並不局限於此，任何熟悉此項技藝者在本實用新型的領域內所實施的變化或修飾皆被涵蓋在本實用新型的專利範圍內。
權利要求1.一種湧入電流控制器，包括一主電力整流電路，此主電力整流電路的輸出迴路中串接一限制湧入電流的限流電阻，其特徵在於所述主電力整流電路的輸入端與限流電阻的後端之間並接一可自動偵測湧入電流且在湧入電流低於一預定值時可以隔離所述限流電阻的感測電路，該感測電路由驅動電路、檢測及觸發電路串聯構成。
2.如權利要求1所述的湧入電流控制器，其特徵在於所述驅動電路包括由兩個整流二極體構成的全波電路，各整流二極體的陽極和陰極分別接一穩壓管和升壓電容，各穩壓管的另端和各升壓電容的另端分別接所述主電力整流電路的一個輸入端，各整流二極體的陰極還正向連接一隔離二極體，兩個隔離二極體的陰極並接後接至檢測及觸發電路的直流電源輸入端；所述檢測及觸發電路由電晶體和一對可控矽構成，電晶體的直流電源輸入接自驅動電路的輸出，電晶體的輸出接各可控矽的觸發端，各可控矽的陽極分別接所述主電力整流電路的一個輸入端，各可控矽的陰極接至所述限流電阻的後端。
3.如權利要求1所述的湧入電流控制器，其特徵在於所述限流電阻為一負電阻係數的電阻。
4.如權利要求1-3之一所述的湧入電流控制器，其特徵在於所述感測電路包含一對可控矽整流電路，可以依序與所述限流電阻並聯，以在每一周期中，在湧入電流低於預定值之時，可以隔離所述限流電阻。
專利摘要本實用新型包括一主電力整流電路,其輸出迴路中串接一限制湧入電流的限流電阻,其特徵在於:主電力整流電路的輸入端與限流電阻的後端之間並接一可自動偵測湧入電流且在湧入電流低於一預定值時可以隔離限流電阻的感測電路,該感測電路由驅動電路、檢測及觸發電路串聯構成。本實用新型在湧入電流低於某一特定值或在輸入電壓的上升率小於某一特定值的時候,可以旁路限流電阻,降低功率損失及過熱,因此極具產業上的實用價值。
文檔編號H02H9/02GK2405365SQ9925797
公開日2000年11月8日 申請日期1999年12月27日 優先權日1999年12月27日
發明者謝萬成 申請人:栢怡電子有限公司