漏電流減小電路和使用該電路的電源的製作方法
2023-05-13 00:48:46
專利名稱：漏電流減小電路和使用該電路的電源的製作方法
技術領域：
本發明涉及漏電流減小電路和採用漏電流減小電路的電源，特別涉及能夠減小開關電源漏電流的漏電流減小電路。
AC適配器被廣泛用於電子裝置的電源，特別是如筆記本計算機的可攜式電子裝置。AC適配器通常包括一個作為防護EMI(電磁幹擾)元件的電容器Y。電子裝置的電震問題主要來源於兩個因素漏電流和輸入電壓。如果我們假設輸入電壓是常數，漏電流由Y電容器的電容量確定。當減小Y電容器的電容量時，漏電流變得較小，因此，對於電子裝置用戶的電震也變得較小。為了把漏電流減小到可忽略電震的程度，必須把Y電容器的電容量減小到很低程度。如果把電容量減小到很低程度，那麼，防護EMI就變得不完全。因此，在這種情況下，為減小漏電流和電震問題，Y電容器的電容量不能夠減的很多。
圖1是採用Y電容器的常規AC適配器的電路圖。圖1所示的作為逆向型(逆向變換器)的開關電源的AC適配器104A包括整流器41(整流器由二極體橋構成)、平流電容器42、變壓器43、整流器44(由二極體構成)、平流電容器45、控制器46、開關單元47、Y電容器5。來自AC插座6的商業AC電源通過AC電纜7供電給AC適配器104A。
AC輸入由整流器41整流，整流器41的整流輸出由平流電容器42平流，因此，首先進行了輸入AC電壓到DC電壓的轉換。通過開關單元47的開-關動作，DC電壓再一次被轉換成為AC電壓，AC電壓被供給到變壓器43的初級線圈。開關單元47的開-關東做作由控制器46控制。
在變壓器43的次級線圈獲得的AC電壓再一次由整流器44和平流電容器45轉換成為DC電壓。上述操作獲得的DC電壓通過DC輸出線8供電給筆記本計算機9。防護EMI的Y電容器5插在變壓器43的次級端的地線13和變壓器初級端的整流器41的中點。
在每一個電子裝置中，等效於Y電容器5的元件自然引起漏電流。因此，當AC插座6的電壓是AC120V是，大約AC60V的電壓差呈現在筆記本計算機9的金屬部分11和地16之間，因此，與Y電容器5的電容量成比例並取決於金屬部分11和地16之間電阻的漏電流通過金屬部分11和地16之間(既，通過用戶的筆記本計算機9)。當用戶(圖1所示的等效電阻12)正觸摸筆記本計算機9的金屬部分時，存在一種可能性，既，大約100μA的漏電流通過用戶。這樣低的漏電流對用戶是安全的，但是，也存在用戶感到電震的情況。
圖2是另一個常規AC適配器的電路圖。圖2所示的AC適配器104B是一種逆向型的開關電源(逆向變換器)，包括兩個Y電容器。也在圖2所示的例子中，大約AC60V的電壓差呈現在筆記本計算機的金屬部分11和地16之間，存在一種可能性，既，接觸金屬部分11的用戶感覺到電震。
圖3是另一個常規AC適配器的電路圖。圖3所示的AC適配器104C是一種RCC型的開關電源(RCC變換器)。與圖1所示的常規逆向型AC適配器104A比較，圖3所示的AC適配器104C在變壓器43的初級端有不同的結構。
圖4是另一個常規AC適配器的電路圖。圖4所示的AC適配器104D是一種RCC型(RCC變換器)的開關電源，包括兩個Y電容器。
圖5是另一個常規AC適配器的電路圖。圖5所示的AC適配器104E是一種前向型的開關電源(前向變換器)。與圖1所示的常規逆向型AC適配器104A比較，圖5所示的AC適配器104E在變壓器43的次級端有不同的結構。
圖6是另一個常規AC適配器的電路圖。圖6所示的AC適配器104F是一種前向型(前向變換器)的開關電源，包括兩個Y電容器。
同樣，在圖3至圖6的例子中，大約AC60V的電壓差呈現在筆記本計算機9的金屬部分11和地16之間，存在一種可能性，既，接觸金屬部分11的用戶感覺到電震。
漏電流的最大允許程度已經由UL(保險商試驗所)確定，低於最大允許程度的漏電流一般被認為是安全的。但是，近年來發表了一些報告，即使漏電流是在最大允許範圍內，某些用戶也感覺帶電震。因此，要求不犧牲EMI保護能力而減小或消除電震。
為滿足該要求，通常採用3-端AC輸入接地。圖7是採用3-端AC輸入和接地的常規逆向型AC適配器的電路圖，在該圖中，與圖1相同的參考符號表示相同或對應圖1的部分，因此，為簡化描述省略了重複的描述。在圖7所示的例子中，AC插座6由包括已經接地的GND埠的三端構成。通過使用接地線，通過把AC適配器104G的GND(接地)埠連接到AC插座6的GND埠消除電震。
但是，在大多數情況下，普通房子和辦公室使用的AC插座6隻具有兩埠結構，因此，GND埠接地是很困難的。即使AC6插座提供了GND埠，自由攜帶的可攜式電子裝置(筆記本計算機)也不能使用接地線連接到GND埠。另一方面，如果總是要求可攜式電子裝置使用接地線連接到GND埠，則必須犧牲便攜性，並損害了可攜式電子裝置的優點和商業價值。
本發明的目的是提供一種漏電流減小電路和使用該漏電流減小電路的電源，使用漏電流減小電路或電源可以減小電子裝置的漏電流和電震的問題，而沒有破壞電子裝置的便攜性和EMI防護能力。
按照本發明的第一方面，為電源提供了漏電流減小電路，該電源轉換輸入AC電壓到DC電壓，並間歇地把DC電壓供給到變壓器的初級端，把變壓器的次級端上獲得的AC電壓轉換成為DC電壓，並輸出獲得的DC電壓。漏電流減小電路包括第一電容器、第二電容器、第三電容器。第一電容器和第二電容器串聯連接在兩條AC輸入線之間，兩條AC輸入線連接到電源的輸入AC電纜，以便分壓輸入AC電壓。用於防護EMI(電磁幹擾)的第三電容器放置在變壓器的次級端上的接地線和第一電容器和第二電容器間的連接點之間。第二電容器的電容量大於第一電容器的電容量，具有大電容量的第二電容器連接到兩條AC輸入線之一，該條AC輸入線連接到輸入AC電纜的零線。
按照本發明的第二方面，第一電容器和第二電容器之間的電容量比是1∶10。
按照本發明的第三方面，在逆向型電源中採用漏電流減小電路。
按照本發明的第四方面，在RCC型電源中採用漏電流減小電路。
按照本發明的第五方面，在前向型電源中採用漏電流減小電路。
按照本發明的第六方面，在電源中採用漏電流減小電路用於可攜式電子裝置。
按照本發明的第七方面，電源轉換輸入AC電壓為DC電壓，間歇地把DC電壓供給到變壓器的初級端，把變壓器次級端獲得的AC電壓轉換成DC電壓，輸出獲得的DC電壓，包括第一電容器和第二電容器，第一電容器和第二電容器串聯連接在兩條AC輸入線之間，兩條AC輸入線連接到電源的輸入AC電纜，以便分壓輸入AC電壓。用於防護EMI(電磁幹擾)的第三電容器放置在變壓器的次級端上的接地線和第一電容器和第二電容器間的連接點之間。第二電容器的電容量大於第一電容器的電容量，具有大電容量的第二電容器連接到兩條AC輸入線之一，該條AC輸入線連接到輸入AC電纜的零線。
按照本發明的第八方面，第一電容器和第二電容器之間的電容量比是1∶10。
按照本發明的第九方面，電源是逆向型電源。
按照本發明的第十方面，電源是RCC型電源。
按照本發明的第十一方面，電源是前向型電源。
按照本發明的第十二方面，使用電源作為可攜式電子裝置的電源。
按照本發明的第十三方面，電源的輸入AC電纜具有一個在零線和火線之間識別的標記，以便，具有大電容量的第二電容器正確地連接到AC插座的零線端。
按照本發明的第十四方面，在電源的輸入AC電纜端的插頭具有一個在零線和火線之間識別的標記，以便，具有大電容量的第二電容器正確地連接到AC插座的零線端。
通過參考附圖進行的詳細描述，本發明的目的和特點將變得顯而易見。
圖1是使用Y電容器的常規逆向型AC適配器的電路圖。
圖2是另一個常規逆向型AC適配器的電路圖，在該圖中，兩個Y型電容器被加到圖1的常規逆向型AC適配器。
圖3是使用Y電容器的常規RCC型AC適配器的電路圖。
圖4是另一個常規RCC型AC適配器的電路圖，在該圖中，兩個Y型電容器被加到圖3的常規RCC型AC適配器。
圖5是使用Y電容器的常規前向型AC適配器的電路圖。
圖6是另一個常規前向型AC適配器的電路圖，在該圖中，兩個Y型電容器被加到圖5的常規前向型AC適配器。
圖7是使用3-埠AC輸入並接地的常規逆向型AC適配器的電路圖。
圖8是按照本發明第一實施例，使用漏電流減小電路作為電源的AC適配器的電路圖。
圖9是按照本發明第二實施例，使用漏電流減小電路作為電源的AC適配器的電路圖。
圖10是按照本發明第三實施例，使用漏電流減小電路作為電源的AC適配器的電路圖。
現在參考附圖，將詳細描述本發明的優選實施例。
圖8是按照本發明第一實施例，使用漏電流減小電路作為電源的AC適配器的電路圖。圖8所示的AC適配器4是逆向型(逆向變換器)開關電源。圖8的AC適配器包括整流器41(整流器由二極體橋構成)、平流電容器42、變壓器43、整流器44(由二極體構成)、平流電容器45、控制器46、開關單元47、用於EMI(電磁幹擾)防護的Y電容器5、類似於圖2所示的常規AC適配器104B的兩個附加的Y電容器2和3。來自AC插座6的商業AC電源通過AC電纜7供電給AC適配器4。類似於圖2所示的常規AC適配器104B，Y電容器2和3串聯連接在連接到輸入AC電纜7的兩條AC線之間，Y電容器2和3之間的連接點被連接到Y電容器5的初級端電極，Y電容器5的次級端電極連接到變壓器43的次級端上的接地線13。
在第一實施例的AC適配器4中，Y電容器3的電容量必須大於Y電容器2的電容量，具有大電容量的Y電容器3必須連接到AC插座6的零線端。因此，具有小電容量的Y電容器2連接到AC插座6的火線埠。
例如，Y電容器2和3的電容量比被設置為1∶10。以便，Y電容器3將被正確定連接到AC插座6的零線端，標記(用於識別零線和火線)被放置在AC電纜7上或AC電纜7端點的插頭上。用於零線端(AC 0V)的AC插座6的開口通常大於火線端(AC 120V)的開口，因此，在AC電纜7或插頭上看到標記的AC適配器的用戶可以容易地進行AC適配器4的正確連接。
AC適配器4通過AC適配器4的DC輸出線8連接到筆記本計算機9，因此，變壓器43的次級端上的接地線13通過DC數出線8連接到筆記本計算機9的金屬部分11和GND(接地)埠10。當用戶(等效圖8所示的電阻12)正在接觸筆記本計算機的金屬部分時，較小的電壓差發生在金屬部分11和地16之間，因此，很小的漏電流通過用戶。
下面將詳細描述第一實施例的AC適配器的操作。
AC插座6的輸入AC電壓由整流器41整流，整流器41的整流輸出由平流電容器42平流，因此，首先進行了輸入AC電壓到DC電壓的轉換。DC電壓再一次由開關單元47的開-關動作轉換成AC電壓，然後，AC電壓被供給到變壓器43的初級線圈。開關單元47的開-關動作由控制器46控制。
在變壓器43次級線圈上獲得的AC電壓再一次由整流器44和平流電容器45轉換成為DC電壓。上述操作獲得的DC電壓通過DC輸出線8供電給筆記本計算機9。
由於Y電容器2和Y電容器3之間的電容量差，AC輸入電壓被分壓，因此，減少了加到Y電容器5的電壓。例如，在輸入電壓是AC 120V的情況下，Y電容器2兩端之間的電壓差大約是AC 109V，Y電容器3兩端之間的電壓差大約是AC 10.9V(省略標準計算的描述)，因此，大約AC 10.9V的AC電壓被加到Y電容器5的初級端電極。因此，筆記本計算機9的金屬部分和地16之間的電壓差大約是AC 10.9V，而在圖2的常規AC適配器104B的電壓差大約是AC 60V。通過減少(這個例子是1/6)筆記本計算機9的金屬部分11和地16之間的電壓差，筆記本計算機9的電震問題可以消除或大大減小。
如上所述，根據本發明第一實施例的漏電流減小電路和電源，電子裝置(例如，筆記本計算機9)的金屬部分11和地16之間的電壓差大大減小了(例如，1/6)，因此，電子裝置的電震問題可以消除或大大減小。
通過本實施例可以減小電震問題，而沒有犧牲EMI防護能力，並且不需要把AC適配器4固定連接到三端AC插座的GND端，因此，可以獲得減小電震而沒有破壞電子裝置的便攜性和EMI防護能力。
圖9是按照本發明第二實施例，使用漏電流減小電路作為電源的AC適配器的電路圖。在圖9中，與圖8相同的參考符號表示與圖8相同或對應部分，因此，為簡化描述省略了重複部分。圖9所示的AC適配器4A是作為RCC型(RCC變換器)開關電源。在變壓器43的初級端上，與圖8的逆相形AC適配器4具有不同結構的圖9的AC適配器4A包括開關電晶體50、電阻51和52、代替開關單元47的二極體53、圖8的逆向型AC適配器4的控制器46。
類似於第一實施例的AC適配器4，Y電容器2和3串聯連接在連接到輸入AC電纜7的兩條AC輸入線之間，Y電容器2和3之間的連接點連接到Y電容器5的初級端電極。Y電容器5的次級端電極連接到變壓器43的次級端上的接地線13。
同樣，在第二實施例的AC適配器4A中，Y電容器3的電容量必須大於Y電容器2的電容量，具有大電容量的Y電容器3必須連接到AC插座6的零線埠。例如，Y電容器2和3之間的電容量比是1∶10。為把Y電容器3正確連接到AC插座6的零線埠，在AC電纜7上或AC電纜7的端點上的插頭放置標記(用於分辨零線和火線)。
下面詳細描述第二實施例的AC適配器4A的操作。
AC插座6的輸入AC電壓由整流器41整流，整流器41的整流輸出由平流電容器42平流，因此，首先進行了輸入AC電壓到DC電壓的轉換。DC電壓再一次由開關電晶體50的開-關動作轉換成AC電壓，然後，AC電壓被供給到變壓器43的初級線圈。
在變壓器43次級線圈上獲得的AC電壓再一次由整流器44和平流電容器45轉換成為DC電壓。上述操作獲得的DC電壓通過DC輸出線8供電給筆記本計算機9。
同樣，在第二實施例中，由於Y電容器2和Y電容器3之間的電容量差，AC輸入電壓被分壓，因此，減少了加到Y電容器5的電壓。例如，在輸入電壓是AC 120V的情況下，Y電容器2兩端之間的電壓差大約是AC 109V,Y電容器3兩端之間的電壓差大約是AC 10.9V，因此，大約AC 10.9V的AC電壓被加到Y電容器5的初級端電極。因此，筆記本計算機9的金屬部分和地16之間的電壓差大約是AC 10.9V，而在圖4的常規AC適配器104D的電壓差大約是AC 60V。通過減少(這個例子是1/6)筆記本計算機9的金屬部分11和地16之間的電壓差，筆記本計算機9的電震問題可以消除或大大減小。
如上所述，同樣，根據本發明第二實施例的漏電流減小電路和電源，電子裝置(例如，筆記本計算機9)的金屬部分11和地16之間的電壓差大大減小了(例如，1/6)，因此，電子裝置的電震問題可以消除或大大減小。可以獲得減小電震而沒有破壞電子裝置的便攜性和EMI防護能力。
按照本發明第三實施例，圖10是使用漏電流減小電路作為電源的AC適配器的電路圖。在圖10中，與圖8相同的參考符號表示與圖8相同或對應部分，因此，為簡化描述省略了重複部分。圖10所示的AC適配器4B是作為前向型(前向變換器)開關電源。在變壓器43的初級端上，與圖8的逆相形AC適配器4具有不同結構的圖10的AC適配器4B還包括變壓器43次級端的扼流圈60和二極體61。
類似於第一實施例的AC適配器4,Y電容器2和3串聯連接在連接到輸入AC電纜7的兩條AC輸入線之間，Y電容器2和3之間的連接點連接到Y電容器5的初級端電極。Y電容器5的次級端電極連接到變壓器43的次級端上的接地線13。
同樣，在第三實施例的AC適配器4B中，Y電容器3的電容量必須大於Y電容器2的電容量，具有大電容量的Y電容器3必須連接到AC插座6的零線埠。例如，Y電容器2和3之間的電容量比是1∶10。為把Y電容器3正確連接到AC插座6的零線埠，在AC電纜7上或AC電纜7的端點上的插頭放置標記(用於分辨零線和火線)。
下面詳細描述第三實施例的AC適配器4B的操作。
AC插座6的輸入AC電壓由整流器41整流，整流器41的整流輸出由平流電容器42平流，因此，首先進行了輸入AC電壓到DC電壓的轉換。DC電壓再一次由開關單元47的開-關動作轉換成AC電壓，然後，AC電壓被供給到變壓器43的初級線圈。開關單元47的開關動作由控制器46控制。
在變壓器43次級線圈上獲得的AC電壓再一次由整流器44、扼流圈60、二極體61和平流電容器45轉換成為DC電壓。上述操作獲得的DC電壓通過DC輸出線8供電給筆記本計算機9。
同樣，在第三實施例中，由於Y電容器2和Y電容器3之間的電容量差，AC輸入電壓被分壓，因此，減少了加到Y電容器5的電壓。例如，在輸入電壓是AC 120V的情況下，大約AC 10.9V的AC電壓被加到Y電容器5的初級端電極，筆記本計算機9的金屬部分和地16之間的電壓差大約是AC 10.9V，而在圖6的常規AC適配器104E的電壓差大約是AC 60V。通過減少(這個例子是1/6)筆記本計算機9的金屬部分11和地16之間的電壓差，筆記本計算機9的電震問題可以消除或大大減小。
如上所述，同樣，根據本發明第三實施例的漏電流減小電路和電源，電子裝置(例如，筆記本計算機9)的金屬部分11和地16之間的電壓差大大減小了(例如，1/6)，因此，電子裝置的電震問題可以消除或大大減小。可以獲得減小電震而沒有破壞電子裝置的便攜性和EMI防護能力。
如上所述，根據本發明的漏電流減小電路和電源，電子裝置(使用漏電流減小電路互電源)的金屬部分11和地16之間的電壓差大大減小了，因此，電子裝置的電震問題可以消除或大大減小。
可以減小電震問題而不犧牲EMI防護能力，並不需要把電源固定連接到三埠AC插座的GND埠，因此，可以獲得減小電震而沒有破壞電子裝置的便攜性和EMI防護能力。
當Y電容器2和3之間的電容量比是1∶10時，在上述實施例中獲得了減小電震問題和防護EMI，只要Y電容器3的電容量大於Y電容器2的電容量，電容量比可以適當變化。Y電容器2和3的實際電容量值應當適當設置，以便Y電容器2和3的尺寸不必要太大，這樣可以確保EMI的防護能力。
本發明已經參考特殊的實施例進行了描述，但未局限於這些實施例，保護範圍由所附權利要求確定。應當理解，本領域技術人員在沒有脫離本發明的範圍和精神內，可以改變和修改實施例。
權利要求
1．一種漏電流減小電路，電源轉換輸入AC電壓到DC電壓，並間歇地把DC電壓供給到變壓器的初級端，把變壓器的次級端上獲得的AC電壓轉換成為DC電壓，並輸出獲得的DC電壓，其特徵在於漏電流減小電路包括第一電容器和第二電容器，第一電容器和第二電容器串聯連接在兩條AC輸入線之間，兩條AC輸入線連接到電源的輸入AC電纜，以便分壓輸入AC電壓；第三電容器，用於防護EMI(電磁幹擾)，該電容器放置在變壓器的次級端上的接地線和第一電容器和第二電容器間的連接點之間；第二電容器的電容量大於第一電容器的電容量，具有大電容量的第二電容器連接到兩條AC輸入線之一，該條AC輸入線連接到輸入AC電纜的零線。
2．按權利要求1所述的漏電流減小電路，其特徵在於第一電容器和第二電容器之間的電容量比是1∶10。
3．按權利要求1所述的漏電流減小電路，其特徵在於電源是逆向型電源。
4．按權利要求1所述的漏電流減小電路，其特徵在於電源是RCC型電源。
5．按權利要求1所述的漏電流減小電路，其特徵在於電源是前向型電源。
6．按權利要求1所述的漏電流減小電路，其特徵在於電源是用於可攜式電子裝置的電源。
7．一種電源，電源轉換輸入AC電壓為DC電壓，間歇地把DC電壓供給到變壓器的初級端，把變壓器次級端獲得的AC電壓轉換成DC電壓，輸出獲得的DC電壓，包括第一電容器和第二電容器，第一電容器和第二電容器串聯連接在兩條AC輸入線之間，兩條AC輸入線連接到電源的輸入AC電纜，以便分壓輸入AC電壓；第三點容器，用於防護EMI(電磁幹擾)，該電容放置在變壓器的次級端上的接地線和第一電容器和第二電容器間的連接點之間；第二電容器的電容量大於第一電容器的電容量，具有大電容量的第二電容器連接到兩條AC輸入線之一，該條AC輸入線連接到輸入AC電纜的零線。
8．按權利要求7所述的電源，其特徵在於第一電容器和第二電容器之間的電容量比是1∶10。
9．按權利要求7所述的電源，其特徵在於電源是逆向型電源。
10．按權利要求7所述的電源，其特徵在於電源是RCC型電源。
11．按權利要求7所述的電源，其特徵在於電源是前向型電源。
12．按權利要求7所述的電源，其特徵在於電源被用作為可攜式電子裝置的電源。
13．按權利要求7所述的電源，其特徵在於電源的輸入AC電纜具有一個在零線和火線之間識別的標記，以便，具有大電容量的第二電容器正確地連接到AC插座的零線端。
14．按權利要求7所述的電源，其特徵在於在電源的輸入AC電纜端的插頭具有一個在零線和火線之間識別的標記，以便，具有大電容量的第二電容器正確地連接到AC插座的零線端。
全文摘要
在電子裝置的電源中,第一和第二Y電容器串聯連接在連接到電源的輸入AC電纜的兩條AC輸入線之間,以便分壓輸入電壓,用於防護EMI(電磁幹擾)的第三Y電容器放置在電源變壓器次級端的接地線上和第一和第二Y電容器間的連接點之間。第二Y電容器的電容量大於第一Y電容器的電容量,具有大電容量的第二Y電容器被連接到零線端AC輸入線,該線連接到AC插座的零線埠。本發明減小了電震問題而沒有破壞電子裝置的便攜性和EMI防護能力。
文檔編號H02H9/08GK1310502SQ01104088
公開日2001年8月29日 申請日期2001年2月22日 優先權日2000年2月23日
發明者常田善隆 申請人:日本電氣株式會社