CN101640407B - 电源转换装置与方法 - Google Patents

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Abstract

一种电源转换装置与方法，转换交流电压为直流电压而提供予负载，该电源转换方法包含下列步骤：接收交流电压，滤波交流电压而产生滤波电压；接收滤波电压，整流滤波电压而产生整流电压；提供大型电容，接收整流电压而产生输出电压；提供具有一次侧与二次侧的变压器，一次侧耦接大型电容而接收输出电压，二次侧产生直流电压并耦接负载；侦测交流电压，当交流电压的电压值大于预设值，使大型电容与交流电压之间呈现断路。

Description

电源转换装置与方法
技术领域
本发明有关一种电源转换装置与方法，特别是一种具有过电压保护的电源转换装置与方法。 
背景技术
具有电源转换装置(adapter)的电脑***(如：笔记本电脑)，通过电源转换装置接收交流电后，将属于交流电压的交流电转换为电脑***所需的直流电压。先前技术中，电子产品销售市场的反应，经常有电脑***中电源转换装置因损坏而遭退回的情况发生。经分析发现，大多为电源转换装置中的大型电容(bulk capacitor)烧毁，且大多数发生的地点，集中在配电***较不稳定且交流电较高的区域，例如：中国、印度等。由于电源转换装置须接收交流电，因此当交流电不稳定时，若所接收的交流电的电压值突然升高，而超过大型电容所能承受的耐压，便会造成大型电容的烧毁，进而使电源转换装置损坏。 
此外，当电源转换装置的电源插头与交流电插座连接时，由于插电的瞬间，大型电容处于短路状态，因此会有很高的侵入电流(inrush current)产生。由于插电瞬间产生了大电流值的侵入电流，因此使得火花于瞬间产生。如此，不仅容易令使用者感到危险，且电源转换装置的电源插头更会因火花而造成锈蚀，而损坏其电源插头。 
发明内容
有鉴于此本发明提出一种电源转换装置与方法。利用本发明所提出的装置与方法，当交流电电压过大时，停止交流电供应至电源转换装置，如此可解决因交流电的电压过高而造成大型电容(bulk capacitor)的烧毁。再者，当电源转换装置与交流电连接的一瞬间，避免让交流电于瞬间直接进入大型电容，如此可解决瞬间产生火花的问题。 
本发明提出一种电源转换装置(adapter)，转换交流电压为直流电压而提供予负载，该电源转换装置包含：滤波电路、整流电路、大型电容、变压器及过电压保护电路。滤波电路接收交流电压，滤波交流电压而产生滤波电压。整流电路耦接滤波电路，接收滤波电压，整流滤波电压而产生整流电压。大型电容耦接整流电路，接收整流电压而产生输出电压。变压器具有一次侧与二次侧，一次侧耦接大型电容而接收输出电压，二次侧产生直流电压并耦接负载。过电压保护电路耦接于滤波电路与大型电容之间，当交流电压的电压值大于预设值，过电压保护电路关闭，使大型电容与交流电压之间呈现断路，软启动电路，耦接于上述滤波电路与上述大型电容之间，用以缓升上述交流电压。 
本发明亦提出一种电源转换方法，转换交流电压为直流电压而提供予负载，包含下列步骤：接收交流电压，滤波交流电压而产生滤波电压；接收滤波电压，整流滤波电压而产生整流电压；提供大型电容，接收整流电压而产生输出电压；提供具有一次侧与二次侧的一变压器，一次侧耦接大型电容而接收输出电压，二次侧产生直流电压并耦接负载；侦测交流电压，当交流电压的电压值大于预设值，使大型电容与交流电压之间呈现断路；当上述交流电压启动初期，缓升上述交流电压。 
有关本发明的较佳实施例及其功效，兹配合附图说明如后。 
附图说明
图1所示为电源转换装置的第一实施例示意图。 
图2所示为电源转换装置的第二实施例示意图。 
图3所示为电源转换装置的第三实施例示意图。 
图4所示为电源转换装置的第四实施例示意图。 
图5所示为电源转换装置的第五实施例示意图。 
图6所示电源转换方法的流程图。 
具体实施方式
请参照图1，该图所示为电源转换装置的第一实施例示意图。本发明所提出的电源转换装置1转换交流电压为直流电压而提供予负载60，电源转换装 置1包含：滤波电路10、整流电路20、大型电容30、变压器40、过电压保护电路50。 
滤波电路10接收交流电所提供的交流电压，将交流电压滤波后产生滤波电压。其中，滤波电路10可为RC滤波器或LC滤波器等，但不以此为限。整流电路20耦接滤波电路10，接收滤波电路10所传送的滤波电压，经整流滤波电压后产生整流电压。其中，整流电路20可分为半波整流与全波整流，可利用二极管顺向电压导通而逆向电压截止的特性，达到整流的目的，但不以为限。 
大型电容(bulk capacitor)30耦接整流电路20，接收整流电路20所传送的整流电压，而产生输出电压。由于电容为储能元件，在整流电路20整流期间，亦即当整流电路20的二极管导通时，大型电容30会同时充电并储存电荷，此时若没有设置大型电容30，当整流电路20的二极管截止或电压降低时，所产生的电压便会随之降低，形成所谓的涟波电压而非平稳的直流电压。因此，通过大型电容30，当整流电路20的二极管截止或电压降低时，大型电容30便会进行放电，如此可减缓电压的下降。所以，电源转换装置(adapter)1中设置大型电容30，可用以减少涟波(ripple)对电路的影响，而获得平稳的输出电压，进而使传送至负载60的电压为一稳定的直流电压。 
变压器40具有一次侧42与二次侧44，一次侧42耦接大型电容30，二次侧44耦接负载60。变压器40接收大型电容30所产生的输出电压而产生负载60所需的直流电压。 
过电压保护电路(over voltage protection，OVP)50耦接滤波电路10与大型电容30之间，当交流电压的电压值大于预设值，过电压保护电路50便会关闭，使大型电容30与交流电压之间呈现断路。由此可知，过电压保护电路50位于变压器40的一次侧42，且主要用以保护大型电容30，使大型电容30不会因为交流电压的不稳定而突然升高，造成大型电容30的烧毁。此与一般已知技术中，过电压保护电路大多位于变压器的二次侧，而用以保护负载的方式有所不同。 
请参照图2为电源转换装置的第二实施例示意图。于此，过电压保护电路50可包含MOS晶体管开关52。其中，MOS晶体管开关52可为高压型MOS晶体管，如此可承受较高的电压，进而保护大型电容30。当交流电压的电压值小于预设值时，也就是处于正常状态下，MOS晶体管开关52为导通(turn on)，因此交流电压可顺利转换直流电压而提供给负载60。相对的，当交流电压突然升高使电压值大于预设值时，MOS晶体管开关52便会关闭(turnoff)，如此过高的交流电压便不会流至大型电容30，可确保大型电容30不会因过高的电压而被烧毁。其中，预设值可为大型电容30的最大耐压值，因此在交流电压的电压值超过大型电容30的最大耐压值之前，即可通过过电压保护电路50使大型电容30与交流电压之间呈现断路，达到保护大型电容30的功能。 
请参照图3为电源转换装置的第三实施例示意图。由于过电压保护电路50可耦接于滤波电路10与大型电容30之间，因此同时参照图1可知，于图1中过电压保护电路50一端耦接于整流电路20，另一端耦接于大型电容30。而于图3中过电压保护电路50一端耦接于滤波电路10，另一端耦接于整流电路20。上述两种不同的耦接方式，皆可达到由过电压保护电路50保护大型电容30的功能。 
请参照图4为电源转换装置的第四实施例示意图。于第四实施例中，还可包含：软启动电路70。于此，软启动电路70可耦接于滤波电路10与大型电容30之间，用以缓升交流电压。 
电源转换装置1连接交流电压的瞬间，所产生的输入电流等于交流电压除以输入路径上的等效阻抗(I＝V/R)。由于大型电容30在电源转换装置1连接交流电压的瞬间，几乎呈现短路状态，加上滤波电路10、整流电路20的阻抗值均很小，所以造成瞬间的输入电流很大，因而当电源转换装置1的电源插头与交流电插座(交流电压)连接时，容易在瞬间产生火花。因此，本发明提出在电源转换装置1中设置软启动电路70，于交流电压进入瞬间，其电压值能和缓的慢慢上升，如此便不会造成过大的输入电流于瞬间产生，进而可防止火花的发生。 
请参照图5为电源转换装置的第五实施例示意图。为了节省成本的支出，可将软启动电路70与过电压保护电路50互相耦合，简单的作法便是将MOS晶体管开关52耦合电容器72。由于MOS晶体管开关52如前所述，可在适当状态下完成导通与关闭两者间的切换，因此可达到过电压保护的功能。加上电容器72具有储存电荷的功能，在交流电压输入瞬间便会对电容器72进行缓慢的充电，配合MOS晶体管开关52，即可达到交流电压软启动(soft start)的功能，使交流电压平缓的上升。此外，于图5中也可发现整流电路20可为桥式整流器。 
请参照图6，该图所示为电源转换方法的流程图，该电源转换方法，转换交流电压为直流电压而提供予负载，包含下列步骤。 
步骤S10：接收交流电压，滤波交流电压而产生滤波电压。 
步骤S20：接收滤波电压，整流滤波电压而产生整流电压。 
步骤S30：提供大型电容，接收整流电压而产生输出电压。 
步骤S40：提供具有一次侧与二次侧的变压器，一次侧耦接大型电容而接收输出电压，二次侧产生直流电压并耦接负载。 
步骤S50：侦测交流电压，当交流电压的电压值大于预设值，使大型电容与交流电压之间呈现断路。于此步骤中还可包含下列步骤：提供MOS晶体管开关，耦接于交流电压与大型电容之间。当交流电压的电压值小于预设值时，MOS晶体管开关导通(turn on)；相对的，当交流电压的电压值大于预设值时，MOS晶体管开关闭(turn off)。于此，预设值可为大型电容的最大耐压值。 
除了上述步骤之外，还包含下列步骤：当交流电压启动初期，缓升交流电压。也就是说，让交流电压可以平缓的上升，而非启动初期就立刻爬升至额定值，如此可解决交流电压输入瞬间，容易产生火花的问题。 
虽然本发明的技术内容已经以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术人员，在不脱离本发明的精神所作些许的更动与润饰，都应涵盖于本发明的范畴内，因此本发明的保护范围当依权利要求书所界定的为准。 

Claims (13)

1.一种电源转换装置，转换交流电压为直流电压而提供予负载，其特征是，上述电源转换装置包含：
滤波电路，接收上述交流电压，滤波上述交流电压而产生滤波电压；
整流电路，耦接上述滤波电路，接收上述滤波电压，整流上述滤波电压而产生整流电压；
大型电容，耦接上述整流电路，接收上述整流电压而产生输出电压；
变压器，具有一次侧与二次侧，上述一次侧耦接上述大型电容而接收上述输出电压，上述二次侧产生上述直流电压并耦接上述负载；及
过电压保护电路，耦接于上述滤波电路与上述大型电容之间，当上述交流电压的电压值大于预设值，上述过电压保护电路关闭，使上述大型电容与上述交流电压之间呈现断路，及
软启动电路，耦接于上述滤波电路与上述大型电容之间，用以缓升上述交流电压。
2.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征是，上述过电压保护电路包含MOS晶体管开关。
3.根据权利要求2所述的电源转换装置，其特征是，上述MOS晶体管开关于上述交流电压的电压值小于上述预设值时导通，于上述交流电压的电压值大于上述预设值时关闭。
4.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征是，上述预设值为上述大型电容的最大耐压值。
5.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征是，上述过电压保护电路一端耦接于上述滤波电路，另一端耦接于上述整流电路。
6.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征是，上述过电压保护电路一端耦接于上述整流电路，另一端耦接于上述大型电容。
7.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征是，上述软启动电路包含电容器。
8.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征是，上述软启动电路与上述过电压保护电路互相耦合，包含MOS晶体管开关耦合电容器。
9.根据权利要求1所述的电源转换装置，其特征是，上述整流电路为桥式整流器。
10.一种电源转换方法，转换交流电压为直流电压而提供予负载，其特征是，上述电源转换方法包含下列步骤：
接收上述交流电压，滤波上述交流电压而产生滤波电压；
接收上述滤波电压，整流上述滤波电压而产生整流电压；
提供大型电容，接收上述整流电压而产生输出电压；
提供具有一次侧与二次侧的变压器，上述一次侧耦接上述大型电容而接收上述输出电压，上述二次侧产生上述直流电压并耦接上述负载；及
侦测上述交流电压，当上述交流电压的电压值大于预设值，使上述大型电容与上述交流电压之间呈现断路；及
当上述交流电压启动初期，缓升上述交流电压。
11.根据权利要求10所述的电源转换方法，其特征是，断开上述交流电压与上述大型电容间的线路的步骤，还包含下列步骤：
提供MOS晶体管开关，耦接于上述交流电压与上述大型电容之间。
12.根据权利要求11所述的电源转换方法，其特征是，上述电源转换方法还包含下列步骤：
当上述交流电压的电压值小于上述预设值时，上述MOS晶体管开关导通；及
当上述交流电压的电压值大于上述预设值时，上述MOS晶体管开关闭。
13.根据权利要求10所述的电源转换方法，其特征是，上述预设值为上述大型电容的最大耐压值。
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