CN111162683B - 一种电力转换电路及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种电力转换电路及其方法，该电力转换电路包括一第一市电接口、一第二市电接口、一取电模块以及一切相模块，该第一市电接口以及该第二市电接口耦接至一交流电，该取电模块耦接至该第一市电接口且包括一第一二极管以及一耦接至该第一二极管的第一充电电容，该取电模块从该第一市电接口接收该交流电而输出一输出电压，该切相模块包括一驱动模块以及一受该驱动模块控制的开关组件，该驱动模块耦接至该取电模块并取得一采样电压，并根据该采样电压使得该开关组件的一导通时间的至少一部份位于该交流电的正半周期。

Description

一种电力转换电路及其方法
技术领域
本发明有关一种电力转换电路及其方法，尤指一种用于控制面板的电力转换电路及其方法。
背景技术
墙壁开关(In-wall switch)，又称控制面板，广泛且大量地存在于各种领域和装置。随着电器用品的需求发展以及居家智能化的趋势，智能控制面板已渐渐取代传统控制面板。
以智能控制面板来说，需要在面板中设置智能模块，以提供智能控制的功能。智能模块所需的电力则涉及了从市电的交流电转换为直流电的技术。习知电力转换电路例如美国专利公告第US 7,375,994号、第US7,710,748号以及第US 7,990,127号等。
虽然以上应用的电力转换电路已有不少商用产品上，但目前仍存在电力转换电路复杂，待机功耗大等问题，因此，传统技术存在改进的必要。
发明内容
本发明的主要目的在于解决电力转换电路复杂，待机功耗大等问题。
为达上述目的，本发明提供一种电力转换电路，其特征在于包括：一第一市电接口和一第二市电接口，耦接至一交流电；一取电模块，耦接至该第一市电接口，该取电模块包括一第一二极管以及一耦接至该第一二极管的第一充电电容，该取电模块从该第一市电接口接收该交流电而输出一输出电压；以及一切相模块，包括一驱动模块以及一受该驱动模块控制的开关组件，该驱动模块耦接至该取电模块并取得一采样电压，并根据该采样电压使得该开关组件的一导通时间的至少一部分位于该交流电的正半周期。
在一个或多个实施例中，该第一市电接口耦接至该交流电的零线。
在一个或多个实施例中，还包括一耦接于该切相模块与该取电模块之间的采样模块，该采样模块在该切换模块与该取电模块之间取得该采样电压，该采样电压与一第一基准值比较后输出一第一比较信号。
在一个或多个实施例中，该采样模块包括一比较单元以及一和该比较单元耦接的第一逻辑单元。
在一个或多个实施例中，该比较单元包括一第一比较器，该第一比较器对该采样电压以及该第一基准值进行比较而输出该第一比较信号。
在一个或多个实施例中，该比较单元还包括一第二比较器，该第二比较器对该采样电压以及一第二基准值进行比较而输出一交流电电压零点检测信号。
在一个或多个实施例中，该第一基准值高于该第二基准值。
在一个或多个实施例中，该驱动模块控制该开关组件在其中一个该交流电周期的导通时间长于该开关组件在另一个该交流电周期的导通时间。
在一个或多个实施例中，该驱动模块控制该开关组件在其中一个该交流电周期的负半周期的导通时间长于该开关组件在另一个该交流电周期的负半周期的导通时间，以减少该负半周期的导通时间。
在一个或多个实施例中，该驱动模块控制该开关组件的导通时间超过该交流电的一个周期。
在一个或多个实施例中，还包括一复位模块，包括一耦接该输出电压的第三比较器以及一耦接该第三比较器的第二逻辑单元，该第三比较器对该输出电压以及一第三基准值进行比较而输出一复位信号。
为达上述目的，本发明还提供一种电力转换控制方法，应用于一电力转换电路，该电力转换电路包括一取电模块以及一切相模块，该取电模块接收一交流电而输出一输出电压，该切相模块耦接至该取电模块且包括一驱动模块以及一受该驱动模块控制的开关组件，其特征在于包括以下步骤：在该切换模块与该取电模块之间取得一采样电压；该采样电压和一第一基准值比较后输出一第一比较信号；以及该驱动模块接收该第一比较信号，使得该开关组件的一导通时间的至少一部分位于该交流电的正半个周期。
在一个或多个实施例中，该驱动模块控制该开关组件在其中一个该交流电周期的负半周期的导通时间长于该开关组件在另一个该交流电周期的负半周期的导通时间，以减少该负半周期的导通时间。
在一个或多个实施例中，还包括以下步骤：对该采样电压以及一第二基准值进行比较而输出一交流电电压零点检测信号。
在一个或多个实施例中，该第一基准值高于该第二基准值。
在一个或多个实施例中，还包括以下步骤：对该输出电压以及一第三基准值进行比较而输出一复位信号。
在一个或多个实施例中，该驱动模块控制该开关组件的导通时间超过该交流电的一个周期。本发明将该开关组件控制在导通时间的至少一部分位于该交流电的正半周期，实现低功耗切相(phase-cutting)供电，且可进一步地控制该开关组件在其中一个该交流电周期的负半周期的导通时间长于该开关组件在另一个该交流电周期的负半周期的导通时间，如此一来，将更加地减少该相位限制单元在该负半周期的导通时间，以降低该相位限制单元的电力耗损。
附图说明
图1为本发明一实施例的电路架构示意图。
图2为图1的电路操作时的电压-时间波形示意图。
图3为本发明另一实施例的电路架构示意图。
图4为图3的电路操作时的电压-时间波形示意图。
图5为本发明其他实施例的电压-时间波形示意图。
图6为本发明又一实施例的电路架构示意图。
图7为本发明再一实施例的电路架构示意图。
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下：
本发明揭露一种电力转换电路，请参阅图1，为本发明一实施例的电路架构示意图，应用在一控制面板中，该控制面板中包括一继电器90，该电力转换电路通过该继电器90导通而与一交流电连接，该继电器90和一负载91串联。该电力转换电路包括一第一市电接口10a、一第二市电接口10b、一取电模块20、一切换模块30、一采样模块40以及一驱动模块50。本实施例中，该电力转换电路更包括一线性稳压器60。在本发明的一实施例中，该控制面板为一单火线控制面板，进一步地，该电力转换电路适合用在单火线智能控制面板，如图1所示，该第一市电接口10a电性连接至该交流电的零线N，该第二市电接口10b电性连接至该交流电的火线L，而在其他实施例中，也可以采用一单零线控制面板，即该第一市电接口10a电性连接至该交流电的火线L，该第二市电接口10b电性连接至该交流电的零线N。本文中所述两个或多个组件的耦接可以为组件和组件之间的直接电性连接，或者为组件和组件之间还有其他组件而形成的电性连接。
本实施例中，该取电模块20包括一第一二极管21以及一第一充电电容22，该取电模块20接收该交流电而输出一输出电压Vout，该切换模块30包括一第一端31、一第二端32、一相位限制组件33以及一开关组件34，该开关组件34为一功率开关，例如一金属氧化物半导体场效晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)，该相位限制组件33为一二极管，例如为一续流二极管(Flyback diode)，该开关组件34和该相位限制组件33并联于该第一端31和该第二端32。具体来说，该开关组件34一漏极端D、一源极端S以及一栅极端G，该漏极端D和该源极端S分别耦接至该第一端31和该第二端32，该栅极端G耦接至该驱动模块50。此外，该切换模块30中的该开关组件34和该驱动模块50构成了一切相模块。
在一实施例中，该采样模块40包括一第一比较器41和一逻辑单元42，该第一比较器41具有一第一输入端411、一第二输入端412以及一输出端413，该第一输入端411连接至该切换模块20与该取电模块30之间，以取得一采样电压，该第二输入端412则输入一第一基准值，该第一比较器41比较该采样电压和该第一基准值后从该输出端413控制该逻辑单元42输出一第一比较信号。该线性稳压器60包括一第一输出61以及一第二输出62，该第一输出61供给各组件所需的电力，而该第二输出62则提供该第一比较信号，于本实施例中，该第一比较信号为一基准电压。
该驱动模块50接收该第一比较信号后，控制该开关组件34的一导通时间的至少一部分位于该交流电的正半周期。请参阅图2，为图1的电路操作时的电压-时间波形示意图，其中VAC为该交流电的电压随时间的变化，VDrain为该漏极端D的电压随时间的变化，Vcom为该第一比较器41输出的电压随时间的变化，VGate为该栅极端G的电压随时间的变化，Vout为该输出电压Vout的电压随时间的变化，T表示该交流电周期，Ton为该导通时间。在一实施例中，该驱动模块50控制该开关组件34的导通时间超过该交流电的一个周期且在该输出电压到达峰谷之前结束。
当该交流电从谷底逐渐增加，VGate输出一低电位，即该开关组件33处于一关闭状态。当该交流电从谷底逐渐增加，VDrain随VAC的增加而高于该第一二极管21的一开启电压时，该电容22将开始充电，而让该输出电压Vout逐渐增加，当VDrain随VAC的增加而超过一阀值(即该采样电压高于该第一基准值)，Vcom输出一高电位给该逻辑单元42，该逻辑单元42即令该驱动模块50输出一高电位给该开关组件34，以打开该开关组件34，该负载11的电流将流经该开关组件34。此时，VDrain变为低电位，该相位限制组件33(该二极管)呈反向偏置而处于一截止状态，以避免该输出电压Vout经由该漏极端D放电。
在一实施例中，该逻辑单元42采用一定时器，该逻辑单元42接收来自该第一比较器41的比较结果后，系执行一计时操作，该计时操作决定该驱动模块50打开该开关组件34的时间，即该导通时间。本发明中，系将该开关组件34在该交流电周期内的该导通时间控制在介于半个该交流电周期和一个该交流电周期之间，即TON介于1/2T和T之间。当该交流电处于一负半周期，且该开关组件34关闭时，当该交流电处于一负半周期，该负载11的电流将流经该相位限制组件33(该二极管)，该相位限制组件呈正向偏置而处于一导通状态，电流从该漏极端D流向该一源极端S，或视为该第二端32流向该第一端31。
根据本发明的一实施例，系进一步地，该开关34组件被控制为其中一个该交流电周期的负半周期的导通时间长于另一个该交流电周期的负半周期的导通时间，以减少该相位限制单元在该负半周期的导通时间。根据本发明的一实施例，该开关组件34被控制为当前该交流电周期的负半周期的导通时间长于上一个该交流电周期的负半周期的导通时间。
参阅图3及图4，为本发明另一实施例的电路架构示意图以及图3的电路操作时的电压-时间波形示意图，相较于图1的实施例，本实施例中，该比较单元进一步包括一第二比较器43，该第二比较器43具有一第一输入端431、一第二输入端432以及一输出端433，该第一输入端431连接至该切换模块20与该取电模块30之间，以取得该采样电压，该第二输入端432则输入一第二基准值，该第二基准值由该线性稳压器60的一第三输出63提供。该第二比较器43比较该采样电压和该第二基准值系基于该交流电是否处于谷底，即过零检测，换言之，该第二比较器43对该采样电压以及该第二基准值进行比较，而输出一交流电电压零点检测信号，也因此，该第一基准值高于该第二基准值。在图4中，Vcom1为该第一比较器41输出的电压随时间的变化，Vcom2为该第二比较器43输出的电压随时间的变化。
该逻辑单元42根据Vcom1和Vcom2计算上一个交流电周期内Vcom1和Vcom2之间的一时间差Td，在图4中，T’ON为当前交流电周期的导通时间，TON为上一个交流电周期的导通时间，T’ON＝Td-ΔT，ΔT为一预设时间。启动后的第一个该交流电周期，该开关组件34的该导通时间为一最短值，之后的该交流电周期内该开关组件34的该导通时间，将根据上一个该交流电周期内该开关组件34的该导通时间来调整，藉由增加该开关组件34的该导通时间，而减少电流流经该相位限制组件33的时间。以该相位限制组件33采用该续流二极管来说明，在该交流电周期的负半周期中，该续流二极管的耗损为两端电压差和电流的乘积，若能尽量减少电流流经该相位限制组件33的时间，将可有效地降低该续流二极管在该交流电周期的负半周期中的耗损。另请参阅图5，为本发明其他实施例的电压-时间波形示意图，在图5中，该开关组件34是跨周期导通。
请再参阅图6，为本发明又一实施例的电路架构示意图，本实施例中增设了一复位模块70，该复位模块70包括一耦接该输出电压的第三比较器71以及一耦接该第三比较器71的第二逻辑单元72，该第三比较器71具有一第一输入端711、一第二输入端712以及一输出端713，该第一输入端711输入该输出电压，该第二输入端712输入一第三基准值，当该输出电压达到该第三基准值后，该第二逻辑单元72开始计时，当达到一预设时间后，该第二逻辑单元72输出一复位信号。请再参阅图7，为本发明再一实施例的电路架构示意图，本实施例中，除了该复位模块70之外，增设了一第二取电模块20a，该第二取电模块20a包括一第二二极管21a以及一耦接至该第二二极管21a的第二充电电容22a，该第二取电模块20接收该交流电而将该输出电压Vout输出给该第三比较器71的该第一输入端711。
本发明更揭露一种电力转换控制方法，应用于一电力转换电路，该电力转换电路的配置可参考以上图标，该方法包括以下步骤：
步骤1：在该切换模块20与该取电模块30之间取得一采样电压；
步骤2：该采样电压和一第一基准值比较后输出一第一比较信号；以及
步骤3：该驱动模块50接收该比较信号，控制该开关组件34的一导通时间的至少一部分位于该交流电的正半周期。
根据本发明的一实施例，该开关组件34被控制为其中一个该交流电周期的负半周期的导通时间长于另一个该交流电周期的负半周期的导通时间，以减少该相位限制单元在该负半周期的导通时间。根据本发明的一实施例，该开关组件34被控制为当前该交流电周期的负半周期的导通时间长于上一个该交流电周期的负半周期的导通时间。在一实施例中，该驱动模块50控制该开关组件34的导通时间超过该交流电的一个周期且在该输出电压到达峰谷之前结束。
该方法进一步地对该采样电压以及一第二基准值进行比较，以确认该交流电是否处于谷底，即过零检测，换言之，该第二比较器43对该采样电压以及该第二基准值进行比较，而输出一交流电电压零点检测信号。如以上说明，藉此可减少电流流经该相位限制组件33的时间，降低该续流二极管在该交流电周期的负半周期中的耗损。

Claims (17)

1.一种电力转换电路，其特征在于包括：
一第一市电接口和一第二市电接口，耦接至一交流电；
一取电模块，耦接至该第一市电接口，该取电模块包括一第一二极管以及一耦接至该第一二极管的第一充电电容，该取电模块从该第一市电接口接收该交流电而输出一输出电压；
一切相模块，包括一驱动模块以及一受该驱动模块控制的开关组件，该驱动模块耦接至该取电模块并取得一采样电压，并根据该采样电压使得该开关组件的一导通时间的至少一部分位于该交流电的正半周期，该开关组件具有一漏极端、一源极端以及一栅极端；以及
一采样模块，耦接于该开关组件的该漏极端与该取电模块之间，且该采样模块在该开关组件的该漏极端与该取电模块之间取得该采样电压。
2.如权利要求1所述的电力转换电路，其特征在于该第一市电接口耦接至该交流电的零线。
3.如权利要求1所述的电力转换电路，其特征在于该采样电压与一第一基准值比较后输出一第一比较信号。
4.如权利要求3所述的电力转换电路，其特征在于该采样模块包括一比较单元以及一和该比较单元耦接的第一逻辑单元。
5.如权利要求4所述的电力转换电路，其特征在于该比较单元包括一第一比较器，该第一比较器对该采样电压以及该第一基准值进行比较而输出该第一比较信号。
6.如权利要求5所述的电力转换电路，其特征在于该比较单元还包括一第二比较器，该第二比较器对该采样电压以及一第二基准值进行比较而输出一交流电电压零点检测信号。
7.如权利要求6所述的电力转换电路，其特征在于该第一基准值高于该第二基准值。
8.如权利要求1所述的电力转换电路，其特征在于该驱动模块控制该开关组件在其中一个该交流电周期的导通时间长于该开关组件在另一个该交流电周期的导通时间。
9.如权利要求1所述的电力转换电路，其特征在于该驱动模块控制该开关组件在其中一个该交流电周期的负半周期的导通时间长于该开关组件在另一个该交流电周期的负半周期的导通时间，以减少该负半周期的导通时间。
10.如权利要求1所述的电力转换电路，其特征在于该驱动模块控制该开关组件的导通时间超过该交流电的一个周期。
11.如权利要求1所述的电力转换电路，其特征在于还包括一复位模块，包括一耦接该输出电压的第三比较器以及一耦接该第三比较器的第二逻辑单元，该第三比较器对该输出电压以及一第三基准值进行比较而输出一复位信号。
12.一种电力转换控制方法，应用于一电力转换电路，该电力转换电路包括一取电模块、一切相模块以及一采样模块，该取电模块接收一交流电而输出一输出电压，该切相模块耦接至该取电模块且包括一驱动模块以及一受该驱动模块控制的开关组件，该采样模块耦接于该开关组件的一漏极端与该取电模块之间，其特征在于包括以下步骤：
在该开关组件的该漏极端与该取电模块之间取得一采样电压；
该采样电压和一第一基准值比较后输出一第一比较信号；以及
该驱动模块接收该第一比较信号，使得该开关组件的一导通时间的至少一部分位于该交流电的正半个周期。
13.如权利要求12所述的电力转换控制方法，其特征在于该驱动模块控制该开关组件在其中一个该交流电周期的负半周期的导通时间长于该开关组件在另一个该交流电周期的负半周期的导通时间，以减少该负半周期的导通时间。
14.如权利要求13所述的电力转换控制方法，其特征在于还包括以下步骤：
对该采样电压以及一第二基准值进行比较而输出一交流电电压零点检测信号。
15.如权利要求14所述的电力转换控制方法，其特征在于该第一基准值高于该第二基准值。
16.如权利要求12所述的电力转换控制方法，其特征在于还包括以下步骤：
对该输出电压以及一第三基准值进行比较而输出一复位信号。
17.如权利要求12所述的电力转换控制方法，其特征在于该驱动模块控制该开关组件的导通时间超过该交流电的一个周期。
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