TWM451735U - 過載保護節能電路 - Google Patents

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Description

過載保護節能電路
本創作是有關於一種過載保護電路，且特別是有關於一種用於交換式電源供應器之過載保護節能電路。
交換式電源供應器可用於將交流電源轉換為直流電源，並將直流電源輸出至如電子裝置之負載。在輸出電源過程中若發生過載(Over-Load)的情況時，便需要保護電路暫時截斷輸出，以避免發生危險。
圖1A為習知之交換式電源電路的示意圖，而圖1B為圖1A之交換式電源電路之過載計時電路的示意圖。請參考圖1A~1B，習知之交換式電源電路100包括輸入電源電路110、輸出電源電路120、控制電路130以及過載計時電路140。
輸入電源電路110是耦接輸出電源電路120，以藉由變壓器將外部電源能量從初級側(Primary side)傳遞至次級側(Secondary side)，進而輸出至負載。
控制電路130是用於偵測負載的變化，而動態切換輸入電源電路110之電晶體Q1之開關，藉以調整從初級側傳遞至次級側的電源能量。當系統發生過載情形時，控制電路130便會暫時將電晶體Q1關閉，以確保安全。
通常來說，控制電路130可由脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)晶片組成，並透過光耦合器(Photo Coupler)而偵測負載的變化，以於回授端FB取得輸出電源電路120之回授訊號fs。
過載計時電路140可耦接至控制電路130之回授端FB，以取得回授訊號fs。當過載發生，過載計時電路140便會開始計時，並在過載持續預設時間後，便可透過回授端FB傳送過載訊號os至控制電路130，以使控制電路130關閉電晶體Q1。
此外，控制電路130與過載計時電路140可耦接至輸入電源電路110之輔助側(Auxiliary side)，以於電源端Vcc取得輔助側之電源。
詳細而言，過載計時電路140包括計時電路142、閂鎖電路(latch circuit)144以及穩壓電路146。計時電路142是耦接到回授端FB以接收回授訊號fs，其中當過載發生時，回授訊號fs之電壓值會非常態性地升高，而使比較器OPA1輸出高位準以開始對電容C1充電。
電容C1的容值會決定充電的時間，亦即可由電容C1的容值大小決定預設時間之長短。當電容C1電壓升高至一定程度後，比較器OPA2會輸出高位準，而啟動閂鎖電路144以傳送過載訊號os。
具體而言，當比較器OPA2輸出高位準時，會將電晶體Q2開啟而使二極體D1導通(亦同時開啟電晶體Q3)，以使回授端FB的電位拉到接近接地的低位準。如此一來，控制電路130便會關閉電晶體Q1，以確保安全。
接著，閂鎖電路144之電容C2會開始持續放電，而當電容C2之電壓下降至一定程度後，電晶體Q3會關閉(電晶體Q2亦會同時關閉)而使二極體D1斷開，進而解除閂鎖電路144。類似前述，解除時間長短可取決於電容C2的容值大小。
穩壓電路146是耦接至電源端Vcc，並將電源端Vcc之電源轉換成參考電壓Vref以提供計時電路142作動。亦即，比較器 OPA1,OPA2需要參考電壓Vref始能持續判斷負載是否過載。
一般來說，當交換式電源電路100處於重載(No-Load)時，過載計時電路140確實有必要持續監控負載情況以確保安全。然而，當交換式電源電路100處於無載(No-Load)或輕載(Light-Load)的情況時，穩壓電路146仍會供給能量至計時電路142，以使比較器OPA1,OPA2持續消耗能量以判斷負載是否過載，導致能源使用率下降。
有鑑於此，本創作之目的是提供一種過載保護節能電路，可大幅提升系統在無載或輕載時的能源使用率。
為達上述或是其他目的，本創作提出一種過載保護節能電路，包括輸入電源電路、輸出電源電路、控制電路、過載計時電路以及節能電路。輸出電源電路是耦接輸入電源電路，而控制電路是用來接收輸出電源電路之回授訊號，以控制輸入電源電路。過載計時電路是用來接收輸出電源電路之回授訊號，以在過載超過預設時間後傳送過載訊號至控制電路。節能電路是用來接收輸出電源電路之回授訊號，以在輕載或無載時傳送節能訊號至過載計時電路，而使過載計時電路失能(disable)。
在本創作之一實施例中，上述之過載計時電路包括計時電路、閂鎖電路以及穩壓電路。計時電路可於控制電路之回授端接收輸出電源電路之回授訊號，並於過載發生時開始計時。當過載持續超過預設時間時，計時電路輸出高位準至閂鎖電路，以使閂鎖電路將回授端之電位處於低位準。穩壓電路是提供參考電壓至計時電路，而節能電路亦可於控制電路之回授端接收輸出電源電路之回授訊號，並於輕載或無載時使穩壓電路無法提供參考電壓 至計時電路。
綜上所述，在本創作之過載保護節能電路中，節能電路可偵測負載情形，而在輕載或無載時關閉過載計時電路，藉以降低電能損耗，進而有效提昇能源使用率。
為讓本創作之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖2A為依據本創作一實施例之過載保護節能電路的示意圖，而圖2B為圖2A之過載保護節能電路之過載計時電路與節能電路的示意圖。請參考圖2A~2B，本創作之過載保護節能電路200包括輸入電源電路210、輸出電源電路220、控制電路230、過載計時電路240以及節能電路250。
類似前述，輸入電源電路210是耦接輸出電源電路220，以藉由變壓器將交流電源能量從初級側傳遞至次級側，進而輸出至負載。在本實施例中，輸出電源電路220例如是返馳式(Flyback)架構，但本創作亦可為順向式(Forward)、推挽式(Push-Pull)或其他合適的架構。
控制電路230是用於偵測負載的變化，而動態切換輸入電源電路210之電晶體Q1之開關，藉以調整從初級側傳遞至次級側的電源能量。在本實施例中，控制電路230可選用通嘉(Leadtrend)型號為LD7536之脈衝寬度調變晶片，並透過光耦合器(Photo Coupler)而偵測負載的變化，而於回授端FB取得輸出電源電路120之回授訊號fs，藉以分離初級側與次級側。
具體來說，負載變化會導致回授訊號fs之電壓值變化，而控制電路230藉由偵測回授訊號fs之電壓值高低，便可動態調整電 晶體Q1之開關周期，以確保輸出穩定之電壓。當系統發生過載情形時，控制電路230便會暫時將電晶體Q1關閉，以確保安全。
過載計時電路240亦可耦接至控制電路230之回授端FB，以接收輸出電源電路220之回授訊號fs。當過載超過預設時間後，過載計時電路240亦可透過回授端FB傳送過載訊號至控制電路230，以使控制電路230關閉電晶體Q1。
節能電路250亦可耦接至控制電路230之回授端FB，以接收輸出電源電路220之回授訊號fs。當系統處於輕載或無載之情況時，節能電路250可傳送節能訊號ss至過載計時電路240，而使過載計時電路240失能。
此外，控制電路230、過載計時電路240以及節能電路250均可耦接至輸入電源電路210之輔助側，以於電源端Vcc取得輔助側之電源。
在本實施例中，過載計時電路240可包括計時電路242、閂鎖電路244以及穩壓電路246。計時電路242是耦接到回授端FB以接收回授訊號fs，其中當過載發生時，回授訊號fs之電壓值會非常態性地升高，而使比較器OPA1輸出高位準以開始對電容C1充電。
電容C1的容值會決定充電的時間，亦即可由電容C1的容值大小決定預設時間之長短。當電容C1電壓升高至一定程度後，比較器OPA2會輸出高位準，而啟動閂鎖電路244以傳送過載訊號os。
具體而言，當比較器OPA2輸出高位準時，會將電晶體Q2開啟而使二極體D1導通(亦同時開啟電晶體Q3)，以使回授端FB的電位拉到接近接地的低位準。如此一來，控制電路230便會關閉電晶體Q1，以確保安全。
接著，閂鎖電路244之電容C2會開始持續放電，而當電容C2之電壓下降至一定程度後，電晶體Q3會關閉(電晶體Q2亦會同時關閉)而使二極體D1斷開，進而解除閂鎖電路244。類似前述，解除時間長短可取決於電容C2的容值大小。
此外，穩壓電路246是耦接至電源端Vcc，並將電源端Vcc之電源轉換成參考電壓Vref以提供計時電路242作動。本實施例可配置穩壓器(regulator)T1搭配串聯電阻以輸出穩定之參考電壓Vref，其中穩壓器T1例如是型號為TL431之三端可調穩壓器(three-terminal adjustable regulator)。當計時電路242接收穩壓電路246之參考電壓Vref時，比較器OPA1,OPA2便可正常作動，以持續監控是否發生過載之情況。
當系統處於輕載或無載的情況時，回授訊號fs之電壓會比正常吃載情況下之電壓為低，進而無法開啟節能電路250之電晶體Q4，而使得電晶體Q5斷開。如此一來，電源端Vcc之電源便無法驅動穩壓器T1，而使穩壓電路246提供參考電壓Vref。
若計時電路242無法接收穩壓電路246之參考電壓Vref時，則計時電路242之元件(特別是比較器OPA1,OPA2)便會失能而不作動，以降低能量之損耗而大幅提升系統在輕載或無載時的能源使用率。
當系統回復到正常吃載或是重載的情況時，回授訊號fs之電壓會升高，以開啟節能電路250之電晶體Q4，進而開啟電晶體Q5。如此一來，電源端Vcc之電源便可驅動穩壓器T1，而使穩壓電路246提供參考電壓Vref，以讓計時電路242正常作動。
值得一提的是，由於節能電路250之能量損耗遠低於過載計時電路240之能量損耗，因此本創作之節能架構仍可提升整體之能源使用率。
值得注意的是，本創作之精神在於以節能電路250偵測負載情況，若系統在輕載或空載時，便可將關閉過載計時電路240以降低損耗。但本創作並不限定圖2B中之過載計時電路240與節能電路250的細部元件佈局，熟悉此項技藝者當可依據本創作之精神而稍加修改元件佈局，惟其仍屬於本創作之範圍。
綜上所述，本創作之過載保護節能電路至少具有下列優點：
一、藉由節能電路在輕載或無載時關閉過載計時電路以降低損耗，可大幅提升系統在輕載或無載時的能源使用率。
二、節能電路之能量損耗遠低於過載計時電路之能量損耗，故可有效提升系統整體的能源使用率。
雖然本創作已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習此技藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧交換式電源電路
110‧‧‧輸入電源電路
120‧‧‧輸出電源電路
130‧‧‧控制電路
140‧‧‧過載計時電路
142‧‧‧計時電路
144‧‧‧閂鎖電路
146‧‧‧穩壓電路
200‧‧‧過載保護節能電路
210‧‧‧輸入電源電路
220‧‧‧輸出電源電路
230‧‧‧控制電路
240‧‧‧過載計時電路
242‧‧‧計時電路
244‧‧‧閂鎖電路
246‧‧‧穩壓電路
250‧‧‧節能電路
C1、C2‧‧‧電容
D1‧‧‧二極體
FB‧‧‧回授端
OPA1、OPA2‧‧‧比較器
Q1、Q2、Q3、Q4、Q5‧‧‧電晶體
Vcc‧‧‧電源端
Vref‧‧‧參考電壓
T1‧‧‧穩壓器
fs‧‧‧回授訊號
os‧‧‧過載訊號
ss‧‧‧節能訊號
圖1A為習知之交換式電源電路的示意圖。
圖1B為圖1A之交換式電源電路之過載計時電路的示意圖。
圖2A為依據本創作一實施例之過載保護節能電路的示意圖。
圖2B為圖2A之過載保護節能電路之過載計時電路與節能電路的示意圖。
200‧‧‧過載保護節能電路
210‧‧‧輸入電源電路
220‧‧‧輸出電源電路
230‧‧‧控制電路
240‧‧‧過載計時電路
250‧‧‧節能電路
Q1‧‧‧電晶體
Vcc‧‧‧電源端
fs‧‧‧回授訊號
os‧‧‧過載訊號
ss‧‧‧節能訊號

Claims (2)

  1. 一種過載保護節能電路，包括：一輸入電源電路；一輸出電源電路，耦接該輸入電源電路；一控制電路，用以接收該輸出電源電路之一回授訊號，以控制該輸入電源電路；一過載計時電路，用以接收該輸出電源電路之該回授訊號，以在過載超過預設時間後傳送一過載訊號至該控制電路；以及一節能電路，用以接收該輸出電源電路之該回授訊號，以在輕載或無載時傳送一節能訊號至該過載計時電路，而使該過載計時電路失能。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之過載保護節能電路，其中該過載計時電路包括：一計時電路，於該控制電路之一回授端接收該輸出電源電路之該回授訊號，並於過載發生時開始計時；一閂鎖電路，耦接該計時電路，而該計時電路於過載超過預設時間後輸出高位準至閂鎖電路，以使閂鎖電路將該回授端之電位處於低位準；以及一穩壓電路，提供一參考電壓至該計時電路；其中該節能電路於該控制電路之該回授端接收該輸出電源電路之該回授訊號，並於輕載或無載時使該穩壓電路無法提供該參考電壓至該計時電路。
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