TWM466422U - 開關電源的緩衝電路 - Google Patents
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Description
本創作是有關於一種開關電源的緩衝電路，且特別是有關於一種可應用於液晶顯示產品小型化電源適配器的開關電源的緩衝電路。
請參見圖1，圖1為一種現有的返馳式(flyback)開關電源局部電路圖，其電路中電阻器R1、電容器C1與二極體D1組成RCD緩衝電路(snubber circuit)10。該RCD緩衝電路10用於抑制作為開關元件的電晶體Q1在關閉時在其汲極端所產生的尖峰電壓，以防止電晶體Q1在關閉時在其汲極端所產生的電壓大於電晶體Q1本身規格耐壓上限值，致使電晶體Q1的汲極端與源極端之間被高電壓所擊穿。請參見圖2，圖2為圖1所示電晶體Q1的汲極端對源極端電壓波形圖。當電晶體Q1關閉時，在電晶體Q1的汲極端產生一電壓Vd=Vc2+VoR+Vpeak，其中，Vc2為濾波電容器C2的正端電壓，VoR為電晶體Q1關閉時變壓器T1次級側繞組Ns電壓感應到初級側繞組Np的反射電壓，Vpeak為電晶體Q1關閉時變壓器T1初級側繞組Np的漏感所產生的尖峰電壓。該尖峰電壓Vpeak=Lk×di/dt，其中，Lk為電晶體Q1關閉時變壓器T1初級側繞組Np的漏感值，di/dt為電晶體Q1關閉時流過漏感的電流變化率。
該RCD緩衝電路10動作原理如下：當電晶體Q1關閉時，在電晶體Q1的汲極端所產生的電壓Vd大於濾波電容器C2的正端電壓Vc2，故此時電晶體Q1的汲極端所產生的尖峰電壓Vpeak通過二極體D1的陽極端100傳送到電容器
C1的第一端101，由電容器C1將變壓器T1漏感產生的電能量儲存起來，在下一次電晶體Q1關閉之前將電容器C1所儲存的能量全部經由電阻器R1的第一端102洩放至第二端103而最終到達濾波電容器C2的正端104。該尖峰電壓Vpeak經過RCD緩衝電路10的抑制後，使得電晶體Q1的汲極端所產生的最大電壓低於電晶體Q1本身規格耐壓上限值且存在一定的電壓裕度，確保電晶體Q1工作在市電為最高電壓時，如264Vrms，電晶體Q1仍可安全地工作。
然而，當電晶體Q1關閉時，電晶體Q1的汲極端的尖峰電壓Vpeak會產生尖峰電流通過二極體D1的陽極端100流到電容器C1的第一端101，該尖峰電流因高電流變化率di/dt而會產生高電磁干擾(electromagnetic interference，簡稱EMI)輻射能量向空間輻射出去。該二極體D1目前通常選用反向恢復時間較短的二極體，例如型號為FR107的二極體，其反向恢復時間在500ns以內。當電晶體Q1關閉時，電晶體Q1的汲極端的尖峰電壓Vpeak所產生的尖峰電流通過二極體D1的陽極端100流到電容器C1的第一端101向電容器C1充電，電容器C1的第一端101電壓上升。接著，當電容器C1的第一端101電壓上升到大於或等於二極體D1的陽極端100電壓時，由於二極體D1存在很短的反向恢復時間，故此時二極體D1產生一個反向電流，且該反向電流同樣會因高電流變化率di/dt而產生高EMI輻射能量向空間輻射出去。請參見圖3，圖3的通道1波形為流過圖1所示二極體D1的電流波形圖，其中二極體D1在電壓反向恢復時所產生的反向電流最大值為500mA。另外，圖3的通道2波形為圖1所示電晶體Q1的汲極端對源極端電壓波形圖。這些EMI輻射能量往往會造成產品EMI輻射裕度不足或甚至超出規格要求的問題。
請參見圖4，圖4為另一種現有的返馳式開關電源局部電路圖，其在圖1所
示二極體D1的陽極端與電晶體Q1的汲極端之間加入磁珠(bead)B1來改善EMI輻射問題。請參見圖5，圖5為圖4所示磁珠B1的頻率對阻抗特性曲線圖。該磁珠B1可改善EMI輻射問題的原理如下：當二極體D1電壓反向時，所產生的反向電流具有高電流變化率di/dt且所處的頻率為60MHz而會流過串聯的磁珠B1與二極體D1，磁珠B1與二極體D1會產生等效阻抗約為30Ω來阻擋該高頻的反向電流通過，使得由二極體D1反向恢復時所產生的EMI輻射能量大幅降低，因而提高了EMI輻射裕度。請參見圖6，圖6的通道1波形為流過圖4所示與磁珠B1串聯的二極體D1的電流波形圖，其中二極體D1在電壓反向恢復時所產生的反向電流最大值減小為390mA，降低了EMI輻射能量，因而提高了EMI輻射裕度。另外，圖6的通道2波形為圖4所示電晶體Q1的汲極端對源極端電壓波形圖。
然而，當圖4所示返馳式開關電源應用於液晶顯示產品小型化電源適配器(adapter)時，由於電源適配器內部用於容置印刷電路板的空間很小，為了儘量減少每個電子零件所占的空間，所使用的插件型的二極體D1通常需先對其接腳進行彎曲加工後再將磁珠B1套在二極體D1的陽極端，然後串聯的二極體D1與磁珠B1呈並排態樣插到印刷電路板上，這樣會大幅增加產線作業員的作業難度，最終電源適配器將因人力成本與製造工時上升而導致製造總成本上升。
有鑑於此，本創作的目的在提出一種開關電源的緩衝電路，可降低產線作業難度，最終降低製造成本。
為達到上述目的或其它目的，本創作提出一種開關電源的緩衝電路，其中，開關電源包括開關元件，開關元件具有第一端與第二端，第一端與第二端在開關元件開啟時電連接並在開關元件關閉時斷開，緩衝電路包括二
極體。本創作的緩衝電路其特徵在於更包括電阻器，電阻器電連接於二極體的陽極端與開關元件的第一端之間。
在本創作一實施例中，開關電源為反馳式開關電源，其所包括的開關元件為場效電晶體。緩衝電路為電阻電容二極體(RCD)緩衝電路。電阻器為貼片電阻器(surface-mount resistor)，其英制尺寸代碼為1206或0805，其中，1206表示其尺寸大小約0.12in×0.06in，而0805表示其尺寸大小約0.08in×0.05in。貼片電阻器的電阻值在47歐姆(Ω)以內。
本創作在緩衝電路中二極體的陽極端與開關電源開關元件的第一端之間串接電阻器以取代傳統的磁珠，該電阻器例如為尺寸代碼為1206或0805且電阻值在47Ω以內的貼片電阻器。該電阻器可更好地改善由緩衝電路中二極體反向恢復時所造成的EMI輻射問題，且可用自動貼片機器快速地貼片到印刷電路板上，方便產線作業，降低產線作業難度，同時可提升產品生產效率，最終降低製造成本。此外，該電阻器價格低廉而可降低製造成本，電阻值容易挑選而可增加解決EMI輻射問題的靈活性，且體積小而可更好地應用於液晶顯示產品小型化電源適配器中。
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。
10、30‧‧‧RCD緩衝電路
100、300‧‧‧二極體D1的陽極端
101、301‧‧‧電容器C1的第一端
102、302‧‧‧電阻器R1的第一端
103、303‧‧‧電阻器R1的第二端
104、304‧‧‧電容器C2的正端
305‧‧‧電晶體Q1的汲極端
306‧‧‧電晶體Q1的源極端
307‧‧‧初級側繞組Np的第一端
308‧‧‧初級側繞組Np的第二端
309‧‧‧二極體D1的陰極端
B1‧‧‧磁珠
C1‧‧‧電容器
C2、C3、C4‧‧‧濾波電容器
D1、D2‧‧‧二極體
IC1‧‧‧PWM控制晶片
L1‧‧‧電感器
Np‧‧‧變壓器
T1‧‧‧的初級側繞組
Ns‧‧‧變壓器T1的次級側繞組
Q1‧‧‧電晶體
R1、R2‧‧‧電阻器
R3‧‧‧貼片電阻器
T1‧‧‧變壓器
Vc2‧‧‧電容器
C2‧‧‧的正端電壓
Vpeak‧‧‧電晶體
Q1‧‧‧關閉時在其汲極端的尖峰電壓
VoR‧‧‧變壓器T1的反射電壓
圖1為一種現有的返馳式開關電源局部電路圖。
圖2為圖1所示電晶體的汲極端對源極端電壓波形圖。
圖3為流過圖1所示二極體的電流波形圖與電晶體的汲極端對源極端電壓波形圖。
圖4為另一種現有的返馳式開關電源局部電路圖。
圖5為圖4所示磁珠的頻率對阻抗特性曲線圖。
圖6為流過圖4所示與磁珠串聯的二極體的電流波形圖與電晶體的汲極端對源極端電壓波形圖。
圖7為根據本創作一實施例的返馳式開關電源局部電路圖。
圖8為圖7所示貼片電阻器的電阻值為39Ω時流過二極體的電流波形圖。
請參見圖7，圖7為根據本創作一實施例的返馳式開關電源局部電路圖。返馳式開關電源包括RCD緩衝電路30、濾波電容器C2、變壓器T1、作為開關元件的電晶體Q1與由二極體D2、濾波電容器C3、C4和電感器L1組成的整流濾波電路。RCD緩衝電路30包括電阻器R1、電容器C1與二極體D1，此外，RCD緩衝電路30更包括貼片電阻器R3而可更好地改善由RCD緩衝電路30中二極體D1反向恢復時所造成的EMI輻射問題。在一實施例中，貼片電阻器R3採用英制尺寸代碼為1206或0805且電阻值在47Ω以內的貼片電阻器。在本實施例中，電晶體Q1為N通道場效電晶體，電晶體Q1的汲極端305與源極端306即開關元件的第一端與第二端，而貼片電阻器R3電連接於二極體D1的陽極端300與電晶體Q1的汲極端305之間。當電晶體Q1的閘極端電壓為高準位時，電晶體Q1導通而使得其汲極端305與源極端306電連接，即開關元件的第一端與第二端在開關元件開啟時電連接。當電晶體Q1的閘極端電壓為低準位時，電晶體Q1截止而使得其汲極端305與源極端306不再電連接，即開關元件的第一端與第二端在開關元件關閉時斷開。
濾波電容器C2接收橋式全波整流電路(圖中未繪示)輸出的直流脈動電
壓，並將該電壓轉成具有較低電壓漣波的直流電壓而通過變壓器T1初級側繞組Np的第一端307提供給變壓器T1。變壓器T1初級側繞組Np第二端308與電晶體Q1的汲極端305電連接，電晶體Q1的閘極端與脈寬調變(pulse-width modulation，簡稱PWM)控制晶片IC1的輸出端通過電阻器R2電連接。在返馳式開關電源正常工作時，PWM控制晶片IC1的輸出端通常會輸出工作頻率如60KHz左右的PWM方波到電晶體Q1的閘極端，以驅動電晶體Q1導通(開啟)與截止(關閉)，使得變壓器T1在電晶體Q1開啟時通過變壓器T1初級側繞組Np將能量儲存於變壓器T1氣隙(gap)中，然後在電晶體Q1關閉時通過變壓器T1次級側繞組Ns將變壓器T1氣隙中儲存的能量提供給整流濾波電路之後輸出具有較低電壓漣波的直流電壓。
當電晶體Q1關閉時，在電晶體Q1的汲極端305產生一電壓Vd=Vc2+VoR+Vpeak，其中，Vc2為濾波電容器C2的正端電壓，VoR為電晶體Q1關閉時變壓器T1次級側繞組Ns電壓感應到初級側繞組Np的反射電壓，Vpeak為電晶體Q1關閉時變壓器T1初級側繞組Np的漏感所產生的尖峰電壓。該尖峰電壓Vpeak=Lk×di/dt，其中，Lk為電晶體Q1關閉時變壓器T1初級側繞組Np的漏感值，di/dt為電晶體Q1關閉時流過漏感的電流變化率。
由於此時在電晶體Q1的汲極端305所產生的電壓Vd大於濾波電容器C2的正端電壓Vc2，故此時電晶體Q1的汲極端305所產生的尖峰電壓Vpeak通過貼片電阻器R3由二極體D1的陽極端300傳送到電容器C1的第一端301，由電容器C1將變壓器T1漏感產生的電能量儲存起來，電容器C1的第一端301電壓上升。接著，當電容器C1的第一端301電壓上升到大於或等於二極體D1的陽極端300電壓時，由於二極體D1存在很短的反向恢復時間，故此時二極體D1產生一個反向電流，該反向電流由二極體D1的陰極端309流向陽極端300並流經貼片電阻器R3最終通過電晶體Q1的汲極端與源極端之間的寄生
電容流到初級側地端。由於該反向電流流經貼片電阻器R3之時，貼片電阻器R3對該反向電流具有衰減作用，故電晶體Q1關閉時二極體D1所產生的該反向電流將大幅減小，使得二極體D1反向恢復時其電流變化率di/dt也大幅減小而導致所產生的EMI輻射能量也大幅減小，因而可更好地改善由RCD緩衝電路30中二極體D1反向恢復時所造成的EMI輻射問題。再接著，電晶體Q1開啟後並在下一次電晶體Q1關閉之前，電容器C1將所儲存的能量全部經由電阻器R1的第一端302洩放至第二端303而最終到達濾波電容器C2的正端304。
請參見圖8，圖8的通道1波形為圖7所示貼片電阻器R3的電阻值為39Ω時流過二極體D1的電流波形圖，其中二極體D1在電壓反向恢復時所產生的反向電流最大值僅為200mA，與圖3相比減少了約300mA，與圖6相比則減少了約190mA，相較之下可更大幅降低二極體D1反向恢復時所造成的EMI輻射問題。另外，圖8的通道2波形為圖7所示電晶體Q1的汲極端對源極端電壓波形圖。
雖然本創作已以較佳實施例揭露如上，然其並非用於限定本創作，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。
30‧‧‧RCD緩衝電路
300‧‧‧二極體D1的陽極端
301‧‧‧電容器C1的第一端
302‧‧‧電阻器R1的第一端
303‧‧‧電阻器R1的第二端
304‧‧‧電容器C2的正端
305‧‧‧電晶體Q1的汲極端
306‧‧‧電晶體Q1的源極端
307‧‧‧初級側繞組Np的第一端
308‧‧‧初級側繞組Np的第二端
309‧‧‧二極體D1的陰極端
C1‧‧‧電容器
C2、C3、C4‧‧‧濾波電容器
D1、D2‧‧‧二極體
IC1‧‧‧PWM控制晶片
L1‧‧‧電感器
Np‧‧‧變壓器T1的初級側繞組
Ns‧‧‧變壓器T1的次級側繞組
Q1‧‧‧電晶體
R1、R2‧‧‧電阻器
R3‧‧‧貼片電阻器
T1‧‧‧變壓器
Claims (8)
- 一種開關電源的緩衝電路，該開關電源包括一開關元件，該開關元件具有一第一端與一第二端，該第一端與該第二端在該開關元件開啟時電連接並在該開關元件關閉時斷開，該緩衝電路包括一二極體，其特徵在於：該緩衝電路更包括一電阻器，該電阻器電連接於該二極體的一陽極端與該開關元件的該第一端之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之開關電源的緩衝電路，其中，該開關電源為一反馳式開關電源。
- 如申請專利範圍第1項所述之開關電源的緩衝電路，其中，該開關元件為一場效電晶體。
- 如申請專利範圍第1項所述之開關電源的緩衝電路，其中，該緩衝電路為一電阻電容二極體緩衝電路。
- 如申請專利範圍第1項所述之開關電源的緩衝電路，其中，該電阻器為一貼片電阻器。
- 如申請專利範圍第5項所述之開關電源的緩衝電路，其中，該貼片電阻器的尺寸代碼為1206或0805。
- 如申請專利範圍第5項所述之開關電源的緩衝電路，其中，該貼片電阻器的電阻值在47歐姆以內。
- 如申請專利範圍第5項所述之開關電源的緩衝電路，其中，該貼片電阻器的尺寸代碼為1206或0805，且電阻值在47歐姆以內。
Applications Claiming Priority (1)
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