TWM471100U - 具有節能迴路的電源轉換裝置 - Google Patents

Description

具有節能迴路的電源轉換裝置

本新型係指一種電源轉換裝置，尤指一種具有可減少磁能消耗之節能迴路的電源轉換裝置。

在選購家用電器時，多數人傾向於能源之星(Energy Star)認證產品以節約用電，能源之星是由美國環境保護署(Environmental Protection Agency)與能源部(Department of Energy)共同制定的節能標準，自美國政府推行能源計劃以來，專家針對消費者購物習慣調查發現，逾七成消費者購買能源之星認證的產品，多數顧客認為這類產品壽命較長。

近年來電器產品不斷升級、功能增加，包括筆電、洗衣機和平板電視等，但調查顯示，消費者對節能產品認知度仍待加強，為使國民使用電器及設備之能源效率能達到國際標準，並防止低效率產品輸入國內，中華民國依「能源管理辦法」規定國家能源效率標準，由經濟部能源局建立自發性節能標章認證制度，以建構國內高能源效率之環境，進而積極鼓勵廠商研發生產電力需求相關節能電器，一但產品貼上節能標章圖樣，代表產品的能源效率比國家認證標準高10-50%，不但品質有保障，更能省能省錢。

請參考圖6所揭示，為一種已知的電源轉換裝置，其包括一自耦變壓器60、第一、第二切換開關61、62及輸出開關63，該自耦變壓器60具有一繞組，繞組的一端與電源N端連接，繞組另端透過第一、第二切換開關61、62和電源L端及輸出開關63連接，該繞組上設有一抽頭601；該第一切換開關61具有一共同端COM、一常閉端NC和一常開端NO，共同端COM與電源L端連接，常閉端NC、常開端NO分別與繞組一端及抽頭601連接；該第二切換開關62具有一共同端COM、一常閉端NC和一常開端NO，共同端COM與輸出開關63連接，常閉端NC、常開端NO分別與繞組一端及抽頭601連接；該輸出開關63具有一共同端COM、一常閉端NC和一常開端NO，共同端COM構成電源輸出端，常開端NO和第二切換開關62的共同端COM連接。

上述自耦變壓器60線路的升壓工作原理係透過第一切換開關61之共同端COM與其常開端NO連接，該繞組由抽頭601至電源N端構成一初繞組，第二切換開關62之共同端COM與其常閉端NC連接，由該繞組一端至電源N端構成一次繞組，且初繞組為次繞組的一部分時，輸出開關63之共同端COM與其常開端NO連接使電壓輸出；由於次繞組的匝數多於初繞組的匝數，故為升壓輸出。

而降壓的工作原理係為第一切換開關61之共 同端COM與其常閉端NC連接，由該繞組一端至電源N端構成另一初繞組，第二切換開關62之共同端COM與其常開端NO連接，由該抽頭601至電源N端構成另一次繞組，而次繞組為初繞組的一部分時，輸出開關63之共同端COM與其常開端NO連接使電壓輸出。與前述模式不同的是：在此切換模式下，初繞組的匝數多於次繞組的匝數，故為降壓輸出。

除此之外，請參考圖7、圖8所揭示，為另一已知的電源轉換裝置，其構造、工作原理與前述電源轉換裝置大致相同，不同之處在於，該繞組上之抽頭601與電源N端之間又進一步設有一次抽頭602，該第一切換開關61常閉端NC、常開端NO分別與繞組一端及次抽頭602連接，該第二切換開關62常閉端NC、常開端NO分別與繞組一端及抽頭601連接；該自耦變壓器60線路的升壓工作原理係同樣透過第一切換開關61之共同端COM與其常開端NO連接，該次抽頭602至電源N端構成一初繞組，第二切換開關62之共同端COM可與其常閉端NC或常開端NO連接，由該繞組一端至電源N端或抽頭601至電源N端構成一次繞組，而令次繞組大於初繞組作升壓輸出，輸出開關63之共同端COM與其常開端NO連接使電壓輸出；而降壓的工作原理係為第一切換開關61之共同端COM與其常閉端NC連接，由該繞組一端至電源N端構成另一初繞組，第二切換開關62之共同端COM與其常開端NO連接，由該抽頭601至電源N端構成另一次繞組，由於初繞組大於次繞組，故為降壓輸出，輸出開關63之共同端 COM與其常開端NO連接使電壓輸出。

前述電源轉換裝置皆可連接電器，在升壓/降壓或輸出迴路的保護上均普遍的被使用，然而，此類的自耦變壓器60之繞組一端經常地連接於迴路上，無論是在升壓/降壓或輸入電壓直接輸出時均會使自耦變壓器60產生多餘的磁能與功率的消耗以及其損耗。

有鑑於上述現有技術之缺點，本新型主要目的在提供一種具有節能迴路的電源轉換裝置，係連接於輸入電壓源與電器之間而形成迴路，並配合輸入電壓之大小採取升壓/降壓的切換，並且當無需切換電壓時以一種無損耗的方式直接輸出電壓。

為達上述目的所採取的主要技術手段係令前述具有節能迴路的電源轉換裝置係連接於輸入電壓源，其包含：一模式切換電路，係具有一電壓輸入端及一切換元件，該切換元件具有第一、第二接點；一轉換電路，該轉換電路包括一隔離元件與一自耦變壓器，該自耦變壓器具有一個以上的抽頭；該隔離元件具有一共用端、常閉端、常開端，該隔離元件常開端與自耦變壓器一端串接，且隔離元件共用端與前述第一接點連接；該自耦變壓器其中一抽頭與第二接點連接；一輸出電路，係具有一開關元件及一電壓輸出端，該開關元件具有兩個接點，其中一接點與上述自耦變壓器其中一抽頭連接，另一接點與上述隔離元件共用端連接； 一微控制器，該微控制器分別與前述轉換電路的隔離元件、模式切換電路的電壓輸入端及切換元件、輸出電路的開關元件連接，且具有一個以上的電壓閥值。

本新型主要是先由微控制器對輸入電壓值與電壓閥值進行比對，若輸入電壓值與電壓閥值不同，由微控制器控制隔離元件、切換元件、開關元件的接點切換，使輸入電壓通過自耦變壓器作升壓或降壓處理，使輸出電壓符合電壓閥值並且穩定輸出，而在不須升降壓處理時，可透過隔離元件使自耦變壓器與迴路完全斷開；利用上述技術以減少損耗，提高電源的使用效率。

11A‧‧‧第一接點

11B‧‧‧第二接點

20‧‧‧轉換電路

21‧‧‧隔離元件

21A‧‧‧常閉端

21B‧‧‧常開端

22‧‧‧自耦變壓器

221‧‧‧主抽頭

222‧‧‧次抽頭

30‧‧‧輸出電路

31‧‧‧開關元件

31A‧‧‧第三接點

31B‧‧‧第四接點

40‧‧‧微控制器

60‧‧‧自耦變壓器

601‧‧‧抽頭

602‧‧‧次抽頭

61‧‧‧第一切換開關

62‧‧‧第二切換開關

63‧‧‧輸出開關

圖1 係本新型之較佳實施例關閉模式狀態圖。

圖2 係本新型之較佳實施例節能模式狀態圖。

圖3 係本新型之較佳實施例降壓模式狀態圖。

圖4 係本新型之較佳實施例升壓模式狀態圖。

圖5 係本新型之較佳實施例另一升壓模式狀態圖。

圖6 係已知自耦變壓器線路狀態圖。

圖7 係已知二段式自耦變壓器關閉模式線路狀態圖。

圖8 係已知二段式自耦變壓器開啟模式線路狀態圖。

關於本新型之一較佳實施例，請參考圖1所示，本新型係一種具有節能迴路的電源轉換裝置，其包含一模式切換電路10、一轉換電路20、一輸出電路30、一微控制器40；其中， 該模式切換電路10係具有一電壓輸入端(即電源L/N端)及一切換元件11，該切換元件11具有一第一接點11A與一第二接點11B；本實施例中該切換元件11係指一繼電器Relay1，前述電壓輸入端為繼電器Relay1之共用端COM。

該轉換電路20包括一隔離元件21與一自耦變壓器22，該自耦變壓器22具有一繞組，該繞組的兩端之間具有一主抽頭221；該隔離元件21具有一共用端COM、常閉端21A、常開端21B，該隔離元件21常開端21B與繞組一端串接，且隔離元件21共用端COM與前述第一接點11A連接，該繞組另端與電源N端連接，該主抽頭221與切換元件11的第二接點11B連接，以構成初繞組；本實施例中該隔離元件21係指另一繼電器Relay2，該繼電器Relay2之常閉端21A係完全開路，用以隔離該自耦變壓器22；該輸出電路30係具有一開關元件31及一電壓輸出端(即電源L/N端)，該開關元件31具有一第三接點31A、第四接點31B，其中第三接點31A與上述繞組的主抽頭221連接，以構成次繞組，該第四接點31B與切換元件11的第一接點11A、前述隔離元件21共用端COM連接以構成迴路；本實施例中該開關元件31係指又一繼電器Relay3，前述電壓輸出端為該繼電器Relay3之共用端COM。

該微控制器40分別與前述模式切換電路10的切換元件11、轉換電路20的隔離元件21、輸出電路30 的開關元件31之激磁線圈及電壓輸入端連接，且具有一電壓閥值；本較佳實施例主要是先由微控制器40對輸入電壓源的輸入電壓值進行比對，若輸入電壓值與電壓閥值不同，由微控制器40控制上述三個繼電器Relay1,Relay2,Relay3，使自耦變壓器22的繞組匝數與主抽頭221匝數因比例不同而升壓或降壓，使輸出電壓符合理想的電壓閥值並且穩定輸出，當輸入電壓穩定，不需作升降壓轉換時，則可透過上述隔離元件21使繞組與迴路完全斷開，利用上述技術以減少損耗，提高電源的使用效率。

本新型之另一較佳實施例，請參閱圖2所示，其構造與前一實施例大致相同，惟該主抽頭221與電源N端之間進一步具有一次抽頭222，本實施例中改由該次抽頭222與第二接點連接11B，該第三接點31A同樣與上述自耦變壓器22的主抽頭221連接；該微控制器40又進一步提供相對應的另一電壓閥值，並且該繞組匝數、主抽頭221匝數、次抽頭222匝數均不相同，例如當主抽頭221的匝數多於次抽頭222的匝數，故為升壓輸出；而前述初繞組的匝數多於次繞組的匝數，故為降壓輸出。

關於本新型較佳實施例的工作原理，其中各電路的動作狀態會改變本裝置的電壓輸出模式，首先請參考圖1所示，為本新型較佳實施例所提供的一關機模式，透過該微控制器40控制各電路動作狀態包含：前述之切換電路10的繼電器Relay1之共同端COM與第一接點11A接通，轉換電路20中的繼電器Relay2之共用端COM與常閉端21A接通，輸出電路的繼電器Relay3之共用端COM 與第三接點31A接通；請參考圖2所示為本新型前述較佳實施例所提供的一節能模式，透過該微控制器40控制各電路動作狀態包含：前述之切換電路10的繼電器Relay1之共同端COM與第一接點11A維持接通，該轉換電路20中的繼電器Relay2之常閉端21A維持與共同端COM接通，惟由微控制器40切換使輸出電路的繼電器Relay3之共同端COM與第四接點31B接通，由此方式直接將輸入電壓經由切換電路10和輸出電路30輸出，並且使自耦變壓器22與迴路完全斷開，避免產生多餘的磁能消耗，以減少損耗，提高電源的使用效率；請參考圖3所示為本新型前述較佳實施例所提供的一降壓模式，透過該微控制器40控制各電路動作狀態包含：前述之切換電路10的繼電器Relay1之共同端COM與第一接點11A維持接通，而該轉換電路20中的繼電器Relay2由微控制器40進行切換使常開端21B與共同端COM接通，該輸出電路的繼電器Relay3由微控制器40切換使其第三接點31A接通繞組的主抽頭221，由此方式將高於電壓閥值的輸入電壓經自耦變壓器22進行降壓的動作，使輸出電壓符合理想的電壓閥值並且穩定輸出；請參考圖4所示為本新型前述較佳實施例所提供的一升壓模式，透過該微控制器40控制各電路動作狀態包含：前述之切換電路10的繼電器Relay1由微控制器40切換使切換電路10的共同端COM與第二接點11B接通，而連接繞組的次抽頭222，該轉換電路20中的繼電器 Relay2無論是常閉端21A或常開端21B與共同端COM接通均無影響，該輸出電路30的繼電器Relay3之第三接點31A維持接通，由此方式將低於電壓閥值的輸入電壓經自耦變壓器22進行升壓的動作，使輸出電壓符合理想的電壓閥值並且穩定輸出；請參考圖5所示為本新型前述較佳實施例所提供的另一升壓模式，透過該微控制器40控制各電路動作狀態包含：前述之切換電路10的繼電器Relay1之第二接點11B維持接通，而該轉換電路20中的繼電器Relay2由微控制器40控制使其常開端21B與共同端COM接通，該輸出電路30的繼電器Relay3之第三接點31B維持接通，由此方式將低於電壓閥值的輸入電壓經自耦變壓器22進行升壓的動作，使輸出電壓符合理想的電壓閥值並且穩定輸出。

因此，本較佳實施例主要是先由微控制器40對輸入電壓源的輸入電壓值進行比對，若輸入電壓值與電壓閥值不同，由微控制器40控制上述三個繼電器Relay1,Relay2,Relay3，使輸入電壓通過自耦變壓器22中的繞組、主抽頭221、次抽頭222產生不同的升降壓模式(如前述工作原理)，使輸出電壓符合理想的電壓閥值並且穩定輸出；在不需要升降壓處理時，則透過上述隔離元件21使該自耦變壓器22與迴路完全斷開，以減少多餘的磁能與功率的損耗，提高電源的使用效率。

10‧‧‧模式切換電路

11‧‧‧切換元件

11A‧‧‧第一接點

11B‧‧‧第二接點

20‧‧‧轉換電路

21‧‧‧隔離元件

21A‧‧‧常閉端

21B‧‧‧常開端

22‧‧‧自耦變壓器

221‧‧‧主抽頭

30‧‧‧輸出電路

31‧‧‧開關元件

31A‧‧‧第三接點

31B‧‧‧第四接點

40‧‧‧微控制器

Claims (5)

1. 一種具有節能迴路的電源轉換裝置，其包含：一模式切換電路，係具有一電壓輸入端及一切換元件，該切換元件具有第一、第二接點；一轉換電路，該轉換電路包括一隔離元件與一自耦變壓器，該自耦變壓器具有一個以上的抽頭；該隔離元件具有一共用端、常閉端、常開端，該隔離元件常開端與自耦變壓器一端串接，且隔離元件共用端與前述第一接點連接；該自耦變壓器其中一抽頭與第二接點連接；一輸出電路，係具有一開關元件及一電壓輸出端，該開關元件具有兩個接點，其中一接點與上述自耦變壓器其中一抽頭連接，另一接點與上述隔離元件共用端連接；一微控制器，該微控制器分別與前述轉換電路的隔離元件、模式切換電路的電壓輸入端及切換元件、輸出電路的開關元件連接，且具有一個以上的電壓閥值。
2. 如請求項1所述之具有節能迴路的電源轉換裝置，該自耦變壓器具有一主抽頭，該主抽頭與電源端之間進一步具有一次抽頭，該次抽頭與第二接點連接，該開關元件具有一第三接點，該第三接點同樣與上述自耦變壓器的主抽頭連接；該微控制器又進一步提供相對應的另一電壓閥值。
3. 如請求項1或2所述之具有節能迴路的電源轉換裝置，該切換元件係指一繼電器，該電壓輸入端為繼電器之共用端。
4. 如請求項3所述之具有節能迴路的電源轉換裝置，其中該隔離元件係指一繼電器。
5. 如請求項4所述之具有節能迴路的電源轉換裝置，其中該開關元件係指一繼電器，該電壓輸出端為該繼電器之共用端。