本发明系关于一种由交流电压取得直流电压的方法,尤指一种不用磁学原理而可由交流电压直接获得直流电压的高效率方法,其特征在于先将交流电压经整流电路整流为脉动直流电压,而于该脉动直流电压等于输出电压或输出电压低于一设定值时,控制电路将开关电路导通,令脉动直流电压送至输出电容,以直接由交流电压取得直流电压。 在某些电路中,例如交换式稳压器(SWITCHING REGULATOR)之控制和压动电路,需要低压直流电源,然而该低压直流电源并不需要与交流电源线隔离。
在过去,人们曾使用过下列之数种方法以获得低压直流电源;
(a)将交流电整流、滤波后,经过电阻一类之元件而损失大部分之电压。此法之缺点是效率极低。
(b)使用变压器将交流电降压,然后经整流、滤波。此法之缺点是因为变压器之使用令成本居高不下。
(c)将交流电整流、滤波后,使用晶体管作为降压元件。此法之缺点是即便有大电压跨于晶体管上,但晶体管几乎都处在导通状态,因此效率亦低。
(d)使用集成电路控制可控硅整流器(SCR)将交流电压换为直流电,其中积分器之充电时间是由直流输出电压所控制。虽然此法效率较高,但仍有其他问题产生:亦即当交流电源刚投入,而直流输出电压仍低时,可控硅整流器将在交流输入电压达到峰值前被激发,除非有额外之保护电路加入,将有高浪涌电流及高直流电压产生。
有鉴于此,本发明主要目的乃在于提供一种不使用磁学原理,而可由交流电压直接取得直流电压地高效率方法。
本发明的另一个目的,在于提供一种具有高效率、低功率损耗,不使用磁学原理,而可由交流电压直接取得直流电压之方法。
采用本发明,可使交流电压转换为直流电压的结构简洁、成本降低、利于大批量生产。
为易于明了本发明之目的、特点、结构及功效起见,现参考附图详细说明如下:
附图中,
图1A为本发明之方块图。
图1B为本发明之波形图。
图2为本发明第一实施例之电路图。
图3为本发明第二实施例之电路图。
请参阅图1A及图1B。其中输入端(12)引入交流电(例如110V/60 HZ者),经整流电路(14)整流为脉动直流电压(25),此脉动直流电压(25)于开关电路(26)闭合时,直接经由线路(15)、电阻(18)送至输出端(30)而跨于电容(28)之上;在图面上虽然只绘出一个整流器代表整流电路(14),然实际上亦可使用2个或2个以上之整流器,而若开关电路(26)能够承受反向电压时,整流电路(14)可以省略;电阻(18)限制流经开关电路(26)之最大电流,此电流相当小(可能为0.5安培),因为跨于电阻(18)之最大电压仅有数伏特(可能为3伏特);开关电路(25)为与门电路(AND GATE)(20)之输出所控制,当与门电路(20)之输出为低电压时或线路(15)之电压较输出端(30)之电压为低时,开关电路(26)关断(TURN-OFF),跨于电容(28)上之输出端(30)有直流电压输出。
与门电路(20)之输出电压系由线路(17)、(19)及(21)上之电压电平所共同决定,当线路(17)、(19)及(21)均为高电位时,与门电路(20)之输出转为高电位,使开关电路(28)导通;
(a)线路(21)之电平是由比较电路(22)所控制;当跨于电阻(18)及开关电路(26)上之电压(由线路(34)送至比较电路(22)者)较参考电压源(32)之电压(可能为3伏特)为高时,比较电路(22)之输出将使线路(21)升为高电位,亦即比较电路(22)之输出仅当跨于电阻(18)及开关电路(26)上之电压低于参考电压源(32)之电压时才转为高电位,进而可以限制电阻(18)及开关电路(26)上之功率消耗。
(b)线路(19)上之电位是由比较电路(24)所控制;当输出端(30)之电压(由线路(35)送至比较电路(24)者)较参考电电压源(36)之电压为低时,比较电路(24)之输出转为高电位,因此线路(19)上之电位为高电位,亦即参考电压源(36)决定输出端(30)之直流输出电压。
(c)线路(17)之电位是由减幅(DECREASING MAGNITUDE)检测电路(16)所控制;只有当线路(15)上之脉动直流电压(25)达到最大值时,减幅检测电路(16)之输出才为高电位,除此之外,其他时刻线路(17)均为零电位,而线路(17)上之零电位防止与门电路(20)在线路(15)上之脉动直流电压(25)逐渐上升时触发开关电路(26),而当与门电路(20)无法关断开关电路(26)时,需要有上述之零电位,以防止输出端(30)之输出电压上升至脉动直流电压(25)之峰值附近,亦即开关电路(26)只有在脉动直流电压(25)降至几乎与输出端(30)之输出电压同电位时才导通。
综合上述,人们得知惟有在(A)跨于电阻(18)及开关电路(26)上之电压较参考电压源(32)上之电压为低,(B)输出端(30)之输出电压较参考电压源(36)之电压为低,以及(C)线路(15)上之脉动直流电压(25)逐渐下降等三种情况时,开关电路(26)才能导通。
请继续参阅图2,它是本发明第一实施例之电路图。本实施例使用可控硅整流器(26)作为开关电路,线路(15)上之脉动直流送至由电阻(40)、(42)所组成之分压器,以降低跨于晶体管(52)发射结上之电压,当脉动直流电压(25)逐渐升高时,晶体管(52)关断,因为二极管(44)上之压降使晶体管(52)之基极电压低于发射极电压;而在脉动直流电压(25)升至峰值,并开始下降时,二极管(14)阻止电流反向流过,此时,电容经由电阻(46)缓慢放电,使得晶体管(52)之基极电压下降速度较发射极电压为慢,因此晶体管(52)导通;电阻(50)系用以限制晶体管(52)之基极电流。
在脉动直流电压(25)上升时,晶体管(52)关断,因为其基极电压受到二极管(44)压降之影响,降得较其发射极电压为低;只有在脉动直流电压(25)之逐渐下降时,晶体管(52)才能导通,故虚线框(16)所框起之元件具有减幅检测器之功能。
二极管(54)向电容(56)充电,以提供电源给晶体管(58),在脉动直流电压(26)逐渐下降时,晶体管(52)导通,晶体管(58)亦随之导通,因为其基极经由限流电阻(53)耦合至晶体管(52)之集电极;当晶体管(58)导通时,跨于电容(56)上之电压(亦即脉动直流电压(25)之峰值),将经由电阻(70)送至齐纳二极管(72)之阴极,再经由二极管(74)送至可控硅整流器(26)之栅极,若此时晶体管(66)关断,而且齐纳二极管(72)之击穿电压较输出端(30)之电压与二极管(72)之电压降之和为高,则可控硅整流器(28)之栅极电压降为高,可控硅整流器(26)将被触发;本段所述者即为与门电路(20)之功能,其中可控硅整流器(26)被触发之时机为(A)脉动直流电压(25)在逐渐下降时,(B)输出端(30)之输出电压必须较齐纳二极管(72)所产生之参考电压为低(忽略发射结电压降)以及(C)晶体管(66)截止等三种情况同时成立时。
当线路(15)上之脉动直流电压(25)之电平较输出端(30)之电压高出一预设值后,晶体管(66)将导通,而该预设值(可能为3伏特)乃是藉由所选用之齐纳二极管(62)所决定;二极管(64)防止晶体管(66)之基极流过反向电流,而电阻(60)则限制正向电流,电阻(68)协助晶体管(66)关断,并且使晶体管(66)保持于关断状态。
当晶体管(66)导通时,可控硅整流器(26)之栅极电压及输出端(30)之输出电压大约相等,因此可防止可控硅整流器(26)之栅极被正向偏压而被触发。
齐纳二极管(72)限制加到可控硅整流器(26)栅极之最大电压,因此可防止可控硅整流器(26)导通;齐纳二极管(72)防止当齐纳二极管(72)之击穿电压低于输出端(30)之输出电压、可控硅整流器(26)之栅极电压、以及二极管(74)之电压降等三者之和时,可控硅整流器(26)被触发。
二极管(74)防止反向电流流过可硅整流器(26)之栅极;电阻(18)限制经可控硅整流器(26)而流至输出端(30)之最大电流;电阻(75)协助关断可控硅流器(26),并提高可控硅整流器(26)之击穿电压;电容(28)为输出电容,在可控硅整流器(26)关断时,使输出端(30)之电压保持恒定。
请参阅图3,它是本发明第二实施例之电路图。其中使用晶体管(26)作为开关电路,并使用全波桥式整流器(14A)以提供线路(15)上之脉动直流电压(25);二极管(80)防止晶体管(82)之基极反向导通,而二极管(90)则防止晶体管(26)之基极反向导通;电阻(84)加速晶体管(82)之关断速度,而电阻(92)则加速晶体管(26)之关断速度。
当齐纳二极管(76)导通时,电流流至晶体管(82)之基极,便晶体管(82)导通,当线路(15)上之电压电平较输出端(30)之电压电平高出了齐纳二极管(76)之击穿电压、二极管(80)之电压降、电阻(78)上之电压降,以及晶体管(82)之发射结电压四者之和时,晶体管(82)将导通,而当晶体管(82)导通时,跨于晶体管(26)发射结上之电压降将为低电位,故晶体管(26)关断。
当晶体管(82)截止时,齐纳二极管(88)决定输出端(30)之最大输出电位,齐纳二极管(88)以此方式控制晶体管(26),因为晶体管(26)之基极电压必须较其发射极电压为高。齐纳二极管(88)即限制基极电压之最大值。
电阻(86)提供晶体管(26)导通所需之基极电流,电阻(78)限制晶体管(82)之最大基极电流,而电阻(18)限制流经晶体管(26)之最大电流;电容(28)则在晶体管(26)关断时维持输出端(30)输出电压之恒定。
综上所述,本发明具有效率高、合于实用、结构简洁、易于实施之优点。