专利名称：包括过电压保护功能的电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有能够有效地抑制由于雷击等因素导致的电涌(power surge)而供给的诸如过电压、过电流等过量电力的过电压保护功能的电源装置。
背景技术：
作为家庭、办公室和便携的电子设备变得多样化、越来越普及，由于电涌而引起的损害在迅速增加。电涌指电流、电压等的瞬态波形，具有沿线或电路输送并且幅值迅速增加的特性。就电路的内部而言，电涌可能由电感器的两端的电压的迅速上升及其导通和关闭而引起，就电路的外部而言，可能由诸如直接雷击、间接雷击、感应雷击、空气中的放电等的自然现象而引起。特别地，由于近年来电路集成度增加，电路线的宽度减小，具有低阻抗和优异导电性的材料已经用于进行小功率操作，短路现象的相对最大值被减小，因此整体系统耐压性低，并且相应地，这些整体系统可能更容易受到电涌影响。反复的弱电涌可能劣化移动设备性能，结果，设备可能被毁坏，尽管只发生一次但单个强的电涌也可能损坏设备。另外，在特定电路部分中发生的电涌被输送到另一电路部分或系统的情况下，在极端的情况下，整个系统可能被连续地毁坏。因此，需要建立电涌保护系统，以防止电涌被输送以大大减少由此造成的损坏。为了准备合适的电涌的应对措施，可以使用诸如变阻器的器件。变阻器是设置在电涌可能经过的路径上的非线性器件。目前，习惯性地通过传统测量、器件的变化等建立阻断电涌所需的设计。这可能导致超规格或开发成本和时间的浪费，从而引起产品单位成本的总体增加、产量的降低等。在下面的相关的技术文献中，专利文献I涉及包括过电压控制功能的电源装置，其中，过电压控制单元通过线圈中的交流电压导通并且根据输出电压控制输送输入电源的路径，因此，可以控制过电压，而没有公开在电路中包括变阻器。此外，虽然专利文献2中涉及包括变阻器的过电压保护装置，但变阻器连接在输入电源的熔断器的后端和整流器之间，并且具有与单独准备的过电压阻挡器不同的导通电压，使得变阻器和过电压的阻挡器可以有组织地操作。相关技术文献(专利文献I)韩国专利公开KR10-2004-0072753(专利文献2)韩国专利公开KR10-2002-0092491
发明内容
本发明的一个方面提供一种包括过电压保护功能的电源装置，通过将变阻器放置在输入电源的火线(live line)和中性线中的至少一个与接地线之间或在关于变压器的初级侧的开关器件的漏极端子和源极端子之间连接变阻器、避雷器等能够抑制由于电涌而产生的过电压和过电流并且减小电涌电压和电流的电平。根据本发明的一个方面，提供了一种包括过电压保护功能的电源装置，该电源装置包括:电源单元，供给预定的输入电源；整流单元，通过对所述输入电源进行整流来生成第一电源；主电路单元，从所述第一电源生成第二电源；以及过电压阻挡单元，阻挡过电压和过电流，其中，所述过电压阻挡单元包括在所述输入电源的火线和中性线中的至少一个和接地之间连接的变阻器。该过电压阻挡单元可以包括在所述输入电源的火线和保护接地之间连接的第一变阻器以及在所述输入电源的中性线和所述保护接地之间连接的第二变阻器。该过电压阻挡单元形成放电路径，并且减少由雷击引起的电涌电压。该主电路单元包括具有至少一个变压器的反激式转换器(flyback converter)。该过电压阻挡单元包括在所述至少一个变压器的初级侧上设置的开关器件的漏极端子和源极端子之间连接的并且控制过电压的电路。所述漏极端子和所述源极端子之间连接的并且控制过电压的所述电路包括变阻器、避雷器和电容器中的至少一个。根据本发明的另一方面，提供一种包括过电压保护功能的电源装置，所述电源装置包括:电源单元，供给预定的输入电源；主电路单元，包括至少一个变压器并且从所述输入电源生成输出电源；以及过电压阻挡单元，阻挡过电压和过电流，所述过电压阻挡单元包括变阻器、避雷器及电容器中的至少一个以控制被输送到在所述至少一个变压器的初级侧中包括的开关器件的过电压和过电流。所述过电压阻挡单元包括在所述至少一个变压器的初级侧中包括的开关器件的漏极端子和源极端子之间连接的变阻器、避雷器和电容器中的至少一个。所述主电路单元包括反激式转换器电路。所述过电压阻挡单元在由于雷击而发生电涌时，形成放电路径，并且减小由雷击引起的电涌电压(power surge voltage)。所述过电压阻挡单元在由于雷击而发生电涌时，阻挡电涌电流或电涌电压在至少一个变压器的初级侧和次级侧之间输送。所述过电压阻挡单元包括在所述输入电源的火线和中性线中的至少一个和接地之间连接的变阻器。所述过电压阻挡单元包括在所述输入电源的火线和保护接地之间连接的第一变阻器以及在所述输入电源的中性线和所述保护接地之间连接的第二变阻器。
通过以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明的以上和其他方面、特征和其他优点，其中:图1是根据本发明实施方式的包括过电压保护功能的电源装置的示意性框图；图2和图3是在根据本发明的实施方式的包括过电压保护功能的电源装置中可能出现的过电压或过电流的信号路径的电路图；以及图4和图5是在根据本发明的实施方式的包括过电压功能的电源装置中包括的过电压阻挡单元的实例的示意性电路图。
具体实施例方式将参照附图描述本发明的实施方式。将为本领域的技术人员详细描述这些实施方式以实现本发明。应理解，本发明的各种实施方式可以是不同的而不必是排他性的。例如，本发明的实施方式中描述的具体的形状、结构和特性可以在不背离本发明的精神和范围的情况下，以本发明的另一个实施方式实现。此外，应理解，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下改变在各个公开的实施方式中的各个组件的位置和设置。因此，以下的详细描述不应被解释为是限制性的。此外，本发明的范围仅由所附权利要求及其适当的等同方案限定。在整个附图中，相同的参考标号将用于描述相同或相似的功能。在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施方式，从而本领域的技术人员可以容易地实现本发明。图1是根据本发明的实施方式的包括过电压保护功能的电源装置100的示意性框图。参照图1，根据本实施方式的电源装置100可以包括电源单元110、整流单元120和主电路单元130。尽管在本实施方式中过电压阻挡单元140包括在主电路单元130，但过电压阻挡单元140可以被布置在电源单元110中。电源单元110可以生成和输出通常的交流电源。整流单元120可以整流和平滑由电源单元110输出的交流电源，并可以将其转换成直流信号。整流单元120可以被实现为多个二极管，电源单元110可以包括在对其施加过电压时关断以保护整个系统的熔断器、多个电容器和电感器等。主电路单元130从由整流单元120整流、平滑和输出的直流信号生成用于驱动电子设备的输出信号。作为实施方式，在电源装置100是开关模式电源(SMPS)装置的情况下，主电路单元130可以包括将由整流单元120输出的直流信号转换成用于驱动电子设备的输出信号的反激式转换器。反激式转换器可以包括至少一个变压器，并且将电路分为关于变压器的初级侧和次级侧。变压器的初级侧和次级侧可以是电绝缘的。特别地，在变压器的初级侧和次级侧没有充分电绝缘的情况下，由变压器的次级侧上出现的电涌引起的过电压或过电流可能通过变压器输送到初级侧，甚至不利地影响整流单元120或电源单元110。同样地，当变压器的初级侧和次级侧没有充分电绝缘时，由发生在变压器的初级侧的电涌引起的过电压或过电流可能通过变压器输送到次级侧，并且连续地毁坏整个电子设备系统。特别地，暴露于雷击的具有连接到诸如天线的设备的输入电源的诸如电视、DVD播放器等的包括调谐器接收器的电子设备可能很容易招致由雷击或其他事件引起的电涌。因此，在包括调谐器接收器的电子设备被设置为使用包括反激式转换器的电源装置100的情况下，需要建立在电源装置100中包括的变压器的初级侧和次级侧之间的足够绝缘，并且采取电涌防护措施。在这方面，为了有效地防止电路部件由于雷击或其他因素引起的电涌而劣化或毁坏，需要考虑假设电涌发生在具有交流电源信号的峰值电平值的点的条件下，在差分模式和共模模式中相互不同的电涌电压/电流路径。
图2是根据本发明的实施方式的包括过电压保护功能的电源装置200中可能发生的过电压或过电流的信号路径的电路图。参照图2，电源单元210从火线L、中性线N和保护接地(PE)接收交流电源，并且将交流电源通过多个电容器Cl至C4和共模扼流电感器(common choke inductor)L1施加至整流单元220。如上所述，整流单元220可以包括多个二极管Dl至D4，通过整流和平滑由电源单元210输出的交流电源来生成直流信号，并将直流信号输入到主电路单元230。在图2的实施方式中，PFC转换器和反激式转换器包括在主电路部230中。PFC转换器可包括用作开关器件的晶体管TR1、升压电感器236和集成电路部IC1。反激式转换器可包括用作开关器件的多个晶体管TRl和TR2、变压器235和集成电路部件ICl和IC2。当连接到变压器235的初级侧的晶体管TR2导通时，电流流经变压器235的初级侧绕组，从而电压被感应至初级侧绕组。同时，具有与感应至初级侧绕组的电压的相反极性的电压被感应至的次级侧绕组，从而反向偏置电压被施加到二极管D7, 二极管D7被阻断。因此，能量仅累积在初级侧绕组。与此相反，当晶体管T2断开时，没有电流流经变压器235的初级侧绕组，并且具有与在晶体管TR2导通时提供的感应至初级绕组的电压的相反极性的电压被感应至其次级侦U。因此，正向偏置电压被施加到二极管D7，二极管叫是导电的，累积在变压器235的初级侧绕组的能量被通过次级侧绕组排出到输出端。同时，图2示出的电流路径①至④是能以差分模式流过由雷击或其他因素引起的电涌所导致的过电流的路径。电流路径①是由于电涌的在电源单元210的中性线N和火线L之间的过电流路径。电流路径②是经由电源单元210的共模扼流电感器LI经过电容器C4的过电流路径。此外，电流路径③是经由整流单元220的过电流路径。电流路径④是经过连接到主电路单元230的反激式转换器的变压器235的初级侧的电容器C6的过电流路径。以这种方式，根据由于雷击或其他因素发生的电涌过电流可能在电源单元210的火线L和中性线N之间以差分模式流动。为了解决电涌，变阻器可以连接在输入交流电源的三种类型的端子之间。特别地，在本实施方式中，通过在输入到电源单元210的交流电源的火线L和PE之间的或中性线N和PE之间连接变阻器，可以减少由于雷击或其他因素引起的电涌而发生的过电流/过电压。稍后将参照图4描述。图3是根据本发明实施方式的包括过电压保护功能的电源装置300中发生的过电压或过电流的信号路径的电路图。图3的电源装置可以与图2的电源装置200基本相同，并且可以包括电源单元310、整流单元320和主电路单元330。电源单元310从火线L、中性线N和PE接收交流电电源。用于在施加过电压时保护整个系统的熔断器Fl可连接到火线L。由电源单元310输出的交流电源被包括多个二级管(例如，二极管桥)的整流单元320平滑、整流并且转换为直流信号。直流信号被施加到主电路单元330。主电路单元330可包括类似于图2所示的反激式转换器电路。用于控制主电流单元330的操作的集成电路部分ICl可以设置在关于包括在反激式转换器电路中的变压器335的初级侧上。图3示出根据可能以共模模式出现的电涌形成的三种类型的过电流路径。
第一过电流路径①形成在输入的交流电源的中性线N和PE之间。最后，通过使用在中性线N和火线L之间连接的变阻器以大体减低过电流/过电压，难以充分防止在图3的第一过电流路径①上发生的电涌。因此，为了有效地减少第一过电流的路径①，变阻器可以直接连接在中性线N和PE之间。第二个过流路径②是通过电容器C4从输出端的PE到输入端的PE的电流路径。第二过电流路径②是沿着电流通过变压器235的初级侧和次级侧之间的耦合电容器C4输送电流的路径。因此，变压器335的初级侧和次级侧通过第二过电流路径②不能充分绝缘，在变压器335的初级侧和次级侧的一侧上出现的电涌可能被输送到另一侧，这可能导致电路部件的连续损坏。通过过电流路径③和④可能发生该现象。过电流路径③由变压器335初级侧的PE和次级侧的PE之间的等同寄生电容器形成。过电流路径④通过变压器335的初级侧的线B+和次级侧的PE形成。与过电流路径②的情况相同，由于在变压器335的初级侧和次级侧之间发生的电涌的事实而发生的过电流可以通过过电流路径③和④输送到另一侧，因此，需要在变压器335的初级侧和次级侧之间建立足够的绝缘。在本发明的本实施方式中，通过将变阻器或避雷器和电容器连接到与变压器335的初级侧相连的开关器件可以减少由雷击或其他因素引起的电涌。这将稍后参照图5来描述。图4和图5是在根据本发明实施方式的包括过电压保护功能的电源装置中包括的过电压阻挡单元的实例的示意性电路图。参照示出输入单元400的图4，输入交流电源410沿着火线L和中性线N移动，变阻器420分别设置在输入交流电源410的火线L和保护接地P-GND之间以及其中性线N和P-GND之间。变阻器420可以减少由可能攻击诸如连接到输入交流电源410等的诸如天线的调谐接收器的雷击或其他因素引起的电涌，因此调谐接收器等阻断可以通过诸如SMPS装置等的电源装置输送到整个系统的过电流或过电压。虽然图4的变阻器420连接在输入交流电源410的火线L和P-GND之间以及其中性线N和P-GND之间，变阻器420可以选择性地连接在输入交流电源410的火线L和PEP-GND之间或者其中性线N和PE P-GND之间。然而，考虑到电涌可能以差分模式发生在火线L与中性线N之间，电涌可能以共模模式出现在中性线N和P-GND之间，输入单元400可以包括两个变阻器。或者，如图4所示，在电容器串联连接到变阻器420或避雷器串联连接到其上的情况下，预计效果与通过将变阻器420分别放置在输入交流电源410的火线L和P-GND之间以及其中性线N和P-GND之间而获得的效果相似。接下来，参照图5，包括避雷器和电容器的过电压阻挡单元510连接在包括在主电路单元500中并且用作开关器件的晶体管TRl的漏极端子和源极端子之间。作为实例，图5中的晶体管TRl可以是连接到包括在主电路单元500的反激式转换器的变压器的初级侧并且控制流经变压器的初级侧绕组的电流的开关器件。S卩，当晶体管TRl导通时，能量蓄积在反激式转换器的变压器的初级侧绕组，并且当晶体管TRl截止时，蓄积在变压器的初级侧绕组的能量可以被输送并且输出到变压器的次级侧绕组。或者，如图5所示，避雷器520可以连接到晶体管TRl的两端或者变阻器530可以连接到其上而没有电容器。在避雷器520或变阻器530仅连接到过电压阻挡单元510的情况下，也预计效果与避雷器和电容器串联连接的过电压阻挡单元510的效果类似。如上所述，根据本发明实施方式，通过在输入电源的火线和接地之间或者其中性线和接地之间连接变阻器可以获得由雷击引起的电涌而发生的过电压、过电流等流过的路径，或者变阻器、避雷器等可以连接到包括在电路中的变压器的初级侧的开关器件中，从而降低过电压和过电流的电平。由此，可以提高关于由雷击等引起的电涌的耐压特性，并且可以减少整个电路的缺陷率，从而提高产量并且促进获得有竞争力的价格。虽然已经结合实施方式示出和描述本发明，但对本领域的技术人员显而易见的是，可以在不背离所附权利要求所定义的本发明的精神和范围的下进行各种修改和变更。
权利要求
1.一种包括过电压保护功能的电源装置，所述电源装置包括: 电源单元，供给预定的输入电源； 整流单元，通过整流所述输入电源来生成第一电源； 主电路单元，由所述第一电源生成第二电源；以及 过电压阻挡单元，阻挡过电压和过电流， 所述过电压阻挡单元包括在所述输入电源的火线和中性线中的至少一个与接地之间连接的变阻器。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其中，所述过电压阻挡单元包括在所述输入电源的火线和保护接地之间连接的第一变阻器以及在所述输入电源的中性线和所述保护接地之间连接的第二变阻器。
3.根据权利要求1所述的电源装置，其中，所述过电压阻挡单元形成放电路径，并且减小由雷击引起的电涌电压。
4.根据权利要求1所述的电源装置，其中，所述主电路单元包括具有至少一个变压器的反激式转换器。
5.根据权利要求4所述的电源装置，其中，所述过电压阻挡单元包括在所述至少一个变压器的初级侧设置的开关器件的漏极端子和源极端子之间连接的并且控制过电压的电路。
6.根据权利要求5所述的电源装置，其中，所述漏极端子和所述源极端子之间连接的并且控制过电压的所述电路包括变阻器、避雷器和电容器中的至少一个。
7.一种包括过电压保护功能的电源装置，所述电源装置包括: 电源单元，供给预定的输入电源； 主电路单元，包括至少一个变压器并且由所述输入电源生成输出电源；以及 过电压阻挡单元，阻挡过电压和过电流， 所述过电压阻挡单元包括变阻器、避雷器及电容器中的至少一个以控制被输送到在所述至少一个变压器的初级侧包括的开关器件的过电压和过电流。
8.根据权利要求7所述的电源装置，其中，所述过电压阻挡单元包括在所述至少一个变压器的初级侧包括的所述开关器件的漏极端子和源极端子之间连接的变阻器、避雷器和电容器中的至少一个。
9.根据权利要求7所述的电源装置，其中，所述主电路单元包括反激式转换器电路。
10.根据权利要求7所述的电源装置，其中，所述过电压阻挡单元在由于雷击而发生电涌时，形成放电路径并且减小由雷击引起的电涌电压。
11.根据权利要求7所述的电源装置，其中，所述过电压阻挡单元在由于雷击而发生电涌时，阻挡电涌电流或电涌电压在至少一个变压器的初级侧和次级侧之间输送。
12.根据权利要求7所述的电源装置，其中，所述过电压阻挡单元包括在所述输入电源的火线和中性线中的至少一个和接地之间连接的变阻器。
13.根据权利要求12所述的电源装置，其中，所述过电压阻挡单元包括在所述输入电源的火线和保护接地之间连接的第一变阻器以及在所述输入电源的中性线和所述保护接地之间连接的第二变阻器。
全文摘要
本发明提供一种包括过电压保护功能的电源装置，该电源装置包括电源单元，供给预定的输入电源；整流单元，通过对所述输入电源进行整流来生成第一电源；主电路单元，从所述第一电源生成第二电源；以及过电压阻挡单元，阻挡过电压和过电流，其中，所述过电压阻挡单元包括在输入电源的火线和中性线中的至少一个和接地之间连接的变阻器。
文档编号H02H9/02GK103187721SQ20121034329
公开日2013年7月3日 申请日期2012年9月14日 优先权日2011年12月28日
发明者金钟海, 金德勋, 朴根泳, 李英旼, 黄大永, 元载善, 金明亭, 金贞勉 申请人:三星电机株式会社