电源转换器及其限流控制电路的制作方法

1.一种电源转换器及其控制电路，尤指一种电源转换器及其限流控制电路。


背景技术：

2.多数现今的电子用品都会对自身的电路做保护以延长电子用品自身的寿命，没有对自身做好电路保护的电子用品就可能在遇到突发状况时有失去储存的资料甚至是电路烧毁的风险。常见的突发状况为突然停电失去电力，和突然涌入电力或是出现大量电力需求而产生电网的突波。为了保护自身电路，现今的电子用品都会有一定的电感电流回授去缓冲突发状况对电路的冲击力道。
3.现今电子用品的开关电源中有一已知的电源电路，该电源电路通常会包含一定电压输出(constant voltage；cv)和一定电流输出(constant current；cc)。首先该定电压输出cv会先定一个电压值，再由该定电流输出cc制定适当的输出电流量给予一后端的负载(load)使用电力。
4.此外，现今电子用品的开关电源时常需要面对突波的产生，因为开和关电源时就会因电源和后端电路的电压差而产生突波，产生一过电流的情况。
5.不过，已知的电源电路是以该定电流输出cc控制电流大小，以产生稳定的电流输出，而当突波产生时，该定电流输出cc无法完全控制输出电流，导致突波影响到输出电流，产生过大的电流输出，而伤害到该负载中的电路元件。


技术实现要素：

6.有鉴于上述的问题，本发明提供一种电源转换器的限流控制电路，包括一限电流电路单元，该限电流电路单元有一第一运算器和一限流模组。该第一运算器具有一输出端、一反相输入端及一非反相输入端，该第一运算器的该反相输入端接收一定电压输出(constant voltage)单元所产生的一定电压信号，该第一运算器的该非反相输入端接收一分压电路单元所产生的一分压信号，并该第一运算器的该输出端产生一准限流信号，其中该准限流信号通过一第一电阻连接该反相输入端。其中，该分压电路单元接收一电源转换器所产生的一输出电流信号以产生该分压信号。
7.该限流模组电连接该第一运算器的该输出端和一定电流输出(constant current)单元，并该限流模组从该第一运算器接收该准限流信号且输出一限流信号到该定电流输出单元。该限流模组包括一上限直流电源与一下限直流电源，该上限直流电源的一正极端连接一上限二极管的一阴极，该下限直流电源的一正极端连接一下限二极管的一阳极。该上限直流电源的一负极端接地，且该上限直流电源的一正极端连接该上限二极管一端，而该上限二极管的一阳极连接该第一运算器的输出端，以接收该准限流信号。该下限直流电源的一负极端接地，而该下限二极管一阴极连接该第一运算器的输出端，以接收该准限流信号。
8.本发明利用电感电流回授并透过上下限电路以达到电流峰值的限制，并使一电源
信号在经过该定电压输出单元后和在流入该定电流输出单元之前就先被该限电流电路单元限制电流流量，使该定电流输出单元在电流控制上更有效率，且更能降低突波造成的过电流对一负载(load)的伤害。
附图说明
9.图1为本发明一电源转换器的限流控制电路的一限电流电路单元的电路图。
10.图2为本发明一实施例中该电源转换器的限流控制电路的示意图。
11.图3为本发明该实施例中一定电压输出单元附近的电路图。
12.图4为本发明该实施例中一限电流电路单元附近的电路图。
13.图5为本发明该实施例中一分压电路单元附近的电路图。
14.图6为本发明该实施例中一比较器和一开关模组附近的电路图。
15.图7为本发明该实施例中一电源转换器的电路图。
16.图8为本发明该实施例中一电源转换器的另一电路图。
17.图9为本发明该实施例的信号图。
具体实施方式
18.以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。
19.请参阅图1所示，本发明为一种电源转换器的限流控制电路，包括一限电流电路单元cl电连接在一定电压输出(constant voltage)单元cv和一定电流输出(constant current)单元cc之间。该限流电路单元cl有一第一运算器op1和一限流模组lm，其中该第一运算器op1接收该定电压输出单元cv所产生的一定电压信号v
const
和接收接收一分压电路单元vd所产生的一分压信号v
io
，并该第一运算器op1产生一准限流信号v
pre_l
。其中该第一运算器op1具有一反相输入端、一非反相输入端及一输出端。该输出端通过一第一电阻r1连接到该反相输入端，且该定电压信号v
const
通过一第二电阻r2输入到该负输入端。另外，该分压信号v
io
通过一第三电阻r3输入到该非反相输入端，而该准限流信号v
pre_l
通过一第四电阻r4从该输出端输入到该限流模组lm中。如图2所示，其中该分压电路单元vd接收一电源转换器pw所产生的一输出电流信号io以产生该分压信号。该限流模组lm通过第四电阻r4连接该第一运算器op1的该输出端，且该限流模组lm连接该定电流输出单元cc。该限流模组lm从该第一运算器op1接收该准限流信号v
pre_l
且输出一限流信号i
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到该定电流输出单元cc。该限流模组lm包括一上限直流电源s1与一下限直流电源s2，该上限直流电源s1连接一上限二极管d1，而该下限直流电源s2连接一下限二极管d2。该上限直流电源s1的一负极端接地，且该上限直流电源s1的一正极端连接该上限二极管d1的一阴极，而该上限二极管d1的一阳极通过该第四电阻r4连接该第一运算器op1的该输出端。另外，该下限直流电源s2的一负极端接地，且该下限直流电源s2的一正极端连接该下限二极管d2的一阳极，而该下限二极管d2的一阴极也通过该第四电阻r4连接该第一运算器op1的该输出端。
20.该上限二极管d1的顺向偏压方向为电流从该准限流信号v
pre_l
流向该上限直流电源s1的方向，而该下限二极管d2的顺向偏压方向为电流从该下限直流电源s2流向该准限流信号v
pre_l
的方向。
21.该上限直流电源s1设有一信号上限值，以控制电压的方法限制该准限流信号v
pre_l
的电流上限，该下限直流电源s2设有一信号下限值，以控制电压的方法限制该准限流信号v
pre_l
的电流下限。该信号上限值和该信号下限值分别对应电流上限和下限的电压值，故以电压控制该上限二极管d1和该下限二极管d2的流向来限制电流的流量。
22.详细来说，当该准限流信号v
pre_l
的电压高于该信号上限值的电压时，该上限二极管d1会形成顺向偏压而导通，该准限流信号v
pre_l
的部分电流会从该上限二极管d1流出并经过该上限直流电源s1到接地，藉此限制该准限流信号v
pre_l
的电压。当该准限流信号v
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的电压低于该信号下限值的电压时，也就是说当该下限直流电源s2的电压高于该准限流信号v
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的电压时，该下限二极管d2会形成顺向偏压而导通，该限流信号i
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会从接地端接收补偿电流，且补偿电流会经过该下限直流电源s2及该下限二极管d2流入，藉此补偿该准限流信号v
pre_l
的电压。而当该准限流信号v
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的电压介于该信号下限值和该信号上限值之间时，该上限二极管d1和该下限二极管d2各因逆向偏压而不导通。如此一来，该限流模组lm可维持该限流信号i
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在该信号上限值和该信号下限值分别对应的电流上限和电流下限之间，达到本发明以电压限制电流的目的。另外，在一较佳实施例中，该信号上限值和该信号下限值为可调整的数值。
23.请参阅图2所示，在该较佳实施例中，本发明该电源转换器的限流控制电路应用于一电源设备。该电源设备包含有一该电源供应器s3和该电源转换器pw。而该电压控制的限流控制电路还包含有一比较器cp，该比较器cp连接在该定电流输出cc和该电源设备的该电源转换器pw之间，而该电源转换器pw连接该电源供应器s3，且该电源转换器pw的该输出电流信号io经过该分压电路单元vd输出到该限电流电路单元cl中。该电源转换器pw用于接收该电源供应器s3的一输出总电源，且该电源转换器pw将该输出总电源转换为一转换电源，并将该转换电源经过该电感电容单元lc转换成一输出电源vo。此外，在本实施例中，该电源转换器pw是一直流转交流电源转换器。
24.请一并参阅图3所示，在该较佳实施例中，该定电压输出单元cv为一第二运算器op2。其中，来自一函数波产生器(function generator)fg的一输出电压参考信号v
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和来自该电源转换器pw的一输出电压信号v
o_fb
连接该第二运算器op2的一反相输入端，该接地连接第二运算器op2的一非反相输入端，而该第二运算器op2的一输出端产生该定电压信号v
const
。另外，该第二运算器op2的该输出端通过一第五电阻r5和一第五电容c5连接到该第二运算器op2的该反相输入端。
25.该输出电压参考信号v
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为一参考电压信号，举例来说，可来自该函数波产生器fg，而该输出电压信号v
o_fb
来自一no端和一lo端，而该no端和该lo端在本说明书后段图7和图8中电连接该电源转换器pw。
26.请参一并阅图4和图5所示，输入到该限电流电路单元cl的该分压信号v
io
来自经过该分压电路单元vd的该输出电流信号io。详细来说，该输出电流信号io在经过该分压电路单元vd前先经过一电流选择器s。该电流选择器s选择仅少数的电流量通过到该分压电路单元vd，而该分压电路单元vd利用一第七电阻r7和一第八电阻r8分压通过该电流选择器s的少部份分该输出电流信号io，且输出电压信号v
o_fb
。如此，该限电流电路单元cl无须承受该输出电流信号io相对庞大的电流量，而得以使用该输出电压信号v
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以电压来控制该限流信号i
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的电流流量。
27.当该输出电压参考信号v
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和该输出电压信号v
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结合并一起输入该定电压输出单元cv时，其波形唯一正弦波(sinusoidal wave)。而当该定电压输出单元cv所产生的该定电压信号v
const
和该分压信号v
io
输入到该限电流电路单元cl后，该限电流电路单元cl产出的该限流信号i
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为一截平波峰与波谷的波，也就是一受到该信号上限值和该信号下限值限制的一正弦波于该电流上限和该电流下限时无法更加增加幅度而成了截平波峰与波谷的波。换句话说，当该限流信号i
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低于该信号下限值时，该限流信号i
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会从接地端接收补偿电流，使该限流信号i
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维持该信号下限值的幅度。而当该限流信号i
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高于该信号上限值时，该限流信号i
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会从该上限二极管d1流失到接地，使该限流信号i
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维持该信号上限值的幅度。
28.在该较佳实施例中，该定电流输出单元cc为一第三运算器op3。该限流信号i
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和一限流采样信号i
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连接该第三运算器op3的一反相输入端，该接地连接该第三运算器op3的一非反相输入端，而该第三运算器op3的一输出端产生一定流电流信号i
const
。该第三运算器op3的该输出端通过一第六电阻r6及一第六电容c6连接该第三运算器op3的该反相输入端。
29.请参一并阅图6所示，在该较佳实施例中该比较器cp该具有一输出端、一反相输入端及一非反相输入端，该比较器cp的该反相输入端连接连接一脉冲宽度调变(pulse-width modulation；pwm)信号产生器pwmg并接收一第一pwm信号pwm1，该比较器cp的该非反相输入端连接该定电流输出单元cc并接收该定流电流信号i
const
，而该比较器cp的该输出端连接该电源转换器pw且产生一第二pwm信号pwm2。该第一pwm信号pwm1为一三角波，而该第二pwm信号pwm2为一方形波。
30.请参阅图7和图8所示，该直流转交流电源转换器单元dcac包括一开关模组sw和一pwm模组pwmm。该电源转换器pw电连接该电源供应器s3，且该电源供应器s3为一直流电源。该pwm模组pwmm接收该第二pwm信号pwm2，使该第二pwm信号pwm2通过一非闸n1连接和控制该开关模组sw，而该开关模组sw受到控制而改变该电源供应器s3输出的该输出总电源成为该转换电源。在该较佳实施例中该输出总电源为一直流电，将而该转换电源为一交流电。
31.在本发明的另一实施例中，该开关模组sw可因该第二pwm信号pwm2的不同而成为一升压变换器(boost converter)、一降压变换器(buck converter)或一降压升压变换器(buck-boost converter)。
32.该电感电容单元lc连接该直流转交流电源转换器dcac的该开关模组sw，且该电感电容单元lc含有至少一电感和至少一电容。在该较佳实施例中倘若该电源供应器s3突然失去了电力，该电感电容单元lc的该至少一电感l1，l2和该至少一电容c1，c2能够将各自储备的磁场和电场转换为电力一段时间，缓冲失去电力的时间。
33.该电感电容单元lc另使该限流采样信号i
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经过该电感电容单元才能到达定电流输出单元，即该限流采样信号i
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经过该电感电容单元lc后流到的该定电流输出单元的该第三运算器op3，以加强本发明限流的效果。其中，该限流采样信号i
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是通过采样该转换电源所产生的。
34.如图8所示，该lo端和该no端接出并电连接到该第二运算器op2，提供该第二运算器op2电力和该输出电压信号v
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。在该较佳实施例中，一电磁干扰滤波器(electromagnetic interference filter)模组emi连接该电感电容单元lc。该电磁干扰滤
波器模组emi将该限流采样信号i
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滤波后产生该输出电流信号io，使经滤波后的该输出电流信号io流向该第一运算器op1做电流的回授，以有效的使该定电流输出单元cc限制电流。该电磁干扰滤波器模组emi可以过滤掉电路中的突波，防止突波在输出时对一负载造(load)成伤害，也保护自身电路在回授该输出电流信号io时减少受到突波的冲击。
35.请参阅图9所示，在该较佳实施例中，该负载为满载的状态下，设定100vrms、1khz、该信号上限值为5a和信号下限值为-5a的条件。该输出电流信号io如图所示被限制在-5a和5a之间，且呈该截平波峰与波谷的波，这重点验证了本发明确实能有效的限制住电流于制定的该信号上限值和信号下限值之间。可以看的出来，刚受到该开关模组sw产生的该限流采样信号i
l
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有一些波动，而受到该限电流电路单元cl限流的该限流信号i
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较为稳定，这是本发明的另一重点，因为其验证了本发明的该限电流电路单元cl实质的改善了一般电路中所有的该限流采样信号i
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的电流波动。该限流信号i
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、该限流采样信号i
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、该输出电压信号v
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、该输出电压参考信号v
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和该输出电流信号io在时间(time)上同步的于图9中所记录。该限流信号i
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、该限流采样信号i
l_sample
、该输出电压信号v
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和该输出电压参考信号v
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随着该输出电流信号io的变化而同步改动，说明了本发明整体运作上的同步一致性。
36.本发明使该输出电流信号io在受到该定电流输出单元cc限制电流前先回授到一限电流电路单元cl做初步的限流，能够减少突波的产生并更有效的对电流做出流量限制。
37.以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。