專利名稱：串聯(lián)同步截電器改良結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種截電器改良結(jié)構(gòu)，特別涉及一種串聯(lián)同步截電器改良結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
—般電子產(chǎn)品都使用直流電作為工作電源，其可依不同使用場合或條件選擇由電 池供應(yīng)，或由市電變壓器經(jīng)整流濾波來達成，但因為采用變壓器方式體積龐大較占空間，而 使用電池又存有必須時常更換或加設(shè)充電電路的不便，因此如何直接有效由市電交流截電 取得足夠穩(wěn)定的直流供電，便成為業(yè)界積極研發(fā)的課題。 目前采用市電交流50Hz或60Hz的截電方式，已經(jīng)有多樣設(shè)計及專利案被公開，如 中國專利申請第200720032013號一種單火線取電電路及可遙控的單火線開關(guān)控制裝置即 為一典型例子，這種取電方式是選在一特定周期的某段時間快速剎那導(dǎo)通從交流電取得一 瞬間電流，經(jīng)整流而作為供電，故在本案特別稱之為截電器，用與一般市面以變壓器并聯(lián)取 電經(jīng)整流之供電器(Ad即tor)來作區(qū)分。 如圖l所示為較先進的習知串聯(lián)截電器結(jié)構(gòu)，主要串聯(lián)接在電源火線上，以積分 方式截取電源，并經(jīng)整流穩(wěn)壓取得穩(wěn)定的低壓直流供電，其組成包括一整流穩(wěn)壓單元91， 將電源火線上取得的積分截電經(jīng)由整流輸出穩(wěn)壓，以供應(yīng)內(nèi)部電路及外接電路的低壓直流 電力；一穩(wěn)壓電壓控制單元92，當截電積分電源達到預(yù)定值時，自動產(chǎn)生一積分脈沖波輸 出；以及一積分驅(qū)動截電單元93，其輸入端與穩(wěn)壓電壓控制單元相連作動，接入積分脈沖 波以操控進行積分截電；經(jīng)由電源火線供應(yīng)電力產(chǎn)生一相對于積分脈沖波的開路截電電 壓； 如圖2所示，為習知串聯(lián)交流電截電器結(jié)構(gòu)工作輸出波形圖，其截電時在負半周 也持續(xù)工作，底下a部分是無效功率消耗，當長時間工作時，會產(chǎn)生溫升現(xiàn)象，同時也會增 加電源噪聲干擾的情形。而上方b部份經(jīng)電容穩(wěn)壓后輸出波形，會因輸出電源串聯(lián)負載不 同，間接影響電壓高低變化，直流電供應(yīng)條件不穩(wěn)定，周邊應(yīng)用產(chǎn)品限制很多，只要搭接電 感負載即會產(chǎn)生無效功率電磁干擾。 另外，目前傳統(tǒng)串聯(lián)交流電截電方式，大都缺乏同步設(shè)計功能，其在截電電路與工 作方式仍存有如下缺點，極待進一步改善 1.因為截電方式缺乏同步設(shè)計功能，截電輸出直流部分，常會影響后續(xù)所接微處 理器(MCU)運算控制，導(dǎo)致工作不正常的情況。 2.因為截電設(shè)計大都并沒有開發(fā)同步截電概念，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率無法提高，使得截 電元件在長時間工作情形下，會發(fā)生溫升現(xiàn)象。 3.由于50Hz或60Hz串聯(lián)交流電截電，是采取負載共同串聯(lián)方式工作，無良好同步 控制往往會受到周圍靜電干擾，因而產(chǎn)生誤動作的情形，徒增微處理器(MCU)判別條件，導(dǎo) 致運算負荷加重，工作反應(yīng)速度變慢非常不方便。 4.因為缺乏同步功能當交流電源截取時，相位會隨著串聯(lián)負載大小而改變，導(dǎo)致 電流參考點無法準確設(shè)定，處在高負載的工作時，過載保護無法即時發(fā)揮功效，尤其是接上電感負載問題愈為嚴重。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于，解決傳統(tǒng)串聯(lián)交流電截電方式，大都缺乏同步設(shè)計功能 的技術(shù)問題。 為達到上述目的，本實用新型提供一種串聯(lián)同步截電器改良結(jié)構(gòu)，主要包括一同 步整流外供電單元、一同步整流內(nèi)供電單元、一同步穩(wěn)壓電壓控制單元、一積分驅(qū)動電路單 元、一負載同步反饋控制單元、及一同步積分截電單元所組成，該同步整流外供電單元，其 一端與電源火線輸入端相接，另端設(shè)有一 DC穩(wěn)壓輸出端； 該同步整流內(nèi)供電單元，其一端與電源火線輸入端相接，另端具有第一分路以連
接至該負載同步反饋控制單元、及該同步穩(wěn)壓電壓控制單元，以及第二分路以連接至該積
分驅(qū)動電路單元、該同步積分截電單元、及前述負載同步反饋控制單元的另一端； 該積分驅(qū)動電路單元，其一端與前述同步整流內(nèi)供電單元第二分路相接，并連控
該同步積分截電單元；其另一端與前述同步穩(wěn)壓電壓控制單元相接受其連控，以及； 該同步積分截電單元，由前述積分驅(qū)動電路單元連控，其一端與電源火線輸入端
相接，另一端設(shè)有一電源火線輸出端，又該同步積分截電單元具有一截電同步取樣端以連
接控制該負載同步反饋控制單元、及該同步穩(wěn)壓電壓控制單元。 本實用新型的有益效果在于，將其串聯(lián)接在電源火線上，可進行同步周期截電，以 提供同步DC穩(wěn)壓輸出作為連接外部電路的基礎(chǔ)供電?？晒┙恢绷鲀捎猛浇仉?，擴大電路 的應(yīng)用范圍。

[0017]圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖附1-
1為習知串聯(lián)截電器的方塊圖； 2為習知串聯(lián)截電器的工作波形圖； 3為本實用新型串聯(lián)同步截電器的方塊圖 4為本實用新型串聯(lián)同步截電器的電路圖 5為本實用新型應(yīng)用于交流截電的示意圖 6為本實用新型應(yīng)用于直流截電的示意圖 7-A為本實用新型電路節(jié)點A的波形圖； 7-B為本實用新型電路節(jié)點B的波形圖； 7-C為本實用新型電路節(jié)點C的波形圖； 7-D為本實用新型電路節(jié)點D的波形圖； 8為本實用新型串聯(lián)同步截電器的截電工作波形圖； 9為本實用新型串聯(lián)同步截電器的穩(wěn)壓輸出波形圖； 10為本實用新型制成獨立截電器模組的示意圖； 11為本實用新型截電器模組加設(shè)有接地端的示意圖； 12為本實用新型截電器模組加設(shè)有其它控制接腳的示意圖。 圖標記說明
同步整流外供電單元；10-截電器模組；101-封裝殼體；102-電路板；103-接腳；11-DC穩(wěn)壓輸出端；12-接地端；2-同步整流內(nèi)供電單元；3_同步穩(wěn)壓電壓控制單元； 4-積分驅(qū)動電路單元；5-負載同步反饋控制單元；6_同步積分截電單元；61-截電同步取 樣端；62-同步信號輸出端；70-TRIAC硅控晶體；71_電源火線輸入端；72-電源火線輸出 端；80-MCU微處理器；91-整流穩(wěn)壓單元；92-穩(wěn)壓電壓控制單元；93-積分驅(qū)動截電單元； A-節(jié)點；B-節(jié)點；C-節(jié)點；D-節(jié)點。
具體實施方式有關(guān)本實用新型的特征與結(jié)構(gòu)，現(xiàn)配合附圖作最佳實施例詳細說明如下。 請參閱圖3、圖4所示，本實用新型所設(shè)的一種串聯(lián)同步截電器改良結(jié)構(gòu)，主要包 括一同步整流外供電單元1、一同步整流內(nèi)供電單元2、一同步穩(wěn)壓電壓控制單元3、一積 分驅(qū)動電路單元4、一負載同步反饋控制單元5、及一同步積分截電單元6所組成，以下各段 的介紹，前部分為各單元之間的連結(jié)關(guān)系，請參閱圖3，后部分為各單元內(nèi)含元件的細部組 成，請參閱圖4。 該同步整流外供電單元l，其一端與電源火線輸入端71相接，另端設(shè)有一 DC穩(wěn)壓 輸出端11 ;同步整流外供電單元1進一步由在一整流二極管D7后并接二電容C6、 C7及一 串接保護電阻R5所組成； 該同步整流內(nèi)供電單元2，其一端與電源火線輸入端71相接，另端具有第一分路 以連接至負載同步反饋控制單元5、及同步穩(wěn)壓電壓控制單元3 ;以及第二分路連接至積分 驅(qū)動電路單元4、同步積分截電單元6、及前述負載同步反饋控制單元5的另一端；該同步整 流內(nèi)供電單元2由在一整流二極管D4后并接二電容C8、C9及串接一二極管D6與一電阻R7 所組成，又該同步整流內(nèi)供電單元2與同步整流外供電單元1間設(shè)有電阻R21相連； 該同步穩(wěn)壓電壓控制單元3，為積納穩(wěn)壓開關(guān)控制電路，具有一 NPN晶體管Q3， 一 偏壓電阻R13接設(shè)于NPN晶體管Q3的集電極上，二分壓電阻R11、R14接設(shè)于NPN晶體管Q3 的基極上，一積納二極管Z2串接在同步整流內(nèi)供電單元2與分壓電阻Rll之間； 該負載同步反饋控制單元5，為晶體開關(guān)控制電路，具有一 NPN晶體管Q2， 二偏壓 電阻R8及R12接設(shè)于NPN晶體管Q2的基極與集電極上，及一輸出電阻R10并接在NPN晶 體管Q2的集電極上； 該積分驅(qū)動電路單元4，其一端與前述同步整流內(nèi)供電單元2第二分路相接，并控 制該同步積分截電單元6 ;其另一端與前述同步穩(wěn)壓電壓控制單元4相接并受其控制；該積 分驅(qū)動電路單元4，具有一FET場效晶體Q1，及二電阻R9及R19串接于FET場效晶體Q1的 柵極上，以及； 該同步積分截電單元6，由前述積分驅(qū)動電路單元4控制，其一端與電源火線輸入 端71相接，另一端設(shè)有一電源火線輸出端72，又該同步積分截電單元6具有一截電同步取 樣端61以連接控制該負載同步反饋控制單元5及該同步穩(wěn)壓電壓控制單元3，該同步積分 截電單元6，具有一低阻抗高電流的大功率FET場效晶體Q4，大功率FET場效晶體Q4的漏極 與電源火線輸入端71相接，一輸入電阻R6串設(shè)于大功率FET場效晶體Q4的柵極上，一電 阻R15及一電容Cll并聯(lián)設(shè)于大功率FET場效晶體Q4的源極與電源火線輸出端72之間； 以及一突波吸收元件Z3設(shè)在大功率FET場效晶體Q4的漏極與源極之間。 藉此，如圖5所示，該電源火線輸入端71對外連接AC電源，使其組成的結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于一般市電AC電源，或如圖6所示，該電源火線輸入端71對外連接DC電源，也可應(yīng)用于 一般DC電源，將其串聯(lián)接在電源火線上，進行同步周期截電，以提供同步DC穩(wěn)壓輸出以作 為連接外部電路的基礎(chǔ)供電。 請參圖3至圖5所示，以市電交流110V截電取得5V DC穩(wěn)壓工作為例，首先串聯(lián) 交流電輸入端經(jīng)由TRIAC硅控晶體70 (或繼電器)連接電源火線輸入端71至同步積分截 電單元6的大功率FET場效晶體Q4，再經(jīng)電源火線輸出端72連接至負載端。 當大功率FET場效晶體Q4進行截電時，其節(jié)點A產(chǎn)生的積分脈沖波如圖7-A所示， 可經(jīng)同步整流外供電單元1成節(jié)點B圖7-B所示的波形，由DC穩(wěn)壓輸出端11供應(yīng)外部電 路MCU微處理器80的電力；另外其產(chǎn)生的積分脈沖波，也可經(jīng)同步整流內(nèi)供電單元2輸出 穩(wěn)壓以供應(yīng)內(nèi)部積分電路所需的電力； 其中，該同步穩(wěn)壓電壓控制單元3，因內(nèi)具有積納二極管Z2控制電壓，當截電積分 電源達到預(yù)定值譬如3V或5V或12V的時候，即自動產(chǎn)生一積分脈沖波輸出，如節(jié)點C圖7-C 所示的波形，連接至積分驅(qū)動電路單元4的輸入端，將積分脈沖波整形放大后輸出，連接驅(qū) 動同步積分截電單元6的大功率FET場效晶體Q4，操控其依波形進行積分截電，令同步積分 截電單元6經(jīng)由TRIAC硅控晶體70 (或繼電器)供應(yīng)電力產(chǎn)生一相對積分脈沖波的開路截 電電壓如前述圖7-A所示； 同步積分截電單元6截電后，同時產(chǎn)生反饋信號輸出，經(jīng)截電同步取樣端61回傳 供應(yīng)負載同步反饋控制單元5，以及同步穩(wěn)壓電壓控制單元3，鎖定電源相位差變化，增強 截電工作穩(wěn)定度。且當同步積分截電單元6截電完成時，大功率FET場效晶體Q仍然呈現(xiàn) 低阻導(dǎo)通狀態(tài)，故其串聯(lián)交流電輸入耗損極小； 事實上，在整個截電持續(xù)進行過程中，負載同步反饋控制單元5居中扮演相當重 要的角色，其可從相連的積分驅(qū)動電路單元4，節(jié)點D獲取如圖7-D所示輸出的微量相位差 變化，而及時修正積分電源，使其保持良好的穩(wěn)壓狀態(tài)。 其中本實用新型同步整流外供電單元l截電節(jié)點A(如前述圖7-A所示)，最 佳取得截電的單位時基Tl可進一步界定于8. 3ms-20ms，其中有效積分脈沖T2界定于 0. 2ms-lms，波幅V卯界定于3-15V， DC穩(wěn)壓輸出端11供電電壓界定于DC3-15V，應(yīng)用功率 界于3-800W之間。 所制成的電路正反向接線都能正常工作，不會因為電極接錯方向而導(dǎo)致元件損
壞，且相位電流參考點相對穩(wěn)定許多，在高負載的工作環(huán)境中，過載保護反應(yīng)速度快且確
實，不但減少截電元件功率消耗，工作電壓相對穩(wěn)定，并減少故障發(fā)生率，同時可以減少回
路干擾，搭接電感負載時，工作穩(wěn)定度毫不遜色，超越傳統(tǒng)交流電截電規(guī)格。 請參圖8所示，本實用新型采用線性同步積分設(shè)計，因為可精準控制只于正半周
下降波段時進行截電，故可改善習知底部負半周無效功率消耗，比傳統(tǒng)截電效率高出50%
以上，同時減少截電元件功率消耗，長時間工作溫升現(xiàn)象明顯減少，電源噪聲干擾的情形也
相對改善許多。 請參圖9所示，而且其截電經(jīng)電容穩(wěn)壓后輸出波形圖，串聯(lián)負載變化時輸出電源 不受影響，直流電輸出條件穩(wěn)定，可供更多周邊產(chǎn)品應(yīng)用，適合搭接不同負載，并且通過FCC EMI電磁干擾認證。 請參圖10所示，為了方便配合各種不同電子產(chǎn)品使用，本實用新型所提供的電路更可直接制成一集成電路CHIP(圖未示)，或獨立制成一截電器模組IO，其結(jié)構(gòu)外表具有一 封裝殼體101，內(nèi)設(shè)有電路板102，外部設(shè)有多支接腳103，其基本至少可包括一電源火線 輸入端71、一電源火線輸出端72、一DC穩(wěn)壓輸出端11，或如第4、11圖所示擴充制成不同規(guī) 格，選擇性增加設(shè)有一接地端12，或如第4、12圖所示設(shè)有一過載保護信號輸出端(圖中未 示出)、一截電同步取樣端61、一同步信號輸出端62、以供連接各種不同外部電路應(yīng)用。 采用本實用新型所設(shè)的串聯(lián)截電方式，不但可供交直流兩用同步截電，擴大電路 的應(yīng)用范圍，其設(shè)備適合應(yīng)用的場合及優(yōu)點如下 1.公共場所，取代傳統(tǒng)配電方式，施工方便降低管道配線費用，并且正相或反向接 線皆可正常工作，不會因為電極接錯方向，而導(dǎo)致元件損壞。 2.提供公司、工廠、醫(yī)院及防疫中心，RFID周邊元件電力供應(yīng)解決方案，減少安裝 電池需求量，同時節(jié)省電池費用及廢電池污染處理機制。 3.高效率交流截電轉(zhuǎn)換，提供監(jiān)控系統(tǒng)電力供應(yīng)解決方案，并具備密閉防爆功能， 可應(yīng)用于燃料庫及儲油槽，或煉油廠等高危險地區(qū)。 4. —般住宅區(qū)，提供墻內(nèi)隱藏式開關(guān)供電照明系統(tǒng)，使配電系統(tǒng)更彈性化。 5.交流截電提供穩(wěn)定的直流電源輸出，不需要加裝變壓器及電池，降低維護費用， 達到節(jié)能及降低環(huán)境污染的要求。 6.通過本實用新型串聯(lián)截電參考點穩(wěn)定特性，也同樣適合應(yīng)用在直流監(jiān)控系統(tǒng) 中，例如電動汽車、不斷電系統(tǒng)(UPS)、太陽能板的電池負載管理部分，以及其他需要直流 供電的監(jiān)控儀表設(shè)備?？芍苯尤〈嘿F的DC-DC轉(zhuǎn)換器供電元件，降低產(chǎn)生EMI電磁干擾 的機率，搭接電感負載仍可穩(wěn)定工作。 以上具體實施方式
僅為本實用新型的較佳實施例，其對本實用新型而言是說明性 的，而非限制性的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不超出本實用新型精神和范圍的情況下，對之進行 變換、修改甚至等效，這些變動均會落入本實用新型的權(quán)利要求保護范圍。
權(quán)利要求一種串聯(lián)同步截電器改良結(jié)構(gòu)，包括一同步整流外供電單元、一同步整流內(nèi)供電單元、一同步穩(wěn)壓電壓控制單元、一積分驅(qū)動電路單元、一負載同步反饋控制單元、及一同步積分截電單元所組成，其特征在于該同步整流外供電單元，其一端與電源火線輸入端相接，另端設(shè)有一DC穩(wěn)壓輸出端；該同步整流內(nèi)供電單元，其一端與電源火線輸入端相接，另端具有一第一分路連接至該負載同步反饋控制單元、及該同步穩(wěn)壓電壓控制單元，以及一第二分路連接至該積分驅(qū)動電路單元、該同步積分截電單元、及前述負載同步反饋控制單元的另一邊端；該積分驅(qū)動電路單元，其一端與前述同步整流內(nèi)供電單元第二分路相接，并控制該同步積分截電單元；其另一端與前述同步穩(wěn)壓電壓控制單元相接受其控制，以及；該同步積分截電單元，由前述積分驅(qū)動電路單元控制，其一端與電源火線輸入端相接，另一端設(shè)有一電源火線輸出端，又該同步積分截電單元具有一截電同步取樣端連接控制該負載同步反饋控制單元、及該同步穩(wěn)壓電壓控制單元。
2. 如權(quán)利要求l所述的串聯(lián)同步截電器改良結(jié)構(gòu)，其特征在于，該同步整流外供電單 元，進一步由在一整流二極管后并接二電容及一串接保護電阻組成；該同步整流內(nèi)供電單 元，由在一整流二極管后并接二電容及串接一二極管與一電阻組成；該同步穩(wěn)壓電壓控制 單元，為積納穩(wěn)壓開關(guān)控制電路，具有一 NPN晶體管， 一偏壓電阻接設(shè)于所述同步穩(wěn)壓電壓 控制單元NPN晶體管的集電極上，二分壓電阻接設(shè)于所述同步穩(wěn)壓電壓控制單元NPN晶體 管的基極上，一積納二極管串接在同步整流內(nèi)供電單元與分壓電阻之間；該積分驅(qū)動電路 單元，具有一 FET場效晶體，及二電阻串接于所述積分驅(qū)動電路單元FET場效晶體的柵極 上；該負載同步反饋控制單元，為晶體開關(guān)控制電路，具有一NPN晶體管，二偏壓電阻接設(shè) 于所述負載同步反饋控制單元NPN晶體管的基極與集極上，及一輸出電阻并接在所述負載 同步反饋控制單元NPN晶體管的集電極上；該同步積分截電單元，具有一低阻抗高電流的 大功率FET場效晶體，所述同步積分截電單元大功率FET場效晶體漏極與電源火線輸入端 相接，一輸入電阻串設(shè)于所述同步積分截電單元大功率FET場效晶體柵極上，一電阻及一 電容并聯(lián)設(shè)于所述同步積分截電單元大功率FET場效晶體源極與電源輸出端之間；以及一 突波吸收元件設(shè)在所述同步積分截電單元大功率FET場效晶體漏極與源極之間。
3. 如權(quán)利要求2所述的串聯(lián)同步截電器改良結(jié)構(gòu)，其特征在于，該同步整流外供電單 元與同步整流內(nèi)供電單元間連設(shè)有電阻；該同步整流外供電單元的DC穩(wěn)壓輸出端供電電 壓界定于DC3-15V，應(yīng)用功率界于3-800W之間。
4. 如權(quán)利要求2所述的串聯(lián)同步截電器改良結(jié)構(gòu)，其特征在于，該同步整流外供電 單元截電節(jié)點處取得截電單位時基Tl界定于8. 3ms-20ms，其中有效積分脈沖T2界定于 0. 2ms-lms，波幅Vpp界定于3-15V。
5. 如權(quán)利要求2所述的串聯(lián)同步截電器改良結(jié)構(gòu)，其特征在于，該電源火線輸入端對 外連接DC電源。
6. 如權(quán)利要求2所述的串聯(lián)同步截電器改良結(jié)構(gòu)，其特征在于，該電源火線輸入端對 外連接AC電源。
7. 如權(quán)利要求6所述的串聯(lián)同步截電器改良結(jié)構(gòu)，其特征在于，對AC電源截電位置處 于正半周下降波段。
8. 如權(quán)利要求2所述的串聯(lián)同步截電器改良結(jié)構(gòu)，其特征在于，整體制成一集成電路。
9. 如權(quán)利要求2所述的串聯(lián)同步截電器改良結(jié)構(gòu)，其特征在于，整體制成一截電器模組。
10. 如權(quán)利要求9所述的串聯(lián)同步截電器改良結(jié)構(gòu)，其特征在于，該截電器模組，外表具有一封裝殼體，內(nèi)設(shè)有電路板，外部設(shè)有多支接腳，至少包括一電源火線輸入端、一電源火線輸出端、及一 DC穩(wěn)壓直流輸出端。
11. 如權(quán)利要求10所述的串聯(lián)同步截電器改良結(jié)構(gòu)，其特征在于，該截電器模組，外部 增設(shè)包含有一過載保護信號輸出端、一同步信號輸出端、及一接地端等其中的一種接腳。
專利摘要一種串聯(lián)同步截電器改良結(jié)構(gòu)，主要包括一同步整流外供電單元、一同步整流內(nèi)供電單元、一同步穩(wěn)壓電壓控制單元、一積分驅(qū)動電路單元、一負載同步反饋控制單元、及一同步積分截電單元所組成；工作時，串聯(lián)接在電源火線上，可進行同步周期截電，以提供同步DC穩(wěn)壓輸出作為連接外部電路的基礎(chǔ)供電；其整體采用線性同步積分設(shè)計，使截電效率大幅提升，相位電流參考點相對穩(wěn)定許多，在高負載的工作環(huán)境中，過載保護反應(yīng)速度快且確實，同時可以減少回路干擾，減少截電元件功率消耗，工作電壓相對穩(wěn)定，并減少故障發(fā)生率。
文檔編號H02M7/02GK201479021SQ20092015033
公開日2010年5月19日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者王智人 申請人:隆怡工業(yè)股份有限公司