CN101572484A - 具数据通讯功能的交换式电源供应器 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种具数据通讯功能的交换式电源供应器，该电源供应器是包含有一交换式电源电路、一降压电源电路及一电力线通讯单元；其中该交换式电源电路是连接至电力线以将其交流电源转换为稳定直流电源供负载使用；又该电力线通讯单元则透过该降压电源电路连接至交换式电源电路以取得工作电源，可提供一数据传输接口供具相容数据接口的装置连接，利用电力线进行数据传输，及/或依据电力线传来远端控制信号，控制直流电源输出，或将交换式电源路传来的直流电压、电流数值，透过电力线传送至远端电脑；是以，本发明电源供应器不仅可供电子装置所需的直流电源外，更提供电子装置透过电力线进行数据通讯及/或监控直流电源输出的功能。

Description

具数据通讯功能的交换式电源供应器

技术领域

本发明是一种数字交换式电源供应器，尤指一种具数据通讯功能的交换式电源供应器。

背景技术

请参阅图6所示，是为一般电脑主机60透过网际网络与远端电脑64连线的架构示意图，即电脑主机60内主设置有一电源供应器61、主机板62及网卡63；其中该电源供应器61是将交流电源转换为稳定直流电源后供主机板62及其上网卡63使用，如此该主机板62即可透过网卡63连线至网际网络，与远端电脑(64)构成连线。

请参阅图7所示，是为近期发展电力线通讯的网络架构示意图，其架构大致与上述架构相同，惟进一步包含有一电力线通讯数据机70。请配合参阅图8，该电力线通讯数据机70是包含有一以太网络通讯接口71、一数字处理单元72、一信号耦合器73、一交直流转换器74及一直流稳压器75；其中该交直流转换器74及直流稳压器75是取得电力线610的交流电源，并予以转换为稳定直流后供以太网络通讯接口71及数字处理单元72使用，又该以太网络通讯接口71是透过网络线与该电脑主机的网卡63连接，以取得来自电脑主机60的网络封包或将外部网络封包传送予网卡63，而该数字处理单元72则连接于以太网络通讯接口71与信号耦合器73之间，以将该网络封包予以调变或解调变，进而透过信号耦合器73耦合至电力线610上，或将电力线610的网络封包传送至以太网络通讯接口71；达到以电力线与远端电脑64进行网络通讯的目的，不仅可提高网络通讯的安全性，亦可简化网络线的布设。

然而上述电脑主机60内的电源供应器61是主要包含有交直流转换单元611及直流稳压单元612，以同样将电力线上的交流电源转换为稳定的直流电源予主机板62及网卡63使用，而目前具有上网功能的电子装置不外乎包含电源供应器及如网卡的通讯模块；然而此两装置的电源电路设计相似，可进一步加以整合，达到简化电路的目的。

再者，目前电脑主机所采用的电源供应器概以交换式电源供应器为多，其优点在于交换式电源供应器会视主机板用电状况，调整并提供稳定直流电源；因此，交换式电源供应器具有可变参数作为调整输出电源依据。然而，若电脑主机仅为一般个人用的桌上型电脑或笔记型电脑，则仅需一个电源供应器，倘若电脑主机为中高端服务器系统，则需要更大的电力，一般作法经常采用多颗电源供应器应付所需。由于，一般中高端服务器系统概用于管理电脑相关装置，故必须维持稳定的运作，而且系统管理者亦经常需要对服务器系统进行额外电源监控，包含有电压、电流及温度等状态；以供日后维修参考用数据。

有鉴于上述需求，一种数字电源供应器即因应而生，不仅更方便监控电源状态，更可达到电源管理的效果。一般来说实现数字电源供应器的技术概包含有二种：一种是以数字电路设计模拟式交换电源供应器中的电源信号反馈电路，即主要以单晶片微处理器配合一模拟数字转换器自电源进行取样，并将取样数值进行运算及调节，最后再把结果通过数字模拟转换器转换后输出至一般模拟式交换电源供应器的脉宽调变控制IC中，从而达到以单晶片微处理器对交换式电源的电源间接控制。

另一种数字式电源供应器则是以数字信号处理器(DSP)实现信号取样用的模拟数字器及脉宽调变控制器的功能，再配合一驱动IC以足够功率，采脉宽调变方式驱动MOSFET主动开关；由于直接以数字信号处理器完成电源反馈信号取样及调整脉波宽度，故可更快速稳压并具有高稳压精度。

由上述数字式电源供应器说明可知，不论采用单晶片处理器亦或数字信号处理器，均可获得数字化的电源状态，故通过数字电源供应器实现电源监控的设计已非难事。

发明内容

本发明主要目的是提供一种具数据通讯功能的交换式电源供应器，简化需要通讯功能的电子装置电源电路设计。

欲达上述目的所使用的主要技术手段是令具数据通讯功能的交换式电源供应器包含有：

一交换式电源电路，是连接至电力线以取得交流电源，并将交流电源转换为直流电源后，依据负载电压变化，进一步将直流电源电压稳定后提供予负载；

一降压电源电路，是连接至该交换式电源电路的输出端，以将稳定直流电源予以降压后输出；及

一电力线通讯单元，是连接至电力线及降压电源电路，以自降压电源电路取得工作电源，又该电力线通讯单元提供一数据传输接口，供具相容数据接口的装置连接，以利用电力线进行数据传输。

上述本发明是主要于交换式电源供应器中增设一电力线通讯单元，由于电力线通讯单元是以电力线作为数据通讯的媒介，故可与电源供应器的电路单元予以整合；是以，本发明电源供应器不仅可供电子装置所需的直流电源外，更提供电子装置透过电力线进行数据通讯的功能。

本发明次一目的是提供一种可以由外部控制直流电源输出的数字交换式电源供应器，即上述交换式电源电路是为一数字交换式电源电路，而该电力线通讯单元是可不具备数据传输接口，而直接连接至数字交换式电源电路的数字输出入接口；以将来自电力线传来的控制信号予以解调变后，依据控制信号调升或调降该直流稳压单元输出的直流电源，达到外部控制直流电源输出的目的。

本发明再一目的是提供一种具电源监控功能的数字交换式电源供应器，即上述数字交换式电源电路的数字输出入接口进一步输出直流电源的电压、电流数值至电力线通讯单元，令电力线通讯单元利用电力线传送至远端电脑；达到对电源监控的目的。

附图说明

图1：是本发明第一较佳实施例的电路图；

图2：是本发明第二较佳实施例的电路图；

图3：是本发明第三较佳实施例的电路图；

图4：是本发明第四较佳实施例的电路图；

图5：是本发明应用于复数电脑主机，以与远端电脑主机连线的示意图；

图6：是既有电脑主机与远端主机的连线示意图；

图7：是既有电脑主机与远端电力线数据主机的连线示意图；

图8：是图5电源供应器、主机板及电力线通讯数据机的方块图。

附图标号

(10)(10a)(10b)(10c)电源供应器

(11)电力线

(20)交直流转换单元

(21)全波整流器

(22)电感

(23)滤波电容

(24)第一主动开关

(25)功率因数校正控制器

(251)第二数字输出入接口

(30)直流稳压单元

(31)变压器

(32)第二主动开关

(33)第一脉宽调变控制器

(331)第一数字输出入接口

(34)滤波电容            (35)光耦合器

(40)降压电源电路        (41)电感

(42)滤波电容            (43)第三主动开关

(44)第二脉宽调变控制器  (50)电力线通讯单元

(51)信号耦合器          (52)模拟前端处理器

(53)数字处理单元        (531)第三数字输出入接口

(54)数据传输接口        (60)电脑主机

(61)电源供应器          (611)交直流转换单元

(612)直流稳压单元       (613)网络线

(62)主机板              (63)网卡

(64)远端电脑            (70)电力线通讯数据机

(71)以太网络通讯接口    (72)数字处理单元

(73)信号耦合及模拟前端处理器

(74)交直流转换器

(75)直流稳压器

具体实施方式

请参阅图1所示，是为本发明具数据通讯功能的交换式电源供应器10的第一较佳实施例，其包含有一交换式电源电路、一降压电源电路40及一电力线通讯单元50。

上述交换式电源电路是连接至电力线以取得交流电源，并将交流电源转换为直流电源后，依据负载电压变化，进一步将直流电源电压稳定后提供予负载，其包含有：

一交直流转换单元20，是连接至电力线以取得交流电源，并将交流电源转换为直流电源后输出；即该交直流转换单元20是主要包含有一全波整流器21、一电感22、一滤波电容23、一第一主动开关24及一功率因数校正控制器25；其中该全波整流器21是连接至电力线，以将电力线的交流电源予以全波整流，之后将整流后的电源经电感22及滤波电容23转换为直流电源输出，而该第一主动开关24是与滤波电容23并联，其控制端则连至该功率因数校正控制器25的输出端，又该功率因数校正控制器25的一输入端是连接至全波整流器21的输出端、另一输入端则透过一分压器R1/R2连接至该滤波电容23的输出端，又一输入端则透过一串联电阻R_S1连接电源回路，以取得电源回路电压及电流进行电压及电流的相位调整，于是令电压及电流相位趋于一致，提高功率因数，又该功率因数校正控制器25一输出端可进一步连接至该第一主动开关24，以控制其导通时间，决定直流电源输出大小；及

一直流稳压单元30，是连接至该交直流转换单元20的输出端，以取得直流电源，再将该直流电源进一步转换为负载用直流电源，供负载连接；于本实施例中，该直流稳压单元30是为一顺向式电源电路，亦可为一返驰式电源电路，其中该顺向式电源电路是包含有一变压器31、一第二主动开关32、一第一脉宽调变控制器33及一滤波电容34，其中该第二主动开关32是连接至该变压器31一次侧，又该第二主动开关32的控制端是连接至该第一脉宽调变控制器33的输出端，而滤波电容34连接至该变压器31二次侧，以输出直流电源，供负载连接使用；又该第一脉宽调变控制器33一输入端是透过一光耦合器35连接至滤波电容34输出端，取得一反馈电压，且该第二主动开关32及变压器31一次侧的串联回路是连接有一电阻R_S2，供第一脉宽调变控制器33取得一次侧电流对应电压大小；是以，第一脉宽调变控制器33依据光耦合器35反应负载电压变化，以及变压器31一次侧电流大小，调整第二主动开关32的导通时间。

上述降压电源电路40则连接该直流稳压单元30的滤波电容34输出端，以将直流电源(+12v)予以降压后输出(+3.3V)；于本实施例中，该降压电源电路40是主要包含有一电感41、一滤波电容42、一第三主动开关43及第二脉宽调变控制器44，其中该第三主动开关43是连接于直流稳压单元30的输出直流电源与电感41之间，而滤波电容42则连接至该电感41，以滤波输出一降压直流电源，其中第三主动开关43的控制端是连接至该第二脉宽调变控制器44的输出端，又该第二脉宽调变控制器44的输入端是透过一分压电路(R3/R4)至滤波电容42，以依据降压直流电源的电压变化调整第三主动开关43的导通时间。

又上述电力线通讯单元50是连接至电力线及该降压电源电路40，以自降压电源电路取得工作电源(+3.3V)，而本实施例电力线通讯单元50是提供一数据传输接口54(如RJ45/RS-232)，供具相容数据接口的装置(如主机板)连接，以利用电力线进行数据传输；于本实施例中，该电力线通讯单元50是包含有一信号耦合器51、一模拟前端处理器52及一数字处理单元53，其中该信号耦合器51是与交直流转换单元20输入端连接，以与电力线连接，模拟前端处理器52则连接于信号耦合器51及数字处理单元52之间，又该数字处理单元53及模拟前端处理器52的工作电源是连接至该降压电源电路40，其中该数字处理单元53包含有一第三数字输出入接口531，以透过该数据传输接口62与电子装置(如电脑主机板62)连接。

是以，请配合图5所示，若本发明第一较佳实施例的电源供应器10应用于一台电脑主机60中，只要以电力线11插接至交流插座上，即可将交流电源转换为直流电源供电脑主机60的主机板62使用，主机板62可省却网卡使用，即将欲对外通讯的数据即输出本发明电源供应器10中电力线通讯单元50的数据传输接口54，由数字处理单元53加以处理及调变后透过模拟前端处理器52及信号耦合器51，将通讯数据耦合至电力线11上，利用电力线数据网络对外传送；反之，电脑主机60完全不必网络线，只要将电源供应器10的电力线11插接至交流电源插座上，即可接收来自外部电力线数据网络传来的通讯数据；由此可知，本发明可将目前具网络通讯功能的电子装置中的电源供应器及网络通讯模块予以整合。

请参阅图2所示，是为本发明电源供应器10a第二较佳实施例，其电路设计是与第一较佳实施例大致相同，惟交换式电源电路为数字交换式电源电路，且电力线通讯单元50不包含数据传输接口，其中该第一脉宽调变控制器33是包含有第一数字输出入接口331，而功率因数校正控制器25包含有第二数字输出入接口251。

该电力线通讯单元50的数字处理单元53的第三数字输出入接口531是连接至直流稳压单元30的第一脉宽调变控制器33的第一数字输出入接口331(如：可以型号Si8250的数字电源控制器实现之)，将来自电力线传来的控制信号予以解调变后，依据控制信号调升或调降该直流稳压单元输出的直流电源。以型号Si8250的数字电源控制器作为脉宽调变控制器来说，其包含有数字输出入接口(digital peripherals)，故可与电力线通讯单元的数字处理单元连接，又其提供有电源闲置模式(idle mode)及停止模式(stop mode)，配合该控制器的指令操作手册，故该电力线通讯单元50的数字处理单元53可依据控制信号内容，自第一数字输出入接口331写入设定闲置或停止模式。

此外，电力线通讯单元50的数字处理单元53的第三数字输出入接口531亦可连接至该交直流转换单元20的功率因数校正控制器25的第二数字输出入接口251，将来自电力线传来的控制信号予以解调变后，依据控制信号调升或调降该直流稳压单元输出的直流电源。此外，由于第一脉宽调变控制器33取得输出一次侧电流值，以及直流电源的反馈电压值，故该第一脉宽调变控制器33可进一步将该等电流值及电压值透过第一数字输出入接口331，传送至该数字处理单元53，由数字处理单元53将该等电压值予以处理及调变后透过电力线传送至预设的如图5中的远端电脑64。

由本实施例可知，由于目前第一脉宽调变器33及功率因数校正控制器25的第二数字输出入接口251，均可分别或全部与该电力线通讯单元的数字处理单元53连接，故数字处理单元53可解调变出外部传来的控制信号内容，再控制脉宽调变器33及功率因数校正控制器25启闭，以调整直流电源的输出，亦可将电源供应器10b的电源状态对外传送，达到监控的效果。

请参阅图3所示，是为本发明电源供应器10b第三较佳实施例，其是第一及第二较佳实施例的组合，即该电力线通讯单元50包含一数据传输接口54，且该数字处理单元53的第三数字输出入接口531是分别连接至直流稳压单元30的第一脉宽调变控制器33的第一数字输出入接口331，以及该交直流转换单元20的功率因数校正控制器25的第二数字输出入接口251，如此一来，图5所示，一远端电脑64或本地电子装置即可透过电力通讯单元50，监控本发明的电源供应器10b。

请参阅图4所示，是为本发明电源供应器10c第四较佳实施例，即将上述第三较佳实施例的第一脉宽调变控制器33及功率因数校正控制器25整合成一集成电路，即目前以DSP基础设计的数字交换式电源电路是兼具实现脉宽调变控制及功率因数校正功能；如此一来即可更简化本发明电源供应器的电路设计。

以上第一、第二及第三主动开关是为MOSFET，而其控制端是指MOSFET栅极。

Claims (18)

1.一种具数据通讯功能的交换式电源供应器，其特征在于，该电源供应器包含有：

一交换式电源电路，是连接至电力线以取得交流电源，并将交流电源转换为直流电源后，依据负载电压变化，进一步将直流电源电压稳定后提供予负载；

一降压电源电路，是连接所述的交换式电源电路的输出端，以将直流电源予以降压后输出；及

一电力线通讯单元，是连接至电力线及所述的降压电源电路，以自降压电源电路取得工作电源，又该电力线通讯单元提供一数据传输接口，供具相容数据接口的装置连接，以对电力线进行数据传输。

2.如权利要求1所述的具数据通讯功能的交换式电源供应器，其特征在于，该交换式电源电路是包含有：

一交直流转换单元，是连接至电力线以取得交流电源，并将交流电源转换为直流电源后输出；及

一直流稳压单元，是连接至所述的交直流转换单元的输出端，以取得直流电源，再将该直流电源进一步转换为负载用直流电源，供负载及所述的降压电源电路输入端连接。

3.如权利要求2所述的具数据通讯功能的交换式电源供应器，其特征在于，所述的交直流转换单元是主要包含有：

一全波整流器，是供电力线连接，以将电力线的交流电源予以全波整流，之后将整流后的电源经一电感及一滤波电容转换为直流电源输出；

一第一主动开关，是与所述的滤波电容并联；及

一功率因数校正控制器，其一输出端是连接至所述的第一主动开关，而输入端则透过一分压器连接至所述的滤波电容的输出端，另一输入端则透过一串联电阻连接电源回路，以取得电源回路电压及电流调整电压、电流相位，依据计算结果控制第一主动开关的导通时间。

4.如权利要求3所述的具数据通讯功能的交换式电源供应器，其特征在于，所述的直流稳压单元是包含有：

一变压器，是包含有一次侧及二次侧；

一第二主动开关；是串联连接至该变压器一次侧；

一电阻，是连接至第二主动开关及变压器一次侧的串联回路中；

一第一脉宽调变控制器，其一输出端是连接至第二主动开关，而一输入端是透过一光耦合器连接至滤波电容输出端，又另一输入端是连接至所述的电阻，以取得一次侧电流对应电压大小；及

一滤波电容，是连接至所述的变压器二次侧，以输出直流电源，供负载连接使用。

5.如权利要求4所述的具数据通讯功能的交换式电源供应器，其特征在于，所述的直流稳压单元是为一返驰式电源电路或一顺向式电源电路。

6.如权利要求5所述的具数据通讯功能的交换式电源供应器，其特征在于，所述的降压电源电路是主要包含有：

一第三主动开关，是连接于直流稳压单元的输出直流电源；

一电感，其一端透过所述的第三主动开关连接至所述的直流稳压单元的输出直流电源；

一滤波电容，是连接至该电感另一端，以滤出一降压直流电源；及

一第二脉宽调变控制器，其输出端是连接第三主动开关，又一输入端是透过一分压电路至所述的滤波电容，以依据降压直流电源的电压变化调整第三主动开关的导通时间。

7.如权利要求6所述的具数据通讯功能的交换式电源供应器，其特征在于，所述的电力线通讯单元是包含有：

一信号耦合器，是连接至电力线；

一模拟前端处理器，是连接至该信号耦合器及降压电源电路；及

一数字处理单元，是连接至所述的模拟前端处理器及降压电源电路，并包含有一第三数字输出入接口，以与数据传输接口连接。

8.如权利要求7所述的具数据通讯功能的交换式电源供应器，其特征在于，所述的第一脉宽调变控制器是包含有一第一数字输出入接口，以连接至所述的电力线通讯单元的数字处理单元输出端的第三数字输出入接口。

9.如权利要求7或8所述的具数据通讯功能的交换式电源供应器，其特征在于，所述的功率因数校正控制器是包含有一第二数字输出入接口，以连接至所述的电力线通讯单元的数字处理单元输出端的第三数字输出入接口。

10.如权利要求9所述的具数据通讯功能的交换式电源供应器，其特征在于，所述的第一脉宽调变控制器及所述的功率因数校正控制器是整合成一集成电路。

11.一种具数据通讯功能的交换式电源供应器，其特征在于，所述的电源供应器包含有：

一交换式电源电路，是包含有一数字输出入接口，又该交换式电源电路是连接至电力线以取得交流电源，并将交流电源转换为直流电源后，依据负载电压变化，进一步将直流电源电压稳定后提供予负载；

一降压电源电路，是连接所述的交换式电源电路的输出端，以将直流电源予以降压后输出；及

一电力线通讯单元，是连接至电力线及该降压电源电路，以自降压电源电路取得工作电源，又该电力线通讯单元包含有一第三数字输出入接口，以连接至所述的交换式电源电路的数字输出入接口。

12.如权利要求11所述的具数据通讯功能的交换式电源供应器，其特征在于，所述的交换式电源电路是包含有：

一交直流转换单元，是连接至电力线以取得交流电源，并将交流电源转换为直流电源后输出；及

一直流稳压单元，是连接至所述的交直流转换单元的输出端，以取得直流电源，再将所述的直流电源进一步转换为负载用直流电源，供负载及所述的降压电源电路输入端连接。

13.如权利要求12所述的具数据通讯功能的交换式电源供应器，其特征在于，所述的交直流转换单元是主要包含有：

一全波整流器，是供电力线连接，以将电力线的交流电源予以全波整流，的后将整流后的电源经一电感及一滤波电容转换为直流电源输出；

一第一主动开关，是与所述的滤波电容并联；及

一功率因数校正控制器，是包含有一第二数字出入接口，又功率因数校正控制器的一输出端是连接至所述的第一主动开关，而输入端则透过一分压器连接至所述的滤波电容的输出端，另一输入端则透过一串联电阻连接电源回路，以取得电源回路电压及电流调整电压、电流相位；又，所述的功率因数校正控制器的一输出端是连接至第一主动开关，以制第一主动开关的导通时间。

14.如权利要求13所述的具数据通讯功能的交换式电源供应器，其特征在于，所述的直流稳压单元是包含有：

一变压器，是包含有一次侧及二次侧；

一第二主动开关；是串联连接至所述的变压器一次侧；

一电阻，是连接至第二主动开关及变压器一次侧的串联回路中；

一第一脉宽调变控制器，是包含有一第一数字输出入接口，所述的第一脉宽调变控制器的一输出端是连接至第二主动开关，而一输入端是透过一光耦合器连接至滤波电容输出端，又另一输入端是连接至所述的电阻，以取得一次侧电流对应电压大小；及

一滤波电容，是连接至所述的变压器二次侧，以输出直流电源，供负载连接使用。

15.如权利要求14所述的具数据通讯功能的交换式电源供应器，其特征在于，所述的直流稳压单元是为一返驰式电源电路或一顺向式电源电路。

16.如权利要求15所述的具数据通讯功能的交换式电源供应器，其特征在于，所述的降压电源电路是主要包含有：

一第三主动开关，是连接于直流稳压单元的输出直流电源；

一电感，其一端透过该第三主动开关连接至所述的直流稳压单元的输出直流电源；

一滤波电容，是连接至所述的电感另一端，以滤出一降压直流电源；及

一第二脉宽调变控制器，其输出端是连接第三主动开关，又一输入端是透过一分压电路至所述的滤波电容，以依据降压直流电源的电压变化调整第三主动开关的导通时间。

17.如权利要求15所述的具数据通讯功能的交换式电源供应器，其特征在于，所述的电力线通讯单元是包含有：

一信号耦合器，是连接至电力线；

一模拟前端处理器，是连接至所述的信号耦合器及降压电源电路；及

一数字处理单元，是连接至该模拟前端处理器及降压电源电路，并包含有一第三数字输出入接口，以与数据传输接口连接。

18.如权利要求14、15、16或17所述的具数据通讯功能的交换式电源供应器，其特征在于，所述的第一脉宽调变控制器及所述的功率因数校正控制器是整合成一集成电路。

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