CN101753040A - 电力适配器 - Google Patents

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Abstract

一种电力适配器，该电力适配器至少取得一交流输入电力而转换为一直流的主输出电力，该电力适配器包括一取得该交流输入电力并将其调变形成一调变电力的功因校正电路、一连接该功因校正电路且将该调变电力调变降压形成一调变降压电力的隔离降压电路、一连接该隔离降压电路取得该调变降压电力的切换式调压电路、以及一连接该切换式调压电路的稳压调变电路，其中该切换式调压电路预设定额定输出位准，并将该调变降压电力调变至该额定输出位准形成一额定电力，而该稳压调变电路将该额定电力调变为该主输出电力，且供应该主输出电力至一主输出端。

Description

电力适配器
技术领域
一种电力适配器，尤其是指可接受交流与直流输入电力而转换为至少一输出电力的电力适配器。
背景技术
随着已知的移动资讯产品(如笔记本电脑、PDA、移动电话及其它相关产品)的不断增加，这些产品对于低成本、小型化的供电、充电器材的需求也不断增加，各个国家与设计厂商对于上述供电(充电)器材提出需具有节能、小型化的规格要求，因此电力适配器(adapter)的设计需不断朝高转换效率、低功率损耗的目标发展。
参照图1，常用的电力适配器(adapter)(以大于75瓦为例)至少包括交流转直流的一功因校正电路1、连接该功因校正电路1的一变压输出电路8，该功因校正电路1连接一交流输入端101并得取得一交流输入电力，该功因校正电路1提高输入电力的功率因数送至该变压输出电路8调变为一主输出电力，因此第一级(firststage)的功因校正电路1使电力适配器的输出符合谐波规范，第二级(second stage)的变压输出电路8使输出电压配合所连接的电气设备；而在汽车或飞机上提供直流电力(通常在11V～16V之间)，为了适用于上述场合中提供的直流电力输入，需额外设置一升压型的直流/直流转换器9提升该直流电力到额定的电压，如图1中所示，该直流/直流转换器9连接一直流输入端102以取得直流输入电力，而该直流/直流转换器9后端与该变压输出电路8并联于一主输出端103，使该交、直流的输入电力可分别通过该功因校正电路1、变压输出电路8或该直流/直流转换器9而调变为该主输出电力送至该主输出端103；再者，为使该电力适配器具备更多的功能，可于上述的主输出端103前再并联第三级的一降压调变电路5，该降压调变电路5取得该主输出电力并降压调变为电压较低的副输出电力送至一低压输出端104，使该电力适配器得以适用于额定电压较低的电器。
而电力适配器的整体转换效率是由每一级的转换效率的乘积而得出，而为了提高整体的转换效率，每一级电路都必须尽力达到最佳的工作设定，而电力适配器的电路配置对于增进转换效率有明显的影响，在多级(multi-stage)的电力转换电路中每一级电路若只执行一单纯的目的时(如隔离或调压)则有助于改善效率，每一级电路可运作于最佳的设定工作点而达到最佳的工作效率，然而图1中所示的已知电路并未达到最佳化，有待改善。
另外，近年来在中低功率的电力转换电路中常使用转换效率较高的谐振电路，以LLC谐振电路为例，LLC谐振电路具有高转换效率、轻易达到零电压切换、电路简单等优点，然而LLC谐振电路在高频、高电流环境下搭配的同步整流技术具有电路复杂、成本较高的缺点。
再者，现今的节能规范中还强制要求空载时的功率损耗，在空载的情况下，切换损耗占了总功率损耗的大部份，在已知技术中，电力适配器将进入突冲模式(burst mode)跳过部份的工作周期而减少切换损耗，而这种节能方式还有更进一步节省耗能的空间。
综上所述，已知电力适配器中的电路架构、工作模式都有进一步改善的空间，以便增进转换效率。
发明内容
由于已知的电力适配器在整体转换效率上仍有进一步改善的需要，因而本发明提供一种新的电力适配器，以达到提升整体转换效率的目的。
本发明提供一种电力适配器，该电力适配器至少取得一交流输入电力而转换为一直流的主输出电力，该电力适配器包括一取得该交流输入电力并将其调变形成一调变电力的功因校正电路、一连接该功因校正电路且将该调变电力调变降压形成一调变降压电力的隔离降压电路、一连接该隔离降压电路取得该调变降压电力的切换式调压电路、以及一连接该切换式调压电路的稳压调变电路，其中该切换式调压电路预设定额定输出位准，并将该调变降压电力调变至该额定输出位准形成一额定电力，而该稳压调变电路将该额定电力调变为主输出电力，且供应该主输出电力至一主输出端，并根据该主输出端连接负载的电压位准变动而调变该额定电力的位准；另外，该切换式调压电路连接一直流输入端以取得一直流输入电力并将其调变为额定电力以达到适用交、直流输入电力的功能，该功因校正电路还连接一撷取调变电力的电力调配回路，且该电力调配回路连接稳压调变电路，以传输调变电力供该稳压调变电路转换为主输出电力，该电力适配器在空载时可关闭隔离降压电路与切换式调压电路，而由稳压调变电路通过电力调配回路撷取调变电力转换为主输出电力，以减少轻载或空载时的切换损耗。
通过上述电力适配器的电路架构的改变，本发明可达到降低空载时切换损耗、提高整体转换效率的效果。
附图说明
图1为已知电力适配器的电路架构的方块图。
图2为本发明基本的电路架构的方块图。
图3为本发明较佳的电路架构的方块图。
图4为图3电路架构的实施例图。
图5为本发明最佳的电路架构的方块图。
图6为图5电路架构的实施例图。
图7为该隔离降压电路的一实施方式的示意图。
图8为该隔离降压电路的另一实施方式的示意图。
具体实施方式
参照图2，该图所示为本发明基本的电路架构的方块图，本发明为一种电力适配器，该电力适配器至少取得一交流输入电力而转换为一直流的主输出电力，且该电力适配器包括：一取得该交流输入电力并将其调变形成一调变电力的功因校正电路1、一连接该功因校正电路1且将该调变电力调变降压形成一调变降压电力的隔离降压电路2、一连接该隔离降压电路2的切换式调压电路3，以及连接该切换式调压电路3的稳压调变电路4，其中该功因校正电路1连接一交流输入端101以取得交流输入电力，并调变该交流输入电力的功率因数形成一调变电力，隔离降压电路2则取得该调变电力，且隔离降压电路2连接一驱动电路21，该驱动电路21提供一固定的工作时序脉波驱动该隔离降压电路2调变该调变电力形成电压位准较低的调变降压电力，切换式调压电路3连接该隔离降压电路2取得调变降压电力，且该切换式调压电路3预设定一额定输出位准，并将该调变降压电力调变至该额定输出位准形成一额定电力；其中该调变降压电力的电压位准低于该额定电力，另外该电力适配器还包括一与隔离降压电路2输出端并联于切换式调压电路3的直流输入端102，该直流输入端102在交流输入端101未连接交流电力源时连接一直流电力源，以取得一直流输入电力提供至切换式调压电路3调变为额定电力，如此的电路配置可令电力适配器可接受交流或直流的输入电力，且调变电力经过隔离降压电路2降低电压形成中端电力，以配合切换式调压电路3的输入电压范围，使切换式调压电路3可用较高的转换效率转换调变降压电力或直流输入电力形成额定电力；稳压调变电路4连接切换式调压电路3并受一控制电路41驱动而调变额定电力为主输出电力，并将该主输出电力送至一主输出端103；主输出端103的一主滤波电容(主输出端103并接一电容作为滤波的使用是已知技术领域所熟知的)置于该稳压调变电路4之后，并采用适当的控制方式，该稳压调变电路4能够有效限制电力适配器(adapter)激活的突冲电流(inrushcurrent)，有效保护该适配器的功率半导体组件。功因校正电路1、切换式调压电路3以及稳压调变电路4分别连接一产生驱动脉波的控制电路11、31、41，这些控制电路11、31、41连接主输出端103取得一反馈信号而调变该驱动脉波，从而调变驱动功因校正电路1、切换式调压电路3以及稳压调变电路4的工作时序，其中该控制电路41还具有过电流或过电压保护的侦测与保护模式，通过判定反馈信号的大小，可在异常时直接切断对负载的输出，因此，该稳压调变电路4具有主输出过压和过流保护的功能，同时在输出负载的变动瞬时过程中能加快输出电压的瞬间调节过程；通过上述的电路架构可接受交流或直流的输入电力而转换为稳定的主输出电力，并且各个电路可工作在转换效率最高的工作点，可提高该电力适配器的整体转换效率；此外，如图3所示，上述电路架构中的切换式调压电路3与稳压调变电路4之间还连接一取得额定电力而转换为一副输出电力的降压调变电路5，其中该副输出电力的电压位准低于该主输出电力，且该降压调变电路5连接一低压输出端104以输出该副输出电力，通过上述功因校正电路1、隔离降压电路2、切换式调压电路3的转换，使该电力适配器产生副输出电力的转换效率高于已知电力适配器。
参照图4，该图所示为上述电路架构的实施例，其中功因校正电路1包含一升压电感12、一开关元件13、一二极管14以及一储能电容15，该功因校正电路1通过控制电路11驱动该开关元件13的导通时序而调变出调变电力；而隔离降压电路2包含一切换该调变电力的通过时序的切换开关组23、一连接切换开关组23而取得调变电力的LLC谐振转换器22、一连接该LLC谐振转换器22的变压器24以及一连接于该变压器24二次侧的整流开关组25，而驱动电路21提供一固定的工作时序脉波驱动切换开关组23与整流开关组25，如此可使LLC谐振转换器22工作于其转换效率最佳的状态，并通过变压器24将功率送至其二次侧而具有功率隔离的效果，设置于该变压器24上的整流开关组25与切换开关组23同步动作而调变形成调变降压电力；切换式调压电路3则包括一开关元件组32与一储能电感33，该开关元件组32受控制电路31驱动而调变所述调变降压电力形成额定电力，此外，直流输入端102连接于切换式调压电路3与隔离降压电路2之间；稳压调变电路4也利用一开关元件42调整额定电力的电压，该稳压调变电路4调变的幅度不大，其功效主要是调变主输出端103连接负载后产生的电压波动，达到稳压的目的，降压调变电路5则连接于切换式调压电路3与稳压调变电路4之间。
参照图5，该图所示为本发明最佳的电路架构的方块图，其中功因校正电路1、隔离降压电路2、切换式调压电路3、稳压调变电路4以及降压调变电路5的配置与图3所示的架构相同，但为了改善电力适配器在空载时的转换效率，需在空载时提供一减少电路切换损耗的工作方式，本发明为了减少切换损耗而提出的电路架构是设置一电力调配回路6，功因校正电路1连接撷取调变电力的电力调配回路6，且该电力调配回路6连接稳压调变电路4，以传输调变电力供稳压调变电路4转换为主输出电力，使得轻载时切换式调压电路3与隔离降压电路2停止工作，功因校正电路1产生的调变电力通过电力调配回路6传送至稳压调变电路4直接维持电力适配器的输出；参照图6，该图所示为电力调配回路6的实施方式，其中该电力调配回路6包括一感应线圈61以及连接于该感应线圈61的二极管62，其中该二极管62的阳极连接该感应线圈61，而阴极连接于稳压调变电路4，感应线圈61与功因校正电路1的升压电感12耦合以感应调变电力传输至稳压调变电路4；通过上述电路架构，电力适配器可在空载时明显的减少其损耗，以达到节能的目的。
参照图7和图8，这两个图示出了控制隔离降压电路2的驱动电路21的架构，该驱动电路21包含一隔离变压器211、一连接于该隔离变压器211一次侧或二次侧的脉波调变器212以及分别连接切换开关组23与整流开关组25的两个驱动器213、214，该脉波调变器212产生一切换脉波直接或通过隔离变压器211同时驱动切换开关组23与整流开关组25，如此配置可按照电路设计的需求将该脉波调变器212设置在隔离变压器211的一次侧或二次侧，整流开关组25通过接收同一切换脉波而达到与切换开关组23同步的功效。
通过上述的本发明的电路架构与实施方式，可使每一电路分别工作于其转换效率最佳的状态，使整体转换效率更加提升，并且减少空载时的电路损耗。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。在上述实施例中，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电力适配器，所述电力适配器至少取得一输入电力而转换为一直流的主输出电力，其特征在于，所述电力适配器包括：
一功因校正电路(1)，连接一供交流输入电力输入的交流输入端(101)，并调变所述交流输入电力的功率因数而输出一调变电力；
一隔离降压电路(2)，连接所述功因校正电路(1)取得所述调变电力，且将所述调变电力调变降压而输出一调变降压电力；
一切换式调压电路(3)，连接所述隔离降压电路(2)取得所述调变降压电力，并具备一额定输出位准转换所述调变降压电力以输出一额定电力；
一稳压调变电路(4)，连接所述切换式调压电路(3)而调变所述额定电力为所述主输出电力供应至一主输出端(103)，并且取得所述主输出端(103)的电压位准变动而调变所述主输出电力位准。
2.根据权利要求1所述的电力适配器，其特征在于，所述电力适配器还包括一与所述隔离降压电路(2)输出端并联于所述切换式调压电路(3)的直流输入端(102)，所述直流输入端(102)在所述交流输入端(101)未连接所述交流电力源时连接一直流电力源，以导通一直流输入电力供所述切换式调压电路(3)调变为所述额定电力。
3.根据权利要求1或2所述的电力适配器，其特征在于，所述切换式调压电路(3)与所述稳压调变电路(4)之间还连接一取得所述额定电力而转换为一副输出电力的降压调变电路(5)，其中所述副输出电力的电压位准低于所述主输出电力，且所述降压调变电路(5)连接一低压输出端(104)以输出所述副输出电力。
4.根据权利要求1或2所述的电力适配器，其特征在于，所述功因校正电路(1)、所述切换式调压电路(3)以及所述稳压调变电路(4)各分别连接一产生驱动脉波的控制电路(11、31、41)，所述控制电路(11、31、41)连接所述主输出端(103)取得一反馈信号而调变所述驱动脉波。
5.根据权利要求1或2所述的电力适配器，其特征在于，所述隔离降压电路(2)连接一驱动电路(21)，所述驱动电路(21)提供固定的工作时序脉波以驱动所述隔离降压电路(2)。
6.根据权利要求5所述的电力适配器，其特征在于，所述切换式调压电路(3)包含一切换所述调变电力的通过时序的切换开关组(23)、一连接所述切换开关组(23)而取得所述调变电力的LLC谐振转换器(22)、一连接所述LLC谐振转换器(22)的变压器(24)以及一连接于所述变压器(24)二次侧的整流开关组(25)，而所述驱动电路(21)提供一固定的工作时序脉波来驱动所述切换开关组(23)与整流开关组(25)。
7.根据权利要求6所述的电力适配器，其特征在于，所述驱动电路(21)包含一隔离变压器(211)、一连接于所述隔离变压器(211)一次侧或二次侧的脉波调变器(212)以及分别连接所述切换开关组(23)与所述整流开关组(25)的两个驱动器(213、214)，所述脉波调变器(212)产生一切换脉波直接或通过所述隔离变压器(211)同时驱动所述切换开关组(23)与所述整流开关组(25)。
8.根据权利要求1或2所述的电力适配器，其特征在于，所述功因校正电路(1)连接一撷取所述调变电力的电力调配回路(6)，并且所述电力调配回路(6)连接所述稳压调变电路(4)，以传输所述调变电力供所述稳压调变电路(4)转换为所述主输出电力。
9.根据权利要求8所述的电力适配器，其特征在于，所述电力调配回路(6)包括一感应线圈(61)以及连接于所述感应线圈(61)的二极管(62)，其中所述二极管(62)的阳极连接所述感应线圈(61)，而阴极连接于所述稳压调变电路(4)，所述感应线圈(61)与所述功因校正电路(1)的一升压电感(12)耦合以感应所述调变电力传输至所述稳压调变电路(4)。
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