CN101895208B - 负压负载用的电源供应器 - Google Patents

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Abstract

本发明关于一种负压负载用的电源供应器，其包含有一交换式电源单元、一监视单元、一第一及第二辅助电源单元；其中交换式电源单元包含有整流单元、功率因数校正电路及一直流对直流电源电路，该第一辅助电源单元输入端连接至该功率因数校正电路输出端，将直流电流转换并提供该监视单元工作电源，而该第二辅助电源单元的输入端与直流对直流电源电路输出端连接，供负压负载并联，在交流电源中断时将负压负载的负压电源转换为监视单元的工作电源；因此，本发明第一辅助电源单元连接至功率因数校正电路输出端，且不与第二辅助电源单元同时动作，能有效提升具有辅助电源电路的电源供应器的转换效率。

Description

负压负载用的电源供应器
技术领域
本发明关于一种电源供应器的辅助电源电路，尤指一种负压负载用的电源供应器。
背景技术
请参阅图3所示，为一种现有负压负载电源供应器，其包含有：
一交换式电源单元50，主要包含有一整流滤波电路51、一功率因数校正电路52及一直流对直流电源电路53，其中该整流滤波电路51通过一开关电路511连接至一交流电源，以将该交流电源转换为直流电源后输出至功率因数校正电路52，由功率因数校正电路52调整电流及电压相位一致后，将直流电源经直流对电流电源电路53予以降压及稳压输出至少一组低压直流电源，供一负压负载60连接；
一监控单元54，连接至该开关电路511的控制端，并连接至该交换式电源单元50整流滤波电路51的输出端，以检知交流电源状态，并依据交流电源正常与否控制开关电路511启闭；及
一辅助电源电路，包含有一第一及第二辅助电路单元55、56，其中该第一辅助电源单元55连接该整流滤波电路51的输出端，以将该直流电源予以转换成一第一直流工作电源，并输出至该第二辅助电源单元56，通过第二辅助电源单元56将第一直流工作电源予以转换后提供予该监控单元54；又该第二辅助电路单元56连接至交换式电源单元50的直流对直流电源电路53的输出端，即与该负压负载60并联连接，将该低压直流电源或负压负载的负载转换为第二直流工作电源予监控单元54。
由于负压负载60通(-54V)常为电池组或系统母排，故当交流电源正常时，所述负压负载会蓄电，此时该监控单元54会监控该交流电源是否保持正常，若是则持续对负压负载60供电，反之则控制该开关电路511断路，令交流电源不再输入交换式电源单元50连接。在交流电源正常供电状态下，该监控单元54的工作电源由第一辅助电源单元55将交流电源转换成第一直流电源，再由第二辅助电源单元56将第一直流电源再转换为符合该监控单元工作电源的第二直流电源。当监控单元控制开关断路511而中断后，则第一辅助电源单元55不再输出第一直流电源，此时由于该第二辅助电源单元56与负压负载60并联连接，故可将负压负载60蓄积的负压电源转换为第二直流电源，以持续提供予监控单元54工作电源，令该监控单元54在检知交流电源正常时，再控制开关电路511开启，令交流电源再输入至该交换式电源单元50，对负压负载60供电。
然而，上述提供负压负载用的电源供应器仍存有以下缺点：
1.当交流电源正常时，监控单元的工作电源由第一及第二辅助电源单元提供，因此整体电源供应器的转换效率低。
2.以一负压负载为例来说，其电压为-54V，因此该辅助电源电路提供予使用正压(+5V)工作电源的监控单元，其第一及第二辅助电源单元必须为隔离式电源电路，因此增加了电路整体体积及电路复杂度。
3.由于第一辅助电源单元的输入端连接至整流滤波电路，以取得转换输出第一直流电源的电源，然而为了提供第一辅助电源单元电源，该交换式电源单元滤波电路与功率因数校正电路之间必须设有一滤波电容，而此一滤波电容会将影响功率因数校正效果不佳。
请参阅图4所示，为了改善上述部份缺点，另一种现有负压负载电源供应器被提出，其与上述电源供应器大致电路相同，但是该监控单元54a连接至该第一辅助电源单元55a的输出端，而第二辅助电源单元56a通过第一辅助电源单元55a连接至监控单元54a；如此一来，当交流电源正常时仅由该第一辅助电源单元55a提供监控单元54a工作电源，若交流电源中断时，则再由第二辅助电源单元56a通过第一辅助电源单元55a提供第二直流电源予监控单元54a。实际上，交流电源正常供电时间较中断时间长；因此，此一电源供应器在交流电源正常时的整体转换效率确实较上述电源供应器佳，但在交流电源中断时，第二辅助电源单元56a仍须通过该第一辅助电源单元55a对监控单元54a供电，转换效率仍差。再者，由于整流滤波电路51包含有一滤波电容(CF)，以提供直流电源予第一辅助电源单元55a，故对于功率因数校正电路52的校正效果仍差。
发明内容
本发明的目的在于，解决现有负压负载电源供应器的转换效率低，电路整体体积较大及电路较复杂，且功率因数校正效果不佳的技术问题。
为达到上述目的，本发明提供一种负压负载电源供应器，该负压负载电源供应器包含有一整流电路的辅助电源电路，该负压负载电源供应器包含有：
一交换式电源单元，主要包含有一整流电路、一功率因数校正电路及一直流对直流电源电路，其中该整流电路连接至一交流电源，以将该交流电源转换为直流弦波电源后输出至功率因数校正电路，由功率因数校正电路调整直流弦波电源的电流及电压相位一致后，输出一直流电源至该直流对直流电源电路，由该直流对直流电源电路予以降压及稳压，输出至少一组低压直流电源，供一负压负载连接；
一监视单元，与该交换式电源单元耦接，以检知该交换式电源单元工作状态；
一第一辅助电源单元，其输入端连接至该交换式电源单元的功率因数校正电路的输出端，而输出端则连接至该监视单元的电源端，该第一辅助电源单元将直流电源转换为第一直流电源后输出至该监视单元的电源端；及
一第二辅助电源单元，其输入端连接至该交换式电源单元的直流对直流电源电路的输出端及监视单元的输入端，供与负压负载并联连接，又其输出端则连接至该监视单元的电源端，该第二辅助电源单元将负压负载的负压电源转换为第二直流电源后输出至该监视单元的电源端；其中该第二辅助电源单元由该监视单元输出控制信号加以驱动。
上述本发明主要令该监视单元的电源端与该第一辅助电源单元及第二辅助电源单元的输出端连接，而且第一及第二辅助电源单元之间互不连接；当交流电源正常时，该第一辅助电源单元提供工作电源予监视单元，并同时控制第二辅助电源单元关闭；反之，当交流电源中断时，第一辅助电源单元不再供电予监视单元，同时该监视单元控制该第二辅助电源单元动作，由第二辅助电源单元将负压负载的负压电源转换并供应予监视单元；因此，该监视单元不论交流电源存在否，均能维持运作。
本发明的有益效果在于，该负压负载用的电源供应器具有良好的功率因数校正值，有效提高不论在交流电源正常供电或中断状态下的转换效率。由于该第一辅助电源单元的输入端连接至交换式电源单源的功率因数校正电路的输出端，故其整流单元不必再连接一整流电容，因此功率因数校正电路的功效因数校正效果提升，又同一时间仅由一组辅助电源单元提供电源予监视单元，故本发明供负压负载的电源供应器的整体转换效率得以有效提高。
附图说明
图1为本发明电源供应器的方块图；
图2A为本发明第二辅助电源单元的第一较佳实施例的详细电路图；
图2B为本发明第二辅助电源单元的第二较佳实施例的详细电路图；
图3为一种现有负压负载电源供应器方块图；
图4为另一种现有负压负载电源供应器方块图。
附图标记说明
10-交换式电源单元；11-整流电路；12-功率因数校正电路；13-直流对直流电源电路；14-监视单元；15-第一辅助电源单元；16-第二辅助电源单元；161-储能电感；162-主动开关；163-滤波电容；164-二极管；165、165a-脉宽调变控制器；166-电压回馈单元；20-负压负载；30-外部主机；50-交换式电源单元；51-整流滤波电路；511-开关电路；52-功率因数校正电路；53-直流对直流电源电路；54、54a-监控单元；55、55a-第一辅助电源单元；56、56a-第二辅助电源单元；60-负压负载。
具体实施方式
首先请参阅图1所示，为本发明负压负载用的电源供应器方块图，其包含有：
一交换式电源单元10，主要包含有一整流电路11、一功率因数校正电路12及一直流对直流电源电路13，其中该整流电路11连接至一交流电源，以将该交流电源转换为直流弦波电源后输出至功率因数校正电路12，由功率因数校正电路12调整直流弦波电源的电流及电压相位一致后，输出一直流电源至该直流对直流电源电路13，由该直流对直流电源电路13予以降压及稳压，输出至少一组低压直流电源，供一负压负载20连接；
一监视单元14，与该交换式电源单元10耦接，监视该交换式电源单元10的工作状态；在本实施例中，该监视单元14耦接于交换式电源单元10的直流对直流电源电路13输出端，以监视其电压及电流状态后，将电压及电流状态输出至一外部主机30；
一第一辅助电源单元15，其输入端连接至该交换式电源单元10的功率因数校正电路12的输出端，而输出端则连接至该监视单元14的电源端，该第一辅助电源单元15将直流电源转换为第一直流电源后输出至该监视单元14的电源端；其中该第一辅助电源单元15为隔离式电源电路；及
一第二辅助电源单元16，其输入端连接至该交换式电源单元10的直流对直流电源电路13的输出端及监视单元14的输入端，供与负压负载20并联连接，又其输出端则连接至该监视单元14的电源端，该第二辅助电源单元16将负压负载20的负压电源转换为第二直流电源后输出至该监视单元14的电源端；其中该第二辅助电源单元16由该监视单元14输出控制信号加以驱动；该第二辅助电源单元16为非隔离式的电源电路。
请配合参阅图2A所示，为上述第二辅助电源单元16第一较佳实施例的详细电路图，即为一非隔离式的升降压(Buck-Boost)混合型电源电路，其包含有：
一储能电感161，通过一主动开关162与负压负载20电源端并联；于本实施例中，该主动开关162为一MOSFET，其栅极为控制端；
一滤波电容163，通过一逆向二极管164与储能电感161并联，又该滤波电容163连接至该监视单元14的电源端，提供一低正压直流电源予该监视单元14电源端；
一脉宽调变控制器165，连接至该负压负载20电源端，并与该主动开关162的控制端连接，输出一脉宽调变信号予该主动开关162的控制端，又该脉宽调变控制器165的使能端连接至该监视单元14，以接收该监视单元14的控制信号；及
一电压回馈单元166，连接于该监视单元14的电源端与该脉宽调变控制器165的一电压回馈端，令脉宽调变控制器165依据监视单元14电源端电压变化调变脉宽调变信号的脉宽宽度，进而决定该主动开关162的导通时间；在本实施例中，该电压回馈单元166为一差分放大器，其正相及反相输入端连接至该监视单元14电源端。
又请配合参阅图2B所示，为第二辅助电源单元16a的第二较佳实施例，其电路结构与第一较佳实施例相同，但是该脉宽调变控制器165a整合有主动开关162，故可省却额外外加主动开关162。
上述第二辅助电源单元16、16a采用升降压电源电路将负压负载20的负压直流电源转换为低正压直流电源，作为监视单元14的工作电源，由于监视单元14依交流电源中断与否的状态，决定输出控制信号，因此第二辅助电源单元16、16a的脉宽调变控制器接收到该监视单元14因交流电源中断输出控制信号，而开始输出脉宽调变信号予主动开关162，令滤波电容163提供一低正压直流电源予监视单元14电源端；反之，则停止输出脉宽调变信号，使串接于储能电感161及负压负载20电源端的主动开关162关闭，而停止供予监视单元14的电源端。由于本实施例的第二辅助电源单元16、16a采用非隔离式电源电路，故有助于缩减电源供应器体积及成本。
以下谨进一步说明本发明电路动作：
1.交流电源正常：
本发明交流电源先经过整流电路11整流成一直流弦波电源后，由该功率因数校正电路12升压或降压成一直流电源，再由该直流对直流电源电路13将该直流电源予以降压至一低压直流电源。由于负压负载20的电源端正负极与低压直流的负正极连接，故构成一负压直流电源。在交流电源正常状态下，第一辅助电源单元15直接连接该功率因数校正电路12的输出端，将直流电源予以降压输出一第一直流电源，并提供予该监视单元14的电源端。此时，监视单元14依据交流电源正常状态不输出控制信号予第二辅助电源单元16，故第二辅助电源单元16并不动作。
2.交流电源中断：
当交流电源中断，该交换式电源单元10不再输出低压直流电源予负压负载20，且该第一辅助电源单元15也不再输出第一直流电源予监视单元14，在此同时该监视单元14立即输出控制信号予第二辅助电源单元16的使能端，令第二辅助电源单元16启动并将负压负载20的负压电源转换为第二直流电源，并提供予该监视单元14的电源端，维持该监视单元14运作；直到交流电源回复正常时，该第二辅助电源单元16不再输出第二直流电源。
由上述说明可知，本发明具有以下优点：
1.本发明具有较佳功率因数效果：由于该第一辅助电源单元的输入端连接至交换式电源的功率因数校正电路的输出端，故其整流单元不必再连接一整流电容。
2.本发明整体转换效率提升：本发明同一时间仅由一组辅助电源单元提供电源予监视单元，故本发明供负压负载的电源供应器的整体转换效率得以有效提高。
以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种负压负载用的电源供应器，其特征在于，包含有：
一交换式电源单元，包含有一整流电路、一功率因数校正电路及一直流对直流电源电路，其中该整流电路连接至一交流电源，以将该交流电源转换为直流弦波电源后输出至功率因数校正电路，由功率因数校正电路调整直流弦波电源的电流及电压相位一致后，输出一直流电源至该直流对直流电源电路，由该直流对直流电源电路予以降压及稳压，输出至少一组低压直流电源，供一负压负载连接；
一监视单元，与该交换式电源单元耦接，以检知该交换式电源单元工作状态；
一第一辅助电源单元，其输入端连接至该交换式电源单元的功率因数校正电路的输出端，而输出端则连接至该监视单元的电源端，该第一辅助电源单元将直流电源转换为第一直流电源后输出至该监视单元的电源端；及
一第二辅助电源单元，其输入端连接至该交换式电源单元的直流对直流电源电路的输出端及监视单元的输入端，所述第二辅助电源单元与负压负载并联连接，又其输出端则连接至该监视单元的电源端，该第二辅助电源单元将负压负载的负压电源转换为第二直流电源后输出至该监视单元的电源端；其中该第二辅助电源单元由该监视单元输出控制信号加以驱动。
2.如权利要求1所述的负压负载用的电源供应器，其特征在于，该第一辅助电源单元为一隔离式电源电路。
3.如权利要求1或2所述的负压负载用的电源供应器，其特征在于，该第二辅助电源单元为一非隔离式电源电路。
4.如权利要求3所述的负压负载用的电源供应器，其特征在于，该第二辅助电源单元为一升降压混合型电源电路，其包含有：
一储能电感，通过一主动开关与该负压负载电源端并联；
一滤波电容，通过一逆向二极管与该储能电感并联，又该滤波电容连接至该监视单元的电源端，提供一低正压直流电源予该监视单元电源端；
一脉宽调变控制器，连接至该负压负载电源端，并与该主动开关的控制端连接，输出一脉宽调变信号予该主动开关的控制端，又该脉宽调变控制器的使能端连接至该监视单元，以接收该监视单元的控制信号；及
一电压回馈单元，连接于该监视单元的电源端与该脉宽调变控制器的一电压回馈端，令脉宽调变控制器依据监视单元电源端电压变化调变脉宽调变信号的脉宽宽度，进而决定该主动开关的导通时间。
5.如权利要求4所述的负压负载用的电源供应器，其特征在于，该电压回馈单元为一差分放大器，其正相及反相输入端连接至该监控单元电源端。
6.如权利要求4所述的负压负载用的电源供应器，其特征在于，该主动开关为一MOSFET，且其栅极为控制端。
7.如权利要求5所述的负压负载用的电源供应器，其特征在于，该主动开关为一MOSFET，且其栅极为控制端。
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