CN102457047A - 电源供应器以及具有多个电源供应器的供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电源供应器及具有多个电源供应器的供电系统，该电源供应器用以接收输入电压的电能而产生输出电压及输出电流，包含：电源变换器，用以接收输入电压的电能而产生内输出电压；输出保护电路，连接于电源变换器的输出端，且包含多个并联连接的开关电路组，输出保护电路通过多个开关电路组导通或关断的运作而限制输出电流的电流方向；以及控制单元，与输出保护电路电连接，控制单元输出多个控制信号分别控制多个开关电路组，其中至少包含两个该控制信号分别控制至少两个开关电路组于不同时刻关断。本发明可以提升电源供应器正常运作时的供电效率，且生产成本也较为便宜。

Description

电源供应器以及具有多个电源供应器的供电系统

技术领域

本发明涉及一种电源供应器，尤其涉及一种可提升供电效率、精准地防止逆向电流以及减少生产成本的电源供应器以及具有多个电源供应器的供电系统。

背景技术

近年来随着科技的进步，具有各式各样不同功能的电子产品已逐渐被研发出来，这些具有各式各样不同功能的电子产品不但满足了人们的各种不同需求，更融入每个人的日常生活，使得人们生活更为便利。

这些各式各样不同功能的电子产品由各种电子元件所组成，而每一个电子元件所需的电源电压不尽相同，因此，现今的供电系统提供的交流电源并不适合直接提供给电子产品使用。为了提供适当的电压给每一个电子元件使其正常运作，这些电子产品需要通过电源转换电路将交流电源，例如一般的市电，转换为适当的电压给电子产品使用。

而随着电子产品的耗电量与应用的场合不同，电源系统可能使用多个电源供应器同时供电至电子产品，因此冗余电源系统(redundancy power system)便因此而生。冗余电源系统主要由多个电源供应器并联组成，以通过所述多个电源供应器来达到容错式的运作要求。

请参阅图1，其为公知电源系统的电路架构示意图。如图1所示，公知电源系统1包含结构相似且并联连接的多个电源供应器10，以通过多个电源供应器10构成冗余电源系统，多个电源供应器10接收输入电压V_in的电能而产生输出电流I_o’及额定的输出电压V_o’，以提供给电子产品的系统电路(未图示)使用。

如图1所示，公知每一电源供应器10包含一电源变换器101以及输出保护电路102，电源变换器101接收输入电压V_in的电能且通过内部一开关电路(未图示)的导通或关断运作而产生内输出电压V_o1’。输出保护电路102由多个二极管D所构成，多个二极管D构成或门(ORing)特性，并分别连接于电源变换器101的输出端与电源供应器10的输出端之间，用以限制流经输出保护电路102的输出电流I_o’的电流方向，以当电源供应器10短路或故障时，防止逆向电流，例如由其他正常的电源供应器10所输出的输出电流所产生，流入短路或故障的电源供应器10内。

然而由于二极管具有较大的导通压降的特性，因此会产生相当大的导通损失(conduction loss)，故请参照图2，其为另一种公知电源系统的结构示意图。如图所示，公知电源系统2的电源供应器20利用多个功率晶体管M来取代图1所示的多个二极管D，以构成输出保护电路102。由于功率晶体管具有导通阻抗较低的特性，因此通过多个功率晶体管M构成输出保护电路102，多个功率晶体管M不但同样可构成或门特性，且可使电源供应器20减少功率损失，进而增加整体效率。然而，功率晶体管M为一种具有双向导通特性的电路元件，因此还需要一控制电路203控制多个功率晶体管M的开关切换。

公知电源供应器20的控制电路203具有一比较器(未图示)，控制电路203通过比较器判断输出电流I_o’的大小，进而对应地输出一控制信号V_s’，以控制多个功率晶体管M同时导通或同时关断，其中比较器比较输出电压V_o’及内输出电压V_o1’两者的电压差，并将该电压差与一第一预设电压值以及一第二预设电压值作比较，进而判断输出电流I_o’的大小，当比较器比较出该电压差小于第二预设电压值时，控制电路203便依据比较结果输出使能电位(enable)的控制信号控制多个功率晶体管M同时导通，当比较器比较出该电压差值大于第一预设电压值时，控制电路203则依据比较结果输出禁止电位(disable)控制多个功率晶体管M同时关断。

一般而言，第一预设电压值设定为正值，其代表有逆向电流流入电源供应器20内而多个功率晶体管M需同时关断，第二预设电压值则设定为零，其代表无逆向电流流入电源供应器20而多个功率晶体管M可同时导通，换言之，即公知电源供应器20的控制电路203通过比较器将输出电压V_o’及内输出电压V_o1’两者的电压差与第二预设电压值比较，以在无逆向电流流入电源供应器20时，控制多个功率晶体管M同时导通，此外，控制电路203也通过比较器将输出电压V_o’及内输出电压V_o1’两者的电压差与第一预设电压值比较，以在有逆向电流流入电源供应器20时，控制多个功率晶体管M同时关断。

然而目前对电器设备节能的规范越加严格，因此如何持续提升电源供应器的供电效能便为研发的重点之一，其中的一方法即为增加图2所示的电源供应器20的输出保护电路102的功率晶体管M的个数，由于多个功率晶体管M并联连接，因此当功率晶体管M的个数越多，多个功率晶体管M整体的导通阻抗，也即输出保护电路102所具有的阻抗便会因为多个功率晶体管M并联而减少，如此一来，便可减少输出电流I_o’通过输出保护电路102时所产生的损耗，进而提升电源供应器20的供电效能提升。

虽然上述的方法确实可提升电源供应器20的供电效能，然而当增加功率晶体管M的并联个数而减少多个功率晶体管M整体的导通阻抗时，若第一预设电压值不变更设定值的情况下，将导致输出电压V_o’及内输出电压V_o1’的差值势必需要在具有较大的逆向电流流入电源供应器20时，才会大于第一预设电压值，相对使得控制电路203仅在具有较大的逆向电流流入电源供应器20时才会控制多个功率晶体管M关断，如此一来，电源供应器20并无法准确地防止逆向电流，导致电源供应器20内部的电子元件将遭受起源于较大逆向电流所引起的损害。

虽然将第一预设电压值设定为较小值，便可避免上述电源供应器20为了提升供电效率而无法准确地防止逆向电流的缺陷，然而由于第一预设电压值可设定的范围对应比较器的输入偏移电压(input offset voltage)，因此若欲将第一预设电压值设定为较小值，则电源供应器20的控制电路203便需选用输入偏移电压小，但成本较高的比较器，如此一来，将导致电源供应器20的生产成本提高。

因此，如何发展一种可改善上述公知技术缺陷的电源供应器以及具有多个电源供应器的供电系统实为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电源供应器以及具有多个电源供应器的供电系统，以解决公知电源供应器因控制电路控制多个功率晶体管同时导通或关断，导致公知电源供应器无法精准地防止逆向电流及生产成本高等缺陷。

本发明的另一目的在于提供一种电源供应器以及具有多个电源供应器的供电系统，当电源供应器正常运作时，控制单元控制保护电路内的多个开关电路组全部导通，以增加保护电路的整体导通阻抗，进而提升电源供应器正常运作时的供电效率，当电源供应器不正常运作，控制单元先控制保护电路内的部分的开关电路组关断，以增加保护电路的整体导通阻抗，故控制单元便可精准的在较小的逆向电流流入电源供应器时将保护电路的其他开关电路组关断，也即将保护电路关断而防止逆向电流，进而使得电源供应器的生产成本较为便宜。

为达上述目的，本发明的较佳实施方式为提供一种电源供应器，用以接收输入电压的电能而产生输出电压及输出电流，包含：电源变换器，用以接收输入电压的电能而产生内输出电压；输出保护电路，连接于电源变换器的输出端，且包含多个并联连接的开关电路组，输出保护电路通过多个开关电路组导通或关断的运作而限制输出电流的电流方向；以及控制单元，与输出保护电路电连接，控制单元输出多个控制信号分别控制多个开关电路组，其中至少包含两个控制信号分别控制至少两个开关电路组于不同时刻关断。

为达上述目的，本发明的另一较佳实施方式为提供一种具有多个电源供应器的供电系统，用以接收输入电压的电能而产生输出电压及输出电流，包含：多个电源供应器，彼此并联连接，且其中至少一电源供应器包含：电源变换器，用以接收输入电压的电能而产生内输出电压；以及输出保护电路，连接于电源变换器的输出端，且包含多个并联连接的开关电路组，输出保护电路通过多个开关电路组导通或关断的运作而限制输出电流的电流方向；其中至少两个开关电路组于不同时刻关断。

本发明通过电源供应器的控制单元依据输出电流的大小而控制输出保护电路内的多个开关电路组的导通或关断，因此当电源供应器正常运作时，控制单元便可控制保护电路内的多个开关电路组全部导通，以增加保护电路的整体导通阻抗，进而提升电源供应器正常运作时的供电效率，而当电源供应器不正常运作，控制单元也可先控制保护电路内的部分的开关电路组关断，以增加保护电路的整体导通阻抗，故控制单元便可精准的在较小的逆向电流流入电源供应器时将保护电路的其他开关电路组关断，也即将保护电路关断而防止逆向电流，本发明的电源供应器的生产成本也较为便宜。

附图说明

图1：其为公知电源系统的电路架构示意图。

图2：其为另一种公知电源系统的电路架构示意图。

图3：其为本发明较佳实施例的具有多个电源供应器的供电系统的电路方框示意图。

图4：其为本发明较佳实施例的具有电源供应器的供电系统的保护电路及控制电路示意图。

图5：其为图4第一控制电路输出的第一控制电路的控制逻辑示意图。

图6：其为本发明的供电系统的一具体实施方式的详细电路结构示意图。

图7：其为本发明的电源供应器与公知电源供应器的信号时序比较示意图。

上述附图中的附图标记说明如下：

1、2、3：供电系统

10、20、4：电源供应器

101、40：电源变换器

102、41：保护电路

203：控制电路

400：主开关电路

401：谐振电路

402：同步整流电路

410：第一开关电路组

411：第二开关电路组

42：控制单元

420：第一控制电路

421：第二控制电路

4210：电流检测单元

4211：整流电路

422：第二控制电路

423：与门逻辑电路

V_in：输入电压

V_o1’、V_o1：内输出电压

V_o’、V_o：输出电压

V_s’：控制信号

V_s：第一控制信号

V_s1：第二控制信号

V_s2：逻辑控制信号

V_t：感测电压

V_cc：电压源

V_ref1～V_ref3：第一预设电压值～第三预设电压值

OP1～OP2：第一～第二比较器

I_o’、I_o：输出电流

I₁：运作电流

I_s：警告电流值

I_s1、I_s2：逆向电流门槛值

D：二极管

M：功率晶体管

C：输入端滤波电容

C₁：输出端滤波电容

C₂：共振电容

L：共振电感

L_m：激磁电感

R₁～R₅：第一～第五电阻

D₁～D₂：第一～第二二极管

C_T：电流变压器

T：变压器

N_f：初级绕组

N_s：次级绕组

t₁～t₃：时间

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，然而其都不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。

请参阅图3及图4，其中图3为本发明较佳实施例的具有多个电源供应器的供电系统的电路方框示意图，图4为图3所示的单一电源供应器的部分电路及控制原理方框图。如图3及图4所示，本发明的供电系统3具有多个电源供应器4，以构成冗余型的供电系统，且供电系统3通过多个电源供应器4接收一输入电压V_in的电能而产生一输出电流I_o以及额定的输出电压V_o至负载(未图示)。多个电源供应器4彼此并联连接，且至少一电源供应器4包含电源变换器40、输出保护电路41以及控制单元42。

电源变换器40与电源供应器4的输入端电连接，用以将输入电压V_in的电能转换为一内输出电压V_o1。输出保护电路41电连接于电源变换器40的输出端以及电源供应器4的输出端之间，且包含多个并联连接的开关电路组，于本实施例中，输出保护电路41包含第一开关电路组410以及第二开关电路组411，且第一开关电路组410以及第二开关电路组411可分别由多个有源开关并联连接所构成，但不以此为限，也可由单一有源开关所构成，本实施例中，该有源开关可为一功率晶体管M(如图6所示)。输出保护电路41通过第一开关电路组410以及第二开关电路组411导通或关断的运作而限制流经输出保护电路41的输出电流I_o的电流方向，此外，输出保护电路41也将电源变换器40所输出的内输出电压V_o1的电能传送至电源供应器4的输出端。

控制单元42与电源变换器40以及输出保护电路41的第一开关电路组410与第二开关电路组411电连接，控制单元42用以控制电源变换器40的运作，并依据输出电流I_o的大小控制输出保护电路41的多个开关电路组，例如第一开关电路组410以及第二开关电路组411导通或关断。

于本实施例中，控制单元42主要包含一第一控制电路420、一第二控制电路421、一第三控制电路422以及一与门(AND)逻辑电路423。其中第三控制电路422与电源变换器40电连接，用以控制电源变换器40的运作。

请参阅图5，并配合图4，其中图5为图4所示的第一控制电路420的控制逻辑示意图，其反映所输出的第一控制信号V_s与第一预设电压值V_ref1以及第二预设电压值V_ref2的对应关系。如图4及图5所示，第一控制电路420与第一开关电路组410的控制端电连接，且与输出保护电路41的输入端以及输出端电连接，第一控制电路420检测输出电压V_o及内输出电压V_o1两者间的电压差，并将检测出的电压差与一第一预设电压值V_ref1以及一第二预设电压值V_ref2进行比较，以依据比较的结果判断输出电流I_o的大小，进而对应地输出一第一控制信号V_s控制第一开关电路组410的运作，其中输出电压V_o及内输出电压V_o1两者间的电压差对应着输出电流I_o的变化而改变，举例而言，当输出电流I_o为正值时，输出电压V_o及内输出电压V_o1的电压差为负值，当输出电流I_o为负值，也即电源供应器4具有逆向电流时，输出电压V_o及内输出电压V_o1的电压差为正值。

第二控制电路421与电源变换器40电连接，其依据电源变换器40内的一采样信号，例如可反应输出电流I_o的一参考电流，而产生与该参考电流成正比的一感测电压V_t，并将该感测电压V_t与一第三预设电压值V_ref3进行比较，进而依据比较的结果输出一第二控制信号V_s1。且由于该参考电流与输出电流I_o具有对应关系，因此感测电压V_t与输出电流I_o也具有对应关系。于上述实施例中，当该感测电压V_t等于第三电压参考值V_ref3时，输出电流I_o达到一警告电流值I_s(如图7所示)，警告电流值I_s的值为电源供应器4的额定输出电流的20％，但并不以此为限，可依第三电压参考值V_ref3的不同而改变。第三电压参考值V_ref3的选择根据不同的电路对于逆向电流承受能力的不同而选择。并且，第一开关电路组410及第二开关电路组411中开关的数量比例也可作为第三电压参考值V_ref3的选择依据，如本实施例中，第一开关电路组410及第二开关电路组411中开关的数量比为2∶8，因此选取的第三电压参考值V_ref3使得警告电流值I_s的值为电源供应器4的额定输出电流的20％。

与门逻辑电路423与第一控制电路420的输出端、第二控制电路421的输出端以及第二开关电路组411的控制端电连接，用以接收第一控制信号V_s以及第二控制信号V_s1，并将第一控制信号V_s以及第二控制信号V_s1进行与(AND)逻辑运算，以输出逻辑控制信号V_s2至第二开关电路组411的控制端，进而控制第二开关电路组411的运作。

根据上述本发明的单一电源供应器的电路结构所得到的控制方法其控制逻辑如下表所示：

其中，图表中的V_t为检测电压V_t，V_o为输出电压V_o，V_o1为内输出电压V_o1，V_pre为第一参考电压值V_ref1及第二参考电压值V_ref2所定义的预设电压范围值，V_s为第一控制信号，V_s1为第二控信号，V_s2为第二开关电路组411所接收的控制信号，也即逻辑控制信号V_s2，V_s3为第一开关电路组410所接收的控制信号，于本实施例中，V_s3即等于第一控制信号V_s。

由图表可知，当模式1至模式3时，输出电流I_o大于警告电流I_s，也即感测电压V_t大于第三电压参考值V_ref3，此时第一开关电路组410以及第二开关电路组411依据是否有逆向电流(通过V_o是否小于V_o1来判断)及逆向电流是否过大(通过V_o-V_o1是否大于V_pre来判断)而同时导通或关断。由于在模式1至模式3间，第一开关电路组410以及第二开关电路组411可同时导通，因此输出保护电路41的整体导通阻抗便减少，进而使输出电流I_o流经输出保护电路41所造成的损耗减少而提升电源供应器4的供电效能。

于模式4至6时，输出电流I_o小于警告电流I_s，使感测电压V_t小于第三电压参考值V_ref3，因此逻辑控制信号V_s2转换为禁止电位而先控制第二开关电路组411关断，使得输出保护电路41的整体导通阻抗仅由第一开关电路组410来决定，故输出保护电路41的整体导通阻抗便增加，而第一开关电路组410同样依据是否有逆向电流(通过V_o是否小于V_o1来判断)及逆向电流是否过大(通过V_o-V_o1是否大于V_pre来判断)而导通或关断。由于在模式4至模式6间，输出保护电路41的整体导通阻抗增加，因此输出电压V_o及内输出电压V_o1的差值便可在具有较小的逆向电流流入电源供应器20时即反应给第一控制电路420来控制第一开关电路组410关断，以准确地防止逆向电流。

请参阅图6，其为本发明的供电系统的一具体实施方式的详细电路结构示意图。如图所示，于本实施例中，电源变换器40可为但不限于由一全桥LLC串联谐振式转换器(full-bridge LLC series resonant converter)所构成，此电源变换器还可以为其他任意电源变换器结构：任一PWM变换器，如返驰式变换器(flyback converter)，移相变换器(phase shift converter)等，或任一谐振变换器，如LCC并联谐振变换器等。本实施例所应用的LLC变换器包含一输入端滤波电容C、一主开关电路400、一谐振电路401，一变压器T、一同步整流电路402以及一输出端滤波电容C₁。输入端滤波电容C与电源变换器40的输入端电连接，用以将输入电压V_in滤波。主开关电路400电连接于输入端滤波电容C以及谐振电路401之间，且可由多个主开关元件，例如功率晶体管，所构成，主开关电路400受第三控制电路422的控制而通过导通或关断的状态变化控制变压器T的一初级绕组N_f及一次级绕组N_s的能量传送，换言之，即变压器T通过主开关电路400的运作而将初级绕组N_f上所接收的能量以电磁感应的方式传送至一次级绕组N_s。

谐振电路401连接于主开关电路400及变压器T的初级绕组N_f之间，用以产生共振效应，且谐振电路401可为但不限于由共振电容C₂、共振电感L以及变压器T的一激磁电感L_m所构成。变压器T为一中央抽头的变压器。同步整流电路402与变压器T的次级侧电连接，且可由多个同步整流开关元件，例如功率晶体管，所构成，同步整流电路402受第三控制电路422的控制而将变压器T的次级绕组N_s所输出的电能进行同步整流。输入端滤波电容C₁电连接于同步整流电路402及电源变换器40的输出端之间，用以对同步整流电路402所输出的电压进行滤波，进而输出内输出电压V_o1。

输出保护电路41通过第一开关电路组410以及第二开关电路组411导通或关断的运作而限制流经输出保护电路41的输出电流I_o的电流方向，此外，输出保护电路41也将电源变换器40所输出的内输出电压V_o1的电能传送至电源供应器4的输出端。

第一控制电路420包含一第一比较器OP1、一第一电阻R₁以及一第二电阻R₂，其中第一电阻R₁跨接于第一比较器OP1的非反向输入端及输出端之间，第二电阻R₂电连接于第一比较器OP1的非反向输入端及输出保护电路41的输入端之间，第一比较器OP1的反向输入端连接于输出保护电路41的输出端之间，第一比较器OP1的输出端与该第一控制电路420的输出端电连接，也与第一开关电路组410的控制端电连接。

第一电阻R₁、第二电阻R₂以及第一比较器OP1构成一迟滞比较元件(hysteresis compare element)，第一预设电压值V_ref1以及第二预设电压值V_ref2的设定值可通过调整第一电阻R₁以及第二电阻R₂的阻值而改变，此外，第一控制信号V_s由迟滞比较元件的第一比较器OP1所输出。迟滞比较元件检测输出电压V_o及内输出电压V_o1两者间的电压差，并将该电压差与第一预设电压值V_ref1以及第二预设电压值V_ref2进行比较，当流经输出保护电路41的输出电流I_o使输出电压V_o及内输出电压V_o1两者间的电压差大于第一预设电压值V_ref1时，迟滞比较元件便输出禁止电位的第一控制信号V_s，因此第一控制电路420便通过第一控制信号V_s控制第一开关电路组410关断，此外，当流经输出保护电路41的输出电流I_o使输出电压V_o及内输出电压V_o1两者间的电压小于第二预设电压值V_ref2时，迟滞比较元件则输出使能电位的第一控制信号V_s，因此第一控制电路420便通过第一控制信号V_s控制第一开关电路组410导通，因此如图5所示，第一控制信号V_s于第一预设电压值V_ref1以及第二预设电压值V_ref2之间具有一迟滞特性。

于本实施例中，第一预设电压值V_ref1设定为正值，当输出电压V_o及内输出电压V_o1两者间的电压差大于第一预设电压值V_ref1时，即代表输出电流I_o为负值，换言之，即电源供应器4的输出端接收到逆向电流。此外，第二预设电压值V_ref2设定为零，当输出电压V_o及内输出电压V_o1两者间的电压差小于第二预设电压值V_ref2时，即代表输出电流I_o为正值，换言之，即电源供应器4的输出端并无接收到逆向电流。

第二控制电路421包含一第二比较器OP2以及一电流检测单元4210。电流检测单元4210的输入端与电源变换器40电连接，电流检测单元4210的输出端与第二比较器OP2的非反向输入端电连接，电流检测单元4210用以检测电源变换器40内的一参考电流而产生与该参考电流成正比的一感测电压Vt至第二比较器OP2的非反向输入端，于本实施例中，电流检测单元4210与变压器T的初级绕组N_f电连接，因此该参考电流实际上为初级绕组N_f上的运作电流I₁，且由于运作电流I₁与输出电流I_o具有对应比例关系，此比例等于变压器T初级绕组与次级绕组的匝数的比，因此感测电压V_t与输出电流I_o也具有对应关系。

电流检测单元4210包含一电流检测元件、一滤波电路及一整流电路4211。于本实施例中，电流检测元件与变压器T的初级绕组N_f电连接，且可为但不限于为一电流变压器C_T所构成。整流电路4211与电流变压器C_T电连接。滤波电路电连接于整流电路4211与第二比较器OP2的非反向输入端之间，且可为但不限于由一第三电阻R₃、第四电阻R₄以及滤波电容C₃所构成，其中第四电阻R₄与整流电路4211并联连接。第三电阻R₃电连接于第四电阻R₄以及滤波电容C₃之间，滤波电容C₃与第二比较器OP2的非反向输入端以及第四电阻R₄电连接。通过上述的结构，电流检测单元4210便通过电流变压器C_T检测初级绕组N_f上的运作电流I₁而输出交流的过渡检测信号，并将该交流的过渡检测信号经由整流电路4211及滤波电路的整流与滤波，进而于第二比较器OP2的非反向输入端产生感测电压V_t。第二比较器OP2的反向输入端接收一第三预设电压值V_ref3，第二比较器OP2比较感测电压V_t与第三预设电压值V_ref3，以当感测电压V_t大于第三预设电压值V_ref3时，输出使能电位的第二控制信号V_s1，并当感测电压V_t小于第三预设电压值V_ref3时，输出禁止电位的第二控制信号V_s1。

于上述实施例中，当电流检测单元4210所输出的感测电压V_t等于第三电压参考值V_ref3时，输出电流I_o达到一警告电流值I_s(如图7所示)。当然，电流检测单元4210并不局限于如图3所示，与变压器T的初级绕组N_f电连接，也可电连接于变压器T附加的次级绕组(未图示)或是同步整流电路402的输出侧等位置，此时电流检测单元4210于这些连接位置所检测到的电流实际上便对应为参考电流。更甚者，电流检测元件也可由电阻所构成。另外，于其他实施例中，电流检测单元4210也可以采用一电压检测单元代替，如采用一分压电阻直接获得感测电压Vt，此分压电阻可以直接与变压器T的初级绕组Nf串联连接，此分压电阻上的电压信号与电流有固定的比例关系，比例数值即为电阻阻值，因此直接检测此电阻电压既可以用于本实施例的控制方案

于本实施例中，与门逻辑电路423由一第一二极管D₁、一第二二极管D₂以及一第五电阻R₅所构成，其中第一二极管D1的阴极端与第二比较器OP2的输出端电连接，也与第二控制电路421的输出端连接，第一二极管D₁的阳极端与与门逻辑电路423的输出端电连接，第二二极管D₂的阴极端与第一比较器OP1的输出端电连接，也与第一控制电路420的输出端电连接，第二二极管D₂的阳极端与与门逻辑电路423的输出端电连接，第五电阻R₅与与门逻辑电路423的输出端电连接，且接收一电压源V_cc。

以下将针对单一电源供应器4的运作来示范性地说明本发明的技术特征。请参阅图7，并配合图3至图6，其中图7为本发明的电源供应器与公知电源供应器的信号时序比较示意图。如图3至图7所示，当电源供应器4正常运作而输出电流I_o为正值且大于警告电流值I_s，例如于时间t₁以前时，此时感测电压V_t大于第三预设电压值V_ref3，且输出电压V_o及内输出电压V_o1两者间的电压差小于第二预设电压值V_ref2，因此第一控制电路420输出使能电位的第一控制信号V_s控制第一开关电路组410路导通，同时第二控制电路421输出使能电位的第二控制信号V_s1，与门逻辑电路423便依据使能电位的第一控制信号V_s及使能电位的第二控制信号V_s1而输出使能电位的逻辑控制信号V_s2控制第二开关电路组411导通。此时，因第一开关电路组410及第二开关电路组411都导通，因此输出保护电路41的整体导通阻抗便由第一开关电路组410及第二开关电路组411来决定.又第一开关电路组410及第二开关电路组411并联连接，故输出保护电路41的整体导通阻抗减少，如此一来，输出电流I_o流经输出保护电路41所造成的损耗减少，便提升电源供应器4的供电效能。

然而当电源供应器4不正常运作，例如短路或故障，导致输出电流I_o于时间t₁下降至警告电流值I_s时，感测电压V_t便小于第三预设电压值V_ref3，输出电压V_o及内输出电压V_o1两者间的电压差则小第二预测电压V_ref2，此时第一控制电路420仍输出使能电位的第一控制信号V_s控制第一开关电路组410导通，然而第二控制电路421却改输出为禁止电位的第二控制信号V_s1，因此与门逻辑电路423依据使能电位的第一控制信号V_s及禁止电位的第二控制信号V_s1而输出禁止电位的逻辑控制信号V_s2来控制第二开关电路组411关断，此时，输出保护电路41的整体导通阻抗改由第一开关电路组410决定，故输出保护电路41的整体导通阻抗便增加。

若电源供应器4的输出电流I_o持续下降至负值时，电源供应器4实际上便接收到逆向电流，且当输出电流I_o达到为负值的一逆向电流门槛值I_s1，使得输出电压V_o及内输出电压V_o1两者间的电压差大于第一预测电压V_ref1时，第一控制电路420改输出禁止电位的第一控制信号V_s控制第一开关电路组410关断.而与门逻辑电路423也依据禁止电位的第一控制信号V_s及禁止电位的第二控制信号V_s1而继续输出禁止电位的逻辑控制信号V_s2来控制第二开关电路组411关断，因此保护电路41便完全关断，以防止逆向电流流入电源供应器4中。

由上可知，本发明的控制单元42依据输出电流I_o的大小控制输出保护电路41的第一开关电路组410以及第二开关电路组411导通或关断的数量，当电源供应器4正常运作而输出电流I_o大于警告电流值I_s时，控制单元42将控制第一开关电路组410以及第二开关电路组411导通，以减少保护电路41的整体导通阻抗，进而增加电源供应器4的供电效率，然而当电源供应器4开始不正常运作而使输出电流I_o小于警告电流值Is时，控制单元42便先控制第一开关电路组410关断，以增加保护电路41的整体导通阻抗，如此一来，一旦电源供应器4开始接收到逆向电流时，输出电压V_o及内输出电压V_o1的差值便可在具有较小的逆向电流流入电源供应器4时即大于第一预设电压值，而使控制单元42在较小的逆向电流流入电源供应器24时便控制第二开关电路组411关断以驱使保护电路41完全关断，因此相较于图2所示的公知电源供应器20的控制电路203控制保护电路102内的多个功率晶体管M同时导通或同时关断，导致控制电路203仅能在公知电源供应器20接收到较大逆向电流，例如图7所示当时间t₃而公知电源供应器20的输出电流I_o’达到比逆向电流门槛值I_s1更小的另一逆向电流门槛值I_s2时，才能检测到输出电压V_o’及内输出电压V_o1’的差值大于第一预设电压值而输出禁止电位的控制信号V_s’来控制保护电路102关断，本发明的电源供应器20便可在无需选用输入偏移电压小，但成本较高的比较器的情况下，准确地防止逆向电流，进而避免电源供应器4内部的电子元件遭受起源于较大逆向电流所引起的损害。

当然，于其他实施例中，电源供应器4的输出保护电路41也可由三个以上的开关电路组所构成，此时仅需对应地增加第二控制电路421内的比较器的数目与及逻辑电路的数目，便可使控制单元42依据输出电流Io的大小而控制三个以上的开关电路组导通或关断的数量。举例而言，当输出保护电路41除了包含图3所示的第一开关电路组410及第二开关电路组411外，更包含一第三开关电路组(未图示)时，则第二控制电路421内对应地增加一第三比较器(未图示)，此外，控制单元42也对应地再增加一辅助逻辑电路，其中第三比较器的非反向输入端与电流检测单元421的输出端连接而接收感测电压Vt，第三比较器的非反向输则接收一第四预设电压值，辅助逻辑电路的输入端分别与第一比较器、第二比较器以及第三比较器的输出电连接，辅助逻辑电路的输出端则于第三开关电路组电连接，如此一来，控制单元42便可依据第一预设电压值至第四预设电压值而判断输出电流Io的大小，进而对应地控制保护电路41内的三个开关电路组的导通或关断。

请再参阅图3，其中供电系统3中具有多个电源供应器4。该些电源供应器4可选择性的部分或全部采用前述实施例的控制方式，而且可以选择性的通过同一个控制单元实现或多个控制单元分别实现前述实施例的控制方式(未图示)。同时，这些电源供应器4中的这些保护电路41中的这些开关电路组，例如第一开关组410及第二开关组411，可采用相同的分组方式也可分别采用不同的分组方式，也即，在每个电源供应器4中这些第一开关组410及第二开关组411对应包含相同数量的功率晶体管M或者各电源供应器4中这些第一开关组410及第二开关组411包含不同数量的功率晶体管M。

综上所述，本发明提供一种源供应器以及具有多个电源供应器的供电系统，通过电源供应器的控制单元依据输出电流的大小而控制输出保护电路内的多个开关电路组的导通或关断，因此当电源供应器正常运作时，控制单元便可控制保护电路内的多个开关电路组全部导通，以增加保护电路的整体导通阻抗，进而提升电源供应器正常运作时的供电效率，而当电源供应器不正常运作，控制单元也可先控制保护电路内的部分的开关电路组关断，以增加保护电路的整体导通阻抗，故控制单元便可精准的在较小的逆向电流流入电源供应器时将保护电路的其他开关电路组关断，也即将保护电路关断而防止逆向电流，本发明的电源供应器的生产成本也较为便宜。

本发明得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然而都不脱如附权利要求所欲保护的范围。

Claims (22)

1.一种电源供应器，用以接收一输入电压的电能而产生一输出电压及一输出电流，包含：

一电源变换器，用以接收该输入电压的电能而产生一内输出电压；

一输出保护电路，连接于该电源变换器的输出端，且包含多个并联连接的开关电路组，该输出保护电路通过所述多个开关电路组导通或关断的运作而限制该输出电流的电流方向；以及

一控制单元，与该输出保护电路电连接，该控制单元输出多个控制信号分别控制所述多个开关电路组，其中至少包含两个该控制信号分别控制至少两个该开关电路组于不同时刻关断。

2.如权利要求1所述的电源供应器，其中所述多个控制信号依据该输出电流的大小控制所述多个开关电路组导通或关断。

3.如权利要求2所述的电源供应器，其中该控制单元对该输出电流与一参考信号进行比较以控制所述多个开关电路组。

4.如权利要求3所述的电源供应器，其中该参考信号包含至少三个参考电压值。

5.如权利要求1所述的电源供应器，其中所述多个开关电路组包含一第一开关电路组以及一第二开关电路组。

6.如权利要求5所述的电源供应器，其中该控制单元具有一第一控制电路，与该第一开关电路组的控制端及该输出保护电路的输入端及输出端电连接。

7.如权利要求6所述的电源供应器，其中该第一控制电路具有一具有迟滞特性的比较元件，用以检测该输出电压及该内输出电压两者间的一电压差，并将该电压差与一第一预设电压值以及一第二预设电压值进行比较，以当该电压差大于该第一预设电压值时，输出禁止电位的该第一控制信号，当该电压差小于该第二预设电压值时，输出使能电位的该第一控制信号。

8.如权利要求7所述的电源供应器，其中该迟滞比较元件包含一第一比较器、一第一电阻以及一第二电阻，其中该第一电阻电连接于该第一比较器的非反向输入端及输出端之间，该第二电阻电连接于该第一比较器的非反向输入端及该输出保护电路的输入端之间，该第一比较器的反向输入端连接于该输出保护电路的输出端之间，该第一比较器的输出端与该第一控制电路的输出端电连接。

9.如权利要求7所述的电源供应器，其中该第一预设电压值为正值，该第二预设电压值为零。

10.如权利要求6所述的电源供应器，其中该控制单元具有一第二控制电路，与该电源变换器电连接，用以依据该电源变换器内的一采样信号的大小而输出一第二控制信号，其中该采样信号反映该输出电流。

11.如权利要求10所述的电源供应器，其中该第二控制电路具有一电流检测单元，用以检测该电源变换器内的一参考电流，并对应地输出一感测电压。

12.如权利要求11所述的电源供应器，其中该电流检测单元包含一电流检测元件、一整流电路及一滤波电路，其中该电流检测元件与该电源变换器电连接，该整流电路与电流检测元件电连接，该滤波电路与该整流电路电连接，该电流检测单元通过该电流检测元件检测该电源变换器内的该参考电流，并通过整流电路及该滤波电路对检测的结果进行整流及滤波，以输出该感测电压。

13.如权利要求12所述的该电源供应器，其中该电流检测元件为一电流变压器，该滤波电路包含一第三电阻、一第四电阻以及一滤波电容，该第四电阻与该整流电路并联连接，该第三电阻电连接于该第四电阻以及该滤波电容之间，该滤波电容与该第四电阻电连接。

14.如权利要求11所述的电源供应器，其中该第二控制电路具有一第二比较器，该第二比较器的非反向输入端与电流检测单元电连接而接收该感测电压，该第二比较器的反向输入端接收一第三预设电压值，该第二比较器比较该感测电压及该第三预设电压值，并当该感测电压大于该第三预设电压值时，输出该使能电位的该第二控制信号，当该感测信号小于该第三预设电压值时，输出该禁止电位的第二控制信号。

15.如权利要求14所述的电源供应器，其中当该感测电压等于该第三预设电压值时，该输出电流与该电源供应器的额定输出电流成一比例，该比例由该第一开关电路组中开关数量与该第二开关电路组中开关数量的比例决定。

16.如权利要求10所述的电源供应器，其中该控制单元更具有一与门逻辑电路，与该第二开关电路组的控制端、该第一控制电路的输出端以及该第二控制电路的输出端电连接而接收该第一控制信号以及该第二控制信号，该与门逻辑电路对该第一控制信号以及该第二控制信号进行及运算，以输出一逻辑控制信号控制该第二开关电路组的运作。

17.如权利要求16所述的电源供应器，其中该与门逻辑控制电路具有一第一二极管、一第二二极管以及一第五电阻，该第一二极管及该第二二极管的阴极端分别与该第一控制电路的输出端以及该第二控制电路的输出端电连接，该第一二极管及该第二二极管的阳极端与该与门逻辑控制电路的输出端电连接，该第五电阻与该与门逻辑控制电路的输出端电连接，且接收一电压源。

18.如权利要求6所述的电源供应器，其中该控制单元更具有一第三控制电路，与该电源变换器电连接，以控制该电源变换器的运作。

19.一种具有多个电源供应器的供电系统，用以接收一输入电压的电能而产生一输出电压及一输出电流，包含：

多个电源供应器，彼此并联连接，且其中至少一电源供应器包含：

一电源变换器，用以接收该输入电压的电能而产生一内输出电压；

一输出保护电路，连接于该电源变换器的输出端，且包含多个并联连接的开关电路组，该输出保护电路通过所述多个开关电路组导通或关断的运作而限制该输出电流的电流方向；以及

其中至少两个该开关电路组于不同时刻关断。

20.如权利要求19所述的供电系统，其中每一电源供应器包含：

一电源变换器，用以接收该输入电压的电能而产生一内输出电压；以及

一输出保护电路，连接于该电源变换器的输出端，且包含多个并联连接的开关电路组，该输出保护电路通过所述多个开关电路组导通或关断的运作而限制该输出电流的电流方向；

其中至少两个该开关电路组于不同时刻关断。

21.如权利要求19所述的供电系统，其中所述多个电源供应器中的所述多个开关电路组均由同一控制单元控制其导通或关断。

22.如权利要求20所述的供电系统，其中每一个该开关电路组包含至少一有源开关，所述多个电源供应器中对应的该开关电路组具有相同数量的该有源开关。

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