CN103138381A - 可改善待机电力效率的交直流电源转换装置 - Google Patents

可改善待机电力效率的交直流电源转换装置 Download PDF

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Abstract

本发明是有关于一种可改善待机电力效率的交直流电源转换装置，包括一个对一交流电压进行直流转换以输出一直流总线电压的交直流转换电路，一个对直流总线电压进行降压转换以输出一主电源电压的直流降压转换电路，一个根据脉宽调压控制，对该主电源电压进行降压转换并输出一第一待机电压的第一待机电力转换电路，以及一个根据脉宽调压控制，对该直流总线电压进行降压转换以输出一第二待机电压的第二待机电力转换电路，借此，提升电源转换效率及电源供应可靠度。

Description

可改善待机电力效率的交直流电源转换装置
技术领域
本发明涉及一种电源转换装置，特别是涉及一种交直流电源转换装置。
背景技术
随着智能型电子装置，例如智能型家电的使用量日益普及，待机电力的使用成为值得关注的焦点，待机电力是电子装置处在一待机模态(保持在一等待状态)时，例如维持设定的操作模式、减少热机时间或待命接受遥控命令等功能所需的电力，它的电压与电子装置工作在正常模式下使用的主电压不同，且通常较小，因此，需要个别产生。
参阅图1及图2所示，是现有的一种常使用在电子装置中的离线式交直流电源转换器1，其主要包括一交直流转换电路11、一直流降压转换电路12、一待机电力转换电路13及一脉宽调压(PWM)信号产生器14。其中交直流转换电路11将一交流输入电压(90-264Vac)转换成一直流总线电压VBUS(380V)，再透过直流降压转换电路12对直流总线电压VBUS进行降压转换以输出一主电压VDC。待机电力转换电路13对直流总线电压VBUS进行降压转换以输出一待机电压Vsb，脉宽调压(PWM)信号产生器14产生互为反相的两个脉宽调压信号以分别控制直流降压转换电路12的第一开关SW1及第二开关SW2进行交替切换。当电子装置工作在正常模式时，直流降压转换电路12提供主电压VDC给电子装置，当电子装置工作在待机模式时，待机电力转换电路13提供待机电压Vsb给电子装置。
然而，当正常模式下需要同时提供主电压VDC及待机电压Vsb给电子装置时，由于正常模式下的负载较待机模式重，但待机电力转换电路13是现有的隔离型返驰式(flyback)转换电路，其目的在于接收直流总线电压并提供待机电压Vsb，此电路处于高输入/输出电压差工作模式，在重负载而需要输出大电流的情况下，其变压器漏感与分布电容(杂散或寄生组件)的存在会使得电压及电流突波变大，造成转换效率损失，且此现象将随负载增加而更趋明显，导致负载越重转换效率越差，而大幅降低电源供应的可靠度。
由此可见，上述现有的离线式交直流电源转换器在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。因此如何能创设一种新型结构的可改善待机电力效率的交直流电源转换装置，亦成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的离线式交直流电源转换器存在的缺陷，而提供一种新型结构的可改善待机电力效率的交直流电源转换装置，所要解决的技术问题是使其即在提供一种可提升电源转换效率及电源供应可靠度的可改善待机电力效率的交直流电源转换装置，非常适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种可改善待机电力效率的交直流电源转换装置，其中：该交直流电源转换装置，包括：一交直流转换电路，接受一交流电力并对其进行直流转换以输出一直流总线电压；一直流降压转换电路，接受该直流总线电压并对其进行降压转换以输出一主电源电压；一第一待机电力转换电路，经由一第一开关接受该主电源电压，对该第一开关进行脉宽调压控制，该第一待机电力转换电路会对该主电源电压进行降压转换并输出一第一待机直流电压；一第二待机电力转换电路，经由一第二开关接受该直流总线电压输入，对该第二开关进行脉宽调压控制，该第二待机电力转换电路会对该直流总线电压进行降压转换以输出一第二待机直流电压；及一控制器，控制该第一开关及第二开关导通与否，当该直流降压转换电路运作时，该控制器控制该第二开关不导通，并对该第一开关进行脉宽调压控制，当该直流降压转换电路停止运作时，该控制器控制该第一开关不导通，并对该第二开关进行脉宽调压控制。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的可改善待机电力效率的交直流电源转换装置，其中所述的该直流降压转换电路及该第一待机电力转换电路是工作在一正常模式，且该第二待机电力转换电路是工作在一待机模式。
前述的可改善待机电力效率的交直流电源转换装置，其中所述的该第一待机电力转换电路是一降压型直流对直流电源转换电路，且还包括一电感、一二极管以及并联的一电容和一负载电阻，该电感一端与该第一开关的一端电耦接，另一端与该电容和负载电阻一端电耦接，且该第一开关的另一端与该直流降压转换电路电耦接，该二极管反向电耦接于该电感与该第一开关连接的一端及该电容的另一端之间；该第二待机电力转换电路是一返驰式直流对直流电源转换电路，并包括一变压器以及该二极管、该电容及该负载电阻，其中该变压器的一次侧线圈一端接受该直流电压输入，另一端与该第二开关的一端电耦接，该第二开关的另一端接地，且该变压器的二次侧线圈是该电感。
前述的可改善待机电力效率的交直流电源转换装置，其中所述的该第一开关是低压金氧半场效晶体管开关，该第二开关是高压金氧半场效晶体管开关。
前述的可改善待机电力效率的交直流电源转换装置，其中所述的该直流降压转换电路是包含串联的一第三开关及一第四开关的半桥LLC谐振式电源转换电路，且该交直流电源转换装置还包括一脉宽调压信号产生器，用以产生两个互为反相的脉宽调压信号以控制该直流降压转换电路的该第三开关及该第四开关。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目的，本发明提供了一种可改善待机电力效率的交直流电源转换装置，包括一交直流转换电路、一直流降压转换电路、一第一待机电力转换电路及一第二待机电力转换电路。该交直流转换电路接受一交流电力并对其进行直流转换以输出一直流总线电压；该直流降压转换电路接受该直流总线电压并对其进行降压转换以输出一主电源电压；该第一待机电力转换电路，经由一第一开关接受该主电源电压，对该第一开关进行脉宽调压控制，该第一待机电力转换电路会对该主电源电压进行降压转换并输出一第一待机电压；该第二待机电力转换电路经由一第二开关接受该直流总线电压输入，对该第二开关进行脉宽调压控制，该第二待机电力转换电路会对该直流总线电压进行降压转换以输出一第二待机电压。较佳地，该交直流电源转换装置还包括一控制该第一开关及第二开关导通与否的控制器，当该直流降压转换电路运作时，该控制器控制该第二开关不导通，并对该第一开关进行脉宽调压控制，当该直流降压转换电路停止运作时，该控制器控制该第一开关不导通，并对该第二开关进行脉宽调压控制。较佳地，该直流降压转换电路及该第一待机电力转换电路是工作在一正常模式，且该第二待机电力转换电路是工作在一待机模式。较佳地，该第一待机电力转换电路是一降压型直流对直流电源转换电路，且还包括一电感、一二极管以及并联的一电容和一电阻，该电感一端与该第一开关的一端电耦接，另一端与该电容和电阻一端电耦接，且该第一开关的另一端与该直流降压转换电路电耦接，该二极管反向电耦接于该电感与该第一开关连接的一端及该电容的另一端之间；该第二待机电力转换电路是一返驰式直流对直流电源转换电路，并包括一变压器以及该二极管、该电容及该电阻，其中该变压器的一次侧线圈一端接受该直流总线电压输入，另一端与该第二开关的一端电耦接，该第二开关的另一端接地，且该变压器的二次侧线圈在该第一待机电力转换电路工作时作为电感使用。较佳地，该第一开关是低压金氧半场效晶体管(MOSFET)开关，该第二开关是高压金氧半场效晶体管(MOSFET)开关。较佳地，该直流降压转换电路是包含串联的一第三开关及一第四开关的半桥LLC谐振式电源转换电路，且该交直流电源转换装置还包括一脉宽调压信号产生器，用以产生两个互为反相的脉宽调压信号以控制该直流降压转换电路的该第三开关及该第四开关。
借由上述技术方案，本发明可改善待机电力效率的交直流电源转换装置至少具有下列优点及有益效果：在于将第一待机电力转换电路与第二待机电力转换电路整合在一起，让第一待机电力转换电路与第二待机电力转换电路共享部分电路，并让第一待机电力转换电路直接使用第二待机电力转换电路的变压器的二次侧线圈做为其滤波电路的电感，而不需再另外设置电感器，以降低电路制造成本，并在正常模式下，使用第一待机电力转换电路提供的第一待机电压以提升转换效率，并在待机模式下，使用第二待机电力转换电路输出的第二待机电压，借此可提高整体待机电力效率，并提升电源供应的可靠度，确实达到本发明的功效和目的。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是现有的一种交直流电源转换器的电路方框图。
图2是图1的交直流电源转换器的细部电路示意图。
图3是本发明可改善待机电力效率的交直流电源转换装置的一较佳实施例的电路方框图。
图4是本实施例可改善待机电力效率的交直流电源转换装置的细部电路示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的可改善待机电力效率的交直流电源转换装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
本发明可改善待机电力效率的交直流电源转换装置可广泛应用于外接式适配器(adapter)、桌上型电源、服务器电源或各式需要待机电力的电源产品。
参阅图3及图4所示，本发明可改善待机电力效率的交直流电源转换装置2的一较佳实施例包括一交直流转换电路21、一直流降压转换电路22、一第一待机电力转换电路23、一第二待机电力转换电路24、一脉宽调压信号产生器25及一控制器26。
交直流转换电路21接受一交流电压(90-264Vac)输入并对其进行直流转换以输出一直流总线电压VBUS(例如380V)，交直流转换电路21主要包括一全波整流器211及一功率因子修正器212，全波整流器211(例如桥式整流器)对交流电压进行全波整流后再输出至功率因子修正器212，功率因子修正器212主要由电感、二极管和晶体管组成，并对全波整流器211输出的全波整流电压进行功因校正与稳压，以产生直流总线电压VBUS。
直流降压转换电路22与交直流转换电路21电耦接，在本实施例中直流降压转换电路22是一隔离式谐振转换器，例如现有的LLC谐振转换器，其根据一终端负载端(图未示)的需求，对直流总线电压VBUS进行降压转换以输出一主电源电压VDC(常用为12V或19V)，且主电源电压VDC通常是负载端工作在一正常模式下所需的主要电力。
第一待机电力转换电路23与直流降压转换电路22电耦接，并经由一第一开关SW1接受该主电源电压VDC，借此，当对该第一开关SW1进行脉宽调压控制，第一待机电力转换电路23会对主电源电压VDC进行降压转换，并输出一第一待机电压Vsb1(常用为5V或12V)；更确切地说，第一待机电力转换电路23是一现有的降压型(Buck)直流对直流电源转换电路，其除了第一开关SW1外，还包括一电感组件L、一二极管D以及并联的一电容Co和一负载电阻Ro，电感组件L的一端与第一开关SW1的一端电耦接，另一端与电容Co和负载电阻Ro一端电耦接，且第一开关SW1的另一端与直流降压转换电路22电耦接，二极管D(飞轮二极管)反向电耦接于电感组件L与第一开关SW1连接的一端和电容Co的另一端之间，且第一开关SW1是一低压MOSFET开关；借由对第一开关SW1进行脉宽调压控制，使根据脉波宽度进行高频率地切换，使二极管D将主电源电压VDC切换成具有主电源电压VDC和零两种状态的高频脉动直流，再经过电感L与电容Co组成的低通滤波器滤波后，产生较主电源电压VDC的电压低的第一待机电压Vsb1。
且由于第一待机电力转换电路23将主电源电压VDC转换成第一待机直流电压Vsb1，属于低电压差转换操作，因此转换效率高，适于应用在高负载且需要相对大电流输出的正常模式下，因此，第一待机电压Vsb1主要做为正常模式下所需的待机电源。
第二待机电力转换电路24与交直流转换电路21电耦接，并经由一第二开关SW2接受直流总线电压VBUS(380V)输入，借此，对第二开关SW2进行脉宽调压控制，第二待机电力转换电路24会对直流总线电压VBUS进行降压转换，并输出一第二待机电压Vsb2(常用为5V或12V)。更确切地说，第二待机电力转换电路24是一隔离式升降压型(Buck-Boost)转换器，例如现有的返驰式(flyback)直流对直流电源转换电路，其除了第二开关SW2外，还包括一变压器241，并与第一待机电力转换电路23共享二极管D、电容Co及负载电阻Ro，其中变压器241的一次侧线圈242一端接受直流总线电压VBUS输入，另一端与第二开关SW1的一端电耦接，第二开关SW1的另一端接地，且第二开关SW2是一高压MOSFET开关；特别是，变压器241的二次侧线圈243供第二待机电力转换电路24做为电感L使用，因此不需再另外设置电感。借此，对第二开关SW2进行脉宽调压控制，使根据脉波宽度进行高频率地切换，以控制变压器241进行降压转换，再经过电感L与电容Co进行低通滤波后，产生较主电源电压VDC的电压低的第二待机电压Vsb2。
且由于第二待机电力转换电路24若是在高负载(大电流输出)的正常模式下操作时，属于高电压差转换操作，其变压器241存在的漏感与分布电容会使得电压及电流突波变大，影响转换效率，因此，第二待机直流电压Vsb2主要是做为低负载且只需低电流输出的待机模式下，不需输出主电源电压VDC时的待机电源。
此外，脉宽调压信号产生器25主要用以分别产生两个互为反相的脉宽调压信号，以分别控制直流降压转换电路22的一第三开关SW3及一第四开关SW4交替切换导通，以进行降压转换动作。
且由于第一待机电力转换电路23与第二待机电力转换电路24共享部分电路，同一时间只能有一个运作，且第一待机电力转换电路23与第二待机电力转换电路24是分别工作在正常模式与待机模式。因此，控制器26即用以控制第一待机电力转换电路23与第二待机电力转换电路24运作与否。更确切地说，控制器26与第一待机电力转换电路23的第一开关SW1及第二待机电力转换电路24的第二开关SW2电耦接。当交直流电源转换装置2工作在正常模式，并且需要同时输出主电源电压VDC和第一待机电压Vsb1给负载端时，控制器26使第二开关SW2不导通，并输出一脉宽调压信号对第一开关SW1进行脉宽调压控制，使第一待机电力转换电路23能够输出第一待机电压Vsb1；而当交直流电源转换装置2工作在待机模式，只需要提供第二待机电压Vsb1给负载端时，控制器26使第一开关不导通，并输出另一脉宽调压信号对第二开关SW2进行脉宽调压控制，使第二待机电力转换电路24能够输出第二待机电压Vsb2给负载端，借此，因应不同工作模式，使用不同的待机电力转换电路所产生的待机电压，可提升整体待机电力的转换效率。
综上所述，上述实施例将第一待机电力转换电路23与第二待机电力转换电路24整合在一起，让第一待机电力转换电路23与第二待机电力转换电路24共享部分电路，并让第一待机电力转换电路23直接使用第二待机电力转换电路24的变压器241的二次侧线圈做为其滤波电路的电感L，而不需再额外设置电感器，降低电路制造成本；并且在正常模式下，使用转换效率高且兼具相对大电流输出能力的第一待机电力转换电路23提供的第一待机电压Vsb1，能够改善现有的待机电力转换电路13工作于正常模式下转换效率不佳的问题，并在不需要输出主电源电压VDC(即没有主电源电压VDC输出)的待机模式下，使用第二待机电力转换电路24输出的第二待机电压Vsb2，借此提高整体待机电力效率，并提升电源供应的可靠度，确实达到本发明的功效和目的。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种可改善待机电力效率的交直流电源转换装置，其特征在于：
该交直流电源转换装置，包括：
一交直流转换电路，接受一交流电力并对其进行直流转换以输出一直流总线电压；
一直流降压转换电路，接受该直流总线电压并对其进行降压转换以输出一主电源电压；
一第一待机电力转换电路，经由一第一开关接受该主电源电压，对该第一开关进行脉宽调压控制，该第一待机电力转换电路会对该主电源电压进行降压转换并输出一第一待机直流电压；
一第二待机电力转换电路，经由一第二开关接受该直流总线电压输入，对该第二开关进行脉宽调压控制，该第二待机电力转换电路会对该直流总线电压进行降压转换以输出一第二待机直流电压；及
一控制器，控制该第一开关及第二开关导通与否，当该直流降压转换电路运作时，该控制器控制该第二开关不导通，并对该第一开关进行脉宽调压控制，当该直流降压转换电路停止运作时，该控制器控制该第一开关不导通，并对该第二开关进行脉宽调压控制。
2.如权利要求1所述的可改善待机电力效率的交直流电源转换装置，其特征在于：该直流降压转换电路及该第一待机电力转换电路是工作在一正常模式，且该第二待机电力转换电路是工作在一待机模式。
3.如权利要求1所述的可改善待机电力效率的交直流电源转换装置，其特征在于：该第一待机电力转换电路是一降压型直流对直流电源转换电路，且还包括一电感、一二极管以及并联的一电容和一负载电阻，该电感一端与该第一开关的一端电耦接，另一端与该电容和负载电阻一端电耦接，且该第一开关的另一端与该直流降压转换电路电耦接，该二极管反向电耦接于该电感与该第一开关连接的一端及该电容的另一端之间；该第二待机电力转换电路是一返驰式直流对直流电源转换电路，并包括一变压器以及该二极管、该电容及该负载电阻，其中该变压器的一次侧线圈一端接受该直流电压输入，另一端与该第二开关的一端电耦接，该第二开关的另一端接地，且该变压器的二次侧线圈是该电感。
4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的可改善待机电力效率的交直流电源转换装置，其特征在于：该第一开关是低压金氧半场效晶体管开关，该第二开关是高压金氧半场效晶体管开关。
5.如权利要求4所述的可改善待机电力效率的交直流电源转换装置，其特征在于：该直流降压转换电路是包含串联的一第三开关及一第四开关的半桥LLC谐振式电源转换电路，且该交直流电源转换装置还包括一脉宽调压信号产生器，用以产生两个互为反相的脉宽调压信号以控制该直流降压转换电路的该第三开关及该第四开关。
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