CN104518687A - 电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明中公开了电源装置，包括：将AC电压转换为DC电压的AC/DC整流单元；校正DC电压的功率因数的功率因数校正单元；将具有经校正的功率因数的DC电压转换为与其具有不同大小的DC电压的DC/DC转换单元；连接到DC/DC转换单元的变压器的初级侧绕组并且产生具有预定大小的DC电压的辅助绕组；以及内部电力生成单元，连接到功率因数校正单元和辅助绕组的输出端子，并且使用功率因数校正单元的输出端子的电压和由辅助绕组生成的电压来产生临时Vcc电力，并且提供所产生的临时Vcc电力作为功率因数校正单元的内部电力。

Description

电源装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年10月1日提交的题为“电源装置”的韩国专利申请序列号10-2013-0117338的外国优先权权益，在此通过引用将其全部内容并入本申请中。
技术领域
本发明涉及一种电源装置，并且更具体地，涉及一种能够在从最小输入电压至升压级的输出的稳态(strandy state)的宽范围内稳定地提供内部电力(internal power)的电源装置。
背景技术
在普通AC-DC电源装置的情况下，AC-DC整流单元的后级主要设置有功率因数校正(PFC)单元和DC-DC转换单元的两级配置。最近，实施其中PFC单元和DC-DC转换单元的功能被集成到高功率密度的一个的单级的类型已经被主要使用，但是具有低于实施两级的类型的功率因数和效率，并且因此限制地用于产品中。此外，在两级配置中，作为PFC单元，已经广泛地使用升压转换器，并且作为DC-DC转换单元，已经广泛地使用反激式转换器、全桥转换器、和电感器-电感器-电容器(LLC)谐振转换器。如相比于LLC谐振转换器，反激式转换器具有低效率但是在使用变压器的多输出产生方面是有利的。全桥转换器由于大量的器件(device)而不可以用于具有低功率密度的产品，并且在轻负载时可以具有减少的效率。因此，已经主要地使用利用较少量器件可以具有高效率的LLC谐振转换器。然而，LLC谐振转换器相对于内部电力的供应具有狭窄的输入范围，并且因此类似于反激式转换器，不可以在最小输入电压时产生内部电力。
同时，在由升压转换器和LLC谐振转换器配置的两级电源装置中，产生内部电力的现有技术可主要地包括以下两种方法。
第一种方法在外部使用额外的备用级。该方法通过额外的备用级从AC-DC整流单元(桥二极管)的输出提供内部电力，并且因此可以实现稳定的操作。在这种情况下，备用级通常使用反激式转换器。该方法可以用于在备用级的使用是必要的情况下并且在需要的功率密度很低的情况下，在需要高功率密度的情况下由于空间劣势，不可以使用该方法。
第二种方法是通过稳压器(regulator)从PFC单元的输出产生内部电力的方法。第二种方法是将稳压器施加于PFC单元的输出，以在从最小输入电压到等于至少三倍的输入电压的升压稳定输出的范围内全时提供内部电力，并且因为正常操作的PFC单元输出电压的损耗大并且可获得的稳压器也需要使用具有大电压阈值的产品，可能增加装置的成本和总体尺寸。
发明内容
本发明的一方面是提供一种使用额外绕组(辅助绕组)能够在从最小输入电压至升压级输出的稳态的宽范围内稳定地提供内部电力的电源装置，该额外绕组(辅助绕组)连接至PFC单元和DC/DC转换单元的输出端子。
根据本发明的示例性实施方式，提供了一种电源装置，包括：将AC电压转换为DC电压的AC/DC整流单元；校正通过AC/DC整流单元转换的DC电压的功率因数的功率因数校正单元；将具有通过功率因数校正单元校正的功率因数的DC电压转换为与其具有不同大小(magnitude)的DC电压的DC/DC转换单元；连接到DC/DC转换单元的变压器的初级侧绕组并且产生具有预定大小的DC电压的辅助绕组；以及内部电力生成单元，连接到功率因数校正单元和辅助绕组的输出端子并且使用功率因数校正单元输出端子的电压和通过辅助绕组产生的电压来产生临时Vcc电力(temporary Vcc power)，并且提供产生的临时Vcc电力作为功率因数校正单元的内部电力。
内部电力生成单元可以包括：通过使用多个电阻器分割(diving)功率因数校正单元的输出电压来产生临时Vcc电力的Vcc电力电路单元(Vcc power circuit unit)；将通过辅助绕组产生的电压连接至临时Vcc电力的Vcc_DC连接单元；以及改变通过Vcc电力电路单元产生的电压大小的Vcc电压改变单元。
Vcc电力电路单元可以被配置为第一电阻器和第二电阻器串联连接电路，第一电阻器和第二电阻器将功率因数校正单元的输出电压PFC_output分割以产生临时Vcc电力Vcc_Temp。
Vcc_DC/DC连接单元可以被配置为包括阴极连接至Vcc电力电路单元的第一电阻器和第二电阻器的共同连接节点的二极管。
Vcc电压改变单元可以被配置为包括：具有一个端子连接到Vcc电力电路单元的第一电阻器和第二电阻器的共同连接节点的第三电阻器，以及具有连接到第三电阻器的另一端子的漏极、连接到接地的源极、以及施加有通过辅助绕组产生的电压Vcc_DCDC的栅极的开关设备。
开关设备可以是NMOS。
根据本发明另一示例性实施方式，Vcc电压改变单元可以被配置为包括具有一个端子连接到Vcc电力电路单元的第一电阻器和第二电阻器的共同连接节点的第三电阻器；具有连接到第三电阻的另一个端子的漏极和连接到接地的源极的开关设备；以及运算放大器，该运算放大器具有连接到开关设备的栅极的输出端子，并且当输出电压大于预设的电压时，放大并输出通过输入端子输入的功率因数校正单元的输出电压。
开关设备可以是NMOS。
其他方面和/或优点将部分地在以下说明中进行阐述，一部分将从说明书中变得明显，或者通过本发明的实践可以了解。
附图说明
从结合附图的以下实施方式的描述中，这些和/或其他方面和优点将变得清晰可见并易于理解，附图中：
图1是示意性地示出了根据本发明示例性实施方式的电源装置的配置的示图。
图2是详细地示出了针对各功能的图1电源装置的内部电力生成单元的内部电路的示图。
图3是示出了根据本发明另一示例性实施方式的电源装置的内部电力生成单元的示图。
具体实施方式
在本说明书和权利要求中使用的术语和措辞不应解释为一般的或者词典的含义，而是基于发明人为了以最佳方式描述他们自己的发明而可以适当定义术语的概念的原则被解释为符合本发明的技术构思的含义和概念。
贯穿本说明书，除非明确地描述与此相反，否则，“包括”任何组件将理解为意指包括其他元件而不排除任何其他元件。在本说明书中描述的术语“部分”、“…器(～or)和…器(～er)”、“模块”、“设备”等意指处理至少一个功能或操作的单元，并且可通过硬件或软件或者硬件和软件的组合来实施。
在下文中，本发明的示例性实施方式将参照附图被详细描述。
图1是示意性地示出了根据本发明示例性实施方式的电源装置的配置的示图。
参考图1，根据本发明示例性实施方式的电源装置被配置为包括AC/DC整流单元110、功率因数校正单元120、DC/DC转换单元130、辅助绕组135、以及内部电力生成单元140。
AC/DC整流单元110施加有来自外部的AC电压，并且将施加的AC电压转换成DC电压并输出。作为AC/DC整流单元110，可以使用全桥二极管、半桥二极管等。
功率因数校正单元120校正通过AC/DC整流单元110转换的DC电压的功率因数。功率因数校正单元120可以简单地被配置为电感器、二极管和开关设备的串并联组合，并且在一些情况下，可以进一步添加有电容器。
DC/DC转换单元130将具有通过功率因数校正单元120校正的功率因数的DC电压转换为具有与其大小不同的DC电压。作为DC/DC转换单元130，可以使用变压器。
辅助绕组135连接至DC/DC转换单元130的变压器的初级侧绕组并且产生具有预定大小的DC电压。辅助绕组135产生内部电力。
内部电力生成单元140连接至功率因数校正单元120和辅助绕组135的输出端子，并且使用功率因数校正单元120输出端子的电压PFC_output(参见图2)和通过辅助绕组135产生的电压Vcc_DCDC生成临时Vcc电力Vcc_Temp，并且提供所生成的临时Vcc电力Vcc_Temp作为功率因数校正单元120的内部电力。
在此，如图2所示，内部电力生成单元140可以被配置为包括：Vcc电力电路单元144、Vcc_DC/DC连接单元146、以及Vcc电压改变单元142。
Vcc电力电路单元144通过使用多个电阻器R1和R2分割功率因数校正单元120的输出电压PFC_output而产生临时Vcc电力Vcc_Temp。Vcc电力电路单元144可以被配置为将功率因数校正单元120的输出电压PFC_output分割以产生临时Vcc电力Vcc_Temp的第一电阻器R1和第二电阻器R2串联连接的电路。在这种情况下，基于电源装置的最小输入功率(minimum input power)和期望内部电力的电压值设定第一电阻器R1和第二电阻器R2的电阻值。
Vcc_DC/DC连接单元146将通过辅助绕组135产生的电压Vcc_DCDC连接到临时Vcc电力Vcc_Temp。Vcc_DC/DC连接单元146可以被配置为包括阴极连接至Vcc电力电路单元144的第一电阻器R1与第二电阻器R2的共同连接节点N的二极管。
Vcc电压改变单元142改变通过Vcc电力电路单元144产生的电压的大小。Vcc电压改变单元142可以被配置为包括具有连接到Vcc电力电路单元144的第一电阻器R1和第二电阻器R2的共同连接节点N的一个端子的第三电阻器R3和作为开关设备Q1的NMOS，该开关设备具有连接到第三电阻器R3另一端子的漏极、连接到接地的源极、以及施加有通过辅助绕组135产生的电压Vcc_DCDC的栅极。
同时，图3是示出了根据本发明另一示例性实施方式的电源装置的内部电力生成单元的示图。
参考图3，根据本发明另一示例性实施方式的内部电力生成单元340具有与在图2示出的内部电力生成单元140相同的基本配置。然而，内部电力生成单元340和内部电力生成单元140可以在Vcc电压改变单元342的配置方面具有微小差异。因此，将省略对应于在图2示出的内部电力生成单元140的Vcc电力电路单元144和Vcc_DC/DC连接单元146的Vcc电力电路单元344和Vcc_DC/DC连接单元346的描述，并且将仅描述Vcc电压改变单元342。
Vcc电压改变单元342可以被配置为包括：具有连接到Vcc电力电路单元344的第一电阻器R1和第二电阻器R2的共同连接节点N的一个端子的第三电阻器R3；作为开关设备的NMOS Q1，该开关设备具有连接到第三电阻器R3另一端子的漏极和连接到接地的源极；以及运算放大器A，该运算放大器A具有连接到NMOS Q1栅极的输出端子，并且当输出电压大于预设的电压(例如，2.5 V)时，放大并输出通过输入端子输入的功率因数校正单元120的输出电压PFC_output。
然后，将参考图1和图2简要地描述具有以上配置的根据本发明示例性实施方式的电源装置的操作。
当AC/DC整流单元110施加有来自外部的AC电压(例如，AC 220V)并且将AC电压转换成DC电压并输出时，功率因数校正单元120施加有用AC/DC整流单元110的输出电压，以输出功率因数被校正的电压，并且DC/DC转换单元130根据初级绕组和次级绕组的匝数比将具有通过功率因数校正单元120校正的功率因数的DC电压转换为具有不同大小的DC电压(例如，DC 24 V、DC 12 V等)。
在如上所述的一系列处理中，内部电力生成单元140使用功率因数校正单元120输出端子的电压PFC_output和通过辅助绕组135产生的电压Vcc_DCDC，以产生临时Vcc电力Vcc_Temp并且提供产生的Vcc电力Vcc_Temp作为功率因数校正单元120的内部电力。即，内部电力生成单元140根据第一电阻器R1和第二电阻器R2的电阻值将功率因数校正单元120输出端子的电压PFC_output分成电压比例，以产生临时Vcc电力Vcc_Temp并且在临时Vcc电力Vcc_Temp将内部电力主要地提供给功率因数校正单元120。然后，当功率因数校正单元120(升压级)和DC/DC转换单元130正常操作时，作为通过DC/DC转换单元130的变压器的辅助绕组135产生的电压的“Vcc_DCDC”通过Vcc_DC/DC连接单元146的二极管传输，以与临时Vcc电力Vcc_Temp一起提供内部电力。在这个处理中，当Vcc_DCDC等于或高于Vcc电压改变单元142的开关设备Q1的导通电压时，开关设备Q1导通，并且Vcc电压改变单元142的第三电阻器R3和Vcc电力电路单元144的第二电阻器R2具有并联连接结构，因此作为临时Vcc电力的Vcc_Temp电压减少。在这种情况下，第三电阻器R3的电阻值需要设置为小于第二电阻器R2的值。内部电力从Vcc_Temp端子和Vcc_DCDC端子两者提供，但是由于Vcc电压改变单元142的开关设备Q1和第三电阻器R3的操作，电力很少从减少的Vcc_Temp端子提供。因此，由于第一电阻器R1和第二电阻器R2，没有损耗存在。
同时，如图3所示，也可以通过利用运算放大器A读出(sensing)功率因数校正单元120的输出端子的电压PFC_output而控制Vcc电压改变单元142的开关设备Q1的导通时间。
如上所述，根据本发明示例性实施方式的电源装置使用PFC单元输出端子的电压和通过连接到DC/DC转换单元的额外绕组(辅助绕组)产生的电压，产生内部电力并且将内部电力提供作为系统内的电力，从而在从最小输入电压至升压级(功率因数校正单元)输出的稳态的宽范围上稳定地提供内部电力。
此外，因为使用较少量的器件，所以可以容易地确保空间，并且因为在稳定操作中的损耗减少，所以可以获得高效率。
如上所述，根据本发明的示例性实施方式，可以在从最小输入电压至升压级(功率因数校正单元)输出的稳态的宽范围上稳定地提供内部电力。因为使用较少量的器件，所以可以容易地确保空间，并且因为在稳定操作中的损耗减少，所以可以获得高效率。
尽管出于说明性的目的，已经公开了本发明的示例性实施方式，但是本发明并不限于此，本领域的技术人员将认识到，在不偏离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的前提下，各种修改、添加和替换是可行的。因此，必须由随附的权利要求来解释本发明的保护范围，并且应当解释为在其等价范围内的所有实质均包括在本发明的随附的权利要求中。

Claims (9)

1.一种电源装置，包括：
AC/DC整流单元，将AC电压转换为DC电压；
功率因数校正单元，校正由所述AC/DC整流单元转换的所述DC电压的功率因数；
DC/DC转换单元，将具有由所述功率因数校正单元校正的所述功率因数的所述DC电压转换为具有与其不同大小的DC电压；
辅助绕组，连接到所述DC/DC转换单元的变压器的初级侧绕组并且产生具有预定大小的DC电压；以及
内部电力生成单元，连接到所述功率因数校正单元的输出端子和所述辅助绕组，并且使用所述功率因数校正单元的输出端子的电压和由所述辅助绕组生成的电压来产生临时Vcc电力，并且提供所产生的临时Vcc电力作为所述功率因数校正单元的内部电力。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其中，所述内部电力生成单元包括：
Vcc电力电路单元，通过使用多个电阻器分割所述功率因数校正单元的输出电压产生所述临时Vcc电力；
Vcc_DC连接单元，将由所述辅助绕组产生的电压连接至所述临时Vcc电力；以及
Vcc电压改变单元，改变由所述Vcc电力电路单元产生的电压的大小。
3.根据权利要求2所述的电源装置，其中，所述Vcc电力电路单元被配置为第一电阻器和第二电阻器的串联连接电路，所述第一电阻器和第二电阻器分割所述功率因数校正单元的输出电压以产生所述临时Vcc电力。
4.根据权利要求3所述的电源装置，其中，基于所述电源装置的最小输入功率和待设定的所述内部电力的电压值设定所述第一电阻器和所述第二电阻器的电阻值。
5.根据权利要求3所述的电源装置，其中，所述Vcc_DC/DC连接单元被配置为包括二极管，所述二极管的阴极连接至所述Vcc电力电路单元的所述第一电阻器和所述第二电阻器的共同连接节点。
6.根据权利要求3所述的电源装置，其中，所述Vcc电压改变单元被配置为包括：第三电阻器，所述第三电阻器具有连接到所述Vcc电力电路单元的所述第一电阻器和所述第二电阻器的共同连接节点的一个端子；以及开关设备，所述开关设备具有连接到所述第三电阻器的另一个端子的漏极、连接到接地的源极、以及施加有由所述辅助绕组产生的电压的栅极。
7.根据权利要求6所述的电源装置，其中，所述开关设备是NMOS。
8.根据权利要求3所述的电源装置，其中，所述Vcc电压改变单元被配置为包括：第三电阻器，所述第三电阻器具有连接到所述Vcc电力电路单元的所述第一电阻器和所述第二电阻器的共同连接节点的一个端子；开关设备，所述开关设备具有连接到所述第三电阻器的另一个端子的漏极和连接到接地的源极；以及运算放大器，所述运算放大器具有连接到所述开关设备的栅极的输出端子，并且当所述输出电压大于预设的电压时，放大并输出通过输入端子输入的所述功率因数校正单元的所述输出电压。
9.根据权利要求8所述的电源装置，其中，所述开关设备是NMOS。
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