CN105226964A - 交流/直流转换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用以降低待机功耗的交流/直流转换器，其主要是以模数转换器以及逻辑电路，作为所述交流/直流转换器的控制电路，借由模数转换器将输出电压数字化，并且借由逻辑电路对数字化后的输出电压来进行检测，避免影响到反馈信号的准确度，进而有效调整脉冲宽度调制信号的占空比，并且同时实现自由控制待机状态下，所述交流/直流转换器的输出电压在特定大范围内波动，大幅减少待机时的电源功率。

Description

交流/直流转换器

技术领域

本发明涉及一种交流/直流转换器(ACtoDCconverter)，特别涉及一种用以降低待机功耗的交流/直流转换器。

背景技术

在消费性电子产品的应用上，交流/直流转换器(ACtoDCconverter)的应用已非常广泛，例如家电或电脑都需要使用交流/直流转换器来将交流电转换为直流电使用。然而，随着近年来环保意识的提升，与全球暖化问题，迫使节约能源成为世界各国重要政策之一。因此，现今节能为许多消费性电子产品很重要的一项产品性能指标，除了正常工作时的电能效率外，待机时的功率消耗也是一项重要数据。许多国家更是将待机时的电力消耗列入国家标准，低待机功率消耗更是许多消费性电子产品在销售上的一个重要卖点。

如图1所示，图1是现有的无待机电源设计的交流/直流转换器电路架构图。

交流/直流转换器1主要包括有全桥整流滤波电路101、一次线圈Wp、二次线圈Ws、切换开关SW、输出滤波电路103、反馈控制电路105、以及脉冲宽度调制器107。

全桥整流滤波电路101用以接收交流电(例如市电)输入，并转换成一整流输出。一次线圈Wp一端与全桥整流滤波电路101连接，用以接收全桥整流滤波电路101输出的整流后交流电，一次线圈Wp的另一端与切换开关SW连接，并且切换开关SW经由脉冲宽度调制器107来控制其开关切换(Switching)。

根据切换开关SW的开关切换，一次线圈Wp将所储存的能量藕合到二次线圈Ws，进而在二次线圈Ws两端感应生成一输出电压，并且经由输出滤波电路103输出至负载(未图示)。

反馈控制电路105测量负载上的输出电压，以生成反馈信号，并将反馈信号反馈至脉冲宽度调制器107。更详细来说，输出电压以电阻分压方式提供分压电压(未图示)，分压电压驱动电压调整器TL431，以产生正比于分压电压及电压调整器TL431内部参考电压的电压差的反馈信号。根据接收到的反馈信号，脉冲宽度调制器107输出一脉冲宽度调制信号PWM，用以控制切换开关SW的开关切换频率，进而影响交流/直流转换器1的输出电压。

简单来说，脉冲宽度调制器107根据反馈信号以控制切换开关SW的导通或截止，进而调整输出电压。因此，当要增大输出电压时(负载提高时)，脉冲宽度调制器107提高脉冲宽度调制信号的占空比(dutyratio)，而当要减小输出电压时(负载降低时)，脉冲宽度调制器107降低脉冲宽度调制信号的占空比。

更进一步，如何降低交流/直流转换器转换待机期间的功率耗损，成为目前电力电子重要的研究方向。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种交流/直流转换器，其主要是以模数转换器以及逻辑电路，作为所述交流/直流转换器的控制电路，借由模数转换器将输出电压的数字化，进而避免当反馈频率降低时，以影响到反馈信号的准确度，并且同时实现自由控制待机状态下，所述交流/直流转换器的输出电压可在特定大范围内波动。

本发明实施提供一种用以降低待机功耗的交流/直流转换器。所述交流/直流转换器包括一次线圈、二次线圈、控制电路、反馈电路以及脉冲宽度调制器。一次线圈的一端用以接收输入电压，另一端则连接于切换开关。二次线圈则与一次线圈电磁藕合，用以感应生成输出的电压。其中，所述控制电路主要包括模数转换器以及逻辑电路。借由模数转换器将二次线圈所输出的电压转换为数字化信号，并且使用逻辑电路对其数字化信号进行检测，并根据数字化信号输出一控制信号至反馈电路。反馈电路并根据接收到的控制信号，输出一反馈信号至脉冲宽度调制器。脉冲宽度调制器则产生出一脉冲宽度调制信号，以控制切换开关其开关切换，其中脉冲宽度调制信号的占空比(DutyRatio)受控于反馈信号。因此，借由调整受控于反馈信号的脉冲宽度调制信号的占空比，进而间接控制交流/直流转换器的输出电压。

综上所述，上述的交流/直流转换器，通过利用模数转换器将输出电压数字化，并且借由逻辑电路对数字化后的输出电压来进行检测，可提高反馈信号的准确度，进而有效调整脉冲宽度调制信号的占空比，并且借由自由控制待机状态，以控制所述交流/直流转换器的输出电压在特定波动范围，即可大幅减少待机时的电源功耗。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附附图仅用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。

附图说明

图1是公知的无待机电源设计的交流/直流转换器的电路架构图；

图2是本发明实施例提供的交流/直流转换器的电路架构图；

图3是本发明实施例提供的交流/直流转换器在待机状态时控制电路的工作流程图。

【附图标记说明】

1、2：交流/直流转换器

101、201：全桥整流滤波电路

Wp：一次线圈

Ws：二次线圈

SW：切换开关

103：输出滤波电路

105：反馈控制电路

TL431：电压调整器

107、207：脉冲宽度调制器

PWM：脉冲宽度调制信号

203：控制电路

2031：模数转换器

2033：逻辑电路

2035：数模转换器

2037：待机指令设定器

205：反馈电路

2051：光发射元件

2053：光检测元件

S301～S307：步骤流程

具体实施方式

在下文中，将结合附图说明本发明的各种实施例来详细描述本发明。然而，本发明所述的概念可以许多不同形式来体现，且不应解释为仅限于本文中所阐述的示例性实施例。此外，在附图中相同参考数字可用以表示类似的元件。

本发明用以降低待机功耗的交流/直流转换器，可以广泛应用于伺服器电源、外接式适配器、电池充电器以及电脑主机电源等各式需要待机电力的电子设备，本发明并不以此为限。

交流/直流转换器主要用途在于，接收一交流电压输入并对其进行转换以输出一直流电压。图2是本发明实施例提供的交流/直流转换器的电路架构图，如图2所示，交流/直流转换器2包括全桥整流滤波电路201、一次线圈Wp、二次线圈Ws、控制电路203、反馈电路205以及脉冲宽度调制器207。全桥整流滤波电路201与图1的全桥整流滤波电路101相同，用以接收交流电(例如市电)输入，并转换成一整流输出。图2中部分与图1近似的元件以相似的图号标示，因此在此不再详述其细节。

一次线圈Wp的第一端用以接收输入电压，一次线圈Wp的第二端连接于切换开关SW；二次线圈Ws则电磁藕合一次线圈Wp，用以感应生成输出电压，而二次线圈Ws所生成的输出电压可以经由滤波后输出供应至一负载(未图示)。

控制电路203电性连接于二次线圈Ws，用以对二次线圈Ws所生成的输出电压进行测量，以产生输出一控制信号至反馈电路205。其中，控制电路203主要包括模数转换器2031以及逻辑电路2033，模数转换器2031用以将接收到的二次线圈Ws输出电压转换成一数字信号，并且逻辑电路2033电性连接于模数转换器2031，逻辑电路2033则根据接收到的数字信号进行检测并输出一控制信号。

简单来说，二次线圈Ws的输出电压通过利用模数转换器2031将其电压数字化，并且借由逻辑电路2033对数字化后的输出电压来进行检测。因此交流/直流转换器2通过逻辑电路2033对于数字化的信号进行检测，以避免交流/直流转换器2电阻、电感等元件造成的误差问题发生，提高对于二次线圈Ws的输出电压测量的精准度。

接着，反馈电路205电性连接于控制电路203，用以接收控制信号，并且根据控制信号输出一反馈信号至脉冲宽度调制器207。

举例来说，反馈电路205一般采用为光藕合器，但本发明并不以此为限，光电藕合器主要是以光作为媒体来传输电信号的一组装置，利用线性光藕合器可构成光藕反馈电路，并且通过调节控制输出端的电流。因此，例如在图2中反馈电路205包括有光发射元件2051以及光检测元件2053，光发射元件2051电性连接于控制电路203，而光检测元件2053则电性连接于脉冲宽度调制器207，光检测元件2053用以接收光发射元件2051所产生的光信号，并且反馈电路205所输出的反馈信号为一电流信号。简单来说，反馈电路205根据接收到的控制信号，调节输出信号的电流大小。在一实施例中，光发射元件2051可以为一发光二极管(LED)，而光检测元件2053为光电二极管及光晶体管的其中之一，本发明并不以此为限。

脉冲宽度调制器207电性连接于反馈电路205以及切换开关SW之间，脉冲宽度调制器207用以产生一脉冲宽度调制信号PWM以控制切换开关SW其开关切换，其中脉冲宽度调制信号PWM的占空比受控于反馈信号。

简单来说，借由脉冲宽度调制器207所输出的脉冲宽度调制信号PWM来控制切换开关SW导通或截断，而其中脉冲宽度调制信号PWM的占空比主要根据反馈信号而决定。由于反馈电路205根据接收到的控制信号，调节输出反馈信号的电流大小，脉冲宽度调制器207借由判断光检测元件2053的电流准位，而决定出输出脉冲宽度调制信号PWM的占空比，进而间接控制交流/直流转换器2的输出电压大小。

在本实施例中，脉冲宽度调制器207具有一个FB接脚，FB接脚用以接收反馈信号，脉冲宽度调制器207并根据FB接脚接收到的电流准位，调整输出的脉冲宽度调制信号PWM的占空比。因此，根据反馈信号的电流准位在不同的情况下，脉冲宽度调制器207输出不同占空比的脉冲宽度调制信号PWM，以控制切换开关SW其开关切换的频率，进而达到控制交流/直流转换器2稳压的目的。

切换开关SW一般为金氧半场效晶体管(MOSFET)，其漏极连接于一次线圈Wp，其栅极连接于脉冲宽度调制器207，用以接收脉冲宽度调制信号PWM。一般来说，交流/直流转换器2一次侧所储存的能量主要根据切换开关SW的开关切换而传送至一次线圈Wp。

在实际应用上，由于反馈电路205大多采用光藕合器，并且光藕合器元件一般来说可以分为数字或模拟两种形式，值得注意的是，本发明并不以此为限。因此，考虑到当反馈电路205采用为模拟形式的光藕合器元件时，在本发明的较佳实施例中，控制电路203更可以包括有一数模转换器2035，数模转换器2035电性连接于逻辑电路2033及反馈电路205之间，数模转换器2035用以接收控制信号，并将控制信号转换为模拟格式输出至反馈电路205。

简单来说，本发明并不局限反馈电路205的装置类型，当反馈电路205为数字类型时，控制电路203直接能通过逻辑电路2033输出数字化格式的控制信号至反馈电路205；而当反馈电路205为模拟类型时，控制电路203更可以包括有一数模转换器2035，数模转换器2035用以将逻辑电路2033输出数字化信号再转换为模拟格式的控制信号，并且传输至反馈电路205。

另外，在本发明较佳的实施例中，交流/直流转换器2中更包括有一全桥整流滤波电路201，全桥整流滤波电路201电性连接于一次线圈Wp的第一端，全桥整流滤波电路201主要用以接收市电，并转换成整流后的输入电压以提供至一次线圈Wp。

根据以上所述，由于在传统的交流/直流转换器的电路架构下，二次侧的电路需要具有多个电阻、电容等元件，以分压方式检测出二次线圈所生成的输出电压大小，进而调整反馈信号来控制脉冲宽度调制器输出相应的脉冲宽度调制信号，以控制切换开关的开关切换频率。因此，针对不同电压品质的需求，考虑到电子元件误差等问题，传统的交流/直流转换器需要针对二次侧的电阻或电容等元件进行调校，以减少测量二次线圈生成的输出电压的误差值。相反地，本发明提供的交流/直流转换器，其主要是以模数转换器以及逻辑电路，作为所述交流/直流转换器的控制电路，借由模数转换器将二次线圈生成的输出电压数字化，并且借由逻辑电路对数字化后的输出电压来进行检测。因此可以有效地提高对于二次线圈生成的输出电压的测量结果的精准度，并且连带提高控制反馈信号的准确度，进而有效地调整脉冲宽度调制信号的占空比，达到对于交流/直流转换器进行稳压的目的。

请继续参阅图2，在本发明较佳的实施例中，控制电路203更包括有一待机指令设定器2037，待机指令设定器2037电性连接于逻辑电路2033，用以设定交流/直流转换器2是否进入待机工作模式。

请同时参阅图2与图3，图3是本发明实施例提供的交流/直流转换器在待机状态时控制电路的工作流程图。当交流/直流转换器2执行待机工作模式时，控制电路203的逻辑电路2033将数字信号与第一临界值及第二临界值进行比较，以输出相应的控制信号，进而控制脉冲宽度调制器207输出的脉冲宽度调制信号PWM，并且第一临界值大于第二临界值。

详细来说，当交流/直流转换器2进行待机工作模式时，步骤S301逻辑电路2033先将数字信号与第一临界值进行比较，以判断数字信号是否大于等于第一临界值。如果数字信号小于第一临界值时，则进入步骤S307。在步骤307中，控制电路203根据目前的数字信号输出相应的控制信号，进而调整提高交流/直流转换器2的输出电压，接着返回至步骤S301。如果数字信号大于等于第一临界值时，则进入步骤S303，控制电路203进而控制脉冲宽度调制器207停止输出脉冲宽度调制信号PWM。接着步骤S305，逻辑电路再持续将数字信号与第二临界值进行比较，直至数字信号在达到小于等于第二临界值前，控制电路203仍持续进行步骤S303的工作。而在步骤S305，当数字信号小于等于第二临界值时，则进入步骤S307。步骤307，控制电路203根据目前的数字信号输出相应的控制信号，进而调整提高交流/直流转换器2的输出电压，并且在返回至步骤S301，再次比较数字信号是否大于等于第一临界值。然而，在步骤S301时，若数字信号并不大于等于第一临界值时，仍继续进行步骤S307，控制电路203根据数字信号输出相应的控制信号，进而调整提高交流/直流转换器2的输出电压，直至数字信号达到大于等于第一临界值时。

举例来说，第一临界值可以设置为+12V，而第二临界值可以设置为+8V，然而本发明并不以此为限。在实践上，当本发明所述的交流/直流转换器在进入待机工作模式时，借由控制电路判断目前输出电压是否达到+12V(步骤S301)，如果达到+12V时，控制电路输出相对应的控制信号，进而控制脉冲宽度调制器停止输出脉冲宽度调制信号，此时一次线圈因切换开关停止其开关切换动作而停止工作，因此二次线圈的输出电压将由+12V掉落，也就是电压供应目前只剩从二次线圈提供，以致使二次线圈的输出电压从+12V落至+8V时(步骤S303)，当控制电路借由逻辑电路检测出输出电压确定低于及达到+8V时(步骤S305)，将再度控制脉冲宽度调制器输出脉冲宽度调制信号，也就是再度启动切换开关的开关切换，进而交流/直流转换器再次获得充电，并且使得二次线圈输出电压再回到+12V(步骤S307)。

简单来说，本发明的交流/直流转换器于待机工作模式时，能提供在特定范围内的波动的输出电压。举例来说，输出电压从+12～+8V间波动。

根据以上所述，由于在传统的交流/直流转换器的电路架构下，因为切换开关即便在待机模式下其开关切换动作仍持续进行，以致于一次线圈上将损耗过多功率。相反地，本发明提供的交流/直流转换器在待机工作模式下，可以间接控制切换开关其开关切换停止动作，以使从二次线圈的输出电压在特定范围内波动，由于切换开关停止动作，一次线圈被关闭，以致线圈功率损耗为零，整体交流/直流转换器在待机工作模式下的功率消耗亦大幅降低。

值得注意的是，本发明的目的在于，在待机模式下间接控制交流/直流转换器的切换开关动作，以致于使交流/直流转换器的输出电压在一定范围内波动。然而，图3的所有步骤仅是一种判断方式，本发明并不局限于此。

接着，为了增加对于交流/直流转换器过压时的保护，在本发明较佳实施例中，逻辑电路更可以将数字信号与一第三临界值进行比较，其中该第三临界值大于该第一临界值，当数字信号大于第三临界值时，控制电路即可判断交流/直流转换器为进入一过压工作模式，控制电路并输出相应的控制信号，进而控制脉冲宽度调制器停止输出脉冲宽度调制信号。也就是，避免交流/直流转换器的输出电压持续增加，并且关闭一次线圈的动作，使二次线圈的输出电压持续降低，以达到过压时的电路保护。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利保护范围。

Claims (11)

1.一种交流/直流转换器，用以降低待机功耗，其特征在于，该交流/直流转换器包括：

一一次线圈，该一次线圈的一第一端用以接收一输入电压，该一次线圈的一第二端连接于一切换开关；

一二次线圈，电磁藕合该一次线圈，用以感应生成一输出电压；

一控制电路，电性连接于该二次线圈，该控制电路包括：

一模数转换器，用以接收该输出电压，并转换成一数字信号；以及

一逻辑电路，电性连接于该模数转换器，根据接收到的该数字信号输出一控制信号；

一反馈电路，电性连结于该控制电路，用以接收该控制信号，并且根据该控制信号输出一反馈信号；以及

一脉冲宽度调制器，电性连接于该反馈电路与该切换开关之间，该脉冲宽度调制器产生一脉冲宽度调制信号用以控制该切换开关，其中该脉冲宽度调制信号的占空比受控于该反馈信号；

借由调整受控于该反馈信号的该脉冲宽度调制信号的该占空比，进而控制该交流/直流转换器的该输出电压。

2.如权利要求1所述的交流/直流转换器，其特征在于，该反馈电路为一光藕合器，包括一光发射元件及一光检测元件，该光发射元件电性连接于该控制电路，而该光检测元件电性连接于该脉冲宽度调制器，该光检测元件用以接收该光发射元件所产生的光信号。

3.如权利要求2所述的交流/直流转换器，其特征在于，该光发射元件为一发光二极管，该光检测元件为光电二极管及光晶体管的其中之一。

4.如权利要求3所述的交流/直流转换器，其特征在于，该反馈信号为一电流信号，该反馈电路根据接收到的该控制信号，调整输出的该电流信号大小。

5.如权利要求1所述的交流/直流转换器，其特征在于，该切换开关为一金氧半场效晶体管，该金氧半场效晶体管的漏极连接于该一次线圈，该金氧半场效晶体管的栅极连接于该脉冲宽度调制器，用以接收该脉冲宽度调制信号。

6.如权利要求1所述的交流/直流转换器，其特征在于，该控制电路更包括：

一数模转换器，电性连接于该逻辑电路与该反馈电路之间，用以接收该控制信号，并将该控制信号转换为模拟格式输出至该反馈电路。

7.如权利要求1所述的交流/直流转换器，其特征在于，该交流/直流转换器更包括：

一全桥整流滤波电路，电性连接于该一次线圈的该第一端，用以接收一市电，并转换成整流后的该输入电压以提供至该一次线圈。

8.如权利要求1所述的交流/直流转换器，其特征在于，该控制电路更包括：

一待机指令设定器，电性连接于该逻辑电路，用以设定该交流/直流转换器是否进入待机工作模式。

9.如权利要求8所述的交流/直流转换器，其特征在于，当该交流/直流转换器进入该待机工作模式时，该逻辑电路将该数字信号与一第一临界值及一第二临界值比较，以输出相应的该控制信号，且该第一临界值大于该第二临界值。

10.如权利要求9所述的交流/直流转换器，其特征在于，在该交流/直流转换器进入该待机工作模式下，当该数字信号大于等于该第一临界值时，该控制电路进而控制该脉冲宽度调制器停止输出该脉冲宽度调制信号，直至当该数字信号小于等于该第二临界值时，该控制电路根据该数字信号输出相应的该控制信号，进而调整提高该交流/直流转换器的该输出电压。

11.如权利要求1所述的交流/直流转换器，其特征在于，当该逻辑电路比较出该数字信号大于一第三临界值时，该控制电路即可判断该交流/直流转换器为进入一过压工作模式，该控制电路并输出相应的控制信号，进而控制该脉冲宽度调制器停止输出该脉冲宽度调制信号，其中该第三临界值大于该第一临界值。