CN105846652A - 电源转换装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电源转换装置及其控制方法，所述电源转换装置包含：切换式转换器，将输入电能转换为输出电能，并经由供电端传送给负载；信号注入器，产生信号；耦合电路，接收信号并将信号耦合至供电端，使耦合电路内的参数响应信号而于负载与供电端连接或分离时分别产生第一或第二变化；检测电路，用以检测参数；以及控制器，依据检测电路的检测结果控制切换式转换器的运作；当控制器依据检测结果判断参数产生第一变化或第二变化时，控制切换式转换器运作或停止运作。本发明的电源转换装置可于负载与供电端分离时减少电能损耗。

Description

电源转换装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种电源转换装置，尤其涉及一种可依据负载是否存在而对应地控制切换式转换器内的至少一开关的运作的电源转换装置及其控制方法。

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。

由于这些电子产品皆需要接收对应的电能才能进行运作，因此这些电子产品必然需要与一电源转换装置电连接，当电源转换装置接收由电池、市电或再生能源等所提供的输入电能后，便将输入电能转换为电子产品所需要的特别规格的输出电能，以当电子产品与电源转换装置电连接时，提供给电子产品使用。

电源转换装置主要包含一切换式转换器，该切换式转换器具有至少一开关，当切换式转换器接收输入电能而运作时，切换式转换器通过开关进行导通或截止的切换而将输入电能转换为输出电能，因此当电子产品利用其对应的连接端，例如插头或是通用串行总线(Universal Serial Bus：USB)等，插接于电源转换装置上时，电子产品便接收输出电能而运作。

然而当传统电源转换装置接收输入电能，但却没有与电子产品电连接时，传统电源转换装置的切换式转换器的开关仍会持续进行切换运作而使切换式转换器持续输出该输出电能，如此一来，由于开关在切换时存在切换损耗，将导致传统电源转换装置持续消耗输入电能的能量，此耗能状况在输入电能是由电量有限的电源，例如电池等，所提供更为明显。

而为了解决上述传统电源转换装置所存在的耗能缺陷，有部分的业者于负载，也即电子产品的连接端上进行额外的机械式设计，例如额外增加检测接脚等，当负载的连接端插接于电源转换装置时，连接端的检测接脚便对应产生一检测信号，使电源转换装置在接收到检测信号后才控制切换式转换器的开关开始进行切换运作，借此减少不必要的电能损耗。然而由于负载的连接端实际上皆依循既定的规格来构成而生产，因此上述需在负载的连接端进行额外的机械式设计的方式将造成负载的生产成本提高。

另外，也有部分业者则在传统电源转换装置上增加可控制切换式转换器的开关运作与否的一外部开关，当负载的连接端插接于电源转换装置时，使用者可打开外部开关，使切换式转换器的开关进行运作，当负载的连接端与电源转换装置分离时，使用者则关闭外部开关，以使切换式转换器的开关停止运作，借此减少不必要的电能损耗。然而上述方式由于使用者必须依据负载的连接端是否与电源转换装置电连接而控制该外部开关，因此不但操作较为麻烦而不便，且此不便性将可能导致使用者在负载的连接端与电源转换装置分离时忘记关闭该外部开关，使得电源转换装置仍因切换式转换器的开关持续进行切换运作而存在电能损耗。

由上可知，目前并无较佳的方式来解决上述传统电源转换装置在负载分离时所存在的电能损耗，故如何发展一种可改善上述公知技术缺陷的电源转换装置及其控制方法，实为相关技术领域者目前所迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的主目的为提供一种电源转换装置及其控制方法，其系利用信号注入器注入信号于电源转换装置的供电端，使电源转换装置内的参数可响应信号而在负载连接于供电端时或在负载与供电端分离时产生对应变化，借此依据上述的变化而对应地控制切换式转换器内的开关的运作，俾解决传统电源转换装置在达成减少不必要的电能损耗情况下存在使负载的生产成本提高或是操作较为麻烦而不便等缺陷。

为达上述目的，本发明提供一种电源转换装置，包含：供电端，可分离地与负载电连接；切换式转换器，与供电端电连接，并具有至少一开关，且将输入电能转换为输出电能，并经由供电端提供给该负载；信号注入器，产生信号；耦合电路，耦合电路的第一端接收信号，耦合电路的第二端将信号耦合至供电端，使第一端上的参数响应信号而于负载连接于供电端时产生第一变化，于负载与供电端分离时产生第二变化；检测电路，检测参数；以及控制器，与检测电路及至少一开关电连接；其中当控制器依据检测电路的检测结果判断参数产生第一变化时，控制至少一开关进行切换运作，当控制器依据检测电路的检测结果判断参数产生第二变化时，控制至少一开关停止运作。

为达上述目的，本发明另提供一种控制方法，应用于电源转换装置，其中电源转换装置包含供电端、切换式转换器、信号注入器、耦合电路、检测电路及控制器，供电端可分离地与负载电连接，切换式转换器与供电端电连接，并具有至少一开关，以通过至少一开关进行切换运作而将输入电能转换为输出电能并输出至供电端，耦合电路的第一端与信号注入器电连接，耦合电路的第二端与供电端电连接，检测电路与第一端电连接，控制器与检测电路及至少一开关电连接，控制方法包含下列步骤：(a)启动电源转换装置；(b)经由信号注入器产生信号；(c)经由耦合电路将信号耦合至供电端，使第一端的一参数响应信号而依据负载是否与供电端连接产生第一变化或第二变化；(d)经由检测电路检测第一端的参数是否产生第一变化或第二变化；以及(e)控制器依据检测电路的检测结果而对应控制至少一开关的运作。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的电源转换装置的电路结构示意图。

图2为本发明图1所示的电源转换装置的细部电路结构示意图。

图3为图1所示的电源转换装置的另一变化例的电路结构示意图。

图4为图1所示的电源转换装置的控制方法流程图。

其中，附图标记说明如下：

1：电源转换装置

10：供电端

11：切换式转换器

Q：开关

12：信号注入器

13：耦合电路

T：变压器

N_f：初级绕组

N_s：次级绕组

C：电容

14：检测电路

140：阻抗电路

141：电压检测器

15：控制器

8：输入电源

9：负载

30：电磁干扰滤波器

V_in：输入电能

V_out：输出电能

V_f：信号

S1～S5：应用于电源转换装置的控制方法的步骤

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态样上具有各种的变化，其皆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，而非架构于限制本发明。

请参阅图1，其为本发明较佳实施例的电源转换装置的电路结构示意图。如图1所示，本实施例的电源转换装置1与一输入电源8电连接，用以接收输入电源8所提供的输入电能V_in，并将输入电能V_in转换为输出电能V_out，以当一负载9与电源转换装置1电连接时，提供输出电能V_out至负载9而使负载9运作。

于一些实施例中，电源转换装置1可为不断电电源供应器或是充电装置等，但不以此为限。负载9可分离地与电源转换装置1电连接，且负载9可通过本身的一连接端，例如插头或是通用串行总线等，而与电源转换装置1电连接。输入电源8较佳为一电池所构成，但不以此为限，也可由市电或是再生能源等所构成。

电源转换装置1包含一供电端10、一切换式转换器11、一信号注入器12、一耦合电路13、一检测电路14及一控制器15。供电端10可分离地与负载9电连接。切换式转换器11的输入端与输入电源8电连接而接收输入电能V_in，切换式转换器11的输出端电连接于电源转换装置1的供电端10，且切换式转换器11具有至少一开关Q，切换式转换器11通过开关Q进行导通或截止的切换而将输入电能V_in转换为输出电能V_out，并输出至供电端10。

于一些实施例中，当输入电能V_in为交流电能时，切换式转换器11对应地由交流/直流转换器所构成，且此时负载9可为直流负载，而当输入电能V_in为直流电能时，切换式转换器11则对应地由直流/交流转换器所构成，且此时负载9可为交流负载。

信号注入器12用以产生一信号V_f，例如一频率信号，且该频率信号较佳由一高频信号所构成，但不以此为限。耦合电路13的一第一端通过例如与信号注入器12电连接而接收信号V_f，耦合电路13的一第二端则通过例如与供电端10电连接而将信号V_f耦合至供电端10。而由于负载9未电连接于供电端10上，也即负载9与供电端10分离时，供电端10实际上形成开路，故可视为供电端10与一无穷大的阻抗电连接，而当负载9电连接于供电端10时，此时供电端10则由原本与无穷大的阻抗电连接而改为与一相对较小的阻抗，也即负载9电连接，而上述因应负载9是否与供电端10电连接而产生的阻抗变化将可对应反应于耦合电路13上，因此与供电端10电连接的耦合电路13的第一端上的一参数，例如电压等，便会响应信号V_f而于负载9电连接于供电端10时产生一第一变化，且于负载9与供电端10分离时产生一第二变化。

检测电路14可与耦合电路13的第一端电连接而检测耦合电路13的第一端上的参数，例如检测参数是否产生第一变化或第二变化。

控制器15与检测电路14及切换式转换器11的开关Q的控制端电连接，控制器15可依据检测电路14的检测结果而对应地控制开关Q的切换运作，其中当控制器15依据检测电路14的检测结果而判断耦合电路13的第一端上的参数产生第一变化，也即因负载9由与供电端10分离而改为与供电端10电连接时，控制器15控制开关Q进行切换运作，使切换式转换器11输出输出电能V_out，而当控制器15依据检测电路14的检测结果而判断耦合电路13的第一端上的参数产生第二变化，也即因负载9由与供电端10电连接而改为与供电端10分离时，控制器15控制开关Q停止进行切换运作，使切换式转换器11停止输出输出电能V_out。

于上述实施例中，信号注入器12、检测电路14及控制器15可分别为独立的元件或电路，但不以此为限，于其它实施例中，也可将信号注入器12、检测电路14及控制器15整合而构成一数字信号处理器(Digital SignalProcessor：DSP)。

由上可知，由于本发明的电源转换装置1利用信号注入器12注入信号V_f，并经由耦合电路13将信号V_f耦合至电源转换装置1的供电端10，使电源转换装置1内的参数可响应信号V_f而于负载9连接于供电端时10或于负载9与供电端10分离时产生对应变化，如此一来，控制器15仅于负载9与供电端10电连接时才控制开关Q进行切换运作，而于负载9与供电端10分离时则控制开关Q停止进行切换运作，因此避免开关Q于负载9与供电端10分离时进行运作而产生切换损耗，故本发明的电源转换装置1便可于负载9与供电端10分离时减少电能损耗。

请参阅图2，其为本发明图1所示的电源转换装置的细部电路结构示意图。如图2所示，本实施例的切换式转换器11可具有四个开关Q，其中两个开关构成第一桥臂，另外两个开关则构成第二桥臂，因此切换式转换器11实际上为全桥式转换器，但不此为限，于其它实施例中，切换式转换器11也可具有两个开关Q而构成半桥式转换器。

耦合电路13包含一变压器T及一电容C，其中变压器T的一初级绕组N_f与信号注入器12电连接，因此初级绕组N_f实际上构成耦合电路13的第一端。电容C的一端与变压器T的一次级绕组N_s电连接，电容C的另一端与供电端10电连接，因此电容C的另一端构成耦合电路13的第二端。另外，于一些实施例中，当信号V_f由高频信号所构成时，则变压器T则可对应地由高频变压器所构成。

检测电路14包含一阻抗电路140及一电压检测器141，其中阻抗电路140的一端与变压器T的初级绕组N_f电连接，阻抗电路140的另一端与接地端G电连接，且阻抗电路140可为但不限于由一电阻R所构成，阻抗电路140具有一阻抗，且可与由信号注入器12的输出端上的电路等效而形成的阻抗构成分压电路，因此当负载9由与供电端10分离而改为与供电端10电连接时，与耦合电路13的初级绕组N_f电连接的阻抗电路140的一端上的电压便会响应信号V_f而产生第一变化，当负载9由与供电端10电连接而改为与供电端10分离时，阻抗电路140的一端上的电压则响应信号V_f而产生第二变化。

电压检测器141的一端电连接于变压器T的初级绕组N_f及阻抗电路140的一端之间，电压检测器141的另一端与控制器15电连接，电压检测器141用以检测阻抗电路140的一端上的电压是否产生第一变化或第二变化。

于一些实施例中，图1所示的电源转换电路1则可更具有一电磁干扰(EMI)滤波器，也即如图3所示，电源转换装置1具有一电磁干扰滤波器30，其中电磁干扰滤波器30电连接于切换式转换器11及供电端10之间，用以滤除输出电能V_out的高频成分。

请参阅图4，并配合图1，其中图4为图1所示的电源转换装置的控制方法流程图。如图4所示，首先，执行步骤S1，启动电源转换装置1。接着，执行步骤S2，经由信号注入器12产生信号V_f。然后，执行步骤S3，经由耦合电路13将信号V_f耦合至供电端10，使耦合电路13的第一端的参数响应信号V_f而依据负载9是否与供电端10连接产生第一变化或第二变化。其中于步骤S3中，当负载9连接于供电端10时，耦合电路13的第一端的参数产生第一变化，当负载9与供电端10分离时，耦合电路13的第一端的参数产生第二变化。

当执行完步骤S3后，则执行步骤S4，经由检测电路14检测耦合电路13的第一端的参数是否产生第一变化或第二变化。最后，执行步骤S5，控制器15依据检测电路14的检测结果而对应控制开关Q的运作。其中于步骤S5中，当控制器15依据检测电路14的检测结果判断耦合电路13的第一端的参数产生第一变化时，控制切换式转换器11的开关Q进行切换运作，当控制器15依据检测电路14的检测结果判断耦合电路13的第一端的参数产生第二变化时，控制切换式转换器11的开关Q停止运作。

综上所述，本发明提供一种电源转换装置及其控制方法，其利用信号注入器注入信号，并经由耦合电路将信号耦合至电源转换装置的供电端，故电源转换装置内的参数，例如电压，便可响应信号而于负载连接于供电端时或于负载与供电端分离时对应产生变化，如此一来，控制器便可依据电源转换装置内的参数的变化而于负载与供电端分离时控制开关停止进行切换运作，因此避免开关于负载与供电端分离时进行运作而产生切换损耗，是以本发明的电源转换装置便可于负载与供电端分离时减少电能损耗。

本发明得由本领域的技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱所附权利要求所欲保护者。

Claims (14)

1.一种电源转换装置，包含：

一供电端，可分离地与一负载电连接；

一切换式转换器，与该供电端电连接，并具有至少一开关；

一信号注入器，产生一信号；

一耦合电路，该耦合电路的一第一端接收该信号，该耦合电路的一第二端将该信号耦合至该供电端，使该第一端上的一参数响应该信号而在该负载连接于该供电端时产生一第一变化，在该负载与该供电端分离时产生一第二变化；

一检测电路，检测该参数；以及

一控制器，与该检测电路及该至少一开关电连接；

其中当该控制器依据该检测电路的检测结果判断该参数产生该第一变化时，控制该至少一开关进行切换运作，当该控制器依据该检测电路的检测结果判断该参数产生该第二变化时，控制该至少一开关停止运作。

2.如权利要求1所述的电源转换装置，其中该信号为一频率信号。

3.如权利要求2所述的电源转换装置，其中该频率信号为一高频信号。

4.如权利要求1所述的电源转换装置，其中该输入电能由一电池的电能所提供。

5.如权利要求1所述的电源转换装置，其中该耦合电路包含：

一变压器，该变压器的一初级绕组与该信号注入器电连接而接收该信号，且该初级绕组构成该第一端；以及

一电容，该电容的一端与该变压器的一次级绕组电连接，且该电容的另一端构成该第二端。

6.如权利要求5所述的电源转换装置，其中该变压器由一高频变压器所构成。

7.如权利要求5所述的电源转换装置，其中该检测电路包含：

一阻抗电路，该阻抗电路的一端与该初级绕组电连接，该阻抗电路的另一端与一接地端电连接，该阻抗电路具有一阻抗，其中该阻抗电路的该一端上的一电压构成该参数，且响应该信号而于该负载连接于该供电端时产生该第一变化，于该负载与该供电端分离时产生该第二变化；以及

一电压检测器，该电压检测器的一端电连接于该初级绕组与该阻抗电路的该一端之间，该电压检测器的该另一端与该控制器电连接，该电压检测器用以检测该阻抗电路的该一端上的该电压是否产生该第一变化或该第二变化。

8.如权利要求7所述的电源转换装置，其中该阻抗电路由一电阻所构成。

9.如权利要求1所述的电源转换装置，其中该负载为交流负载，且该切换式转换器由一直流/交流转换器所构成。

10.如权利要求1所述的电源转换装置，其中该电源转换装置由一不断电电源供应器或是一充电装置所构成。

11.如权利要求1所述的电源转换装置，其中该电源转换装置具有一电磁干扰滤波器，电连接于该切换式转换器及该供电端之间，用以滤除该切换式转换器的输出电能的高频成分。

12.一种控制方法，应用于一电源转换装置，其中该电源转换装置包含一供电端、一切换式转换器、一信号注入器、一耦合电路、一检测电路及一控制器，该供电端可分离地与一负载电连接，该切换式转换器与该供电端电连接，并具有至少一开关，以通过该至少一开关进行切换运作而将一输入电能转换为一输出电能并输出至该供电端，该耦合电路的一第一端与该信号注入器电连接，该耦合电路的一第二端与该供电端电连接，该检测电路与该第一端电连接，该控制器与该检测电路及该至少一开关电连接，该控制方法包含下列步骤：

(a)启动该电源转换装置；

(b)经由该信号注入器产生一信号；

(c)经由该耦合电路将该信号耦合至该供电端，使该第一端的一参数响应该信号而依据该负载是否与该供电端连接产生一第一变化或一第二变化；

(d)经由该检测电路检测该第一端的该参数是否产生该第一变化或该第二变化；以及

(e)该控制器依据该检测电路的检测结果而对应控制该至少一开关的运作。

13.如权利要求12所述的控制方法，其中于步骤(c)中，当该负载连接于该供电端时，该参数产生该第一变化，当该负载与该供电端分离时，该参数产生该第二变化。

14.如权利要求12所述的控制方法，其中于步骤(e)中，当该控制器依据该检测电路的检测结果判断该参数产生该第一变化时，控制该至少一开关进行切换运作，当该控制器依据该检测电路的检测结果判断该参数产生该第二变化时，控制该至少一开关停止运作。