CN106356984A - 电源供应系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电源供应系统,该电源供应系统包含电源转换电路、转换控制电路、辅助电源模块、电力供应模块及供电控制电路。该电源转换电路将输入电源转换为输出电源以作为该电源供应系统的输出。该转换控制电路耦接于该电源转换电路,并依据控制电源来控制该电源转换电路的操作。该辅助电源模块耦接于该转换控制电路,并选择性地输出第一电能至该转换控制电路。该电力供应模块耦接于该转换控制电路,并提供第二电能。该供电控制电路耦接于该辅助电源模块与该电力供应模块,用以至少依据该第二电能来决定将该第一电能或该第二电能提供予该转换控制电路以作为该控制电源。
Description
技术领域
本发明系关于电源控制,尤指一种可适应性地切换电源控制模块所需之控制电源的供应源的电源供应系统。
背景技术
于传统的交换式电源供应器之中,主电源转换电路(例如,功率校正电路及电源转换电路)用以提供电源输出,而辅助电源模块则是提供主电源转换电路之控制模块所需的控制电源,以辅助主电源转换电路的启动,其中辅助电源模块另提供待机模式(主电源转换电路关闭时)之电源输出。由于待机模式之电源输出只要能够维持电路基本运作即可,因此,辅助电源模块系采用低转换效率的电路架构以降低生产成本。举例来说,一般会采用返驰式电路架构来实作出辅助电源模块,而返驰式电路架构的转换效率大约是70%。然而,转换效率低代表了内部损耗高,这使得辅助电源模块产生大量的能量损耗,并大幅影响交换式电源供应器整体的转换效率。
因此,需要一种创新的电源转换架构,以实现高转换效率的电源供应系统。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的之一在于提供一种可适应性地切换电源控制模块所需之控制电源的供应源的电源供应系统,来解决上述问题。
本发明的另一目的在于提供一种将风能(例如,由风扇散热模块所产生)转换为电能以作为电源控制模块所需之控制电源的电源供应系统,来取代设置于电源供应装置中的辅助电源模块,提升电源转换效率。
依据本发明之一实施例,其揭示一种电源供应系统。该电源供应系统包含一电源转换电路、一转换控制电路、一辅助电源模块、一电力供应模块以及一供电控制电路。该电源转换电路用以将一输入电源转换为一输出电源,其中该输出电源系为该电源供应系统的输出。该转换控制电路系耦接于该电源转换电路,用以依据一控制电源来控制该电源转换电路的操作。该辅助电源模块系耦接于该转换控制电路,用以选择性地输出一第一电能至该转换控制电路。该电力供应模块系耦接于该转换控制电路,用以提供一第二电能。该供电控制电路系耦接于该辅助电源模块与该电力供应模块,用以至少依据该第二电能来决定将该第一电能或该第二电能提供予该转换控制电路以作为该控制电源。
本发明所提供之电源供应系统可适应性地关闭辅助电源模块以降低能量损耗,并藉由能量的回收与再利用来增加输出功率,故可实现灵活的供电机制,且在几乎不会增加生产成本的情形下增加电源转换效率。
附图说明
图1为本发明电源供应系统之一实施例的功能方块示意图。
图2为图1所示之电源供应系统之一实施例的示意图。
【符号说明】
100、200 电源供应系统
110、210 电源转换电路
120、220 转换控制电路
130、230 辅助电源模块
140、240 电力供应模块
150、250 供电控制电路
202 电路基板
212 电磁干扰滤波模块
214 功率因数校正模块
216 主电源转换模块
222 第一控制模块
226 第二控制模块
242 风能转电能电路
243 风扇散热模块
244 风力发电机模块
246 处理电路
247 整流与稳压模块
248 储能模块
VIN 输入电源
VOUT 输出电源
PCT 控制电源
PE1 第一电能
PE2 第二电能
PWD 风能
VST 启动电压
DR 侦测结果
CR 比较结果
具体实施方式
为了同时满足低成本与高转换效率的设计需求,本发明所提供之电源供应系统可适应性地将辅助电源模块与电力供应模块(不同于该辅助电源模块)两者其一所提供之电力供应给主电源转换电路之转换控制模块,其中该电力供应模块的运作并不会造成该主电源转换电路与该辅助电源模块的能量损耗。举例来说,于第一供电模式中,转换控制模块所需之电力系由该电力供应模块所供应,而该辅助电源模块可停止供应电力(例如,进入睡眠模式);于第二供电模式中,转换控制模块所需之电力系由该辅助电源模块所供应,而该电力供应模块可蓄积电力。本发明所提供之电源供应系统可根据电力供应模块之电力输出信息及/或辅助电源模块之电力输出信息来选择性地切换所处的供电模式(例如,上述第一供电模式与第二供电模式),故可提升电源转换效率而几乎不会增加生产成本。进一步的说明如下。
请参阅图1,其为本发明电源供应系统之一实施例的功能方块示意图。由图1可知,电源供应系统100可包含(但不限于)一电源转换电路110、一转换控制电路120、一辅助电源模块130、一电力供应模块140以及一供电控制电路150。电源转换电路110可将一输入电源VIN转换为一输出电源VOUT,其中输入电源VIN与输出电源VOUT分别为电源供应系统100的输入与输出。于不同的电源供应设计中,输入电源VIN可以是直流电压或交流电压,而输出电源VOUT也可以是直流电压或交流电压。另外,于此实施例中,电源转换电路110可视为电源供应系统100之主电源转换电路,其可包含产生主电力的电路区块,诸如功率校正模块与电压转换模块(未绘示于图1中)。
转换控制电路120耦接于电源转换电路110,用以依据一控制电源PCT来控制电源转换电路110的操作。转换控制电路120所需之控制电源PCT可由转换控制电路120所耦接之辅助电源模块130与电力供应模块140两者之至少其一来提供。于此实施例中,辅助电源模块130可选择性地输出一第一电能PE1至转换控制电路120,电力供应模块140可提供一第二电能PE2,而耦接于辅助电源模块130与电力供应模块140之供电控制电路150便可至少依据第二电能PE2来决定将第一电能PE1或第二电能PE2提供予转换控制电路120以作为控制电源PCT。举例来说,供电控制电路150可根据第二电能PE2的大小来决定将第一电能PE1或第二电能PE2提供予转换控制电路120。于另一实施例中,供电控制电路150可根据第一电能PE1与第二电能PE2进行运算处理(例如,比较两者的能量准位),并据以决定将第一电能PE1或第二电能PE2提供予转换控制电路120。
在电力供应模块140将第二电能PE2供应给转换控制电路120的情形下,供电控制电路150可暂停/关闭辅助电源模块130之供电操作,以减少/消弭辅助电源模块130所造成的能量损耗。另外,由于电力供应模块140之供电操作可无需借助于电源转换电路110来提供第二电能PE2,故不会降低整体的电源转换效率。换言之,以电力供应模块140来取代辅助电源模块130可有效提升整体的电源转换效率。
以上仅供说明之需,并非用来作为本发明之限制。于一设计变化中,供电控制电路150可至少根据第二电能PE2之电力信息来致使辅助电源模块130输出第一电能PE1至转换控制电路120以作为控制电源PCT的一部分,以及致使电力供应模块140输出第二电能PE2至转换控制电路120以作为控制电源PCT的另一部分。于另一设计变化中,供电控制电路150可与转换控制电路120整合为单一控制模块/电路,以简化电路设计。简言之,只要是可适应性地将辅助电源模块130与电力供应模块140之至少其一所提供之电力输出至转换控制电路120的电源供应系统,设计上相关的变化均落入本发明的范畴。
值得注意的是,电力供应模块140可将电源供应系统100之中的既有能量回收和转换,以进一步提升整体的电源转换效率。举例来说,电力供应模块140可由一热电转换模块来实作之,以将电源供应系统100进行供电运作时所产生的热能进行热电转换。于另一实施例中,电力供应模块140可由一风力发电模块来实作之,以将设置于电源供应系统100中的风扇散热模块(未绘示于图1中)所产生的风能转换为电能。
图1所示之电源供应系统100系为基于本发明概念的基本电源供应架构,因此,任何采用图1所示之电路架构的电路均落入本发明的范畴。为了便于理解本发明的技术特征,以下采用一实施例来进一步说明本发明电源供应系统的细节,然而,基于图1所示之电源供应架构的其它电路实作亦是可行的。请参阅图2,其为图1所示之电源供应系统100之一实施例的示意图。于此实施例中,电源供应系统200可实作为一交换式电源供应系统,以提供一电子装置(例如,个人电脑)所需之电源。电源供应系统200可包含一电源转换电路210、一转换控制电路220、一辅助电源模块230、一电力供应模块240以及一供电控制电路250,其中电源转换电路210、转换控制电路220、辅助电源模块230、电力供应模块240以及供电控制电路250分别可用来实作出图1所示之电源转换电路110、转换控制电路120、辅助电源模块130、电力供应模块140以及供电控制电路150。
电源转换电路210可包含(但不限于)一电磁干扰滤波模块212、一功率因数校正模块214以及一主电源转换模块216。电磁干扰滤波模块212可对输入电源VIN进行滤波处理,功率因数校正模块214可对来自于电磁干扰滤波模块212之输出进行功率因数校正、整流及升压处理,以及主电源转换模块216可对来自于功率因数校正模块214之输出进行电压转换(例如降压)及换能处理。另外,电磁干扰滤波模块212可提供一启动电压VST予辅助电源模块230,以供电源辅助模块230产生第一电能PE1。
转换控制电路220可包含(但不限于)一第一控制模块222以及一第二控制模块226,其中第一控制模块222与第二控制模块226之至少其一可由一微控制单元(microcontroller unit)或一控制电路来实作之。于此实施例中,第一控制模块222可依据控制电源PCT来控制功率因数校正模块214的操作,以及第二控制模块226可依据控制电源PCT来控制主电源转换模块216的操作。
电力供应模块240系由一风力发电模块来实作之,而可包含(但不限于)一风扇散热模块243(例如设置于电源供应系统或电脑中的散热风扇)、一风力发电机模块244、一整流与稳压模块247以及一储能模块248。风扇散热模块243可提供一风能PWD,以帮助电源供应系统200之电路元件(例如,电路板、功率元件)散热。风力发电机模块244系耦接于风扇散热模块243,并可将风能PWD转换为第二电能PE2。举例来说,当风扇散热模块243运转时(例如风扇转动),大量的风力可致使风力发电机模块244之中永久磁铁与绕线组(未绘示于图2中)进行相对运动,进而将风能PWD转换为磁能、再将磁能转换为第二电能PE2。
整流与稳压模块247系耦接于风力发电机模块244,用以将第二电能PE2进行整流与稳压处理(例如,升压或降压)来产生经处理后的第二电能PE2,以确保电力供应模块240之供电品质。储能模块248(例如,电池或电容)系耦接于整流与稳压模块247与转换控制电路220之间,其可储存经处理后的第二电能PE2。接下来,供电控制电路250便可控制储能模块248将所储存之第二电能PE2选择性地传送至转换控制电路220(第一控制模块222与第二控制模块226),以及适应性地暂停/关闭辅助电源模块230(例如,令其进入睡眠模式)以提升电源转换效率。
于一实施例中,电源供应系统200可根据第二电能PE2之一电压准位来决定控制电源PCT的供应来源。更具体地说,供电控制电路250可侦测第二电能PE2之该电压准位来产生一侦测结果DR,以及依据侦测结果DR来决定将第一电能PE1或第二电能PE2输出至转换控制电路220(第一控制模块222与第二控制模块226)以作为控制电源PCT。举例来说,当侦测结果DR指示出该电压准位大于一预定准位时,供电控制电路250可关闭辅助电源模块230,以及控制电力供应模块240(或储能模块248)将第二电能PE2输出以作为控制电源PCT。于另一实施例中,当侦测结果DR指示出该电压准位小于该预定准位时,供电控制电路250可停止电力供应模块240(或储能模块248)输出第二电能PE2,以及控制辅助电源模块230将第一电能PE1输出以作为控制电源PCT。
实作上(但本发明不限于此),供电控制电路250可利用一闸控元件(例如,晶体管开关或金氧半场效晶体管;未绘示于图2中)来控制辅助电源模块230之启闭(亦即,是否进入睡眠模式)或控制辅助电源模块230之电力输出与否。
值得注意的是,于一设计变化中,上述供电控制电路250之控制机制可由转换控制电路220来实现,而省略供电控制电路250的设置(或者,将供电控制电路250整合至转换控制电路220之中)。举例来说,第一控制模块222与第二控制模块226之至少其一可直接侦测储能模块248所储存之第二电能PE2之该电压准位,其中当侦测出该电压准位大于该预定准位时(例如,储能模块248所储存的能量近乎满载),第一控制模块222与第二控制模块226之至少其一可关闭辅助电源模块230,而第一控制模块222与第二控制模块226便可接收来自储能模块248之第二电能PE2以作为控制电源PCT。另外,当侦测出该电压准位小于该预定准位时(例如,该电压准位出现瞬时现象,或电力供应模块240内部元件损坏/故障导致运作失常),第一控制模块222与第二控制模块226之至少其一可开启/唤醒辅助电源模块230,而第一控制模块222与第二控制模块226便可接收第一电能PE1以作为控制电源PCT。
于另一设计变化中,上述供电控制电路250之控制机制也可由辅助电源模块230与储能模块248来实现。举例来说,储能模块248可根据第二电能PE2之该电压准位来产生一能量指示讯号(未绘示于图2中),其中当第二电能PE2之该电压准位大于该预定准位时,辅助电源模块230可根据该能量指示讯号来停止其电力输出操作,以及当第二电能PE2之该电压准位小于该预定准位时,辅助电源模块230可根据该能量指示讯号来将第一电能PE1输出至转换控制电路220。
另外,于一实施例中,电源供应系统200也可根据第一电能PE1与第二电能PE2两者的能量关系来决定控制电源PCT的供应来源。更具体地说,供电控制电路250可比较第一电能PE1与第二电能PE2两者的能量大小以产生一比较结果CR,以及依据比较结果CR来决定输出第一电能PE1与第二电能PE2以作为控制电源PCT。举例来说,当比较结果CR指示出第二电能PE2大于第一电能PE1时,供电控制电路250可关闭辅助电源模块230,以及控制电力供应模块240(或储能模块248)将第二电能PE2输出以作为控制电源PCT。于另一实施例中,当比较结果CR指示出第二电能PE2小于第一电能PE1时,供电控制电路250可停止电力供应模块240(或储能模块248)输出第一电能PE1,以及控制辅助电源模块230将第一电能PE1输出以作为控制电源PCT。
相似地,于一设计变化中,上述供电控制电路250之控制机制可由转换控制电路220来实现,而省略供电控制电路250的设置(或者,将供电控制电路250整合至转换控制电路220之中)。于另一设计变化中,上述供电控制电路250之控制机制也可由储能模块248(或电力供应模块240)来实现。
请注意,图2所示之电力供应模块240的电路架构系仅供说明之需,并非用来作为本发明的限制。举例来说,风扇散热模块243与风力发电机模块244可由一风能转电能电路242来实作之,及/或整流与稳压模块247与储能模块248可由一处理电路246来实作之,其中风能转电能电路242可将一风能PWD转换为第二电能PE2,而耦接于风能转电能电路242与转换控制电路220之间的处理电路246可用于整流及储存第二电能PE2。换言之,风扇散热模块243与风力发电机模块244可分开设置或整合为单一模块。
另外,于图2所示之实施例中,电源转换电路210、转换控制电路220、辅助电源模块230、处理电路246以及供电控制电路250均可设置于同一电路基板202上,搭配风能转电能电路242便可实现兼具电子产品散热与取代辅助电源之功效的电源供应器。再者,由图2可知,将风力所产生之转换电力的电路配置(亦即,电力供应模块240)并不会在电源转换电路210产生损耗。因此,电源供应系统200不仅可藉由关闭辅助电源模块130来提升电源转换效率,更采用电力供应模块240来回收风扇散热模块243为了散热而产生的风能,经过转换后提供电力至转换控制电路220以增加输出功率,使得电源供应系统200可满足高标准的节能规范(例如,80PLUS白金/钛金等级认证)。
综上所述,本发明所提供之电源供应系统可适应性地关闭辅助电源模块以降低能量损耗,并藉由能量的回收与再利用来增加输出功率,故可实现灵活的供电机制,且在几乎不会增加生产成本的情形下增加电源转换效率。
以上所述仅为本发明之较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰,皆应属本发明之涵盖范围。
Claims (10)
1.一种电源供应系统,其特征在于,包括:
一电源转换电路,用以将一输入电源转换为一输出电源,其中所述输出电源系为所述电源供应系统的输出;
一转换控制电路,耦接于所述电源转换电路,用以依据一控制电源来控制所述电源转换电路的操作;
一辅助电源模块,耦接于所述转换控制电路,用以选择性地输出一第一电能至所述转换控制电路;
一电力供应模块,耦接于所述转换控制电路,用以提供一第二电能;以及
一供电控制电路,耦接于所述辅助电源模块与所述电力供应模块,用以至少依据所述第二电能来决定将所述第一电能或所述第二电能提供予所述转换控制电路以作为所述控制电源。
2.如权利要求1所述的电源供应系统,其特征在于,所述供电控制电路系侦测所述第二电能之一电压准位来产生一侦测结果,以及依据所述侦测结果来决定将所述第一电能或所述第二电能输出至所述转换控制电路以作为所述控制电源。
3.如权利要求2所述的电源供应系统,其特征在于,当所述侦测结果指示出所述电压准位大于一预定准位时,所述供电控制电路会关闭所述辅助电源模块,以及控制所述电力供应模块将所述第二电能输出以作为所述控制电源。
4.如权利要求2所述的电源供应系统,其特征在于,当所述侦测结果指示出所述电压准位小于一预定准位时,所述供电控制电路会停止所述电力供应模块输出所述第二电能,以及控制所述辅助电源模块将所述第一电能输出以作为所述控制电源。
5.如权利要求1所述的电源供应系统,其特征在于,所述供电控制电路系比较所述第一电能与所述第二电能两者的能量大小以产生一比较结果,以及依据所述比较结果来决定输出所述第一电能或所述第二电能以作为所述控制电源。
6.如权利要求5所述的电源供应系统,其特征在于,当所述比较结果指示出所述第二电能大于所述第一电能时,所述供电控制电路会关闭所述辅助电源模块,以及控制所述电力供应模块将所述第二电能输出以作为所述控制电源。
7.如权利要求5所述的电源供应系统,其特征在于,当所述比较结果指示出所述第二电能小于所述第一电能时,所述供电控制电路会停止所述电力供应模块输出所述第一电能,以及控制所述辅助电源模块将所述第一电能输出以作为所述控制电源。
8.如权利要求1所述的电源供应系统,其特征在于,所述电力供应模块包括:
一风能转电能电路,用以将一风能转换为所述第二电能;以及
一处理电路,耦接于所述风能转电能电路与所述转换控制电路之间,用以整流及储存所述第二电能。
9.如权利要求8所述的电源供应系统,其特征在于,所述风能转电能电路包括:
一风扇散热模块,用以提供所述风能;以及
一风力发电模块,耦接于所述风扇散热模块,用以将所述风能转换为所述第二电能。
10.如权利要求8所述的电源供应系统,其特征在于,所述处理电路包括:
一整流与稳压模块,耦接于所述风能转电能电路,用以将所述第二电能进行整流与稳压处理来产生经处理后的所述第二电能;以及
一储能模块,耦接于所述整流与稳压模块与所述转换控制电路之间,用以储存该经处理后的所述第二电能。
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