CN106452118B - 电子系统 - Google Patents

Abstract

一种电子系统，电连接于交流电源，电子系统包含开关元件及并联式电源转换装置。并联式电源转换装置包含第一电能转换模块、第二电能转换模块及驱动单元。第一电能转换模块电连接于交流电源及开关元件，第二电能转换模块电连接于交流电源。驱动单元电连接于第二电能转换模块，驱动单元于第一电能转换模块输出的电流小于特定值时，驱使第二电能转换模块进入休眠状态，使第二电能转换模块降低输出电压及停止输出电流。

Description

电子系统

技术领域

本发明涉及一种电子系统，且特别涉及一种具备多组呈并联式排列的电源转换模块的电子系统。

背景技术

交换式电源转换器通常是用来输送电力以满足电子装置需求的基本电力供应单元。例如，直流-直流转换器通常设计为将一直流电压准位转换成一个或多个不同的直流电压准位以符合一系列的规格要求。

当电子装置的负载能力提升时，提高电源转换器的输出功率以符合电子装置的负载能力虽然是一个最为简便的方法，这样的设计，虽然可以满足电子装置在非轻载操作的规格要求；然而，当电子装置在轻载操作时，则将造成严重的功率耗损。

发明内容

本发明提供一种电子系统，具备多组电源转换模块，并可以依据电子装置的操作状态控制电源转换模块的操作状态以改变输出电力，藉以减少功率消耗。

根据本发明提供一种电子系统，电连接于交流电源。电子系统包含开关元件、电子装置及并联式电源转换装置，开关元件包含第一端、第二端及控制端。电子装置电连接于开关元件的第二端。并联式电源转换装置包含第一电能转换模块、第二电能转换模块、电源管理器及驱动单元，第一电能转换模块电连接于交流电源及开关元件，并包含第一电力输出端、第一电流取样单元及第一感应元件，第一电力输出端电连接于第一端，第一感应元件设于第一电流取样单元及开关元件之间。第二电能转换模块电连接于交流电源及电子装置，并包含第二电力输出端及第二转换器。电源管理器电连接于第一电能转换模块、第二电能转换模块、开关元件的控制端及电子裝置。驱动单元电连接于第二电能转换模块，并包含放大器、比较器、第一半导体开关及第二半导体开关，放大器电连接于第一感应元件，比较器的输入端电连接于放大器，比较器的输出端电连接于第一半导体开关及第二半导体开关，第一半导体开关及第二半导体开关分别电连接于第二转换器。其中，驱动单元于第一电能转换模块输出的电流小于特定值时，驱使第二电能转换模块进入休眠状态，使第二电能转换模块降低输出电压及停止输出电流。其中，开关元件依据电源管理器的控制以导通或切断由第一电能转换模块输出并传递至电子装置的电力。

上述的电子系统，其中第一电能转换模块更包含第一转换器及第一电流分配单元，第一电流取样单元电连接于第一转换器及第一电流分配单元，第二电能转换模块更包含第二电流取样单元及第二电流分配单元，第二电流取样单元电连接于第二转换器及第二电流分配单元，当第一电能转换模块输出的电流大于特定值时，驱动单元使第二电能转换模块解除休眠状态，第一电流分配单元及第二电流分配单元使第一转换器及第二转换器平均分配并联式电源转换装置输出的电流。

上述的电子系统，其中当第二电能转换模块进入休眠状态时，第二电能转换模块输出的电压非为零。

上述的电子系统，其中第一电流取样单元包含第一取样元件及第一切换元件，第一取样元件设于第一转换器及电子装置之间，第一切换元件设于第一取样元件及电子装置之间，第二电流取样单元包含第二取样元件及第二切换元件，第二取样元件设于第二转换器及电子装置之间，第二切换元件设于第二取样元件及电子装置之间。

上述的电子系统，其中开关元件设置在电子装置。

上述的电子系统，其中并联式电源转换装置更包含:

电磁干扰滤波器，电连接于交流电源；

整流器，电连接于电磁干扰滤波器；以及

功率因数校正器，电连接于整流器、第一电能转换模块及第二电能转换模块，功率因数校正器用以调整整流器输出之电力。

本发明的并联式电源转换装置依据电子装置的操作状态改变输出电力，可以有效地降低电子系统的整体功率损耗。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1绘示本发明第一实施方式的电子系统的电路方框图；

图2绘示本发明第二实施方式的电子系统的电路方框图；

图3绘示本发明的并联式电源转换装置的局部电路图；

图4绘示对应图2所示的电子系统的运作时序图；以及

图5绘示本发明第三实施方式的电子系统的电路方框图。

1、1a 并联式电源转换装置

10 第一电能转换模块

100 第一转换器

1000 第一电流分配单元

104 第一感应元件

106 第一电流取样单元

1060 第一取样元件

1062 第一切换元件

12 第二电能转换模块

120 第二转换器

1200 第二电流分配单元

1202 反馈电路

124 第二感应元件

126 第二电流取样单元

1260 第二取样元件

1262 第二切换元件

14 电源管理器

16 驱动单元

160、170 放大器

162、172 比较器

164 权重分配元件

18 电磁干扰滤波器

20 整流器

22 功率因素校正器

2 开关元件

3 交流电源

5 电子装置

Io1 第一电流

Io2 第二电流

Out1 第一电力输出端

Out2 第二电力输出端

PG 信号输出端

PS_On 信号接收端

Q1 第一半导体开关

Q2 第二半导体开关

R、R1、R2、R3、R4 电阻器

Vref 参考电压

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参阅图1，为本发明第一实施方式的电子系统的电路方框图。电子系统包含并联式电源转换装置1、开关元件2及电子装置5，并联式电源转换装置1包含第一电力输出端Out1及第二电力输出端Out2，开关元件2设于并联式电源转换装置1的第一电力输出端Out1及电子装置5之间，并接受并联式电源转换装置1中的电源管理器14的控制以决定由第一电力输出端Out1输出的电力是否传递至电子装置5。并联式电源转换装置1的第二电力输出端Out2直接地电连接于电子装置5，以供输出电力至电子装置5。

请参照图2，为本发明第二实施方式的电子系统的电路方框图。并联式电源转换装置1电连接于交流电源3及电子装置5之间，并联式电源转换装置1用以将交流电源3输出的交流电力转换成为电子装置5适用的电力。

一般来说，电子装置5可供操作于关闭模式、非待机模式及待机模式。在关闭模式，电子装置5虽然是连接在并联式电源转换装置1，却无法通过外部信号而执行任何功能，故电子装置5无功率损耗。在非待机模式，电子装置5可执行主要功能；同时，在非待机模式下，依操作电流的不同，电子装置5可分为非轻载操作及轻载操作，其中非轻载操作所需的电流大于轻载操作所需的电流，且轻载操作可例如是电子装置5操作在半载状态时。在待机模式，电子装置5没有执行主要功能，但可接收外部信号使其进入非待机模式。本发明的并联式电源转换装置1可在电子装置5操作于非轻载状态及轻载状态时，提供不同的电力转换方式以降低整体的功率消耗。

并联式电源转换装置1包含第一电能转换模块10、第二电能转换模块12、电源管理器14、驱动单元16及开关元件2。第一电能转换模块10电连接于交流电源3，并包含第一电力输出端Out1(如图1所示)；第二电能转换模块12电连接交流电源3，并包含第二电力输出端Out2(如图1所示)。驱动单元16电连接于第一电能转换模块10及第二电能转换模块12。开关元件2介于第一电能转换模块10及电子装置5之间，并接受电源管理器14的控制而开启或闭合。开关元件2电连接于第一电能转换模块10、电源管理器14及电子装置5。

电源管理器14电连接于第一电能转换模块10、第二电能转换模块12、开关元件2及电子装置5。电源管理器14用以感测电子装置5的工作状态。如图2所示，电源管理器130包含信号输出端PG及信号接收端PS_On，电源管理器130通过信号输出端PG发出信号至电子装置5，并以信号接收端PS_On接收电子装置5回传的信号。

当电子装置5操作于非待机模式中的非轻载操作时，第一电能转换模块10及第二电能转换模块12分别通过第一电力输出端Out1及第二电力输出端Out2输出电力(例如为电压及电流)至电子装置5。其中，电子装置5操作于非轻载操作时所需的操作电流是由第一电能转换模块10及第二电能转换模块12平均供给；例如当电子装置5所需的操作电流为1安培时，则第一电能转换模块10及第二电能转换模块12分别提供0.5安培予电子装置5。

当电子装置5操作于非待机模式中的轻载模式时，驱动单元16驱使第二电能转换模块12降低输出电压，同时停止输出电流，以降低功率消耗。

当电子装置5操作于待机模式时，驱动单元16驱使第二电能转换模块12降低输出电压，同时停止输出电流，以降低功率消耗。同时，电源管理器14驱使开关元件2开路，则第一转换器100输出的电力不是通过开关元件2传递至电子装置5。

第一电能转换模块10包含第一转换器100、第一感应元件104及第一电流取样单元106。第一转换器100电连接于交流电源3，并包含第一电流分配单元1000。第一感应元件104设于第一转换器100及开关元件2之间，并电连接于第一转换器100、开关元件2及电源管理器14。

第一电流取样单元106电连接于第一转换器100，用以感测第一转换器100输出的电流，并将测得的电流反馈至第一电流分配单元1000。第一电流取样单元106包含第一取样元件1060及第一切换元件1062。第一取样元件1060电连接于第一电流分配单元1000。第一切换元件1062电连接于第一取样元件1060及第一感应元件104；其中，第一切换元件1062用以避免第二电能转换模块12输出的电流进入第一电能转换模块10。第一切换元件1062可供操作于开路及闭路状态，且当第一切换元件1062操作于开路状态时，可以防止第二电能转换模块12输出的电流进入第一电能转换模块10。

第二电能转换模块12包含第二转换器120、第二感应元件124及第二电流取样单元126。第二转换器120电连接于交流电源3，并包含第二电流分配单元1200，第二电流分配单元1200电连接于第一电流分配单元1000。第二感应元件124设于第二转换器120及电子装置5之间，并电连接于第二转换器120、电源管理器14及电子装置5。

第二电流取样单元126电连接于第二转换器120，用以感测第二转换器120输出的电流，并将测得的电流反馈至第二电流分配单元1200。第二电流取样单元126包含第二取样元件1260及第二切换元件1262。第二取样元件1260电连接于第二电流分配单元1200。第二切换元件1262电连接于第二取样元件1260及第二感应元件124，第二切换元件1262用以避免第一电能转换模块10输出的电流进入第二电能转换模块12。其中，第二切换元件1262可供操作于开路及闭路状态，且当第二切换元件1262操作于开路状态时，可以防止第一电能转换模块10输出的电流进入第二电能转换模块12。

第一电流取样单元106及第二电流取样单元126分别撷取第一转换器100及第二转换器120输出的电流，并将测得的电流分别反馈至第一电流分配单元1000及第二电流分配单元1200。当电子装置5处于非轻载操作时，第一电流取样单元106及第二电流取样单元126会平均分配电子装置5所需的电流。

要特别说明的是，第一取样元件1060并不局限是设置在第一转换器100与电子装置5之间，也可以是设置在交流电源3及第一转换器100之间。当然，第二取样元件1260也不局限是设置在第二转换器120与电子装置5之间，也可以是设置在交流电源3及第二转换器120之间。

请参阅图3，为本发明的并联式电源转换装置1的局部电路图。驱动单元16包含运算放大器160、比较器162、第一半导体开关Q1及第二半导体开关Q2。

运算放大器160的反向输入端除了通过电阻器R1连接至第一感应元件104的其中一端，更通过电阻器R2连接至运算放大器160的输出端及比较器162的反向输入端。运算放大器160的非反向输入端除了通过电阻器R3连接至第一感应元件104的另一端，还通过电阻器R4接地。

比较器162的非反向输入端连接于参考电压Vref。比较器162的输出端电连接于第一半导体开关Q1及第二半导体开关Q2的栅极，第一半导体开关Q1的汲极电连接于权重分配元件164。当比较器162输出低准位信号时，第一半导体开关Q1导通(即短路)，位于第二转换器120内的反馈电路1202的增益降低，进而使第二转换器120的输出电压降低。在此要特别说明的是:除了第二转换器120内部设有反馈电路1202以改变第二转换器120的输出增益外，第一转换器100内部也可以设有反馈电路，反馈电路的功能在于控制第一转换器100的增益，进而可以控制第一转换器100输出的电压或电流的大小。

第二半导体开关Q2同时电连接于放大器170的非反向输入端，放大器170的输出端通过电阻器R电连接于比较器172的反向输入端，比较器172的输出端通过二极体D连接至第二转换器120。当比较器162输出低准位信号时，第二半导体开关Q2导通以让放大器170的输出端输出低准位信号，且比较器172的输出端输出高准位信号，并使二极体D断路而中断与第二转换器120的连接。藉此，当并联式电源转换装置1在轻载操作时，驱动单元16可通过降低第二转换器120的输出电压及中断第二转换器120的输出电流以降低功率损耗。

要特别说明的是，本发明的并联式电源转换装置1不局限只包含第一电能转换模块10及第二电能转换模块12；在实际实施时，并联式电源转换装置1可以包含二个以上呈并联连接的电能转换模块，且其中的一个电能转换模块连接至开关元件2，其他电能转换模块则分别电连接至驱动单元16。当电子装置5操作于非待机模式中的轻载操作及待机模式时，并联式电源转换装置1可以只使用单一个电能转换模块输出电子装置5在轻载操作及待机模式时的电力；而当电子装置5操作在非待机模式中的非轻载操作时，并联式电源转换装置1依据电子装置5需求电力的增加，而逐渐增加用以提供电子装置5操作电力的电能转换模块的数量。

复参阅图2，并联式电源转换装置1更包含电磁干扰滤波器18、整流器20及功率因素校正器22。电磁干扰滤波器18电连接于交流电源3，电磁干扰滤波器18用以滤除交流电源3输出的交流电力中的电磁噪声。

整流器20电连接于电磁干扰滤波器18，用以滤除电能转换模块所产生之电磁噪声，并将交流电源3输出的电力转换成为无功因矫正之全波整流电力。整流器20可例如是全桥整流器中的桥式整流器。

功率因数校正器22电连接于整流器20、第一电能转换模块10及第二电能转换模块12，用以调整整流器20输出之全波整流电力，使全波整流电压波形尽可能地近似于电流波形。功率因数校正器22可以是使用主动元件(例如功率型开关元件及其控制电路)组成的主动式功率因数校正器；当然，功率因数校正器22也不排除可以是由电容器及电感器组成的被动式功率因数校正电路来实现。一般来说，主动式功率因数校正器所能提升得功率因数值较被动式功率因数校正器来得高，可以有效地提高电力利用率，并具备节能的特点。

配合参阅图4，为对应图2所示的电子系统的操作时序图。在图4中，AC_On用以指示交流电源3的操作状态，当交流电源3启动时，AC_On呈现高准位状态。Vout为并联式电源转换装置1输出的总电压，V2为第二电能转换模块12输出的电压，Iout为并联式电源转换装置1输出的总电流(为图2所示第一电流Io1及第二电流Io2的总和)。I1为第一转换器100输出的电流值，I2为第二转换器120输出的电流值，IBus为模拟并联式电源转换装置1于第一电流分配单元1000及第二电流分配单元1200的总输出电流，Ilocal_slave为由第二取样元件1260传递至第二电流分配单元1200的电流。

由图4可知，在时间t1时，交流电源3启动(即AC_On呈高准位信号)。于时间t2时，并联式电源转换装置1输出电流至电子装置5(即Iout由低准位信号转换为高准位信号)。由图4可知，在时间t2时，第二电能转换模块12无输出电流，故电子装置5操作时所需的电流全数由第一电能转换模块10提供。

在时间t3-t4，第一电能转换模块10及第二电能转换模块12进行电流分配，以分别供给电子装置5所需的一半电流。故第二转换器120的输出电流上升(即I2上升)，第一转换器100的输出电流下降(即I1下降)。

在时间t4-t6，电子装置5处于轻载操作，故并联式电源转换装置1的总输出电流下降(即Iout下降)，则第一转换器100的输出电流(I1)及第二转换器120的输出电流(I2)同时下降。

当并联式电源转换装置1输出的总电流(Iout)小于预定值时，由第一转换器100承受电子装置5操作时所需的所有电流输出，如于时间t5所示。因此，第二转换器120的输出电流(I2)降为零，第一转换器100因为需要承受所有电子装置5的抽载，故第一转换器100的输出电流(I1)上升。

于时间t6，电子装置5重新处于非轻载状态，并联式电源转换装置1总输出的总电流(Iout)上升，则第一转换器100先上升以承担所有电流输出。当并联式电源转换装置1的总输出电流(Iout)大于预定值时，第二转换器120重新启动且第二转换器120的输出电流(I2)逐渐上升，第一转换器100的输出电流(I1)逐渐下降，直至时间t7，总输出电流Iout平均由第一转换器100的输出电流(I1)及第二转换器120的输出电流(I2)所分配。

于时间t8，交流电源3关闭，则第一转换器100及第二转换器120输出的电压及电流皆逐渐下降至零(如时间t9所示)。

请参照图5，其绘示本发明第三实施方式的电子系统的电路方框图。图5绘示的电子系统与图2所示的电子系统大致相同，其差异处仅在于开关元件2的配置位置。

在图2中，开关元件2为并联式电源转换装置1的其中之一构件，并接受电源管理器14的控制而呈闭合状态或开路状态。当电子装置5操作于非待机模式，则电源管理器14使开关元件2闭合，藉此，第一转换器100输出的电力可以传递至电子装置5。当电子装置5操作于待机模式，则电源管理器14使开关元件2开路，如此一来，第一电能转换模块10输出的电力不会通过开关元件2传递至电子装置5。

在图5中，开关元件2设置在电子装置5中，并接收并联式电源转换装置1a的电源管理器14的控制而呈闭合状态或开路状态。在图5的电路架构中，不论电子装置5是操作在非待机模式或待机模式，第一电能转换模块10输出的电力会传递至电子装置5。之后，若电源管理器14判断电子装置5操作于待机模式，则使开关元件2开路，避免第一电能转换模块10输出的电力通过开关元件2传递至电子装置5内的其他元件；若电源管理器14判断电子装置5操作于非待机模式，则使开关元件2闭合，使第一转换器100输出的电力供给至电子装置5内的其他元件。并联式电源转换装置1a的其他构件的功用与相关说明，实际上与第二实施例的并联式电源转换装置1相同，在此不予赘述。图5所示的电子系统至少可达到与图2所示的电子系统相同的功能。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种电子系统，电连接于一交流电源，其特征在于，该电子系统包含:

一开关元件，包含一第一端、一第二端及一控制端；

一电子装置，电连接于该开关元件的该第二端；以及

一并联式电源转换装置，包含:

一第一电能转换模块，电连接于该交流电源及该开关元件，并包含一第一电力输出端、一第一电流取样单元及一第一感应元件，该第一电力输出端电连接于该第一端，该第一感应元件设于该第一电流取样单元及该开关元件之间；

一第二电能转换模块，电连接于该交流电源及该电子装置，并包含一第二电力输出端及一第二转换器；

一电源管理器，电连接于该第一电能转换模块、该第二电能转换模块、该开关元件的该控制端及该电子裝置；以及

一驱动单元，电连接于该第二电能转换模块，并包含一放大器、一比较器、一第一半导体开关及一第二半导体开关，该放大器电连接于该第一感应元件，该比较器的输入端电连接于该放大器，该比较器的输出端电连接于该第一半导体开关及该第二半导体开关，该第一半导体开关及该第二半导体开关分别电连接于该第二转换器，

其中，该驱动单元于该第一电能转换模块输出的电流小于一特定值时，驱使该第二电能转换模块进入休眠状态，使该第二电能转换模块降低输出电压及停止输出电流；

其中，该开关元件依据该电源管理器的控制以导通或切断由该第一电能转换模块输出并传递至该电子装置的电力。

2.根据权利要求1所述的电子系统，其特征在于，该第一电能转换模块更包含一第一转换器及一第一电流分配单元，该第一电流取样单元电连接于该第一转换器及该第一电流分配单元，该第二电能转换模块更包含一第二电流取样单元及一第二电流分配单元，该第二电流取样单元电连接于该第二转换器及该第二电流分配单元，当该第一电能转换模块输出的电流大于该特定值时，该驱动单元使该第二电能转换模块解除休眠状态，该第一电流分配单元及该第二电流分配单元使该第一转换器及该第二转换器平均分配该并联式电源转换装置输出的电流。

3.根据权利要求2所述的电子系统，其特征在于，当该第二电能转换模块进入休眠状态时，该第二电能转换模块输出的电压非为零。

4.根据权利要求2所述的电子系统，其特征在于，该第一电流取样单元包含一第一取样元件及一第一切换元件，该第一取样元件设于该第一转换器及该电子装置之间，该第一切换元件设于该第一取样元件及该电子装置之间，该第二电流取样单元包含一第二取样元件及一第二切换元件，该第二取样元件设于该第二转换器及该电子装置之间，该第二切换元件设于该第二取样元件及该电子装置之间。

5.根据权利要求1所述的电子系统，其特征在于，该开关元件设置在该电子装置。

6.根据权利要求1所述的电子系统，其特征在于，该并联式电源转换装置更包含:

一电磁干扰滤波器，电连接于该交流电源；

一整流器，电连接于该电磁干扰滤波器；以及

一功率因数校正器，电连接于该整流器、该第一电能转换模块及该第二电能转换模块，该功率因数校正器用以调整该整流器输出之电力。