CN108964243A - 电源供应器 - Google Patents

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Abstract

一种电源供应器，包含一直流转直流转换器、一储能电容器、一电压检测器、一旁路单元及一倍压单元。直流转直流转换器接收储能电容器的一电容电压并将其转换成一输出电压；电压检测器用以检测输入电压。旁路单元电连接于储能电容器，并于输入电压不小于电容电压时导通，于输入电压小于电容电压时截止。倍压单元电连接于储能电容器及电压检测器，并包含一第一线圈及一第二线圈；倍压单元于输入电压小于一临界电压时启动，使第一线圈与第二线圈进行耦合来对输入电压执行一倍压转换，以维持直流转直流转换器于一定时间内持续提供输出电压。

Description

电源供应器
技术领域
本发明是关于电源供应器，且特别是有关于在前级电路提供的电力发生中断时，能够让输出电压的位准在一定时间内维持于预定値的电源供应器。
背景技术
电子装置是由电源供应器提供其所需的电力。于电子装置使用电源供应器提供的电力时，若发生外部电源突然中断的状况，电源供应器必须要能够在外部电源中断后的一小段时间维持电力输出，让电子装置进行数据的储存。上述电源供应器于外部电源中断后，能持续供应一定程度的电力输出的时间通常称为维持时间(hold-up time)。
一般来说，电源供应器的维持时间主要由其输出电容器(bulk capacitor)决定，而输出电容器的体积会与容量相关。为了有效地延长维持时间，提高输出电容器的容量为最简易的方式，但这使得输出电容器的体积也随之增大，致使电源供应器难以小型化。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种当输入电压中断或降低时，能够在一定时间内维持直流转直流转换器持续提供输出电压予负载的电源供应器。
有鉴于此，本发明提供一种电源供应器，用于接收一输入电压并提供一输出电压予一负载。电源供应器包含一储能电容器、一直流转直流转换器、一电压检测器、一旁路单元及一倍压单元。储能电容器具有一电容电压，直流转直流转换器用以接收电容电压并将其转换成输出电压，电压检测器用以检测输入电压。旁路单元包含一二极管及一功率开关；二极管电连接于储能电容器，并于输入电压小于电容电压时截止；功率开关与二极管并联连接，并于输入电压不小于电容电压时导通，于输入电压小于电容电压时截止，其中当功率开关导通时，输入电压经由功率开关传递至储能电容器。倍压单元包含一第一线圈及一第二线圈，第一线圈与第二线圈之间的一匝数比大于一；倍压单元电连接于储能电容器及电压检测器，倍压单元于输入电压小于一临界电压时启动，使输入电压经第一线圈耦合至第二线圈来执行一倍压转换并对该储能电容器充电，以维持直流转直流转换器于一定时间内持续提供输出电压。
在本发明之一实施方式中可选择性地包含一或多个下述特征。倍压单元可包含一切换元件及一控制器，切换元件连接第一线圈，控制器电连接于电压检测器及切换元件，控制器于输入电压小于临界电压时输出一控制信号予切换元件，使输入电压经第一线圈耦合至第二线圈来维持该电容电压。
电源供应器还可包含一回授单元，其电连接于储能电容器及控制器，用以于临界电压为电容电压时将检测电容电压的结果供给控制器。
电源供应器还可包含一缓冲电路，其包含一电容器、一二极管及一电阻器，电容器可电连接第一线圈的一端，二极管可串接于第一线圈的另一端与电容器之间，电阻器可与电容器并联连接。旁路单元可更包含一功率开关控制器，其电连接功率开关，用以检测输入电压与电容电压，并于输入电压小于电容电压时驱使功率开关截止。
在本发明之一实施方式中，第一线圈与第二线圈可相互隔离而配合构成一隔离型变压器，该第一线圈接收输入电压，第二线圈电连接于直流转直流转换器。
在本发明之一实施方式中，第一线圈的一端接收输入电压并连接第二线圈，另一端电连接于切换元件；倍压单元可更包含一放电开关，放电开关跨接在切换元件两端，当切换元件截止时，放电开关导通。
根据本发明的电源供应器利用由第一线圈及第二线圈提供倍压效果以维持直流转直流转换器于输入电压中断或降低时在一定时间内持续提供输出电压；藉此可在不提高储能电容器的容量及体积的前提下来维持电路稳定。
附图说明
图1绘示依照本发明第一实施方式的电源供应器的电路方块图；
图2绘示依照本发明第一实施方式的电源供应器的电路图；
图3绘示依照本发明第一实施方式的缓冲电路的电路图；
图4绘示依照本发明第二实施方式的电源供应器的电路方块图；以及
图5绘示依照本发明第二实施方式的电源供应器的电路图。
具体实施方式
请参见图1，其绘示依照本发明第一实施方式的电源供应器的电路方块图。电源供应器(未另标号)用于接收一输入电压Vin并提供一输出电压Vout予一负载3。在图1中，电源供应器包含一直流转直流转换器10、一储能电容器(bulk capacitor)12、一旁路单元14、一电压检测器16及一倍压单元18。
当电源供应器应用于交流领域时，其更包含一交流转直流转换器20以提供输入电压Vin。更具体言之，交流转直流转换器20电连接至一交流电源Vac，其接收交流电源Vac提供的交流电力并将交流电力转换为直流形式的输入电压Vin。交流转直流转换器20可例如为图2所绘示的桥式整流器。
旁路单元14、电压检测器16及倍压单元18分别电连接于交流转直流转换器20，储能电容器12电连接于旁路单元14及倍压单元18并具有一电容电压Vc。
直流转直流转换器10电连接于储能电容器12，其接收储能电容器12提供的电容电压Vc并输出经调节处理后相对应于负载条件的输出电压Vout予负载3。直流转直流转换器10可运作于升压模式及降压模式中之一者，并可由非隔离式电路或具有隔离作用的谐振型电路或脉冲宽度调变电路实现其功能。
请参见图2；旁路单元14包含一二极管140、一功率开关142及一功率开关控制器144；二极管140的阳极电连接于交流转直流转换器20，阴极电连接于直流转直流转换器10及储能电容器12。二极管140可于输入电压Vin不小于电容电压Vc时导通，并于输入电压Vin小于电容电压Vc时截止。
功率开关142与二极管140并联连接，并接受功率开关控制器144发出的驱动信号以导通或截止。功率开关控制器144的一端电连接于交流转直流转换器20以接收输入电压Vin，另一端电连接于储能电容器12以接收电容电压Vc。功率开关控制器144可于输入电压Vin不小于电容电压Vc时驱使功率开关142导通，藉以让输入电压Vin经由功率开关142传递至储能电容器12以供储能电容器12进行充电，并可达到降低输入电压Vin导通至储能电容器12时的阻抗的功能。功率开关控制器144另可于输入电压Vin小于电容电压Vc时驱使功率开关142截止，藉以防止电容电压Vc回流至交流转直流转换器20。
电压检测器16电连接于交流转直流转换器20并将检测输入电压Vin的结果传递给倍压单元18。
倍压单元18电连接于储能电容器12、电压检测器16及交流转直流转换器20，并于输入电压Vin小于一临界电压时执行一倍压功能，藉以维持直流转直流转换器10于一定时间内持续提供输出电压Vout；其中，临界电压可为能够维持直流转直流转换器10正常提供输出电压Vout予负载3的最小电压。
倍压单元18及储能电容器12之间可设有一保护开关22，其用以防止电容电压Vc灌入倍压单元18。保护开关22可为二极管，且其阳极电连接于倍压单元18，阴极电连接于储能电容器12。
倍压单元18可包含一第一线圈W1及一第二线圈W2；如图2所示，第一线圈W1与第二线圈W2相互隔离并配合构成一隔离型变压器。第一线圈W1电连接于交流转直流转换器20，第二线圈W2电连接于直流转直流转换器10；更具体言之，第二线圈W2的一端通过保护开关22电连接至储能电容器12，另一端接地。当第一线圈W1的匝数为N1，第二线圈W2的匝数为N2时，满足下列条件：
N2/N1>1。
倍压单元18更包含一控制器180及一切换元件SW，控制器180电连接于电压检测器16及切换元件SW，并可预设有临界电压。更具体言之，第一线圈W1的一端电连接于交流转直流转换器20，另一端通过切换元件SW接地。
控制器180接受电压检测器16输出的电压检测结果，并于该输入电压Vin小于临界电压时输出一控制信号予切换元件SW，使第一线圈W1与第二线圈W2进行电磁耦合而形成电力传输变压器，并对储能电容器12充电以维持电容电压Vc在一定时间内足够直流转直流转换器10提供输出电压Vout；其中，控制信号可为一脉冲宽度调变信号。当第一线圈W1的匝数为N1，第二线圈W2的匝数为N2时，第一线圈的电压为V1，第二线圈的电压为V2，脉冲宽度调变信号的工作周期为D时，满足下列条件：
请同时参见图1及图2，若交流电源Vac稳定供电且交流转直流转换器20提供的输入电压Vin不小于电容电压Vc时，二极管140导通，功率开关控制器144同时驱使功率开关142导通来让输入电压Vin得以传递至储能电容器12，以对储能电容器12充电，据此直流转直流转换器10可提供输出电压Vout予负载3。
若交流电Vac发生异常或中断而让交流转直流转换器20提供的输入电压Vin小于电容电压Vc时，二极管140截止；同时，功率开关控制器144驱使功率开关142截止。
当输入电压Vin小于临界电压时，控制器180输出控制信号予切换元件SW，以让第一线圈W1与第二线圈W2以电磁耦合方式对输入电压Vin执行一倍压转换，进而让直流转直流转换器10于一定时间内维持提供输出电压Vout。
此外，电源供应器的倍压单元18中还可包含一缓冲电路19，如图3所示；缓冲电路190与第一线圈W1并联连接，并包含一电容器190、一电阻器192及一二极管194。电容器190电连接第一线圈W1的一端，二极管194串接于第一线圈W1的另一端与电容器190之间，电阻器192与电容器190并联连接。缓冲电路190用以抑制切换元件SW导通瞬间产生的脉冲电压的电压峰值，避免切换元件SW损坏。
请参见图4及图5，其等分别绘示依照本发明第二实施方式的电源供应器的电路方块图及电路图。在图4及图5中，电源供应器包含一直流转直流转换器10、一储能电容器12、一旁路单元14、一电压检测器16、一倍压单元18及一回授单元24。
当电源供应器应用于交流领域时，其更包含一交流转直流转换器20以提供输入电压Vin。交流转直流转换器20可为桥式整流器，其电连接至一交流电源Vac，接收交流电源Vac提供的交流电力并将其转换为直流形式的输入电压Vin。
旁路单元14、电压检测器16及倍压单元18分别电连接于交流转直流转换器20，储能电容器12电连接于旁路单元14及倍压单元18并具有一电容电压Vc。
直流转直流转换器10电连接于储能电容器12，其接收储能电容器12提供的电容电压Vc并输出经调节处理后相对应于负载条件的输出电压Vout予负载。
旁路单元14包含一二极管140、一功率开关142及一功率开关控制器144；二极管140的阳极电连接于交流转直流转换器20，阴极电连接于直流转直流转换器10。功率开关142电连接于功率开关控制器144，接收功率开关控制器144输出的驱动信号以导通或截止。
功率开关控制器144的一端电连接于交流转直流转换器20以接收输入电压Vin，另一端电连接于储能电容器12以接收电容电压Vc，并依据输入电压Vin及电容电压Vc来决定导通或截止功率开关142(详见后述)。
倍压单元18电连接于交流转直流转换器20、储能电容器12及电压检测器16，并包含一控制器180、一切换元件SW、一第一线圈W1、一第二线圈W2及一放电开关182。第一线圈W1的一端连接于交流转直流转换器20，另一端通过切换元件SW接地，第二线圈W2的一端通过一保护开关22连接于储能电容器12，另一端连接通过切换元件SW接地；放电开关182跨接于切换元件SW两端。当第一线圈W1的匝数为N1，第二线圈W2的匝数为N2时，满足下列条件：
N2/N1>1。
控制器180电连接于电压检测器16、切换元件SW及回授单元24。电压检测器16跨接于交流转直流转换器20的两端，用以检测输入电压Vin并将检测的结果供给倍压单元18的控制器180；回授单元24跨接于储能电容器12的两端，用以检测电容电压Vc并将检测结果供给倍压单元18的控制器180。控制器180接受电压检测器16及回授单元24输出的电压检测结果，并于该输入电压Vin小于电容电压Vc时输出一控制信号予切换元件SW，来让输入电压Vin通过第一线圈W1耦合至第二线圈W2来执行倍压转换并对储能电容器12充电，进而让直流转直流转换器10于一定时间内持续提供输出电压Vout。
当第一线圈W1的匝数为N1，第二线圈W2的匝数为N2时，第一线圈的电压为V1，第二线圈的电压为V2，控制信号的工作周期为D时，满足下列条件：
当切换元件SW截止时，放电开关182导通以提供一放电路径。当切换元件SW导通时，放电开关182截止。放电开关182可为一二极管，且其阴极连接于切换元件SW与第一线圈W1、第二线圈W2相连接的一端，阳极接地。
若交流电源Vac稳定供电且交流转直流转换器20提供的输入电压Vin不小于电容电压Vc时，二极管140导通；功率开关控制器144同时驱使功率开关142导通来让输入电压Vin得以传递至储能电容器12，以对储能电容器12充电。保护开关22可于输入电压Vin不小于电容电压Vc时截止，防止电容电压Vc灌入倍压单元18。
若交流电Vac发生异常或中断时而让交流转直流转换器20提供的输入电压Vin小于电容电压Vc时，二极管140截止，功率开关控制器144同时驱使功率开关142截止。据此，可防止电容电压Vc灌入交流转直流转换器20。
在此同时，控制器180输出控制信号予切换元件SW，以让输入电压Vin经第一线圈W1耦合至第二线圈W2来执行一倍压转换并对储能电容器12充电，且保护开关22导通，使直流转直流转换器10于一定时间内维持提供输出电压Vout。
在本实施方式中，控制器180以电容电压Vc和输入电压Vin的比较结果来判断是否执行倍压功能，可降低元件误差造成判断失准的问题产生。
虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (8)

1.一种电源供应器，用于接收一输入电压并提供一输出电压予一负载，其特征在于，该电源供应器包含：
一储能电容器，具有一电容电压；
一直流转直流转换器，用以接收该电容电压并将其转换成该输出电压；
一电压检测器，用以检测该输入电压；
一旁路单元，包含：
一二极管，接收该输入电压并电连接于该储能电容器，该二极管于该输入电压小于该电容电压时截止；及
一功率开关，与该二极管并联连接，该功率开关于该输入电压不小于该电容电压时导通，并于该输入电压小于该电容电压时截止，其中当该功率开关导通时，该输入电压经由该功率开关传递至该储能电容器；以及
一倍压单元，具有一第一线圈及一第二线圈，其中该第一线圈与该第二线圈之间的一匝数比大于一，该倍压单元电连接于该储能电容器及该电压检测器，该倍压单元于该输入电压小于一临界电压时启动，使该输入电压经该第一线圈耦合至该第二线圈来执行一倍压转换并对该储能电容器充电，以维持该直流转直流转换器于一定时间内持续提供该输出电压。
2.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，该倍压单元包含：
一切换元件，连接该第一线圈；以及
一控制器，电连接于该电压检测器及该切换元件，该控制器于该输入电压小于该临界电压时输出一控制信号予该切换元件，以使该输入电压经该第一线圈耦合至该第二线圈来对该储能电容器充电。
3.如权利要求2所述的电源供应器，其特征在于，更包含一回授单元，电连接于该储能电容器及该控制器，并用以将检测该电容电压的结果供给该控制器，该临界电压为该电容电压。
4.如权利要求2所述的电源供应器，其特征在于，更包含一缓冲电路，包含：
一电容器，电连接该第一线圈的一端；
一二极管，串接于该第一线圈的另一端与该电容器之间；以及
一电阻器，与该电容器并接。
5.如权利要求2所述的电源供应器，其特征在于，该第一线圈与该第二线圈相互隔离并配合构成一隔离型变压器，该第一线圈接收该输入电压，该第二线圈电连接于该直流转直流转换器。
6.如权利要求2所述的电源供应器，其特征在于，该第一线圈的一端接收该输入电压，该第一线圈的另一端连接该第二线圈及该切换元件，该倍压单元更包含一放电开关，跨于该切换元件两端，当该切换元件截止时，该放电开关导通。
7.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，该旁路单元更包含一功率开关控制器，电连接该功率开关，其中该功率开关控制器于该输入电压不小于该电容电压时驱使该功率开关导通，并于该输入电压小于该电容电压时驱使该功率开关截止。
8.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，更包含一保护开关，电连接于该第二线圈及该储能电容器之间，以防止该电容电压灌入该倍压单元。
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