CN110572058B - 可延长保持时间的电源供应器 - Google Patents

可延长保持时间的电源供应器 Download PDF

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Abstract

一种可延长保持时间的电源供应器，包含一功因校正单元、一LLC谐振转换单元及一检测控制单元。该功因校正单元包含一稳压电容，该LLC谐振转换单元连接该功因校正单元，该LLC谐振转换单元包含一变压器，该变压器具有一初级绕组及一次级绕组，该初级绕组包含一第一子绕组及一与该第一子绕组串联的第二子绕组。该检测控制单元连接该稳压电容，该检测控制单元具有一比较电位，并包含一当该稳压电容电位高于该比较电位时导通该第一子绕组与该第二子绕组的第一模式及一当该稳压电容的电位低于该比较电位时仅导通该第一子绕组的第二模式，于该第二模式，该变压器匝数比与该LLC谐振转换单元的电感比改变，该LLC谐振转换单元电压增益提高而延长保持时间。

Description

可延长保持时间的电源供应器
技术领域
本发明涉及一种电源供应器，尤指一种可延长保持时间(Hold-up Time)的电源供应器。
背景技术
现今电源供应器为了因应交流电力源突然中断，均具有交流电力源突然中断仍可持续供电一段时间的功能，以让负载完成必要的储存或控制动作而能安全地关机。前述可持续供电的工作时间即为业界所称的保持时间(Hold-up Time)。然而，随着业界对于供电稳定度的要求提高，电源供应器的保持时间亦被要求延长，现英特尔公司更规范计算机电源供应器于额定功率输出下，必须具有17毫秒以上的保持时间。
延长保持时间的专利技术如CN101420175、TW I562514、TW I542124、TW I439036等。
再者，将LLC谐振转换器应用于电源供应器之中已属纯熟且普及的技术。然而，保持时间的长短分别与设置于功因校正电路的一稳压电容的电容值及LLC谐振转换器的电压增益成正比，但该稳压电容的电容值与该稳压电容的体积成正比，电源供应器存在体积规格的限制，该稳压电容无法随意选用而被局限。
再者，LLC谐振转换器的电感比为变压器激磁电感与谐振电感的比值，电感比越高时，LLC谐振转换器虽具较低的激磁电流，而能降低线路损失，提高LLC谐振转换器效率。但，高电感比存在着低电压增益的问题，使保持时间缩短。相较之下，LLC谐振转换器具有低电感比时因能具体地延长保持时间，但低电感比却有着高激磁电流，衍生高线路损失，导致整体效率下降。另一方面，变压器的匝数比为初级绕组匝数与次级绕组匝数的比值，LLC谐振转换器的电压增益更与变压器的匝数比成反比，降低变压器匝数比虽可提升LLC谐振转换器的电压增益，但也造成了变压器初级侧具较大的线路损失。承此，若提高变压器匝数比以降低变压器初级侧的线路损失，却会衍生不利于LLC谐振转换器的输入电压宽范围变动时的调变设计的问题。
发明内容
本发明的主要目的，在于解决现有架构一旦延长保持时间之后将造成电源供应器效率降低的问题。
为达上述目的，本发明提供一种可延长保持时间的电源供应器，该电源供应器包含一功因校正单元、一LLC谐振转换单元以及一检测控制单元。该功因校正单元包含一稳压电容，该稳压电容通电后具有一稳压电位。该LLC谐振转换单元连接该功因校正单元，该LLC谐振转换单元包含一并联该稳压电容的桥式开关电路，一连接该桥式开关电路的谐振电感，一串联该谐振电感的谐振电容，以及一变压器，该变压器具有一与该谐振电容串联的初级绕组以及一当该初级绕组通电后与该初级绕组产生磁耦合的次级绕组，该初级绕组包含一第一子绕组以及一与该第一子绕组串联的第二子绕组。该检测控制单元连接该稳压电容以接受该稳压电位，该检测控制单元具有一比较电位，并包含一当该稳压电位高于该比较电位时导通该第一子绕组与该第二子绕组的第一模式以及一当该稳压电位低于该比较电位时仅导通该第一子绕组的第二模式，该检测控制单元进入该第二模式时，该变压器匝数比与该LLC谐振转换单元的电感比改变，该LLC谐振转换单元电压增益提高而延长该电源供应器的保持时间。
一实施例中，该第一子绕组具有一第一输入端以及一与该第二子绕组连接的第一输出端，该第二子绕组具有一与该第一输出端连接的第二输入端以及一与该LLC谐振转换单元的电力参考点连接的第二输出端，该检测控制单元具有一连接该第一输出端、该第二输入端与该电力参考点的第一开关，该第一开关于该检测控制单元进入该第二模式时短路该第二子绕组，仅令该第一子绕组导通。
一实施例中，该第一开关为继电器、双载子接面晶体管、场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管、晶体闸流管或可关断晶闸管。
一实施例中，该功因校正单元具有一与该稳压电容串联的热敏电阻，该检测控制单元具有一与该热敏电阻并联的第二开关，该检测控制单元于该第一模式中导通该第二开关而令该热敏电阻短路，该检测控制单元于该第二模式中截止该第二开关而令该热敏电阻可消除进入该功因校正单元的突波电流。
一实施例中，该第二开关为继电器、双载子接面晶体管、场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管、晶体闸流管或可关断晶闸管。
一实施例中，该电源供应器具有一连接该功因校正单元并与一交流电力源连接的整流输入单元。
一实施例中，该电源供应器具有一连接该变压器的该次级绕组的整流输出单元。
通过本发明前述所揭，相较于现有具有以下特点：本发明该电源供应器于须延长保持时间(Hold-up Time)时，同时改变该LLC谐振转换单元的电感比以及该变压器的匝数比，而达到了在不损失该LLC谐振转换单元效率的情况下，仍可延长保持时间的目的。除此之外，本发明该检测控制单元更可将用于突波保护的热敏电阻纳入控制，而使该电源供应器无须增加额外的检测电路，即可同时达到保护整体电路的目的，避免电路复杂化。
附图说明
图1，本发明一实施例单元组成示意图。
图2，本发明一实施例检测控制单元处于第一模式的电路示意图。
图3，本发明一实施例局部电路示意图。
图4，本发明一实施例检测控制单元处于第二模式的电路示意图。
图5，本发明一实施例的稳压电位时序示意图。
其中附图标记为：
100.............电源供应器
10.............功因校正单元
101.............稳压电容
102.............稳压电位
103.............高点电位
104.............低点电位
105.............热敏电阻
11.............LLC谐振转换单元
111.............桥式开关电路
112.............谐振电感
113.............谐振电容
114.............变压器
115.............开关组件
116.............初级绕组
117.............次级绕组
118.............第一子绕组
119.............第二子绕组
120.............第一输入端
121.............第一输出端
122.............第二输入端
123.............电力参考点
124.............第二输出端
13.............检测控制单元
131.............比较电位
132.............第一开关
133.............第二开关
14.............脉波控制单元
15.............交流电力源
16.............整流输入单元
17.............整流输出单元
20.............保持时间
具体实施方式
本发明详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下：
请参阅图1至图5，本发明提供一种可延长保持时间的电源供应器100，该电源供应器100至少包含一功因校正单元10、一LLC谐振转换单元11以及一检测控制单元13。其中，该功因校正单元10即为业界所指PFC电路(Power Factor Correction Circuit)，进一步来说，该功因校正单元10可以交错式功因校正电路、无桥式功因校正电路或其他具功因调整功能的电路实施。又，该功因校正单元10包含一稳压电容101，该功因校正单元10于接受电力时，该稳压电容101通电而具有一稳压电位102，该稳压电位102会随该功因校正单元10是否取得电力工作而改变，当该功因校正单元10正常取得电力时，该稳压电容101将充电，最后保持于一高点电位103，反之，当该功因校正单元10无法取得工作所需电力时，该稳压电容101开始放电，而令该稳压电位102开始下降。复请参阅图5，当该稳压电位102下降至一低点电位104，该稳压电位102已无法使该LLC谐振转换单元11维持正常的输出电压来让负载完成必要的储存或控制，而安全地关机。再者，本文所称保持时间20(Hold-up Time)即指该稳压电位102由该高点电位103放电至该低点电位104的时间。
再者，该LLC谐振转换单元11连接该功因校正单元10，以接受该功因校正单元10传递的电力。该LLC谐振转换单元11包含一并联该稳压电容101的桥式开关电路111，一连接该桥式开关电路111的谐振电感112，一串联该谐振电感112的谐振电容113，以及一变压器114。其中，该桥式开关电路111可为半桥式开关电路或为全桥式开关电路，本文图式虽以半桥式开关举例，但并不用以限制本案。又，该电源供应器100更可具有一连接该桥式开关电路111的脉波控制单元14，该脉波控制单元14于该电源供应器100启动时分别向该桥式开关电路111所属的复数开关组件115输出一驱动讯号，令该些开关组件115根据该驱动讯号工作。
另一方面，复请参阅图2及图3，该变压器114具有一与该谐振电容113串联的初级绕组116以及一当该初级绕组116通电后与该初级绕组116产生磁耦合的次级绕组117。又，该初级绕组116与该次级绕组117分别绕设于一铁芯(图中未示)，该初级绕组116与该次级绕组117是藉由该铁芯产生磁耦合。进一步地，本发明是以该谐振电感112、该谐振电容113以及该变压器114的该初级绕组116完成LLC谐振转换单元11。又，本发明该变压器114是应用串联夹层式绕法来绕制该初级绕组116，而令该初级绕组116具有多个出线节点，亦即该初级绕组116包含一第一子绕组118及一与该第一子绕组118串联的第二子绕组119。更具体说明，该第一子绕组118具有一第一输入端120以及一与该第二子绕组119连接的第一输出端121，该第二子绕组119具有一与该第一输出端121连接的第二输入端122以及一与该LLC谐振转换单元11的电力参考点123连接的第二输出端124。其中，该电力参考点123为该LLC谐振转换单元11的基准电位，一实施例中，该电力参考点123可视为接地(GND)。
再者，该检测控制单元13连接该稳压电容101以取得该稳压电位102，此外，该检测控制单元13更连接该初级绕组116，以根据该稳压电位102来控制该第一子绕组118及该第二子绕组119的导通状态。该检测控制单元13可以微芯片(MCU)、比较电路或其他可达到检测控制的电路方案，该检测控制单元13可以该电源供应器100产生的常备电力(5VSB)工作或是利用该电源供应器100内部产生而可作为该检测控制单元13工作电力来运作。又，该检测控制单元13具有一比较电位131，该比较电位131是实施前已设定完成，该比较电位131被设定为须小于该电源供应器100能从一交流电力源15正常取得电力时该稳压电容101的该稳压电位102(即该比较电位131须低于该稳压电位102的该高点电位103)，此外，该比较电位131亦须被设定为大于该稳压电容101无法使该LLC谐振转换单元11维持正常的输出电压至负载时的该稳压电位102(即该比较电位131须高于该稳压电位102的该低点电位104)，该比较电位131的电位值可根据实际需求进行调整，于此不予限制。承上，该检测控制单元13包含一当该稳压电位102高于该比较电位131时导通该第一子绕组118与该第二子绕组119的第一模式以及一当该稳压电位102低于该比较电位131时仅导通该第一子绕组118的第二模式。更具体说明，该检测控制单元13具有一连接该第一输出端121、该第二输入端122与该电力参考点123的第一开关132，该第一开关132于该检测控制单元13进入该第二模式时短路该第二子绕组119，仅令该第一子绕组118导通。进一步地，该第一开关132为继电器(Relay)、双载子接面晶体管(BJT)、场效应晶体管(FET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、晶体闸流管(SCR)或可关断晶闸管(GTO)。
复请参阅图2及图5，于此遂先以该功因校正单元10可从该交流电力源15正常取得电力进行工作的状态进行说明。于此状态中，该稳压电容101正常接受电力，该稳压电位102大于该比较电位131，该检测控制单元13进入该第一模式，该第一开关132处于断路的状态，而令该第一子绕组118与该第二子绕组119均导通。此时，该初级绕组116的匝数等于该第一子绕组118的匝数加上该第二子绕组119的匝数。另一方面，并请参阅图4及图5，当该电源供应器100无法从该交流电力源15正常取得电力时，该稳压电容101开始放电，该稳压电位102逐渐下降。同时，一旦该稳压电位102低于该比较电位131，该检测控制单元13即由第一模式切换至第二模式，该第一开关132导通而使该第一输出端121、该第二输入端122与该电力参考点123连接，该第二子绕组119因此被短路，使该初级绕组116的匝数等于该第一子绕组118的匝数。如此一来，除了该变压器114的匝数比降低之外，该LLC谐振转换单元11的电感比亦随着降低，使该LLC谐振转换单元11的电压增益提高，令该电源供应器100可延长输出电力的时间，而达到延长该电源供应器100保持时间的目的，令与该电源供应器100连接的电子组件有较多时间可进行正常地关机程序。除此之外，本发明如此实施更保留了该LLC谐振转换单元11于第一模式操作下的高效率。
复请参阅图2及图4，为避免该交流电力源15恢复瞬间所产生的突波电流(又称浪涌电流)。一实施例中，该功因校正单元10具有一与该稳压电容101串联的热敏电阻105，该检测控制单元13具有一与该热敏电阻105并联的第二开关133，而该第二开关133亦可为继电器(Relay)、双载子接面晶体管(BJT)、场效应晶体管(FET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、晶体闸流管(SCR)或可关断晶闸管(GTO)。该第二开关133接受该检测控制单元13的控制，该第二开关133导通时该热敏电阻105将处于短路的状态，而当该第二开关133截止时该热敏电阻105将处于未短路的状态。进一步来说，该检测控制单元13在该第一模式中导通该第二开关133而令该热敏电阻105短路以降低线路损失，该检测控制单元13于该第二模式中截止该第二开关133，而令该热敏电阻105可消除进入该功因校正单元10的突波电流。藉此，该电源供应器100即无须增加额外的检测电路，即可同时达到保护整体电路的目的，避免电路复杂化。再者，本发明所揭该热敏电阻105虽与该稳压电容101串联，但并不以图式所揭位置为限。
复请参阅图1及图2，该电源供应器100除可包含前述单元之外，更可具有一连接该功因校正单元10并与该交流电力源15连接的整流输入单元16，以及一连接该变压器114的该次级绕组117的整流输出单元17。再者，一实施例中，如该功因校正单元10是以无桥式功因校正电路，该电源供应器100将无须设置该整流输入单元16。承上，该整流输出单元17更可包含电力调变的功能，如同步整流技术，以令该电源供应器100可输出ATX规格电源。

Claims (7)

1.一种可延长保持时间的电源供应器，其特征在于，包含：
一功因校正单元，包含一稳压电容，该稳压电容通电后具有一稳压电位；该稳压电位随该功因校正单元是否取得电力工作而改变，当该功因校正单元正常取得电力时，该稳压电容将充电，并保持于一高点电位，当该功因校正单元无法取得工作所需电力时，该稳压电容开始放电，令该稳压电位开始下降至一低点电位；
一LLC谐振转换单元，连接该功因校正单元，该LLC谐振转换单元包含一并联该稳压电容的桥式开关电路，一连接该桥式开关电路的谐振电感，一串联该谐振电感的谐振电容，以及一变压器，该变压器具有一与该谐振电容串联的初级绕组以及一当该初级绕组通电后与该初级绕组产生磁耦合的次级绕组，该初级绕组包含一第一子绕组以及一与该第一子绕组串联的第二子绕组；以及
一检测控制单元，连接该稳压电容以接受该稳压电位及该初级绕组，以根据该稳压电位控制该第一子绕组及该第二子绕组的导通状态，该检测控制单元具有一比较电位，该比较电位须低于该稳压电位的该高点电位并须高于该稳压电位的该低点电位，其中，该检 测控制单元包含一当该稳压电位高于该比较电位时导通该第一子绕组与该第二子绕组的第一模式以及一当该稳压电位低于该比较电位时仅导通该第一子绕组的第二模式，该检测控制单元进入该第二模式时，该变压器匝数比与该LLC谐振转换单元的电感比改变，该LLC谐振转换单元电压增益提高而延长该电源供应器的保持时间。
2.如权利要求1所述可延长保持时间的电源供应器，其特征在于，该第一子绕组具有一第一输入端以及一与该第二子绕组连接的第一输出端，该第二子绕组具有一与该第一输出端连接的第二输入端以及一与该LLC谐振转换单元的电力参考点连接的第二输出端，该检测控制单元具有一连接该第一输出端、该第二输入端与该电力参考点的第一开关，该第一开关于该检测控制单元进入该第二模式时短路该第二子绕组，仅令该第一子绕组导通。
3.如权利要求2所述可延长保持时间的电源供应器，其特征在于，该第一开关为继电器、双载子接面晶体管、场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管、晶体闸流管或可关断晶闸管。
4.如权利要求1至3任一所述可延长保持时间的电源供应器，其特征在于，该功因校正单元具有一与该稳压电容串联的热敏电阻，该检测控制单元具有一与该热敏电阻并联的第二开关，该检测控制单元于该第一模式中导通该第二开关而令该热敏电阻短路，该检测控制单元于该第二模式中截止该第二开关而令该热敏电阻可消除进入该功因校正单元的突波电流。
5.如权利要求4所述可延长保持时间的电源供应器，其特征在于，该第二开关为继电器、双载子接面晶体管、场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管、晶体闸流管或可关断晶闸管。
6.如权利要求4所述可延长保持时间的电源供应器，其特征在于，该电源供应器具有一连接该功因校正单元并与一交流电力源连接的整流输入单元。
7.如权利要求6所述可延长保持时间的电源供应器，其特征在于，该电源供应器具有一连接该变压器的该次级绕组的整流输出单元。
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