CN112117920A - 电源供应器及其控制方法及电源供应系统 - Google Patents

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Abstract

一种电源供应器，包含：输入级转换电路，用于将输入电压转换为第一中间电压；辅助电路，经由第一电容耦接至输入级转换电路，并接收施加于第一电容上的第一中间电压，其包括第一辅助支路以及与第一辅助支路并联连接的第二辅助支路，当第二辅助支路不工作时，第一辅助支路工作；当第二辅助支路工作时，第一辅助支路不工作；输出级转换电路，经由第二电容耦接至辅助电路，并接收施加于第二电容上的第二中间电压，并将第二中间电压转换为输出电压；其中，当负载在轻载状态与重载状态切换时，控制电路检测第一中间电压和第二中间电压，并将第一中间电压和第二中间电压分别与第一阈值和第二阈值进行比较，根据比较结果控制辅助电路的工作状态。

Description

电源供应器及其控制方法及电源供应系统
技术领域
本申请涉及一种电源供应器及电源供应系统，尤其涉及一种为大动态负载供电的且提升功率密度的电源供应器及其控制方法及电源供应系统。
背景技术
服务器大量运用在数据库的浮点运算及并行计算等方面，其中电源供应器为服务器进行供电，是不可或缺的重要部分。由于近来服务器的运算数据量及指令周期要求越来越高，使得电源供应器需要具有更高的动态变化率及更高的峰值功率。
传统电源供应器具有前级电路及后级电路，前级电路接收输入电压并进行整流，后级电路接收前级电路所输出的电压并进行转换，以提供至负载。然而，传统电源供应器在负载具有大动态变化率(负载经常在轻载状态和重载状态之间跳变)的情况下不能进行快速响应。例如，负载从轻载状态跳变到重载状态，由于前级电路的动态响应速度较慢，使得前级电路所输出的电压大幅降低，从而后级电路所接收的电压降低，造成后级电路的输入电流大幅升高，如果后级电路是LLC谐振电路，则谐振电容电压和谐振电流都会大幅升高，使得后级电路中的电子组件，例如电感及电容等，必须具有高耐压和高耐流特性，如此一来，将导致传统电源供应器的成本上升且功率密度下降。同时因为一些后级电路拓扑的最大增益限制，后级电路输入电压的大幅降低会导致后级输出电压的跌落。
因此，如何发展一种克服上述缺点的电源供应器及其控制方法及电源供应系统，实为目前迫切的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电源供应器及其控制方法及电源供应系统，以解决传统电源供应器成本上升且功率密度下降的问题。
为达上述目的，本发明的一示例性实施例为提供一种电源供应器，包含输入级转换电路、辅助电路、输出级转换电路以及控制电路。输入级转换电路用于将输入电压转换为第一中间电压并施加于第一电容上。辅助电路经由第一电容电性耦接至输入级转换电路的输出端，并且辅助电路包括：第一辅助支路和第二辅助支路，第二辅助支路与第一辅助支路并联连接，并且当第二辅助支路不工作时，第一辅助支路工作；当第二辅助支路工作时，第一辅助支路不工作。输出级转换电路经由第二电容电性耦接至辅助电路，第二电容跨接于辅助电路的输出端并对应于第二中间电压，输出级转换电路用于将第二中间电压转换为输出电压。控制电路，电性耦接至输入级转换电路、辅助电路及输出级转换电路，其中，当负载在轻载状态与重载状态切换时，控制电路用于检测第一中间电压和第二中间电压，并将第一中间电压和第二中间电压分别与第一阈值和第二阈值进行比较，根据比较结果控制辅助电路的工作状态。
为达上述目的，本发明的另一示例性实施例为提供一种电源供应系统，包含多个电源供应器。多个电源供应器的输出端之间相互并联连接并为至少一大动态负载供电。每一电源供应器包含输入级转换电路、辅助电路、输出级转换电路以及控制电路。输入级转换电路用于将输入电压转换为第一中间电压并施加于第一电容上。辅助电路经由第一电容电性耦接至输入级转换电路的输出端，并且辅助电路包括：第一辅助支路和第二辅助支路，第二辅助支路与第一辅助支路并联连接，并且当第二辅助支路不工作时，第一辅助支路工作；当第二辅助支路工作时，第一辅助支路不工作。输出级转换电路经由第二电容电性耦接至辅助电路，第二电容跨接于辅助电路的输出端并对应于第二中间电压，输出级转换电路用于将第二中间电压转换为输出电压。控制电路，电性耦接至输入级转换电路、辅助电路及输出级转换电路，其中，当负载在轻载状态与重载状态切换时，控制电路用于检测第一中间电压和第二中间电压，并将第一中间电压和第二中间电压分别与第一阈值和第二阈值进行比较，根据比较结果控制辅助电路的工作状态。
为达上述目的，本发明的另一示例性实施例为提供一种控制方法，适用于为大动态负载供电的电源供应器，电源供应器包含输入级转换电路、辅助电路及输出级转换电路。输入级转换电路用于将输入电压转换为第一中间电压并施加于第一电容上。辅助电路经由第一电容电性耦接至输入级转换电路的输出端，并且辅助电路包括：第一辅助支路和第二辅助支路，第二辅助支路与第一辅助支路并联连接，并且当第二辅助支路不工作时，第一辅助支路工作；当第二辅助支路工作时，第一辅助支路不工作。输出级转换电路经由第二电容电性耦接至辅助电路，第二电容跨接于辅助电路的输出端并对应于第二中间电压，输出级转换电路用于将第二中间电压转换为输出电压。控制方法包含以下步骤。首先，检测第一中间电压及第二中间电压。接著，根据第一中间电压及第二中间电压控制辅助电路的工作状态；其中，当负载在轻载状态与重载状态切换时，将第一中间电压和第二中间电压分别与第一阈值和第二阈值进行比较，并根据比较结果控制辅助电路的工作状态。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的电源供应器的电路结构框图。
图2为本发明图1所示的电源供应器的电压时间曲线图。
图3为本发明较佳实施例的电源供应器的电路结构示意图。
图4为本发明较佳实施例的电源供应器的电路结构示意图。
图5为包含多个图1所示的电源供应器的本发明较佳实施例的电源供应系统的电路结构示意图。
图6为应用于图1所示的电源供应器的第一较佳实施例的控制方法的流程图。
图7为应用于图1所示的电源供应器的第二较佳实施例的控制方法的流程图。
图8为应用于图1所示的电源供应器的第三较佳实施例的控制方法的流程图。
图9为应用于图1所示的电源供应器的第四较佳实施例的控制方法的流程图。
附图标记说明：
1：电源供应器
P：输入电源
L：负载
10：输入级转换电路
11：第一电容
12：辅助电路
13：第二辅助支路
131：输入端
132：输出端
133：电感
134：开关
135：二极管
233：第一电感
234：开关
235：二极管
236：电容
237：第二电感
14：第二电容
15：第一辅助支路
16：输出级转换电路
17：控制电路
Vbn：所需的输入电压
Vbmin：最小输入电压
Vcth1：第一阈值
t0-t3：时间
2：电源供应系统
S0～S102：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方案中具有各种的变化，然而其均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，而非限制本发明。
请参阅图1，图1为本发明较佳实施例的电源供应器的电路框图。如图所示，本发明的电源供应器1电连接于输入电源P及至少一负载L之间，且包含输入级转换电路10、第一电容11、辅助电路12、第二电容14、输出级转换电路16及控制电路17。
输入级转换电路10可为但不限为功率因素校正电路，且电连接于输入电源P及第一电容11之间，架构于接收并转换输入电源P所提供的输入电压，以对第一电容11进行充电，并通过第一电容11提供第一中间电压。
辅助电路12电连接于第一电容11及第二电容14之间。其中，辅助电路包括第一辅助支路15和第二辅助支路13，并且第一辅助支路15与第二辅助支路13并联连接。第一辅助支路15的一端电连接于第一电容11的第一端，另一端电连接于第二电容14的第一端。第二辅助支路13电连接于第一电容11及第二电容14之间，且具有输入端131及输出端132，输入端131与输入级转换电路10及第一电容11电连接，输出端132与第二电容14电连接，第二辅助支路13架构于接收第一电容11所提供的第一中间电压，并于工作时对第一中间电压进行升压，以对第二电容14进行充电，并通过第二电容14提供第二中间电压。
第一辅助支路15与第二辅助支路13并联连接，且电连接于第一电容11及第二电容14之间，并电连接于输入级转换电路10及输出级转换电路16之间。第一辅助支路15用于在第二辅助支路13不工作时进行工作，以旁路第二辅助支路13，借此输入级转换电路10经由第一电容11所提供的第一中间电压可利用第一辅助支路15输出至第二电容14，并通过第二电容14提供第二中间电压，而当第二辅助支路13工作时，第一辅助支路15则不工作。
输出级转换电路16可为传统DC-DC变换电路，例如不限为LLC电路，且输出级转换电路16的输入端与第二辅助支路13、第二电容14及第一辅助支路15电连接，输出级转换电路16的输出端与负载L电连接，输出级转换电路16接收第二电容14所提供的第二中间电压并转换为输出电压，以为至少一负载L供电。其中，负载L为大动态的负载，例如负载L可为但不限为GPU。
控制电路17与输入级转换电路10、第一电容11、第二电容14、辅助电路12及输出级转换电路16电性耦接，架构于检测第一电容11所提供的第一中间电压、第二电容14所提供的第二中间电压，并依据检测结果对应控制第二辅助支路13及第一辅助支路15的工作状态。于一些实施例中，在正常工作状态下，控制电路17控制第二辅助支路13不工作，此时第一辅助支路15工作以旁路第二辅助支路13，此时，第一辅助支路15将第一电容11所提供的第一中间电压输出至第二电容14，并通过第二电容14提供第二中间电压至输出级转换电路16。然而例如当负载L由轻载状态跳变为重载状态，第一电容11开始放电，第一电容11两端的电压开始下降，由于输入级转换电路10的控制环路比较慢，因此第一电容11两端的电压会下降较多，无法为输出级转换电路16提供足够电压。因此，当控制电路17检测到第一电容11上的第一中间电压小于第一阈值Vcth1时，控制电路17控制第二辅助支路13开始工作。此时，第二辅助支路13将第一中间电压升压，以在第二电容14上产生升压的第二中间电压，从而可以使得第二中间电压在负载L由轻载状态跳变为重载状态时可被控制在一预设电压范围内而不会有大幅度降低的情况发生。在一些实施例中，轻载状态可以为额定负载的30％以下，甚至更少，例如20％、10％或5％，而重载状态可以是额定负载的50％以上，甚至更多，例如70％或90％。在一些极端情况下，重载甚至能够达到200％额定负载。
于一些实施例中，第一辅助支路15可为但不限为不控开关器件或者可控开关器件，例如第一辅助支路15可为二极管，或者例如第一辅助支路15可以为IGBT、MOSFET或者其他开关器件。当第一辅助支路15为二极管时，其不需要控制电路17的控制，例如当第二辅助支路13工作开始进行升压工作，第二电容14上的第二中间电压高于第一电容11上的第一中间电压，此时第一辅助支路15自动关断。当第一辅助支路15为受控开关管时，其需要受控制电路17的控制才能实现开通与关断。其中，当电源供应器1正常工作时，第一辅助支路15工作而旁路第二辅助支路13，此时，第一电容11上的第一中间电压与第二电容14上的第二中间电压之间的电压差为第一辅助支路15的压降，例如为二极管的压降，此压降很小，可以近似认为第一中间电压等于第二中间电压。在一些实施例中，控制电路17检测到第一中间电压小于等于第一阈值Vcth1，且第二中间电压小于等于第一阈值Vcth1时，控制电路17控制第二辅助支路13投入工作状态。在一些实施例中，第一阈值Vcth1可以设为输出级转换电路16正常工作时输入电压的百分之85％，甚至更低，本发明对此不做限制。
由上可知，本发明的电源供应器1设置了并联连接的第一辅助支路15及第二辅助支路13，故控制电路17可在负载L于轻载状态跳变为重载状态，且检测到第一中间电压小于第一阈值Vcth1，且第二中间电压小于等于第一阈值Vcth1时，控制第二辅助支路13工作而第一辅助支路15不工作，以将第二电容14所提供的第二中间电压控制在预设电压范围内。在整个工作过程中，输出级转换电路16所接收的输入电压跨度非常小，可以降低输出级转换电路16的峰值电流和电压应力。因此，输出级转换电路16中的电子组件可选用耐流和耐压较低但成本相对便宜的电子组件，故本发明的电源供应器1具有成本较低且提升功率密度的优势，此外，由于第二电容14所提供的第二中间电压并不会因负载L的负载量变化而产生较大变化，因此本发明的电源供应器1的整体动态响应速度也较为提升。尤其是，因为第二电容14上的第二中间电压控制在预设电压范围内，使得输出级转换电路16的输出电压亦可维持在一个较高的电压，因此输出级转换电路16的谐振电流及谐振电压会大幅降低。
于上述实施例中，当第二辅助支路13工作时，控制电路17进一步计算第二辅助支路13工作的持续期间，以当第二辅助支路13工作的持续期间大于或者等于一时间阈值tmax时，控制第二辅助支路13停止工作，因此可避免第二辅助支路13工作时间过长而对第二辅助支路13内部的电子组件造成损耗。进一步，当第二辅助支路13开始工作后，此时负载L又从重载状态跳变为轻载状态，由于负载大幅减小，可能导致第二电容14上的第二中间电容大幅上升。因此，控制电路17还可提供过压保护，从而预设有第二阈值Vcth2。控制电路17检测到第二电容14所提供的第二中间电压大于或等于第二阈值Vcth2时，判断第二中间电压已超过输出级转换电路16可能承受的最大电压(即过压保护阈值电压)时，控制电路17控制输入级转换电路10及辅助电路12均停止工作，从而以第二电容14上现有的电压为输出级转换电路16供电。在一些实施例中，第二阈值Vcth2例如可以选择输出级转换电路16额输入定电压的110％，甚至更高，本发明对此不做限制。
进一步，在一些实施例中，控制电路17还预设一第三阈值Vcth3，当控制电路17检测到第一电容11所提供的第一中间电压小于或等于第三阈值Vcth3，或者当控制电路17检测到第二电容14所提供的第二中间电压小于或等于第三阈值Vcth3，判断此时第一中间电压或第二中间电压已低于输出级转换电路16的临界电压(欠压保护阈值电压)时，控制电路17关闭输入级转换电路10、辅助电路12及输出级转换电路16，进而使得电源供应器1停止工作。在一些实施例中，第三阈值Vcth3可以选择输出级转换电路16额定输入电压的70％，甚至更低，本发明对此不做限制。进一步，第一阈值Vcth1、第二阈值Vcth2以及第三阈值Vcth3的大小关系为第三阈值Vcth3远小于第一阈值Vcth1，且第一阈值Vcth1小于第二阈值Vcth2。
请参阅图2并配合图1，其中图2为本发明图1所示的电源供应器的电压时间示意性曲线图。如图所示，于时刻t0至时刻t1之间时，电源供应器1正常工作，例如负载L系工作于轻载状态，此时第二辅助支路13不工作且第一辅助支路15工作，此时第一中间电压及第二中间电压之间仅相差一个第一辅助支路15例如二极管的压降，因此第一中间电压几乎相等于第二中间电压，且第一中间电压及第二中间电压系作用于电源供应器1正常工作时输出级转换电路16所需的输入电压Vbn。于t1时刻，负载L由轻载跳变到重载状态，第一电容11和第二电容14都开始放电，第一中间电压及第二中间电压都开始下降。当电压下降到第一阈值Vcth1，即t2时刻，控制电路17检测到第一电容11上的第一中间电压小于第一阈值Vcth1且第二电容14上的第二中间电压小于第一阈值Vcth1，控制电路17控制第二辅助支路13开始工作，使得第二中间电压升压至输出级转换电路16所需的输入电压Vbn，使得输出级转换电路16可正常工作。由于输入级转换电路10的控制环路较慢，第一中间电压则是缓慢调整至输出级转换电路16所需的输入电压Vbn。此时，控制电路17可以控制第二辅助支路13停止工作，由第一辅助支路15开始工作为输出级转换电路16提供输入电压Vbn。另一方面，控制电路17会计算第二辅助支路13工作的持续期间，例如计算t1到t2的时间，当第二辅助支路13工作的持续期间大于或者等于一时间阈值tmax时，控制电路17也会控制第二辅助支路13停止工作，避免第二辅助支路13工作时间过长。
由于本发明的电源供应器1包含辅助电路12，使得电源供应器1在正常工作时，经由第一辅助支路15为输出级转换电路16供电，当负载从轻载切到重载时，由第二辅助支路13升压为输出级转换电路16供电，维持第二中间电压在预设范围内，因此与第一电容11相比，第二电容14可选择电容容量相对较小的电容。即使第一电容11上的第一中间电压低于输出级转换电路16所需的最小输入电压Vbmin时，输出级转换电路16亦可利用第二电容14上的第二中间电压进行工作。此外，于本实施例中，第一阈值Vcth1大于输出级转换电路16所需的最小输入电压Vbmin，且第一阈值Vcth1小于输出级转换电路16正常工作所需的输入电压Vbn。而第二阈值Vcth2大于输出级转换电路16所需的输入电压Vbn，且第三阈值Vcth3小于输出级转换电路16所需的最小输入电压Vbmin。
此外，由于负载L是波动的，会经常从轻载切换到重载或者从重载切换到轻载，第二电容14会需要充放电从而会产生很大纹波电压和电流，因此考虑电容的使命问题以及纹波电压电流的影响，第二电容14一般选择容量较大的电解电容。在一些实施例中，第二电容14包括多个并联的电解电容来满足纹波电流的要求。
在一些实施例中，如图3所示，第二辅助支路13包含第一电感233和第二电感237、一开关234、一电容236以及一二极管235，第一电感233的第一端与第一电容11的第一端电连接，第一电感233的第二端与开关234的第一端及电容236的第一端电连接，电容236的第二端与二极管235的阳极以及第二电感237的第一端电性连接，二极管235的阴极与第二电容14的第一端电性连接，开关234的第二端与第二电感237的第二端接地，并且开关234的第二端与第一电容11的第二端以及第二电容14的第二端电性连接，第二电感237的第二端与第一电容11的第二端以及第二电容14的第二端电性连接。其中，当开关234导通时，第一电容11、第一电感233以及开关234形成一回路，电容236、第二电感237以及开关234形成另一回路，第一电感233和第二电感237同时储能。开关234断开时，第一电容11、第一电感233、电容236、二极管235以及第二电容14形成回路，同时第二电感237、二极管235以及第二电容14形成回路，第一电感233和第二电感237同时释放能量。其中，第一辅助支路15与第二辅助支路13中串联后的第一电感233、电容236以及二极管235并联连接。
进一步，在另一些实施例中，第二辅助支路13为升压电路，如图4所示，第二辅助支路13更包含一电感133、一开关134及一二极管135，电感133的第一端与第一电容11的第一端电连接，电感133的第二端与开关134的第一端及二极管135的阳极电连接，二极管135的阴极电性耦接至第二电容14的第一端，开关134的第二端接地，并且开关134的第二端与第一电容11的第二端以及第二电容14的第二端电性耦接。其中，当开关134导通时，电感133储能；当开关134关断时，第一电容11和电感133同时为后级供电。其中，第一辅助支路15与第二辅助支路13中串联后的电感133以及二极管135并联连接。对于第二辅助支路13还可以采用其他已知的升压电路，对于具体电路结构本发明并不以此为限。
而为了满足负载L更高的功率需求，更可使用多个电源供应器1来构成电源供应系统而对负载L进行供电，请参阅图5，图5为包含多个图1所示的电源供应器的本发明较佳实施例的电源供应系统的电路结构示意图。如图所示，本发明的电源供应系统2包含多个如图1所示的电源供应器1，且多个电源供应器1的输出端之间相互并联连接，使多个电源供应器1为至少一负载L供电。其中，负载L在轻载状态与重载状态切换时，每一电源供应器1的控制电路17用于检测各自第一中间电压和第二中间电压，并将第一中间电压和第二中间电压分别与第一阈值Vcth1和第二阈值Vcth2进行比较，根据比较结果控制各自辅助电路12的工作状态。例如，于轻载切换到重载状态下工作时，每一电源供应器1根据自身情况控制第二辅助支路13进行工作，维持其第二电容14上的电压。另外为了减小每一电源供应器1的输出电压纹波，且为了提升多个电源供应器1之间相互并联时的均流精度，本实施例的第二电容14较佳地可选择电容容量较大的电解电容，然不以此为限。
请参阅图6，图6为应用于图1所示的电源供应器的第一较佳实施例的控制方法的流程图。如图所示，先执行步骤S0，检测第一中间电压、第二中间电压。执行步骤S1，第一中间电压和第二中间电压分别与第一阈值Vcth1、第二阈值Vcth2进行比较，根据比较结果控制辅助电路12的工作状态。具体的，步骤S2，当负载L于轻载切换为重载时，判断第一中间电压和第二中间电压是否都小于或者等于第一阈值Vcth1。如步骤S2判断为是，即第一中间电压低于第一阈值Vcth1且第二中间电压低于第一阈值Vcth1时，执行步骤S31，控制第二辅助支路13投入工作而第一辅助支路15不工作。进一步，启动第二辅助支路13后，控制电路17通过控制第二辅助支路13中开关的通断使得第二中间电压维持在预设电压范围内。如步骤S2判断为否，即第一中间电压或者第二中间电压大于第一阈值时，则执行步骤S32，控制第一辅助支路15继续工作，而第二辅助支路13不工作，即不启动第二辅助支路13。
于一些实施例中，本发明的控制方法的步骤S31后更包含下列步骤，请参阅图7，图7为应用于图1所示的电源供应器的第二较佳实施例的控制方法的流程图。如图所示，当执行完步骤S31后执行步骤S4，计算第二辅助支路13工作的持续期间，并判断第二辅助支路13工作的持续期间是否大于或者等于时间阈值tmax，如步骤S4判断为是，即第二辅助支路13工作的持续期间大于或者等于时间阈值tmax时执行步骤S51，关闭第二辅助支路13。此时第一辅助支路15工作旁路第二辅助支路13。如步骤S4判断为否，即第二辅助支路13工作的时间长度小于时间阈值tmax时执行步骤S52，则控制第二辅助支路13继续工作，第一辅助支路15不工作。另一方面，当第二辅助支路13工作后，此时负载L有可能又从重载状态切回至轻载状态，此时，还可以执行步骤S6，判断第二中间电压是否大于或者等于第二阈值Vcth2，如步骤S6判断为是，即第二中间电压大于或等于第二阈值Vcth2时执行步骤S7，控制输入级转换电路10及辅助电路12均不工作。
请参阅图8，图8为应用于图1所示的电源供应器的第三较佳实施例的控制方法的流程图。如图所示，首先执行步骤S8，判断第二中间电压是否大于或等于第二阈值，如步骤S8判断为是，即第二输出电压大于或等于第二阈值时执行步骤S91，控制输入级转换电路10及辅助电路12均不工作。如步骤S5判断为否，即第二中间电压小于第二阈值时执行步骤S62，控制输入级转换电路10及辅助电路12继续工作。需要说明的是，本发明中对第二中间电压与第二阈值Vcth2的比较是在整个工作过程中都进行的，即只要控制电路17检测到第二中间电压大于或者等于第二阈值Vcth2，即关闭输入级转换电路10及辅助电路12均不工作。
请参阅图9，图9为应用于图1所示的电源供应器的第四较佳实施例的控制方法的流程图。如图所示，首先执行步骤S10，判断第一中间电压是否小于或等于第三阈值Vcth3，或者第二中间电压是否小于或等于第三阈值Vcth3，如步骤S10判断为是，即第一中间电压小于或等于第三阈值Vcth3，或者第二中间电压小于或等于第三阈值Vcth3时执行步骤S101，关闭输入级转换电路10、辅助电路12及输出级转换电路16，使得电源供应器1不工作。如步骤S10判断为否，即第一中间电压大于第三阈值且第二中间电压大于第三阈值时执行步骤S102，控制输入级转换电路10、辅助电路12及输出级转换电路16按原先控制继续工作，使得电源供应器1继续工作。
综上所述，本发明的电源供应器设置了并联连接的第一辅助支路及第二辅助支路，故控制电路可在负载于轻载状态跳变为重载状态，且检测到第一中间电压小于等于第一阈值且第一中间电压小于等于第一阈值时，控制第二辅助支路工作而第一辅助支路不工作，以将第二电容所提供的第二中间电压控制在预设电压范围内，因此输出级转换电路中的电子组件可选用耐流较低但成本相对便宜的电子组件，故本发明的电源供应器具有成本较低且提升功率密度的优势，此外，由于第二电容所提供的第二中间电压并不会因负载的负载量变化而产生较大变化，因此本发明的电源供应器的整体动态响应速度也较为提升。更甚者，因为第二电容上的第二中间电压控制在预设电压范围内，使得输出级转换电路所输出的第三输出电压亦可维持在一个较高的电压，因此输出级转换电路的谐振电流及谐振电压会大幅降低。

Claims (26)

1.一种电源供应器，适于将一输入电压转换为一输出电压以提供至一大动态负载，包含：
一输入级转换电路，用于将所述输入电压转换为一第一中间电压；
一辅助电路，经由一第一电容电性耦接至所述输入级转换电路的输出端，所述第一中间电压施加于所述第一电容，其中所述辅助电路包括：
一第一辅助支路；以及
一第二辅助支路，与所述第一辅助支路并联连接，当所述第二辅助支路不工作时，所述第一辅助支路工作；当所述第二辅助支路工作时，所述第一辅助支路不工作；
一输出级转换电路，经由一第二电容电性耦接至所述辅助电路，所述第二电容跨接于所述辅助电路的输出端并对应于一第二中间电压，所述输出级转换电路用于将所述第二中间电压转换为所述输出电压；以及
一控制电路，电性耦接至所述输入级转换电路、所述辅助电路及所述输出级转换电路，其中，当所述负载在轻载状态与重载状态切换时，所述控制电路用于检测所述第一中间电压和所述第二中间电压，并将所述第一中间电压和所述第二中间电压分别与一第一阈值和一第二阈值进行比较，根据比较结果控制所述辅助电路的工作状态。
2.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，当所述第一中间电压小于或者等于所述第一阈值，且所述第二中间电压小于或者等于所述第一阈值时，所述控制电路控制所述第二辅助支路投入工作状态。
3.根据权利要求2所述的电源供应器，其特征在于，当所述第二辅助支路开始工作时，所述控制电路用于计算所述第二辅助支路工作的一持续期间，并将所述持续期间与一时间阈值进行比较，并在所述持续期间大于或者等于所述时间阈值时，关闭所述第二辅助支路。
4.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，当所述第二辅助支路开始工作时，所述控制电路用于检测所述第一中间电压和所述第二中间电压，并且在所述第二中间电压大于或者等于所述第二阈值时关闭所述输入级转换电路和所述辅助电路。
5.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述控制电路用于检测所述第一中间电压和所述第二中间电压，并且在所述第一中间电压小于或者等于一第三阈值，或者所述第二中间电压小于或者等于所述第三阈值时，关闭所述输入级转换电路、所述辅助电路以及所述输出级转换电路。
6.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述第二电容是电解电容。
7.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述第二电容包括多颗并联的电解电容。
8.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述第一辅助支路为可控开关器件或不可控开关器件。
9.根据权利要求8所述的电源供应器，其特征在于，所述第一辅助支路为二极管。
10.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述第二辅助支路包括两个电感、一开关、一二极管以及一电容，其中，
所述第一电感的第一端电性耦接至所述第一电容的一端，所述开关的第一端电性耦接至所述第一电感的第二端，所述开关的第二端电性耦接至所述第一电容的另一端，所述电容的第一端耦接至所述第一电感的第二端以及所述开关的第一端，所述电容的第二端耦接至所述二极管的阳极以及所述第二电感的第一端，所述二极管的阴极电性耦接至所述第二电容的一端，所述第二电感的第二端电性耦接至所述第二电容的另一端。
11.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述第二辅助支路包括一电感、一开关以及一二极管，其中，
所述电感的第一端电性耦接至所述第一电容的一端，所述开关的第一端电性耦接至所述电感的第二端，所述开关的第二端电性耦接至所述第一电容的另一端，所述二极管的阳极电性耦接至所述升压电感的第二端以及所述开关的第一端，所述二极管的阴极电性耦接至所述第二电容。
12.一种电源供应系统，包含：
多个电源供应器，且所述多个电源供应器的输出端之间相互并联连接并为至少一大动态负载供电，且每一电源供应器包含：
一输入级转换电路，用于将所述输入电压转换为一第一中间电；
一辅助电路，经由一第一电容电性耦接至所述输入级转换电路的输出端，所述第一中间电压施加于所述第一电容，其中所述辅助电路包括：
一第一辅助支路；以及
一第二辅助支路，与所述第一辅助支路并联连接，当所述第二辅助支路不工作时，所述第一辅助支路工作；当所述第二辅助支路工作时，所述第一辅助支路不工作；
一输出级转换电路，经由一第二电容电性耦接至所述辅助电路，所述第二电容跨接于所述辅助电路的输出端并对应于一第二中间电压，所述输出级转换电路用于将所述第二中间电压转换为所述输出电压；以及
一控制电路，电性耦接至所述输入级转换电路、所述辅助电路及所述输出级转换电路，其中，当所述负载在轻载状态与重载状态切换时，所述控制电路用于检测所述第一中间电压和所述第二中间电压，并将所述第一中间电压和所述第二中间电压分别与一第一阈值和一第二阈值进行比较，根据比较结果控制所述辅助电路的工作状态。
13.根据权利要求12所述的电源供应系统，其特征在于，当所述第一中间电压小于或者等于所述第一阈值，且所述第二中间电压小于或者等于所述第一阈值时，所述控制电路控制所述第二辅助支路投入工作状态。
14.根据权利要求13所述的电源供应系统，其特征在于，当所述第二辅助支路开始工作时，所述控制电路用于计算所述第二辅助支路工作的一持续期间，并将所述持续期间与时间阈值进行比较，并在所述持续期间大于或者等于所述时间阈值时，关闭所述第二辅助支路。
15.根据权利要求12所述的电源供应系统，其特征在于，当所述第二辅助支路开始工作时，所述控制电路用于检测所述第一中间电压和所述第二中间电压，并且在所述第二中间电压大于或者等于所述第二阈值时关闭所述输入级转换电路和所述辅助电路。
16.根据权利要求12所述的电源供应系统，其特征在于，所述控制电路用于检测所述第一中间电压和所述第二中间电压，并且在所述第一中间电压小于或者等于一第三阈值，或者所述第二中间电压小于或者等于所述第三阈值时，关闭所述输入级转换电路、所述辅助电路以及所述输出级转换电路。
17.根据权利要求12所述的电源供应系统，其特征在于，所述第二电容包括多颗并联的电解电容。
18.根据权利要求12所述的电源供应系统，其特征在于，所述第一辅助支路为可控开关器件或不可控开关器件，所述第二辅助支路为升压电路。
19.根据权利要求18所述的电源供应系统，其特征在于，所述第一辅助支路为二极管。
20.根据权利要求18所述的电源供应系统，其特征在于，所述第二辅助支路包括两个电感、一开关、一二极管以及一电容，其中，
所述第一电感的第一端电性耦接至所述第一电容的一端，所述开关的第一端电性耦接至所述第一电感的第二端，所述开关的第二端电性耦接至所述第一电容的另一端，所述电容的第一端耦接至所述第一电感的第二端以及所述开关的第一端，所述电容的第二端耦接至所述二极管的阳极以及所述第二电感的第一端，所述二极管的阴极电性耦接至所述第二电容的一端，所述第二电感的第二端电性耦接至所述第二电容的另一端。
21.根据权利要求18所述的电源供应系统，其特征在于，所述第二辅助支路包括一电感、一开关以及一二极管，其中，
所述电感的第一端电性耦接至所述第一电容的一端，所述开关的第一端电性耦接至所述电感的第二端，所述开关的第二端电性耦接至所述第一电容的另一端，所述二极管的阳极电性耦接至所述升压电感的第二端以及所述开关的第一端，所述二极管的阴极电性耦接至所述第二电容。
22.一种控制方法，适用于为大动态负载供电的电源供应器，其特征在于，所述电源供应器包含一输入级转换电路，用于将所述输入电压转换为一第一中间电压；一辅助电路，经由一第一电容电性耦接至所述输入级转换电路的输出端，所述第一中间电压施加于所述第一电容，其中所述辅助电路包括：一第一辅助支路；以及一第二辅助支路，与所述第一辅助支路并联连接，当所述第二辅助支路不工作时，所述第一辅助支路工作；当所述第二辅助支路工作时，所述第一辅助支路不工作；一输出级转换电路，经由一第二电容电性耦接至所述辅助电路，所述第二电容跨接于所述辅助电路的输出端并对应于一第二中间电压，所述输出级转换电路用于将所述第二中间电压转换为所述输出电压；且该控制方法包含以下步骤：
检测所述第一中间电压及所述第二中间电压；以及
根据所述第一中间电压及所述第二中间电压控制所述辅助电路的工作状态；其中，
当所述负载在轻载状态与重载状态切换时，将所述第一中间电压和所述第二中间电压分别与一第一阈值和一第二阈值进行比较，并根据比较结果控制所述辅助电路的工作状态。
23.如权利要求22所述的控制方法，其中还包含以下步骤：
判断所述第一中间电压和第二中间电压是否小于或者等于所述第一阈值，若所述第一中间电压小于或者等于所述第一阈值，且所述第二中间电压小于或者等于所述第一阈值时，则控制所述第二辅助支路投入工作状态。
24.如权利要求23所述的控制方法，其中还包含以下步骤：
当所述第二辅助支路开始工作时，计算所述第二辅助支路工作的一持续期间，并将所述持续期间与一时间阈值进行比较，并在所述持续期间大于或者等于所述时间阈值时，关闭所述第二辅助支路。
25.如权利要求22所述的控制方法，其中还包含以下步骤：
判断所述第二中间电压是否大于或者等于所述第二阈值；若该第二中间电压大于或者等于所述第二阈值，关闭所述输入级转换电路及所述辅助电路。
26.如权利要求22所述的控制方法，其中还包含以下步骤：
判断所述第一中间电压是否小于或者等于一第三阈值，或者所述第二中间电压是否小于或者等于所述第三阈值；若所述第一中间电压小于或者等于所述第三阈值，或者所述第二中间电压小于或者等于所述第三阈值，关闭所述输入级转换电路、所述辅助电路及所述输出级转换电路。
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