CN113285615B

CN113285615B - 电源供应器

Info

Publication number: CN113285615B
Application number: CN202010106079.1A
Authority: CN
Inventors: 詹子增
Original assignee: Acer Inc
Current assignee: Acer Inc
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2022-06-14
Anticipated expiration: 2040-02-20
Also published as: CN113285615A

Abstract

一种电源供应器，包括：一能量槽、一放电及启动电路、一保险丝、一桥式整流器、一变压器、一功率切换器、一输出级电路，以及一控制器。能量槽包括一负温度系数热敏电阻器。能量槽可吸收突波高电压，并将此突波高电压转换为热能。放电及启动电路是耦接至能量槽。放电及启动电路包括一旁通路径。当负温度系数热敏电阻器的电阻值小于一临界值时，旁通路径即被致能，使得能量槽经由旁通路径耦接至大地和一接地电位。桥式整流器是经由保险丝耦接至能量槽。放电及启动电路还可选择性地致能控制器。

Description

电源供应器

技术领域

本发明涉及一种电源供应器，特别涉及一种可避免突波损坏的电源供应器。

背景技术

一般电源供应器都包括保险丝，其可避免电源供应器的内部零组件受到过大电流而发生损坏。然而，若保险丝因为瞬间的突波高电压而被烧毁，则可能造成电源供应器无法产生任何输出电位，此导致电源供应器的输出稳定度下降。有鉴于此，势必要提出一种全新的解决方案，以克服现有技术所面临的缺陷。

发明内容

在优选实施例中，本发明提出一种电源供应器，包括：一能量槽，包括一负温度系数热敏电阻器，其中该能量槽是根据一第一输入电位和一第二输入电位来产生一第一感应电位和一第二感应电位；一放电及启动电路，耦接至该能量槽，并包括一旁通路径，其中当该负温度系数热敏电阻器的电阻值小于一临界值时，该旁通路径即被致能，使得该能量槽经由该旁通路径耦接至大地和一接地电位；一保险丝；一桥式整流器，经由该保险丝耦接至该能量槽，其中该桥式整流器是根据该第一感应电位和该第二感应电位来产生一整流电位；一变压器，包括一主线圈、一副线圈，以及一辅助线圈，其中该主线圈用于接收该整流电位，而该副线圈用于产生一变压电位；一功率切换器，其中该主线圈是经由该功率切换器耦接至该接地电位，而该功率切换器是根据一时脉电位来进行切换操作；一输出级电路，根据该变压电位来产生一输出电位；以及一控制器，耦接至该放电及启动电路，并用于产生该时脉电位。

附图说明

图1A是显示根据本发明一实施例所述的电源供应器的示意图。

图1B是显示根据本发明一实施例所述的负温度系数热敏电阻器的操作特性图。

图2是显示根据本发明一实施例所述的电源供应器的示意图。

附图标记说明：

100、200～电源供应器；

110、210～桥式整流器；

120、220～能量槽；

123、223～放电及启动电路；

124、224～旁通路径；

125、225～保险丝；

128、228～大地；

130、230～变压器；

131、231～主线圈；

132、232～副线圈；

133、233～辅助线圈；

140、240～功率切换器；

150、250～输出级电路；

160、260～控制器；

C1～第一电容器；

C2～第二电容器；

D1～第一二极管；

D2～第二二极管；

D3～第三二极管；

D4～第四二极管；

D5～第五二极管；

D6～第六二极管；

D7～第七二极管；

L1～第一电感器；

L2～第二电感器；

M1～晶体管；

N1～第一节点；

N2～第二节点；

N3～第三节点；

N4～第四节点；

N5～第五节点；

N6～第六节点；

N7～第七节点；

NIN1～第一输入节点；

NIN2～第二输入节点；

NOUT～输出节点；

NS～供应节点；

R1～第一电阻器；

R2～第二电阻器；

RH～负温度系数热敏电阻器；

V3～第三节点的电位；

VA～时脉电位；

VIN1～第一输入电位；

VIN2～第二输入电位；

VOUT～输出电位；

VR～整流电位；

VS1～第一感应电位；

VS2～第二感应电位；

VSS～接地电位；

VT～变压电位。

具体实施方式

为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合说明书附图，作详细说明如下。

在说明书及相关申请文件当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及相关申请文件并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及相关申请文件当中所提及的“包含”及“包括”一词为开放式的用语，故应解释成“包含但不仅限定于”。“大致”一词则是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，达到所述基本的技术效果。此外，“耦接”一词在本说明书中包含任何直接及间接的电性连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接至一第二装置，则代表该第一装置可直接电性连接至该第二装置，或经由其它装置或连接手段而间接地电性连接至该第二装置。

图1A是显示根据本发明一实施例所述的电源供应器100的示意图。电源供应器100可应用于一移动装置，例如：台式电脑、笔记本电脑，或一体成形电脑。如图1A所示，电源供应器100包括：一桥式整流器110、一能量槽120、一放电及启动电路123、一保险丝125、一变压器130、一功率切换器140、一输出级电路150，以及一控制器160，其中能量槽120包括一负温度系数(Negative Temperature Coefficient，NTC)热敏电阻器(Thermistor)RH，而放电及启动电路123包括一旁通路径124，其是耦接至大地128及一接地电位VSS(例如：0V)。大地128可指地球，或指耦接至地球的任一接地路径，其并非属于电源供应器100的内部元件。必须注意的是，虽然未显示于图1A中，但电源供应器100还可包括其他元件，例如：一稳压器或(且)一负反馈电路。

图1B是显示根据本发明一实施例所述的负温度系数热敏电阻器RH的操作特性图，其中横轴代表负温度系数热敏电阻器RH的温度，而纵轴代表负温度系数热敏电阻器RH的电阻值。根据图1B的测量结果，若负温度系数热敏电阻器RH的温度上升，则负温度系数热敏电阻器RH的电阻值将会下降。例如，当温度为摄氏25度时，负温度系数热敏电阻器RH的电阻值可等于2kΩ，而当温度上升至摄氏40度时，负温度系数热敏电阻器RH的电阻值可下降至20Ω(下降幅度可达99％)。

能量槽120是根据一第一输入电位VIN1和一第二输入电位VIN2来产生一第一感应电位VS1和一第二感应电位VS2。第一输入电位VIN1和第二输入电位VIN2皆可来自一外部电源，其中第一输入电位VIN1和第二输入电位VIN2之间可形成具有任意频率和任意振幅的一交流电压。例如，交流电压的频率可约为50Hz或60Hz，而交流电压的方均根值可约为110V或220V，但亦不仅限于此。另外，能量槽120还可吸收突波高电压，并将此突波高电压转换为热能。桥式整流器110是经由保险丝125耦接至能量槽120。桥式整流器110是根据第一感应电位VS1和第二感应电位VS2来产生一整流电位VR。变压器130包括一主线圈131、一副线圈132，以及一辅助线圈133，其中主线圈131和辅助线圈133可位于变压器130的同一侧，而副线圈132则可位于变压器130的相对另一侧。主线圈131用于接收整流电位VR，而作为对整流电位VR的回应，副线圈132可用于产生一变压电位VT。另外，主线圈131是经由功率切换器140耦接至接地电位VSS。功率切换器140是根据一时脉电位VA来进行切换操作，其可交替地导通或断开。输出级电路150是根据变压电位VT来产生一输出电位VOUT。控制器160可用于产生时脉电位VA。时脉电位VA于电源供应器100初始化时可维持于一固定电位，而在电源供应器100进入正常使用阶段后则可提供周期性的时脉波形。必须注意的是，放电及启动电路123是耦接至能量槽120和控制器160。初始时能量槽120的温度较低，放电及启动电路123的旁通路径124可被禁能(或是断路)。当能量槽120的温度逐渐上升且负温度系数热敏电阻器RH的电阻值小于一临界值时，放电及启动电路123的旁通路径124可被致能(或是导通)，使得能量槽120可经由旁通路径124耦接至大地128和接地电位VSS。根据实际测量结果，这种电路设计方式可防止电源供应器100因突波高电压而造成保险丝125意外烧毁，故能提升电源供应器100的可靠度。

以下实施例将介绍电源供应器100的详细结构及操作方式。必须理解的是，这些附图和叙述仅为举例，而非用于限制本发明的范围。

图2是显示根据本发明一实施例所述的电源供应器200的示意图。在图2的实施例中，电源供应器200具有一第一输入节点NIN1、一第二输入节点NIN2，以及一输出节点NOUT，并包括一桥式整流器210、一能量槽220、一放电及启动电路223、一保险丝225、一变压器230、一功率切换器240、一输出级电路250，以及一控制器260，其中能量槽220包括一负温度系数热敏电阻器RH，而放电及启动电路223包括一旁通路径224，其是耦接至大地228及一接地电位VSS。电源供应器200的第一输入节点NIN1和第二输入节点NIN2可由一外部电源处分别接收一第一输入电位VIN1和一第二输入电位VIN2，而电源供应器200的输出节点NOUT可用于输出一输出电位VOUT至一电子装置(例如：一笔记本电脑)。

除了负温度系数热敏电阻器RH以外，能量槽220还可包括一第一电感器L1、一第二电感器L2，以及一第一电阻器R1。第一电感器L1的第一端是耦接至第一输入节点NIN1，而第一电感器L1的第二端是耦接至一第一节点N1以输出一第一感应电位VS1。第二电感器L2的第一端是耦接至第二输入节点NIN2，而第二电感器L2的第二端是耦接至一第二节点N2以输出一第二感应电位VS2。第一电阻器R1的第一端是耦接至第一输入节点NIN1，而第一电阻器R1的第二端是耦接至第二输入节点NIN2。负温度系数热敏电阻器RH的第一端是耦接至第一节点N1，而负温度系数热敏电阻器RH的第二端是耦接至第二节点N2。

放电及启动电路223的旁通路径224可包括一第一二极管D1和一第二二极管D2。第一二极管D1的阳极是耦接至第一节点N1，而第一二极管D1的阴极是耦接至一第三节点N3。第二二极管D2的阳极是耦接至第二节点N2，而第二二极管D2的阴极是耦接至第三节点N3。第三节点N3还可耦接至大地228。除了旁通路径224以外，放电及启动电路223还可包括一第二电阻器R2和一第一电容器C1。第二电阻器R2的第一端是耦接至第三节点N3，而第二电阻器R2的第二端是耦接至接地电位VSS。第一电容器C1的第一端是耦接至第三节点N3，而第一电容器C1的第二端是耦接至控制器260的一供应节点NS。控制器260可由其控制节点NS处接收一供应电位，并根据此供应电位决定是否要启动或致能。

保险丝225可为超小型、电阻型、陶瓷管型，或是玻璃管型，皆不影响本发明的技术效果。保险丝225的第一端是耦接至第一节点N1，而保险丝225的第二端是耦接至一第四节点N4。

桥式整流器210包括一第三二极管D3、一第四二极管D4、一第五二极管D5，以及一第六二极管D6。第三二极管D3的阳极是耦接至第四节点N4以接收第一感应电位VS1，而第三二极管D3的阴极是耦接至一第五节点N5以输出一整流电位VR。第四二极管D4的阳极是耦接至第四节点N4，而第四二极管D4的阴极是耦接至接地电位VSS。第五二极管D5的阳极是耦接至第五节点N5，而第五二极管D5的阴极是耦接至第二节点N2以接收第二感应电位VS2。第六二极管D6的阳极是耦接至接地电位VSS，而第六二极管D6的阴极是耦接至第二节点N2。

变压器230包括一主线圈231、一副线圈232，以及一辅助线圈233，其中主线圈231和辅助线圈233可位于变压器230的同一侧，而副线圈232则可位于变压器230的相对另一侧。主线圈231的第一端是耦接至第五节点N5以接收整流电位VR，而主线圈231的第二端是耦接至一第六节点N6。副线圈232的第一端是耦接至一第七节点N7以输出一变压电位VT，而副线圈232的第二端是耦接至接地电位VSS。辅助线圈233的第一端是耦接至供应节点NS，而辅助线圈233的第二端是耦接至接地电位VSS。

功率切换器240包括一晶体管M1。晶体管M1可为一N型金属氧化物半导体场效晶体管。晶体管M1的控制端用于接收一时脉电位VA，晶体管M1的第一端是耦接至接地电位VSS，而晶体管M1的第二端是耦接至第六节点N6。控制器260用于产生时脉电位VA。时脉电位VA于电源供应器200初始化时可维持于一固定电位(例如：接地电位VSS)，而在电源供应器200进入正常使用阶段后则可提供周期性的时脉波形。

输出级电路250包括一第七二极管D7和一第二电容器C2。第七二极管D7的阳极是耦接至第七节点N7以接收变压电位VT，而第七二极管D7的阴极是耦接至输出节点NOUT。第二电容器C2的第一端是耦接至输出节点NOUT，而第二电容器C2的第二端是耦接至接地电位VSS。

在一些实施例中，电源供应器200的操作原理可如下列所述，其可依序操作于一第一状态、一第二状态、一第三状态，以及一第四状态。首先，在第一状态中，没有任何能量输入至第一输入节点NIN1和第二输入节点NIN2，此时功率切换器240的晶体管M1和控制器260皆为禁能状态。

在第二状态中，第一输入电位VIN1和第二输入电位VIN2进入第一输入节点NIN1和第二输入节点NIN2，故能量槽220所存储的能量会逐渐增加。此时，负温度系数热敏电阻器RH的温度逐渐升高，而负温度系数热敏电阻器RH的电阻值则逐渐下降。必须注意的是，能量槽220可用于吸收突波高电压，并将之转换为热能，从而可降低保险丝225因突波高电压而意外烧毁的几率。另外，第一电阻器R1通常具有较高电阻值，用于避免第一输入节点NIN1和第二输入节点NIN2之间形成一短路路径。

在第三状态中，当负温度系数热敏电阻器RH的温度够高且负温度系数热敏电阻器RH的电阻值小于一临界值时，放电及启动电路223的旁通路径224即被致能，使得能量槽220可经由旁通路径224耦接至大地228和接地电位VSS。亦即，能量槽220所存储的能量可由导通的第一二极管D1和第二二极管D2释放至大地228和接地电位VSS。详细而言，当第一输入电位VIN1高于第二输入电位VIN2时，第一二极管D1可形成能量槽220的一第一放电路径；反之，当第二输入电位VIN2高于第一输入电位VIN1时，第二二极管D2可形成能量槽220的一第二放电路径。

在第四状态中，放电及启动电路223的第一电容器C1已累积足够能量，可用于启动控制器260。换言之，当第三节点N3的电位V3高于一既定值时，控制器260即由放电及启动电路223所启动及致能。此后，控制器260可产生时脉电位VA，以交替地开关功率切换器240的晶体管M1，使得电源供应器200进入正常使用阶段。

在一些实施例中，电源供应器200的元件参数可如下列所述。第一电阻器R1的电阻值可介于9.9MΩ至10.1MΩ之间，优选为10MΩ。第二电阻器R2的电阻值可介于9.5kΩ至10.5kΩ之间，优选为10kΩ。第一电容器C1的电容值可介于29.7μF至36.3μF之间，优选为33μF。第二电容器C2的电容值可介于5600μF至8400μF之间，优选为7000μF。第一电感器L1的电感值可介于285μH至315μH之间，优选为300μH。第二电感器L2的电感值可介于285μH至315μH之间，优选为300μH。主线圈231对副线圈232的匝数比值可介于1至20之间，优选为10。主线圈231对辅助线圈233的匝数比值可介于1至20之间，优选为10。关于负温度系数热敏电阻器RH的前述临界值可约等于20Ω(亦即，负温度系数热敏电阻器RH的温度约为摄氏40度)。关于第三节点N3的电位V3的前述既定值可约等于15V。以上参数范围是根据多次实验结果而得出，其有助于最佳化电源供应器200的转换效率及最佳化突波保护功能。

本发明提出一种新颖的电源供应器，其包括能量槽和放电及启动电路。根据实际测量结果，使用前述设计的电源供应器可降低其保险丝因突波高电压而意外烧毁的几率。大致而言，本发明可有效提高电源供应器的输出稳定度，故其很适合应用于各种各式的电子装置当中。

值得注意的是，以上所述的电位、电流、电阻值、电感值、电容值，以及其余元件参数均非为本发明的限制条件。设计者可以根据不同需要调整这些设定值。本发明的电源供应器并不仅限于图1A和图2所图示的状态。本发明可以仅包括图1A和图2的任何一或多个实施例的任何一或多项特征。换言之，并非所有图示的特征均须同时实施于本发明的电源供应器当中。虽然本发明的实施例是使用金属氧化物半导体场效晶体管为例，但本发明并不仅限于此，本技术领域人士可改用其他种类的晶体管，例如：接面场效晶体管，或是鳍式场效晶体管等等，而不致于影响本发明的效果。

在本说明书以及相关申请文件中的序数，例如“第一”、“第二”、“第三”等等，彼此之间并没有顺序上的先后关系，其仅用于标示区分两个具有相同名字的不同元件。

本发明虽以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可做些许的变动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种电源供应器，包括：

一能量槽，包括一负温度系数热敏电阻器，其中该能量槽是根据一第一输入电位和一第二输入电位来产生一第一感应电位和一第二感应电位；

一放电及启动电路，耦接至该能量槽，并包括一旁通路径，其中当该负温度系数热敏电阻器的电阻值小于一临界值时，该旁通路径即被致能，使得该能量槽经由该旁通路径耦接至大地和一接地电位；

一保险丝；

一桥式整流器，经由该保险丝耦接至该能量槽，其中该桥式整流器是根据该第一感应电位和该第二感应电位来产生一整流电位；

一变压器，包括一主线圈、一副线圈，以及一辅助线圈，其中该主线圈用于接收该整流电位，而该副线圈用于产生一变压电位；

一功率切换器，其中该主线圈是经由该功率切换器耦接至该接地电位，而该功率切换器是根据一时脉电位来进行切换操作；

一输出级电路，根据该变压电位来产生一输出电位；以及

一控制器，耦接至该放电及启动电路，并用于产生该时脉电位。

2.如权利要求1所述的电源供应器，其中该能量槽还包括：

一第一电感器，具有一第一端和一第二端，其中该第一电感器的该第一端是耦接至一第一输入节点以接收该第一输入电位，而该第一电感器的该第二端是耦接至一第一节点以输出该第一感应电位；

一第二电感器，具有一第一端和一第二端，其中该第二电感器的该第一端是耦接至一第二输入节点以接收该第二输入电位，而该第二电感器的该第二端是耦接至一第二节点以输出该第二感应电位；以及

一第一电阻器，具有一第一端和一第二端，其中该第一电阻器的该第一端是耦接至该第一输入节点，而该第一电阻器的该第二端是耦接至该第二输入节点；

其中该负温度系数热敏电阻器具有一第一端和一第二端，该负温度系数热敏电阻器的该第一端是耦接至该第一节点，而该负温度系数热敏电阻器的该第二端是耦接至该第二节点。

3.如权利要求2所述的电源供应器，其中该放电及启动电路的该旁通路径包括：

一第一二极管，具有一阳极和一阴极，其中该第一二极管的该阳极是耦接至该第一节点，而该第一二极管的该阴极是耦接至一第三节点；以及

一第二二极管，具有一阳极和一阴极，其中该第二二极管的该阳极是耦接至该第二节点，而该第二二极管的该阴极是耦接至该第三节点；

其中该第三节点更耦接至该大地。

4.如权利要求3所述的电源供应器，其中该放电及启动电路还包括：

一第二电阻器，具有一第一端和一第二端，其中该第二电阻器的该第一端是耦接至该第三节点，而该第二电阻器的该第二端是耦接至该接地电位；以及

一第一电容器，具有一第一端和一第二端，其中该第一电容器的该第一端是耦接至该第三节点，而该第一电容器的该第二端是耦接至该控制器的一供应节点。

5.如权利要求4所述的电源供应器，其中当该第三节点的电位高于一既定值时，该控制器即由该放电及启动电路所致能。

6.如权利要求4所述的电源供应器，其中该保险丝具有一第一端和一第二端，该保险丝的该第一端是耦接至该第一节点，该保险丝的该第二端是耦接至一第四节点，而该桥式整流器包括：

一第三二极管，具有一阳极和一阴极，其中该第三二极管的该阳极是耦接至该第四节点以接收该第一感应电位，而该第三二极管的该阴极是耦接至一第五节点以输出该整流电位；

一第四二极管，具有一阳极和一阴极，其中该第四二极管的该阳极是耦接至该第四节点，而该第四二极管的该阴极是耦接至该接地电位；

一第五二极管，具有一阳极和一阴极，其中该第五二极管的该阳极是耦接至该第五节点，而该第五二极管的该阴极是耦接至该第二节点以接收该第二感应电位；以及

一第六二极管，具有一阳极和一阴极，其中该第六二极管的该阳极是耦接至该接地电位，而该第六二极管的该阴极是耦接至该第二节点。

7.如权利要求6所述的电源供应器，其中该主线圈具有一第一端和一第二端，该主线圈的该第一端是耦接至该第五节点以接收该整流电位，该主线圈的该第二端是耦接至一第六节点，该副线圈具有一第一端和一第二端，该副线圈的该第一端是耦接至一第七节点以输出该变压电位，该副线圈的该第二端是耦接至该接地电位，该辅助线圈具有一第一端和一第二端，该辅助线圈的该第一端是耦接至该供应节点，而该辅助线圈的该第二端是耦接至该接地电位。

8.如权利要求7所述的电源供应器，其中该功率切换器包括：

一晶体管，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中该晶体管的该控制端用于接收该时脉电位，该晶体管的该第一端是耦接至该接地电位，而该晶体管的该第二端是耦接至该第六节点。

9.如权利要求7所述的电源供应器，其中该输出级电路包括：

一第七二极管，具有一阳极和一阴极，其中该第七二极管的该阳极是耦接至该第七节点以接收该变压电位，而该第七二极管的该阴极是耦接至一输出节点以输出该输出电位；以及

一第二电容器，具有一第一端和一第二端，其中该第二电容器的该第一端是耦接至该输出节点，而该第二电容器的该第二端是耦接至该接地电位。

10.如权利要求5所述的电源供应器，其中该临界值等于20Ω，而该既定值等于15V。