CN115940098A - 电源供应器、供电管理模块与供电管理方法 - Google Patents

电源供应器、供电管理模块与供电管理方法 Download PDF

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CN115940098A CN202111232408.8A CN202111232408A CN115940098A CN 115940098 A CN115940098 A CN 115940098A CN 202111232408 A CN202111232408 A CN 202111232408A CN 115940098 A CN115940098 A CN 115940098A
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颜嘉贤
张豪傑
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Abstract

本发明提供一种电源供应器、供电管理模块与供电管理方法。电源供应器包含供电管理模块与电源供应模块。供电管理模块包含第一、第二供电模块、侦测单元与切换控制模块。第一供电模块包含第一交流电输入端、第一整流电路及第一开关单元。第一开关单元的第一端连接于第一整流电路。第二供电模块包含第二交流电输入端、第二整流电路及第二开关单元。第二开关单元的第三端连接第二整流电路、第四端连接第一开关单元的第二端。侦测单元侦测第一、第二交流电输入端。切换控制模块依据侦测信号控制第一、第二开关单元。

Description

电源供应器、供电管理模块与供电管理方法
技术领域
本发明是有关于一种电源供应与转换技术，且特别是有关于一种具有电源管理功能以及整合式电源转换模块的电源供应装置。
背景技术
电源供应器可说是电子设备的心脏，直接影响电子设备的性能。为了确保电子设备的供电稳定以及供电成本的最小化，通常需要对电源进行管理。因此，如何以较低的电路复杂度以及硬件成本对电源进行管理实为当前一个重要的课题。再者，传统电源供应器内电源转换器的变压器及电子元件通常是各自独立地配置于电路板上，并透过形成于电路板上的电路布线而形成电性连接。然而，这样的配置占据电路板的大量空间，并成为高功率的电源转换系统乃至于电源供应器的整体体积无法小型化的主因。另外，如何整合供电管理的硬件与电源转换器也是一个值得研究的课题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种电源供应器、供电管理模块与供电管理方法，以改善现有技术问题。
本发明一实施例提供一种电源供应器。电源供应器包含供电管理模块与电源供应模块。供电管理模块输出整流电压，电源供应模块接收整流电压，并输出转换电压。供电管理模块包含第一供电模块、第二供电模块、侦测单元以及切换控制模块。第一供电模块包含第一交流电输入端、第一整流电路与第一开关单元。第一交流电输入端接收第一交流电，第一整流电路整流第一交流电。第一开关单元包含第一端与第二端，第一开关单元的第一端连接于第一整流电路。第二供电模块包含第二交流电输入端、第二整流电路与第二开关单元。第二交流电输入端接收一第二交流电，第二整流电路整流第二交流电。第二开关单元包含第三端与第四端，第二开关单元的第三端连接于第二整流电路，第二开关单元的第四端连接至第一开关单元的第二端。侦测单元侦测第一交流电输入端及第二交流电输入端，并输出侦测信号。切换控制模块接收侦测信号，并依据侦测信号控制第一开关单元与第二开关单元的导通与截止，以使第一供电模块及第二供电模块其中之一输出整流电压。
本发明一实施例提供一种电源供应器，其中，电源供应模块还包含第一转换电路、第二转换电路与整合电源转换模块。第一转换电路连接第一开关单元的第二端与第二开关单元的第四端，用于将所述整流电压转换为一直流高电压并调整其功率因数。第二转换电路连接第一转换电路，用以调节直流高电压。整合电源转换模块包含初级绕组、第一功率模块与铁芯。初级绕组连接第二转换电路，接收调节后的直流高电压。第一功率模块为可插拔或可组配的可分离式模块。第一功率模块包含第一电路板，第一电路板包含第一置放部及第一感应部。第一置放部包含第五端与第六端，其中第五端连接第一感应部，第六端电性连接主电路板。第一感应部包含第一中心孔。第一次级绕组设置在所述第一感应部上。第一同步整流单元设置在第一电路板，并接收第一次级绕组的第一输出电压。铁芯穿设于第一中心孔。
本发明一实施例提供一种供电管理模块。供电管理模块包含第一供电模块、第二供电模块、侦测单元以及切换控制模块。第一供电模块包含第一交流电输入端、第一整流电路与第一开关单元。第一交流电输入端接收第一交流电，第一整流电路整流第一交流电。第一开关单元包含第一端与第二端，第一开关单元的第一端连接于第一整流电路。第二供电模块包含第二交流电输入端、第二整流电路与第二开关单元。第二交流电输入端接收一第二交流电，第二整流电路整流第二交流电。第二开关单元包含第三端与第四端，第二开关单元的第三端连接于第二整流电路，第二开关单元的第四端连接至第一开关单元的第二端。侦测单元侦测第一交流电输入端及第二交流电输入端，并输出侦测信号。切换控制模块接收侦测信号，并依据侦测信号控制第一开关单元与第二开关单元的导通与截止，以使第一供电模块及第二供电模块其中之一输出整流电压。
本发明一实施例提供一种供电管理方法，适用于一供电管理模块。包含下列步骤：由第一交流电输入端，接收第一交流电，由第一整流电路，整流第一交流电。由第二交流电输入端，接收第二交流电，由第二整流电路，整流第二交流电。由一侦测单元侦测第一交流电输入端及第二交流电输入端，并输出侦测信号。以及，由切换控制模块接收侦测信号，并依据侦测信号控制第一开关单元与第二开关单元的导通与截止，以使第一供电模块及第二供电模块其中之一输出整流电压。
基于上述，本发明实施例所提供供电管理模块与供电管理方法，由于在第一交流电输入端或第二交流电输入端接收外部交流电后，即经由整流电路整流成电压较小的直流电，这可使后续处理电路的元件承受的电压较低或可选择使用额定耐压值较低的元件。本发明实施例所提供电源供应器的整合电源转换模块具有结构简单与小体积等特点。上述实施例的优点，使得电源供应器整体的体积可缩小而适于整合于单一的主电路板上。
附图说明
图1是依据本发明实施例绘示的电源供应器系统方块图；
图2A是依据本发明实施例绘示的第一及第二供电模块的局部电路示意图；
图2B是依据本发明实施例绘示的供电管理模块的运作示意图；
图3是依据本发明实施例绘示的第一供电模块及第二供电模块系统方块图；
图4是依据本发明实施例绘示的电源供应模块的电路方块图；
图5A是依据本发明实施例绘示的整合电源转换模块的电路方块图；
图5B是依据本发明实施例绘示的整合电源转换模块的电路图；
图6是依据本发明实施例绘示的整合电源转换模块的立体分解图；
图7是依据本发明实施例绘示的整合电源转换模块的局部组合图；
图8是依据本发明实施例绘示的整合电源转换模块的组合图；
图9A是依据本发明实施例绘示的整合电源转换模块的电路方块图；
图9B是依据本发明实施例绘示的整合电源转换模块的电路图；
图10是依据本发明实施例绘示的供电管理方法流程图；
图11是依据本发明实施例绘示的供电管理方法流程图。
【符号说明】
100:电源供应器
101:供电管理模块
102:电源供应模块
103:第一供电模块
104:第二供电模块
105:第一交流电输入端
106:第一整流电路
107:第一开关单元
108:第二交流电输入端
109:第二整流电路
110:第二开关单元
111:侦测单元
112:切换控制模块
113:第一端
114:第二端
115:第三端
116:第四端
117:第一交流电
118:第二交流电
119:第一晶体管
120:第二晶体管
121:第一二极管
122:第二二极管
123:第三晶体管
124:第四晶体管
125:第三二极管
126:第四二极管
1001:主电路板
1061、1091:正极
1062、1092:负极
201:第一滤波器
202:第二滤波器
301:第一转换电路
302:第二转换电路
303:整合电源转换模块
40:变压器
401:初级绕组
402:第一功率模块
4021:第一次级绕组
4022:第一同步整流单元
4023:第一滤波单元
403:第二功率模块
4031:第二次级绕组
4032:第二同步整流单元
4033:第二滤波单元
404:输出控制电路
4041:控制器
4042:第一输出控制模块
4043:第二输出控制模块
510:卷线轴
512:导电端子
513:固定件
520:初级绕组
530:铁芯元件
541a～541d:功率模块
542:电路板
543:导电片
544:同步整流单元
546:滤波单元
548:导电板
5100:主体
5101:第一通道
5102:绕线部
5104a～5104d:接收部
5105:凸块
5106:槽
5108:间隔件
5109:第二通道
5110:侧壁
5300:中柱
5302、5304:侧柱
5420:置放部
5422:感应部
5426、5427:端
5424:中心孔
5430:缺口
Vo’:功率输出端
C01、C02:输出电容
Rs:感测电阻
Vo:供电输出端
901:电流感测单元
SW1:第一输出开关
SW2:第二输出开关
vgs1:第一晶体管栅极与源极间的电压
vgs2:第二晶体管栅极与源极间的电压
vgs3:第三晶体管栅极与源极间的电压
vgs4:第四晶体管栅极与源极间的电压
T0～T5:时间点
Q1～Q4:晶体管开关
SR1～SR4:栅极
L1～L4:电感
S1001～S1003、S1101～S1103:步骤
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。附图中各元件的厚度或尺寸，是以夸张或省略或概略的方式表示，以供熟悉此技艺的人士的了解与阅读，且每个元件的尺寸并未完全为其实际的尺寸，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均仍应落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。在所有附图中相同的标号将用于表示相同或相似的元件。以下实施例中所提到的“耦接”或“连接”一词可指任何直接或间接的连接手段。
图1是依据本发明实施例绘示的电源供应器系统方块图。请参阅图1，电源供应器100包含供电管理模块101与电源供应模块102。供电管理模块101可从外部接收第一交流电117与第二交流电118。供电管理模块101输出整流电压，电源供应模块102接收供电管理模块101输出的整流电压，并输出转换电压。供电管理模块101与电源供应模块102皆设置在主电路板1001上。
供电管理模块101包含第一供电模块103、第二供电模块104、侦测单元111与切换控制模块112。第一供电模块103包含第一交流电输入端105、第一整流电路106以及第一开关单元107。第二供电模块104包含第二交流电输入端108、第二整流电路109以及第二开关单元110。
第一供电模块103的第一交流电输入端105可从外部接收第一交流电117，第一整流电路106再整流接收到的第一交流电117。第一开关单元107包含第一端113与第二端114，其中第一端113连接于第一整流电路106。第二供电模块104的第二交流电输入端108可从外部接收第二交流电118，第二整流电路109可整流接收到的第二交流电118。第二开关单元110包含第三端115与第四端116。其中，第三端115连接于第二整流电路109，第四端116连接至第一开关单元107的第二端114。
侦测单元111侦测第一交流电输入端105及第二交流电输入端108，并输出侦测信号。其中，侦测信号会指示第一交流电输入端105是否从外部接收到第一交流电117以及第二交流电输入端108是否从外部接收到第二交流电118。切换控制模块112接收前述侦测信号，并依据侦测信号控制第一开关单元107与第二开关单元110的导通与截止，以使第一供电模块103及第二供电模块104其中之一输出整流电压。
以下即配合附图详细说明本发明一实施例的供电管理方法以及供电管理模块101的各硬件之间如何协同运作。图10是依据本发明实施例绘示的供电管理方法流程图，图11为依据本发明实施例绘示的供电管理方法流程图。
在步骤S1001中，由第一交流电输入端105，从外部接收第一交流电117。由第二交流电输入端108，从外部接收第二交流电118。第一整流电路106整流第一交流电输入端105接收到的第一交流电117。由第二整流电路109整流第二交流电输入端108接收到的第二交流电118。在步骤S1002中，由侦测单元111侦测第一交流电输入端105及第二交流电输入端108，并输出侦测信号，前述侦测信号指示第一交流电输入端105是否从外部接收到第一交流电117以及第二交流电输入端108是否从外部接收到第二交流电118。在本实施例中，侦测信号指示第一交流电输入端105接收到第一交流电117，表示侦测单元111侦测到第一交流电输入端105所接收到的第一交流电117的电压是在正常范围内。相同地，侦测信号为指示第二交流电输入端108接收到第二交流电118，表示侦测单元111侦测到第二交流电输入端108所接收到的第二交流电118的电压是在正常范围内。在步骤S1003中，由切换控制模块112接收侦测信号，并依据侦测信号控制第一开关单元107与第二开关单元110的导通与截止，使第一供电模块103及第二供电模块104其中之一输出整流电压。
在本发明一实施例中，在前述步骤S1003中，还包含步骤S1101至S1103。在步骤S1101中，切换控制模块112接收侦测信号后，判断侦测信号是否为指示第一交流电输入端105接收到正常的第一交流电117。在步骤S1102中，响应于侦测信号为指示第一交流电输入端105接收到正常的第一交流电117。切换控制模块112控制第一开关单元107导通，并控制第二开关单元110截止。若侦测信号为指示第一交流电输入端105没有接收到正常的第一交流电117，在步骤S1103中，切换控制模块112响应于侦测信号为指示第二交流电输入端108接收到正常的第二交流电118，切换控制模块112控制第一开关单元107截止，并控制第二开关单元110导通。
在本实施例所提出的架构中，由于在第一交流电输入端105或第二交流电输入端108接收外部交流电后，即经由整流电路整流成电压较小的直流电，这可使后续处理电路的元件承受的电压较低或可选择使用额定耐压值较低的元件。
在本发明一实施例中，切换控制模块112侦测是否接收到由外部传送的特殊模式请求。若切换控制模块112侦测到由外部传送的特殊模式请求，切换控制模块112再由侦测信号判断第二交流电输入端108是否接收到第二交流电118。若切换控制模块112判断第二交流电输入端108接收到第二交流电118，则切换控制模块112依据特殊模式请求控制第一开关单元107截止，并控制第二开关单元110导通，以由第二交流电118提供电能。在本实施例中，第一交流电117为第一家电力公司所提供的交流市电，第二交流电118为第二家电力公司所提供的交流市电。电源供应器100外部的判断模块会不断自动由网络撷取第一家电力公司与第二家电力公司所提供交流市电的即时电价。一旦判断模块判断第二家电力公司所提供交流市电的电价较为便宜，判断模块由外部传送特殊模式请求给切换控制模块112。
在本发明一实施例中，第一交流电117为电力公司所提供的交流市电，第二交流电118为预备电源，例如柴油发电机输出的交流电。
图2A是依据本发明实施例绘示的第一及第二供电模块的局部电路示意图。请参阅图2A，在本实施例中，第一整流电路106的输出端包含正极1061与负极1062。第一开关单元107包含第一晶体管119及第二晶体管120。第一晶体管119及第二晶体管120为MOS场效晶体管。第一晶体管119的漏极(drain)连接所述第二晶体管120的漏极(drain)，第一晶体管119的源极(source)为第一开关单元107的第一端113，连接第一整流电路106的正极1061。所述第二晶体管120的源极(source)为第一开关单元107的第二端114。第一晶体管119并联第一二极管121，并且第一晶体管119的源极(source)连接第一二极管121的阳极，第一晶体管119的漏极(drain)连接第一二极管121的阴极。第二晶体管120并联第二二极管122，并且第二晶体管120的源极(source)连接第二二极管122的阳极，第二晶体管120的漏极(drain)连接第二二极管122的阴极。
第二整流电路109的输出端包含正极1091与负极1092。第二开关单元110包含第三晶体管123及第四晶体管124，第三晶体管123的漏极(drain)连接第四晶体管124的漏极(drain)。第三晶体管123的源极(source)为第二开关单元110的第三端115，连接第二整流电路109的正极1091。第四晶体管124的源极(source)为第二开关单元110的第四端116。第三晶体管123并联第三二极管125，并且第三晶体管123的源极(source)连接第三二极管125的阳极，第三晶体管123的漏极(drain)连接第三二极管125的阴极。第四晶体管124并联第四二极管126，并且第四晶体管124的源极(source)连接第四二极管126的阳极，第四晶体管124的漏极(drain)连接第四二极管126的阴极。
第一整流电路106的负极1062与第二整流电路109的负极1092为导体直接形成电性回路。
通过上述的连接方式，前述与第一晶体管119并联的第一二极管121以及与第二晶体管120并联的第二二极管122，可在第一晶体管119及第二晶体管120皆为截止时，阻断整流电压输出，第一二极管121与第二二极管122亦可阻断逆向电流。前述与第三晶体管123并联的第三二极管125以及与第四晶体管124并联的第四二极管126，可在第三晶体管123及第四晶体管124皆为截止时，阻断整流电压输出，相同地，第三二极管125与第四二极管126亦可阻断逆向电流。
在本发明一实施例中，前述第一晶体管119、第二晶体管120、第三晶体管123与第四晶体管124为MOS场效晶体管。
在本发明一实施例中，第一开关单元107连接于第一整流电路106的负极1062，第二开关单元110连接于第二整流电路109的负极1092。第一整流电路106的正极1061与第二整流电路109的正极1091为导体直接形成电性回路。
图2B是依据本发明实施例绘示的供电管理模块的运作示意图。请参阅图2A、图2B，其中，vgs1代表第一晶体管119栅极(gate)与源极(source)间的电压，vgs2代表第二晶体管120栅极(gate)与源极(source)间的电压，vgs3代表第三晶体管123栅极(gate)与源极(source)间的电压，vgs4代表第四晶体管124栅极(gate)与源极(source)间的电压。在本实施例中，在时间点T0前，第一交流电117与第二交流电118供电皆正常，此时切换控制模块112控制vgs1及vgs2处于高电位使得第一开关单元107导通，切换控制模块112控制vgs3及vgs4处于低电位使得第二开关单元110截止。第一交流电117提供电源供应模块102所需能量。
在时间点T0时，侦测单元111侦测到第一交流电输入端105发生异常，例如，没有接收到交流电或电压超出正常范围等(在本实施例中，以没有接收到交流电为例说明运作方式)。侦测单元111输出侦测信号指示第一交流电输入端105并无从外部接收到第一交流电117。切换控制模块112接收前述侦测信号，并在时间点T1时依据侦测信号控制vgs1及vgs2处于低电位使得第一开关单元107截止。在时间点T2时，切换控制模块112控制vgs3及vgs4处于高电位使得第二开关单元110导通，此时由第二交流电118提供电源供应模块102所需能量。时间点T1到时间点T2此段时间为空滞时间(dead time)，其作用在于避免第一交流电117与第二交流电118在供电管理模块101中短路而造成线路损毁。
在时间点T2到时间点T3，第二交流电118提供电源供应模块102所需能量。在时间点T3时，侦测单元111侦测到第一交流电输入端105恢复正常，从外部接收到交流电。侦测单元111输出侦测信号指示第一交流电输入端105从外部接收到第一交流电117。切换控制模块112接收前述侦测信号，并在时间点T4时控制vgs3及vgs4处于低电位使得第二开关单元110截止。在时间点T5时，切换控制模块112控制vgs1及vgs2处于高电位使得第一开关单元107导通，此时由第一交流电117提供电源供应模块102所需能量。时间点T4到时间点T5此段时间为空滞时间(dead time)，其作用在于避免第一交流电117与第二交流电118在供电管理模块101中短路而造成线路损毁。
图3是依据本发明实施例绘示的第一供电模块及第二供电模块系统方块图。请参阅图3，在本实施例中，第一供电模块103还包含第一滤波器201，第二供电模块104还包含第二滤波器202。第一滤波器201设置在第一交流电输入端105与第一整流电路106之间，第二滤波器202设置所述第二交流电输入端108与第二整流电路109之间。第一滤波器201与第二滤波器202分别用以降低第一交流电117的电磁干扰及第二交流电118的电磁干扰。在本实施例中，第一滤波器201与第二滤波器202可以是被动式滤波器，抑或是主动式滤波器，本发明并不予以限制。
图4是依据本发明实施例绘示的电源供应模块的电路方块图。请参阅图4，在本实施例中，电源供应模块102包含第一转换电路301、第二转换电路302以及整合电源转换模块303。第一转换电路301连接第一开关单元107的第二端114与第二开关单元110的第四端116。第一转换电路301用于将整流电压转换为直流高电压并调整其功率因数，在本实施例中第一转换电路301可为被动功率因数修正(passive power factor correction)电路、主动功率因数修正(active power factor correction)电路或动态功率因数修正(dynamicpower factor correction)电路，本发明并不予以限制。第二转换电路302连接第一转换电路301，用以调节第一转换电路301所输出的直流高电压，在本实施例中第二转换电路302可为LLC谐振转换器(LLC resonant converter)或相移式全桥转换器(phase shift fullbridge converter)。
图5A是依据本发明实施例绘示的整合电源转换模块的电路方块图。图5B是依据本发明实施例绘示的整合电源转换模块的电路图。请同时参考图5A、图5B，在本实施例中，整合电源转换模块303包含初级绕组401与第一功率模块402。第一功率模块402包含第一次级绕组4021、第一同步整流单元4022与第一滤波单元4023。整合电源转换模块303包含变压器40，变压器40包含前述初级绕组401与第一次级绕组4021。第一同步整流单元4022包含晶体管开关Q1与晶体管开关Q2。晶体管开关Q1的源极与晶体管开关Q2的源极连接，晶体管开关Q1的漏极与第一次级绕组4021的一端相连接，而晶体管开关Q2的漏极与第一次级绕组4021的另一端相连接。晶体管开关Q1的栅极SR1与晶体管开关Q2的栅极SR2可接受控制电压以控制晶体管开关Q1与晶体管开关Q2的导通与截止。第一滤波单元4023包含电感L1与电感L2，晶体管开关Q1的漏极连接电感L1，晶体管开关Q2的漏极连接电感L2连接。
图6是依据本发明实施例绘示的整合电源转换模块的立体分解图，图7是依据本发明实施例绘示的整合电源转换模块的局部组合图，图8是依据本发明实施例绘示的整合电源转换模块的组合图。请同时参考图5A、图5B、图6、图7、图8，本实施例的整合电源转换模块303包含一卷线轴(bobbin)510、至少一初级绕组520、一铁芯元件530及多个功率模块541a～541d。其中，初级绕组520为初级绕组401的一种实施方式，功率模块541a为第一功率模块402的一种实施方式。以下将详细说明整合电源转换模块303各部件的结构。
卷线轴510包含一主体5100、多个绕线部5102及多个接收部5104a～5104d。接收部5104a～5104d相互平行排列。绕线部5102及接收部5104a～5104d数量相对应且以交错方式排列于主体5100上。
主体5100还包含有第一通道5101与第二通道5109。第二通道5109连通于第一通道5101且大致垂直于第一通道5101。
在本实施例中，卷线轴510包含四个接收部5104a～5104d，且分别设于第二通道5109的相对两侧，其中接收部5104a及5104b位于第二通道5109的一侧，接收部5104c及5104d位于第二通道5109的另一侧。绕线部5102也分别设于第二通道5109的两侧，并与接收部5104a～5104d呈交错排列。
接收部5104a～5104d在邻近于功率模块541a～541b的一侧边形成有槽5106，槽5106与第一通道5101相连通。接收部5104a～5104d在远离功率模块541a～541b的另一侧边上具有一侧壁5110，其中，侧壁5110封闭槽5106。
接收部5104a～5104d两侧的底端都分别向下延伸形成有凸块5105，凸块5105的延伸方向大致垂直于槽5106的开口方向。接收部5104a～5104d在远离功率模块541a～541d的一侧的凸块5105上分别接有多个导电端子512，接收部5104a～5104d在邻近功率模块541a～541d一侧的凸块5105上分别接有多个固定件513。
如图7所绘示，初级绕组520电连接于导电端子512，并以其中的一个导电端子512为起点，以呈S形的绕线方式缠绕于绕线部5102，并以另一导电端子512为终点。如前所述，初级绕组520为整合电源转换模块303的初级绕组401的一种实施方式。
主体5100还包含多个间隔件5108。间隔件5108分别设于第二通道5109及最邻近于第二通道5109的二接收部5104b、5104c之间，用以分隔第二通道5109及接收部5104b、5104c。
铁芯元件530套设于卷线轴510外，且部分地穿设于第一通道5101。铁芯元件530可由两个E型铁芯构成，每个E型铁芯包含一中柱5300，以及位于中柱5300相对两侧并与中柱5300连接的侧柱5302、5304。当铁芯元件530套设于卷线轴510时，侧柱5302、5304分别位于卷线轴510的上侧及下侧并且两个E型铁芯的两侧柱分别相互抵接，中柱5300穿设于第一通道5101中，且两个E型铁芯的中柱5300间具有一气隙，气隙形成于第二通道5109内，借以达到储能的效果。在此要特别说明的是，初级绕组520并无缠绕在主体5100位于第二通道5109的位置上，由于初级绕组520避开气隙的关系，故能有效地降低涡流损失。
再者，当铁芯元件530套设于卷线轴510时，铁芯元件530的侧柱5302、5304与主体5100以及缠绕在绕线部5102上的初级绕组520之间存在有气体通道(未图示)，可供气体于其间流通，借以提供良好的散热效果。
在多个功率模块的应用实施例中，例如功率模块541a～541b并列设置，功率模块541c～541d并列设置。功率模块541a～541d以平行方式排列。每个功率模块541a～541d包含一电路板542、一同步整流单元544及一滤波单元546。功率模块541a的同步整流单元544为第一同步整流单元4022的一种实施方式，功率模块541a的滤波单元546为第一滤波单元4023的一种实施方式。
需要说明的是，本发明亦可以仅设置单一的功率模块541a，本发明并不以设置多个功率模块作为限制。
电路板542包含一置放部5420及一连接于置放部5420的感应部5422。置放部5420及感应部5422上均预设有铜箔线路(未图示)，供与导电片543、同步整流单元544及滤波单元546形成电性连接。置放部5420的外型大致呈矩形，且置放部5420的底缘设有端5426。置放部5420的侧缘设有端5427与感应部5422连接。
感应部5422具有一中心孔5424，而使其外型呈环形，且前述形成于感应部5422上的铜箔线路的外型可大致呈环形，并可将电流传递至同步整流单元544。感应部5422的外型相对应于接收部5104a～5104d的外型，当感应部5422插设于槽5106中，中心孔5424与第一通道5101相对应且相连通。
每个功率模块541a～541d还可以包含一贴附在感应部5422铜箔线路上的导电片543。导电片543的形状大致对应于感应部5422，并具有一缺口5430，而使得其外型大致呈C型。导电片543可例如(但不限定)使用镀锡铜片制作而成，借以提供强化感应部5422的导电及导热效果。
在本实施例的整合电源转换模块303中，缠绕于绕线部5102的初级绕组520、套设于卷线轴510上的铁芯元件530，以及插设于卷线轴510的槽5106中的感应部5422及导电片543构成图5B所绘示的变压器40的一种实施方式。
同步整流单元544设置于电路板542的置放部5420的一个侧面上，滤波单元546设于电路板542的置放部5420的另一侧面上。同步整流单元544可例如是采用四个金属氧化物半导体场效应晶体管构成的同步整流电路，其中同步整流电路可以有效地降低整流耗损。同步整流单元544亦可例如是图5B所绘示第一同步整流单元4022。功率模块541a～541d还包含一导电板548设置于置放部5420，并与同步整流单元544位于相同侧面。滤波单元546可例如是电感器。
此外，功率模块541b的电路板542设有滤波单元546的一表面面对功率模块541c的电路板542设有滤波单元546的一表面；换言之，位于第二通道5109两侧且最邻近于第二通道5109的二功率模块541b及541c的滤波单元546相互面对。
此外，功率模块541a的电路板542设有同步整流单元544的一表面面对功率模块541b的电路板542设有同步整流单元544(未图示)的一表面；换言之，位于第二通道5109任一侧的相邻二功率模块541a及541b(或者为541c及541d)的同步整流单元544呈面对设置；借此，可让整合电源转换模块303达到紧凑配置，进而可有效地缩小整体体积。
本实施例的整合电源转换模块303以图5B的电路配置搭配图6至图8所示的结构配置，可以达到小型化的特点，并可有效地降低涡流损耗及切换损耗。
由于本实施例的整合电源转换模块303可以达到小型化的特点，因此整合电源转换模块303可以设置安装在一主电路板1001上。在本实施例中，整合电源转换模块303设置安装在一主电路板1001上，主电路板1001是设置在整合电源转换模块303的底部(如图7所绘示)。固定件513供用以将整合电源转换模块303撑立于主电路板1001上，避免整合电源转换模块303因功率模块541a～541b的重量大而产生倾斜。在此要特别说明的是：假若卷线轴510上设置有固定件513及导电端子512两物件，则导电端子512可以是设在接收部5104a～5104d底端，初级绕组520连接至导电端子512，并透过导电端子512与主电路板1001形成电性连接；固定件513设置在非设有导电端子512的接收部5104a～5104d底端，借以将整合电源转换模块303撑立在主电路板1001上。假若缠绕在卷线轴510上的初级绕组520直接与主电路板1001连接(即飞线方式连接)，则接收部5104a～5104d的底端可以仅设置固定件513。然前述导电端子512及固定件513的配置方式及数量皆可依实际需求进行调整。
值得一提的是，如前所述，图1所绘示的电源供应器100由于在第一交流电输入端105或第二交流电输入端108接收外部交流电后，即经由整流电路整流成电压较小的直流电，可使整体的体积缩小而适于整合于单一的主电路板1001上，因此，在一实施例中，电源供应器100整体，包含第一供电模块103、第二供电模块104、侦测单元111、切换控制模块112、第一转换电路301与第二转换电路302以及整合电源转换模块303，设置于单一的主电路板1001上。
本实施例的整合电源转换模块303可供给多组直流电供后续整合(详细说明请见下面图9A、图9B的说明)，且其次级绕组(形成于感应部5422的铜箔线路及导电片543)、同步整流单元544及滤波单元546是整合在电路板542上，并透过插接方式以与卷线轴510相组合，因而具备易于组装与制造以及小体积等特点，需要说明的是在功率模块541a上形成于感应部5422的铜箔线路及导电片543的次级绕组为第一次级绕组4021的一种实施方式。
图9A是依据本发明实施例绘示的整合电源转换模块的电路方块图。图9B是依据本发明实施例绘示的整合电源转换模块的电路图。请同时参考图6、图7、图8、图9A、图9B，本实施例的整合电源转换模块303的电路方块图相较于图5A还包含第二功率模块403与输出控制电路404。第二功率模块403的结构与第一功率模块402相同。第二功率模块403包含第二次级绕组4031、第二同步整流单元4032与第二滤波单元4033。整合电源转换模块303包含变压器40，在此实施例中变压器40包含前述初级绕组401、第一次级绕组4021与第二次级绕组4031。第二同步整流单元4032包含晶体管开关Q3与晶体管开关Q4。晶体管开关Q3的源极与晶体管开关Q4的源极连接，晶体管开关Q3的漏极与第二次级绕组4031的一端相连接，而晶体管开关Q4的漏极与第二次级绕组4031的另一端相连接。晶体管开关Q3的栅极SR3与晶体管开关Q4的栅极SR4可接受控制电压以控制晶体管开关Q3与晶体管开关Q4的导通与截止。第二滤波单元4033包含电感L3与电感L4，晶体管开关Q3的漏极连接电感L3，晶体管开关Q4的漏极连接电感L4。
需要说明的是，在本实施例中，输出控制电路404设置于主电路板1001上。初级绕组401实施如图7初级绕组520，第一功率模块402与第二功率模块403分别实施如图6、图7、图8功率模块541a与功率模块541b。第一次级绕组4021实施如功率模块541a上形成于感应部5422的铜箔线路及导电片543的次级绕组，第二次级绕组4031实施如功率模块541b上形成于感应部5422的铜箔线路及导电片543的次级绕组。第一同步整流单元4022实施如功率模块541a的同步整流单元544，第一滤波单元4023实施如功率模块541a的滤波单元546；第二同步整流单元4032实施如功率模块541b的同步整流单元544，第二滤波单元4033实施如功率模块541b的滤波单元546。在本实施例中，第一功率模块402(实施如图6、7、8功率模块541a)与第二功率模块403(实施如图6、图7、图8功率模块541b)对应设置于主体5100的不同槽5106，以感应初级绕组401(实施如图7初级绕组520)。第一功率模块402(实施如图6、图7、图8功率模块541a)的输出端与第二功率模块403(实施如图6、图7、图8功率模块541b)的输出端如图9B所示为并联。
输出控制电路404包含控制器4041以及连接控制器4041的第一输出控制模块4042与第二输出控制模块4043。第一输出控制模块4042用以控制第一功率模块402输出功率的导通与截止，第二输出控制模块4043用以控制第二功率模块403输出功率的导通与截止。如图9B所绘示，在本实施例中，第一输出控制模块4042包含第一输出开关SW1，第二输出控制模块4043包含第二输出开关SW2。
输出控制电路404还包含输出电容C01、C02、功率输出端Vo’、感测电阻Rs、供电输出端Vo与电流感测单元901。由于电源供应模块102被配置为提供不同的功率以满足电子设备所需的功率，控制器4041接收从电流感测单元901发送的代表流经感测电阻Rs的电流的电流感测信号以测量电子设备所需的功率。依据测量的电子设备所需功率，控制器4041透过连接晶体管开关Q1的栅极SR1、晶体管开关Q2的栅极SR2、晶体管开关Q3的栅极SR3、晶体管开关Q4的栅极SR4、第一输出开关SW1及第二输出开关SW2设置第一同步整流单元4022与第二同步整流单元4032中的至少一者，或者是第一输出开关SW1与第二输出开关SW2中的至少一个处于导通状态以将电子设备所需的功率传送至电子设备。当第一同步整流单元4022与第二同步整流单元4032处于导通状态时，耦合到第一次级绕组4021与第二次级绕组4031的电能被传导到第一同步整流单元4022与第二同步整流单元4032，并执行同步整流程序。相反，当第一同步整流单元4022与第二同步整流单元4032处于非导通状态，传输到初级绕组401的电能不能传导到第一次级绕组4021与第二次级绕组4031，同步整流程序不被执行。此外，当第一输出开关SW1与第二输出开关SW2处于导通状态时，第一输出开关SW1与第二输出开关SW2打开(turn on)，同步整流后的电能被传送到输出电容C01、C02以及功率输出端Vo’与供电输出端Vo。相反地，当第一输出开关SW1与第二输出开关SW2处于非导通状态时，第一输出开关SW1与第二输出开关SW2关闭(turn off)，同步整流后的电能不能传送到输出电容C01、C02以及功率输出端Vo’与供电输出端Vo。
在本实施例中，输出控制电路404设置于主电路板1001上，并且通过主电路板1001上的线路连接到第一功率模块402与第二功率模块403。输出控制电路404也通过主电路板1001上的线路连接到供电管理模块101中的切换控制模块112以进行通讯。控制器4041透过第一功率模块402(实施如图6所绘示的功率模块541a)的第一置放部(实施如图6所绘示的功率模块541a的置放部5420)底缘设置的端5426连接第一同步整流单元4022(实施如图6所绘示的功率模块541a的同步整流单元544)的栅极SR1及SR2。控制器4041透过第二功率模块403(实施如图6所绘示的功率模块541b)的第二置放部(实施如图6所绘示的功率模块541b的置放部5420)底缘设置的端5426连接第二同步整流单元4032(功率模块541b的同步整流单元544)的栅极SR3及SR4。
基于上述，本发明实施例所提供供电管理模块与供电管理方法，由于在第一交流电输入端或第二交流电输入端接收外部交流电后，即经由整流电路整流成电压较小的直流电，这可使后续处理电路的元件承受的电压较低或可选择使用额定耐压值较低的元件。本发明实施例所提供电源供应器的整合电源转换模块具有结构简单与小体积等特点。上述实施例的优点，使得电源供应器整体的体积可缩小而适于整合于单一的主电路板1001上。

Claims (20)

1.一种电源供应器，其特征在于，包含：
供电管理模块，输出整流电压；以及
电源供应模块，接收所述整流电压，并输出转换电压；
其中，所述供电管理模块包括：
第一供电模块，包含：第一交流电输入端，接收第一交流电；第一整流电路，整流所述第一交流电；以及，第一开关单元，包含第一端与第二端，所述第一端连接于所述第一整流电路；
第二供电模块，包含：第二交流电输入端，接收第二交流电；第二整流电路，整流所述第二交流电；以及，第二开关单元，包含第三端与第四端，所述第三端连接于所述第二整流电路，所述第四端连接至所述第一开关单元的所述第二端；
侦测单元，侦测所述第一交流电输入端及所述第二交流电输入端，并输出侦测信号；以及，
切换控制模块，接收所述侦测信号，并依据所述侦测信号控制所述第一开关单元与所述第二开关单元的导通与截止，以使所述第一供电模块及所述第二供电模块其中之输出所述整流电压。
2.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述电源供应模块包含：
第一转换电路，所述第一转换电路连接所述第一开关单元的所述第二端与所述第二开关单元的所述第四端，所述第一转换电路用于将所述整流电压转换为直流高电压并调整其功率因数；
第二转换电路，所述第二转换电路连接所述第一转换电路，用以调节所述直流高电压；以及
整合电源转换模块，包含：
初级绕组，连接所述第二转换电路，接收调节后的所述直流高电压；
第一功率模块，为可插拔或可组配的可分离式模块，所述第一功率模块包含第一电路板，所述第一电路板包含第一置放部及第一感应部，所述第一置放部包含第五端与第六端，所述第五端连接所述第一感应部，所述第六端电性连接主电路板，所述第一感应部包含第一中心孔，其中第一次级绕组设置在所述第一感应部上，第一同步整流单元设置在所述第一电路板，并接收所述第一次级绕组的第一输出电压；以及，
铁芯，穿设于所述第一中心孔。
3.根据权利要求2所述的电源供应器，其特征在于，所述第一供电模块、所述第二供电模块、所述侦测单元、所述切换控制模块、所述第一转换电路与所述第二转换电路皆设置于所述主电路板上。
4.根据权利要求2所述的电源供应器，其特征在于，所述第二转换电路为LLC谐振转换器。
5.根据权利要求2所述的电源供应器，其特征在于，所述第二转换电路为相移式全桥转换器。
6.根据权利要求2所述的电源供应器，其特征在于，所述电源供应模块还包含第二功率模块，所述第二功率模块，为可插拔或可组配的可分离式模块，所述第二功率模块包含第二电路板，所述第二电路板包含第二置放部及第二感应部，所述第二置放部包含第七端与第八端，所述第七端连接所述第二感应部，所述第八端连接所述主电路板，所述第二感应部包含第二中心孔，其中第二次级绕组设置在所述第二感应部上，第二同步整流单元设置在所述第二电路板，并接收所述第二次级绕组的第二输出电压，其中，所述第一功率模块与所述第二功率模块设置于所述初级绕组的不同侧，所述第一功率模块的输出端与所述第二功率模块的输出端并联。
7.根据权利要求6所述的电源供应器，其特征在于，所述电源供应模块还包含输出控制电路，设置在所述主电路板上，所述输出控制电路连接功率输出端，所述输出控制电路透过所述第一置放部连接所述第一同步整流单元以及所述第二置放部连接所述第二同步整流单元。
8.根据权利要求7所述的电源供应器，其特征在于，所述输出控制电路包含控制器及连接所述控制器的第一输出控制模块与第二输出控制模块，所述第一输出控制模块用以控制所述第一功率模块的导通与截止，所述第二输出控制模块用以控制所述第二功率模块的导通与截止。
9.根据权利要求8所述的电源供应器，其特征在于，所述第一输出控制模块包含第一输出开关，用以控制所述第一功率模块的导通与截止；所述第二输出控制模块包含第二输出开关，用以控制所述第二功率模块的导通与截止。
10.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，响应于所述侦测信号为指示所述第一交流电输入端接收到所述第一交流电，所述切换控制模块控制所述第一开关单元导通，并控制所述第二开关单元截止；响应于当所述侦测信号为指示所述第一交流电输入端没有接收到所述第一交流电并且所述第二交流电输入端接收到所述第二交流电，所述切换控制模块控制所述第一开关单元截止，并控制所述第二开关单元导通。
11.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述第一整流电路的输出端包含正极与负极，响应于所述第一开关单元连接于所述第一整流电路的所述输出端的所述正极，所述第一整流电路的所述输出端的所述负极为导体直接形成电性回路；响应于所述第一开关单元连接于所述第一整流电路的所述输出端的所述负极，所述第一整流电路的所述输出端的所述正极为导体直接形成电性回路。
12.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述第一开关单元包含第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管的漏极连接所述第二晶体管的漏极，所述第一晶体管的源极为所述第一开关单元的所述第一端，所述第二晶体管的源极为所述第一开关单元的所述第二端；所述第二开关单元包含第三晶体管及第四晶体管，所述第三晶体管的漏极连接所述第四晶体管的漏极，所述第三晶体管的源极为所述第二开关单元的所述第三端，所述第四晶体管的源极为所述第二开关单元的所述第四端，其中所述第一晶体管的所述源极连接第一二极管的阳极，所述第一晶体管的所述漏极连接所述第一二极管的阴极，所述第二晶体管的所述源极连接第二二极管的阳极，所述第二晶体管的所述漏极连接所述第二二极管的阴极，用以在当所述第一晶体管及所述第二晶体管皆为截止时，阻断所述整流电压输出。
13.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述第一供电模块还包含第一滤波器，设置在所述第一交流电输入端与所述第一整流电路之间，所述第二供电模块还包含第二滤波器，设置在所述第二交流电输入端与所述第二整流电路之间，其中，所述第一滤波器用以降低所述第一交流电的电磁干扰及所述第二滤波器用以降低所述第二交流电的电磁干扰。
14.根据权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，响应于所述切换控制模块接收特殊模式请求并且所述第二交流电输入端接收到所述第二交流电，所述切换控制模块依据所述特殊模式请求控制所述第一开关单元截止，并控制所述第二开关单元导通。
15.一种供电管理模块，其特征在于，包含：
第一供电模块，包含：第一交流电输入端，接收第一交流电；第一整流电路，整流所述第一交流电；以及，第一开关单元，包含第一端与第二端，所述第一端连接于所述第一整流电路；
第二供电模块，包含：第二交流电输入端，接收第二交流电；第二整流电路，整流所述第二交流电；以及，第二开关单元，包含第三端与第四端，所述第三端连接于所述第二整流电路，所述第四端连接至所述第一开关单元的所述第二端；
侦测单元，侦测所述第一交流电输入端及所述第二交流电输入端，并输出侦测信号；以及，
切换控制模块，接收所述侦测信号，并依据所述侦测信号控制所述第一开关单元与所述第二开关单元的导通与截止，以使所述第一供电模块及所述第二供电模块其中之一输出整流电压。
16.根据权利要求15所述的供电管理模块，其特征在于，响应于所述侦测信号为指示所述第一交流电输入端接收到所述第一交流电，所述切换控制模块控制所述第一开关单元导通，并控制所述第二开关单元截止；响应于当所述侦测信号为指示所述第一交流电输入端没有接收到所述第一交流电并且所述第二交流电输入端接收到所述第二交流电，所述切换控制模块控制所述第一开关单元截止，并控制所述第二开关单元导通。
17.根据权利要求15所述的供电管理模块，其特征在于，所述第一开关单元包含第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管的一漏极连接所述第二晶体管的漏极，所述第一晶体管的源极为所述第一开关单元的所述第一端，所述第二晶体管的源极为所述第一开关单元的所述第二端；所述第二开关单元包含第三晶体管及第四晶体管，所述第三晶体管的漏极连接所述第四晶体管的漏极，所述第三晶体管的源极为所述第二开关单元的所述第三端，所述第四晶体管的源极为所述第二开关单元的所述第四端，其中所述第一晶体管的所述源极连接第一二极管的阳极，所述第一晶体管的所述漏极连接所述第一二极管的阴极，所述第二晶体管的所述源极连接第二二极管的阳极，所述第二晶体管的所述漏极连接所述第二二极管的阴极，用以在当所述第一晶体管及所述第二晶体管皆为截止时，阻断所述整流电压输出。
18.一种供电管理方法，其特征在于，适用于一供电管理模块，所述供电管理模块包含：
第一供电模块，包含：第一交流电输入端；第一整流电路；以及，第一开关单元，包含第一端与第二端，所述第一端连接于所述第一整流电路；以及
第二供电模块，包含：第二交流电输入端；第二整流电路；以及，第二开关单元，包含第三端与第四端，所述第三端连接于所述第二整流电路，所述第四端连接至所述第一开关单元的所述第二端；
所述供电管理方法包含下列步骤：
由所述第一交流电输入端，接收第一交流电，由所述第一整流电路，整流所述第一交流电；
由所述第二交流电输入端，接收第二交流电，由所述第二整流电路，整流所述第二交流电；
由侦测单元侦测所述第一交流电输入端及所述第二交流电输入端，并输出侦测信号；以及，
由切换控制模块接收所述侦测信号，并依据所述侦测信号控制所述第一开关单元与所述第二开关单元的导通与截止，以使所述第一供电模块及所述第二供电模块其中之一输出整流电压。
19.根据权利要求18所述的供电管理方法，其特征在于，由所述切换控制模块接收所述侦测信号，并依据所述侦测信号控制所述第一开关单元与所述第二开关单元的导通与截止，以使所述第一供电模块及所述第二供电模块其中之一输出所述整流电压的步骤包含：响应于所述侦测信号为指示所述第一交流电输入端接收到正常的所述第一交流电，所述切换控制模块控制所述第一开关单元导通，并控制所述第二开关单元截止；响应于当所述侦测信号为指示所述第一交流电输入端没有接收到正常的所述第一交流电并且所述第二交流电输入端接收到正常的所述第二交流电，所述切换控制模块控制所述第一开关单元截止，并控制所述第二开关单元导通。
20.根据权利要求18所述的供电管理方法，其特征在于，所述供电管理方法还包含：响应于所述切换控制模块接收特殊模式请求以及所述第二交流电输入端接收到所述第二交流电，所述切换控制模块依据所述特殊模式请求控制所述第一开关单元截止，并控制所述第二开关单元导通。
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