CN201499095U - 于无载状态降低电力消耗的电源供应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种于无载状态降低电力消耗的电源供应器，包含一整流电路、一隔离变压器、一脉波宽度调变电路、一回授电路、一分流电路及一负载连接侦测开关，该负载连接侦测开关与回授电路连接，并于电源供应器未连接负载时呈现短路状态，使流经回授电路的电流提高，而令回授电路输出一回授信号予脉波宽度调变电路，令脉波宽度调变电路调低功率切换开关的导通周期，使隔离变压器其二次侧的输出电压持续下降至一下限值，由于功率切换开关的截止时间延长且隔离变压器其二次侧的输出电压恒维持于一低压值，故降低无载状态下电源供应器的电力消耗。

Description

于无载状态降低电力消耗的电源供应器

技术领域

本实用新型涉及一种电源供应器，特别是指一种可在无载的状态下降低电源消耗的电源供应器。

背景技术

请参考图5所示，为一现有切换式电源供应器的详细电路图，以下说明是以一笔记型计算机的电源供应器(Adapter)为例进行说明，其主要组件包括有一整流电路200、一功率因子调整(PFC)电路210、一隔离变压器220、一脉波宽度调变(PWM)电路230、一回授电路240、一整流二极管250及一输出电容260，输出电容260的两端作为电源供应器的电压输出端270以供负载连接。

其电路动作简述如下：整流电路200将输入交流电源转换为直流电源；该功率因子调整电路210连接在整流电路200的输出端，其目的是调整电源供应器的功率因子；通过功率因子调整的直流电源输出至该隔离变压器220的一次侧，使二次侧能产生一感应电压，其中，变压器220一次侧串接脉波宽度调变电路230，该脉波宽度调变电路230由一功率切换开关231及一脉波宽度调变控制器232组成，而变压器220的二次侧设有该整流二极管250与该输出电容260；该回授电路240则由一光耦合器242及一三端子的分流器(shunt regulator)244构成，光耦合器242输入端通过限流电阻Rd连接该输出电压端270，以产生光二极管的偏压电流，其输出端则是回授至该脉波宽度调变控制器232，令脉波宽度调变控制器232根据该直流输出电压的状态，调整该功率切换开关231的导通/截止周期，以获得一适当的直流输出电压，该分流器244具有一参考端、一阴极及一阳极，其中，参考端连接由两分压电阻R1、R2组成的分压电路，该分压电路的一端连接至电源供应器的输出端以感测输出电压的强度，分流器244的阳极为接地，阴极连接该光耦合器的光二极管。

如图6所示，当电源供应器的输出为轻载(light load)或无载(no load)时，电源供应器仍是持续输出其额定电压，但为了提升电源供应器的效率，电源管理IC会进入一脉冲模式(Burst mode)(如Linear Technology公司所生产的LTC3410)，该功率切换开关231的控制波形Vgs如图所示，功率切换开关231将关闭几个周期(cycle)，以节省电源消耗，负载所需的电流IL仅由输出电容260提供，此时直流输出电压Vout缓慢下降，但是当直流输出电压Vout下降至一下限值(仅约略低于额定输出电压)时，该功率切换开关231重新启动，以维持稳定的输出电压，例如用于笔记型计算机的19V输出电压，由图可知，功率切换开关231将关闭几个周期，以节省电力，然而，纵使电源供应器的输出端并无连接负载，在此状态之下仍会消耗电力以维持内部电路的基本运作并维持前述的稳定电压，虽然就单一电源供应器其消耗电力不多，对额定输出功率为90W的电源供应器(adapter)而言仅约消耗300mw，但是以现今大量融入日常生活的笔记型计算机等其它消费性电子产品其庞大数量来看，其整体虚耗电力不容小觑。

实用新型内容

鉴于目前电源供应器在无载状态下所实行的脉冲模式(burst mode)仍是会消耗不少电力，节能效果有限，本实用新型的主要目的是提供一种可在无载状态下降低输出电压并延长功率切换开关的截止时间的电源供应器。

为达成前述目的，本实用新型的于无载状态降低电力消耗的电源供应器包含：

一整流电路，将一交流电压整流成一直流电压；

一隔离变压器，具有一次侧及二次侧，其一次侧接收该直流电压，并于其二次侧产生一感应电压；

一脉波宽度调变电路，包含有一功率切换开关及一脉波宽度调变控制器，其中该功率切换开关与该隔离变压器的一次侧串连，该脉波宽度调变控制器连接功率切换开关以调整其导通及关闭时间；

一整流二极管，其正极连接该隔离变压器其二次侧的一端；

一输出电容，连接于该整流二极管的负极与接地之间；

一回授电路，包含一光耦合器及一分流器，该光耦合器的光二极管的正极连接该输出电容以取得偏压电流，该光耦合器的光敏晶体管输出一回授信号至该脉波宽度调变控制器的回授端，该分流器具有一参考端、一阴极及一阳极，该参考端经由一分压电路连接至电压输出端，该阴极连接该光耦合器的光二极管的负极，该阳极接地；

一负载连接侦测开关，连接于该分流器的阴极与接地之间，并依据电源供应器有无与负载连接而切换为开路或短路状态。

当电源供应器未连接负载时，该负载连接侦测开关为短路状态，令流过光耦合器的电流提高，光耦合器因此假定输出电压过高，故输出一回授信号予脉波宽度调变控制器，令脉波宽度调变控制器延长功率切换开关的截止时间，故输出电压受到抑止而下降，如此不断循环，使输出电压远低于该电源供应器的额定电压值，从而达到节能功效。

本实用新型的另一目的是提供一种可在无载状态下降低输出电压并令多数组件停止运作的电源供应器，为达成此目的，电源供应器包含有：

一整流电路，将一交流电压整流成一直流电压；

一隔离变压器，具有一次侧及二次侧，其一次侧接收该直流电压，并于其二次侧产生一感应电压；

一脉波宽度调变电路，包含有一功率切换开关及一脉波宽度调变控制器，其中该功率切换开关与该隔离变压器的一次侧串连，该脉波宽度调变控制器连接功率切换开关以调整其导通及关闭时间；

一整流二极管，连接该隔离变压器其二次侧的一端；

一输出电容，连接于该整流二极管与接地之间；

一回授电路，包含一第一光耦合器，该第一光耦合器的光二极管的正极连接该输出电容以取得偏压电流，该第一光耦合器的光敏晶体管输出一回授信号至该脉波宽度调变控制器的回授端；

一输出负载侦测电路，连接于该输出电容与接地之间，包含一第二光耦合器、一二极管、及一储能组件，其中：

该二极管的正极连接输出电容，其负极同时连接该储能组件与第二光耦合器其光二极管的正极；

该第二光耦合器具有一输出端，送出一回授信号予该脉波宽调变控制器的致能端；

一负载连接侦测开关，连接于该第二光耦合器其光二极管的负极与接地之间，并依据电源供应器有无与负载连接而切换为开路或短路状态；

其中，当电源供应器未连接负载时，该负载连接侦测开关为短路状态，令光耦合器输出回授信号予脉波宽度调变控制器，藉此关闭脉波宽度调变控制器。

附图说明

图1：本实用新型的第一实施例的详细电路图。

图2：本实用新型与常用电源供应器的波形比对图。

图3：本实用新型的第二实施例的详细电路图。

图4：本实用新型的一应用示意图。

图5：现有电源供应器的详细电路图。

图6：现有电源供应器其功率切换开关、输出电压波形及负载电流波形图。

【主要组件符号说明】

1电源供应器

10整流电路      20功率因子调整电路

22功率因子调整控制器

30隔离变压器    40脉波宽度调变电路

41功率切换开关  42脉波宽度调变控制器

50回授电路

51光耦合器

52分流器

60整流二极管

70输出电容

80电压输出端

90负载连接侦测开关

100直流输出接头 110输出负载侦测电路

112第二光耦合器 114二极管

116储能组件

R1、R2分压电阻

Rd、Rd1、Rd2限流电阻

200整流电路   210功率因子调整电路

220隔离变压器 230脉波宽度调变电路

231功率切换开关 232脉波宽度调变控制器

240回授电路   242光耦合器

244分流器

250整流二极管

260输出电容

270电压输出端

具体实施方式

请参考图1所示，为本实用新型的电源供应器1第一实施例的详细电路图，包含有一整流电路10、一功率因子调整(PFC)电路20、一隔离变压器30、一脉波宽度调变(PWM)电路40、一回授电路50、一整流二极管60及一输出电容70及一负载连接侦测开关90，该输出电容70两端作为电源供应器1的电压输出端80以供一直流输出接头100连接。

该整流电路10将一交流电压整流成一直流电压，其内部可包含有桥式整流电路。

该功率因子调整电路20连接于整流电路10的输出端以调整电流波形使其具有较佳的功率因子，若直流电压本身的电力质量已可接受，亦可毋须设置功率因子调整电路20，该功率因子调整电路20包含有一功率因子调整控制器22。

该隔离变压器30具有一次侧及二次侧，其一次侧接收由功率因子调整电路20所输出的直流电压，并于二次侧产生一感应电压。

该脉波宽度调变电路40连接于该隔离变压器30的一次侧，包含有一与该隔离变压器30的一次侧串连的功率切换开关41以及一脉波宽度调变控制器42，该脉波宽度调变控制器42具有一输出端及一回授端，该输出端连接该功率切换开关41以控制其导通/截止时间。

该整流二极管60的正极连接于该隔离变压器30其二次侧的一端，该输出电容70则连接整流二极管60的负极与二次侧的另一端。

该回授电路50由一光耦合器51及一分流器52构成，该光耦合器包含一光二极管与一光敏晶体管，光二极管的正极经过一限流电阻Rd1连接至电压输出端80以取得工作所需的偏压电流，光敏晶体管则提供一输出端，此输出端连接至该脉波宽度调变控制42的回授端；该分流器52具有一参考端、一阴极及一阳极，其中，参考端连接由两分压电阻R1、R2组成的分压电路，该分压电路的一端连接至电压输出端80以感测输出电压的强度，分流器52的阳极为接地，阴极连接该光耦合器的光二极管。

该负载连接侦测开关90根据该直流输出接头100有无与负载连接而改变状态，本实施例中，当直流输出接头100与负载连接时，负载连接侦测开关90为开路状态，反之当直流输出接头100未与负载连接时，负载连接侦测开关90为短路状态，其中，负载连接侦测开关90的一端经过一二极管而连接该分流器52的阴极，另一端为接地。

于以下电路说明中，本实用新型的电源供应器1以应用于笔记型计算机为例进行说明，该直流输出接头100为连接笔记型计算机的充电插头，负载即为笔记型计算机。

A.在正常供电模式下，直流输出接头100插入于笔记型计算机中，此时该负载连接侦测开关90为开路状态，隔离变压器30的二次侧稳定输出一额定电压笔记型计算机。

B.请参考图2的波形(a)、(b)所示，分别为本实用新型功率切换开关41的控制波形Vgs及输出电压波形，在轻载的状况下，本实用新型仍可提供如区段T1所示的脉冲模式(burst mode)以提供正常的输出电压Vo1降低功率消耗。另一方面，如区段T2所示无载节能模式，当直流输出接头100与笔记型计算机分离后，对电源供应器1而言处于无载状态，此时负载连接侦测开关90为短路状态，导致分流器52的阴极几乎处于接地的低准位，同时由电源供应器1的电压输出端80流经过该光耦合器51的偏压电流相对提高，故光耦合器51输出予脉波宽度调变控制器42的回授量自然提高，令脉波宽度调变控制器42认定目前的输出电压Vo是为偏高状态，故降低或关闭该功率切换开关41的导通时间，如此不断循环而强迫输出电压下降至一极低的准位Vo2(约1～2伏特)。当输出电压下降至一定的下限准位时，将无足够的电流足以驱动该光耦合器51中光二极管，光二极管将无法产生光线予光敏晶体管，导致回授量下降，此频率波宽度调变控制器42察觉输出电压过低，故将提高该功率切换开关41的导通时间，以再度提升输出电压，然而输出电压亦不会完全上升至其高准位的额定电压Vo1，仅提升到足以令光耦合器正常动作即会停止继续上升，因此输出电压Vo能持续维持于低准位Vo2。

请参考图2中的波形(c)、(d)所示，分别为传统功率切换开关的控制波形Vgs及输出电压波形，传统脉冲模式(burst mode)中的功率切换开关仅是会在相邻导通时段中省略数个周期的间隔时间，约为数毫秒(ms)，以确保电源供应器1的输出电压能约略维持在额定输出电压(约19伏特)，故仍是有不少电力因此而虚耗；相对于本实用新型的波形(a)、(b)所示，不仅功率切换开关41其相邻导通时段之间的停止时间(T)有效延长，电源供应器1在无载的状态下亦仅是输出一低准位(约1～2伏特)的电压，将更能有效降低无载的电力消耗，其中该停止时间T2可由限流电阻Rd1的阻值而决定。

从前述说明配合附图可知，本实用新型在不需大幅度变动原有的线路架构前提下，将一负载连接侦测开关90巧妙地配合回授电路50中而创造出另一种工作模式，使电源供应器在无载的状况下大为降低其输出电压，能在最低的设计成本前提之下达到节能目的。

请参考图3所示，为本实用新型的第二实施例，其大致电路与前述第一实施例相同，惟进一步包含一输出负载侦测电路110，且负载连接侦测开关90改为与输出负载侦测电路110连接，该输出负载侦测电路110连接在输出电容70与接地之间，包含一第二光耦合器112、一二极管114及一储能组件116。

该二极管114的正极连接输出电容70，其负极连接该储能组件116及限流电阻Rd2的其中一端，限流电阻Rd2的另一端连接第二光耦合器112的光二极管，光二极管的另一端连接负载连接侦测开关90，其中第二光耦合器112具有一输出端Vd以输出一回授信号予该脉波宽调变控制器42及功率因子调整控制器22的致能端。

在正常供电模式下，若直流输出接头100连接负载，该负载连接侦测开关90为开路状态，电源供应器1的电压输出端80的电流经过二极管114对储能组件116持续充电，但无电流流过该第二光耦合器112的光二极管，故光敏晶体管的输出端Vd输出一高准位的信号以致能该脉波宽调变控制器42及功率因子调整控制器22，令两者维持正常运作，电源供应器1持续输出一直流电压予负载。

当直流输出接头100与负载分离后，该负载连接侦测开关90为短路状态，储能组件116输出电流，经过限流电阻Rd2而流经第二光耦合器112的光二极管，光敏晶体管因而导通，使第二光耦合器112的输出端经过光敏晶体管而转为接地的低准位，此低准位信号将会同时关闭(disable)该脉波宽调变控制器42及功率因子调整控制器22，令电源供应器1进入节能模式，进而实现降低电力消耗的目的。

请参考图4，本实用新型中的负载连接侦测开关90并非局限于特定型态，例如可设在电源供应器1的表面上以供使用者切换操作，亦可与直流输出接头100整合，使直流输出接头100本身能依据是否与负载(如计算机)连接而输出一控制信号。

综上所述，本实用新型是提供一种在无载状态下，降低电力消耗的电源供应器，藉由侦测电源供应器是否与负载连接，可自动降低输出电压、延长功率切换开关其相邻导通时段之间的停止时间或是强迫关闭功率因素调整与脉波宽度调变电路，均可达到降低电力消耗、节约能源的功效。

Claims (9)

1.一种于无载状态降低电力消耗的电源供应器，其特征在于，包含：

一整流电路，将一交流电压整流成一直流电压；

一隔离变压器，具有一次侧及二次侧，其一次侧接收该直流电压，并于其二次侧产生一感应电压；

一脉波宽度调变电路，包含有一功率切换开关及一脉波宽度调变控制器，其中该功率切换开关与该隔离变压器的一次侧串连，该脉波宽度调变控制器连接功率切换开关以调整其导通及关闭时间；

一整流二极管，其正极连接该隔离变压器其二次侧的一端；

一输出电容，连接于该整流二极管的负极与接地之间，该输出电容两端构成电压输出端；

一回授电路，包含一光耦合器及一分流器，该光耦合器的光二极管的正极连接该电压输出端以获取偏压电流，该光耦合器的光敏晶体管输出一回授信号至该脉波宽度调变控制器的回授端，该分流器具有一参考端、一阴极及一阳极，该参考端经由一分压电路连接至电压输出端，该阴极连接该光耦合器的光二极管的负极，该阳极接地；

一负载连接侦测开关，连接于该分流器的阴极与接地之间，并依据电源供应器有无与负载连接而切换为开路或短路状态；

其中，当电源供应器未连接负载时，该负载连接侦测开关为短路状态，令光耦合器输出一回授信号予脉波宽度调变控制器以降低功率切换开关的导通时间，使输出电容上的电压维持低于该电源供应器的额定电压值。

2.如权利要求1所述的于无载状态降低电力消耗的电源供应器，其特征在于，该光耦合器的光二极管的正极经过一限流电阻而连接该输出电容。

3.如权利要求1或2所述的于无载状态降低电力消耗的电源供应器，其特征在于，该整流电路与该隔离变压器其一次侧之间连接一功率因子调整电路。

4.如权利要求3所述的于无载状态降低电力消耗的电源供应器，其特征在于，该负载连接侦测开关经过一二极管连接至该分流器的阴极。

5.如权利要求4所述的于无载状态降低电力消耗的电源供应器，其特征在于，该输出电容的两端连接一直流输出接头。

6.一种于无载状态降低电力消耗的电源供应器，其特征在于，包含：

一整流电路，将一交流电压整流成一直流电压；

一隔离变压器，具有一次侧及二次侧，其一次侧接收该直流电压，并于其二次侧产生一感应电压；

一脉波宽度调变电路，包含有一功率切换开关及一脉波宽度调变控制器，其中该功率切换开关与该隔离变压器的一次侧串连，该脉波宽度调变控制器连接功率切换开关以调整其导通及关闭时间；

一整流二极管，连接该隔离变压器其二次侧的一端；

一输出电容，连接于该整流二极管与接地之间，该输出电容的两端构成电压输出端；

一回授电路，包含一第一光耦合器及一分流器，该第一光耦合器的光二极管的正极连接该电压输出端以获取偏压电流，该第一光耦合器的光敏晶体管输出一回授信号至该脉波宽度调变控制器的回授端；

一输出负载侦测电路，连接于该输出电容与接地之间，包含一第二光耦合器、一二极管、及一储能组件，其中：

该二极管的正极连接输出电容，其负极同时连接该储能组件与第二光耦合器其光二极管的正极；

该第二光耦合器具有一输出端，送出一回授信号予该脉波宽调变控制器的致能端；

一负载连接侦测开关，连接于该第二光耦合器其光二极管的负极与接地之间，并依据电源供应器有无与负载连接而切换为开路或短路状态；

其中，当电源供应器未连接负载时，该负载连接侦测开关为短路状态，令光耦合器输出回授信号予脉波宽度调变控制器，藉此关闭脉波宽度调变控制器。

7.如权利要求6所述的于无载状态降低电力消耗的电源供应器，其特征在于，该第二光耦合器的光二极管的正极经过一限流电阻而连接该二极管的负极。

8.如权利要求6或7所述的于无载状态降低电力消耗的电源供应器，其特征在于，该整流电路与该隔离变压器其一次侧之间连接一功率因子调整电路，该功率因子调整电路包含一功率因子调整控制器，该功率因子调整控制器的致能端连接该第二光耦合器的输出端。

9.如权利要求8所述的于无载状态降低电力消耗的电源供应器，其特征在于，该输出电容的两端连接一直流输出接头。

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