CN205489518U - 电源转换器的双回路供电电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种电源转换器的双回路供电电路，包括：一辅助绕组、一供电电容以及一供电选择单元。该辅助绕组具有一全绕组端与一抽头端，该全绕组端与一接地端之间提供一感应电压，该抽头端与该接地端之间提供一抽头电压。该供电电容连接于一控制单元的一电源脚位与该接地端之间。该供电选择单元连接该全绕组端与该抽头端以及该电源脚位之间。当该感应电压大于或等于一阀值电压，该供电选择单元选择该感应电压对该供电电容充电；当该感应电压小于该阀值电压，该供电选择单元选择该抽头电压对该供电电容充电，以对该控制单元供电。

Description

电源转换器的双回路供电电路
技术领域
本实用新型涉及一种电源转换器供电电路，尤其涉及一种电源转换器的控制单元供电的双回路供电电路。
背景技术
随着科技日益进步，现今移动电话的功能越来越多样化，再加上使用的普及率高，因此移动电话对于其电池容量的要求也越来越高。如此，传统充电时间较长的充电器已经不能满足使用者对于快速充电的要求。
为了减少充电器的充电时间，最常使用的方式是通过提高充电器的功率来实现。也因此，对于相同输出电流的充电器而言，必须通过提高输出电压的方式来提高充电器的功率，进而减少充电时间。对于多输出电压的充电器来说，通常具有的典型输出电压有5伏特、7伏特、9伏特或12伏特。因应不同的使用需求，充电器所提供的输出电压大小也有所差异。举例来说，当充电器使用于常态充电操作，输出电压约为5伏特，然而，当使用者将充电器应用于快速充电时，则充电器的输出电压将提高为12伏特。
请参见图4，该电路为一交流转直流(AC/DC)电源转换器，用以将一交流输入电压VIN转换为一直流输出电压VOUT。该直流输出电压VOUT可作为前述充电器输出的充电电压之用。
该交流转直流电源转换器需要在该交流输出电压VIN与该直流输出电压VOUT电气隔离，且通常以一变压器单元Tr实现。再者，该变压器单元Tr可被使用于该电源转换器中，使得该电源转换器成为一返驰式转换器(Flyback Converter)的组态。
该返驰式转换器通过控制一功率开关Qs的导通与截止，将输入侧的能量传送至输出侧。具体而言，当一控制信号，通常为一脉冲宽度调制(PWM)控制信号，控制该功率开关Qs导通时，借由电流流过该变压器单元Tr的一初级绕组WPRI，将能量储存在该变压器单元Tr上。当该功率开关Qs控制为截止时，该变压器单元Tr所储存的能量就传送至该变压器单元Tr的一次级绕组WSEN，完成将能量从输入侧传送至输出侧。
再者，该返驰式转换器的一控制器100是由该变压器单元Tr的一辅助绕组WAUX供电。该辅助绕组WAUX所产生的一感应电压VX与该输出电压VOUT之间存在着正比例的关系，即该感应电压VX与该输出电压VOUT的比例等于该辅助绕组WAUX的匝数与该次级绕组WSEN的比例。
假设该辅助绕组WAUX的匝数与该次级绕组WSEN的比例为3:1时。承前所述，当作为充电器的该电源转换器使用于常态充电操作时，该输出电压VOUT约为5伏特，此时该感应电压VX将为15伏特，亦即，该控制器100由15伏特的该感应电压VX供电。同样地，当作为充电器该电源转换器操作与快速充电时，充电器的该输出电压VOUT提高到约为12伏特，此时该感应电压VX将为36伏特，亦即，该控制器100由36伏特的该感应电压VX供电。
由上述说明可知，因应充电器不同使用的需求，对应地，该电源转换器的输出电压VOUT有所不同，因此，针对不同输出电压VOUT通过该变压器单元Tr耦合后，该辅助绕组WAUX对该控制器100的一电源脚位VDD所提供的供电电压大小也有所不同。简而言之。多个该输出电压VOUT对应两个或两个以上的供电电压VDD。惟当作为充电器的该电源转换器操作于快速充电时，由于该辅助绕组WAUX提供给该控制器100的供电电压较高，导致损耗较大，因而造成整体转换器效率降低，以及增加耐压、耐流与散热设计的限制。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种电源转换器的双回路供电电路，解决电源转换器操作于高输出电压时，存在电路损耗大，导致整体转换效率降低，以及耐压、耐流与散热设计受到限制的问题。
为达成上述目的，本实用新型所提出技术方案为：
一种电源转换器的双回路供电电路，包括：
一辅助绕组，具有一全绕组端与一抽头端，其中该全绕组端与一接地端之间提供一感应电压，该抽头端与该接地端之间提供一抽头电压；
一供电电容，连接于该控制单元的一电源脚位与该接地端之间；以及
一供电选择单元，具有一输入侧与输出侧，其中该输入侧连接该全绕组端与该抽头端，该输出侧连接于该电源脚位以供电给该控制单元，其中该供电选择单元在该感应电压大于或等于一阀值电压时，选择该感应电压对该供电电能充电储能，在该感应电压小于该阀值电压时，选择该抽头电压对该供电电容充电储能。
本实用新型电源转换器的双回路供电电路的有益效果为：本实用新型电源转换器的双回路供电电路，对该控制单元提供不同的供电路径。当该电源转换器操作于高输出电压时，该控制单元得以由较低的该抽头电压所供电，藉此，降低电路损耗，以提高整体转换效率，并且有利于电路组件耐压、耐流与散热的设计更为弹性。
本实用新型电源转换器的双回路供电电路的进一步改进在于，该供电选择单元包括一开关元件，当该感应电压大于或者等于该阀值电压，该开关元件导通，使该感应电压对该控制单元供电；当该感应电压小于该阀值电压，该开关元件截止，使该抽头电压对该控制单元供电。
本实用新型电源转换器的双回路供电电路的进一步改进在于，该全绕组端与该接地端之间具有一全绕组匝数，该抽头端与该接地端之间具有一抽头绕组匝数，该感应电压与该抽头电压的比例等于该全绕组匝数与该抽头组匝数的比例。
本实用新型电源转换器的双回路供电电路的进一步改进在于，该变压器单元更包括与该辅助绕组电磁耦合的一次级绕组，该电源转换器的一输出电压与该感应电压的比例等于该次级绕组的匝数与该全绕组匝数的比例。
本实用新型电源转换器的双回路供电电路的进一步改进在于，该供电选择单元包括：
该开关元件，为一晶体管开关，具有一基极、一集电极以及一发射极；
一齐纳二极管，该齐纳二极管的一阴极与一阳极分别连接于该晶体管开关的该基极与该接地端；
一第一二极管，该第一二极管的一阴极与一阳极分别连接于该供电电容、该控制单元的该电源脚位与该晶体管开关的该发射极；
一第二二极管，该第二二极管的一阴极与一阳极分别连接于该第一二极管的该阴极与该辅助绕组的该抽头端；
一第三二极管，该第三二极管的一阴极与一阳极分别连接于该晶体管开关的该集电极与该辅助绕组的该全绕组端；以及
一极间电阻，连接于该晶体管开关的该基极与该集电极之间。
本实用新型电源转换器的双回路供电电路的进一步改进在于，该第三二极管的该阳极与该辅助绕组的该全绕组端之间连接有一第一限流电阻；该第二二极管的该阳极与该辅助绕组的该抽头端之间连接有一第二限流电阻。
本实用新型电源转换器的双回路供电电路的进一步改进在于，该供电选择单元选择该感应电压并通过一第一供电路径对该供电电容充电储能，该第一供电路径有该全绕组端、该第一限流电阻、该第三二极管、该晶体管开关以及该第一二极管所构成；该供电选择单元选择该抽头电压并通过一第二供电路径对该供电电容充电储能，该第二供电路径由该抽头端、该第二限流电阻以及该第二二极管所构成。
本实用新型电源转换器的双回路供电电路的进一步改进在于，该控制单元为一脉冲宽度调制集成电路。
为了能更进一步了解本实用新型为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，相信本实用新型的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体了解，然而所提供附图仅提供参考与说明用，并非用来限制本实用新型。
附图说明
图1为本实用新型电源转换器的双回路供电电路的电路方块图。
图2为本实用新型电源转换器的双回路供电电路的电路图
图3为本实用新型电源转换器的完整电路图。
图4为熟知电源转换器的电路图。
附图标记说明：
10：控制单元 20：供电选择单元
Tr：变压器单元 VDD：电源脚位
GND：接地脚位 WAUX：辅助绕组
WPRI：初级绕组 WSEN：次级绕组
WF：全绕组端 WT：抽头端
NP：第一匝数 NS：第二匝数
NA：第三匝数 CVDD：供电电容
VAUX：感应电压 VTAP：抽头电压
P1：第一供电路径 P2：第二供电路径
Q1：晶体管开关 DZ：齐纳二极管
D1：第一二极管 D2：第二二极管
D3：第三二极管 RQ：极间电阻
R1：第一限流电阻 R2：第二限流电阻
VZ：齐纳电压 VIN：输入电压
VOUT：输出电压 QS：功率开关
100：控制器 VX：感应电压
具体实施方式
以下配合附图及本实用新型的较佳实施例，进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段。
请参见图1，揭露本实用新型一电源转换器的双回路供电电路的电路方块图。该电源转换器的双回路供电电路用以提供一控制单元10所需的电源。其中该控制单元为一脉冲宽度调制集成电路(PWM IC)。该电源转换器的双回路供电电路包含一变压器单元Tr(配合图3)的一辅助绕组WAUX、一供电电容CVDD以及一供电选择单元20。
该辅助绕组WAUX具有一全绕组端WF与一抽头端WT。该全绕组端WF与一接地端之间提供一感应电压VAUX。该抽头端WT与该接地端之间提供一抽头电压VTAP。该供电电容CVDD连接于该控制单元10的一电源脚位VDD与该接地端之间。
该供电选择单元20具有一输入侧与一输出侧，其中该输入侧连接该全绕组端WF与该抽头端WT，该输出侧连接该控制单元10的该电源脚位VDD与该供电电容CVDD。
当该感应电压VAUX大于或等于一阀值电压，该供电选择单元20通过一第一供电路径P1选择该感应电压VAUX，对该供电电容CVDD充电储能，以通过该电源脚位VDD对该控制单元10供电。反之，当该感应电压VAUX小于该阀值电压，该供电选择单元20通过一第二供电路径P2选择该抽头电压VTAP对该供电电容CVDD充电储能，以通过该电源脚位VDD对该控制单元10供电。至于该电源转换器的双回路供电电路的详细操作容后说明。
请参见图2，更进一步揭露该供电选择单元20的实施状态下电路。该供电选择单元20主要包含一晶体管开关Q1、一齐纳二极管(Zener Diode)DZ、一第一二极管D1以及一第二二极管D2。在本实施例中，该晶体管开关Q1可为一双载子接面晶体管(Bipolar JunctionTransistor,BJT)，其具有一基极、一集电极以及一发射极。
该齐纳二极管DZ具有一阳极与一阴极，该阴极连接该晶体管开关Q1的该基极，该阳极连接该接地端，于逆向偏压操作下提供一齐纳电压VZ。该第一二极管D1具有一阳极与一阴极，该阳极连接该晶体管开关Q1的该发射极，该阴极连接该控制单元10的该电源脚位VDD与该供电电容CVDD的非接地端。
该第二二极管D2具有一阳极与一阴极，该阴极连接该控制单元10的该电源脚位VDD与该供电电容CVDD的非接地端，该阳极连接该辅助绕组WAUX的该抽头端WT。然而，在实际电路应用上，会限制流经该第二二极管D2的电流大小，因此，通常在该第二二极管D2与该抽头端WT之间连接一第二限流电阻R2。
该晶体管开关Q1的该集电极连接一第三二极管D3的阴极，且该第三二极管D3的阳极连接一第一限流电阻R1，然后再连接该辅助绕组WAUX的该全绕组端WF。此外，该晶体管开关Q1的该集电极与该基极之间连接一极间电阻RQ。
配合参见图3，为本实用新型电源转换器的完整电路图。该变压器单元Tr更包含与该辅助绕组WAUX电磁耦合的一初级绕组WPRI与一次级绕组WSEN。其中该初级绕组WPRI电性连接该电源转换器的输入侧的电路，该次级绕组WSEN则电性连接该电源转换器的输出侧的电路。彼此电磁耦合的绕组之间WPRI，WSEN，WAUX的电压关系与其绕组的匝数成正比的关系。亦即，若该初级绕组WPRI的匝数为一第一匝数NP，该次级绕组WSEN的匝数为一第二匝数NS，以及该辅助绕组WAUX的匝数为一第三匝数NA，因此该次级绕组WSEN两端的电压与该辅助绕组WAUX两端的电压比例为NS：NA。
由于该电源转换器的一输出电压VOUT等于该次级绕组WSEN两端的电压，因此该输出电压VOUT与该辅助绕组WAUX两端的电压比例为NS:NA。一旦该输出电压VOUT不同，通过该变压器单元Tr的电磁耦合，用以提供该控制单元10的该电源脚位VDD的供电电压也不同。本实用新型根据不同的该输出电压VOUT，应用该辅助绕组WAUX匝数的调整，以自动切换对该控制单元10提供不同的供电路径。
为方便说明该电源转换器的双回路供电电路的操作，特以数值范例说明。假设该次级绕组WSEN的该第二匝数NS与该辅助绕组WAUX的该第三匝数NA的比例为1:3。此外，假设该抽头端WT位于该辅助绕组WAUX的中心抽头位置，如此该感应电压VAUX与该抽头电压VTAP的比例为2:1。当该输出电压VOUT为5伏特时，该辅助绕组WAUX两端的电压，即该感应电压VAUX为15伏特，且该抽头电压VTAP为7.5伏特。同理，当该输出电压VOUT为12伏特时，该感应电压VAUX为36伏特，且该抽头电压VTAP为18伏特。此外，假设该齐纳二极管DZ的该齐纳电压VZ为15伏特以及该晶体管开关Q1与各该二极管的顺向压降为0.7伏特。
根据上述电路组件参数，复请参见图2，说明本实用新型该电源转换器的双回路供电电路的操作原理。以下针对该输出电压VOUT为低电压
(VOUT＝5伏特)与高电压(VOUT＝12伏特)分述说明。但上述该输出电压VOUT的大小仅在于表达相对的高、低电压值所举的范例，并非用来限制本实用新型。
1、当该输出电压VOUT为低电压5伏特时，该辅助绕组WAUX的该全绕组端WF与该接地端之间的该感应电压VAUX为15伏特，该抽头端WT与该接地端之间的该抽头电压VTAP为7.5伏特。在此状态下，由于该齐纳二极管DZ为逆向偏压，该晶体管开关Q1的基极电压大小为该齐纳电压VZ等于15伏特，因此该晶体管开关Q1的基集极接面(BCJ)为顺偏。再者，由于该抽头电压VTAP为7.5伏特，因此该晶体管开关Q1的基射极接面(BEJ)也为顺偏，该晶体管开关Q1为饱和区(Saturation Region)操作，作用为开关的导通(ON)状态。
再者，由于该第二二极管D2的阴极电压(约为15-2×0.7＝13.6伏特)大于该第二二极管D2的阳极电压(约为7.5伏特)，因此该第二二极管D2为截止状态。故此，该供电选择单元20通过该第一供电路径P1，选择该感应电压VAUX对该供电电容CVDD充电储能，以通过该电源脚位VDD对该控制单元10供电。其中该第一供电路径P1由该全绕组端WF、该第一限流电阻R1、该第三二极管D3、该晶体管开关Q1以及该第一二极管D1所构成。
2、当该输出电压VOUT为高电压12伏特时，该感应电压VAUX为36伏特，该抽头电压VTAP为18伏特。在此状态下，由于该齐纳二极管DZ为逆向偏压，该晶体管开关Q1的基极电压大小为该齐纳电压VZ等于15伏特，因此该晶体管开关Q1的基集极接面(BCJ)为顺偏。再者，由于该抽头电压VTAP为18伏特，因此该晶体管开关Q1的基射极接面(BEJ)也为逆偏，故此，该晶体管开关Q1为截止区(Cut Off Region)操作，作用为开关的截止(OFF)状态。
再者，由于该第二二极管D2的阴极电压(约为15-2×0.7＝13.6伏特)小于该第二二极管D2的阳极电压(约为18伏特)，因此该第二二极管D2为导通状态。故此，该供电选择单元20通过该第二供电路径P2，选择该抽头电压VTAP为对该供电电容CVDD充电储能，以通过该电源脚位VDD对该控制单元10供电。其中该第二供电路径P2由该抽头端WT、该第二限流电阻R2以及该第二二极管D2所构成。
复请参见图3，该电源转换器将一输入电压VIN转换为该输出电压
VOUT。在本实施例中，该输入电压VIN为一交流电压，通过返驰式交流转直流(AC/DCFlyback)操作，将该(交流)输入电压VIN转换为该(直流)输出电压VOUT。对于该控制单元10的供电，则针对不同该输出电压VOUT大小，提供不同的供电大小。承前所述，当该输出电压VOUT为低电压时，该供电选择单元20通过该第一供电路径P1，选择该感应电压VAUX对该供电电容CVDD充电储能，以通过该电源脚位VDD对该控制单元10供电。反之，当该输出电压VOUT为高电压时，该供电选择单元20通过该第二供电路径P2，选择该抽头电压VTAP对该供电电容CVDD充电储能，以通过该电源脚位VDD对该控制单元10供电。
综上所述，本实用新型具有以下的特征与优点：
针对该电源转换器操作于不同该输出电压VOUT的情况，通过该双回路供电电路自动切换对该控制单元10提供不同的供电路径：当该输出电压VOUT为低电压时，该全绕组端WF所提供的该感应电压VAUX对该控制单元10供电；当该输出电压VOUT为高电压时，该抽头端WT所提供的该抽头电压VTAP对该控制单元10供电。亦即，即便该电源转换器操作于高输出电压VOUT时，例如应用于快速充电操作，该控制单元10得以由较低的该抽头电压VTAP，而非该感应电压VAUX所供电，藉此，降低电路损耗，以提高整体转换效率，并且有利于电路组件耐压、耐流与散热的设计更为弹性。
以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种电源转换器的双回路供电电路，用以提供一控制单元所需的电源，其特征在于，该电源转换器的双回路供电电路包含：
一辅助绕组，具有一全绕组端与一抽头端，其中该全绕组端与一接地端之间提供一感应电压，该抽头端与该接地端之间提供一抽头电压；
一供电电容，连接于该控制单元的一电源脚位与该接地端之间；以及
一供电选择单元，具有一输入侧与一输出侧，其中该输入侧连接该全绕组端与该抽头端，该输出侧连接于该电源脚位以供电给该控制单元，其中该供电选择单元在该感应电压大于或等于一阀值电压时，选择该感应电压对该供电电能充电储能，在该感应电压小于该阀值电压时，选择该抽头电压对该供电电容充电储能。
2.根据权利要求1所述的电源转换器的双回路供电电路，其特征在于：该供电选择单元包括一开关元件，当该感应电压大于或者等于该阀值电压，该开关元件导通，使该感应电压对该控制单元供电；当该感应电压小于该阀值电压，该开关元件截止，使该抽头电压对该控制单元供电。
3.根据权利要求1所述的电源转换器的双回路供电电路，其特征在于：该全绕组端与该接地端之间具有一全绕组匝数，该抽头端与该接地端之间具有一抽头绕组匝数，该感应电压与该抽头电压的比例等于该全绕组匝数与该抽头组匝数的比例。
4.根据权利要求3所述的电源转换器的双回路供电电路，其特征在于：该辅助绕组电磁耦合一变压器单元的一次级绕组，该电源转换器的一输出电压与该感应电压的比例等于该次级绕组的匝数与该全绕组匝数的比例。
5.根据权利要求2所述的电源转换器的双回路供电电路，其特征在于：该供电选择单元包括：
该开关元件，为一晶体管开关，具有一基极、一集电极以及一发射极；
一齐纳二极管，该齐纳二极管的一阴极与一阳极分别连接于该晶体管开关的该基极与该接地端；
一第一二极管，该第一二极管的一阴极与一阳极分别连接于该供电电容、该控制单元的该电源脚位与该晶体管开关的该发射极；
一第二二极管，该第二二极管的一阴极与一阳极分别连接于该第一二极管的该阴极与该辅助绕组的该抽头端；
一第三二极管，该第三二极管的一阴极与一阳极分别连接于该晶体管开关的该集电极与该辅助绕组的该全绕组端；以及
一极间电阻，连接于该晶体管开关的该基极与该集电极之间。
6.根据权利要求5所述的电源转换器的双回路供电电路，其特征在于：该第三二极管的该阳极与该辅助绕组的该全绕组端之间连接有一第一限流电阻；该第二二极管的该阳极与该辅助绕组的该抽头端之间连接有一第二限流电阻。
7.根据权利要求6所述的电源转换器的双回路供电电路，其特征在于：该供电选择单元选择该感应电压并通过一第一供电路径对该供电电容充电储能，该第一供电路径由该全绕组端、该第一限流电阻、该第三二极管、该晶体管开关以及该第一二极管所构成；该供电选择单元选择该抽头电压并通过一第二供电路径对该供电电容充电储能，该第二供电路径由该抽头端、该第二限流电阻以及该第二二极管所构成。
8.根据权利要求1所述的电源转换器的双回路供电电路，其特征在于：该控制单元为一脉冲宽度调制集成电路。
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