TW201316659A - 電源供應裝置 - Google Patents

Abstract

一種電源供應裝置，包括一整流單元、一供電單元、一控制單元、一轉換單元以及一偵測單元。整流單元處理一交流電壓，用以產生一直流電壓。供電單元根據一輸入電壓，產生一操作電壓。控制單元接收操作電壓，並產生一致能信號。轉換單元根據致能信號，轉換直流電壓，用以產生一輔助電壓。輔助電壓不等於操作電壓。偵測單元偵測輔助電壓，用以在輔助電壓產生時，禁能供電單元，使供電單元停止產生操作電壓。

Description

電源供應裝置

本發明係有關於一種電源供應裝置，特別是有關於一種可自動切斷啟動迴路的電源供應裝置。

由於大部分的電子產品的內部元件所使用電源均為直流電壓，故必須利用一電源供應裝置，將市電(即交流電壓)轉換成不同的直流電壓，好使電子產品的內部元件可正常運作。一般常用的電源供應裝置可分成線性式及切換式。

雖 然線性式的電源供應裝置具有電路簡單、穩定性高的優點，但線性式的電源供應裝置的體積較大，因此，無法直接安裝於電子產品中。然而，切換式電源供應裝置具有體積小、轉換效率高的優點，故較常應用在電子產品中。

一般而言，切換式 電源供應裝置內的一控制電路係透過一啟動電阻取得啟動能量，然後再進行電源轉換動作。由於在啟動完成後(即順利啟動電路後)，控制電路可透過其它迴路取得能量，故不需再透過啟動電阻取得能量。然而，啟動電阻仍然有電流流過，因而造成功率損耗。

為了降低啟動電阻所造成的功率損耗，習知的解決方式係提高啟動電阻的阻值，但這樣的做法將拉長控制電路的啟動時間。但若不增加啟動電阻的阻值，將會使切換式 電源供應裝置具有更大的功率損耗。

本發明提供一種電源供應裝置，包括一整流單元、一供電單元、一控制單元、一轉換單元以及一偵測單元。整流單元處理一交流電壓，用以產生一直流電壓。供電單元根據一輸入電壓，產生一操作電壓。控制單元接收操作電壓，並產生一致能信號。轉換單元根據致能信號，轉換直流電壓，用以產生一輔助電壓。輔助電壓不等於操作電壓。偵測單元偵測輔助電壓，用以在輔助電壓產生時，禁能供電單元，使供電單元停止產生操作電壓。

為讓本發明之特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第1A圖為本發明之電源供應裝置之一可能實施例。在本實施例中，電源供應裝置100A係為一切換式電源供應(Switch Mode Power Supply；SMPS)裝置，其包括一整流單元110A、一供電單元120A、一控制單元130A、一轉換單元140A以及一偵測單元150A。

在一啟動模式下，供電單元120A供電(如操作電壓VCC1)予控制單元130A，用以使控制單元130A可正常地產生致能信號S_PWM。轉換單元140A根據致能信號S_PWM，產生輔助電壓V_AUX。由於一隔離單元170A耦接於控制單元130A與轉換單元140A之間，因此控制單元130A可透過隔離單元170A，接收到操作電壓VCC2。

由於操作電壓VCC2亦可致能控制單元130A，使得控制單元130A繼續產生致能信號S_PWM，故供電單元120A不需再提供操作電壓VCC1予控制單元130A。因此，在本實施例中，係利用一偵測單元150A偵測輔助電壓V_AUX。當輔助電壓V_AUX產生時，表示控制單元130A已可正常操作，因此，電源供應裝置100A進入一操作模式。

在操作模式下，偵測單元150A產生控制信號S_C，用以禁能供電單元120A，使其停止提供操作電壓VCC1予控制單元130A。由於供電單元120A已被禁能，因此，供電單元120A並不會造成功率損耗。再者，偵測單元150A係在輔助電壓V_AUX穩定後，才產生控制信號S_C。因此，可確保控制單元130A正常工作。

在本實施例中，當控制單元130A未正常工作時，控制單元130A係透過供電單元120A取得啟動所需之能量，而在控制單元130A正常工作後(即產生正確的致能信號S_PWM)後，控制單元130A改透過轉換單元140A，接收持續工作所需的能量。由於供電單元120A不需持續供電予控制單元130A，故可減少供電單元120A所造成的功率損耗。

如圖所示，整流單元110A接收並處理一交流電壓V_AC，用以產生一直流電壓DCBUS。在本實施例中，整流單元110A包括一橋式整流器111以及一電容C_bulk，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，只要能夠將交流電壓V_AC從交流格式轉換成具有直流格式的直流電壓DCBUS的電路，均可作為整流單元110A。

供電單元120A根據一輸入電壓V_in，產生一操作電壓VCC1予節點ND。在本實施例中，輸入電壓V_in係為直流電壓DCBUS，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，輸入電壓V_in係為交流電壓V_AC，如第1B圖所示。

在一啟動模式下，供電單元120A所提供的一啟動迴路為一導通狀態，故可供電予控制單元130A。在一正常模式下(即控制單元130A可接收到其它迴路所提供的能量)，電單元120A所提供的啟動迴路為一不導通狀態，故可避免供電單元120A造成功率損耗。

控制單元130根據操作電壓VCC1，產生一致能信號S_PWM。舉例而言，當節點ND的位準(即操作電壓VCC1)達於一預設值時，便可致能控制單元130A，使其產生一致能信號S_PWM。本發明並不限定控制單元130A的種類。在一可能實施例中，控制單元130A係為一脈寛調變器(Pulse Width Modulation；PWM)。

轉換單元140A根據致能信號S_PWM，轉換直流電壓DCBUS，用以產生一輔助電壓V_AUX，其中輔助電壓V_AUX不等於操作電壓VCC1。本發明並不限定轉換單元140A的內部架構。在本實施例中，轉換單元140A係為一返馳式(Fly-back)拓樸架構，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，只要具有一輔助線圈的電路架構，均可作為轉換單元140A。

在本實施例中，轉換單元140A具有一變壓器141以及一電晶體142，其中變壓器141具有一次側線圈WD₁、二次側線圈WD₂及輔助線圈WD₃。當致能信號S_PWM導通切換電晶體142時，一次側線圈WD₁根據直流電壓DCBUS，產生一感應電壓。當致能信號S_PWM不導通切換電晶體142時，一次側線圈WD₁所產生的感應電壓便被傳送至二次側線圈WD₂及輔助線圈WD₃。在一可能實施例中，二次側線圈WD₂根據接收到的感應電壓，驅動負載160A，而輔助線圈WD₃根據接收到的感應電壓，產生輔助電壓V_AUX。在本實施例中，耦接二次側線圈WD₂及輔助線圈WD₃的二極體D₂及D₃用以限制電流的流向。

當輔助線圈WD₃產生輔助電壓V_AUX時，藉由隔離單元170A，便可產生一操作電壓VCC2。隔離單元170A耦接控制單元130A，故可提供能量(即操作電壓VCC2)予控制單元130A。由於操作電壓VCC2可致能控制單元130A，使其繼續產生致能信號S_PWM，故不需再利用供電單元120A產生操作電壓VCC1予控制單元130A。因此，在 控制單元130A正常工作後，便可禁能供電單元120A。

在本實施例中，偵測單元150A偵測 輔助電壓V_AUX。在 輔助電壓V_AUX穩定後，偵測單元150A產生一控制信號S_C，用以禁能供電單元120A，使供電單元120A停止產生操作電壓VCC1，故可避免供電單元120A造成功率損耗。

如圖所示，隔離單元170A係耦接於轉換單元140A與控制單元130A之間。因此，輔助電壓V_AUX不等於操作電壓VCC1或VCC2。在本實施例中，隔離單元170A係為一二極體D₁，其陽極接收輔助電壓V_AUX，其陰極產生操作電壓VCC2予控制單元130A。

隔離單元170A用以隔離輔助電壓V_AUX與操作電壓VCC2。當輔助電壓V_AUX產生時，隔離單元170A用以擷取輔助電壓V_AUX，以產生操作電壓VCC2。因此，只要具有上述功能的電路或電子元件，均可作為隔離單元170A。

在第1A圖中，電源供應裝置100A更可具有二極體ZD₁。在本實施例中，二極體ZD₁用以箝制電壓，用以保護控制單元130A。另外，電容C_AUX及C_bulk均具有儲能的功能。

第1B圖為本發明之電源供應裝置之另一可能實施例。第1B圖相似第1A圖，不同之處在於，第1B圖中的供電單元120B所接收的輸入電壓V_in係為整流單元110B所接收到的交流電壓V_AC。

第2A~2E圖為本發明之供電單元之可能實施例。本發明並不限定供電單元的實施方式。只要是能夠提供一操作電壓，並可根據一控制信號，停止提供該操作電壓的電路，均可作為供電單元。

如第2A圖所示，供電單元200A包括，一啟動電阻R_START-A、一導通模組210以及一儲能模組220。導通模組210串聯啟動電阻R_START-A。儲能模組220串聯導通模組210。

在一啟動模式下，導通模組210為導通狀態，用以傳送輸入電壓Vin予儲能模組220。因此，儲能模組220便可根據輸入電壓V_in，儲存能量。在本實施例中，儲能模組220係為一電容C_1A，其所儲存的能量作為操作電壓VCC1。

在一操作模式下(即輔助電壓V_AUX已產生)，控制信號S_C禁能導通模組210，使導通模組210停止傳送輸入電壓V_in予儲能模組220。由於導通模組210不被導通，故可避免電流持續流過啟動電阻R_START-A。因此，可避免啟動電阻R_START-A造成功率損耗。再者，由於在操作模式下，啟動電阻R_START-A並不會造成功率損耗，故可降低啟動電阻R_START-A的阻抗，用以縮短控制單元130A、130B的啟動時間。

在本實施例中，導通模組210包括一空乏型金屬氧化半導體電晶體Q_1A以及一導通電阻R_3A，但並非用以限制本發明。只要能夠在一啟動模式下，保持導通狀態，並在一操作模式下，切換至不導通狀態的電路，均可作為導通模組210。

如圖所示，空乏型金屬氧化半導體電晶體Q_1A具有一控制端、一第一電極以及一第二電極。空乏型金屬氧化半導體電晶體Q_1A之第一電極耦接啟動電阻R_START-A之一端。啟動電阻R_START-A之另一端接收輸入電壓V_in。導通電阻R_3A耦接於空乏型金屬氧化半導體電晶體Q_1A之控制端與第二電極之間。

舉例而言，在一啟動模式下，控制信號S_C尚未被產生。由於導通電阻R_3A耦接於空乏型金屬氧化半導體電晶體Q_1A之控制端與第二電極之間，故空乏型金屬氧化半導體電晶體Q_1A為導通狀態。因此，儲能模組220可根據輸入電壓V_in而儲存能量，進而產生一操作電壓VCC1。

在一操作模式下，控制信號S_C禁能空乏型金屬氧化半導體電晶體Q_1A。因此，空乏型金屬氧化半導體電晶體Q_1A為不導通狀態。因此，電流不再流過啟動電阻R_START-A，進而避免啟動電阻R_START-A造成功率損耗。

第2B圖為供電單元之另一可能實施例。在本實施例中，啟動電阻R_START-B係串聯於導通模組230以及儲能模組240之間。如圖所示，導通模組230具有一空乏型金屬氧化半導體電晶體Q_1B以及一導通電阻R_3B。

空乏型金屬氧化半導體電晶體Q_1B的控制端接收控制信號S_C，其第一電極接收輸入電壓V_in，其第二電極耦接啟動電阻 R_START-B之一端，啟動電阻 R_START-B之另一端耦接儲能模組240。 在本實施例中，儲能模組240係為一電容C_1B。

第2C及2D圖為供電單元之其它可能實施例。第2C與2D圖相似第2A圖，不同之處在於，第2C及2D圖的導通模組250具有一繼電器(Relay)。如第2C圖所示，在一啟動模式下，控制信號S_C及輔助電壓V_AUX尚未被產生。因此，導通模組250導通一供電路徑270。儲能模組260根據供電路徑270上的能量，儲存電荷，用以產生操作電壓VCC1。

接著，請參考第2D圖，在一操作模式下，輔助電壓V_AUX及控制信號S_C均已產生，因此，繼電器內的線圈會切斷原本的供電路徑270。由於電流不再流過啟動電阻R_START-C，故可避免啟動電阻R_START-C造成功率損耗。

第2E圖為供電單元之其它可能實施例。第2E圖相似第2A圖，不同之處在於，第2E圖的導通模組280具有一接面場效電晶體(Junction Field Effect Transistor；JFET)Q_1B。在其它實施例中，只要具有常閉(normal-close)特性的切換元件，均可應用於導通模組280中。

第3圖為本發明之偵測單元之一可能實施例，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，只能具有偵測電壓，並可根據偵測結果，產生相對應的控制信號的電路，均可作為上述之偵測單元150A、150B。

在本實施例中，偵測單元300包括一分壓模組310以及一切換模組320。分壓模組310對輔助電壓V_AUX進行分壓。如圖所示，分壓模組310包括，電阻R₁、R₂及電容C₂。電阻R₁與R₂串聯於輔助電壓V_AUX與一接地電壓之間。電容C₂並聯電阻R₂。

切換模組320根據分壓模組310的分壓結果，產生控制信號S_C。在本實施例中，切換模組320係為一電晶體Q₂。電晶體Q₂之閘極耦接電阻R₂，其汲極輸出控制信號S_C，其源極接收接地電壓。當輔助電壓V_AUX達於一預設值時，分壓模組310的分壓結果便可導通電晶體Q₂，用以輸出一低位準的控制信號S_C。

然而低位準的控制信號S_C並非用以限制本發明。在其它實施例中，控制信號S_C與供電單元120A、120B內的導通模組210、230的種類有關。舉例而言，若導通模組210具有N型電晶體時，則提供低位準的控制信號S_C予N型電晶體的閘極，便可不導通N型電晶體。相反地，若導通模組210具有P型電晶體時，則提供高位準的控制信號S_C予P型電晶體的閘極，便可不導通P型電晶體。

綜上所述，在一啟動模式下，一控制單元可透過一啟動迴路(即供電單元)，接收到一操作電壓，用以致能一轉換單元，使其產生一輔助電壓。當輔助電壓產生後，控制單元改接收來自另一迴路(即提供輔助電源的迴路)的操作電壓。因此，在輔助電壓產生後(即操作模式下)，便切斷原本的啟動迴路，用以避免啟動迴路造成功率損耗。

除非另作定義，在此所有詞彙(包含技術與科學詞彙)均屬本發明所屬技術領域中具有通常知識者之一般理解。此外，除非明白表示，詞彙於一般字典中之定義應解釋為與其相關技術領域之文章中意義一致，而不應解釋為理想狀態或過分正式之語態。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100A、100B．．．電源供應裝置

110A、110B．．．整流單元

120A、120B、200A、200B．．．供電單元

130A、130B．．．控制單元

140A、140B．．．轉換單元

150A、150B．．．偵測單元

160A、160B．．．驅動負載

170A、170B．．．隔離單元

111．．．橋式整流器

141．．．變壓器

142、Q_1A、Q_1B、Q₂、Q_1E．．．電晶體

210、230、250、280．．．導通模組

220、240、260、290．．．儲能模組

270．．．供電路徑

C_bulk、C_AUX、C_1A、C_1B、C₂．．．電容

V_AC．．．交流電壓

DCBUS．．．直流電壓

V_in．．．輸入電壓

VCC1、VCC2．．．操作電壓

ND．．．節點

S_PWM．．．致能信號

V_AUX．．．輔助電壓

WD₁~WD₃．．．線圈

ZD₁、D₁~D₃．．．二極體

R_START-A、R_START-B、R₁、R₂、R_3A、R_3B、R_3E．．．電阻

第1A、1B圖為本發明之電源供應裝置之可能實施例。

第2A~2E圖為本發明之供電單元之可能實施例。

第3圖為本發明之偵測單元之一可能實施例。

100A．．．電源供應裝置

110A．．．整流單元

120A．．．供電單元

130A．．．控制單元

140A．．．轉換單元

150A．．．偵測單元

160A．．．驅動負載

170A．．．隔離單元

111．．．橋式整流器

C_bulk、C_AUX．．．電容

V_AC．．．交流電壓

DCBUS．．．直流電壓

V_in．．．輸入電壓

VCC1．．．操作電壓

ND．．．節點

S_PWM．．．致能信號

V_AUX．．．輔助電壓

141．．．變壓器

142．．．電晶體

WD₁~WD₃．．．線圈

ZD₁、D₁~D₃．．．二極體

Claims (13)

1. 一種電源供應裝置，包括：
   一整流單元，處理一交流電壓，用以產生一直流電壓；
   一供電單元，根據一輸入電壓，產生一操作電壓；
   一控制單元，接收該操作電壓，並產生一致能信號；
   一轉換單元，根據該致能信號，轉換該直流電壓，用以產生一輔助電壓，其中該輔助電壓不等於該操作電壓；以及
   一偵測單元，偵測該輔助電壓，用以在該輔助電壓產生時，禁能該供電單元，使該供電單元停止產生該操作電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應裝置，其中該輸入電壓係為該交流電壓或該直流電壓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應裝置，其中該供電單元包括：
   一啟動電阻；
   一導通模組，串聯該啟動電阻；以及
   一儲能模組，串聯該導通模組，並根據該輸入電壓，儲存能量，其中該儲能模組所儲存的能量作為該操作電壓。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電源供應裝置，其中在一啟動模式下，該導通模組為導通狀態，用以傳送該輸入電壓予該儲能模組，在一操作模式下，該偵測單元禁能該導通模組，使該導通模組停止傳送該輸入電壓予該儲能模組。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電源供應裝置，其中該導通模組包括一繼電器或一接面場效電晶體。
6. 如申請專利範圍第3項所述之電源供應裝置，其中該導通模組包括：
   一空乏型金屬氧化半導體電晶體，具有一控制端、一第一電極以及一第二電極；以及
   一導通電阻，耦接於該控制端與該第二電極之間。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電源供應裝置，其中該第一電極耦接該啟動電阻之一第一端，該啟動電阻之一第二端接收該輸入電壓。
8. 如申請專利範圍第6項所述之電源供應裝置，其中該第一電極接收該輸入電壓，該第二電極耦接該啟動電阻之一第一端，該啟動電阻之一第二端耦接該儲能模組。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應裝置，更包括：
   一隔離單元，耦接於該轉換單元與該控制單元之間。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電源供應裝置，其中該隔離單元係為一二極體，其陽極接收該輔助電壓，其陰極耦接該控制單元。
11. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應裝置，其中該偵測單元包括：
    一分壓模組，對該輔助電壓進行分壓；以及
    一切換模組，根據該分壓模組的分壓結果，產生該控制信號。
12. 如申請專利範圍第11項所述之電源供應裝置，其中該分壓模組包括：
    一第一電阻；
    一第二電阻，與該第一電阻串聯於該輔助電壓與一接地電壓之間；以及
    一電容，並聯該第二電阻。
13. 如申請專利範圍第12項所述之電源供應裝置，其中該切換模組係為一電晶體，具有一閘極、一汲極以及一源極，該閘極耦接該第二電阻，該汲極輸出該控制信號，該源極接收該接地電壓。