TW201401719A

TW201401719A - 電源供應裝置

Info

Publication number: TW201401719A
Application number: TW101123261A
Authority: TW
Inventors: Yung-Hsiang Shih; Chang-Hsun Chiang
Original assignee: Fsp Technology Inc
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2014-01-01
Also published as: TWI477031B

Abstract

一種電源供應裝置，其包括：第一電源轉換級，用以接收交流電壓(市電)，並對交流電壓進行整流與濾波後而提供第一直流電壓；單級降壓式模組，用以反應於第一脈寬調變訊號而對第一直流電壓進行直接降壓，藉以透過輸出端提供主電源給(桌上型)電腦系統；升壓線路，用以反應於第一脈寬調變訊號而透過單級降壓式模組以對第一直流電壓進行升壓，從而提供第二直流電壓；以及輔助電源模組，用以反應於第二脈寬調變訊號而對第二直流電壓進行降壓，並且反應於致能訊號而於主電源低於預設值時提供輔助主電源至輸出端。

Description

電源供應裝置

本發明是有關於一種電源供應技術，且特別是有關於一種適用於桌上型電腦系統的單級降壓式電源供應裝置。

為使桌上型個人電腦(desktop PC)能夠正常的運作，必須藉由電源供應裝置(power supply device)提供穩定的直流電源(DC power)給桌上型電腦系統(desktop system)使用。以現今的電源供應裝置之架構而言，有一類電源供應裝置的架構為單級降壓式(one stage buck)，但由於此類的電源供應裝置常常在所接收之市電發生斷電或跳電時就立即停止供應直流電源，以至於很有可能會造成桌上型電腦系統發生異常或者無法恢復的損毀。

有鑒於此，本發明提供一種適用於桌上型電腦系統的單級降壓式電源供應裝置，其得以在所接收之市電發生斷電或跳電時仍可提供桌上型電腦系統所需的直流電源於一段保持時間(hold up time)。

本發明所提供的電源供應裝置可以包括有第一電源轉換級、單級降壓式模組、升壓線路，以及輔助電源模組。其中，第一電源轉換級用以接收交流電壓，並對所述交流電壓進行整流與濾波後而提供第一直流電壓。單級降壓式模組耦接於第一電源轉換級與輸出端之間，用以反應於第一脈寬調變訊號而對所述第一直流電壓進行直接降壓，藉以透過所述輸出端提供主電源給電腦系統。

升壓線路耦接單級降壓式模組，用以反應於所述第一脈寬調變訊號而透過單級降壓式模組以對所述第一直流電壓進行升壓，從而提供第二直流電壓。輔助電源模組耦接所述輸出端與升壓線路，用以反應於第二脈寬調變訊號而對所述第二直流電壓進行降壓，並且反應於致能訊號而於所述主電源低於一預設值時提供輔助主電源至所述輸出端。

於本發明的一實施例中，第一電源轉換級可以包括有全橋整流器與第一電容。其中，全橋整流器用以接收所述交流電壓，並對所述交流電壓進行全波整流後而輸出所述第一直流電壓。第一電容耦接全橋整流器，用以對全橋整流器所輸出的第一直流電壓進行濾波。

於本發明的一實施例中，單級降壓式模組可以包括有主變壓器與返馳式降壓轉換器。其中，主變壓器具有一次側與二次側，且主變壓器之一次側的第一端用以接收所述第一直流電壓。返馳式降壓轉換器耦接於主變壓器的二次側與所述輸出端之間，用以透過所述輸出端而提供所述主電源給電腦系統。

於本發明的一實施例中，升壓線路可以包括有第一功率開關、第一二極體、熱敏電阻，以及第二電容。其中，第一功率開關的第一端耦接主變壓器之一次側的第二端，第一功率開關的第二端耦接至接地電位，而第一功率開關的控制端則用以接收所述第一脈寬調變訊號。第一二極體的陽極耦接第一功率開關的第一端。熱敏電阻的第一端耦接第一二極體的陰極，而熱敏電阻的第二端則用以輸出所述第二直流電壓。第二電容的第一端耦接熱敏電阻的第二端，而第二電容的第二端則耦接至接地電位。

於本發明的一實施例中，輔助電源模組可以包括有輔助變壓器、第二功率開關、第二電源轉換級，以及開關元件。其中，輔助變壓器具有一次側與第一二次側，且輔助變壓器之一次側的第一端用以接收所述第二直流電壓。第二功率開關的第一端耦接輔助變壓器之一次側的第二端，第二功率開關的第二端耦接至接地電位，而第二功率開關的控制端則用以接收所述第二脈寬調變訊號。第二電源轉換級耦接輔助變壓器的第一二次側，用以提供所述輔助主電源。開關元件的第一端耦接第二電源轉換級以接收所述輔助主電源，開關元件的第二端耦接所述輸出端，而開關元件的控制端則用以接收所述致能訊號。

於本發明的一實施例中，所述電源供應裝置更可以包括有偵測單元，其耦接所述輸出端與開關元件，用以偵測所述主電源，並於所述主電源低於所述預設值時產生所述致能訊號，藉以致使開關元件傳導所述輔助主電源至所述輸出端。

於本發明的一實施例中，偵測單元包括有比較器，其正輸入端用以接收所述預設值，其負輸入端耦接所述輸出端，而其輸出端則用以輸出所述致能訊號。

於本發明的一實施例中，第二電源轉換級可以包括有第二二極體與第三電容。其中，第二二極體的陽極耦接輔助變壓器之第一二次側的第一端，而第二二極體的陰極則用以輸出所述輔助主電源。第三電容的第一端耦接第二二極體的陰極，而第三電容的第二端則耦接至接地電位。

於本發明的一實施例中，輔助變壓器更具有第二二次側，且輔助電源模組更可以包括有待機電源模組，其耦接輔助變壓器的第二二次側，用以提供待機電源給電腦系統。

於本發明的一實施例中，待機電源模組可以由降壓轉換器所組成，而第一與第二功率開關以及開關元件分別為N型電晶體。

於本發明的一實施例中，所述電腦系統可以為桌上型電腦系統。

基於上述，本發明主要是透過輔助電源模組與偵測單元的協同，以在電源供應裝置所接收之市電發生斷電或跳電時提供桌上型電腦系統所需的直流電源(亦即輔助主電源)於一段保持時間(hold up time)。如此一來，即可致使桌上型電腦系統有充分的時間以進行正常關機流程，從而得以避免桌上型電腦系統發生異常或者無法恢復的損毀。

應瞭解的是，上述一般描述及以下具體實施方式僅為例示性及闡釋性的，其並不能限制本發明所欲主張之範圍。

現將詳細參考本發明之實施例，並在附圖中說明所述實施例之實例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件代表相同或類似部分。

圖1繪示為本發明一實施例之電源供應裝置(power supply device)10的示意圖，而圖2繪示為圖1之電源供應裝置10的電路示意圖。請合併參照圖1與圖2，本實施例之電源供應裝置10可以適用於桌上型電腦系統(desktop system)111，且其包括有第一電源轉換級(power conversion stage)101、單級降壓式模組(one stage buck module)103、升壓線路(boost circuit)105、輔助電源模組(auxiliary power module)107，以及偵測單元(detection unit)109。

於本實施例中，第一電源轉換級101用以接收交流電壓(AC voltage)V_AC(例如市電)，並對交流電壓V_AC進行整流(rectification)與濾波(filter)後而提供第一直流電壓(DC voltage)V_DC1。更清楚來說，第一電源轉換級101可以包括有全橋整流器(full bridge rectifier)FBR與電容(capacitor)C1。其中，全橋整流器FBR用以接收交流電壓V_AC，並對交流電壓V_AC進行全波整流後而輸出第一直流電壓V_DC1；另外，電容C1耦接全橋整流器FBR，用以對全橋整流器FBR所輸出的第一直流電壓V_DC1進行濾波，藉以降低第一直流電壓V_DC1的漣波因素(ripple factor)。

單級降壓式模組103耦接於第一電源轉換級101與輸出端(output terminal)OUT之間，用以反應於第一脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號V_PW1而對第一電源轉換級101所提供的第一直流電壓V_DC1進行直接降壓，藉以再透過輸出端OUT提供主電源(main power，例如12V)V_MP給桌上型電腦系統111使用。另外，升壓線路105耦接單級降壓式模組103，用以反應於所接收的第一脈寬調變訊號V_PM1而透過單級降壓式模組105以對第一電源轉換級101所提供的第一直流電壓V_DC1進行升壓，從而提供第二直流電壓V_DC2。

更清楚來說，單級降壓式模組103可以包括有主變壓器(main transformer)MT與返馳式降壓轉換器(flyback buck converter)103_1。其中，主變壓器MT具有一次側(primary side)P1與二次側(secondary side)S1，且主變壓器MT之一次側P1的第一端用以接收第一電源轉換級101所提供的第一直流電壓V_DC1；而返馳式降壓轉換器103_1則耦接於主變壓器MT的二次側S1與輸出端OUT之間，用以透過輸出端OUT而提供主電源V_MP給桌上型電腦系統111使用。

另一方面，升壓線路105可以包括有功率開關(power switch)Q1(例如為N型電晶體)、二極體(diode)D1、熱敏電阻(thermal resistor)RT，以及具有相對大容量的電容C2。其中，功率開關Q1的第一端耦接主變壓器MT之一次側P1的第二端，功率開關Q1的第二端耦接至接地電位(ground)GND，而功率開關Q1的控制端則用以接收第一脈寬調變(PWM)訊號V_PW1。二極體D1的陽極(anode)耦接功率開關Q1的第一端。熱敏電阻RT的第一端耦接二極體D1的陰極(cathode)，而熱敏電阻RT的第二端則用以輸出第二直流電壓V_DC2。電容C2的第一端耦接熱敏電阻RT的第二端，而電容C2的第二端則耦接至接地電位GND。

於本實施例中，主變壓器MT之一次側P1所接收的第一直流電壓V_DC1會反應於功率開關Q1的切換(基於第一脈寬調變訊號V_PW1的緣故)，而在主變壓器MT之二次側S1以及節點N1上產生交流電壓。如此一來，返馳式降壓轉換器103_1便會對主變壓器MT之二次側S1上的交流電壓進行轉換(亦即交直流轉換與降壓)，藉以再透過輸出端OUT而提供主電源V_MP(亦即12V)給桌上型電腦系統111使用。與此同時，升壓線路105亦會對節點N1上的交流電壓進行轉換(亦即交直流轉換與升壓)，藉以提供第二直流電壓V_DC2。

在此值得一提的是，由於在電源供應裝置10的運作初期(initial operation)，由於具有相對大容量的電容C2尚未被充電，所以在全橋整流器FBR剛接收到交流電壓V_AC的時候，很有可能會產生所謂的『突波電流(inrush current)』。一旦突波電流的能量(energy)過大就會造成過大的電磁干擾(electromagnetic interference,EMI)，從而使得電源供應裝置10不易符合安規的標準，或者有可能會損毀到電源供應裝置10的內部元件，甚至還有可能會危害到桌上型電腦系統111。有鑒於此，為能有效地抑制突波電流，本實施例特別在二極體D1與電容C2之間串上一個具有負溫度係數的熱敏電阻RT來抑制突波電流。如此一來，即可有效地抑制突波電流的產生。

於此，請再次返回參照圖1與圖2，輔助電源模組107耦接輸出端OUT與升壓線路105，用以反應於所接收的第二脈寬調變訊號V_PW2而對升壓線路105所提供的第二直流電壓V_DC2進行降壓，並且反應於偵測單元109所輸出的致能訊號(enabling signal)EN，而於單級降壓式模組103所提供的主電源V_MP低於一預設值(即圖2中的“Vref”)時，提供輔助主電源(auxiliary main power)V_AMP至輸出端OUT。

更清楚來說，輔助電源模組107可以包括有輔助變壓器(auxiliary transformer)AT、功率開關Q2(例如為N型電晶體)、第二電源轉換級107_1、開關元件(switch element)SW(例如為N型電晶體)，以及待機電源模組(standby power module)107_2。其中，輔助變壓器AT具有一次側P2以及二次側S2與S3。輔助變壓器AT之一次側P2的第一端用以接收升壓線路105所提供的第二直流電壓V_DC2。功率開關Q2的第一端耦接輔助變壓器AT之一次側P2的第二端，功率開關Q2的第二端耦接至接地電位GND，而功率開關Q2的控制端則用以接收第二脈寬調變訊號V_PW2。

第二電源轉換級107_1耦接輔助變壓器AT的二次側 S2，用以提供輔助主電源V_AMP(例如為12V)。開關元件SW的第一端耦接第二電源轉換級107_1以接收輔助主電源V_AMP，開關元件SW的第二端耦接輸出端OUT，而開關元件SW的控制端則用以接收偵測單元109所產生的致能訊號EN。待機電源模組107_2耦接輔助變壓器AT的二次側S3，用以提供待機電源(standby power)V_STB(例如5V)給桌上型電腦系統111使用。

於本實施例中，第二電源轉換級107_1可以包括有二極體D2與電容C3。其中，二極體D2的陽極耦接輔助變壓器AT之二次側S2的第一端，而二極體D2的陰極則用以輸出輔助主電源V_AMP。另外，電容C3的第一端耦接二極體D2的陰極，而電容C3的第二端則耦接至接地電位GND。再者，待機電源模組1072可以由任一類型的降壓轉換器(buck converter)所組成，例如：返馳式(flyback)、順向式(forward)…等的降壓轉換器，但並不限制於此。

相似地，輔助變壓器AT之一次側P2接收的第二直流電壓V_DC2會反應於功率開關Q2的切換(基於第二脈寬調變訊號V_PW2的緣故)，而在輔助變壓器AT之二次側S2與S3上產生交流電壓。如此一來，第二電源轉換級107_1便會對輔助變壓器AT之二次側S2上的交流電壓進行轉換(亦即交直流轉換與降壓)，藉以提供輔助主電源V_AMP(同樣為12V)。與此同時，待機電源模組107_2亦會對輔助變壓器AT之二次側S3上的交流電壓進行轉換(亦即交直流轉換與降壓)，藉以提供待機電源V_STB給桌上型電腦系統111使用。

除此之外，偵測單元109耦接輸出端OUT與開關元件SW，用以偵測單級降壓式模組103所提供的主電源V_MP，並於單級降壓式模組103所提供的主電源V_MP低於預設值Verf(例如11V，但並不限制於此)時產生致能訊號EN，藉以致使開關元件SW傳導第二電源轉換級107_1所提供的輔助主電源V_AMP(亦即12V)至輸出端OUT。更清楚來說，偵測單元可以包括有比較器(comparator)CP。其中，比較器CP的正輸入端(+)用以接收預設值Verf，比較器CP的負輸入端(-)耦接輸出端OUT，而比較器CP的輸出端則用以輸出致能訊號EN。

基於上述，在桌上型電腦系統111處於運作且交流電壓V_AC相對穩定(亦即市電供應良好)的狀況下，電源供應裝置10會各別透過單級降壓式模組103與輔助電源模組107以持續供應主電源V_MP與待機電源V_STB給桌上型電腦系統111使用。此時，由於比較器CP之正輸入端(+)的電位(亦即預設值Verf，11V)低於其負輸入端(-)的電位(亦即輸出端OUT上的電壓，12V)，所以偵測單元109並不會輸出致能訊號EN，從而使得開關元件SW保持關閉(turn off)的狀態。

另一方面，一旦交流電壓V_AC發生異常時(例如市電斷電或跳電)，單級降壓式模組103會立即停止供應主電源V_MP給桌上型電腦系統111。於此同時，基於相對大容量之電容C2的緣故，輔助電源模組107還是會持續供應輔助主電源V_AMP與待機電源V_STB於一段時間(其長短需視電容C2的容量而論)。再加上，比較器CP之正輸入端(+)的電位(亦即預設值Verf，11V)會高於其負輸入端(-)的電位(亦即輸出端OUT上的電壓，0V)，所以偵測單元109就會輸出致能訊號EN，從而使得開關元件SW處於導通(turn on)的狀態。

如此一來，開關元件SW便會傳導輔助電源模組107所供應的輔助主電源V_AMP至輸出端OUT，藉以提供給桌上型電腦系統111使用。由此可知，雖然單級降壓式模組103在交流電壓V_AC發生異常時就立即停止供應主電源V_MP，但基於輔助電源模組107的緣故，本實施例之電源供應裝置10仍可在交流電壓V_AC消失後供應在規定範圍內的輔助主電源V_AMP於一段保持時間(hold up time，例如16ms，但並不限制於此)給桌上型電腦系統111使用。

換言之，本發明主要是透過輔助電源模組107與偵測單元107的協同，以在電源供應裝置10所接收之市電(亦即交流電壓V_AC)發生斷電或跳電時提供桌上型電腦系統111所需的直流電源(亦即輔助主電源V_AMP)於一段保持時間。如此一來，一旦桌上型電腦系統111得知單級降壓式模組103所提供的主電源V_MP喪失(其可依據偵測單元109是否有輸出致能訊號EN即可得知)，就會馬上利用輔助電源模組107於保持時間所提供的輔助主電源V_AMP以進行正常的關機流程，從而得以避免桌上型電腦系統111發生異常或者無法恢復的損毀。

雖然本發明已以實施例揭露如上，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，故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。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

10‧‧‧電源供應裝置

101‧‧‧第一電源轉換級

103‧‧‧單級降壓式模組

103_1‧‧‧返馳式降壓轉換器

105‧‧‧升壓線路

107‧‧‧輔助電源模組

107_1‧‧‧第二電源轉換級

107_2‧‧‧待機電源模組

109‧‧‧偵測單元

111‧‧‧電腦系統

OUT‧‧‧輸出端

FBR‧‧‧全橋整流器

C1~C3‧‧‧電容

D1、D2‧‧‧二極體

CP‧‧‧比較器

SW‧‧‧開關元件

MT‧‧‧主變壓器

AT‧‧‧輔助變壓器

RT‧‧‧熱敏電阻

Q1、Q2‧‧‧功率開關

P1、P2‧‧‧一次側

S1~S3‧‧‧二次側

V_AC‧‧‧交流電壓

V_DC1‧‧‧第一直流電壓

V_DC2‧‧‧第二直流電壓

V_PW1‧‧‧第一脈寬調變訊號

V_PW2‧‧‧第二脈寬調變訊號

EN‧‧‧致能訊號

V_MP‧‧‧主電源

V_AMP‧‧‧輔助主電源

V_STB‧‧‧待機電源

Vref‧‧‧預設值

GND‧‧‧接地電位

下面的所附圖式是本發明的說明書的一部分，繪示了本發明的示例實施例，所附圖式與說明書的描述一起說明本發明的原理。

圖1繪示為本發明一實施例之電源供應裝置10的示意圖。

圖2繪示為圖1之電源供應裝置10的電路示意圖。