TW201724719A - 電力控制模組、電源供應器及電力控制方法 - Google Patents

電力控制模組、電源供應器及電力控制方法 Download PDF

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Abstract

一種電力控制模組，電連接於電源轉換模組，電源轉換模組包含初級繞組及微控制器，電力控制模組包含微處理器、複數電力控制單元及複數第二開關，每個電力控制單元包含串聯連接之輔助繞組及第一開關，且每個輔助繞組耦合於初級繞組，第一開關電連接於微處理器，每個第二開關連接於其中之一電力控制單元。

Description

電力控制模組、電源供應器及電力控制方法
本發明是關於電力模組，且特別是有關於應用於電源供應器中，並可依據電源供應器的操作狀態提供相應的電力予位於電源供應裝置中的微處理器的電力控制模組，具有前述電力模組的電源供應器，以及電力控制方法。
一般來說，電子產品都需要適當的電力才能正常運作，且多數的電子產品僅接受直流電力的驅動，在電子產品與輸入電源之間多會安裝用以將市電交流電轉換成為直流電的電源轉換器。電源轉換器可以偵測電子產品狀態，進而調整輸出予電子產品電力，以達到節能的效果。
更具體言之，電子產品可供操作於低耗能狀態(如待機模式)或高耗能狀態(非待機模式)，且當電子產品處於低耗能狀態時，電源轉換器會降低輸出予電子產品的電力。然而，電源轉換器本身卻難以依據電子產品的操作狀態而有改變其需求電力。
本發明提供一種電力控制模組，電連接於電源轉換模組，電源轉換模組包含初級繞組及微控制器，電力控制模組包含複數電力控制單元、複數第二開關及微處理器。每個電力控制單元包含串聯連接之輔助繞組及第一開關，每個輔助繞組與該初級繞組相耦合。每個第二開關連接於其中之一電力控制模組。微處理器電連接於第一開關及第二開關，微處理器使至少一第一開關及其中之一第二開關導通，且導通之第二開關會與導通之第一開關呈串聯連接，並輸出電源轉換模組操作時需求電力。
本發明另一種電源供應器，包含電源轉換模組及電力控制模組。電源轉換模組包含初級繞組及複數微控制器。電力控制模組包含複數電力控制單元、複數第二開關及微處理器，每個電力控制單元包含輔助線圈及第一開關，每個輔助繞組耦合於初級繞組。每個第二開關連接於其中之一電力控制單元；微處理器連接於第一開關及第二開關，並使至少一第一開關及其中之一第二開關導通，導通之第二開關係與導通之至少一第一開關呈串聯連接。
本發明更提供一種電力控制方法，應用提供電源供應裝置操作時之一需求電力；電源供應裝置包含初級繞組。電力控制方法包含如下步驟。提供複數輔助繞組、複數第一開關及複數第二開關，輔助繞組與初級繞組相耦合，每個第一開關與其中之一輔助繞組串聯連接以形成電力控制單元，每個第二開關連接於其中之一電力控制單元。偵測電源供應裝置之電力需求；以及依據電源供應裝置的電力需求導通至少一第一開關及其中之一第二開關，導通之第二開關係與導通之至少一第一開關形成串聯連接。
請參照圖1，其繪示依照本發明之電源供應裝置之電路方塊圖及電力圖。電源供應裝置(未另標號)用以提供連接於其輸出級之負載RL操作時所需電力。電源供應裝置包含電源轉換模組10及電力控制模組20，電源轉換模組10設於輸入電源Vin及負載RL之間，用以將輸入電源Vin轉換成為負載RL適用的電力，負載RL可以為伺服器或個人電腦。電力控制模組20電連接於電源轉換模組10，用以提供位於電源轉換模組10中的各微控制器11(詳見後述)操作時所需的電力。
電源轉換模組10包含相耦合的初級繞組Wp及次級繞組Ws，藉由調整初級繞組Wp及次級繞組Ws的匝數比，便能夠改變輸入電源Vin提供的電力的準位及電力形態(例如將交流電轉換成為直流電)，以提供適用於負載RL的電力。
電源轉換模組10包含連接於輸入電源Vin及初級繞組Wp之間的初級側整流器100(例如為橋式整流器)、功率因素校正器110、初級側濾波器120、電源轉換器130、次級側整流器140及次級側濾波器150。初級側整流器100電連接於輸入電源Vin，輸入電源Vin可以為市電交流電。功率因素校正器110電連接於初級側整流器100，初級側濾波器120設於功率因素校正器110及電源轉換器130的初級繞組Wp之間，並電連接於功率因素校正器110及電源轉換器130。次級側濾波器140電連接於次級繞組Ws，次級側濾波器150電連接於次級側整流器140。輸入電源Vin提供的交流電力經初級側整流器100整流後，通過功率因素校正器110及初級側濾波器120調整功率因素並濾除非必要砸訊後，經初級繞組Wp耦合至次級繞組Ws。次級側整流器140及次級側濾波器150配合將耦合至次級繞組Ws的電力經同步整流及濾波後轉換成為直流電力，以供負載RL使用。
電源轉換模組10更包含複數微控制器11，這些微控制器11可例如是位於功率因素校正器110、電源轉換器130、次級側整流器140之中，並用以依序負載RL需求電力而控制功率因素校正器110、電源轉換器130及次級側同步整流器140中功率開關或主動元件的操作狀態。舉例來說，當負載RL操作於高耗能狀態時，設於功率因素校正器110中的微控制器11可例如驅使功率因素校正器110進行功率因素校正功能，以提供具有高功率因素的電力予負載RL。反之，當負載RL操作於低耗能狀態時，電源轉換模組10僅需提供偵測使用者是否使負載RL重新進入高耗能狀態的電力，故可中止功率因素校正器的操作來達到節能效果。
電力控制模組20電連接於電源轉換模組10的各微控制器11，並依據各微控制器11的操作狀態(關閉或啟動)而調整輸出電力。
配合參閱圖2，其繪示依照本發明之電力控制模組之電路圖。電力控制模組20包含微處理器200、複數輔助繞組Wa_1~Wa_n、複數第一開關SW1_1~SW1_n及複數第二開關SW2_1~SW2_n。微處理器200電連接於每個第一開關SW1_1~SW1_n及每個第二開關SW2_1~SW2_n，並依電源轉換模組10中各微控制器11的操作狀態使第一開關SW1_1~SW1_n及第二開關SW2_1~SW2_n於導通和截止之間切換。
輔助繞組Wa_1~Wa_n可以依據微控制器11的需求電力而設計使具有相同匝數比或不同匝數比。
每個第一開關SW1_1~SW1_n與其中之一輔助繞組Wa_1~Wa_n串聯連接，以形成電力控制單元210_1~210_n。每個第一開關SW1_1~SW1_n電連接於微處理器200，並接受微處理器200的控制而導通和截止之間切換。第一開關SW1_1~SW1_n可例如以金屬氧化物場效應電晶體實現之。
每個第二開關SW2_1~SW2_n設於其中之一電力控制單元210_1~210_n及其中之一輸出端OUT_1~OUT_n之間，並接受微處理器200的控制而導通和截止之間切換。每個第二開關SW2_1~SW2_n可例如以金屬氧化物場效應電晶體實現之。
於實際操作時，微處理器200偵測電源轉換模組10中各微處理器11的操作狀態，並使至少一第一開關SW1_1~SW1_n及其中之一第二開關SW2_1~SW2_n導通，以輸出相應於微處理器11操作時不同電壓準位的電力(如圖3所示的輸出電壓)。以下茲針對本發明的電力控制模組20在不同操作狀態下的操作進行說明。
請同時參照圖2及圖3，在第一操作狀態下(如圖3所示時間t1~t2)，電力控制模組20可供產生第一輸出電壓Vcc_1。在此狀態下，微處理器200使第一開關SW1_1及第二開關SW2_1導通，如此一來，輔助繞組Wa_1會與初級繞組Wp耦合感應並產生第一輸出電壓Vcc_1，第一輸出電壓Vcc_1由輸出端OUT_1傳遞至電源轉換模組10的微處理器11。
當初級繞組Wp的電壓為Vp，初級繞組Wp的匝數為Np ，輔助繞組Wa_1的匝數為NWa_1 ，第一輸出電壓Vcc_1可以下列式表示:。
在第二操作狀態下(如圖3所示時間t2~t3)，電力控制模組20可供產生第二輸出電壓Vcc_2。在此狀態下，微處理器200使第一開關SW1_1、SW1_2及第二開關SW2_2導通，如此一來，輔助繞組Wa_1、Wa_2與初級繞組Wp耦合感應並產生第二輸出電壓Vcc_2。在第二狀態時，配合提供第二輸出電壓Vcc_2的輔助繞組Wa_1、Wa_2的匝數會大於在第一操作狀態時提供第一輸出電壓Vcc_1的輔助繞組Wa_1的匝數，故第二輸出電壓Vcc_2會高於第一輸出電壓Vcc_1。
當初級繞組Wp的電壓為Vp，初級繞組Wp的匝數為Np ，輔助繞組Wa_1的匝數為NWa_1 ，輔助繞組Wa_2的匝數為NWa_2 ，第二輸出電壓Vcc_2可以下式表示:。
在第三狀態下(如圖3所示時間t3)，電力控制模組20可供產生第三輸出電壓Vcc_3。在此狀態下，微處理器200使第一開關SW1_1、SW1_2、SW1_3及第二開關SW2_3導通，輔助繞組Wa_1、Wa_2、Wa_3與初級繞組Wp耦合感應並產生第三輸出電壓Vcc_3，第三輸出電壓Vcc_3高於第二輸出電壓Vcc_2。
當初級繞組Wp的電壓為Vp，初級繞組Wp的匝數為Np ，輔助繞組Wa_1的匝數為NWa_1 ，輔助繞組Wa_2的匝數為NWa_2 ，輔助繞組Wa_3的匝數為NWa_3 ，第二輸出電壓Vcc_3可以下式表示:。
在第四狀態下，電力控制模組20可供產生輸出電壓Vcc_n。在此狀態下，微處理器200使所有的第一開關SW1_1~SW1_n及第二開關SW2_n導通，輔助繞組Wa_1~Wa_n與初級繞組Wp耦合感應並產生輸出電壓Vcc_n。
當初級繞組Wp的電壓為Vp，初級繞組Wp的匝數為Np ，輔助繞組Wa_1的匝數為NWa_1 ，輔助繞組Wa_2的匝數為NWa_2 ，輔助繞組Wa_3的匝數為NWa_3 ，輔助繞組Wa_n的匝數為NWa_n 時，輸出電壓Vcc_n可以下式表示:。
由前述第一至第四操作狀態可以得知，當電源轉換模組10需求電力愈大，電力控制模組20的輸出電壓就愈高，則微處理器200使第一開關SW1_1~SW1_n導通的數量增加，藉以增加成串聯連接的輔助繞組Wa_1~Wa_n。接著，微處理器100會讓連接於前述串聯連接之輔助繞組Wa_1~Wa_n的第二開關SW2_1~SW2_n，使串聯連接之輔助繞組Wa_1~Wa_n與初級繞組Wp相耦合後產生的電力通過輸出端OUT_1~OUT_n傳遞至電源轉換模組10，以供啟動中的微處理器11使用。
簡言之，由電力控制模組20輸出的電力依據電壓準位的不同可以為Vcc_1~Vcc_n，當該初級繞組Wp的匝數為Np，形成於初級繞組Wp的電壓為Vp，輔助繞組Wa_1~Wa_n的匝數分別為NWa_1 ~ NWa_n ，微處理器200送出給第二開關SW2_1~SW2~n2的切換信號分別為A1~An時，滿足下列條件：。 其中，微處理器200送出給第二開關SW2_1~SW2_n的切換信號可以為高準位信號或低準位信號。當微處理器200送給其中之一第二開關SW2_1~SW2_n的切換信號高準位信號時，A1~An為1；當微處理器200送給其中之一第二開關SW2_1~SW2_n的切換信號低準位信號時，A1~An為0。舉例來說，當微處理器200使第二開關SW2_1導通時，A1為1，A2~An為0，則Vcc_1=NWa_1；當微處理器200使第二開關SW2_2導通時，A2為1，A1、A3~An為0。
綜上所述，本發明的電力控制模組20會讓至少一第一開關SW1_1~SW1_n及其中之一第二開關SW2_1~SW2_n導通，以供應電源轉換模組10操作時微處理器11的需求電力。其中，導通的第二開關SW2_1~SW2_n會讓連接於導通之所有第一開關SW1_1~SW1_n的輔助繞組Wa_1~Wa_n形成串聯連接。再者，第一開關SW1_1~SW1_n的導通數量是與電力控制模組20輸出的電力成正比；也就是說，第一開關SW1_1~SW1_n導通的數量愈多，則電力控制模組20輸出的電力愈大；反之，則電力控制模組20輸出的電力愈小。
針對本發明的電力控制方法是應用於提供電源供應裝置操作時之一需求電力。電源供應裝置包含初級繞組Wp，電力控制方法包含如下步驟。
首先，提供複數輔助繞組Wa_1~Wa_n、複數第一開關SW1_1~SW1_n及複數第二開關SW2_1~SW2_n；輔助繞組Wa_1~Wa_n與初級繞組Wp相耦合，每個第一開關SW1_1~SW1_n與其中之一輔助繞組Wa_1~Wa_n串聯連接以形成一電力控制單元210_1~210_n，每個第二開關SW2_1~SW2_n連接於其中之一電力控制單元210_1~210_n。接著，電力控制模組20會偵測電源供應裝置中各微控制器11的操作狀態，並依據微控制器11的操作狀態使至少一第一開關SW1_1~SW1_n及其中之一第二開關SW2_1~SW2_n導通，以提供微處理器11操作時的需求電力。其中，當第二開關SW2_1~SW2_n導通時，會讓與導通之第一開關SW1_1~SW1_n相連接之輔助繞組Wa_1~Wa_n呈串聯連接並與初級繞組Wp耦合後產生相應於微處理器11操作時的需求電力。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧電源轉換模組
100‧‧‧初級側整流器
11‧‧‧微控制器
110‧‧‧功率校正器
120‧‧‧初級側濾波器
130‧‧‧電源轉換單元
132‧‧‧電源轉換器
140‧‧‧次級側整流器
150‧‧‧次級側濾波器
20‧‧‧電力控制模組
200‧‧‧微處理器
210_1~210_n‧‧‧電力控制單元
OUT_1~OUT_n‧‧‧輸出端
RL‧‧‧負載
SW1_1~SW1_n‧‧‧第一開關
SW2_1~SW2_n‧‧‧第二開關
Wp‧‧‧初級繞組
Ws‧‧‧次級繞組
Wa_1~Wa_n‧‧‧輔助繞組
圖1繪示依照本發明之電源供應裝置之電路方塊圖；
圖2繪示依照本發明之電力控制模組之電路圖；以及
圖3繪示依照本發明之輸出電壓-時間圖。
20‧‧‧電力控制模組
200‧‧‧微控制器
210_1~210_n‧‧‧電力控制單元
OUT_1~OUT_n‧‧‧輸出端
S1_1~S1_n‧‧‧第一信號控制端
SW1_1~SW1_n‧‧‧第一開關
SW2_1~SW2_n‧‧‧第二開關
Wa_1~Wa_n‧‧‧輔助繞組

Claims (10)

  1. 一種電力控制模組，耦接於一電源轉換模組之初級繞組，該電力控制模組包含: 複數電力控制單元，各該電力控制單元包含串聯連接之一輔助繞組及一第一開關，各該輔助繞組與該初級繞組相耦合；      複數第二開關，各該第二開關連接於其中之一電力控制單元；以及 一微處理器，電連接於該等第一開關及該等第二開關，該微處理器使該等至少一第一開關及其中之一第二開關導通，且導通之該第二開關係與導通之至少一第一開關形成串聯連接，並輸出該電源轉換模組操作時之需求電力。
  2. 如請求項第1項所述之電力控制模組，其中該微處理器使該等第一開關導通，且導通之該第二開關係與導通之該等第一開關形成串聯連接。
  3. 如請求項第1項所述之電力控制模組，其中該電力控制單元提供予該電源轉換模組之電壓與該等第一開關的導通數量成正比。
  4. 如請求項第1項所述之電力控制模組，其中當該初級繞組的匝數為Np，形成於該初級繞組的電壓為Vp，該等輔助繞組的匝數分別為NWa_1 ~ NWa_n ，該等第二開關分別為SW2_1~SW2~n的切換狀態為A1，以及該電力輸出模組的輸出電力分別為Vcc_1~Vcc_n，滿足下列條件：。
  5. 一種電源供應器，包含: 一電源轉換模組，包含一初級繞組及複數微控制器；以及 一電力控制模組，包含: 複數電力控制單元，各該電力控制單元包含一輔助線圈及一第一開關，各該輔助繞組耦合於該初級繞組； 複數第二開關，各該第二開關連接於其中之一電路控制單元；以及 一微處理器，連接於該等第一開關及該等第二開關， 其中，該微處理器使至少一第一開關及其中之一第二開關導通，且導通之該第二開關係與導通之至少一第一開關形成串聯連接。
  6. 如請求項第5項所述之電源供應器，其中該微處理器使該等第一開關導通，且導通之該第二開關係與導通之該等第一開關形成串聯連接。
  7. 如請求項第5項所述之電源供應器，其中該電力控制單元提供予該電源轉換模組之電壓與該等第一開關的導通數量成正比。
  8. 如請求項第5項所述之電源供應器，其中當該初級繞組的匝數為Np，形成於該初級繞組的電壓為Vp，該等輔助繞組的匝數分別為NWa_1 ~ NWa_n ，該等第二開關分別為SW2_1~SW2~n的切換狀態為A1，以及該電力輸出模組的輸出電力分別為Vcc_1~Vcc_n，滿足下列條件：。
  9. 如請求項第5項所述之電源供應器，其中該電源轉換模組更包含: 一初級側整流器；以及 一功率因素校正器，電連接於該初級側整流器及該初級繞組之間，並包含該微處理器； 一次級繞組，與該初級繞組相耦合；以及 一次級側整流器，電連接於該次級繞組並包含該微處理器。
  10. 一種電力控制方法，應用提供一電源供應裝置操作時之一需求電力，該電源供應裝置包含一初級繞組，該電力控制方法包含:      提供複數輔助繞組、複數第一開關及複數第二開關，該等輔助繞組與該初級繞組相耦合，各該第一開關與其中之一輔助繞組串聯連接以形成一電力控制單元，各該第二開關連接於其中之一電力控制單元；      偵測該電源供應裝置之該需求電力；以及      依據該需求電力導通至少一第一開關中及其中之一第二開關， 其中，導通之該第二開關係與導通之至少一第一開關形成串聯連接。
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