TWI252968B - Power supply device and single photo-coupler control circuit thereof - Google Patents

Description

12529紹 6twf.doc/c 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本务明是有關於一種電士 一種只需單一光哭 ’、…心衣，且特別是有關於 路。 _"之電源供應裝置及其單光耦控制電 【先前技術】 在能源需求越來越大的今 例如在電器設備中，待機二 :固重要部分’因此越來越受到關注。； 保組織和一些政府機構 ^各们％ 以及低待機耗損都是非t 轉換效率 關損耗之待機損耗最主要::部以 關電源待機損耗的方案中，都 在傳摘減小開 待機損耗。但是例如:大功 。依此，將導致大功率電源在待機時無法得= 大。所，大功率筆記開： 統的方案就變得不適用了。 席；况傳 近f，一種新的開關電源待機損耗的解決方 :在這個方案裡，運用脈衝寬度調變(PWM,puls:wi二 m〇dulatiGn)技術之主轉換器(main_,與辅助轉換器 1252· 6twf.doc/c (auxiliary converter)將並聯工作。圖！是一般具有雙轉換 器的電源供應裝置方塊圖。請參照圖丨，整流器11〇將交 流電源AC整流以輸出直流電壓。主轉換器12q與輔助^ 換器130則分別依照控制器122與控制器132之控制而^ 供負載LD所需之輸出功率。光耦合器121與η〗用以八 別提供控制器122與132所需之負載訊號受刀 將電源與負載隔離。 "^工门日守 r:饨的日务·的功平坌甶辅助轉換器 针：載的時候’絕大部分功率由主轉換器12() 伽轉換器130工作於限功率模式(即輸出 ίί::'不大於某個定值)。因此當這-個方案被應用ΐ 1 的筆記型電腦之電源上時，即到= 率以及低待難損。 轉‘變換效 但是根據傳統的回授設計，這種並聯的社 兩，授電路，而每一個回授電路(主要:光;=配置 大的待機損耗。這種待機祕往往I 1 Α造成 2機損耗標準之要求。同時在低成本：要：；曰_格 二小的兩個轉換器實現理想的功率分配是二功率— 換知技術中至少存在著兩個問題：一Γ。 福耗。配’二是增加的，授電路所^的= 【發明内容】 12529&86,,doc/c 並聯提供一種電源供應裝置，以管理 的待機損乾。4力率分配，並且降低回授電路所帶來

本’务明的再_ B 簡單且低成本之;提供一種單光轉控制電路，以較 降低回，帶丄=應裝置之輸出功率，並且 路月提出—種電源供應裝置，包括單井 =、主轉_叹_娜哭 控制電 接。輔助轉換器並聯於 …'、輸出負載相連 負載相連接’用以·_'供;裝=:巧路與輸出 -光搞器。其中，當電二奥:置::光卿電路只具有 =器與輔助轉換器共二第一==時， 及當電源供應褒置工作於待 叛，輸出負載；以 不工作:僅由辅助轉換器 依^本發明的較佳實施例所述電源供“置 主轉換器以及辅助轉換器均為脈衝寬卢^^ μ处之 width modulation)轉換器。 ^^^c(PWM? pulse 依照本發明的較佳實施例所述電 單光福控制電路包括光輕電路、調節器、处之 第二控制器。光耦電路與該輪出相' 工，态以及 源供應工心“動目連接，用以谓測電 ，、光：：路勺 f ’亚據以輸出第-回授訊號，其t == 調節器與光_目連接，並 接收亚_第-回授訊號以輪出第二回授訊號。第一控制 12529魷 6twf.doc/c 器與光^路相連接，用以接收第—回授訊號 ，亚據以役 主、态。第二控制器與調節器相連接，用以接收第 回技^ ’並據以控制該獅轉換器。 依=本發明的較佳實施例所述電源供應裝置，上述之 主轉換:包括功率因數校正器(PFC，P〇wer factor correct〇r) 哭、5 ΐ rJ *轉換器（DC/DC converter)。功率因數校正 因^正-換器之功率因數。直流-直流轉換器與該功率 古1古為以及該單光輕控制電路相連接。於實施例中， 直k -直流轉換器例如以非對稱半哭 asymmetrical half σσ {AHBL, 校正器例如以升壓型之，並且功率因數 之。另外，赪臥喆u 、。σ (B〇〇st converter)結構實施 咖酬叫實施之 例如以飛返式轉換器 以及ΐ二=使=；：控制電源供應裝置之主轉換器 式％，使主轉換器與辅助轉換器共、^工作杈 負裁，以及當電源供應裳置工作ς待輸出給輸出 ^器使之不工作而僅由輔助轉換器提^轉 载。此單光耦控制電路包括光_ —輸出、、、efe出負 器以及第m 先輕电路、調節器、第一控制 、心 杰先搞電路包括單-個本知” 測龟源供應裝置之工作狀態， 先耦态，用以偵 調節器與該光_路相連接 ^出第1授訊號。 號《輪出第二回授訊號。第—控==第-回授訊 先耦電路相連接， Α^296δι 6tvvf.doc/c 控制輔助轉換器。 1接㈣二回授訊號，並據以 耦5兩路轉換器並聯工作的時候，利用單-光 光輕器輸出之回授訊號傳送至 之回授鮮，Ϊ f ㈣調㈣爐_器輸出 以获由^ ^官理輔助轉換器之輪出功率。因此，可 “二2貫現對主轉換器與辅助轉換器的功率分配 損二。 ，由於只用了一個光柄器，a而減小了待機 為讓本翻之上述和其他目的、魏和伽能更明顯 重’下文特舉較佳實施例，並配合所關式，作詳細說 切如下。 【實施方式】 因為在各種不同的脈衝寬度調變(PWM，pulse Width modulation)轉換器的實際應用中都利用了相同的負載特 ^ ’即轉換器的作用比(dUty rati〇)隨者負載變化以相同的 趨勢變化。因此必須將輸出負載的訊號回授至控制器以調 整脈衝寬度調變轉換器之作用比(輸出功率）。目2是依照 本發明—健實施例轉示的-種具錢轉換ϋ之電源供 應f置方塊圖。請參照圖2，在此主轉換器22G與辅助轉 換為230例如皆屬於脈衝寬度調變之轉換器。 6twf.doc/c 整ML為210將交流電源AC整流後輸出直流之輸入功 率211。主轉換器220與輔助轉換器23〇則各自接收並轉 換輸入功率211以輸出第一功率PM以及第二功率ps。第 力率Pm以及弟^一功率Ps之總和即為負載LD所需之輸 出功率Po。單光耦控制電路240依據輸出功率p〇之負載 狀悲而分別決定第一控制訊號247以及第二控制訊號248 之作用比並輸出之。主轉換器220與輔助轉換器230即分 別依妝第一控制訊號247以及第二控制訊號248而決定其 輪出第一功率PM以及第二功率Ps之大小。 上單光耦控制電路240包括光耦電路241、調節器 243第控制态242以及第二控制器244。光耗電路241 ，具有單一個光耦合器，用以輸出回授訊號VM。回授訊 唬νΜ直接傳送至控制器242，藉以管理主轉換器2汕之 輪出功率。另外，藉由調節器243調整光耦電路241輸出 ^回授訊號vM，以輸出回授滅Vs，理輔助轉換 為230之輸出功率。因此，可以藉由調節器來實現對 主轉換器220與輔助轉換器23G的功率分配之管理。再者， ^於光搞電路241中只用了一個光輕器，因而減小了待機 而在正常負載的時候，絕大部分功率由主轉換哭22〇 二:、疋不大於某個定值)。在待機的時候，輸出的功率 全由輔助轉㈣230來提供。因此 ^ 變換效率以及低待機耗指。 7違到问

^^Wf.doc/c ^ 為能更清楚說明本發明，以下將另舉一實施例。圖3 气故照本發明另一較佳實施例所繪示的一種具有雙轉換器 =電源供應裝置電路圖。請參照圖3，整流器31〇將交流 氣％ AC整流以輸出直流之輸入功率311。主轉換器32〇 人補助轉換器330則分別依照單光耦控制電路所輸出具有 =同作用比之第一控制訊號341以及第二控制訊號351之 ^制而各自決定其輸出之第一功率Pm與第二功率Ps，以 供負載LD所需之輸出功率p0。 ^ 上述單光搞控制電路包括光搞電路370、調節器360、 控制器340以及第二控制器35〇。光耦電路37〇中具 有^ —個光耦合器371，用以提供控制器34〇與控制器3刈 =而之回授訊號（此回授訊號反映了當時負載狀態卜同時 2源與負載隔離。電阻R1與R3之第—端接收輸出功 '、〇。電阻R2之第一端搞接至電阻R1之第二端，而電 :二It?耦？至第二接地線。電阻R3之第二端耦 先耦态371之％極。電阻R4之第一端接收固定電壓 σ 5V)，第二端則耦接至光耦器371之集極。電容ci之 ^轉接至光姉371之陰極，另一端則減至電阻R1 弟一端。電容C2之一端轉接至光耗器371之华極 2 _接至光㈣371之射極以及第—接地線。曾納- 接ί光細371之陰極，而 號引接輸出為^授地線。其中，光耦器之集極訊 12 I252_6twf.d〇c/c '^又'1扎號Vm直接傳送至控制器340，藉以管理主_ 功率匕。另外，藉由_36^ #、 ⑴出之回杈訊號VM，以輸出回授訊號vs， ^以、過控制器、350 f>理辅助轉換器33〇輸出之第二功

Ps 〇 丁

山上述調節器360可以參照下述實施之。電阻W之一 ^接收回域vM ’另—端減至運算放大器⑽之正 輸入，。電阻R6之_端_至第_接地線，另一端麵接 至運异放大器QP1之負輪人端以及電阻^之第一端。電 阻R7之第二端_接至運算放大器Qpi之輸出端以及電 阻R8之第-端。電阻R8之第二端搞接至電阻之第一 端以，運异放大器OP2之正輸入端。電阻R9之第二端耗 接至f—接地線。運算放大器Qp2之輸出端域至運算 放大器OP2之負輸入端並輸出回授訊號％。回授訊號％ 將被傳送至控制器350。 上述回授訊號Vs可依下式獲得：

因此，可以藉由調節器243來實現對主轉換器2 2 〇與辅助 轉換器230的功率分配之管理。 上述主轉換器320例如包括功率因數校正器（pFC, power factor corrector) 321 以及直流_直流轉換器&c/d^ converter) 322。功率因數校正器321接收功率311並校正 其功率因數’以輪出功率323。直流-直流轉換器322搞 13 Ϊ25296& 6twf.doc/c 接至功率因數校正器321，用以接收功率323並依照控制 訊號341之作用比決定輸出之第一功率PM (功率p〇之部 为功率）。於本實施例中，直流-直流轉換器322例如以非 對稱半橋轉換器（AHBC，asymmetrical half bridge converter) 實施之’並且功率因數校正器321例如以升壓型轉換哭 (Boost _verter)結構實施之。另外，輔助轉換器33〇、二 如以，返式轉換器(Flybackc〇nve刪實施之。有關升壓型 轉換器、非對稱半橋轉換器以及飛返式轉換器不在 述。 只 圖4是依照本發明較佳實施例所给示在不同輸出 下’兩個轉換器的功率分配以及回饋之回授訊號的變化關 ，圖。請雜圖4,圖中縱軸表示兩個轉換器所輸出功^ Pm、Ps之功率或回授訊號Vm、Vs 源供應裝置所輸出之總功率Po，而v:: 電 器輸出之回授訊號最小電壓。 、丁奴吏控制 當輸出功率P〇在〇〜PA期間，因為叙 訊號vM小於Vmin (導致控制器沒有^由先=之回授 器沒有功率輸出。另外，回授w v，出)’所以主轉換 传到的回授訊號Vs會大於Vmin，因換 回授訊號Vs而輸出相對應之功㈣。此時主轉換 供功率而由輔助轉換器提供所有功率，因此不楗 會大於待機時整個電源的最大輪出功率 杈汛號VM與回授訊號Vs會隨著p〇增大而增大。才° 12329 6twf.d〇c/c 授‘^^在以期間’因為經由光耦器之回 ί換Ϊ =Γ、:因此P"M+PS。其中，PM為主 符俠即所輸出的功率，亚且p 的輸出功率，同時回授抑 A滿載情況下電源 增大而增大。仰又與回授訊號Vs會隨著Po 當輸出功率P〇在大於ρβ% Ρ〇增大而增大。關為調節器的仙回^訊號vM會隨著 會隨著Po增大而改變。因 又讯唬％將不 再變化，而工作在限功率模式。==2輸出功率不 況下電源的輸出功率，因此當輸出接近、=小於滿载情 P〇=PM。 出接近滿裁時，可以視為 本發明已以較佳實施例揭露如上，秋苴祐韭 二圍:明當==二：發明‘ :=二】申請專利範‘定者=本發明之保護 = 裝置方塊圖。 轉換為之電源供應裝置方塊圖。、曰7-種具有雙 •棘^是依照本發明另-較佳實施例所絡亍的 又轉換益之電源供應裝置電路圖。、日不的―種具有 12529^ 6twf.doc/c 圖4是依照本發明較佳實施例所繪示在不同輸出功率 下，兩個轉換為的功率分配以及回饋之回授訊號的變化關 係圖。 【主要元件符號說明】 110、210、310:整流器 120、 220、320 ·主轉換器加—⑺旧时⑷ 121、 131、371 :光耦合器 122、 132、242、244、340、350 ··控制器 130、230、330 ·辅助轉換器（⑽训町c〇nverter) 240 ·•單光耦控制電路 211、311 ·整流器所輸出功率 241、370 :光耦電路 243、360 :調節器 247 ' 248 ' 34卜351 :控制訊號 321 :功率因數校正器 322 :直流-直流轉換器 AC :交流電源 LD :負載 PM:主轉換器所輪出之功率 Ps ·輔助轉換器所輸出之功率 Ρ〇·電源供應裝置所輪出之總功率 VM、Vs :回授訊號 16

Claims (1)

1. \ twf.doc/c 十、申請專利範圍： L一種電源供應裝置，包括： 一主轉換器，與—輸出負載相連接； =，轉換器’並聯於該主轉換器；以及 -早光耦控制電路，與該輸出負 該電源供應裝置之工你肋能、，从 用从偵須ij 該輔助轉換器，立中該主轉換器以及 ，、肀"亥早先耦控制電路只具有一光耦器； ，、中，§該電源供應裝置工作於— 該主轉換器與該輔助轉換吊工作扠式守， 負載；以及共同提供—第一輸出給該輸出 換4=:應:置工作於-待機模式時，關斷該主轉 不作，僅由該輔助轉換器提供-第二輸出給該 括-2整項所狀電源供絲置，更包 之輸入端。 ，,Lra耦接至該主轉換器與該輔助轉換器 該單1销狀電祕隸置，其中 供雍狀t电路，與s亥輪出負載相連接，用以福:靜、 供縣置之工作狀態 ，帛以偵來“原 該光搞電路包含該光㈣^輸出回授訊號，其中 一調節器，與糾_ 授訊號以輪出構相連接’用以調節該第-回 _弟一回授； 17 125296&6 twf.doc/c -回控制Γ與該光耦電路相連接，用以接收該第 口W就’亚據以控制該主轉換器；以及 回授控接，™第二 該主摘狀魏供絲置，其中 用以校正該主轉換器之功率因 與該功率因數校正器以及該單 一功率因數校正器 數；以及 一直流-直流轉換器 光搞控制電路相連接。 好古t如2專利f圍$4項所述之電源供應裝置，其中 二二、*轉換☆係為非對稱半橋轉換器（asymmetrical half bridge converter)。 6·如申％專她11第4項所狀電源供應裝置，其中 =功率因數;k正器係為升壓型轉換器(B_t⑺腦刪結 構0 二、7·如申w專利範圍第丨項所述之電源供應裝置，其中 該輔助轉換器係為飛返式轉換器㈣⑽邮。 ▲ 8·如巾請專利範㈣1項所述之電源供應裝置，其中 該主轉換杰以及該輔助轉換器均為脈衝寬度調變(PWM， pulse width modulation)轉換哭。 9·二種單光输制電路，用以H電源供應裝置之 工作狀態’並據以控制該電源供應裝置之—主轉換哭以及 一辅助轉換器，使得當該電源供應裝置玉作於-正常工作 18 125296S 6twf.d〇c/c 模式時，使該主轉換器與該辅助 出給-輸出負載，以及當該電源、同提供-第1 式時，關斷該主轉換器使之不工作:：置，作於-待機模 供-第二輸出給該輪出負載，該 由補助轉換器提 -光輕電路，包括單 轉控制電路包括： 裝置之工作狀態，並據以輸出—第二：以偵測該電源供應 -調節器’與該光·_目連接=訊號; 第一回授訊號以輸出一第二回授訊號·用以接收並調節該 一第一控制器，i該弁&二二，，

   -回授訊號，取控制連=用以接收該第 一第二控制器，盥 及 回授訊號，並據以控制接’用以接收該第二 其中9項^之單域卿電路， 該光耦電路更包括： π 木極以及一射極， 一第一電阻，兮笼一 接； w 一电阻之第一端與該輪出負載相連

   之第二端，該第二；阻之第—端輛接至該第一電阻 一第三電阻，Π ,弟二端搞接至一第二接地線； 第一端，“三電電阻之第—端柄接該第一電阻之 -第四電阻，1 — ；；㈣接至該光耦器之陽極； 該第四電阻之第二阻之第—端接收—固定電壓， 而耦接至該光耦器之集極； 19 J2 529 6Sl 6twf.doc/c -第- l谷’該第-電容之第_端喊至該光輕器之 陰極，該第一電容之第二端耦接至該第一電阻之第二二· -第-:谷’該第二電容之第_端柄接至該光轉哭之 集極，該第二電容之第二端耦接至該光耦器之射極以:一 第一接地線；以及 -曾納二極體(z_ diode)，該曾納二極體之陰極 接至該光耦器之陰極，該曾納二極體之陽極耦接至該 接地線， η，器之集極之訊號即為該第-回授訊號。 .σ申凊專利範圍第9項所述 其中該調節器包^ R之早城控制電路， 號Γ第五電阻，該第五電阻之第一端接收該第-回授訊 線；—第六電阻，該第六電阻之第一端搞接至該第—接地 之第電阻，該第七電阻之第—端減至該第六電阻 之第二^且4第八電阻之第—端減至該第七電阻 之第:ί九，該第九電阻之第-鬆至該第八電随 接至該第五電卩帛4帛—運錢A S之正輸入端耦 阻之弟—‘該第—運算放大器之負輪入端 20 125296twf.doc/c 耦接至該第七電阻之第一端，該第一運算放大器之輸出端 耦接至該第七電阻之第二端；以及 一第二運算放大器，該第二運算放大器之正輸入端耦 接至該第八電阻之第二端，該第二運算放大器之輸出端耦 接至該第二運算放大器之負輸入端並輸出該第二回授訊 號。 21