TWI383572B - 開關電源電路 - Google Patents

Description

開關電源電路

本發明涉及一種開關電源電路，特別涉及一種具省電功能之開關電源電路。

開關電源(switch power supply,SPS)被廣泛應用於電腦、伺服器、工作站等產品中，一般電腦在軟體關機後，其內部之開關電源電路仍然會輸出一5V輔助電源5V_SB提供給電腦主機板，供電腦主機板之電源監控單元、網路通信介面、系統時鐘晶片等使用，為電腦之電源啟動作準備。

然，若電腦在軟體關機後長時間不使用的話，該5V輔助電源5V_SB將會損耗一定電能，這極不利於節約能源。

鑒於以上內容，有必要提供一種具省電功能之電源控制電路。

一種開關電源電路，包括一電源介面、一繼電器控制電路、一繼電器電路及一電腦電源。該繼電器電路包括一繼電器及一第一開關元件，該繼電器包括一開關。該繼電器之開關連接在該電源介面與該電腦電源之間，該第一開關元件與該繼電器控制電路相連。該電源介面用於連接外部電源，該電腦電源將來自該電源介面之外部電源轉換為電腦所需之電源，該繼電器控制電路藉由控制該第一開關元件，進而控制該繼電器。當該繼電器控制電路使該第一開關元件導通時，該繼電器閉合其開關， 從而使該電源介面與該電腦電源導通，該電腦電源給電腦供電，並輸出一系統電源給該繼電器控制電路，以維持該第一開關元件導通；當該電腦電源停止輸出該系統電源時，該繼電器控制電路使該第一開關元件截止，該繼電器斷開其開關，該電源介面停止供電給該電腦電源。

上述開關電源電路透過該繼電器控制電路及該繼電器電路來實現當電腦處於軟體關機狀態時，該開關電源電路無電源輸出之功能，節省了電能。

請參閱圖1及圖2，本發明開關電源電路設置於一電腦主機板上，其較佳實施方式包括一電源介面10、一交/直流轉換電路20、一繼電器控制電路30、一繼電器電路40及一電腦電源50。該電源介面10用於連接一外部交流電源(如220V交流電源)，並將該外部交流電源提供給該交/直流轉換電路20及該電腦電源50(如ATX電源)。該交/直流轉換電路20將接收到之該外部交流電源轉換成直流電源(如5V直流電源)，並將該直流電源提供給該繼電器控制電路30及該繼電器電路40。該繼電器電路40包括一繼電器42，該繼電器42包括一開關K，該開關K連接在該電源介面10之火線L上。該繼電器控制電路30用於控制該繼電器42運作以斷開或閉合該開關K。該電腦電源50將接收到之該外部交流電源轉換成該電腦主機板所需之電源(如5V系統電源5V_SYS及5V備用電源5V_SB等)並輸出給該電腦主機板。當該繼電器控制電路30控制該繼電 器42運作以閉合該開關K時，該電腦電源50輸出電腦主機板工作時所需之各種電源；當該繼電器控制電路30控制該繼電器42運作以斷開該開關K時，該電腦電源50無電源輸出。

本發明之較佳實施方式中，該開關電源電路還包括一單刀雙擲開關K1，其包括一刀部1及兩擲點2和3。該電源介面10之水線N及地線G均直接連接到該電腦電源50對應之水線及地線引腳上。該電源介面10之火線L連接到該單刀雙擲開關K1之刀部1上，該擲點2連接到該電腦電源50之火線引腳上，該擲點3透過該繼電器42之開關K連接到該電腦電源50之火線引腳上。當該刀部1擲於該擲點2時，該開關電源電路僅能實現習知技術中開關電源電路之功能，即當電腦軟體關機後，該開關電源電路仍提供一5V備用電源5V_SB給電腦主機板(普通模式)；當該刀部1擲於該擲點3時，該開關電源電路可實現省電功能，即當電腦軟體關機後，該開關電源電路不給該電腦主機板提供包括該5V備用電源5V_SB在內的任何電源(省電模式)，故可以節省電能。本發明透過設置該單刀雙擲開關K1來提高用戶之選擇靈活度，當用戶想要該開關電源電路處於普通模式時，只需將該刀部1擲於該擲點2即可；當用戶想要該開關電源電路處於省電模式時，只需將該刀部1擲於該擲點3即可，從而給用戶之使用帶來了極大方便。在其他實施方式中，若只需該開關電源電路具備省電功能，則該單刀雙擲開關K1可省略。

該交/直流轉換電路20包括一變壓器22、一電壓轉換晶片 26、一二極體D、一第七電阻R7、一第二電容C2及一第三電容C3。該變壓器22包括一第一輸入端、一第二輸入端、一第一輸出端及一第二輸出端，該電壓轉換晶片26為L78M05晶片，其包括一輸入引腳IN、一輸出引腳OUT及一接地引腳GND。該變壓器22之第一及第二輸入端分別與該電源介面10之火線L及水線N相連。該電壓轉換晶片26之輸入引腳IN透過該二極體D及該第七電阻R7與該變壓器22之第一輸出端相連，透過該第二電容C2與該變壓器22之第二輸出端及該接地引腳GND相連；該輸出引腳OUT與該繼電器控制電路30及該繼電器電路40相連，並透過該第三電容C3與該變壓器22之第二輸出端及該接地引腳GND相連；該變壓器22之第二輸出端及該接地引腳GND均接地。

該繼電器控制電路30包括一第二開關元件K2、一第三開關元件Q2、一第四開關元件Q3、一第五開關元件Q5、一第六開關元件Q4、一第一電阻R3、一第二電阻R1、一第三電阻R2、一第四電阻R4、一第五電阻R5及一第一電容C。其中，該第三開關元件Q2及該第五開關元件Q5均為NPN型電晶體，該第四開關元件Q3及該第六開關元件Q4均為NMOS場效應電晶體，該第二開關元件K2為電腦之開機按鈕，其具有自動重定功能。該第三開關元件Q2之第一端透過該第二電阻R1與該交/直流轉換電路20輸出之5V直流電源相連；該第三開關元件Q2之第二端透過該第三電阻R2與該5V直流電源相連，並與該第六開關元件Q4之第二端相連；該第三開關元件Q2之第三端透過該第二開關元 件K2接地。該第四開關元件Q3之第一端透過該第一電阻R3與該5V直流電源相連，並透過該第一電容C與該第三開關元件Q2之第二端相連，還與該第五開關元件Q5之第二端相連；該第四開關元件Q3之第二端透過該第四電阻R4與該5V直流電源相連，並與該繼電器電路40及該第六開關元件Q4之第一端相連。該第四開關元件Q3及第六開關元件Q4之第三端均接地。該第五開關元件Q5之第一端透過該第五電阻R5與該電腦電源50輸出之5V系統電源5V_SYS相連，該第五開關元件Q5之第三端接地。

該繼電器電路40還包括一第一開關元件Q1、一第六電阻R6及一第四電容C1。該第一開關元件Q1為一NMOS場效應電晶體。該繼電器42還包括一線圈J，該線圈J之一端透過該第六電阻R6與該5V直流電源相連，並透過該第四電容C1接地，該線圈J之另一端與該第一開關元件Q1之第二端相連。該第一開關元件Q1之第一端與該繼電器控制電路30相連，該第一開關元件Q1之第三端接地。

需要使用該開關電源電路之省電功能時，將該單刀雙擲開關K1之刀部1擲於其擲點3處。當將電腦之電源插頭插入電源插座，但並未按下電腦之開機按鈕時，該外部交流電源藉由該電源介面10進入該開關電源電路，該交/直流轉換電路20接收到該外部交流電源後，將該外部交流電源經該變壓器22變壓、該二極體D整流及該第二電容C2濾波後，再經該電壓轉換晶片26轉換為穩定之5V直流電源，該5V直流電源經該第三電容C3濾波後，輸出給該繼電器控制電路30及該繼電器電路40。該第二開關元件K2 在未按開機按鈕時處於斷開狀態，該電晶體Q2因其射極斷開而無法正常工作。該場效應電晶體Q3因其閘極為高電平而導通，該場效應電晶體Q1及Q4均因其閘極為低電平而截止。因該場效應電晶體Q1截止，故該線圈J中無電流流過，該開關K仍處於斷開狀態，該電腦電源50無電源輸出。

在按下開機按鈕之瞬間，該開關K2閉合，該第三開關元件Q2導通，其第三端立即變為低電平，因該第一電容C兩端之電壓差在瞬間突變，此時該第一電容C導通，該第四開關元件Q3第一端之電平在瞬間被拉低，該第四開關元件Q3截止，該第一開關元件Q1及該第六開關元件Q4因其第一端為高電平而導通。因該第一開關元件Q1導通，故該線圈J中有電流流過，該開關K處於閉合狀態，該電腦電源50輸出電腦主機板所需之各種電源。放開開機按鈕後，該第二開關元件K2自動重定到斷開狀態，該第三開關元件Q2因其第三端斷開而無法正常工作。但因該第六開關元件Q4在未放開開機按鈕時處於導通狀態，故其第二端為低電平，該第一電容C兩端仍存在電壓差，該第一電容C仍導通，該第四開關元件Q3仍因其第一端為低電平而截止，該第一開關元件Q1及該第六開關元件Q4因其第一端為高電平而導通。因該第一開關元件Q1導通，故該線圈J中有電流流過，該開關K處於閉合狀態，該電腦電源50輸出電腦主機板所需之各種電源。本發明之較佳實施方式中，用戶在按下開機按鈕後會立即放開，即該第二開關元件K2在短暫之閉合後立即自動重定到斷開狀態 ，為了維持該第一開關元件Q1在該第二開關元件K2斷開後之持續導通，故引入該第六開關元件Q4構成之回饋電路進行正回饋，其維持時間取決於該第一電阻R3及該第一電容C構成之RC電路(即延時電路)之延時時間。因為此期間該電腦電源50一直在輸出電源給該電腦主機板，所以一小段時間後，該5V系統電源5V_SYS經該電腦主機板傳輸到該繼電器控制電路30，該第五開關元件Q5接收到該5V系統電源5V_SYS後，因其第一端為高電平而導通，其-第二端為低電平，該第四開關元件Q3截止，該第一開關元件Q1及該第六開關元件Q4導通，該第一電容C兩端之電壓重新達到平衡，均為低電平，且此後該第一開關元件Q1將持續導通，該電腦電源50繼續給該電腦主機板供電，電腦正常工作。

當電腦處於軟體關機狀態時，該電腦電源50停止輸出除該5V輔助電源5V_SB以外之所有其他電源，故該第五開關元件Q5之第一端無電源輸入，該第五開關元件Q5截止，其第二端為高電平，此時該第一電容C兩端又存在電壓差，在該回饋電路及該延時電路之共同作用下，該第四開關元件Q3會維持短暫之截止狀態，從而使該第一開關元件Q1持續導通一小段時間。當該第一電容C兩端之電壓達到平衡(均為高電平)後，該第四開關元件Q3導通，該第一開關元件Q1截止，該線圈J中無電流流過，該開關K處於斷開狀態，該電源介面10停止供電給該電腦電源50，該電腦電源50無電源輸出，即該電腦電源50不提供任何電源給該電腦主機板，由於該5V輔助電源5V_SB也被中 斷，故節省了電能。

本發明透過該繼電器控制電路30及該繼電器電路40之設計來實現當電腦處於軟體關機狀態時，該開關電源電路無電源輸出之功能，在一定程度上節約了電能，並透過設置該單刀雙擲開關K1來提高用戶之選擇靈活度，使用戶能根據需要來選擇該開關電源電路之工作模式，從而給用戶之使用帶來了極大的方便。

需要說明的是，本發明之較佳實施方式中，該電腦電源為ATX電源，但該電腦電源不限於該ATX電源，其他電腦電源如BTX電源等亦可；該第一開關元件Q1、第四開關元件Q3及第六開關元件Q4之第一、第二及第三端分別對應NMOS場效應電晶體之閘極、汲極及源極，該第三開關元件Q2及第五開關元件Q5之第一、第二及第三端分別對應NPN型電晶體之基極、集極及射極；該等開關元件Q1-Q5不限於該NPN型電晶體或該NMOS場效應電晶體，其他具有類似功能之電晶體、場效應電晶體或電子開關亦可，且該NPN型電晶體和該NMOS場效應電晶體可相互替代；該交/直流轉換電路20為習知技術中較成熟之技術，其具體電路可根據實際情況加以選擇，並可由電池等直流電源替代，且經該交/直流轉換電路20轉換而得到之直流電源不限於該5V直流電源，其他能使該繼電器控制電路30及該繼電器電路40正常工作之直流電源亦可；該第五開關元件Q5第一端接入之電源不限於該5V系統電源5V_SYS，由該電腦電源50輸出之其他系統電源亦可。若為了進一步節省成本，則該第四電容C1可省略。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。

10‧‧‧電源介面

20‧‧‧交/直流轉換電路

22‧‧‧變壓器

26‧‧‧電壓轉換晶片

30‧‧‧繼電器控制電路

40‧‧‧繼電器電路

42‧‧‧繼電器

50‧‧‧電腦電源

K‧‧‧開關

J‧‧‧線圈

K1‧‧‧單刀雙擲開關

D‧‧‧二極體

C‧‧‧第一電容

C2‧‧‧第二電容

C3‧‧‧第三電容

C1‧‧‧第四電容

R3‧‧‧第一電阻

R1‧‧‧第二電阻

R2‧‧‧第三電阻

R4‧‧‧第四電阻

R5‧‧‧第五電阻

R6‧‧‧第六電阻

R7‧‧‧第七電阻

Q1‧‧‧第一開關元件

K2‧‧‧第二開關元件

Q2‧‧‧第三開關元件

Q3‧‧‧第四開關元件

Q4‧‧‧第五開關元件

Q5‧‧‧第六開關元件

圖1係本發明開關電源電路較佳實施方式之原理框圖。

圖2係圖1之電路圖。

10‧‧‧電源介面

20‧‧‧交/直流轉換電路

30‧‧‧繼電器控制電路

40‧‧‧繼電器電路

50‧‧‧電腦電源

Claims (18)

1. 一種開關電源電路，包括一電源介面、一繼電器控制電路、一繼電器電路及一電腦電源，該繼電器電路包括一繼電器及一第一開關元件，該繼電器包括一開關，該繼電器之開關連接在該電源介面與該電腦電源之間，該第一開關元件與該繼電器控制電路相連，該電源介面用於連接外部電源，該電腦電源將來自該電源介面之外部電源轉換為電腦所需之電源，該繼電器控制電路透過控制該第一開關元件，進而控制該繼電器，當該繼電器控制電路使該第一開關元件導通時，該繼電器閉合其開關，從而使該電源介面與該電腦電源導通，該電腦電源給電腦供電，並輸出一系統電源給該繼電器控制電路，以維持該第一開關元件導通；當該電腦電源停止輸出該系統電源時，該繼電器控制電路使該第一開關元件截止，該繼電器斷開其開關，該電源介面停止供電給該電腦電源，該繼電器控制電路包括一第二開關元件、一第三開關元件、一第四開關元件、一第五開關元件、一延時電路及一回饋電路，該第三開關元件透過該延時電路與該第四及第五開關元件相連，透過該回饋電路與該第四開關元件相連，並透過該第二開關元件接地，在接收到該電腦電源輸出之該系統電源之前，該繼電器控制電路藉由該延時電路及該回饋電路來維持該第一開關元件之導通。
2. 如專利申請範圍第1項所述之開關電源電路，其中該繼電器還包一線圈，該線圈之一端與一直流電源相連，另一端與該第一開關元件相連。
3. 如專利申請範圍第1項所述之開關電源電路，其中該第三、第四及第五開關元件均包括一第一端、一第二端及一第三端，該第三開關元件之第一端與該直流電源相連，第二端與該直流電源相連，並透過該延時電路與該第四開關元件之第一端相連，還透過該回饋電路與該第四開關元件之第二端相連，第三端透過該第二開關元件接地；該第五開關元件之第一端與該系統電源相連，第二端與該第四開關元件之第一端相連；該第四及第五開關元件之第三端均接地。
4. 如專利申請範圍第1項所述之開關電源電路，其中該第二開關元件為電腦之開機按鈕，其具有自動重定功能，該第二開關元件之一端與該第三開關元件之第三端相連，另一端接地。
5. 如專利申請範圍第1項所述之開關電源電路，其中該延時電路包括一第一電阻及一第一電容，該第一電容之一端與該第三開關元件之第二端及該回饋電路相連，另一端與該第四開關元件之第一端及該第五開關元件之第二端相連，並透過該第一電阻與該直流電源相連。
6. 如專利申請範圍第1項所述之開關電源電路，其中該回饋電路包括一第六開關元件。
7. 如專利申請範圍第6項所述之開關電源電路，其中該第六開關元件包括一第一端、一第二端及一第三端，該第六開關元件之第一端與第四開關元件之第二端相連，第二端與該第三開關元件之第二端及該第一電容相連，第三端接地。
8. 如專利申請範圍第7項所述之開關電源電路，其中該第六 開關元件為一NMOS場效應電晶體，其第一、第二及第三端分別對應NMOS場效應電晶體之閘極、汲極及源極。
9. 如專利申請範圍第3項所述之開關電源電路，其中該第三開關元件之第一端透過一第二電阻與該直流電源相連，第二端透過一第三電阻與該直流電源相連，該第四開關元件之第二端透過一第四電阻與該直流電源相連相連，該第五開關元件之第一端透過一第五電阻與該系統電源相連。
10. 如專利申請範圍第3項所述之開關電源電路，其中該第三及第五開關元件均為NPN型電晶體，其第一、第二及第三端分別對應NPN型電晶體之基極、集極及射極；該第四開關元件為一NMOS場效應電晶體，其第一、第二及第三端分別對應NMOS場效應電晶體之閘極、汲極及源極。
11. 如專利申請範圍第2項所述之開關電源電路，其中該直流電源由與該電源介面相連之一交/直流轉換電路提供。
12. 如專利申請範圍第11項所述之開關電源電路，其中該交/直流轉換電路包括一變壓器、一電壓轉換晶片、一二極體、一第七電阻、一第二電容及一第三電容，該變壓器包括兩輸入端及兩輸出端，該電壓轉換晶片包括一輸入引腳、一輸出引腳及一接地引腳，該變壓器之兩輸入端分別與該電源介面之火線及水線相連，該電壓轉換晶片之輸入引腳透過該二極體及該第七電阻與該變壓器之一輸出端相連，透過該第二電容與該變壓器之另一輸出端及該接地引腳相連；該輸出引腳與該繼電器控制電路及該繼電器電路相連，並透過該第三電容與該變壓器另一輸出端及該接地引腳相連；該變壓器之另一輸出端及該接地引腳均接地。
13. 如專利申請範圍第2項所述之開關電源電路，其中該直流 電源為一5V直流電源。
14. 如專利申請範圍第2項所述之開關電源電路，其中該線圈透過一第六電阻與該直流電源相連，並透過一第四電容接地。
15. 如專利申請範圍第1項所述之開關電源電路，其中該系統電源為一5V系統電源。
16. 如專利申請範圍第1項所述之開關電源電路，其中該開關電源電路還包括一單刀雙擲開關，該單刀雙擲開關包括一刀部及兩擲點，該電源介面之火線與該單刀雙擲開關之刀部相連，該單刀雙擲開關之一擲點與該電腦電源之火線引腳相連，該單刀雙擲開關之另一擲點透過該繼電器開關與該電腦電源之火線引腳相連。
17. 如專利申請範圍第1項所述之開關電源電路，其中該第一開關元件包括一第一端、一第二端及一第三端，該第一開關元件之第一端與該繼電器控制電路相連，第二端與該線圈相連，第三端接地。
18. 如專利申請範圍第17項所述之開關電源電路，其中該第一開關元件為一NMOS場效應電晶體，其第一、第二及第三端分別對應NMOS場效應電晶體之閘極、汲極及源極。