TWI395097B - Power supply with integrated power system - Google Patents

Description

具備整合電力系統的電源供應器

一種具備整合電力系統的電源供應器，特別是一種在ATX規格下改良主電力系統與常備電力系統之配置關係的電路。

大部份桌上型電腦所使用的電源供應器皆為ATX規格，ATX規格的特點在於該電源供應器具有一主電力系統以及一常備電力系統，該常備電力系統在電源供應器取得市電之後即自動產生一常備電力供應一常備電力使其他系統（如主電力系統、保護系統及控制晶片等）進入待機狀態，而使用者開啟該電源供應器時（通常啟動電腦同時，相同的啟動信號會先啟動電源供應器），該主電力系統才開始將市電轉換主輸出電力供給電腦裡的各個裝置。

習知的電源供應器基本電路架構可見圖1，圖中所示的電源供應器具有自一市電輸出端1取得市電且整流的一整流單元2、一調變市電功率因數的功因校正單元3，而一主電力系統4與一常備電力系統5分別連接該功因校正單元3。當該常備電力系統4取得電力後即透過屬於其本身的一變壓器51、一開關元件52、一脈波調變單元53、一整流單元54而產生一常備電力55，該主電力系統4以及一電力管理單元6取得該常備電力55而進入等待使用者觸發啟動的待機狀態。當使用者提供一啟動信號7（PS_ON）至該電力管理單元6後，該電力管理單元6則輸出一致能信號71給該主電力系統4的脈波調變單元43，令該脈波調變單元43開始運作而使主電力系統4的一變壓器41、一開關元件42依脈波調變單元43控制而轉換電力，並通過該整流單元44形成12V的主輸出電力45。12V的主輸出電力45亦可透過至少一轉換單元46而轉換為5V或3.3V的主輸出電力45供不同的裝置使用，其中該轉換單元46可包括多個轉換器（converter），主電力系統4提供多電壓的輸出電力為業界所習知的技術，故不再贅述。

由於上述的主電力系統4與常備電力系統5啟動的條件與時序不同，因而習知的電源供應器都將主電力系統4與常備電力系統5各自獨立，各自利用一顆變壓器以及相關的控制電路來產生各自獨立的輸出電力。目前的習知作法明顯需使用較多的電路元件來各別組成獨立的主電力系統4與常備電力系統5，造成縮小體積與壓低成本的困難。

由於習知技術將主電力系統與常備電力系統區別為各自獨立的系統，因此伴隨著成本較高、體積較大的問題。本案的目的即在於解決習知技術中成本與體積無法壓低的問題。

本案為一種具備整合電力系統的電源供應器，該電源供應器取得一輸入電力，且該電源供應器包含一共用變壓器，電流通過該共用變壓器的一次側而在二次側產生一感應電力。該電源供應器更包括一電性連接該共用變壓器取得該感應電力而產生一常備電力的常備電力系統、一端電性連接該共用變壓器與該常備電力系統之間的一啟動開關、一連接於該啟動開關另一端的主電力系統以及一電性連接該常備電力系統而取得該常備電力啟動的電力管理單元。其中該常備電力系統調變該感應電力後轉換為常備電力令該電力管理單元開始運作，使用者得觸發該電力管理單元而令該電力管理單元輸出一致能信號驅動該啟動開關導通，使該主電力系統取得該感應電力而轉換輸出該主輸出電力。

上述的技術令該電源供應器利用一共用變壓器供應主電力系統 與常備電力系統 所需，並且透過該啟動開關使該主電力系統與常備電力系統並接於該共用變壓器，該主電力系統的啟閉則決定於該啟動開關是否導通。因此該主電力系統與常備電力系統的運作方式符合ATX電源供應器的規範，並且可降低該主電力系統與常備電力系統的體積與成本。

本案為一種具備整合電力系統的電源供應器，該電源供應器的電路架構請參閱圖2。如圖2中所示，該電源供應器具有一市電輸入端1取得一交流的電力，而一整流單元2將該市電輸入端1取得的電力整流為波動的直流電力，接著通過一功因校正單元3調變其功率因數以及電壓，因而自該功因校正單元3輸出一直流的調變電力。該功因校正單元3運作的方式為該技術領域人員所熟知，故不再贅述。功因校正單元3則連接一共用變壓器93的一次側，而該共用變壓器93一次側更連接一開關元件92，該開關元件92的啟閉受控於一脈波調變單元91。該脈波調變單元91藉由改變驅動該開關元件92的佔空比（duty ratio）而控制該調變電力的電流通過該共用變壓器93一次側的時序，使該共用變壓器93二次側產生一感應電力，並藉由控制開關元件92的佔空比而改變該感應電力的功率。

該共用變壓器93透過上述之運作而在二次側產生該感應電力。一常備電力系統5電性連接該共用變壓器93而取得該感應電力，該常備電力系統5具有一轉換單元56調變該感應電力之電壓而提供穩定電壓的一常備電力55。一啟動開關8的一端電性連接該共用變壓器93與該常備電力系統5之間，該啟動開關8另一端則連接一主電力系統4且透過該啟動開關8的導通或截止決定該主電力系統4可否取得該感應電力。由於該啟動開關8在未導通時視同斷路，因而此時該感應電力單純由該常備電力系統5使用，該常備電力系統5輸出的常備電力55使該電源供應器進入待機狀態。一電力管理單元6電性連接該常備電力系統5取得該常備電力而啟動進入待機狀態，使用者得產生一啟動信號7（PS_ON）觸發該電力管理單元6輸出一致能信號71至該啟動開關8，令該啟動開關8導通，進而使該主電力系統4取得該感應電力而轉換輸出至少一主輸出電力45。該電源供應器可依據規格需求而設計主電力系統4具有一包含多個轉換器的轉換單元46，配合該轉換單元46而轉換輸出多個相異電壓位準（12V、5V、3.3V）的主輸出電力45。除了上述的基本架構以外，該共用變壓器93與該常備電力系統5、啟動開關8之間連接一整流單元94將該感應電力整流為直流，且共用變壓器與該常備電力系統5、啟動開關8之間擷取一回授信號，該回授信號傳送至該脈波調變單元91而執行回授控制。

由於該常備電力系統5直接取得該感應電力，且以該啟動開關8控制該主電力系統4與共用變壓器93之間的電力路徑，以及配合該電力管理單元6的控制方式，使得本案主電力系統4與常備電力系統5的運作方式符合ATX規格。並且透過該共用變壓器93同時供應主電力系統4、常備電力系統5所需的電力，可改善獨立電力系統各需一變壓器的成本、體積過高問題。並且該共用變壓器93只需搭配一組開關元件92、一脈波調變單元91以及一整流單元94，亦只需一條回授路徑連接該脈波調變單元91，使得線路、元件數量明顯減少，可達到成本、體積同時下降的優點。

請再參閱圖3，圖3所示之電路係由本案上述的技術特徵為基礎，並依據電源供應器規格需要而作些許的改變。圖3所示之電源供應器同樣具有該市電輸入端1取得交流電力，該交流電力通過該整流單元2轉換為脈動的直流電後，由該脈波調變單元91與開關元件92決定電流通過該共用變壓器93的週期。轉換至該共用變壓器93二次側的感應電力通過該整流單元94，其中該常備電力系統5直接連接自該整流單元94後端取得電力後，透過轉換單元56而輸出該常備電力55。該啟動開關8的一端電性連接該共用變壓器93與該常備電力系統5之間，該啟動開關8另一端則連接該主電力系統4，並由該電力管理單元6輸出的致能信號71驅動該啟動開關8導通，使該主電力系統4取得電力後直接輸出，或透過該轉換單元46轉換輸出該主輸出電力45。其中圖3所示之態樣與圖2最主要的差別在於圖3之態樣不設置功因校正單元3。在低額定功率或者小型的電源供應器中，可選用不設置功因校正單元3的電路架構，且不設置功因校正單元3並不影響該主電力系統4與常備電力系統5的運作，更不影響該啟動開關8的啟閉。

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，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內而所作之些許更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明中，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。

綜上所述，本發明較習知之結構增進上述功效，應已充分符合新穎性及進步性之法定創新專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便。

1‧‧‧市電輸入端

2‧‧‧整流單元

3‧‧‧功因校正單元

4‧‧‧主電力系統

41‧‧‧變壓器

42‧‧‧開關元件

43‧‧‧脈波調變單元

44‧‧‧整流單元

45‧‧‧主輸出電力

46‧‧‧轉換單元

5‧‧‧常備電力系統

51‧‧‧變壓器

52‧‧‧開關元件

53‧‧‧脈波調變單元

54‧‧‧整流單元

55‧‧‧常備電力

56‧‧‧轉換單元

6‧‧‧電力管理單元

7‧‧‧啟動信號

71‧‧‧致能信號

8‧‧‧啟動開關

91‧‧‧脈波調變單元

92‧‧‧開關元件

93‧‧‧共用變壓器

94‧‧‧整流單元

圖1為習知電源供應器之電路架構圖。

圖2為本案之電路架構圖。

圖3為本案電路之另一實施例圖。

1‧‧‧市電輸入端

2‧‧‧整流單元

3‧‧‧功因校正單元

4‧‧‧主電力系統

45‧‧‧主輸出電力

46‧‧‧轉換單元

5‧‧‧常備電力系統

55‧‧‧常備電力

56‧‧‧轉換單元

6‧‧‧電力管理單元

7‧‧‧啟動信號

71‧‧‧致能信號

8‧‧‧啟動開關

91‧‧‧脈波調變單元

92‧‧‧開關元件

93‧‧‧共用變壓器

94‧‧‧整流單元

Claims (8)

1. 一種具備整合電力系統的電源供應器，該電源供應器取得一輸入電力，且該電源供應器包含一共用變壓器，電流通過該共用變壓器的一次側而在二次側產生一感應電力，該電源供應器更包括：
   　　一常備電力系統，該常備電力系統電性連接該共用變壓器而取得該感應電力，該感應電力經由該常備電力系統調變後轉換為一常備電力；
   　　一啟動開關，該啟動開關之一端電性連接該共用變壓器與該常備電力系統之間，該啟動開關另一端連接一主電力系統且透過該啟動開關的導通或截止決定該主電力系統可否取得該感應電力；
   一電力管理單元，該電力管理單元電性連接該常備電力系統而取得該常備電力啟動，並得由使用者觸發而輸出一致能信號驅動該啟動開關導通，使該主電力系統取得該感應電力而轉換輸出至少一主輸出電力。
2. 如申請專利範圍第1項所述的具備整合電力系統的電源供應器，其中該常備電力系統具有至少一調變該感應電力電壓而輸出一常備電力的轉換單元。
3. 如申請專利範圍第1項所述的具備整合電力系統的電源供應器，其中該主電力系統輸出多個相異電壓位準的主輸出電力。
4. 如申請專利範圍第1項所述的具備整合電力系統的電源供應器，其中該主電力系統具有一包含多個轉換器的轉換單元，每一轉換器取得該感應電力而輸出相異電壓位準的主輸出電力。
5. 如申請專利範圍第1項所述的具備整合電力系統的電源供應器，其中該共用變壓器二次側感應電力的功率大小受控於一開關元件以及一驅動該開關元件的脈波調變單元。
6. 如申請專利範圍第5項所述的具備整合電力系統的電源供應器，其中該脈波調變單元在該共用變壓器與該常備電力系統、啟動開關之間取得一回授信號而執行回授控制。
7. 如申請專利範圍第1項所述的具備整合電力系統的電源供應器，其中在該共用變壓器與該常備電力系統、啟動開關之間具有連接該共用變壓器的一整流單元。
8. 如申請專利範圍第1項所述的具備整合電力系統的電源供應器，其中該共用變壓器的一次側電性連接一功因校正單元，該功因校正單元調變該輸入電力而產生一調變電力輸出流過該共用變壓器的一次側。