TWI477042B - 電源轉換系統 - Google Patents

Description

電源轉換系統

本揭露是有關於一種轉換系統，且特別是有關於一種電源轉換系統。

隨著科技的進步，各種具有不同功能的電子裝置亦隨之上市。這些電子裝置不但滿足了人們的需求，更廣泛地融入每個人的日常生活，使得生活更加便利。隨著電路設計的不同，電子裝置所需的工作電壓也不同。所以製造商必需隨機附上對應的電源轉換器，以確保能提供電子裝置正確的工作電壓。

舉例來說，電子裝置所需要的工作電壓為5伏特時，就必須使用5伏特的電源轉換器；電子裝置所需要的工作電壓為12伏特時，就必須使用12伏特的電源轉換器；電子裝置所需要的工作電壓為19伏特時，就必須使用19伏特的電源轉換器。如此一來，將造成電源轉換器過多而不環保的問題。

本揭露係有關於一種電源轉換系統。

根據本揭露，提出一種電源轉換系統。電源轉換系統包括系統端及電源轉換端。系統端包括第一連接器、系統電路、儲能電容及第一微控制器。儲能電容係經第一連接器接收初始電壓以進行充電。儲能電容充電完畢後，第一 微控制器輸出系統端設定。電源轉換端包括第二連接器、電源轉換電路及第二微控制器。第二連接器用以電性連接第一連接器。第二微控制器係經第二連接器接收系統端設定，並根據系統端設定控制電源轉換電路輸出系統電路所需之工作電壓。

為了對本揭露之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第一實施例

請同時參照第1圖及第2圖，第1圖繪示係為依照第一實施例之電源轉換系統之示意圖，第2圖繪示係為依照第一實施例之一種電源轉換方法之示意圖。電源轉換系統1a包括系統端11a及電源轉換端12a，且系統端11a及電源轉換端12a分別例如為電腦系統及電源轉換器(Power Adaptor)。系統端11a包括連接器CN1、開關SW1、系統電路111、微控制器112、介面電路113a、電源傳輸電路114、分壓電路115及儲能電容C1。電源轉換端12a包括連接器CN2、開關SW2、電源轉換電路121、微控制器122、介面電路123a、電源傳輸電路124、分壓電路125及穩壓電容C2。分壓電路115耦接微控制器112，分壓電壓125耦接微控制器122。分壓電路115包括電阻R6及電阻R7，而分壓電路125包括電阻R17及電阻R18。開關SW1係受控於微控制器112以選擇性地將連接器CN1電性連接至系統電路111，而開關SW2係受控於微控制器122以選擇性地 將連接器CN2電性連接至電源轉換電路121。

微控制器112經介面電路113a及介面電路123a與微控制器122溝通。介面電路113a包括資料傳送電路1131及資料接收電路1132，而介面電路123a包括資料傳送電路1231及資料接收電路1232。介面電路123a經電阻R11耦接至二極體D5。微控制器112經資料傳送電路1131及資料接收電路1232與微控制器122溝通，而微控制器122經資料傳送電路1231及資料接收電路1132與微控制器112溝通。資料傳送電路1131包括電阻R2、電阻R5及電晶體Q1，且資料接收電路1132包括電阻R3、電阻R4及電晶體Q2。資料傳送電路1231包括電阻R12、電阻R16及電晶體Q3，且資料接收電路1232包括電阻R13、電阻R14及電晶體Q4。

電源傳輸電路114耦接微控制器112及儲能電容C1。電源傳輸電路114包括電阻R1、二極體D1及齊納二極體D2，且齊納二極體D2並聯儲能電容C1以供應微控制器112所需電壓VCC1。相似地，電源傳輸電路124耦接微控制器122。電源傳輸電路124包括電阻R15、二極體D3及齊納二極體D4，且齊納二極體D4並聯穩壓電容C2以供應微控制器122所需電壓VCC2。此外，電源傳輸電路114及電源傳輸電路124亦可改以切換式電源(Switching Power)實現。

電源轉換方法能應用於電源轉換系統1，且包括如下步驟：首先如步驟21所示，自動產生初始電壓，而初始電壓例如為5伏特。接著如步驟22所示，儲能電容C1係 經連接器CN1及電源傳輸電路114接收初始電壓以進行充電。於儲能電容C1充電時，微控制器112控制開關SW1關閉(Turn Off)，微控制器122控制開關SW2打開(Turn ON)。

跟著如步驟23所示，儲能電容C1充電完畢後，微控制器122產生資料請求訊號。舉例來說，微控制器122將開關SW2關閉(Turn Off)後，再藉由致能電晶體Q3以形成一脈衝訊號通知微控制器112準備開始傳送系統端設定。然後如步驟24所示，微控制器112於接收資料請求訊號後，輸出系統端設定至微控制器122。微控制器122係經連接器CN2及介面電路123a之資料接收電路1232接收系統端設定。系統端設定例如為系統電路111所需要的電壓或電流。舉例來說，系統電路111所需要的電壓為5伏特時，系統端設定為001；系統電路111所需要的電壓為12伏特時，系統端設定為010；系統電路111所需要的電壓為19伏特時，系統端設定為011。

接著如步驟25所示，微控制器112於系統端設定傳送完畢後，輸出結束碼至微控制器122。跟著如步驟26所示，微控制器112接收微控制器122輸出之電源轉換端設定。電源轉換端設定例如為電源轉換電路121的輸出電壓、最大電流或功率。後續微控制器112能進一步根據電源轉換端設定設定系統電路111。舉例來說，電源轉換電路121所能提供的功率為100瓦特，但系統電路111需要的功率消耗為150瓦特。微控制器112根據電源轉換端設定控制系統電路111中的中央處理器進行降頻以減少功率 消耗。

跟著如步驟27所示，微控制器122根據系統端設定電源轉換電路121，以輸出系統電路111所需之工作電壓Vout1。於輸出系統電路111所需之工作電壓Vout1時，微控制器122控制開關SW2打開(Turn ON)後，微控制器112再控制開關SW1打開(Turn ON)。如此一來，不論系統電路111所需工作電壓為何，皆能透過系統端11a與電源轉換端12a之間的溝通，讓電源轉換電路121輸出對應之工作電壓Vout1。

於後續供電過程中，電源轉換電路121偵測負載耗電狀態，並通知微控制器122。當負載耗電狀態為極輕載狀態，微控制器122控制開關SW2關閉(Turn Off)。微控制器122並根據連接器CN2與開關SW2之間的電壓Vout2下降程度判斷連接器CN1與連接器CN2是否電性連接。連接器CN1與連接器CN2未電性連接，表示系統端11a與電源轉換端12a斷線。

若將電源轉換端12a直接與另一不同工作電壓的系統端連線，則有可能導致無法正常工作的問題。因此，當連接器CN1與連接器CN2未電性連接，微控制器122控制電源轉換電路121先設定工作電壓Vout1等於初始電壓，並經由前述電源轉換方法重新控制電源轉換電路121輸出新的系統端所需的工作電壓Vout1。

除此之外，微控制器112亦能經分壓電路115偵測連接器CN1與開關SW1之間的電壓Vin1下降程度。微控制器112根據電壓Vin1下降程度判斷連接器CN1與連接器 CN2是否電性連接。當連接器CN1與開關SW1之間的電壓vin1下降至一預設值，微控制器112產生正常連接訊號至微控制器122。正常連接訊號例如係由微控制器112導通電晶體Q1所產生。

第二實施例

請參照第3圖，第3圖繪示係為依照第二實施例之電源轉換系統之示意圖。第二實施例與第一實施例主要不同之處在於系統端11b與電源轉換端12b之間的電壓與資料係分別獨立地傳送。系統端11b之介面電路113b包括電阻R183，而電源轉換端12b之介面電路123b包括電晶體Q41及電阻R177。由於連接器CN1及連接器CN2為3個接腳，因此系統端11b與電源轉換端12b之間的訊號溝通更為獨立。如此一來，將可進一步簡化介面電路113b及介面電路123b的電路設計，讓微控制器112與微控制器122的溝通單純化。

第三實施例

請參照第4圖，第4圖繪示係為依照第三實施例之電源轉換系統之示意圖。第三實施例與第二實施例主要不同之處在於第三實施例之連接器CN1及連接器CN2為4個接腳。系統端11c與電源轉換端12c之間能對資料及時脈進行溝通。介面電路113c包括資料溝通電路1133及時脈溝通電路1134，而介面電路123c包括資料溝通電路1233及時脈溝通電路1234。微控制器112經資料溝通電路1133 及資料溝通電路1233與微控制器122進行資料溝通，微控制器122經時脈溝通電路1234及時脈溝通電路1134與微控制器112進行時脈溝通。

資料溝通電路1133包括電阻R211，而時脈溝通電路1134包括電阻R202。資料溝通電路1233包括電晶體Q52及電阻R225，而時脈溝通電路1234包括電晶體Q41及電阻R205。

綜上所述，雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1a、1b、1c‧‧‧電源轉換系統

11a、11b、11c‧‧‧系統端

12a、12b、12c‧‧‧電源轉換端

21~27‧‧‧步驟

111‧‧‧系統電路

112、122‧‧‧微控制器

113a、113b、113c、123a、123b、123c‧‧‧介面電路

114、124‧‧‧電源傳輸電路

115、125‧‧‧分壓電路

1131、1231‧‧‧資料傳送電路

1132、1232‧‧‧資料接收電路

CN1、CN2‧‧‧連接器

SW1、SW2‧‧‧開關

C1‧‧‧儲能電容

C2‧‧‧穩壓電容

D1、D3、D5‧‧‧二極體

D2、D4‧‧‧齊納二極體

R1~R7、R11~R18、R177、R183、R202、R205、R211、R225‧‧‧電阻

VCC1、VCC2、Vout2、Vin1‧‧‧電壓

Vout1‧‧‧工作電壓

Q1~Q4、Q9、Q41、Q52‧‧‧電晶體

第1圖繪示係為依照第一實施例之電源轉換系統之示意圖。

第2圖繪示係為依照第一實施例之一種電源轉換方法之示意圖。

第3圖繪示係為依照第二實施例之電源轉換系統之示意圖。

第4圖繪示係為依照第三實施例之電源轉換系統之示意圖。

21~27‧‧‧步驟

Claims (17)

1. 一種電源轉換系統，包括：一系統端，包括：一第一連接器；一系統電路；一儲能電容，係經該第一連接器接收一初始電壓以進行充電；一第一微控制器，該儲能電容充電完畢後，該第一微控制器輸出一系統端設定；一電源轉換端，包括：一第二連接器，用以電性連接該第一連接器；一電源轉換電路；以及一第二微控制器，係經該第二連接器接收該系統端設定，並根據該系統端設定控制該電源轉換電路輸出該系統電路所需之一工作電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換系統，其中該第一微控制器更接收該第二微控制器輸出之一電源轉換端設定，該第一微控制器根據該電源轉換端設定設定該系統電路。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換系統，其中該第二微控制器更產生一資料請求訊號，該第一微控制器於接收該資料請求訊號後，輸出該系統端設定至該第二微控制器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換系統，其中該第一微控制器於該系統端設定傳送完畢後，輸出一結 束碼至該第二微控制器。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換系統，其中該系統端更包括一第一開關，係受控於該第一微控制器，以選擇性地將該第一連接器電性連接至該系統電路，該電源轉換端更包括一第二開關，係受控於該第二微控制器，以選擇性地將該第二連接器電性連接至該電源轉換電路。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電源轉換系統，其中於該儲能電容充電時，該第一微控制器控制該第一開關關閉(Turn Off)，該第二微控制器控制該第二開關打開(Turn ON)。
7. 如申請專利範圍第5項所述之電源轉換系統，其中於該儲能電容充電完畢後，該第一微控制器控制該第一開關關閉(Turn Off)，該第二微控制器控制該第二開關關閉(Turn Off)。
8. 如申請專利範圍第5項所述之電源轉換系統，其中於輸出該系統電路所需之該工作電壓時，該第二微控制器控制該第二開關打開(Turn ON)後，該第一微控制器再控制該第一開關打開(Turn ON)。
9. 如申請專利範圍第5項所述之電源轉換系統，其中當負載耗電狀態為極輕載狀態，該第二微控制器控制該第二開關關閉(Turn Off)。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電源轉換系統，其中該第二微控制器根據該第二連接器與該第二開關之間的電壓下降程度判斷該第一連接器與該第二連接器是否 電性連接，當該第一連接器與該第二連接器未電性連接，該第二微控制器控制該電源轉換電路設定該工作電壓等於該初始電壓。
11. 如申請專利範圍第5項所述之電源轉換系統，其中該第一微控制器根據該第一連接器與該第一開關之間的電壓下降程度判斷該第一連接器與該第二連接器是否電性連接。
12. 申請專利範圍第11項所述之電源轉換系統，其中當該第一連接器與該第一開關之間的電壓下降至一預設值，該第一微控制器產生一正常連接訊號至該第二微控制器。
13. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換系統，其中該系統端更包括一第一介面電路，且該電源轉換端更包括一第二介面電路，該第一微控制器經該第一介面電路及該第二介面電路與該第二微控制器溝通。
14. 如申請專利範圍第13項所述之電源轉換系統，其中該第一介面電路包括一第一資料傳送電路及一第一資料接收電路，該第二介面電路包括一第二資料傳送電路及一第二資料接收電路，該第一微控制器經該第一資料傳送電路及該第二資料接收電路與該第二微控制器溝通，該第二微控制器經該第二資料傳送電路及該第一資料接收電路與該第一微控制器溝通。
15. 如申請專利範圍第13項所述之電源轉換系統，其中該第一介面電路包括一第一資料溝通電路及一第一時脈溝通電路，該第二介面電路包括一第二資料溝通電路 及一第二時脈溝通電路，該第一微控制器經該第一資料溝通電路及該第二資料溝通電路與該第二微控制器進行資料溝通，該第二微控制器經該第二時脈溝通電路及該第一時脈溝通電路與該第一微控制器進行時脈溝通。
16. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換系統，其中該系統端更包括一第一電源傳輸電路，係耦接該第一微控制器及該儲能電容，該電源轉換端更包括一第二電源傳輸電路，係耦接該第二微控制器。
17. 如申請專利範圍第16項所述之電源轉換系統，其中該第一電源傳輸電路及該第二電源傳輸電路係為切換式電源(Switching Power)。