TWI501518B - 電源供應裝置 - Google Patents

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Yuan Hung Lin
Tai Yen Chung
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3Y Power Technology Taiwan Inc
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Description

電源供應裝置
本發明是有關於一種電源供應裝置，且特別是有關於一種具有電源隔離功能以防止電流逆流的電源供應裝置。
在某些高階電子產品(例如伺服器、工業電腦)的應用中，常將兩組規格相同且具有負回授控制功能的電源供應器(power supplier)並接在一起，藉以同時供應電子產品(即，負載)運作時所需的電力(electric power)。在此條件下，每一組電源供應器的輸出路徑(output path)上可以配置一個輸出隔離開關元件(例如：金氧半導體場效應電晶體(MOSFET))，且其受控於比較器(comparator)以在電源供應器的輸出電流為順向流向負載時為導通(turn-on)，並在有逆向電流流入電源供應器時為關閉(turn-off)。如此一來，即可實現『輸出電源隔離』的效果與目的。
然而，現今為達到高效率的標準/要求，常會選用具有低導通阻抗(Rds-on)的金氧半導體場效應電晶體(MOSFET)來作為輸出隔離開關元件。如此一來，將會造成輸出隔離開關元件上 的壓降非常的小，亦即：金氧半導體場效應電晶體(MOSFET)之汲源極間的壓差非常的小。
再加上，用以控制輸出隔離開關元件之啟閉(ON/OFF)的比較器也會有偏移(offset)誤差，以至於比較器有可能無法在負載輕載時正確比較出輸出隔離開關元件上的壓差(因為此時電源供應器的輸出電流較小)，從而造成比較器無法在有逆向電流流入電源供應器時就即時關閉輸出隔離開關元件(MOSFET)，且其必須等到逆向電流大到某種程度時才會關閉輸出隔離開關元件(MOSFET)。如此一來，電源供應器就有可能會受到大逆向電流的影響而損毀或異常。
顯然地，在高效率的標準/要求下，傳統實現『輸出電源隔離』的技術手段並無法有效地解決負載輕載時，逆向電流流入電源供應器的問題。
有鑒於此，本發明提供一種電源供應裝置，其可以有效地解決先前技術所述及的問題。
本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。
於此，本發明之一示範性實施例提供一種電源供應裝置，其包括：第一組電源供應器。第一組電源供應器經配置以接收一直流輸入電壓，並據以產生一直流輸出電壓。而且，第一組 電源供應器包括：主電源產生單元、輸出隔離開關元件、電壓回授控制器，以及隔離控制線路。其中，主電源產生單元經配置以接收並轉換所述直流輸入電壓，藉以產生一主電源。輸出隔離開關元件經配置以反應於一正常供電需求而接收並傳導所述主電源，藉以輸出所述直流輸出電壓。
電壓回授控制器耦接主電源產生單元與輸出隔離開關元件，且其經配置以反應於輸出隔離開關元件所接收的主電源而產生一控制訊號，藉以控制主電源產生單元，從而調節所述主電源。隔離控制線路耦接主電源產生單元與輸出隔離開關元件，且其經配置以反應於一阻抗調整條件的成立而調整輸出隔離開關元件的導通阻抗，並且反應於一輕載隔離條件的成立而關閉輸出隔離開關元件。
於本發明一示範性實施例中，所提之電源供應裝置可以更包括：第二組電源供應器，其經配置以接收所述直流輸入電壓，並據以產生所述直流輸出電壓。而且，第一組與第二組電源供應器所各別產生的直流輸出電壓係同時供應給一負載使用。
於本發明一示範性實施例中，輸出隔離開關元件包括N型電晶體，其汲極用以接收所述主電源，而其源極則反應於所述正常供電需求而輸出所述直流輸出電壓給負載。在此條件下，N型電晶體可採用N型金氧半導體場效應電晶體(N-type MOSFET)來實施，但並不限制於此。
於本發明一示範性實施例中，隔離控制線路包括：電流 取樣單元、電壓比較器，以及阻抗調整單元。其中，電流取樣單元耦接於主電源產生單元與輸出隔離開關元件之間，且其經配置以對相應於第一組電源供應器的輸出電流進行取樣，藉以獲得一電流取樣電壓。電壓比較器耦接電流取樣單元，且其經配置以對所述電流取樣電壓與一預設參考電壓進行比較，藉以獲得並輸出一比較結果。阻抗調整單元耦接電壓比較器與輸出隔離開關元件，且其經配置以反應於所述比較結果而決定是否對輸出隔離開關元件的導通阻抗進行調整。
於本發明一示範性實施例中，當所述電流取樣電壓低於所述預設參考電壓時，則電壓比較器獲得並輸出代表所述阻抗調整條件之成立的比較結果，藉以致能阻抗調整單元，從而使得阻抗調整單元對輸出隔離開關元件的導通阻抗進行調整。另外，當所述電流取樣電壓高於所述預設參考電壓時，則電壓比較器獲得並輸出代表所述阻抗調整條件之不成立的比較結果，藉以禁能阻抗調整單元，從而使得阻抗調整單元不對輸出隔離開關元件的導通阻抗進行調整。
於本發明一示範性實施例中，電流取樣單元包括：取樣電阻與電流取樣放大器。其中，取樣電阻的第一端用以接收來自主電源產生單元的主電源，而取樣電阻的第二端則耦接至N型電晶體的汲極。電流取樣放大器的正輸入端耦接取樣電阻的第一端，電流取樣放大器的負輸入端耦接取樣電阻的第二端，而電流取樣放大器的輸出端則用以輸出所述電流取樣電壓。
於本發明一示範性實施例中，電壓比較器的負輸入端用以接收所述電流取樣電壓，電壓比較器的正輸入端用以接收所述預設參考電壓，而電壓比較器的輸出端則用以輸出所述比較結果。
於本發明一示範性實施例中，阻抗調整單元包括：阻抗調整放大器與準位保持線路。其中，阻抗調整放大器經配置以在所述阻抗調整條件成立的情況下，反應於一保持準位而調整輸出隔離開關元件的導通阻抗，直至N型電晶體的源極電壓等於所述保持準位為止。準位保持線路經配置以反應於所述主電源而提供所述保持準位給阻抗調整放大器。
於本發明一示範性實施例中，阻抗調整放大器的正輸入端用以接收來自準位保持線路的保持準位，阻抗調整放大器的負輸入端耦接N型電晶體的源極與電壓比較器的輸出端，而阻抗調整放大器的輸出端則耦接至N型電晶體的閘極。
於本發明一示範性實施例中，阻抗調整單元可以更包括：限流電阻，其耦接於阻抗調整放大器的負輸入端與N型電晶體的源極之間。
於本發明一示範性實施例中，準位保持線路包括：第一分壓電阻、第二分壓電阻，以及保持電容。其中，第一分壓電阻的第一端耦接取樣電阻的第二端與N型電晶體的汲極，而第一分壓電阻的第二端則用以產生並提供所述保持準位給阻抗調整放大器的正輸入端。第二分壓電阻的第一端耦接第一分壓電阻的第二端，而第二分壓電阻的第二端則耦接至一接地電位。保持電容與 第二分壓電阻並接。
於本發明一示範性實施例中，阻抗調整放大器更經配置以在所述阻抗調整條件成立的情況下，反應於所述保持準位與N型電晶體之源極電壓的比較而決定是否關閉輸出隔離開關元件。在此條件下，當N型電晶體的源極電壓高於所述保持準位時，則代表所述輕載隔離條件成立，藉以使得阻抗調整放大器關閉輸出隔離開關元件。
於本發明一示範性實施例中，隔離控制線路可以更包括：隔離放大器，其經配置以在所述阻抗調整條件不成立的情況下，反應於一重載隔離條件的成立而關閉輸出隔離開關元件。其中，隔離放大器的正輸入端耦接N型電晶體的汲極，隔離放大器的負輸入端耦接N型電晶體的源極，而隔離放大器的輸出端則耦接N型電晶體的閘極。在此條件下，當N型電晶體的源極電壓高於其汲極電壓時，則代表所述重載隔離條件成立，藉以使得隔離放大器關閉輸出隔離開關元件。
於本發明一示範性實施例中，第二組電源供應器的電路結構可以相同或相異於第一組電源供應器的電路結構。
於本發明一示範性實施例中，主電源產生單元可以為直流轉直流轉換器，且此直流轉直流轉換器可採用隔離型或非隔離型的升壓型與/或降壓型轉換器來實施。
基於上述，本發明可以在負載輕載時改變/調整每一組電源供應器之輸出隔離開關元件(N型電晶體)的導通阻抗 (Rds-on)，藉以平衡兩輕載設定端點(非輸出隔離開關元件(N型電晶體)的源汲極)的電壓(即，輸出隔離開關元件(N型電晶體)的源極電壓與所述保持準位)。一旦兩輕載設定端點的電壓失衡的話(即，代表即將有來自外部的逆向電流流入電源供應器)，則阻抗調整放大器就會先行關閉輸出隔離開關元件(N型電晶體)，藉以使得在逆向電流流入電源供應器之前就啟動電源隔離的功能，從而有效地解決先前技術所述及的問題。
另一方面，本發明在負載重載時會停止改變/調整每一組電源供應器之輸出隔離開關元件(N型電晶體)的導通阻抗(Rds-on)，完全端視兩重載設定端點的壓差(即，輸出隔離開關元件(N型電晶體)的源汲極電壓)而決定是否關閉輸出隔離開關元件(N型電晶體)。一旦輸出隔離開關元件(N型電晶體)的源極電壓高於其汲極電壓的話(即，代表有來自外部的逆向電流流入電源供應器)，則隔離放大器就會立即關閉輸出隔離開關元件(N型電晶體)，藉以啟動電源隔離的功能，從而避免電源供應器受到(大)逆向電流的影響而損毀或異常。
為讓本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
然而，應瞭解的是，上述一般描述及以下具體實施方式僅為例示性及闡釋性的，其並不能限制本揭露所欲主張之範圍。
10‧‧‧電源供應裝置
20‧‧‧負載
101‧‧‧第一組電源供應器
103‧‧‧第二組電源供應器
201‧‧‧主電源產生單元
203‧‧‧輸出隔離開關元件
205‧‧‧電壓回授控制器
207‧‧‧隔離控制線路
209‧‧‧電流取樣單元
211‧‧‧電壓比較器
213‧‧‧阻抗調整單元
215‧‧‧隔離放大器
301‧‧‧電流取樣放大器
303‧‧‧阻抗調整放大器
305‧‧‧準位保持線路
MN‧‧‧N型電晶體
SW‧‧‧開關
D‧‧‧二極體
Co‧‧‧電容
CH‧‧‧保持電容
L‧‧‧電感
Rs‧‧‧取樣電阻
RD1‧‧‧第一分壓電阻
RD2‧‧‧第二分壓電阻
RL‧‧‧限流電阻
Vin‧‧‧直流輸入電壓
Vout‧‧‧直流輸出電壓
VH‧‧‧保持準位
Iout‧‧‧輸出電流
MP‧‧‧主電源
CSV‧‧‧電流取樣電壓
Vref‧‧‧預設參考電壓
GND‧‧‧接地電位
CS‧‧‧控制訊號
C_result‧‧‧比較結果
下面的所附圖式是本揭露的說明書的一部分，繪示了本揭露的示例實施例，所附圖式與說明書的描述一起說明本揭露的原理。
圖1繪示為本發明一示範性實施例之電源供應裝置10的示意圖。
圖2繪示為圖1之第一組電源供應器101的方塊圖。
圖3繪示為圖1之第一組電源供應器101的電路圖。
現將詳細參考本發明之示範性實施例，在附圖中說明所述示範性實施例之實例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件代表相同或類似部分。
圖1繪示為本發明一示範性實施例之電源供應裝置(power supply apparatus)10的示意圖。請參照圖1，電源供應裝置10包括兩組具有負回授控制功能的電源供應器(power supplier)，例如：第一組電源供應器101與第二組電源供應器103。
於本示範性實施例中，第一組電源供應器101與第二組電源供應器103係並接在一起，且其分別經配置以接收直流輸入電壓(DC input voltage)Vin，並據以產生直流輸出電壓(DC output voltage)Vout給負載20使用(例如伺服器、工業電腦等高階電子產品，但並不限制於此)。換言之，第一組電源供應器101與第二組電源供應器103係同時供應負載20運作時所需的電力。
圖2繪示為圖1之第一組電源供應器101的方塊圖，而 圖3繪示為圖1之第一組電源供應器101的電路圖。請合併參照圖1~圖3，第一組電源供應器101包括：主電源產生單元(main power generation unit)201、輸出隔離開關元件(output isolation switch-component)203、電壓回授控制器(voltage-feedback controller)205，以及隔離控制線路(isolation control circuit)207。
於本示範性實施例中，主電源產生單元201可以為直流 轉直流轉換器(DC-to-DC converter)，例如為降壓型轉換器(bulk converter)，但並不限制於此。而且，主電源產生單元201經配置以接收並轉換直流輸入電壓Vin，藉以產生主電源(main power)MP。
更清楚來說，主電源產生單元201包括開關(switch)SW、 二極體(diode)D、電感(inductor)L，以及電容(capacitor)Co。其中，開關SW得以利用金氧半導體場效應電晶體(MOSFET)來實施，且其第一端用以接收直流輸入電壓Vin，而其控制端則用以接收來自電壓回授控制器205的控制訊號CS。二極體D的陽極(anode)耦接至接地電位(ground potential)GND，而二極體D的陰極(cathode)則耦接開關SW的第二端。電感L的第一端耦接開關SW的第二端，而電感L的第二端則用以產生並輸出主電源MP。電容Co的第一端耦接電感L的第二端，而電容Co的第二端則耦接至接地電位GND。
於本示範性實施例中，亦可利用金氧半導體場效應電晶 體(MOSFET)之本體二極體(body diode)來實現二極體D的功效，亦即：同步整流器(synchronous rectifier,SR)。如此一來，僅需於第一組電源供應器101內多增設一個控制機制以控制同步整流器(SR)的開或關即可。當然，於本發明的其他示範性實施例中，亦可採用其他隔離型或非隔離型的升壓型(boost)與/或降壓型(buck)轉換器來實現主電源產生單元201。
甚至，主電源產生單元201的電源轉換拓撲型態(power conversion topology)並不限制於採用升壓式與/或降壓式而已，其亦可採用順向式(forward topology)、反馳式(flyback topology)、推挽式(push-pull topology)…等，一切端視實際設計/應用需求而論。
輸出隔離開關元件203經配置以反應於負載20的正常供電需求(normal power supply request)而接收並傳導主電源MP，藉以輸出直流輸出電壓Vout給負載20使用。於本示範性實施例中，輸出隔離開關元件203可以採用N型電晶體MN來實施，例如：N型金氧半導體場效應電晶體(N-type MOSFET)，但並不限制於此。其中，N型電晶體MN的汲極(drain)用以接收主電源MP，而N型電晶體MN的源極(source)則反應於負載20的正常供電需求而輸出直流輸出電壓Vout給負載20。
電壓回授控制器205耦接主電源產生單元201與輸出隔離開關元件203(即，開關SW的控制端與N型電晶體MN的汲極)，且其經配置以反應於輸出隔離開關元件203所接收的主電源 MP而產生控制訊號(control signal)CS，藉以控制主電源產生單元201的運作，從而調節(例如提升或縮減)主電源MP。
隔離控制線路207耦接主電源產生單元201與輸出隔離 開關元件203，且其經配置以反應於所預先設定之阻抗調整條件(impedance adjusting condition，容後再詳述)的成立而調整輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)的導通阻抗(conductive impedance，即Rds-on)，並且反應於所預先設定之輕載隔離條件(light-loading condition，容後再詳述)的成立而關閉(turn-off)輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)。
更清楚來說，隔離控制線路207包括：電流取樣單元(current sampling unit)209、電壓比較器(voltage comparator)211、阻抗調整單元(impedance adjusting unit)213，以及隔離放大器(isolation amplifier)215。其中，電流取樣單元209耦接於主電源產生單元201與輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)之間，且其經配置以對相應於第一組電源供應器101的輸出電流(output current)Iout進行取樣，藉以獲得電流取樣電壓(current sampled voltage)CSV。
於本示範性實施例中，電流取樣單元209包括：取樣電阻(sampling resistor)Rs與電流取樣放大器(current sampling amplifier)301。其中，取樣電阻Rs的第一端用以接收來自主電源產生單元201的主電源MP，而取樣電阻Rs的第二端則耦接至N型電晶體MN的汲極。電流取樣放大器301的正輸入端(positive input terminal,+)耦接取樣電阻Rs的第一端，電流取樣放大器301的負輸入端(negative input terminal,-)耦接取樣電阻Rs的第二端，而電流取樣放大器301的輸出端(output terminal)則用以輸出電流取樣電壓CSV。
電壓比較器211耦接電流取樣單元209，且其經配置以對來自電流取樣單元209的電流取樣電壓CSV與預設參考電壓(predetermined reference voltage)Vref進行比較，藉以獲得並輸出比較結果(comparison result)C_result。於本示範性實施例中，電壓比較器211的負輸入端(-)用以接收來自電流取樣單元209的電流取樣電壓CSV，電壓比較器211的正輸入端(+)用以接收預設參考電壓Vref，而電壓比較器211的輸出端則用以輸出比較結果C_result。其中，預設參考電壓Vref可視實際設計/應用需求而決定，且其只要對應到一個代表負載的輕載設定點(light-loading setting point)即可。
阻抗調整單元213耦接電壓比較器211與輸出隔離開關 元件203(N型電晶體MN)，且其經配置以反應於來自電壓比較器211的比較結果C_result而決定是否對輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)的導通阻抗(Rds-on)進行調整。
於本示範性實施例中，當電流取樣電壓CSV低於預設參 考電壓Vref時，則電壓比較器211會獲得並輸出代表所預先設定之阻抗調整條件之成立的比較結果C_result(此時可視為負載20處於輕載的狀態)，藉以致能(enable)阻抗調整單元213，從而 使得阻抗調整單元213對輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)的導通阻抗(Rds-on)進行調整。
反之，當電流取樣電壓CSV高於預設參考電壓Vref時， 則電壓比較器211會獲得並輸出代表所預先設定之阻抗調整條件之不成立的比較結果C_result(此時可視為負載20處於重載的狀態，但並不限制於此)，藉以禁能(disable)阻抗調整單元213，從而使得阻抗調整單元213不對輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)的導通阻抗(Rds-on)進行調整。
於本示範性實施例中，阻抗調整單元213包括：阻抗調整放大器(impedance adjusting amplifier)303、準位保持線路(level holding circuit)305，以及限流電阻(current-limiting resistor)RL。其中，阻抗調整放大器303經配置以在所預先設定之阻抗調整條件成立的情況下，反應於來自準位保持線路305的保持準位(holding level)VH而調整輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)的導通阻抗(Rds-on)，直至N型電晶體MN的源極電壓(Vs)等於保持準位VH為止。另外，準位保持線路305經配置以反應於來自主電源產生單元201的主電源MP而提供保持準位VH給阻抗調整放大器303。
更清楚來說，阻抗調整放大器303的正輸入端(+)用以接收來自準位保持線路305的保持準位VH。阻抗調整放大器303的負輸入端(-)耦接電壓比較器211的輸出端，並且可以透過限流電阻RL以耦接至N型電晶體MN的源極。阻抗調整放大器303 的輸出端耦接至N型電晶體MN的閘極(gate)。於本示範性實施例中，限流電阻RL係耦接於阻抗調整放大器303的負輸入端(-)與N型電晶體MN的源極之間，但是在其他示範性實施例中，限流電阻RL為可選用的(optional)，故而阻抗調整放大器303的負輸入端(-)亦可直接耦接至N型電晶體MN的源極，一切端視實際設計/應用需求而決定是否要採用限流電阻RL。
另外，準位保持線路包括：第一分壓電阻(voltage-dividing resistor)RD1、第二分壓電阻RD2，以及保持電容(holding capacitor)CH。其中，第一分壓電阻RD1的第一端耦接取樣電阻Rs的第二端與N型電晶體MN的汲極，而第一分壓電阻RD1的第二端則用以產生並提供保持準位VH給阻抗調整放大器303的正輸入端(+)。第二分壓電阻RD2的第一端耦接第一分壓電阻RD1的第二端，而第二分壓電阻RD2的第二端則耦接至接地電位GND。保持電容CH與第二分壓電阻RD2並接。在此條件下，VH=(RD2/(RD1+RD2))*MP。
於本示範性實施例中，阻抗調整放大器303可以更經配 置以在所預先設定之阻抗調整條件成立的情況下(即，負載20處於輕載的狀態)，反應於來自準位保持線路305的保持準位VH與N型電晶體MN之源極電壓(Vs)的比較而決定是否關閉輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)。
當N型電晶體MN的源極電壓(Vs)高於來自準位保持線路305的保持準位VH時，則代表所預先設定的輕載隔離條件 成立(此時可視為即將有來自第二組電源供應器103的逆向電流(reverse current)流入第一組電源供應器101)，藉以使得阻抗調整放大器303(先行/事先/預先)關閉輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)。換言之，就是在來自第二組電源供應器103的逆向電流流入第一組電源供應器101之前就啟動電源隔離的功能(power isolation function)。
另一方面，隔離放大器215經配置以在所預先設定之阻 抗調整條件不成立的情況下(即，負載20處於重載的狀態，但並不限制於此)，反應於所預先設定之重載隔離條件(heavy-loading condition)的成立而關閉輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)。更清楚來說，隔離放大器215的正輸入端(+)耦接N型電晶體MN的汲極，隔離放大器215的負輸入端(-)耦接N型電晶體MN的源極，而隔離放大器215的輸出端則耦接至N型電晶體MN的閘極。
於本示範性實施例中，在所預先設定之阻抗調整條件不 成立的情況下(即，負載20處於重載的狀態)，當N型電晶體MN的源極電壓(Vs)高於其汲極電壓(Vd)時，則代表所預先設定之重載隔離條件成立(此時可視為有來自第二組電源供應器103的逆向電流流入第一組電源供應器101)，藉以使得隔離放大器215關閉輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)。換言之，即啟動電源隔離的功能，從而避免第一組電源供應器101受到(大)逆向電流的影響而損毀或異常。
基於上述，假設負載20處於輕載狀態下，且電流取樣單 元209所輸出的電流取樣電壓CSV低於預設參考電壓Vref。在此條件下，電壓比較器211會獲得並輸出代表所預先設定之阻抗調整條件之成立的比較結果C_result，藉以致能阻抗調整單元213，從而使得阻抗調整單元213對N型電晶體MN的導通阻抗(Rds-on)進行調整。更清楚來說，藉由阻抗調整放大器303的控制(即調整/改變施加至N型電晶體MN的閘源極電壓(Vgs))，N型電晶體MN會被控制操作在飽和區(saturation region)，且其導通阻抗(Rds-on)也會跟著被調整/改變。如此一來，N型電晶體MN的源極電壓就會被控制在與保持準位VH相同的準位，亦即：Vs=VH。
在N型電晶體MN之源極電壓被控制在與保持準位VH 相同之準位的條件下，一旦N型電晶體MN之源極電壓增加的話，則表示即將有來自外部(例如：第二組電源供應器103)的逆向電流流入至第一組電源供應器101。如此一來，N型電晶體MN的源極電壓(Vs)將會高於保持準位VH(因保持電容CH的緣故，所以保持電壓VH不會立即隨著N型電晶體MN之源極電壓的增加而增加)，以至於阻抗調整放大器303就會先行關閉輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)，藉以使得在逆向電流流入第一組電源供應器101之前就啟動電源隔離的功能，從而有效地解決先前技術所述及的問題。
另一方面，假設負載20處於非輕載狀態下(例如：重載 狀態，但並不限制於此)，且電流取樣單元209所輸出的電流取樣電壓CSV高於預設參考電壓Vref。在此條件下，電壓比較器211會獲得並輸出代表所預先設定之阻抗調整條件之不成立的比較結果C_result，藉以禁能阻抗調整單元213，從而使得阻抗調整單元213不對N型電晶體MN的導通阻抗(Rds-on)進行調整。
與此同時，由於第一組電源供應器101在負載20處於重載狀態下所供應的輸出電流Iout較大，故而透過隔離放大器215對輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)之源汲極電壓(Vds)的比較，即可決定是否要關閉輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)。一旦輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)的源極電壓(Vs)高於其汲極電壓(Vd)的話(即，代表有來自外部的逆向電流流入至第一組電源供應器101)，隔離放大器215會就立即關閉輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)，藉以啟動電源隔離的功能，從而避免第一組電源供應器101受到(大)逆向電流的影響而損毀或異常。
在此值得一提的是，第二組電源供應器103的電路結構在較佳情況下最好相同於第一組電源供應器101的電路結構(如圖3)，但亦可相異於第一組電源供應器101的電路結構，一切端視實際設計/應用需求而論。
若第二組電源供應器103的電路結構相同於第一組電源供應器101之電路結構的話，則第二組電源供應器103的實施方式可以採取圖3所示的電路態樣來實施，且其運作方式亦全然類 似於第一組電源供應器101的運作方式。
若第二組電源供應器103的電路結構相異於第一組電源供應器101之電路結構的話，則第二組電源供應器103的實施方式可以類似於圖3所示的電路態樣，但不包括圖3中所示的電流取樣放大器301、電壓比較器211、阻抗調整放大器303、限流電阻RL，以及準位保持線路305。
綜上所述，本發明可以在負載20輕載時改變/調整每一組電源供應器101/103之輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)的導通阻抗(Rds-on)，藉以平衡兩輕載設定端點(非輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)的源汲極)的電壓(即，輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)的源極電壓(Vs)與保持準位(VH))。一旦兩輕載設定端點的電壓失衡的話(即，代表即將有來自外部的逆向電流流入電源供應器)，則阻抗調整放大器303就會先行關閉輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)，藉以使得在逆向電流流入電源供應器之前就啟動電源隔離的功能，從而有效地解決先前技術所述及的問題。
另一方面，本發明在負載20重載時會停止改變/調整每一組電源供應器101/103之輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)的導通阻抗(Rds-on)，完全端視兩重載設定端點的壓差(即，輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)的源汲極電壓(Vds))而決定是否關閉輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)。一旦輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)的源極電壓(vs)高於其 汲極電壓(Vd)的話(即，代表有來自外部的逆向電流流入電源供應器)，則隔離放大器215就會立即關閉輸出隔離開關元件203(N型電晶體MN)，藉以啟動電源隔離的功能，從而避免電源供應器受到(大)逆向電流的影響而損毀或異常。
雖然本發明已以上述示範性實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視內附之申請專利範圍所界定者為準。
另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
101‧‧‧第一組電源供應器
201‧‧‧主電源產生單元
203‧‧‧輸出隔離開關元件
205‧‧‧電壓回授控制器
207‧‧‧隔離控制線路
209‧‧‧電流取樣單元
211‧‧‧電壓比較器
213‧‧‧阻抗調整單元
215‧‧‧隔離放大器
301‧‧‧電流取樣放大器
303‧‧‧阻抗調整放大器
305‧‧‧準位保持線路
MN‧‧‧N型電晶體
SW‧‧‧開關
D‧‧‧二極體
Co‧‧‧電容
CH‧‧‧保持電容
L‧‧‧電感
Rs‧‧‧取樣電阻
RD1‧‧‧第一分壓電阻
RD2‧‧‧第二分壓電阻
RL‧‧‧限流電阻
Vin‧‧‧直流輸入電壓
Vout‧‧‧直流輸出電壓
VH‧‧‧保持準位
Iout‧‧‧輸出電流
MP‧‧‧主電源
CSV‧‧‧電流取樣電壓
Vref‧‧‧預設參考電壓
GND‧‧‧接地電位
CS‧‧‧控制訊號
C_result‧‧‧比較結果

Claims (20)

  1. 一種電源供應裝置，包括：一第一組電源供應器，其經配置以接收一直流輸入電壓，並據以產生一直流輸出電壓，該第一組電源供應器包括：一主電源產生單元，其經配置以接收並轉換該直流輸入電壓，藉以產生一主電源；一輸出隔離開關元件，其經配置以反應於一正常供電需求而接收並傳導該主電源，藉以輸出該直流輸出電壓；一電壓回授控制器，耦接該主電源產生單元與該輸出隔離開關元件，且其經配置以反應於該輸出隔離開關元件所接收的該主電源而產生一控制訊號，藉以控制該主電源產生單元，從而調節該主電源；以及一隔離控制線路，耦接該主電源產生單元與該輸出隔離開關元件，且其經配置以反應於一阻抗調整條件的成立而調整該輸出隔離開關元件的一導通阻抗，並且反應於一輕載隔離條件的成立而關閉該輸出隔離開關元件，該隔離控制線路包括一電流取樣單元，其經配置以對相應於該第一組電源供應器的一輸出電流進行取樣，藉以獲得一電流取樣電壓，其中該隔離控制線路對該電流取樣電壓與一預設參考電壓進行比較，以決定是否對該輸出隔離開關元件的該導通阻抗進行調整。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應裝置，更包括：一第二組電源供應器，其經配置以接收該直流輸入電壓，並 據以產生該直流輸出電壓，其中，該第一組與該第二組電源供應器並接所產生的電壓組合成該直流輸出電壓以供應給一負載使用。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電源供應裝置，其中該輸出隔離開關元件包括一N型電晶體，其汲極用以接收該主電源，而其源極則反應於該正常供電需求而輸出該直流輸出電壓給該負載。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電源供應裝置，其中該N型電晶體為一N型金氧半導體場效應電晶體(N-type MOSFET)。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之電源供應裝置，其中該電流取樣單元耦接於該主電源產生單元與該輸出隔離開關元件之間，且該隔離控制線路包括：一電壓比較器，耦接該電流取樣單元，且其經配置以對該電流取樣電壓與該預設參考電壓進行比較，藉以獲得並輸出一比較結果；以及一阻抗調整單元，耦接該電壓比較器與該輸出隔離開關元件，且其經配置以反應於該比較結果而決定是否對該輸出隔離開關元件的該導通阻抗進行調整。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電源供應裝置，其中：當該電流取樣電壓低於該預設參考電壓時，則該電壓比較器獲得並輸出代表該阻抗調整條件之成立的該比較結果，藉以致能該阻抗調整單元，從而使得該阻抗調整單元對該輸出隔離開關元 件的該導通阻抗進行調整；以及當該電流取樣電壓高於該預設參考電壓時，則該電壓比較器獲得並輸出代表該阻抗調整條件之不成立的該比較結果，藉以禁能該阻抗調整單元，從而使得該阻抗調整單元不對該輸出隔離開關元件的該導通阻抗進行調整。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電源供應裝置，其中該電流取樣單元包括：一取樣電阻，其第一端用以接收來自該主電源產生單元的該主電源，而其第二端則耦接至該N型電晶體的汲極；以及一電流取樣放大器，其正輸入端耦接該取樣電阻的第一端，其負輸入端耦接該取樣電阻的第二端，而其輸出端則用以輸出該電流取樣電壓。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電源供應裝置，其中該電壓比較器的負輸入端用以接收該電流取樣電壓，該電壓比較器的正輸入端用以接收該預設參考電壓，而該電壓比較器的輸出端則用以輸出該比較結果。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電源供應裝置，其中該阻抗調整單元包括：一阻抗調整放大器，其經配置以在該阻抗調整條件成立的情況下，反應於一保持準位而調整該輸出隔離開關元件的該導通阻抗，直至該N型電晶體的源極電壓等於該保持準位為止；以及一準位保持線路，其經配置以反應於該主電源而提供該保持 準位給該阻抗調整放大器。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電源供應裝置，其中該阻抗調整放大器的正輸入端用以接收來自該準位保持線路的該保持準位，該阻抗調整放大器的負輸入端耦接該N型電晶體的源極與該電壓比較器的輸出端，而該阻抗調整放大器的輸出端則耦接至該N型電晶體的閘極。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之電源供應裝置，其中該阻抗調整單元更包括：一限流電阻，耦接於該阻抗調整放大器的負輸入端與該N型電晶體的源極之間。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之電源供應裝置，其中該準位保持線路包括：一第一分壓電阻，其第一端耦接該取樣電阻的第二端與該N型電晶體的汲極，而其第二端則用以產生並提供該保持準位給該阻抗調整放大器的正輸入端；一第二分壓電阻，其第一端耦接該第一分壓電阻的第二端，而其第二端則耦接至一接地電位；以及一保持電容，與該第二分壓電阻並接。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之電源供應裝置，其中該阻抗調整放大器更經配置以在該阻抗調整條件成立的情況下，反應於該保持準位與該N型電晶體之源極電壓的比較而決定是否關閉該輸出隔離開關元件。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之電源供應裝置，其中當該N型電晶體的源極電壓高於該保持準位時，則代表該輕載隔離條件成立，藉以使得該阻抗調整放大器關閉該輸出隔離開關元件。
  15. 如申請專利範圍第6項所述之電源供應裝置，其中該隔離控制線路更包括：一隔離放大器，其經配置以在該阻抗調整條件不成立的情況下，反應於一重載隔離條件的成立而關閉該輸出隔離開關元件。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之電源供應裝置，其中該隔離放大器的正輸入端耦接該N型電晶體的汲極，該隔離放大器的負輸入端耦接該N型電晶體的源極，而該隔離放大器的輸出端則耦接該N型電晶體的閘極。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之電源供應裝置，其中當該N型電晶體的源極電壓高於其汲極電壓時，則代表該重載隔離條件成立，藉以使得該隔離放大器關閉該輸出隔離開關元件。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之電源供應裝置，其中該第二組電源供應器的電路結構相同或相異於該第一組電源供應器的電路結構。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之電源供應裝置，其中該主電源產生單元為一直流轉直流轉換器。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之電源供應裝置，其中該直流轉直流轉換器包括一隔離型或非隔離型的升壓型與/或降壓型轉換器。
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