TWI509399B - 電源轉換裝置與方法 - Google Patents

Description

電源轉換裝置與方法

本發明係有關一種電源轉換裝置與方法，特別是一種節能與提高電源效率的電源轉換裝置與方法。

科技日益進步，電子產品不斷的推陳出新為人類帶來更加便利的生活，其中配合現代人的使用習慣，可攜式電子產品日益受到重視。由於可攜式電子產品具有便攜性(portable)、移動性(mobile)等特點，因此可滿足使用者的需求。也就是說，可攜式電子產品不受地點的限制，可讓使用者隨時隨地使用。因此，可攜式電子產品大多以電池提供電力來源，此外藉由電源適配器(adaptor)或電源充電器(charger)也可轉換電源插座而提供電子產品所需之電源，並可對電池進行充電。

故在可攜式電子產品的廣泛應用下，電源適配器或電源充電器的使用也日趨廣泛。因此，電源適配器或電源充電器的輸出效率與空載所消耗的功率也日益受到重視。特別是空載所消耗的功率，由於完全無法被利用，因此造成了能源的浪費。

然而，傳統上的電源適配器或電源充電器，不論輸出端有無負載與之連接，其輸出電壓皆為固定值。也就是說，當電源適配器或電源充電器與電源插座相連後，即使電源輸出接頭並未插入可攜式電子產品，例如：手機、個人數位助理(PDA)或筆記型電腦時，電源適配器或電源充電器的輸出電源仍為額定的輸出值。如此，將使得電源適配器或電源充電器的內部產生功率消耗，因而增加空載時所消耗的功率。

本發明提出一種電源轉換裝置，用以提供輸出電壓至負載，該電源轉換裝置包含：偵測模組及控制模組。偵測模組偵測電源轉換裝置與負載之連接狀態，依據連接狀態產生偵測訊號。控制模組耦接於偵測模組並接收偵測訊號，當偵測訊號對應之連接狀態為已連接時，提升輸出電壓至額定電壓值，當偵測訊號對應之連接狀態為未連接時，降低輸出電壓至基礎電壓值。

本發明亦提出一種電源轉換方法，由電源轉換裝置提供輸出電壓至負載，包含下列步驟：偵測電源轉換裝置與負載之連接狀態，並依據連接狀態產生偵測訊號；接收偵測訊號；當偵測訊號對應之連接狀態為已連接時，提升輸出電壓至額定電壓值；當偵測訊號對應之連接狀態為未連接時，降低輸出電壓至基礎電壓值。

本發明亦提出一種電源轉換裝置，用以提供輸出電壓至負載，該電源轉換裝置包含：開關、阻抗、分壓電路、訊號產生電路及控制電路。開關偵測電源轉換裝置與負載之連接狀態。阻抗耦接於開關，依據連接狀態產生偵測訊號。分壓電路耦接於阻抗，依據輸出電壓與偵測訊號產生分壓。訊號產生電路耦接於分壓電路，依據分壓產生控制訊號。控制電路接收並依據控制訊號調整輸出電壓之電壓值，當連接狀態為連接時，調整輸出電壓為額定電壓值，當連接狀態為未連接時，調整輸出電壓為低於額定電壓之基礎電壓值。

藉由本發明所提出之電源轉換裝置或轉換方法，透過偵測電源轉換裝置與負載的連接狀態，再依據連接狀態而改變電源轉換裝置的輸出電壓，如此即可達到節能與提高電源效率的目的。

有關本發明的較佳實施例及其功效，茲配合圖式說明如后。

請參照「第1圖」，該圖所示本實施例中電源轉換裝置一實施例之方塊圖。電源轉換裝置1用以提供輸出電壓至負載2，且本發明所提出的電源轉換裝置1之特點在於其中偵測模組10及控制模組20兩個元件。再者，本發明所稱之電源轉換裝置1可為電源適配器(adaptor)或電源充電器(charger)。

於此，先說明一般電源轉換裝置1具有之元件，首先電源轉換裝置1接收輸入電壓，於此輸入電壓可為交流電，先經過電磁干擾濾波電路A1用以濾除電磁干擾(electromagnetic interference，EMI)。之後將屬於交流電的輸入電壓通過整流電路A2，以進行整流的動作，而整流電路A2可為全波整流器。接著，透過功率因素修正電路A3而修正電源的功率因素(power factor)，且通常在電源轉換裝置1的功率為75瓦特以上時，才需進行功率因素的修正。藉由開關晶體A4控制傳送至變壓器A5的電壓值，再透過變壓器A5將輸入的電壓值轉換為後端負載2所需的電壓值。變壓器A5轉換後的電壓先經過整流濾波電路A6，將整流後的電壓進行濾波動作，最後再經由電壓調整電路A7以輸出穩定的輸出電壓給負載2。

本發明提出在電源轉換裝置1中多增加偵測模組10，用來偵測電源轉換裝置1與負載2的連接狀態，並依據連接狀態而產生偵測訊號。

控制模組20耦接於偵測模組10，並接收偵測模組10所產生的偵測訊號。當偵測訊號所對應的連接狀態為已連接時，控制模組20將提升輸出電壓至額定電壓值。相對的，當偵測訊號所對應的連接狀態為未連接時，控制模組20將降低輸出電壓至基礎電壓值。

舉例說明，假設電源轉換裝置1為一般筆記型電腦所用的電源適配器，其規格大都為將110伏特的交流電(電源插座)轉換為19伏特的直流電，以提供予筆記型電腦。此時，當電源轉換裝置1已與電源插座連接後，偵測模組10便會偵測電源轉換裝置1的電源輸出接頭是否已與負載2(亦即為筆記型電腦)互相連接。於此，連接狀態可分為兩種情形，第一種情形為電源轉換裝置1已與負載2連接，表示負載2需使用電源轉換裝置1傳遞電源，以提供負載2工作或是充電之用，此時控制模組20便會提高輸出電壓到一正常的額定電壓值(於此實施例為19伏特)，以供負載2工作所需的電壓值。

第二種情形為電源轉換裝置1並沒有與負載2連接，表示負載2還不需電源轉換裝置1傳遞電源，以提供負載2工作或充電之用。此時控制模組20便會降低輸出電至一基礎電壓值，如此即可達到空載時減少功率消耗的目的。

一般電源轉換裝置1皆具有電源指示燈，例如：筆記型電腦用之電源適配器具有一LED，當電源適配器與電源插座相連時，LED便會亮起，用以指示已接受輸入電源，而上述之基礎電壓值可為提供電源轉換裝置1的電源指示燈可正常運作的電壓值。也就是說，當偵測模組10偵測到電源轉換裝置未連接負載2，控制模組20為了減少功率消耗而降低輸出電壓，本發明提供一實施例，可將輸出電壓降低至電源轉換裝置1的電源指示燈仍可正常運作的電壓值。

請參照「第2圖」為電源轉換裝置一實施例之電路示意圖。控制模組20包含：分壓電路22、訊號產生電路24及控制電路26。由「第2圖」所示可知，分壓電路22設置於變壓器A5的輸出電壓端，於此稱為變壓器A5的二次測，並依據輸出電壓而由分壓電路22中所包含的兩個電阻R1、R2來產生分壓。

訊號產生電路24耦接於分壓電路22，依據分壓來產生控制訊號。其中，訊號產生電路24包含光耦合器241、242。光耦合器241位於變壓器A5的二次測，屬於發送訊號用之光耦合器。另一個光耦合器242位於變壓器A5的輸入電壓端，於此稱為變壓器A5的一次測，用以接收光耦合器241所傳送的訊號，屬於接收訊號用之光耦合器。

控制電路26設置於變壓器A5的一次測，耦接於光耦合器242而接收控制訊號，並依據控制訊號調整輸出電壓之電壓值。

請續參照「第2圖」，偵測模組10包含：阻抗12及開關14。如圖所示，開關14之一實施例為PMOS電晶體開關，但不以此為限。開關14耦接於阻抗12，並由連接狀態來控制開關14的導通或斷路。其中，開關14的導通或斷路，將使阻抗12與分壓電路22之間為導通或斷路，進而可調整分壓電路22之分壓。

舉例說明，假設電源轉換裝置1為一般筆記型電腦所用的電源適配器，電源適配器除了具有與電源插座連接用的插頭外，還具有電源輸出接頭用以與筆記型電腦(亦即負載2)連接，而提供轉換後的電源予筆記型電腦。其中，一般的電源輸出接頭具有一控制接腳，當電源輸出接頭與筆記型電腦相連時，該控制接腳呈現接地狀態，本發明利用此特點進行後續輸出電壓之控制。

由「第2圖」所示可知，開關14的閘極由連接狀態所控制，於此可將開關14的閘極連接至上述的控制接腳。因此，當電源轉換裝置1與負載2連接時，造成該控制接腳為接地狀態，使開關14的閘極跟隨接地，因而讓開關14導通。當開關14導通時，將使阻抗12與分壓電路22中的電阻R2互相並聯(兩者並聯電阻值變小)，因而造成分壓電路22中電阻R2的分壓變小。此時，訊號產生電路24中光耦合器241的能量會因分壓降低而變小，因此將使得光耦合器242所接收到的能量也變小，也就是說，訊號產生電路24此時所產生的控制訊號，代表著依據輸出電壓而得到的分壓為變小的情況。當控制電路26接收到表示分壓變小的控制訊號後，為了維持輸出電壓的穩定，因此便會將輸出電壓調高。於此，可事先設定電阻R1、電阻R2與阻抗12的電阻值，而使得控制電路26將輸出電壓提升為額定電壓值。

另一種情況，當電源轉換裝置1與負載2尚未連接時，將使開關14的閘極不接地，因而讓開關14呈現斷路。當開關14斷路時，將使得阻抗12與分壓電路22中的電阻R2也呈現斷路，因而造成分壓電路22中電阻R2的分壓相對變大。此時，訊號產生電路24中光耦合器241的能量會因分壓升高而變大，因此將使得光耦合器242所接收到的能量也變大，也就是說，訊號產生電路24此時所產生的控制訊號，代表著依據輸出電壓而得到的分壓為變大的情況。當控制電路26接收到表示分壓變大的控制訊號後，為了維持輸出電壓的穩定，因此便會將輸出電壓降低。於此，同樣可透過事先設定電阻R1、電阻R2與阻抗12的電阻值，而使得控制電路26將輸出電壓降低為基礎電壓值。

請參照「第3圖」，該圖所示為電源轉換方法之流程圖，由電源轉換裝置提供輸出電壓至負載，包含下列步驟。

步驟S10：偵測電源轉換裝置與負載之連接狀態，並依據連接狀態產生偵測訊號。

步驟S20：接收偵測訊號。

步驟S30：當偵測訊號對應之連接狀態為已連接時，提升輸出電壓至額定電壓值。

步驟S40：當偵測訊號對應之連接狀態為未連接時，降低輸出電壓至基礎電壓值。

上述步驟S30與步驟S40為控制輸出電壓的相關步驟，於此可包含下列步驟：依據輸出電壓，產生分壓；依據分壓，產生控制訊號；依據控制訊號，調整輸出電壓之電壓值。

此外，可依據步驟S10所偵測到的連接狀態，來控制開關，並依據開關的導通或斷路，進而調整上述之分壓。

雖然本發明的技術內容已經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所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，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。

A1．．．電磁干擾濾波電路

A2．．．整流電路

A3．．．功率因素修正電路

A4．．．開關晶體

A5．．．變壓器

A6．．．整流濾波電路

A7．．．電壓調整電路

1．．．電源轉換裝置

2．．．負載

10．．．偵測模組

12．．．阻抗

14．．．開關

20．．．控制模組

22．．．分壓電路

24．．．訊號產生電路

241、242．．．光耦合器

26．．．控制電路

第1圖：電源轉換裝置一實施例之方塊圖

第2圖：電源轉換裝置一實施例之電路示意圖

第3圖：電源轉換方法之流程圖

A1．．．電磁干擾濾波電路

A2．．．整流電路

A3．．．功率因素修正電路

A4．．．開關晶體

A5．．．變壓器

A6．．．整流濾波電路

A7．．．電壓調整電路

1．．．電源轉換裝置

2．．．負載

10．．．偵測模組

20．．．控制模組

Claims (11)

1. 一種電源轉換裝置，用以提供一輸出電壓至一負載，該電源轉換裝置包含：一偵測模組，偵測該電源轉換裝置與該負載之一連接狀態，依據該連接狀態產生一偵測訊號；及一控制模組，耦接於該偵測模組並接收該偵測訊號，當該偵測訊號對應之該連接狀態為已連接時，提升該輸出電壓至一額定電壓值，當該偵測訊號對應之該連接狀態為未連接時，降低該輸出電壓至一基礎電壓值。
2. 如請求項1之電源轉換裝置，其中該控制模組包含：一分壓電路，依據該輸出電壓產生一分壓；一訊號產生電路，耦接於該分壓電路，依據該分壓產生一控制訊號；及一控制電路，接收該控制訊號，並依據該控制訊號調整該輸出電壓之電壓值。
3. 如請求項2之電源轉換裝置，其中該訊號產生電路包含一光耦合器。
4. 如請求項2之電源轉換裝置，其中該偵測模組包含：一阻抗；及一開關，耦接於該阻抗，由該連接狀態所控制，使該阻抗與該分壓電路之間為導通或斷路，而調整該分壓電路之該分壓。
5. 一種電源轉換方法，由一電源轉換裝置提供一輸出電壓至一負載，包含下列步驟：偵測該電源轉換裝置與該負載之一連接狀態，並依據該連接狀態產生一偵測訊號；接收該偵測訊號；當該偵測訊號對應之該連接狀態為已連接時，提升該輸出電壓至一額定電壓值；及當該偵測訊號對應之該連接狀態為未連接時，降低該輸出電壓至一基礎電壓值。
6. 如請求項5之電源轉換方法，其中提升或降低該輸出電壓之步驟，包含：依據該輸出電壓，產生一分壓；依據該分壓，產生一控制訊號；及依據該控制訊號，調整該輸出電壓之電壓值。
7. 如請求項6之電源轉換方法，更包含下列步驟：依據該連接狀態，控制一開關；及依據該開關之導通或斷路，調整該分壓。
8. 一種電源轉換裝置，用以提供一輸出電壓至一負載，該電源轉換裝置包含：一開關，偵測該電源轉換裝置與該負載之一連接狀態；一阻抗，耦接於該開關，依據該連接狀態產生一偵測訊號；一分壓電路，耦接於該阻抗，依據該輸出電壓與該偵測訊號產生一分壓；一訊號產生電路，耦接於該分壓電路，依據該分壓產生一控制訊號；及一控制電路，接收並依據該控制訊號調整該輸出電壓之電壓值，當該連接狀態為連接時，調整該輸出電壓為一額定電壓值，當該連接狀態為未連接時，調整該輸出電壓為低於該額定電壓之一基礎電壓值。
9. 如請求項8之電源轉換裝置，其中依據該偵測訊號控制該阻抗與該分壓電路之間為導通或斷路，而改變該分壓電路之一阻抗值。
10. 如請求項9之電源轉換裝置，其中依據該分壓電路之該阻抗值，而調整該分壓電路之該分壓。
11. 如請求項8之電源轉換裝置，其中該訊號產生電路包含一光耦合器。