TWI509402B

TWI509402B - 電源供應裝置及其電源供應方法

Info

Publication number: TWI509402B
Application number: TW103114382A
Authority: TW
Inventors: Chien Li Tsai
Original assignee: Fsp Technology Inc
Priority date: 2014-04-21
Filing date: 2014-04-21
Publication date: 2015-11-21
Also published as: US20150303688A1; TW201541235A; US9991704B2; CN105045361A; CN105045361B

Description

電源供應裝置及其電源供應方法

本發明是有關於一種電源供應技術，且特別是有關於一種可快速切換負載的供電來源的電源供應裝置及其電源供應方法。

為了確保電子系統的運作穩定，現行技術下會採用具有兩台或兩台以上的電源轉換器的電源供應裝置來為系統供電，其可在其中一台電源轉換器故障時，改為利用另一台電源轉換器所產生的電源來為系統供電，從而避免系統可能因電源供應中斷而發生資料遺失、損毀的問題。

一般而言，若主電源轉換器處於正常運作狀態下，則輔助電源轉換器即會進入休眠狀態而不進行電源轉換動作。於此電源供應方式下，輔助電源轉換器會在主電源轉換器發生故障時才從休眠狀態下被喚醒，進而接替主電源轉換器來為系統供電。如圖13所示，在主電源轉換器發生故障時，輔助電源轉換器所提供的輔助電源P0會從0V逐漸提升至工作準位V1。

然而，由於輔助電源轉換器從休眠狀態至可正常供電的狀態所需的時間T0往往會較主電源轉換器從故障發生至完全停止供電所需的時間T2來得久，因此在系統之供電來源轉換的期間，可能會因上述問題而產生短暫的供電中斷，使得系統的運作增加了不穩定的風險。

本發明提供一種電源供應裝置及其電源供應方法，其可在主電源轉換器發生供電異常時，令輔助電源轉換器可快速地代替主電源作為負載的供電來源。

本發明的電源供應裝置包括主電源轉換器以及輔助電源轉換器。主電源轉換器用以產生具有工作準位的主電源。輔助電源轉換器用以產生輔助電源，其中主電源轉換器與輔助電源轉換器適於並聯耦接至負載。主電源轉換器依據本身的運作狀態而提供相應的控制訊號給輔助電源轉換器。當主電源轉換器判斷運作狀態為第一運作狀態時，輔助電源轉換器反應於控制訊號而產生電壓準位低於工作準位的輔助電源，藉以令輔助電源轉換器運作於空載轉換狀態，並且以主電源作為負載的供電來源，以及當主電源轉換器判斷運作狀態為第二運作狀態時，輔助電源轉換器反應於控制訊號而將輔助電源的電壓準位提高至工作準位，藉以利用輔助電源取代主電源作為負載的供電來源。

在本發明一實施例中，在主電源轉換器的運作狀態為第一運作狀態下，主電源轉換器更偵測負載的變化，並據以提供對應的控制訊號來調節輔助電源的電壓準位。

在本發明一實施例中，主電源轉換器判斷電源供應裝置的輸出功率是否小於預設值。若輸出功率小於預設值，判定負載為輕載。若輸出功率大於等於預設值，則判定負載為重載。

在本發明一實施例中，當負載為重載時，輔助電源轉換器反應於控制訊號而產生具有工作準位的輔助電源，藉以令主電源與輔助電源同時作為負載的供電來源。當負載為輕載時，主電源轉換器的運作狀態為第一運作狀態，輔助電源轉換器反應於控制訊號而調降輔助電源的電壓準位至低於工作準位，藉以令輔助電源轉換器進入空載轉換狀態。當主電源轉換器的供電異常時，主電源轉換器的運作狀態為第二運作狀態，輔助電源轉換器此時會反應於控制訊號而將輔助電源的電壓準位提高至工作準位，藉以利用輔助電源取代主電源作為負載的供電來源。

在本發明一實施例中，主電源轉換器包括第一轉換線路以及第一控制單元。第一轉換線路用以進行電源轉換並產生主電源。第一控制單元用以控制第一轉換線路的電源轉換運作，並且偵測第一轉換線路的輸出狀態。

在本發明一實施例中，輔助電源轉換器包括第二轉換線路以及第二控制單元。第二轉換線路用以進行電源轉換並產生輔助電源。第二控制單元用以控制第二轉換線路的電源轉換運作，並且偵測第二轉換線路的輸出狀態。

在本發明一實施例中，第一轉換線路基於交流電源進行交流-直流轉換，並據以產生主電源。第二轉換線路基於直流電源進行直流-直流轉換，並據以產生輔助電源。

在本發明一實施例中，電源供應裝置更包括傳輸通道。傳輸通道用以於第一與第二控制單元之間傳遞控制訊號以及關聯於第一與第二轉換線路的輸出狀態的電源狀態資訊。

在本發明一實施例中，傳輸通道包括第一訊號線以及第二訊號線。第一訊號線耦接於第一與第二控制單元之間，其中第一與第二控制單元透過第一訊號線共享電源狀態資訊。第二訊號線耦接於第一與第二控制單元之間，其中第一控制單元透過第二訊號線傳遞控制訊號至第二控制單元。

本發明的電源供應裝置包括交流電源轉換器以及直流電源轉換器。交流電源轉換器用以對交流電源進行交流-直流轉換，並據以產生具有工作準位的主電源。直流電源轉換器用以對直流電源進行直流-直流轉換，並據以產生輔助電源。交流電源轉換器與直流電源轉換器適於並聯耦接至負載。其中，交流電源轉換器依據本身的運作狀態而提供相應的控制訊號給直流電源轉換器。當交流電源轉換器判斷運作狀態為第一運作狀態時，直流電源轉換器反應於控制訊號而產生電壓準位低於工作準位的輔助電源，藉以令直流電源轉換器運作於空載轉換狀態，並且以主電源作為負載的供電來源。當交流電源轉換器判斷運作狀態為第二運作狀態時，直流電源轉換器反應於控制訊號而將輔助電源的電壓準位提高至工作準位，藉以利用輔助電源取代主電源作為負載的供電來源。

本發明的電源供應裝置的電源供應方法包括以下步驟：藉主電源轉換器與輔助電源轉換器分別提供主電源與輔助電源予負載，其中主電源具有工作準位；判斷主電源轉換器的運作狀態；當運作狀態為第一運作狀態時，產生電壓準位低於工作準位的輔助電源，並且以主電源作為負載的供電來源；以及當運作狀態為第二運作狀態時，提高輔助電源的電壓準位至工作準位，以令輔助電源取代主電源作為負載的供電來源。

在本發明一實施例中，當運作狀態為第一運作狀態時，電源供應方法更包括：偵測負載的變化；當負載為重載時，產生具有工作準位的輔助電源，以令主電源與輔助電源同時作為負載的供電來源；當負載為輕載時，調降輔助電源的電壓準位至低於工作準位，其中主電源轉換器的運作狀態於負載為輕載時處於第一運作狀態；以及當主電源轉換器的供電異常時，提高輔助電源的電壓準位至工作準位，藉以利用輔助電源取代主電源作為負載的供電來源，其中主電源轉換器的運作狀態於供電異常時處於第二運作狀態。

在本發明一實施例中，偵測負載的變化的步驟包括：偵測電源供應裝置的輸出功率；判斷輸出功率是否小於預設值；若判斷為是，判定負載為輕載；以及若判斷為否，判定負載為重載。

在本發明一實施例中，提供主電源與輔助電源予負載的步驟包括：對交流電源進行交流-直流轉換，並據以產生主電源；以及對直流電源進行直流-直流轉換，並據以產生輔助電源。

基於上述，本發明實施例提出一種電源供應裝置及其電源供應方法。所述電源供應裝置係以主從式(master-slave)的轉換線路架構所構成，其可於正常運作狀態下令輔助電源轉換器運作於空載轉換狀態而不進入休眠狀態，使得主電源轉換器在發生供電異常時，負載的電源供應可快速地從主電源切換至輔助電源，從而令負載的供電更加穩定。

為讓本發明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。

10‧‧‧負載

100、300、500、900‧‧‧電源供應裝置

110_1、110_2、310_1、310_2、510_1、510_2、510_3、910_1、910_2、910_3、910_4‧‧‧電源轉換器

112_1、112_2、312_1、312_2‧‧‧轉換線路

114_1、114_2、314_1、314_2‧‧‧控制單元

120、320、520、920‧‧‧隔離線路

ACS‧‧‧交流電源

CS‧‧‧控制訊號

D1、D2‧‧‧二極體

DCS‧‧‧直流電源

GND‧‧‧接地準位

P0、P1、P2、P3、P4‧‧‧電源

PS1、PS2‧‧‧電源轉換組

PSTAT‧‧‧電源狀態資訊

S1、S2‧‧‧訊號線

S1100~S1130、S1200~S1250‧‧‧步驟

TB‧‧‧傳輸通道

V1‧‧‧工作準位

V2‧‧‧待機準位

t0、t1、t2、t3、t4、T0、T1、T2‧‧‧時間

圖1為本發明第一實施例的電源供應裝置的示意圖。

圖2為依照圖1之一實施例的電源時序示意圖。

圖3為本發明第二實施例的電源供應裝置的示意圖。

圖4為依照圖3之一實施例的電源時序示意圖。

圖5為本發明第三實施例的電源供應裝置的示意圖。

圖6至圖8為依照圖5之不同實施例的電源時序示意圖。

圖9為本發明第四實施例的電源供應裝置的示意圖。

圖10為依照圖9之一實施例的電源時序示意圖。

圖11為本發明一實施例的電源供應方法的步驟流程圖。

圖12為本發明另一實施例的電源供應方法的步驟流程圖。

圖13為傳統的輔助電源的啟用時序示意圖。

在伺服器世界裡，穩定代表一切。按業界的一般標準，高檔伺服器產品的穩定度達99.99%，也就是說伺服器運行一年內的當機(crash)時間平均不超過53分鐘，中檔伺服器的穩定度為99%，平均當機時間是88小時，低檔伺服器的穩定度僅為90%，平均當機時間高達876小時。數據中心伺服器託管一般都是採用1U、2U機箱，尤其是使用量大的mail、web、ftp類的伺服器，對穩定度的要求很嚴格。就實際經驗而言，影響伺服器穩定與安全的其中一個因素是伺服器的電源。伺服器對電源的要求不僅是要求提供穩定的電流和較高的功率，還必須能應付各種苛刻的工作環境，同時還要求常年不間斷地工作。隨著CPU效能的提高，功耗將越來越大，硬碟(Hard disk)容量和轉速等也越來越大、越快，這對電源的要求就更高了。

為此，本發明實施例提出一種電源供應裝置及其電源供應方法。所述電源供應裝置透過主從式的轉換線路架構來提供穩定的電源給如伺服器等的電子裝置，藉以令電子裝置的工作穩定度可隨之提高。為了使本揭露之內容可以被更容易明瞭，以下特舉實施例做為本揭露確實能夠據以實施的範例。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/步驟，係代表相同或類似部件。

圖1為本發明第一實施例的電源供應裝置的示意圖。請參照圖1，電源供應裝置100包括多個電源轉換器(於此以電源轉換器110_1、110_2為例，但不僅限於此)以及隔離線路120。其中，電源供應裝置100適於供電予電子裝置(可例如為平板型電腦(Tablet PC)、掌上型電腦(Pocket PC)、個人電腦、筆記型電腦、個人數位助理(Personal Digital Assistant，PDA)、智慧型手機等)中的負載使用(如負載10)。

電源轉換器110_1與110_2分別用以提供電源P1與P2。隔離線路120耦接於電源轉換器110_1與110_2的輸出端與負載10之間，用以將電源P1、P2提供給負載10使用。換言之，電源轉換器110_1與110_2會經由隔離線路120並聯地耦接至負載10，藉以對負載10供電。隔離線路120可作為兩電源轉換器110_1與110_2之間的隔離，藉以避免電源轉換器110_1、110_2的輸出電流逆向回流至鄰近的電源轉換器110_1、110_2中。更具體地說，所述隔離線路120可利用分別順向配置(陽極端耦接電源轉換器輸出，且陰極端耦接負載)於電源轉換器110_1與110_2的兩二極體D1與D2來實現，從而藉由二極體順向導通/逆向截止的特性來隔離兩電源轉換器110_1與110_2的輸出。但所述隔離線路120的架構僅為示意。在實際應用中，設計者亦可採用任何具單向導通特性的電子元件來組成隔離線路，且亦可直接將隔離線路設置於電源轉換器110_1、110_2的內部，本發明不以此為限。

本實施例的電源轉換器110_1、110_2可經設定而使其中之一被指定為主電源轉換器(master power converter)，並且使其中之另一被指定為輔助電源轉換器(slave power converter)。其中，設定電源轉換器110_1、110_2為主電源轉換器/輔助電源轉換器的方式可例如透過控制端發出指定命令以動態地/可調整地指定電源轉換器110_1、110_2其中之一為主電源轉換器，或者預設定義電源轉換器110_1、110_2其中之一為主電源轉換器。於此，為便於後續說明，本實施例係以指定電源轉換器110_1為主電源轉換器(此後電源轉換器110_1皆改以“主電源轉換器110_1”稱之，且其所產生之電源P1則改以“主電源P1”稱之)並且指定電源轉換器110_2為輔助電源轉換器(此後電源轉換器110_2皆改以“輔助電源轉換器110_2”稱之，且其所產生之電源P2則改以“輔助電源P2”稱之)作為實施範例，但本發明不僅限於此。底下進一步說明主電源轉換器110_1與輔助電源轉換器110_2的具體運作。

在本實施例中，主電源轉換器110_1會持續產生具有工作準位的主電源P1來供給負載10使用。此外，主電源轉換器110_1還會依據本身的運作狀態而發出相應的控制訊號CS來控制輔助電源轉換器110_2，藉以令輔助電源轉換器110_2反應於控制訊號CS而對應地調整其所產生之輔助電源P2的電壓準位。

更具體地說，主電源轉換器110_1可藉由自行偵測輸出給負載10的電壓/電流是否符合額定的輸出值來判斷是否正常運作，或是從外部電路(例如過電壓、過電流或過溫度等各種保護電路)接收指示其運作狀態的訊號來判斷是否正常運作。

當主電源轉換器110_1判斷本身的運作狀態為正常運作狀態時，主電源轉換器110_1會發出致能的控制訊號CS(例如為邏輯“1”)來通知輔助電源轉換器110_2，以令輔助電源轉換器110_2反應於致能的控制訊號CS而產生電壓準位低於工作準位的輔助電源P2。此時，由於主電源P1的電壓準位(即，工作準位)高於輔助電源P2的電壓準位，造成隔離線路120中的二極體D2反應於逆向偏壓而截止，使得輔助電源轉換器110_2與負載10之間的電性相互隔離。因此，輔助電源轉換器110_2雖然仍會進行電源轉換的動作，但並不會產生輸出電流。換言之，於主電源轉換器110_1的運作狀態為正常運作狀態時，隔離線路120會斷開負載10與輔助電源轉換器110_2之間的電性連接，並使得輔助電源轉換器110_2運作於空載轉換狀態之下，而負載10所需的電源供應則單獨由主電源轉換器110_1來提供。

另一方面，當主電源轉換器110_1判斷本身的運作狀態為異常運作狀態時，主電源轉換器110_1會發出禁能的控制訊號CS(例如邏輯“0”)來通知輔助電源轉換器110_2，以令輔助電源轉換器110_2反應於禁能的控制訊號CS將所產生之輔助電源P2的電壓準位提高至工作準位。當輔助電源P2的電壓準位被提升至工作準位時，隔離線路120中的二極體D1會反應於逆向偏壓而截止，使得主電源轉換器110_1與負載10之間的電性相互隔離，而隔離線路120中的二極體D2則會反應於輔助電源P2所建立的順向偏壓而導通。換言之，此時輔助電源P2會取代主電源P1而成為負載10的主要供電來源。

由上述之電源供應運作方式可知，本實施例的電源供應裝置100會在主電源轉換器110_1處於正常運作狀態下，令輔助電源轉換器110_2運作於空載轉換狀態而不進入休眠狀態。基此，一旦主電源轉換器110_1發生供電異常，由於輔助電源轉換器110_2不需要自休眠狀態下重新喚醒，而係僅需將所產生之輔助電源P2的電壓準位提升至工作準位，即可立即地代替/遞補主電源轉換器110_1來對負載10進行供電。因此可避免因輔助電源轉換器110_2的喚醒時間過久而造成負載10的供電發生間斷。

此外，於本實施例的一範例實施方式中，主電源轉換器110_1還可在正常運作狀態下，藉由偵測負載10的變化來對應的調節輔助電源P2的電壓準位，從而實現高轉換效率的供電方式。

詳細而言，主電源轉換器110_1可在正常運作狀態下偵測提供給負載10的輸出功率的大小，藉以進一步判斷負載10為輕載或重載。其中，當主電源轉換器110_1判斷負載10為重載時，其可發出相應的控制訊號CS以令輔助電源轉換器110_2反應於控制訊號而產生具有工作準位的輔助電源P2。換言之，於負載10為重載的狀態下，主電源P1與輔助電源P2會同時作為負載10的供電來源。

另一方面，當主電源轉換器110_1判斷負載10為輕載時，其可發出相應的控制訊號CS以令輔助電源轉換器110_2反應於控制訊號CS而產生電壓準位低於工作準位的輔助電源P2。換言之，於負載10為輕載的狀態下，主電源P1會單獨作為負載10的供電來源，而輔助電源轉換器110_2則會被隔離線路120所隔離並進入空載轉換狀態。

其中，上述判斷負載10的變化之具體實施方式可例如為藉由主電源轉換器110_1偵測電源供應裝置100的輸出功率，並據以判斷電源供應裝置100的輸出功率是否小於預設值(具體數值可由設計者自行選定，例如20%的額定輸出功率)。若主電源轉換器110_1所偵測到的輸出功率小於所述預設值，則判定負載10為輕載；反之，若主電源轉換器110_1所偵測到的輸出功率大於等於所述預設值，則判定負載10為重載。但本發明不僅限於此。

藉此，電源供應裝置100即可根據負載10的輕重而動態地決定以一台或多台電源轉換器110_1、110_2為負載10供電，使得電源轉換器110_1、110_2的轉換效率能夠最大限度的被利用。

底下搭配圖2的電源時序來說明上述圖1實施例之電源供應裝置100的具體供電方式。其中，圖2為依照圖1之一實施例的電源時序示意圖。

請一併參照圖1與圖2，在本實施例中，於時間t0至t1的期間內，主電源轉換器110_1判斷負載10為重載，故於此期間內主電源轉換器110_1會發出對應的控制訊號CS使得主電源轉換器110_1與輔助電源轉換器110_2分別輸出具有工作準位V1(例如12V)的主電源P1與輔助電源P2。換言之，此時電源供應裝置 100係同時利用主電源轉換器110_1與輔助電源轉換器110_2所產生的主電源P1與輔助電源P2來為負載10供電。

接著，於時間t1至t2的期間內，主電源轉換器110_1判斷負載10從重載轉換為輕載，故於此期間內主電源轉換器110_1會發出對應的控制訊號CS使得輔助電源P2的電壓準位從工作準位V1降至待機準位V2(例如11V)，而主電源轉換器110_1則仍維持提供具有工作準位V1的主電源P1以供負載10使用。換言之，此時電源供應裝置100會單獨利用主電源轉換器110_1所產生的主電源P1來為負載10供電，而輔助電源轉換器110_2則被隔離線路120所隔離並進入空載轉換狀態。

當主電源轉換器110_1於時間t2判斷運作狀態發生異常而致使其無法維持正常供電時，主電源轉換器110_1會發出對應的控制訊號CS使得輔助電源轉換器110_2將輔助電源P2的電壓準位從待機準位V2提升至工作準位V1。

如圖2所示，相較於傳統的輔助電源P0的啟用機制而言，輔助電源P2從待機準位V2提升至工作準位V1的時間T1(即，輔助電源P2取代主電源P1成為主要供電來源所需的時間)會遠較傳統的輔助電源P0的啟用機制所需的啟用時間T0來得短。更進一步地說，由於時間T1會較主電源轉換器110_1判斷發生異常至完全停止供電的時間T2來得短，因此當主電源轉換器110_1判斷發生供電異常時，負載10的供電來源可快速地由輔助電源轉換器110_2所銜接上，而不會有供電間斷的現象。

應注意的是，圖2所繪示之電源時序僅為一範例。在其他實施例中，電源供應裝置100亦可不分輕重載而在正常運作狀態下皆由主電源轉換器110_1作為負載10的主要供電來源，而輔助電源轉換器110_2則在正常運作狀態下皆運作於空載轉換狀態，本發明不以此為限。

在說明電源供應裝置100的具體供電方式的實施範例後，底下進一步說明各電源轉換器110_1、110_2的具體線路實施範例。

請再參照圖1，在本實施例中，主電源轉換器110_1可包括轉換線路112_1以及控制單元114_1，而輔助電源轉換器110_2可包括轉換線路112_2以及控制單元114_2。

轉換線路112_1與112_2係用以進行電源轉換並據以分別產生主電源P1與輔助電源P2。在實際應用中，轉換線路112_1與112_2的電路拓撲型態可以為順向式(Forward)電源轉換線路、反馳式(Flyback)電源轉換線路、主動箝位半橋式(Active Clamp and Half Bridge)電源轉換線路、主動箝位全橋式(Active Clamp and Full Bridge)電源轉換線路或推挽式(Push-Pull)電源轉換線路，但並不限制於此。關於上述各種電源轉換線路的架構與運作方式均屬本發明相關領域具有通常知識者所熟識的技藝，因而在此並不再加以贅述之。

控制單元114_1與114_2係分別用以控制轉換線路112_1與112_2的電源轉換運作。舉例來說，控制單元114_1與114_2 可提供具脈寬調變(PWM)形式的開關訊號來控制轉換線路112_1與112_2中的功率開關(未繪示)，藉以令功率開關透過切換的方式對轉換線路112_1與112_2中的諧振元件(未繪示)進行充/放能，從而令轉換線路112_1與112_2產生穩定的電源輸出。據此，控制單元114_1與114_2即可透過調整開關訊號的責任週期來改變轉換線路112_1與112_2所輸出的主電源P1與輔助電源P2的電壓/電流大小。其中，控制單元114_1與114_2還可透過特定的回授線路配置來偵測轉換線路112_1與112_2的輸出狀態，再依據所取得之輸出狀態進行特定的控制機制。

在本實施例中，控制單元114_1與114_2可透過一傳輸通道TB來交換/傳遞電路運作的資訊，例如所述之控制訊號CS以及關聯於轉換線路114_1與114_2的輸出狀態的電源狀態資訊PSTAT，藉以實現主從式的控制架構。

更具體地說，所述傳輸通道TB可包括兩條耦接於控制單元114_1與114_2之間的訊號線S1與S2。其中，控制單元114_1與114_2可透過訊號線S1來共享電源狀態資訊PSTAT，並且控制訊號CS可透過訊號線S2來傳遞。據此，控制單元114_1即可依據從訊號線S1所取得之電源狀態資訊PSTAT來判斷電源轉換器110_1的運作狀態，並且經由訊號線S2發送控制訊號CS來調節電源轉換器110_2的輸出。

於此值得一提的是，上述傳輸通道TB包含兩條訊號S1與S2僅為本發明的一實施範例。在實際應用中，所述控制訊號 CS與電源狀態資訊PSTAT也可利用串列的傳輸方式，而僅藉由單一訊號線進行傳輸，本發明不以此為限。

另外應說明的是，本實施例的各電源轉換器110_1、110_2可實質上地具有相同的架構與功能。而兩者間之供電行為差異係建立於何者被設定為主電源轉換器、何者被設定為輔助電源轉換器而決定。換言之，若是電源轉換器110_2被選為主電源轉換器，則其亦可執行前述電源轉換器110_1的所有運作。

圖3為本發明第二實施例的電源供應裝置的示意圖。請參照圖3，電源供應裝置300包括交流電源轉換器310_1、直流電源轉換器310_2以及隔離線路320。其中，交流電源轉換器310_1包括交流-直流轉換線路312_1以及控制單元314_1。直流電源轉換器310_2包括直流-直流轉換線路312_2以及控制單元314_2。

在本實施例中，交流電源轉換器310_1係被設定為主電源轉換器，而直流電源轉換器310_2則係被設定為輔助電源轉換器。其中，交流電源轉換器310_1會對一交流電源ACS(例如為市電)進行交流-直流轉換，並據以產生具有工作準位的主電源P1。而直流電源轉換器310_2則會對一直流電源DCS(例如為電池)進行直流-直流轉換，並據以產生輔助電源P2。

更具體地說，本實施例的電源供應裝置300的架構與運作大致與前述圖1實施例的電源供應裝置100相同。兩者間的主要差異在於本實施例係將前述可快速切換輔助電源P2的供電方式應用於使用交流電源ACS與直流電源DCS的電源供應裝置300 中，藉以實現類似不斷電系統(Uninterruptable Power Supply，UPS)的供電方式。

底下搭配圖4的電源時序來說明電源供應裝置300的具體供電方式。其中，圖4為依照圖3之一實施例的電源時序示意圖。

請同時參照圖3與圖4，類似於前述圖1實施例的供電方式，交流電源轉換器310_1會依據本身的運作狀態而提供相應的控制訊號(經由傳輸通道TB)給直流電源轉換器310_2，從而決定直流電源轉換器310_2係運作於供電狀態(提供具工作準位的輔助電源P2)還是空載轉換狀態。

如圖4所示，於時間t0至t1的期間內，交流電源轉換器310_1(即，主電源轉換器)會判斷其處於正常運作狀態，故於此期間內交流電源轉換器310_1會發出對應的控制訊號使得交流電源轉換器310_1將交流電源ACS轉換輸出為直流形式且具有工作準位V1(例如12V)的主電源P1，並且透過隔離線路320將主電源P1提供給負載10。而直流電源轉換器310_2則反應於交流電源轉換器310_1所發出的控制訊號而產生具有待機準位V2的輔助電源P2，藉以令隔離線路320中的二極體D2反應於工作準位V1與待機準位V2之電壓差而截止，使得直流電源轉換器310_2被隔離線路320所隔離並維持於空載轉換狀態下。換言之，在交流電源ACS正常供電且交流電源轉換器310_1正常運作的情況下，電源供應裝置300會單獨利用交流電源轉換器310_1所產生的主電源 P1來為負載10供電。

當交流電源轉換器310_1於時間t1判斷運作狀態發生異常而致使其無法維持正常供電時，交流電源轉換器310_1會發出對應的控制訊號使得直流電源轉換器310_2將輔助電源P2的電壓準位從待機準位V2提升至工作準位V1。當輔助電源P2的電壓準位被提升至工作準位V1時，隔離線路320中的二極體D1會反應於逆向偏壓而截止，使得主電源轉換器310_1與負載10之間的電性相互隔離，而隔離線路320中的二極體D2則會反應於輔助電源P2所建立的順向偏壓而導通。換言之，此時輔助電源P2會取代主電源P1成為負載10的主要供電來源。

基此，電源供應裝置300即可在交流電源ACS中斷時，及時地以基於直流電源DCS所產生的輔助電源P2來遞補負載10所需的電源供應，從而實現類似於不斷電系統的運作機制，以令負載10可維持正常的運作。

底下以圖5至圖10所繪示之第三及第四實施例來說明本發明的電源供應裝置其他可能的實施態樣與供電方式。其中，為令圖式清楚，後續圖5與圖9皆係以簡略地方式繪示各電源轉換器的架構。但各電源轉換器的具體架構及說明可參照前述第一與第二實施例。

圖5為本發明第三實施例的電源供應裝置的示意圖。請參照圖5，在本實施例中，電源供應裝置500包括電源轉換器510_1~510_3以及隔離線路520。於此架構下，設計者可依需求而預先設定電源轉換器510_1~510_3其中之一為主電源轉換器，而其餘二者則設定為具有不同供電機制的輔助電源轉換器。底下以預先設定電源轉換器510_1為主電源轉換器，預先設定電源轉換器510_2為第一輔助電源轉換器，以及預先設定電源轉換器510_3為第二輔助電源轉換器為例來說明圖6至圖8等三個不同供電方式的實施範例，但本發明不僅限於此。

請先同時參照圖5與圖6，在本範例實施例中，主電源轉換器510_1會在正常運作狀態下偵測負載10的變化。當主電源轉換器510_1偵測到負載10為重載時(如時間t0至t1)，主電源轉換器510_1會發出控制訊號來控制第一輔助電源轉換器510_2產生具有工作準位V1的輔助電源P2。另外，主電源轉換器510_1會發出控制訊號來控制第二輔助電源轉換器510_3產生具有待機準位V2的輔助電源P3，以令第二輔助電源轉換器510_3被隔離線路520所隔離並維持於空載轉換狀態。

當主電源轉換器510_1偵測到負載10從重載轉換為輕載時(如時間t1至t2)，主電源轉換器510_1會控制第一輔助電源轉換器510_2將輔助電源P2的電壓準位降至待機準位V2，並且令第二輔助電源轉換器510_3仍產生具有待機準位V2的輔助電源P3。

當主電源轉換器510_1判斷其運作狀態發生異常時(如時間t2之後)，主電源轉換器510_1會控制第一輔助電源轉換器510_2將輔助電源P2的電壓準位從待機準位V2提升至工作準位 V1。

此外，在電源轉換器510_2完全接替電源轉換器510_1成為負載10的主要電源供應後，電源轉換器510_2會被設定為主電源轉換器，而電源轉換器510_3則會被設定為第一輔助電源轉換器。

因此，在電源轉換器510_1發生故障/供電異常後，若主電源轉換器510_2偵測到負載10從輕載轉換為重載時(時間t3至t4)，主電源轉換器510_2會發出控制訊號來控制第一輔助電源轉換器510_3產生具有工作準位V1的輔助電源P3。另外，若主電源轉換器510_2偵測到負載10從重載轉換為輕載時(時間t4以後)，則主電源轉換器510_2會發出控制訊號以令第一輔助電源轉換器510_3將輔助電源P3的電壓準位降至待機準位V2。

換言之，在電源轉換器510_1發生故障後，電源轉換器510_2會接替地成為主電源轉換器而執行如前述(故障前的)電源轉換器510_1的供電行為，而電源轉換器510_3則會接替地成為第一輔助電源轉換器而執行如前述(故障前的)電源轉換器510_2的供電行為。

請同時參照圖5與圖7，本範例實施例與前述圖6實施例大致相同。兩者間的差異僅在於本實施例的第一輔助電源轉換器510_2不會根據負載10的變化而對應的調節輔助電源P2的電壓準位。換言之，在本範例實施例中，只要主電源轉換器510_1處於正常運作狀態(如時間t0至t1)，則電源供應裝置500僅會單獨以主電源轉換器510_1所產生之主電源P1來作為負載10的供電來源。

另一方面，一旦主電源轉換器510_1發生供電異常，則第一輔助電源轉換器510_2會反應於接收到的控制訊號而將輔助電源P2的電壓準位從待機準位V2提升至工作準位V1。待負載10的電源供應完全切換至由電源轉換器510_2提供後，電源轉換器510_2將會接替電源轉換器510_1而被設定為主電源轉換器，並且執行如前述(故障前的)電源轉換器510_1的供電行為；相似地，電源轉換器510_3將會接替電源轉換器510_2而被設定為輔助電源轉換器，並且執行如前述(故障前的)電源轉換器510_2的供電行為。其他相似或重複之處不再贅述。

請同時參照圖5與圖8，本範例實施例與前述圖7實施例大致相同。兩者間的差異僅在於本實施例的第二輔助電源轉換器510_3在主電源轉換器510_1發生供電異常之前是預設運作於休眠狀態，亦即不會進行電源轉換的動作(輸出接地電位GND)。

另一方面，一旦電源轉換器510_1發生供電異常，第一輔助電源轉換器510_2會反應於接收到的控制訊號而將輔助電源P2的電壓準位從待機準位V2提升至工作準位V1，而第二輔助電源轉換器510_3則會反應於控制訊號從休眠狀態被喚醒並產生具有待機準位V2的輔助電源P3。待負載10的電源供應完全切換至由電源轉換器510_2提供後，電源供應裝置500將會改以電源轉換器510_2作為主電源轉換器，並且將電源轉換器510_3作為第一輔助電源轉換器，藉以令電源轉換器510_2與510_3分別執行如前述(故障前的)電源轉換器510_1與前述(故障前的)電源轉換器510_2的供電行為。其他相似或重複之處不再贅述。

圖9為本發明第四實施例的電源供應裝置的示意圖。請參照圖9，在本實施例中，電源供應裝置900包括電源轉換器910_1~910_4以及隔離線路920。於此架構下，設計者可依需求而預先設定電源轉換器910_1~910_4其中二者為主電源轉換組，而其餘二者則為輔助電源轉換組。其中，在同一電源轉換組中的電源轉換器具有相同的供電行為。

底下以預先設定由電源轉換器910_1與910_2所組成的電源轉換組PS1為主電源轉換組(亦即，電源轉換器910_1與910_2為主電源轉換器)以及預先設定由電源轉換器910_3與910_4所組成的電源轉換組PS2為輔助電源轉換組(亦即，電源轉換器910_3與910_4為輔助電源轉換器)為例來說明圖10的實施範例，但本發明不僅限於此。

請同時參照圖9與圖10，在本範例實施例中，若主電源轉換組PS1判斷其處於正常運作狀態(如時間t0至t1)(可由主電源轉換器910_1或910_2執行)，則主電源轉換器910_1與910_2會分別產生具有工作準位V1的主電源P1與P2，並且主電源轉換組PS1會發出控制訊號(同樣可由主電源轉換器910_1或910_2執行)以控制輔助電源轉換組PS2的輔助電源轉換器910_3與910_4分別產生具有待機準位V2的輔助電源P3與P4，藉以令輔助電源轉換組PS2運作於空載轉換狀態。換言之，在主電源轉換組PS1的主電源轉換器910_1與910_2皆處於正常運作狀態下，電源供應裝置900會以主電源轉換器910_1與920_2所產生之主電源P1與P2來作為負載10的供電來源。

另一方面，一旦主電源轉換組PS1中之任一主電源轉換器發生供電異常(於此以主電源轉換器910_1發生供電異常為例，但不以此為限)，則輔助電源轉換組PS2的輔助電源轉換器910_3與910_4會反應於接收到的控制訊號而將輔助電源P3與P4的電壓準位從待機準位V2提升至工作準位V1，藉以利用輔助電源轉換組PS2取代主電源轉換組PS1成為負載10的主要電源供應。待負載10的電源供應完全切換至由電源轉換組PS2提供後，電源轉換組PS2將會接替電源轉換組PS1而被設定為主電源轉換組，並且執行如前述(故障前的)電源轉換組PS1的供電行為。而電源轉換組PS1中未故障的電源轉換器910_2則會被設定為輔助電源轉換器，並且執行如前述(故障前的)電源轉換器910_3/910_4的供電行為。

基此，一旦電源轉換組PS2中的任一電源轉換器910_3/910_4又發生供電異常，則電源轉換器910_2即可利用類似前述之方式而接替發生供電異常的電源轉換器910_3/910_4成為主電源轉換器。

此外，雖然圖10實施例中並未繪示，本範例實施例的電源供應裝置900同樣可在正常運作狀態(四台電源轉換器 910_1~910_4皆可正常供電)下進一步偵測負載10的變化，以根據負載10為輕載或重載而決定單獨利用電源轉換組PS1來對負載10供電(亦即，以電源轉換器910_1與910_2所產生之電源P1、P2作為負載10的供電來源)，抑或同時利用電源轉換組PS1與PS2來對負載10供電(亦即，同時以電源轉換器910_1~910_4所產之電源P1~P4作為負載10的供電來源)，即類似於圖2實施例的供電方式，本發明不以此為限。

另外應說明的是，雖然本文係分別列舉由兩台、三台及四台電源轉換器所組成的電源供應裝置作為範例來進行說明，但本發明不僅限於此。於本領域具有通常知識者當可參酌上述實施例之說明，而依據其設計需求設計出具有五台或五台以上電源轉換器且應用上述供電方式對負載進行供電的電源供應裝置。換言之，只要電源供應裝置中至少有一台電源轉換器於正常運作狀態下係運作於空載轉換狀態而不進入休眠狀態，從而令其可在主電源轉換器故障時快速地被切換為正常供電狀態來為負載供電，即不脫離本發明所欲保護之範疇。

圖11為本發明一實施例的電源供應方法的步驟流程圖。在本實施例中，所述電源供應方法適用於如圖1、圖3、圖5或圖9所繪示之電源供應裝置100、300、500或900，但本發明不僅限於此。

請參照圖11，本實施例的電源供應方法包括以下步驟：藉主電源轉換器與輔助電源轉換器分別提供主電源與輔助電源予負載，其中主電源具有工作準位(如10)(步驟S1100)；判斷主電源轉換器的運作狀態(步驟S1110)；當主電源轉換器的運作狀態為正常運作狀態時，產生電壓準位低於工作準位的輔助電源，並且以主電源作為負載的供電來源(步驟S1120)；以及當主電源轉換器的運作狀態為異常運作狀態時，提高輔助電源的電壓準位至工作準位，以令輔助電源取代主電源作為負載的供電來源(步驟S1130)。

圖12為本發明另一實施例的電源供應方法的步驟流程圖。在本實施例中，所述電源供應方法同樣適用於如圖1、圖3、圖5或圖9所繪示之電源供應裝置100、300、500或900，但本發明不僅限於此。

請參照圖12，本實施例的電源供應方法包括以下步驟：藉主電源轉換器與輔助電源轉換器分別提供主電源與輔助電源予負載(如10)(步驟S1200)；判斷主電源轉換器的運作狀態是否為正常運作狀態(步驟S1210)；若判斷為是，則進一步偵測並判斷電源供應裝置的輸出功率是否小於預設值(步驟S1220)；反之，若判斷為否，則提高輔助電源的電壓準位至工作準位，以令輔助電源取代主電源作為負載的供電來源(步驟S1230)。

在步驟S1220中，若偵測到電源供應裝置的輸出功率大於或等於預設值，則判定負載為重載，並且據以產生具有工作準位的輔助電源，以令主電源與輔助電源同時作為負載的供電來源(步驟S1240)；反之，若偵測到電源供應裝置的輸出功率小於預設值，則判定負載為輕載，並且據以調降輔助電源的電壓準位至低於工作準位(步驟S1250)。

其中，圖11與圖12實施例所述之電源供應方法可根據前述圖1至圖10的說明而獲得充足的支持與教示，故相似或重複之處於此不再贅述。

綜上所述，本發明實施例提出一種電源供應裝置及其電源供應方法。所述電源供應裝置係以主從式的轉換線路架構所構成，其可於正常運作狀態下令輔助電源轉換器運作於空載轉換狀態而不進入休眠狀態，使得主電源轉換器在發生供電異常時，負載的電源供應可快速地從主電源切換至輔助電源，從而令負載的供電更加穩定。

雖然本發明已以實施例揭露如上，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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧負載

100‧‧‧電源供應裝置

110_1、110_2‧‧‧電源轉換器

112_1、112_2‧‧‧轉換線路

114_1、114_2‧‧‧控制單元

120‧‧‧隔離線路