TWI513168B - 電源轉換裝置 - Google Patents

Description

電源轉換裝置

本發明是有關於一種電源控制技術，且特別是有關於一種具有省電功能的電源轉換裝置。

現今消費型電子裝置(例如，桌上型電腦(desktop computer)、筆記型電腦(notebook)、手機、數位相機、平板電腦)由於希望節省其重量，因此會以內藏電池或是利用外部的電源轉換器來接收電力。換句話說，這些電子裝置需要透過電源轉換裝置，例如交流電轉直流電轉換器(AC to DC adapter)，來提供其電源或對其內藏的電池進行充電。

對現有的電源供應系統而言，此電源轉換裝置為一種被動式設備。也就是說，當電源轉換裝置的輸入端連接交流電源時，此電源轉換裝置被動地提供穩定的直流電源至與其相連接的電子裝置。然而，一旦連接了交流電源，在沒有連接電子裝置或連接的電子裝置關閉的情況下，現有的電源轉換裝置仍然會正常提供直流電源。因此，目前的電源轉換裝置無法依據所連接的電子裝 置的狀態來調整輸出的電源，從而造成許多無謂的電力消耗。

有鑑於此，本發明提供一電源轉換裝置，可藉由來自電子裝置的外部訊號判斷電子裝置的狀態，並據此動態開啟或關閉電源轉換裝置，使得電源轉換裝置可有效地管理電力的消耗，達到省電節能的目的。

本發明提供一種電源轉換裝置。電源轉換裝置包括交流電轉直流電轉換器、輸入接口、電源轉換控制單元以及重啟電路。交流電轉直流電轉換器耦接電子裝置，並依據電子裝置的外部訊號以將交流輸入電壓轉換成直流輸出電壓而提供至電子裝置。輸入接口透過交流輸入端子接收交流輸入電壓。電源轉換控制單元耦接交流電轉直流電轉換器，其中當電源轉換裝置未輸出直流輸出電壓至電子裝置時關閉電源轉換裝置。重啟電路耦接輸入接口以及電源轉換控制單元，其中當重啟電路偵測到輸入接口發生插入動作時，重啟電路傳送觸發訊號以啟動進入關閉模式的電源轉換控制單元。

在本發明的一實施例中，上述的電子裝置包含控制器，且控制器用以輸出與電子裝置的狀態相對應的外部訊號。

在本發明的一實施例中，當上述的電子裝置被開啟時，電源轉換控制單元依據外部訊號以開啟電源轉換裝置。

在本發明的一實施例中，上述的電源轉換裝置未輸出直 流輸出電壓至電子裝置的情況包含電子裝置被關閉或電源轉換控制單元並未接收到外部訊號。

在本發明的一實施例中，上述的電源轉換控制單元包括邏輯電路以及計數器。邏輯電路依據外部訊號輸出啟動訊號至交流電轉直流電轉換器。計數器耦接重啟電路及邏輯電路，用以從電源轉換控制單元啟動的時間開始計數，並且交流電轉直流電轉換器在預設期間內供應直流輸出電壓至電源轉換裝置的電源輸出端，當經過預設期間後，電子裝置仍被關閉或電源轉換控制單元並未接收外部訊號時，電源轉換控制單元控制交流電轉直流電轉換器以停止供應直流輸出電壓，從而關閉電源轉換裝置。

在本發明的一實施例中，上述的電源轉換控制單元更包括光耦合電路。光耦合電路耦接邏輯電路，用以接收並傳遞外部訊號至該邏輯電路，以偵測電子裝置的狀態。

基於上述，本發明的實施例所述之電源轉換裝置與電子裝置之間傳遞一外部訊號，並以此外部訊號做為表示電子裝置本身狀態的訊號。據此，電源轉換裝置的電源轉換控制單元可依據此外部訊號判斷電子裝置的狀態，並根據其電力需求動態開啟或關閉電源轉換裝置，避免無謂的電力消耗以達到節能省電的目的。

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，並配合所附圖式做詳細說明如下。

100‧‧‧電源供應系統

110‧‧‧電源轉換裝置

120‧‧‧電子裝置

122‧‧‧控制器

124‧‧‧電池

130‧‧‧交流電轉直流電轉換器

140‧‧‧電源轉換控制單元

142‧‧‧計數器

144‧‧‧邏輯電路

146‧‧‧光耦合電路

150‧‧‧重啟電路

160‧‧‧輸入接口

AC_IN‧‧‧交流輸入電壓

C1~C2‧‧‧電容

D1~D2‧‧‧二極體

DC_OUT‧‧‧直流輸出電壓

DP1‧‧‧發光二極體

DP2‧‧‧光電二極體

GND‧‧‧接地電位

R1~R11‧‧‧電阻

Q1、Q5‧‧‧PNP型雙載子接面電晶體

Q2、Q4‧‧‧NMOS場效電晶體

Q3‧‧‧NPN型雙載子接面電晶體

S1‧‧‧外部訊號

S2‧‧‧啟動訊號

S3‧‧‧觸發訊號

td‧‧‧預設時間

t1~t6‧‧‧時間

SW1~SW5‧‧‧開關

Vin‧‧‧驅動電壓

圖1是依據本發明一實施例說明一種電源供應系統的方塊圖。

圖2是依據本發明一實施例說明一種電源供應系統的訊號時序圖。

圖3是依據本發明一實施例說明一種電源供應系統的訊號時序圖。

圖4是依據本發明一實施例說明一種電源供應系統的訊號時序圖。

圖5是依據本發明一實施例說明一種電源轉換控制單元的示意圖。

圖6是依據本發明一實施例說明一種電源轉換控制單元的電路圖。

為了使電源供應系統避免無謂的電力消耗，本發明實施例提供一種電源轉換裝置。此電源轉換裝置與電子裝置之間傳遞一外部訊號，據此，電源轉換裝置便可以由外部訊號得知所連接的電子裝置的電力需求，進而動態開啟或關閉，使電源轉換裝置可以提供適當符合需求的電源，達到省電的功效。

有關本發明實施例的技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式進行詳細地說明。再者，凡可能之處，在圖式及實施例中使用相同標號的元件/構件代表相同或類似部分。

圖1是依據本發明一實施例說明一種電源供應系統100的方塊圖。請參照圖1，電源供應系統100包括電子轉換裝置110以及電子裝置120。於圖1中，電子轉換裝置110包括交流電轉直流電轉換器130、電源轉換控制單元140、重啟電路150以及輸入接口160。電源轉換控制單元140包括計數器142、邏輯電路144及光耦合電路146。邏輯電路144分別耦接計數器142及光耦合電路146。電子裝置120包括控制器122及與其耦接的電池124。控制器122例如是嵌入式控制器(embedded controller，EC)或鍵盤控制器(keyboard controller，KBC)。電源轉換控制單元140耦接交流電轉直流電轉換器130及電子裝置120，藉以由來自電子裝置120的外部訊號S1判斷電子裝置120的狀態，並據以發送啟動訊號S2至交流電轉直流電轉換器130來控制交流電轉直流電轉換器130，以將電子轉換裝置110開啟或關閉。交流電轉直流電轉換器130則耦接電子裝置120，用以依據外部訊號S1將交流輸入電壓AC_IN轉換成直流輸出電壓DC_OUT而提供至電子裝置120。

圖2是依據本發明一實施例說明一種電源供應系統的訊號時序圖，在圖2中顯示了外部訊號S1、啟動訊號S2以及直流輸出電壓DC_OUT的作動，以下即配合圖2舉例說明圖1中各項元件的作動。

請同時參照圖1及圖2，在本實施例中，當電源轉換裝置110未輸出直流電壓DC_OUT至電子裝置120時，例如在電子裝置120被關閉或電源轉換控制單元140因未連接電子轉換裝置110 等原因，並未接收到外部訊號S1的情況下，電源轉換控制單元140可以藉由外部訊號S1即時得知電子裝置120的狀態，並藉由啟動訊號S2使交流電轉直流電轉換器130停止提供直流輸出電壓DC_OUT，以關閉電子轉換裝置110。

更具體來說，於圖2中的時間t2時，電子裝置120被關閉，控制器122停止致能外部訊號S1(實際電位可為低準位)，並傳遞停止致能的外部訊號S1至電源轉換控制單元140，而電源轉換控制單元140中的邏輯電路144亦可藉由光耦合電路146偵測外部訊號S1的電壓準位而得知電子裝置120被關閉或者未連接電子裝置120。據此，於時間t2時，邏輯電路144亦停止致能啟動訊號S2(實際電位可為高準位)，使交流電轉直流電轉換器130停止提供直流輸出電壓DC_OUT，而關閉電子轉換裝置110。

另一方面，請繼續參照圖1及圖2，當電子裝置120被開啟時，電源轉換控制單元140亦可藉由外部訊號S1即時得知電子裝置120的狀態，並藉由啟動訊號S2使交流電轉直流電轉換器130提供直流輸出電壓DC_OUT，以開啟電子轉換裝置110。

更具體來說，於圖2中的時間t1時，電子裝置120被開啟，控制器122致能外部訊號S1(實際電位可為高準位)，並傳遞致能的外部訊號S1至電源轉換控制單元140，而電源轉換控制單元140中的邏輯電路144亦可藉由光耦合電路146偵測外部訊號S1的電壓準位而得知電子裝置120被開啟。據此，於時間t1時，邏輯電路144亦致能啟動訊號S2(實際電位可為低準位)，使交流 電轉直流電轉換器130提供直流輸出電壓DC_OUT，而開啟電子轉換裝置110。

在另一實施例中，圖3與圖4是依據本發明一實施例說明一種電源供應系統的訊號時序圖。在圖3與圖4中顯示了輸入接口160、重啟電路150、計數器142、外部訊號S1、啟動訊號S2以及直流輸出電壓DC_OUT的作動，以下即配合圖3與圖4舉例說明圖1中各項元件的作動。

請先參照圖1，圖1中的輸入接口160是透過交流輸入端子接收交流輸入電壓AC_IN。重啟電路150耦接輸入接口160、交流電轉直流電轉換器130及電源轉換控制單元140中的計數器142，用以偵測對於輸入接口160的插入動作，並且重啟電路150亦將交流輸入電壓AC_IN輸入至交流電轉直流電轉換器130。在另一實施例中，交流電轉直流電轉換器130亦可不耦接重啟電路150，而直接耦接輸入接口160以接收交流輸入電壓AC_IN。

請同時參照圖1與圖3，舉例來說，在電子裝置120不具有電池124或者未連接電源轉換裝置110的情況下，於圖3中時間t3時，重啟電路150偵測到輸入接口160的交流輸入端子被拔出。接著，於圖3中時間t4時，重啟電路150偵測到輸入接口160的交流輸入端子被再度插入，並且將輸入的交流輸入電壓AC_IN傳送至交流電轉直流電轉換器130，使其開始提供直流輸出電壓DC_OUT以開啟電子轉換裝置110。重啟電路150亦可因偵測到輸入接口160的交流輸入端子被再度插入，而在時間t4時藉由觸發 訊號S3來啟動進入關閉模式的電源轉換控制單元140，使計數器142於時間t4開始計數。當經過一段預設時間td(例如20秒)後，於圖3中時間t5時，邏輯電路144可藉由計數器142得知電源轉換裝置110已開啟達預設時間td，此時若外部訊號S1仍未致能(實際電位可為低準位)，表示電子裝置120仍被關閉或未連接，則邏輯電路144可停止致能啟動訊號S2(實際電位可為高準位)，以控制交流電轉直流電轉換器130停止提供直流輸出電壓DC_OUT，而關閉電子轉換裝置110。

另一方面，請同時參照圖1與圖4，在電子轉換裝置110開啟後，若在預設時間td內(時間t4到時間t5之間)，於時間t6時，電子裝置120被開啟，控制器122便致能外部訊號S1(實際電位可為高準位)，則邏輯電路144亦可藉由外部訊號S1的電壓準位而得知電子裝置120被開啟。據此，於時間t5時，即使計數器142計數以達預設時間td，邏輯電路144仍將啟動訊號S2維持致能(實際電位可為低準位)，使交流電轉直流電轉換器130持續提供直流輸出電壓DC_OUT。

圖5是依據本發明一實施例說明一種電源轉換控制單元140的示意圖。請同時參照圖1與圖5，電源轉換控制單元140包括開關SW1~SW5、電阻R1~R3、電容C1以及光耦合電路146，其中上述各開關、電阻及電容可構成圖1中的計數器142及邏輯電路144。光耦合電路146包括發光二極體DP1及光電二極體DP2，當發光二極體DP1接受到高準位的電壓而產生光源時，光 電二極體DP2可藉由接受光源而產生電流。請參照圖5，於圖5中，開關SW1的第一端耦接驅動電壓Vin。開關SW2的第一端耦接開關SW1的控制端，而第二端耦接接地電位GND，控制端則耦接觸發訊號S3。開關SW3的第一端耦接接地電位GND，控制端耦接開關SW2的第一端與開關SW1的控制端。開關SW4的第一端耦接接地電位GND，控制端耦接開關SW3的第二端。開關SW5的第一端耦接開關SW1的第二端，控制端耦接開關SW4的第二端。電阻R1的第一端耦接開關SW1的第二端，第二端耦接開關SW3的第二端與開關SW4的控制端。電容C1的第一端耦接電阻R1的第二端，第二端耦接接地電位GND。電阻R2的第一端耦接開關SW5的第二端，第二端耦接光耦合電路146的光電二極體DP2並可產生啟動訊號S2。光耦合電路146的發光二極體DP1耦接外部訊號S21。電阻R3的第一端耦接電阻R2的第二端，第二端耦接接地電位GND。

在本實施例中，開關SW1~SW5可為電晶體或其他具有開關功能之電子元件，另一方面，在本實施例中，開關SW1及開關SW5被設定為在控制端接收到低準位的訊號(例如：邏輯值為0的訊號)時使第一端與第二端進行導通，而開關SW2、開關SW3及開關SW4被設定為在控制端接收到高準位的訊號(例如：邏輯值為1的訊號)時使第一端與第二端進行導通。

以下請同時參考圖1及圖5對電源轉換控制單元140的作動進行說明。舉例來說，在電子裝置120不具有電池124或者 未連接電源轉換裝置110的情況下，當重啟電路150偵測到輸入接口160發生插拔動作時，重啟電路150輸出高準位的觸發訊號S3至電源轉換控制單元140中的開關SW2的控制端使其導通，藉以啟動電源轉換控制單元140。據此，開關SW1的控制端因開關SW2的導通而耦接接地電位GND，因而使開關SW1導通，並且使驅動電壓Vin可通過電阻R2對電容C1充電，以實現計數器142的功能。當電容C1充電完畢後(例如經過20秒後)，開關SW4因控制端的高準位而導通，進而使開關SW5因控制端耦接接地電位GND而導通。因開關SW5的導通，啟動訊號S2依據驅動電壓Vin跟電阻R2、R3的分壓效應而停止致能(亦即，啟動訊號S2位於高準位)。據此，交流電轉直流電轉換器130可依據停止致能的啟動訊號S2(高準位)而停止提供直流輸出電壓DC_OUT，來關閉電子轉換裝置110。

另一方面，請同時參考圖1及圖5，在電子裝置120不具有電池124或者未連接電源轉換裝置110的情況下，在電容C1充電完畢前，電子裝置120可能因接收到交流電轉直流電轉換器130所提供的直流輸出電壓DC_OUT而開啟，並產生致能的外部訊號S1。依據致能的外部訊號S1，光耦合電路146的發光二極體DP1可導通而發光，據以讓光電二極體DP2導通，進而使啟動訊號S2因耦接接地電位GND而致能(低準位)。而且，即使在電容C充電完畢後，啟動訊號S2仍然因光電二極體DP2的導通而耦接接地電位GND，並保持致能(低準位)，交流電轉直流電轉換器130便可 依據致能的啟動訊號S2(低準位)而持續提供直流輸出電壓DC_OUT，從而保持開啟電子轉換裝置110。

為使本領域技術人員能更加了解本發明，以下將再舉一實施例以詳加說明。請參照圖6，圖6是依據本發明一實施例說明一種電源轉換控制單元140的電路圖。電源轉換控制單元140包括電阻R1~R11、電容C1~C2、二極體D1~D2、PNP型雙載子接面電晶體Q1、NMOS場效電晶體Q2、NPN型雙載子接面電晶體Q3、NMOS場效電晶體Q4、PNP型雙載子接面電晶體Q5、發光二極體DP1以及光電二極體DP2。本實施例的部份作動方式與構件已揭示於上述實施例，故相同之處在此不予贅述。

與上述實施例不同的地方在於，於圖6中將圖2中的各開關以電晶體元件來實現，並且增加以下構件：二極體D1的陽極耦接觸發訊號S3。電阻R4的第一端耦接二極體D1的陰極。電阻R5的第一端耦接電阻R4的第二端。電阻R6的第一端耦接電阻R5的第二端，第二端耦接NMOS場效電晶體Q2的閘極。電阻R7的第一端耦接NMOS場效電晶體Q2的閘極，第二端耦接接地電位GND。二極體D2的陽極耦接接地電位GND，陰極耦接NMOS場效電晶體Q2的閘極。電容C2的第一端耦接二極體D1的陰極，第二端耦接接地電位GND。電阻R8的第一端耦接PNP型雙載子接面電晶體Q1的射極，第二端耦接PNP型雙載子接面電晶體Q1的基極。電阻R9的第一端耦接PNP型雙載子接面電晶體Q1的基極，第二端耦接NPN型雙載子接面電晶體Q3的基極。電阻R10 的第一端耦接NPN型雙載子接面電晶體Q3的集極，第二端耦接NMOS場效電晶體Q4的閘極。第十一電阻的第一端耦接NMOS場效電晶體Q4的汲極，第二端耦接NPN型雙載子接面電晶體Q5的基極。

在實際應用上，在圖6所示的電源轉換控制單元140中，電容C1的電容值可以選用10μF、電容C2的電容值可以選用10nF、電阻R1的電阻值可以選用10MΩ、電阻R2的電阻值可以選用200KΩ、電阻R3的電阻值可以選用300KΩ、電阻R4~R6的電阻值可以選用3.3MΩ、電阻R7的電阻值可以選用330kΩ、電阻R8~R9的電阻值可以選用200kΩ、電阻R10的電阻值可以選用10Ω、電阻R11的阻值可以選用200kΩ。當然，在圖3所示的電源轉換控制單元140中，電容C1~C2的電容值以及電阻R1~R11的電阻值皆可視實際設計及應用需求而調整。

綜上所述，本發明的實施例所述之電源供應系統、電源轉換裝置及電子裝置的電源控制方法，藉由在電源轉換裝置與電子裝置之間傳遞一外部訊號以做為表示電子裝置本身狀態的訊號。據此，電源轉換裝置中的電源轉換控制單元便可依據此外部訊號判斷電子裝置的狀態，並根據其電力需求動態開啟或關閉電源轉換裝置，而避免無謂的電力消耗以達到節能省電的目的。

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。

100‧‧‧電源供應系統

110‧‧‧電源轉換裝置

120‧‧‧電子裝置

122‧‧‧控制器

124‧‧‧電池

130‧‧‧交流電轉直流電轉換器

140‧‧‧電源轉換控制單元

142‧‧‧計數器

144‧‧‧邏輯電路

146‧‧‧光耦合電路

150‧‧‧重啟電路

160‧‧‧輸入接口

AC_IN‧‧‧交流輸入電壓

DC_OUT‧‧‧直流輸出電壓

S1‧‧‧外部訊號

S2‧‧‧啟動訊號

S3‧‧‧觸發訊號

Claims (7)

1. 一電源轉換裝置，適用於一電子裝置，該電子裝置包含一控制器且該控制器用以輸出與該電子裝置的狀態相對應的一外部訊號至該電源轉換裝置，該電源轉換裝置包括：一交流電轉直流電轉換器，耦接該電子裝置，用以依據由該電子裝置之該控制器所輸出的該外部訊號以將一交流輸入電壓轉換成一直流輸出電壓而提供至該電子裝置；一輸入接口，透過一交流輸入端子接收該交流輸入電壓；一電源轉換控制單元，耦接該交流電轉直流電轉換器，其中該電源轉換控制單元依據由該電子裝置的該控制器所輸出的該外部訊號判斷該電子裝置的狀態，並且當該電源轉換裝置由該外部訊號獲知未輸出直流輸出電壓至該電子裝置時關閉該電源轉換裝置的該電源轉換控制單元進入一關閉模式；以及一重啟電路，耦接該輸入接口以及該電源轉換控制單元，其中當該重啟電路偵測到該輸入接口發生一插入動作時，該重啟電路傳送一觸發訊號以將該電源轉換控制單元由該關閉模式啟動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換裝置，其中當該電子裝置被開啟時，該電源轉換控制單元依據該外部訊號以開啟該電源轉換裝置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換裝置，其中該電源轉換裝置未輸出直流輸出電壓至該電子裝置的情況包含該電子裝置被關閉或該電源轉換控制單元並未接收到該外部訊號。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換裝置，其中該電源轉換控制單元包括：一邏輯電路，依據該外部訊號輸出一啟動訊號至該交流電轉直流電轉換器；以及一計數器，耦接該重啟電路及該邏輯電路，用以從該電源轉換控制單元啟動的時間開始計數，並且該交流電轉直流電轉換器在一預設期間內供應該直流輸出電壓至該電源轉換裝置的電源輸出端，當經過該預設期間後，該電子裝置仍被關閉或該電源轉換控制單元並未接收該外部訊號時，該電源轉換控制單元控制該交流電轉直流電轉換器以停止供應該直流輸出電壓，從而關閉該電源轉換裝置。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電源轉換裝置，其中該電源轉換控制單元更包括：一光耦合電路，耦接該邏輯電路，用以接收並傳遞該外部訊號至該邏輯電路，以偵測該電子裝置的狀態。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電源轉換裝置，其中該電源轉換控制單元包括：一第一開關，其第一端耦接一驅動電壓；一第二開關，其第一端耦接該第一開關的控制端，而其第二端耦接一接地電位，而其控制端則耦接該重啟電路；一第三開關，其第一端耦接該接地電位，而其控制端耦接該 第二開關的第一端與該第一開關的控制端；一第四開關，其第一端耦接該接地電位，而其控制端耦接該第三開關的第二端；一第五開關，其第一端耦接該第一開關的第二端，而其控制端耦接該第四開關的第二端；一第一電阻，其第一端耦接該第一開關的第二端，而其第二端耦接該第三開關的第二端與該第四開關的控制端；一第一電容，其第一端耦接該第一電阻的第二端，而其第二端耦接該接地電位；一第二電阻，其第一端耦接該第五開關的第二端，而其第二端耦接該交流電轉直流電轉換器與該光耦合電路以產生該啟動訊號；以及一第三電阻，其第一端耦接該第二電阻的第二端，而其第二端耦接該接地電位。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電源轉換裝置，其中該電源轉換控制單元更包括：一第一二極體，其陽極耦接該重啟電路；一第四電阻，其第一端耦接該第一二極體的陰極；一第五電阻，其第一端耦接該第四電阻的第二端；一第六電阻，其第一端耦接該第五電阻的第二端，而其第二端耦接該第二開關的控制端；一第七電阻，其第一端耦接該第二開關的控制端，而其第二 端耦接該接地電位；一第二二極體，其陽極耦接該接地電位，而陰極耦接該第二開關的控制端；一第二電容，其第一端耦接該第一二極體的陰極，而其第二端耦接該接地電位；一第八電阻，其第一端耦接該第一開關的第一端，而其第二端耦接該第一開關的控制端；一第九電阻，其第一端耦接該第一開關的控制端，而其第二端耦接該第三開關的控制端；一第十電阻，其第一端耦接該第三開關的第二端，而其第二端耦接該第四開關的控制端；以及一第十一電阻，其第一端耦接該第四開關的第二端，而其第二端耦接該第五開關的控制端。