TWI514745B - 交流直流轉換裝置及其操作方法 - Google Patents

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Description

交流直流轉換裝置及其操作方法
本發明是有關於一種電力供應電路，且特別是有關於一種交流直流轉換裝置及其操作方法。
現今的電子裝置內部電路往往使用多種不同電壓準位的直流電壓，故常在電子裝置內設置交流直流轉換器以供電給所述內部電路。交流直流轉換器可以將市電(交流電)轉換為直流電，即可讓電子裝置得到運作所需的直流電壓。圖1為習知返馳式轉換器(Flyback Converter)的電路示意圖。習知返馳式轉換器包括有變壓器110、整流二極體131與輸出電容132。變壓器110的二次側繞組(secondary-side winding)112的第一端與第二端分別耦接至整流二極體131的陽極與參考電壓。輸出電容132的兩端分別耦接至整流二極體131的陰極與參考電壓。
市電提供交流電能至整流器120。整流器120將交流電能轉換成直流電後傳輸至變壓器110的一次側繞組(primary-side winding)111。電晶體140控制端耦接至控制導通電路150。當電 晶體140導通時，整流器120所輸出的電能儲存在變壓器110的一次側繞組111內。當電晶體140截止時，電能從變壓器110的一次側繞組111傳輸至二次側繞組112，使得整流二極體131順向導通而對輸出電容132充電，並在第一輸出端OUT_HV產生第一輸出電壓。控制導通電路150可以藉由控制電晶體140的導通時間來調整第一輸出端OUT_HV的電壓準位，進而最佳化(Optimal)第一輸出端OUT_HV的電壓。
唯，如想利用同一繞組產生複數不同大小的輸出電壓，習知轉換電路必須配置對應電壓轉換器以進一步將第一輸出端OUT_HV的電壓轉換為其他目標電壓。例如，圖1所示返馳式轉換器經設置而使第一輸出端OUT_HV的電壓維持於A伏特。轉換器160(例如Boost converter)可以將第一輸出端OUT_HV的電壓升壓至B伏特以供電至第二輸出端OUT_LED。然而，額外配置的轉換器160除了使成本提高，且轉換效率也會降低。再者，圖1所示習知返馳式轉換器只能對第一輸出端OUT_HV的電壓進行最佳化，而不能同時對第一輸出端OUT_HV的第一輸出電壓與第二輸出端OUT_LED的第二輸出電壓做最佳化。
以上所述皆為既有技術未臻理想之處，實有待進一步檢討，並謀求可行的解決方案。
本發明提出一種交流直流轉換裝置及其操作方法，其可 以利用同一繞組產生多個不同大小的輸出電壓。
本發明實施例提出一種交流直流轉換裝置，包括一變壓器、一第一儲能單元、一第一輸出開關、一第二儲能單元、一第二輸出開關與一二次側控制模組。變壓器包括至少一一次側繞組(primary-side winding)與至少一二次側繞組(secondary-side winding)。第一輸出開關的第一端與第二端分別耦接至第一儲能單元與二次側繞組的一第一端。第二輸出開關的第一端與第二端分別耦接至所述第二儲能單元與所述二次側繞組的所述第一端。二次側控制模組耦接至第一儲能單元以監測第一儲能單元的一第一電性特徵，並耦接至第二儲能單元以監測第二儲能單元的一第二電性特徵。所述二次側控制模組依據對所述第一電性特徵的監測結果而對應決定第一輸出開關的導通期間的時間長度，以及依據對所述第二電性特徵的監測結果而對應決定第二輸出開關的導通期間的時間長。
本發明實施例提供一種交流直流轉換裝置的操作方法，包括以下步驟。於交流直流轉換裝置配置一變壓器，其中變壓器包括至少一一次側繞組與至少一二次側繞組。於交流直流轉換裝置配置一第一儲能單元與一第一輸出開關，其中第一輸出開關的第一端與第二端分別耦接至二次側繞組的第一端與第一儲能單元。於交流直流轉換裝置配置一第二儲能單元與一第二輸出開關，其中第二輸出開關的第一端與第二端分別耦接至第二儲能單元與二次側繞組的第一端。於第一輸出開關的導通期間將變壓器 所儲存電能傳輸至第一儲能單元，並監測第一儲能單元的一第一電性特徵，以及依據對第一電性特徵的監測結果而對應決定第一輸出開關的導通期間的時間長度。於第二輸出開關的導通期間將變壓器所儲存電能傳輸至第二儲能單元，並監測第二儲能單元的一第二電性特徵，以及依據對第二電性特徵的監測結果而對應決定第二輸出開關的導通期間的時間長度。
基於上述，本發明提供一種交流直流轉換裝置及其操作方法，此交流直流轉換裝置使用二次側控制模組監測第一儲能單元及第二儲能單元，並依監測結果決定第一輸出開關與第二輸出開關的導通時間長度，故只需使用變壓器的同一個二次側繞組即可產生多組可作最佳化及精確調整的輸出電壓，而不需配置額外的電壓轉換器。
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。
110‧‧‧變壓器
111‧‧‧一次側繞組
112‧‧‧二次側繞組
120‧‧‧整流器
131‧‧‧整流二極體
132‧‧‧輸出電容
140‧‧‧電晶體
150‧‧‧控制導通電路
160‧‧‧轉換器
20‧‧‧交流直流轉換裝置
211‧‧‧一次側繞組
212‧‧‧二次側繞組
213‧‧‧一次側輔助繞組
220、240、282、292‧‧‧儲能單元
230、250、283、293‧‧‧輸出開關
260‧‧‧二次側控制模組
261‧‧‧訊號感應調節積體電路
270‧‧‧一次側電路
271‧‧‧整流電路
272‧‧‧一次側控制開關
273‧‧‧一次側控制模組
274‧‧‧濾波電路
275‧‧‧晶片啟動電路
276‧‧‧輔助電壓電路
277‧‧‧緩震電路
281‧‧‧同步整流單元
284‧‧‧電流偵測器
285‧‧‧回授模組
287、288、291、294‧‧‧監測電路
289‧‧‧放電電路
290‧‧‧緩震電路
295、296‧‧‧低壓降穩壓器
30‧‧‧交流電源
41、42、43、44、45、46‧‧‧負載
C1~C11‧‧‧電容
D1‧‧‧同步整流二極體
D2、D3~D6、D7、D8‧‧‧二極體
Ip‧‧‧一次側繞組上的電流
Is‧‧‧二次側繞組上的電流
OP1‧‧‧比較器
OP2、OP3‧‧‧放大器
OUT_HV‧‧‧第一輸出端
OUT_LED‧‧‧第二輸出端
PC1‧‧‧光耦合器
Q1~Q8‧‧‧電晶體
R1~R10、R12~R25‧‧‧電阻
S310、S312、S314、S316‧‧‧步驟
Sync‧‧‧觀測點
T1‧‧‧變壓器
VAUDIO‧‧‧分壓電壓
VAUX‧‧‧輔助電壓
VCOM‧‧‧共同電壓觀測點
VCS‧‧‧電流偵測點
VDD‧‧‧一次側控制模組的電源腳位
VG‧‧‧一次側控制開關的控制端電位
VLED‧‧‧分壓電壓
VOUT、VOUTA、VOUTB‧‧‧輸出電壓
Vref、Vref1、Vref2‧‧‧參考電壓
VSW‧‧‧控制信號
VSW_1、VSW_2、VSW_3‧‧‧輸出開關的控制端電位
VSYNC‧‧‧位於電阻R6第二端的監測點
ZD1‧‧‧齊納二極體
圖1是既有交流直流轉換器的示意圖。
圖2繪示為本發明一示範性實施例之交流直流轉換裝置的示意圖。
圖3為根據本發明一示範性實施例所繪示的交流直流轉換裝置操作方法的流程圖。
圖4繪示為圖2之交流直流轉換裝置的第一實施例示意圖。
圖5為根據本發明第一實施例所繪示的波形圖。
圖6繪示為圖2之交流直流轉換裝置的第二實施例示意圖。
圖7繪示為圖2之交流直流轉換裝置的第三實施例示意圖。
圖8繪示為圖2之交流直流轉換裝置的第四實施例示意圖。
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。在本案說明書全文(包括申請專利範圍)中所使用的「耦接」一詞可指任何直接或間接的連接手段。舉例而言，若文中描述第一裝置耦接於第二裝置，則應該被解釋成該第一裝置可以直接連接於該第二裝置，或者該第一裝置可以透過其他裝置或某種連接手段而間接地連接至該第二裝置。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/步驟代表相同或類似部分。不同實施例中使用相同標號或使用相同用語的元件/構件/步驟可以相互參照相關說明。
圖2繪示為本發明一示範性實施例之交流直流轉換裝置20的示意圖。交流直流轉換裝置20耦接在交流電源30與負載41、42之間。交流直流轉換裝置20包括變壓器T1、儲能單元220、輸出開關230、儲能單元240與輸出開關250。在此示範性實施例中，交流直流轉換裝置20的拓撲型態(topology)可以是反馳式(flyback)電源轉換拓撲，但並不限制於此。
變壓器T1包括至少一一次側繞組211與至少一二次側繞組212。在此示範性實施例中，交流電源30的電能經由一次側電路270而傳輸至變壓器T1的一次側繞組211。輸出開關230的第一端耦接至儲能單元220，輸出開關230的第二端耦接至二次側繞組212的第一端。輸出開關250的第一端耦接至儲能單元240，輸出開關250的第二端耦接至所述二次側繞組212的第一端。在此示範性實施例中，一次側繞組211的第一端與第二端分別為同名端(common-polarity terminal，即打點端)與異名端(opposite-polarity terminal，即未打點端)，二次側繞組212的第一端與第二端分別為異名端與同名端。
二次側控制模組260耦接至儲能單元220以監測儲能單元220的一電性特徵，並耦接至所述儲能單元240以監測儲能單元240的一電性特徵。在此示範性實施例中，儲能單元220的電性特徵可為儲能單元220與二次側參考電壓(例如二次側接地電壓)的電壓差，儲能單元240的電性特徵可為儲能單元240與二次側參考電壓的電壓差，但並不限制於此。二次側控制模組260依據對儲能單元220的所述電性特徵的監測結果而對應決定所述輸出開關230的導通期間的時間長度，以及依據對儲能單元240的所述電性特徵的監測結果而對應決定輸出開關250的導通期間的時間長度。
圖3為根據本發明一示範性實施例說明圖2所示交流直流轉換裝置20的操作方法流程圖。請同時參照圖2及圖3，於輸 出開關230的導通期間，變壓器T1所儲存的電能被傳輸至儲能單元220，並且二次側控制模組260監測儲能單元220的電性特徵(步驟S310)。這裡的儲能單元220的電性特徵可以為儲能單元220的電壓、電流或其他電性特徵，但並不限制於此。因此，儲能單元220可以供電給負載41。於步驟S312中，二次側控制模組260依據對儲能單元220的所述電性特徵的監測結果而對應決定輸出開關230的導通期間的時間長度。因此，交流直流轉換裝置20可產生經最佳化的精確輸出電壓給負載41。
於輸出開關250的導通期間，變壓器T1所儲存電能被傳輸至儲能單元240，並且二次側控制模組260監測儲能單元240的電性特徵(步驟S314)。這裡的儲能單元240的電性特徵可以指儲能單元240上的電壓、電流或其他電性特徵，但並不限制於此。因此，儲能單元240可以供電給負載42。依據實際產品的設計需求，所述輸出開關230的導通期間與所述輸出開關250的導通期間可以部份重疊或互不重疊。於步驟S316，二次側控制模組260依據對儲能單元240的所述電性特徵的監測結果而對應決定輸出開關250的導通期間的時間長度。因此，交流直流轉換裝置20可產生經最佳化的精確輸出電壓給負載42。
綜上所述，本實施例所述交流直流轉換裝置20及其操作方法利用能量分佈的概念，在變壓器T1的一次側繞組211先儲存電能量，再將儲存在變壓器T1的電能量依序分配至交流直流轉換裝置20的多個輸出。例如，使輸出開關230導通而讓儲存在變壓 器T1的電能量可以分配至儲能單元220與負載41。本實施例使用了二次側控制模組260監測儲能單元220及儲能單元240的電性特徵(例如電壓)，並依監測結果對應地控制輸出開關230與輸出開關250的導通時間長度。例如，當分配至儲能單元220的電能量到達預設值時，二次側控制模組260即關閉輸出開關230，並使輸出開關250導通而讓儲存在變壓器T1的電能量可以對下一組供電電路(儲能單元240與負載42)進行電能量補充。因此，交流直流轉換裝置20只需使用變壓器T1的同一個二次側繞組212即可產生多組經個別最佳化及精確調整的輸出電壓，而不需配置額外的電壓轉換器。
圖4為依照本發明實施例繪示圖2之交流直流轉換裝置20的第一實施例示意圖。所述交流直流轉換裝置20耦接在交流電源30與負載41、42、43之間。負載42例如是發光二極體串。在此實施例中，二次側控制模組260可包括訊號感應調節(Sensor Signal Conditioner)積體電路261與比較器OP1，但並不限制於此，在其他實施例中也可為誤差放大器(Error Amplifier)或其他可判斷輸出電壓的回授調整形式。比較器OP1的輸出端耦接至訊號感應調節積體電路261，且訊號感應調節積體電路261耦接至觀測點Sync。
在此實施例中，儲能單元220是以電容C1為例，而輸出開關230可以是電晶體、傳輸閘(transmission gate)或其他種類的開關，但不限於此。輸出開關230的第一端耦接至二次側繞組 212第一端。輸出開關230的第二端耦接至電容C1的第一端，且輸出開關230的控制端耦接至二次側控制模組260之訊號感應調節積體電路261。電容C1的第二端耦接至二次側參考電壓(例如二次側接地電壓或其他固定電壓)。儲能單元240在此實施例是以電容C2為例，而輸出開關250可以是電晶體、傳輸閘或其他種類的開關，但不限於此。輸出開關250的第一端與第二端分別耦接至二次側繞組212第一端及電容C2的第一端，且輸出開關250的控制端耦接至二次側控制模組260之訊號感應調節積體電路261。電容C2的第二端耦接至二次側參考電壓。在此實施例中，所述二次側繞組212的數量為一個，但不限於此，所述二次側繞組212的數量也可為複數。
交流直流轉換裝置20在此實施例進一步包括同步整流單元281、儲能單元282與輸出開關283。在此實施例中，儲能單元282以電容C3為例，而輸出開關283可以是電晶體、傳輸閘或其他種類的開關，但不限於此。輸出開關283的第一端耦接至二次側繞組212的第一端，輸出開關283的第二端耦接至電容C3的第一端，而電容C3的第二端則與二次側參考電壓耦接。同步整流單元281在此實施例包括同步整流開關，此同步整流開關在此實施例為電晶體Q1，但不限於此。電晶體Q1的第一端與第二端分別耦接至二次側繞組212的第二端與二次側參考電壓(例如二次側接地電壓或其他固定電壓)，而電晶體Q1的控制端(閘極)耦接至二次側控制模組260的訊號感應調節積體電路261。在此實施例 中，二次側控制模組260的訊號感應調節積體電路261耦接至二次側繞組212的第二端(即觀測點Sync)以監測一電壓特徵，其中二次側控制模組260依據對所述電壓特徵的監測結果而對應控制所述輸出開關230、輸出開關250及/或輸出開關283的導通狀態。
在此實施例中，儲能單元240供電給負載42之一電流路徑，且交流直流轉換裝置20進一步包括電流偵測器284。電流偵測器284配置於負載42的電流路徑中以偵測負載42之電流，並輸出一電流偵側結果至二次側控制模組260。電流偵測器284在此實施例中與負載42串聯。其中二次側控制模組260的比較器OP1的第一非反相輸入端耦接至電流偵側器284，以接收所述電流偵側結果。比較器OP1的反相輸入端接收參考電壓Vref。比較器OP1可以比較電流偵測器284所輸出的電流偵側結果與參考電壓Vref，以及將比較結果傳送至訊號感應調節積體電路261。訊號感應調節積體電路261可以依據電流偵測器284所輸出的電流偵側結果與參考電壓Vref二者的關係而對應調整輸出開關250的導通期間的時間長度。因此，二次側控制模組260可以依據所述電流偵側結果(即對儲能單元240的所述電性特徵的監測結果)而對應控制與決定所述輸出開關250的導通時間長度。依此，交流直流轉換裝置20可對儲能單元240的輸出電能進行最佳化。
儲能單元220的第一端耦接至二次側控制模組260的比較器OP1的第二非反相輸入端。比較器OP1可以比較儲能單元220 的第一端的電性特徵與參考電壓Vref，以及將比較結果傳送至訊號感應調節積體電路261。圖4所示實施例雖將比較器OP1的第二非反相輸入端直接耦接至儲能單元220的第一端，然而本發明的實現方式不應以此為限。例如，在其他實施例中，比較器OP1的第二非反相輸入端至儲能單元220的第一端之間可以配置分壓電路，其中此分壓電路將儲能單元220的第一端的電壓進行分壓而產生回授電壓至比較器OP1的第二非反相輸入端。因此，訊號感應調節積體電路261可以依據儲能單元220的第一端的電性特徵與參考電壓Vref二者的關係而對應調整輸出開關230的導通期間的時間長度。因此，二次側控制模組260可以依據對儲能單元220的電性特徵的監測結果而對應控制與決定所述輸出開關230的導通時間長度。依此，交流直流轉換裝置20可對儲能單元220的輸出電能進行最佳化。
而一次側電路270在此實施例進一步包括有整流電路271、一次側控制開關272與一次側控制模組273。整流電路271的第一直流端與第二直流端分別耦接至所述一次側繞組211的第一端及一次側參考電壓(例如一次側接地電壓)，而整流電路271的第一交流端與第二交流端分別耦接至交流電源30。整流電路271可以將從交流電源30輸入的交流電轉換成直流電。一次側控制開關272在此實施例以電晶體Q2為例，但不限於此。電晶體Q2的第一端與第二端分別耦接至一次側繞組211的第二端及一次側參考電壓。一次側控制模組273耦接一次側控制開關272的電晶體 Q2的控制端，且一次側控制模組273藉由控制一次側控制開關272的電晶體Q2的導通期間的時間長度，來決定儲存在變壓器T1的電能量。二次側控制模組260藉由控制輸出開關230、輸出開關250與輸出開關283的導通期間的時間長度來決定從變壓器T1釋放出的電能量。一次側控制模組273與所述二次側控制模組260可以配置於同一積體電路中，也可配置在不同積體電路中。例如，在一些實施例中，一次側控制模組273的功能可以被整並至二次側控制模組260中，以便省去圖4所示一次側控制模組273。在其他實施例中，輸出開關230、輸出開關250、輸出開關283與作為同步整流開關的電晶體Q1也可視實際產品的設計需求而被整合進訊號感應調節積體電路261內。
圖5為本發明第一實施例的波形圖。請同時參照圖4與圖5，以下講解此交流直流轉換裝置20運作的過程。訊號VG代表一次側控制開關272的控制端電位。當訊號VG為高電壓準位時，代表一次側控制開關272導通；當訊號VG為低電壓準位時，則代表一次側控制開關272不導通。在時間點t1至t2的期間中，一次側控制開關272導通，使得此時一次側繞組211上的電流Ip增加。也就是說，一次側電路270在時間點t1至t2的期間中將電能儲存在變壓器T1。在時間點t1至t2的期間中，電晶體Q1的控制端電位VSW_SR、輸出開關230的控制端電位VSW_1、輸出開關250的控制端電位VSW_2與輸出開關283的控制端電位VSW_3皆為低電壓準位，代表作為同步整流開關的電晶體Q1、輸出開關 230、輸出開關250、輸出開關283皆未導通。充電期間(即時間點t1至t2的期間)藉由導通一次側控制開關272將整流電路271所輸出的電能儲存在變壓器T1。
在充電期間結束後，接著進入釋能期間(即時間點t2至t5的期間)。在時間點t2至t5的期間中，訊號VG降為低電壓準位，使得一次側控制開關272不導通。在時間點t2至t5的期間中，同步整流開關的電晶體Q1的控制端電位VSW_SR由低準位變為高準位，使得電晶體Q1導通，以備將儲存在變壓器T1的電能分配給儲能單元220、240與282。在時間點t2電晶體Q1導通時，觀測點Sync的電壓因為二次側繞組212的電動勢而下降至負電壓並低於一預設基準值，例如-0.7V。觀測點Sync的電壓準位響應於(相關於)儲存在變壓器T1中電能的量，因此二次側控制模組260可以依據觀測點Sync的電壓準位而判斷儲存在變壓器T1中電能的量。當二次側控制模組260的訊號感應調節積體電路261接收到觀測點Sync的電壓低於所述預設基準值，便輸出一導通訊號至在時間點t2至t5的期間中需要最先導通的輸出開關。在此實施例輸出開關250為最先導通的輸出開關，但並不限制於此。當觀測點Sync電壓為負電壓準位時，二次側控制模組260依序導通輸出開關250、輸出開關230與輸出開關283，以將儲存在變壓器T1的電能量分配至儲能單元240(與負載42)、儲能單元220(與負載41)以及儲能單元282(與負載43)。在時間點t2至t5的期間中的操作方式詳述如下。
在時間點t2至t3的期間中，訊號感應調節積體電路261將輸出開關250控制端電位VSW_2拉升為高準位，使得輸出開關250導通。因此，儲存在變壓器T1的電能可以在時間點t2至t3的期間中分配給儲能單元240與負載42，使得二次側繞組212上的電流Is減少(如圖5所示)。在輸出開關250導通的期間，二次側控制模組260監控儲能單元240的電壓及/或流經負載42的電流，以對儲能單元240的輸出電能進行最佳化。當分配至儲能單元240的電能量到達預設值時，例如當儲能單元240的電壓達到負載42的額定電壓準位時以及/或者當流經負載42的電流達到負載42的額定電流準位時，二次側控制模組260即關閉輸出開關250，並使輸出開關230導通(進入時間點t3至t4的期間)而讓儲存在變壓器T1的電能量可以對下一組供電電路(儲能單元220與負載41)進行電能量補充。
訊號感應調節積體電路261將輸出開關230的控制端電位VSW_1在時間點t3至t4的期間拉升為高電壓準位，使得輸出開關230在時間點t3至t4的期間導通。因此，儲存在變壓器T1的電能可以在時間點t3至t4的期間中分配給儲能單元220與負載41，使得二次側繞組212上的電流Is減少。在輸出開關230導通的期間，二次側控制模組260監控儲能單元220的電壓，以對儲能單元220的輸出電能進行最佳化。當分配至儲能單元220的電能量到達預設值時，例如當儲能單元220的電壓達到負載41的額定電壓準位時，二次側控制模組260即關閉輸出開關230，並使輸 出開關283導通(進入時間點t4至t5的期間)而讓儲存在變壓器T1的電能量可以對下一組供電電路(儲能單元282與負載43)進行電能量補充。
訊號感應調節積體電路261將輸出開關283的控制端電位VSW_3在時間點t4至t5的期間拉升為高電壓準位，使得輸出開關283在時間點t4至t5的期間導通。因此，儲存在變壓器T1的電能可以在時間點t4至t5的期間中分配給儲能單元282與負載43，使得二次側繞組212上的電流Is減少。在輸出開關283導通的期間，二次側控制模組260監控儲能單元282的電壓，以對儲能單元282的輸出電能進行最佳化。當分配至儲能單元282的電能量到達預設值時，例如當儲能單元282的電壓達到負載43的額定電壓準位時，二次側控制模組260即關閉輸出開關283。
藉由觀察圖4所示電路中共同電壓觀測點VCOM的電壓(例如圖5所示)，可以知道交流直流轉換裝置20能對儲能單元220的電壓、儲能單元240的電壓以及儲能單元282的電壓進行個別調整，而不需要配置額外的電壓轉換器。因此，交流直流轉換裝置20使用變壓器的同一個二次側繞組即可產生多組可作最佳化及精確調整的輸出電壓。
在此實施例中，充電期間(即時間點t1至t2的期間)、輸出開關230的導通期間、輸出開關250的導通期間與輸出開關283的導通期間互不重疊。輸出開關230、輸出開關250與輸出開關283的動作彼此無相依性。然而本發明的實施方式不應限制於 此。例如在其他實施例中，開關230、250與283的導通期間也可以視實際設計/應用需求而被設定為彼此部份重疊。又例如，雖然在圖5所示實施例是由輸出開關250、輸出開關230與輸出開關283的順序依序導通，但在其他實施例也可以視實際設計/應用需求而使用其他的順序導通。例如依序導通輸出開關230、輸出開關250與輸出開關283。
請參照圖5，在本實施例中，當對第一個功率輸出通道補充電能量的期間(即時間點t2至t3的期間)結束時，觀測點Sync電壓上升至-310mV(僅為示例，但並不限制於此)。當對第二個功率輸出通道補充電能量的期間(即時間點t3至t4的期間)結束時，觀測點Sync電壓上升至-12mV(僅為示例，但並不限制於此)。而當對第三個功率輸出通道補充電能量的期間(即時間點t4至t5的期間)結束時，觀測點Sync電壓上升至0V(僅為示例，但並不限制於此)。觀察此現象可以得知，觀測點Sync的電壓準位響應於(相關於)儲存在變壓器T1中電能的剩餘量。因此，二次側控制模組260可以依據觀測點Sync的電壓準位而判斷當釋能期間結束時(例如圖5所示時間點t5)儲存在變壓器T1中電能的剩餘量，以及將變壓器T1中電能的剩餘量告知一次側控制模組273。一次側控制模組273可以依據在釋能期間結束時變壓器T1中電能的剩餘量來對應調整一次側控制開關272的導通時間長度，也就是調整充電期間(例如圖5所示時間點t1至t2的期間)的時間長度。
圖6為依照本發明實施例繪示圖2之交流直流轉換裝置20的第二實施例示意圖。圖6所示實施例可以參照圖4至圖5的相關說明而類推之。在此圖6所示實施例中，此交流直流轉換裝置20可進一步包括一回授模組285。回授模組285的感測端耦接至儲能單元240，以監測儲能單元240的電性特徵。在此實施例中，電性特徵為儲能單元240上的電壓。回授模組285的輸出端耦接至一次側控制模組273以提供儲能單元240的電性特徵的一對應資訊。一次側控制模組273依據所述對應資訊而對應控制與決定一次側控制開關272的導通時間長度。
在此實施例中，回授模組285包括光耦合器PC1、電阻R1~R3、電容C4與C5以及齊納二極體ZD1。電阻R1的第一端耦接至儲能單元240。電阻R2的第一端與第二端分別耦接至電阻R1的第二端與二次側參考電壓(例如二次側接地電壓或其他固定電壓)。電阻R3的第一端耦接至儲能單元240。電阻R3的第一端即為回授模組285的感測端。電容C4第一端耦接至電阻R1的第二端。齊納二極體ZD1的陰極耦接至所述電容C4的第二端，齊納二極體ZD1的陽極耦接至二次側參考電壓。而齊納二極體ZD1的參考端耦接至電阻R1的第二端及電阻R2的第一端。在此實施例中齊納二極體ZD1型號可為德州儀器或其他廠牌的TL431齊納二極體，但不限制於此。光耦合器PC1的發光部的第一端耦接至電阻R3的第二端，光耦合器PC1的發光部的第二端耦接至電容C4的第二端。光耦合器PC1的感光部的第一端耦接至一次側控制模 組273以提供所述對應資訊，且光耦合器PC1的發光部的第一端即為回授模組285的輸出端。光耦合器PC1的感光部的第二端耦接至一次側參考電壓。電容C5的第一端耦接至光耦合器PC1的感光部的第一端，電容C5的第二端耦接至光耦合器PC1的感光部的第二端。
當回授模組285的感測端感測到儲能單元240上的電壓時，電流會流經光耦合器PC1的發光部與齊納二極體ZD1。當儲能單元240上的電壓改變，則流經光耦合器PC1的發光部的電流改變，讓發光部的發光強度作相對應的改變。回授模組285輸出至一次側控制模組273的輸出電壓也會隨之改變，進而改變一次側控制開關272的導通時間。例如，當儲能單元240上的電壓變大，則電阻R1與電阻R2的分壓變大。齊納二極體ZD1參考端的電壓增加，故流經齊納二極體ZD1與光耦合器PC1的發光部的電流變大。於是光耦合器PC1發光部的發光強度增加，使回授模組285輸出端的輸出電壓增加。一次側控制模組273接受到增加輸出電壓則減少一次側控制開關272的導通時間。使用光耦合回授技術可輸出一個可變化或可自我優化的電壓。綜上所述，第二實施例所述的交流直流轉換裝置20可使用光耦合回授技術對電壓進行回授，故可進一步提升本發明的轉換效率。
圖7為依照本發明實施例繪示圖2之交流直流轉換裝置20的第三實施例示意圖。圖7所示實施例可以參照圖4至圖6的相關說明而類推之。在此圖7所示實施例中，一次側電路270包 括整流電路271、一次側控制開關272、濾波電路274、晶片啟動(Startup)電路275、輔助電壓電路276與緩震電路(snubber)277。且此實施例中進一步包括有儲能單元282、輸出開關283、監測電路287、監測電路288、放電電路289與緩震電路290。在此實施例中，變壓器T1的一次側繞組進一步包括第一一次側繞組211與第二一次側繞組(在此稱為一次側輔助繞組213)。此一次側輔助繞組213與晶片啟動電路275耦接即為一次側調整(Primary-side Regulator,PSR)回授電路。
整流電路271在此實施例中包括有二極體D3~D6。二極體D3的陽極耦接至整流電路271的第一交流端與二極體D4的陰極，二極體D3的陰極耦接至整流電路271的第一直流端與二極體D5的陰極。二極體D4的陽極耦接至整流電路271的第二直流端及二極體D6的陽極。二極體D5的陽極耦接至整流電路271的第二交流端與二極體D6的陰極。交流電源30提供的交流電從整流電路271的第一交流端與第二交流端流入整流電路271，經二極體D3~D6處理後由第一直流端流出直流電流供給交流直流轉換裝置20使用。
一次側輔助繞組213的第一端與第二端在此實施例中分別為異名端與同名端。一次側輔助繞組213有兩個用途，其中一個是作一次側調整(Primary-side Regulator,PSR)回授，另一用途是產生一輔助電壓供一次側控制模組(未繪示，可參考圖4中一次側控制模組273的相關說明而類推之)使用。
一次側控制開關272包括電晶體Q2、電阻R12與電阻R13。電晶體Q2的第一端耦接至第一一次側繞組211的第二端。電晶體Q2的控制端耦接至一次側控制模組以接收控制信號VSW。電阻R12的第一端耦接至電晶體Q2的第二端。電阻R12的第二端耦接至一次側參考電壓(例如一次側接地電壓或其他固定電壓)。電阻R13的第一端耦接至電晶體Q2的控制端。電阻R13的第二端耦接至一次側參考電壓。電阻R13為下拉(Pull-down)電阻，其可讓電晶體Q2的控制端平時保持在接近一次側參考電壓的電位。設置於電阻R12第一端的電流偵測點VCS是用來偵測電流大小，如電流過大就要啟動過電流保護裝置。一次側參考電壓與二次側參考電壓在此實施例為共點，代表一次側參考電壓即為二次側參考電壓，但在其他實施例中也可不共點。
濾波電路274在此實施例包括電容C7。電容C7的第一端耦接至整流電路271的第一直流端以及變壓器T1一次側繞組211的第一端。電容C7的第二端耦接至整流電路271的第二直流端以及一次側參考電壓。濾波電路274的電容用以濾除從整流電路271的第一直流端與第二直流端輸出電能量的雜訊。
晶片啟動電路275兩端分別耦接至整流電路271的第一直流端與一次側控制模組(可參考圖4中一次側控制模組273的相關說明而類推之)。在此實施例中，晶片啟動電路275包括電阻R14、電容C8與二極體D7。電阻R14的第一端耦接至一次側繞組211的第一端以及整流電路271的第一直流端，電阻R14的第 二端耦接至一次側控制模組的電源腳位VDD。電源腳位VDD可以供電給一次側控制模組(可參考圖4中一次側控制模組273的相關說明而類推之)及/或二次側控制模組260(請參閱圖2)。二極體D7的陰極耦接至電阻R14的第二端。二極體D7的陽極耦接至一次側輔助繞組213的第一端。電容C8的第一端耦接至電阻R14的第二端，電容C8的第二端耦接至一次側參考電壓。一次側輔助繞組213的第二端耦接至一次側參考電壓。電阻R14在此實施例可為上拉(Pull-up)電阻，可讓一次側控制模組273的電源腳位VDD平時保持在高準位。當電源啟動時，輸入電壓會經過電阻R14為電容C8充電。當電容C8第一端的電壓到達啟動臨界電壓時，一次側控制模組便會啟動。一次側輔助繞組213通過二極體D7整流後的電壓也會傳輸至一次側控制模組273，並對電容C8充電。
輔助電壓電路276包括電阻R15、電阻R16與電容C9。電阻R15的第一端耦接至一次側輔助繞組213的異名端，電阻R15的第二端耦接至一次側控制模組(可參考圖4中一次側控制模組273的相關說明而類推之)。電阻R16的第一端耦接至電阻R15的第二端。電阻R16的第二端耦接至一次側輔助繞組213的同名端以及一次側參考電壓。電容C9的第一端耦接至電阻R16第一端，電容C9的第二端耦接至一次側參考電壓。輔助電壓電路276經配置以提供的輔助電壓VAUX(關聯於一次側輔助繞組213兩端電壓)，供一次側控制模組使用。
緩震電路277的第一端耦接至一次側繞組211的第一端。緩震電路277的第二端耦接至一次側繞組211的第二端。本實施例的緩震電路277是利用包括電阻R17、電容C10以及二極體D8的電路架構來實現。電阻R17的第一端耦接至整流電路271以及變壓器T1的一次側繞組211的第一端。電容C10的第一端耦接至一次側繞組211的第一端。電容C10的第二端耦接至電阻R17的第二端。二極體D8的陰極耦接至電阻R17的第二端以及電容C10的第二端。二極體D8的陽極端耦接至變壓器T1的一次側繞組211的第二端。具體而言，緩震電路277是用以吸收變壓器T1的漏電感所產生的能量。
輸出開關230耦接至二次側繞組212的第一端。輸出開關230可為電晶體Q3，但並不限制於此。儲能單元220的電容C1耦接至輸出開關230。監測電路287耦接至儲能單元220的電容C1。監測電路287包括電阻R4與R5。電阻R4的第一端耦接至儲能單元220中電容C1第一端。電阻R4的第二端耦接於電阻R5第一端。電阻R5第二端耦接於二次側參考電壓(例如二次側接地電壓或其他固定電壓)。監測電路287用來將儲能單元220的電容C1的電壓進行分壓，以及將分壓電壓VAUDIO傳送至二次側控制模組260(請參閱圖2)。二次側控制模組可以依據分壓電壓VAUDIO而獲知儲能單元220的電性特徵(例如電壓)。
在此實施例中，輸出開關250為二極體D2，但不限於此。二極體D2的陽極耦接至二次側繞組212的第一端，二極體D2的 陰極耦接至儲能單元240。當二極體D2的陰極電壓大於陽極電壓時，二極體D2為截止狀態，因此二極體D2也可視為一種輸出開關。監測電路288耦接至儲能單元240的電容C2。監測電路288包括電阻R8與R9。電阻R8的第一端耦接至儲能單元240中電容C2第一端，電阻R8的第二端耦接於電阻R9第一端。電阻R9第二端耦接於二次側參考電壓(例如二次側接地電壓或其他固定電壓)。監測電路288用來將儲能單元240中電容C2的電壓進行分壓，以及將分壓電壓VLED傳送至二次側控制模組(可參考圖4中二次側控制模組260的相關說明而類推之)。
緩震電路290的兩端分別耦接至二極體D2的陽極端與陰極端。緩震電路290包括電阻R10與電容C6。電阻R10的第一端耦接至二極體D2的陽極端。電阻R10的第二端耦接至電容C6的第一端。電容C6的第二端耦接至二極體D2的陰極端。緩震電路290可以濾除二極體D2在切換導通與截止狀態時所產生的突波。
輸出開關283耦接至二次側繞組212的第一端。輸出開關283可為電晶體Q4，但並不限制於此。儲能單元282的電容C3耦接至輸出開關283。本實施例中使用一次側調整(PSR)技術來控制並調整儲能單元282的輸出電壓。此技術是利用晶片啟動電路275與輔助電壓電路276中，包括二極體D7、電阻R15與R16、電容C8與C9的電路架構來實現。一次側調整的原理是透過偵測一次側輔助繞組213的電壓變化，來檢測二次側輸出電壓變化的情形。在釋能期間，輸出電壓與同步整流單元281的正向導通壓 降會被反射到一次側輔助繞組213，且一次側輔助繞組213兩端電壓響應於輸出電壓。在釋能期間儲存在變壓器T1中電能的剩餘量，會反映在最後導通的輸出開關283的輸出電壓。故在此實施例中，一次側輔助繞組213兩端電壓相關於最後導通的輸出開關283的輸出電壓。響應於一次側輔助繞組213兩端電壓的輔助電壓VAUX被回授至一次側控制模組(可參考圖4中一次側控制模組273的相關說明而類推之)。因此，一次側控制模組即能依據輔助電壓VAUX調整一次側控制開關272中電晶體Q2的導通期間的時間長度，以及對應調整輸出開關283的導通期間的時間長度。藉由使用一次側調整回授技術，最後導通的輸出開關283的輸出電壓可以被維持為定電壓。
在此實施例中，當開關230與283均為截止時，儲存在變壓器T1的電能量會被傳輸至儲能單元240，以使輸出電壓VOUT維持於負載42(請參閱圖2)之額定電壓(例如為55V，但並不限制於此)。二次側控制模組260(請參閱圖2)可以藉由監測電路288來監測儲能單元240的電容C2的跨壓。當儲能單元240中電容C2的電壓達到與電容C2耦接的負載42的額定電壓準位時，以及/或者當流經與電容C2耦接的負載42的電流達到負載42的額定電流準位時，二次側控制模組260可以使輸出開關230導通而讓儲存在變壓器T1的電能量可以對下一組供電電路(儲能單元220與其負載)進行電能量補充。由於輸出開關230導通而使二極體D2的陽極電壓被拉下。當二極體D2的陰極電壓大於陽極電壓 時，二極體D2為截止狀態，因此二極體D2可以保持儲能單元240中電容C2的電壓。
在輸出開關230的導通期間，二次側控制模組可以藉由監測電路287來監測儲能單元220的電容C1的跨壓。當輸出電壓VOUTA達到第一負載(未繪示，可參考圖4中負載41的相關說明而類推之)的額定電壓準位時，二次側控制模組即關閉輸出開關230，並通知一次側控制模組(可參考圖4中一次側控制模組273的相關說明而類推之)使輸出開關283導通而讓儲存在變壓器T1的電能量可以對下一組供電電路(儲能單元282與其負載)進行電能量補充。一次側控制模組可以使用一次側調整(PSR)技術來控制輸出開關283以調整儲能單元282的輸出電壓VOUTB。
放電電路289在此實施例中是以電晶體Q5為例，但並不限制於此。且電晶體Q5第一端與第二端分別耦接至二極體D2的陰極與儲能單元282。電晶體Q5控制端則耦接至二次側控制模組260(請參閱圖2)。在此實施例中，輸出電壓VOUT是輸出電壓VOUT、輸出電壓VOUTA及輸出電壓VOUTB中最大的電壓。當需要釋放儲能單元240的電容C2電能時，二次側控制模組260控制電晶體Q5導通，電能量可以經由電晶體Q5流至電位較低的VOUTB，以達到快速釋能的目的。
在此實施例中，同步整流單元281包括同步整流二極體D1、電阻R6與電阻R7。同步整流二極體D1陰極與陽極分別耦接至二次側繞組212的第二端與二次側參考電壓(例如二次側接 地電壓或其他固定電壓)。當二極體D1的陰極電壓大於陽極電壓時，二極體D1為截止狀態，因此同步整流二極體D1也可視為一種同步整流開關。電阻R6第一端耦接至同步整流二極體D1的陰極。電阻R7第一端與第二端分別耦接至電阻R6的第二端與同步整流二極體D1的陽極。電阻R6與電阻R7串聯是用來分壓。二次側控制模組(可參考圖4中二次側控制模組260的相關說明而類推之)可以擷取位於電阻R6第二端與電阻R7第一端耦接處的監測點VSYNC上的電壓訊號。二次側控制模組260可以依據監測點VSYNC的電壓準位而判斷在所述釋能期間結束時儲存在變壓器T1中電能剩餘量，以及依據在釋能期間結束時變壓器T1中電能剩餘量來對應調整一次側控制開關272的導通時間長度，也就是調整充電期間的時間長度。
圖8為依照本發明實施例繪示圖2之交流直流轉換裝置20的第四實施例示意圖。圖8所示實施例可以參照圖4至圖7的相關說明而類推之。第四實施例為應用在顯示(monitor)系統的實施例。第四實施例另外包括有儲能單元292、輸出開關293、監測電路291、監測電路294、低壓降穩壓器(Low-dropout regulator,LDO)295與低壓降穩壓器296。第四實施例可以用來提供顯示系統的顯示驅動板(Scalar Board)的電源。在此實施例中，監測電路291包括有電阻R18與R19。電阻R18的第一端耦接至儲能單元282的電容C3的第一端以及輸出開關283的電晶體Q4的第二端。電阻R18的第二端耦接於電阻R19第一端。電阻R19第二端 耦接於二次側參考電壓(例如二次側接地電壓或其他固定電壓)。監測電路291用來將儲能單元282的電容C3的電壓進行分壓，以及將分壓電壓傳送至二次側控制模組260(如圖2所示)。二次側控制模組260可以依據電阻R18與R19所產生的分壓電壓而獲知儲能單元282的電性特徵(例如電壓)。
儲能單元292包括有電容C11。輸出開關293包括有電晶體Q6。監測電路294包括有電阻R20與R21。電阻R20的第一端耦接至儲能單元292的電容C11的第一端以及輸出開關293的電晶體Q6的第二端。電阻R21的第一端耦接至電阻R20的第二端。電阻R21的第二端耦接至二次側參考電壓(例如二次側接地電壓)。儲能單元292除了可提供輸出電壓給負載46，還可提供電能給低壓降穩壓器295、296。低壓降穩壓器295、296接收電能後便可分別輸出不同的電壓給負載44、45。
充電期間藉由導通一次側控制開關272將整流電路271所輸出的電能儲存在變壓器T1。在充電期間結束後，接著進入釋能期間。在釋能期間中，儲存在變壓器T1的電能可以分配給儲能單元220、240、282與292。
當開關230、283與293均為截止時，輸出開關250的二極體D2的陽極電壓會被變壓器T1拉高，因此儲存在變壓器T1的電能量可以對儲能單元240與負載42進行電能量補充。在開關230、283與293均為截止的期間，二次側控制模組260(如圖2所示)監控儲能單元240的電壓，以及/或者監控流經負載42的電 流，以對儲能單元240的輸出電能進行最佳化。例如，二次側控制模組260可以將儲能單元240的電壓維持於負載42的額定電壓準位。又例如，二次側控制模組260可以將流經負載42的電流維持於負載42的額定電流準位。負載42可為顯示器的發光二極體背光(LED Backlight)模組，輸出至負載42的電壓可為30~60V，最大電流可為0.3~0.4A，但並不限制於此。當分配至儲能單元240的電能量到達預設值時，例如當儲能單元240的電壓達到負載42的額定電壓準位時，以及/或者當流經負載42的電流達到負載42的額定電流準位時，二次側控制模組260即導通輸出開關230，而讓儲存在變壓器T1的電能量可以對下一組供電電路(儲能單元220與負載41)進行電能量補充。由於輸出開關230導通而使輸出開關250的二極體D2的陽極電壓被拉下。當二極體D2的陰極電壓大於陽極電壓時，二極體D2為截止狀態，因此二極體D2可以保持儲能單元240中電容C2的電壓。
在輸出開關230導通的期間，二次側控制模組260(如圖2所示)監控儲能單元220的電壓，以對儲能單元220的輸出電能進行最佳化。例如，二次側控制模組260可以將儲能單元220的電壓維持於負載41的額定電壓準位。負載41可為顯示器的音訊(Audio)模組。輸出至負載41的電壓可為5V，最大電流可為1.2A，但並不限制於此。當分配至儲能單元220的電能量到達預設值時，例如當儲能單元220的電壓達到負載41的額定電壓準位時，二次側控制模組260即關閉輸出開關230，並使輸出開關283 導通而讓儲存在變壓器T1的電能量可以對下一組供電電路(儲能單元282與負載43)進行電能量補充。
在輸出開關283導通的期間，二次側控制模組260(如圖2所示)監控儲能單元282的電壓，以對儲能單元282的輸出電能進行最佳化。例如，二次側控制模組260可以將儲能單元282的電壓維持於負載43的額定電壓準位。負載43可為顯示器的顯示驅動板(Scalar Board)中的視頻圖形陣列(Video Graphics Array,VGA)電路。輸出至負載43的電壓可為5V，最大電流可為1.5A，但並不限制於此。當分配至儲能單元282的電能量到達預設值時，例如當儲能單元282的電壓達到負載43的額定電壓準位時，二次側控制模組260即關閉輸出開關283，並使輸出開關293導通而讓儲存在變壓器T1的電能量可以對下一組供電電路(儲能單元292、負載46、低壓降穩壓器295與低壓降穩壓器296)進行電能量補充。
在輸出開關293導通的期間，二次側控制模組260(如圖2所示)監控儲能單元292的電壓，以對儲能單元292的輸出電能進行最佳化。例如，二次側控制模組260可以將儲能單元292的電壓維持於負載46的額定電壓準位。負載46可為顯示器的顯示驅動板中的輸入/輸出(Input/Output,I/O)電路。輸出至負載46的電壓可為3.3V，最大電流可為0.8A，但並不限制於此。當分配至儲能單元292的電能量到達預設值時，例如當儲能單元292的電壓達到負載46的額定電壓準位時，二次側控制模組260即關閉 輸出開關293。
低壓降穩壓器295包括有放大器OP2、電晶體Q7以及電阻R22、R23。放大器OP2的非反向輸入端接收參考電壓Vref1。放大器OP2的輸出端耦接至電晶體Q7的控制端。電晶體Q7的第一端(即為低壓降穩壓器295的電能輸入端)耦接至電容C11與電晶體Q6。電晶體Q7的第二端耦接至電阻R22的第一端。電阻R22的第二端耦接至放大器OP2的反向輸入端與電阻R23的第一端。電阻R23的第二端耦接至二次側參考電壓。電晶體Q7的第二端為低壓降穩壓器295的輸出端以供電給負載44。因此，低壓降穩壓器295可以依據參考電壓Vref1，而將儲能單元292的電壓轉換為負載44的額定電壓。負載44可為顯示器的顯示驅動板中的動態隨機存取記憶體(Dynamic Random Access Memory,DRAM)。輸出至負載44的電壓可為2.5V，但並不限制於此。
低壓降穩壓器296包括有放大器OP3、電晶體Q8以及電阻R24、R25。放大器OP3的非反向輸入端接收參考電壓Vref2。放大器OP3的輸出端耦接至電晶體Q8的控制端。電晶體Q8的第一端(即為低壓降穩壓器296的電能輸入端)耦接至電容C11與電晶體Q6。電晶體Q8的第二端耦接至電阻R24的第一端。電阻R24的第二端耦接至放大器OP3的反向輸入端與電阻R25的第一端。電阻R25的第二端耦接至二次側參考電壓。電晶體Q8的第二端為低壓降穩壓器296的輸出端以供電給負載45。因此，低壓降穩壓器296可以依據參考電壓Vref2，而將儲能單元292的電壓轉換為 負載45的額定電壓。負載45可為顯示器的顯示驅動板中的核心(Core)模組。輸出至負載45的電壓可為1.2V，但並不限制於此。另外在本實施例中，儲能單元292的電壓可以是各儲能單元240、220、282、292的電壓之中最小的，使得儲能單元292的電壓可以更接近低壓降穩壓器295與低壓降穩壓器296的輸出電壓。由於低壓降穩壓器的輸入電壓與輸出電壓之間的壓差值可以進一步地降低，故可提昇電壓的轉換效率。
綜上所述，本發明諸實施例提供一種交流直流轉換裝置20及其操作方法。此交流直流轉換裝置20使用二次側控制模組260監測儲能單元220及儲能單元240，並依監測結果決定或控制輸出開關230與輸出開關250的導通時間長度。故只需使用變壓器T1的同一個二次側繞組212即可產生多組可作最佳化及精確調整的輸出電壓，而不需配置額外的電壓轉換器。而且本發明部份實施例可使用光耦合回授技術或一次側調整回授技術對電壓進行回授，可進一步提升交流直流轉換裝置20及其操作方法的轉換效率。
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。
20‧‧‧交流直流轉換裝置
211‧‧‧一次側繞組
212‧‧‧二次側繞組
220、240‧‧‧儲能單元
230、250‧‧‧輸出開關
260‧‧‧二次側控制模組
270‧‧‧一次側電路
30‧‧‧交流電源
41、42‧‧‧負載
T1‧‧‧變壓器

Claims (20)

  1. 一種交流直流轉換裝置，包括：一變壓器，包括至少一一次側繞組與至少一二次側繞組；一第一儲能單元；一第一輸出開關，所述第一輸出開關的第一端與第二端分別耦接至所述第一儲能單元與所述二次側繞組的一第一端；一第二儲能單元；一第二輸出開關，所述第二輸出開關的第一端與第二端分別耦接至所述第二儲能單元與所述二次側繞組的所述第一端；一二次側控制模組，耦接至所述第一儲能單元以監測所述第一儲能單元的一第一電性特徵，並耦接至所述第二儲能單元以監測所述第二儲能單元的一第二電性特徵，其中所述二次側控制模組依據對所述第一電性特徵的監測結果而對應決定所述第一輸出開關的導通期間的時間長度，以及依據對所述第二電性特徵的監測結果而對應決定所述第二輸出開關的導通期間的時間長度；以及一同步整流單元，其第一端與第二端分別耦接至所述二次側繞組的一第二端與一參考電壓，所述同步整流單元包括：一同步整流二極體，其陰極與陽極分別耦接至所述二次側繞組的所述第二端與所述參考電壓；一第一電阻，其第一端耦接至所述同步整流二極體的陰極：以及 一第二電阻，其第一端與第二端分別耦接至所述第一電阻的第二端與所述同步整流二極體的陽極。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的交流直流轉換裝置，其中所述第一輸出開關的導通期間與所述第二輸出開關的導通期間部份重疊或互不重疊。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的交流直流轉換裝置，所述同步整流單元包括：一同步整流開關，其第一端與第二端分別耦接至所述二次側繞組的所述第二端與所述參考電壓，而所述同步整流開關的控制端耦接至所述二次側控制模組。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的交流直流轉換裝置，更包括一第三儲能單元；以及一二極體，所述二極體的陽極與陰極分別耦接至所述二次側繞組的第一端與所述第三儲能單元。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的交流直流轉換裝置，其中所述至少一一次側繞組包括一第一一次側繞組，且所述交流直流轉換裝置更包括：一整流電路，其第一直流端與第二直流端分別耦接至所述第一一次側繞組的第一端及一一次側參考電壓；一一次側控制開關，所述一次側控制開關的第一端與第二端分別耦接至所述第一一次側繞組的第二端及所述一次側參考電壓； 一一次側控制模組，其與所述一次側控制開關的控制端耦接；其中所述一次側控制模組藉由控制所述一次側控制開關的導通期間的時間長度來決定儲存在所述變壓器的電能量，而所述二次側控制模組藉由控制所述第一輸出開關與所述第二輸出開關的導通期間的時間長度來決定從所述變壓器釋放出的電能量。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的交流直流轉換裝置，其中所述一次側控制開關包括：一電晶體，其第一端耦接至所述第一一次側繞組的第二端，而所述電晶體的控制端耦接至所述一次側控制模組；一第一電阻，其第一端與第二端分別耦接至所述電晶體的第二端與所述一次側參考電壓；以及一第二電阻，其第一端與第二端分別耦接至所述電晶體的所述控制端與所述一次側參考電壓。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的交流直流轉換裝置，更包括：一緩震電路，其第一端與第二端分別與所述第一一次側繞組的第一端與第二端耦接。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的交流直流轉換裝置，其中所述緩震電路包括：一電阻，其第一端耦接至所述第一一次側繞組的所述第一端；一電容，其第一端與第二端分別耦接至所述第一一次側繞組的所述第一端與所述電阻的第二端；以及一二極體，其陰極與陽極分別耦接至所述電阻的第二端與所 述第一一次側繞組的第二端。
  9. 如申請專利範圍第5項所述的交流直流轉換裝置，其中所述交流直流轉換裝置更包括：一晶片啟動電路，其兩端分別耦接至所述整流電路的所述第一直流端與所述一次側控制模組。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的交流直流轉換裝置，其中所述至少一一次側繞組更包括一第二一次側繞組，且所述晶片啟動電路包括：一電阻，其第一端耦接至所述整流電路的所述第一直流端以及所述第一一次側繞組的所述第一端，其第二端耦接至所述一次側控制模組；一二極體，其陰極與陽極分別耦接至所述電阻的第二端與所述第二一次側繞組的第一端；以及一電容，其第一端與第二端分別耦接至所述電阻的第二端與所述一次側參考電壓；其中所述第二一次側繞組的第二端耦接至所述一次側參考電壓。
  11. 如申請專利範圍第5項所述的交流直流轉換裝置，更包括：一回授模組，其一感測端耦接至所述第二儲能單元以監測所述第二儲能單元的一第三電性特徵，所述回授模組之輸出端耦接至所述一次側控制模組以提供所述第三電性特徵的一對應資訊， 其中所述一次側控制模組依據所述對應資訊而對應決定所述一次側控制開關的導通時間長度。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的交流直流轉換裝置，其中所述回授模組包括：一第一電阻，其第一端耦接至所述第二儲能單元；一第二電阻，其第一端與第二端分別耦接至所述第一電阻的第二端與一二次側參考電壓；一第三電阻，其第一端耦接至所述第二儲能單元；一第一電容，其第一端耦接至所述第一電阻的第二端；一齊納二極體，其陰極與陽極分別耦接至所述第一電容的第二端與所述二次側參考電壓；一光耦合器，其一發光部的第一端與第二端分別耦接至所述第三電阻的第二端與所述第一電容的第二端，而所述光耦合器的一感光部的第一端與第二端分別耦接至所述一次側控制模組以提供所述對應資訊與所述一次側參考電壓；以及一第二電容，其第一端與第二端分別耦接至所述光耦合器的所述感光部的第一端與第二端。
  13. 如申請專利範圍第5項所述的交流直流轉換裝置，其中所述一次側控制模組與所述二次側控制模組均配置於同一積體電路中。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的交流直流轉換裝置，其中所述二次側控制模組耦接至所述二次側繞組的一第二端以監測一 電壓特徵，其中所述二次側控制模組依據對所述電壓特徵的監測結果而對應控制所述第一輸出開關的導通時序。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的交流直流轉換裝置，更包括一低壓降穩壓器，其電能輸入端耦接至所述第二儲能單元。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的交流直流轉換裝置，其中所述第二儲能單元的電壓為所述交流直流轉換裝置的多個儲能單元的電壓之中的最小電壓。
  17. 一種交流直流轉換裝置，包括：一變壓器，包括至少一一次側繞組與至少一二次側繞組；一第一儲能單元；一第一輸出開關，所述第一輸出開關的第一端與第二端分別耦接至所述第一儲能單元與所述二次側繞組的一第一端；一第二儲能單元；一第二輸出開關，所述第二輸出開關的第一端與第二端分別耦接至所述第二儲能單元與所述二次側繞組的所述第一端；以及一二次側控制模組，耦接至所述第一儲能單元以監測所述第一儲能單元的一第一電性特徵，並耦接至所述第二儲能單元以監測所述第二儲能單元的一第二電性特徵，其中所述二次側控制模組依據對所述第一電性特徵的監測結果而對應決定所述第一輸出開關的導通期間的時間長度，以及依據對所述第二電性特徵的監測結果而對應決定所述第二輸出開關的導通期間的時間長度；其中所述第二儲能單元供電給一負載之一電流路徑，而所述 交流直流轉換裝置更包括：一電流偵側器，配置於所述電流路徑中以偵測所述負載之電流，並輸出一電流偵側結果至所述二次側控制模組；其中所述二次側控制模組接收所述電流偵側結果作為所述第二電性特徵的監測結果。
  18. 一種交流直流轉換裝置的操作方法，包括：配置一變壓器於所述交流直流轉換裝置，其中所述變壓器包括至少一一次側繞組與至少一二次側繞組；配置一第一儲能單元與一第一輸出開關於所述交流直流轉換裝置，其中所述第一輸出開關的第一端與第二端分別耦接至所述二次側繞組的一第一端與所述第一儲能單元；配置一第二儲能單元與一第二輸出開關於所述交流直流轉換裝置，其中所述第二輸出開關的第一端與第二端分別耦接至所述第二儲能單元與所述二次側繞組的所述第一端；於所述第一輸出開關的導通期間將所述變壓器所儲存電能傳輸至所述第一儲能單元，並監測所述第一儲能單元的一第一電性特徵，以及依據對所述第一電性特徵的監測結果而對應決定所述第一輸出開關的導通期間的時間長度；於所述第二輸出開關的導通期間將所述變壓器所儲存電能傳輸至所述第二儲能單元，並監測所述第二儲能單元的一第二電性特徵，以及依據對所述第二電性特徵的監測結果而對應決定所述第二輸出開關的導通期間的時間長度；以及 偵測所述二次側繞組的第二端的電壓，其中當所述二次側繞組的第二端為負電壓準位時，依序導通所述第一輸出開關與所述第二輸出開關。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的交流直流轉換裝置的操作方法，更包括：配置一整流電路於所述交流直流轉換裝置，其中所述整流電路的第一直流端與第二直流端分別耦接至所述一次側繞組的第一端及一一次側參考電壓；配置一一次側控制開關在所述交流直流轉換裝置中，其中所述一次側控制開關的第一端與第二端分別耦接至所述一次側繞組的第二端及所述一次側參考電壓；以及於一充電期間藉由導通所述一次側控制開關將所述整流電路所輸出的電能儲存在所述變壓器。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的交流直流轉換裝置的操作方法，其中所述充電期間、所述第一輸出開關的導通期間與所述第二輸出開關的導通期間互不重疊。
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