TWI527342B

TWI527342B - 電源供應裝置

Info

Publication number: TWI527342B
Application number: TW100129764A
Authority: TW
Inventors: 劉彰員; 王傳凱
Original assignee: 善元科技股份有限公司
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2016-03-21
Also published as: CN102955551B; CN102955551A; US20130043727A1; TW201310860A

Description

電源供應裝置

本發明是有關於一種電源供應技術，且特別是有關於一種適於電腦系統的電源供應裝置。

圖1為現有電腦系統之電源供應裝置100的示意圖。請參照圖1。電源供應裝置100包括輸入轉換級110、主電源轉換電路120、輔助電源轉換電路130，以及待機電源產生電路140。其中，輸入轉換級110用以接收交流電壓AC_IN，並對所接收的交流電壓AC_IN進行轉換以輸出直流輸入電壓DC_IN。主電源轉換電路120用以對直流輸入電壓DC_IN進行轉換以產生並輸出主電源P_main。輔助電源轉換電路130用以對直流輸入電壓DC_IN進行轉換以產生並輸出輔助電源P_aux。待機電源產生電路140用以對輔助電源P_aux進行轉換以產生並輸出待機電源P_sb。

一般而言，輔助電源轉換電路130的功用係用以輔助主電源轉換電路120的啟動(activation)，並且提供輔助電源P_aux以致使待機電源產生電路140產生待機電源P_sb。然而，由於現今輔助電源轉換電路130的電路拓撲型態大多採用反馳式(flyback)電源轉換電路，故而電源供應裝置100整體的效率會因為反馳式電源轉換電路的轉換效率較差(大約落在70%~75%)而降低。如此一來，電源供應裝置100就會產生過多的無效功率而不利於節能的表現。

有鑒於此，本發明提供一種電源供應裝置，其得以解決先前技術所述及的問題。

本發明所提供的電源供應裝置包括輸入轉換級、主電源轉換電路、輔助電源轉換電路、切換單元，以及降壓式電源轉換電路。其中，輸入轉換級用以接收交流電壓，並對交流電壓進行轉換以輸出直流輸入電壓。主電源轉換電路耦接輸入轉換級，用以對直流輸入電壓進行轉換以產生並輸出主電源。輔助電源轉換電路耦接輸入轉換級，用以對直流輸入電壓進行轉換以產生並輸出輔助電源。切換單元耦接主電源轉換電路與輔助電源轉換電路，用以接收主電源與輔助電源，並選擇主電源與輔助電源其中之一而輸出。降壓式電源轉換電路耦接切換單元，用以對切換單元的輸出進行降壓以產生並輸出待機電源。

於本發明的一實施例中，在電源供應裝置的啟動階段，輔助電源優先於主電源而被產生。另外，在電源供應裝置的運作階段，主電源反應於輔助電源的產生而被產生。其中，主電源大於輔助電源。

於本發明的一實施例中，在電源供應裝置的啟動階段，切換單元輸出輔助電源給降壓式電源轉換電路；另外，在電源供應裝置的運作階段，切換單元輸出主電源給降壓式電源轉換電路。

於本發明的一實施例中，切換單元包括第一二極體與第二二極體。其中，第一二極體的陽極用以接收主電源，而第一二極體的陰極則耦接至降壓式電源轉換電路的輸入。第二二極體的陽極用以接收輔助電源，而第二二極體的陰極則耦接至降壓式電源轉換電路的輸入。

於本發明的一實施例中，切換單元更反應於第一控制訊號與第二控制訊號而選擇並輸出主電源與輔助電源其中之一。在此條件下，切換單元包括第一開關以及第二開關。其中，第一開關用以接收主電源，並且反應於第一控制訊號而決定是否導通。第二開關用以接收輔助電源，並且反應於第二控制訊號而決定是否導通。其中，第一開關於電源供應裝置的啟動階段關閉，並於電源供應裝置的運作階段導通；而第二開關於電源供應裝置的啟動階段導通，並於電源供應裝置的運作階段關閉。

於本發明的一實施例中，電源供應裝置更包括控制單元，其耦接主電源轉換電路、輔助電源轉換電路與切換單元，用以反應於主電源與輔助電源而產生第一控制訊號與第二控制訊號。

於本發明的一實施例中，主電源轉換電路可以為順向式電源轉換電路、反馳式電源轉換電路、主動箝位半橋式電源轉換電路、主動箝位全橋式電源轉換電路或推挽式電源轉換電路。

於本發明的一實施例中，輔助電源轉換電路可以為反馳式電源轉換電路。

本發明主要是利用切換單元於電源供應裝置的啟動階段輸出輔助電源給降壓式電源轉換電路以產生待機電源，並於電源供應裝置的運作階段輸出主電源給降壓式電源轉換電路以產生待機電源。基於輔助電源產生電路只會在電源供應裝置的啟動階段下而全然運作，以至於電源供應裝置整體的效率(端看電源供應裝置的運作階段而言)會因為降壓式電源轉換電路的轉換效率較高(大約落在93%~97%)而提升。如此一來，電源供應裝置就不會產生過多的無效功率而有利於節能的表現。

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，其並不能限制本發明所欲主張之範圍。

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2繪示為本發明一實施例之電源供應裝置200的示意圖。請參照圖2，電源供應裝置200適於應用在電腦系統，但並不限制於此，且其包括輸入轉換級(input conversion stage)210、主電源轉換電路(main-power conversion circuit)220、輔助電源轉換電路(auxiliary-power conversion circuit)230、切換單元(switching unit)240，以及降壓式電源轉換電路(buck power conversion circuit) 250。於本實施例中，輸入轉換級210用以接收交流電壓AC_IN(例如可以是交流市電，但不以此為限)，並對交流電壓AC_IN進行轉換，藉以輸出直流輸入電壓DC_IN。

更清楚來說，圖3是圖2之輸入轉換級210的示意圖。請合併參照圖2與圖3，輸入轉換級210可以包括電磁干擾濾波器(electromagnetic interference filter,EMI filter)212、橋式整流及濾波電路214，以及功率因數校正(PFC)轉換器216。電磁干擾濾波器212耦接於交流電壓AC_IN與橋式整流及濾波電路214之間，用以抑制交流電壓AC_IN的電磁雜訊(electromagnetic noise)。橋式整流及濾波電路214用以接收電磁干擾濾波器212所輸出的交流電壓AC_IN，並對所接收的交流電壓AC_IN進行全波整流與濾波，藉以輸出直流輸入電壓DC_IN。功率因數校正轉換器216耦接橋式整流及濾波電路214，用以對橋式整流及濾波電路214的輸出(亦即直流輸入電壓DC_IN)進行功率因數校正。

另一方面，主電源轉換電路220耦接輸入轉換級210，用以對輸入轉換級210所輸出的直流輸入電壓DC_IN進行轉換，藉以產生並輸出主電源P_main。另外，輔助電源轉換電路230耦接輸入轉換級210，用以對輸入轉換級210所輸出的直流輸入電壓DC_IN進行轉換，藉以產生並輸出輔助電源P_aux。

於本實施例中，主電源轉換電路220的電路拓撲型態可以為順向式(Forward)電源轉換電路、反馳式(Flyback) 電源轉換電路、主動箝位半橋式(Active Clamp and Half Bridge)電源轉換電路、主動箝位全橋式(Active Clamp and Full Bridge)電源轉換電路或推挽式(Push-Pull)電源轉換電路，但並不限制於此。另外，輔助電源轉換電路230的電路拓撲型態可以為反馳式(Flyback)電源轉換電路。然而，關於上述各種電源轉換電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。

切換單元240耦接主電源轉換電路220與輔助電源轉換電路230，用以接收主電源轉換電路220所輸出的主電源P_main與輔助電源轉換電路230所輸出的輔助電源P_aux，並且選擇所接收的主電源P_main與輔助電源P_aux其中之一而輸出。降壓式電源轉換電路250耦接切換單元240，用以對切換單元240的輸出進行降壓以產生並輸出待機電源P_sb。

於本實施例中，電源供應裝置200具有啟動階段與運作階段。在電源供應裝置200的啟動階段，輔助電源P_aux優先於主電源P_main而被產生。另外，在電源供應裝置200的運作階段，主電源P_main反應於輔助電源P_aux的產生而被產生。換言之，輔助電源P_aux係用以輔助主電源轉換電路220的啟動(activation)而產生主電源P_main。其中，主電源P_main可以大於輔助電源P_aux。例如，若輔助電源P_aux的設計係以主電源P_main的最低穩壓率5%為原則的話，則當主電源P_main設計為12V時，則輔助電源P_aux可以為11.4V(12V×95%=11.4V)，但是關於主電源P_main與輔助電源P_aux的設計並不以此例子為限。

另一方面，在電源供應裝置200的啟動階段，切換單元240會輸出輔助電源P_aux給降壓式電源轉換電路250；而在電源供應裝置200的運作階段，切換單元240會改為輸出主電源P_main給降壓式電源轉換電路250。亦即，在電源供應裝置200的啟動階段，切換單元240的輸出P_select為輔助電源P_aux；而在電源供應裝置200的運作階段，切換單元240的輸出P_select為主電源P_main。如此一來，降壓式電源轉換電路250即會對切換單元240的輸出P_select(亦即輔助電源P_aux或主電源P_main)進行降壓，藉以產生並輸出待機電源P_sb(其例如為5V，但不以此為限)。

圖4繪示為圖2之切換單元240的實施示意圖。請合併參照圖2與圖4，切換單元240可以包括二極體D1及D2。其中，二極體D1的陽極用以接收主電源P_main，而二極體D1的陰極則耦接至降壓式電源轉換電路250的輸入。另外，二極體D2的陽極用以接收輔助電源P_aux，而二極體D2的陰極則耦接至降壓式電源轉換電路250的輸入。

於本實施例中，在電源供應裝置200的啟動階段，由於主電源P_main尚未產生，因此僅有二極體D2會導通以傳導輔助電源P_aux給降壓式電源轉換電路250；而在電源供應裝置200的運作階段，由於主電源P_main已產生，因此僅有二極體D1會導通以傳導主電源P_main給降壓式電源轉換電路250。如此一來，降壓式電源轉換電路250即會對切換單元240的輸出P_select(亦即對應於啟動階段的輔助電源P_aux或對應於運作階段的主電源P_main)進行降壓，藉以產生並輸出待機電源P_sb。

由此可知，輔助電源轉換電路230只會在電源供應裝置200的啟動階段而全然運作，並在電源供應裝置200的運作階段處於近似休眠的狀態，其係因此時輔助電源轉換電路230的輸出負載可視為空載的狀況。顯然地，在電源供應裝置200的運作階段，轉換效率較差的輔助電源轉換電路230會被關閉，而轉換效率較高的降壓式電源轉換電路250會反應於主電源P_main而產生待機電源P_sb。如此一來，電源供應裝置200整體的效率(端看電源供應裝置200的運作階段而言)會因為降壓式電源轉換電路250的轉換效率較高(大約落在93%~97%)而提升，以至於電源供應裝置200並不會產生過多的無效功率而有利於節能的表現。

除此之外，圖5A繪示為本發明另一實施例之電源供應裝置500的示意圖。請合併參照圖2與圖5A，電源供應裝置500相較於電源供應裝置200而言，其差異在於多出了控制單元260以及切換單元240與240’的實施態樣相異。其中，控制單元260耦接主電源轉換電路220、輔助電源轉換電路230與切換單元240’，用以反應於主電源 P_main與輔助電源P_aux而產生第一控制訊號CS1與第二控制訊號CS2。基此，切換單元240’則反應於來自控制單元260的第一控制訊號CS1與第二控制訊號CS2而選擇並輸出所接收的主電源P_main與輔助電源P_aux其中之一。

更清楚來說，圖5B繪示為圖5A之切換單元240’的示意圖。請合併參照圖5A與圖5B，切換單元240’包括第一開關SW1與第二開關SW2。其中，第一開關SW1用以接收主電源P_main，並且反應於來自控制單元260的第一控制訊號CS1而決定是否導通。另外，第二開關SW2用以接收輔助電源P_aux，並且反應於來自控制單元260的第二控制訊號CS2而決定是否導通。於本實施例中，第一開關SW1於電源供應裝置500的啟動階段關閉，並於電源供應裝置500的運作階段導通。另外，第二開關SW2於電源供應裝置500的啟動階段導通，並於電源供應裝置500的運作階段關閉。

基此，圖6A、圖6B、圖6C、圖6D與圖6E分別為圖5B之切換單元240’的實施示意圖。請合併參照圖5B與圖6A~6E，於本實施例中，第一開關SW1與第二開關SW2可以各別利用PNP電晶體來實施(如圖6A所繪示)，或者可以各別利用NPN電晶體來實施(如圖6B所繪示)，或者可以各別利用PMOS電晶體來實施(如圖6C所繪示)，或者可以各別利用NMOS電晶體來實施(如圖6D所繪示)，或者可以各別利用繼電器(relay)來實施(如圖6E所繪示)，但並不限制於此，一切視實際需求而論。

在電源供應裝置500的啟動階段，由於主電源P_main尚未產生，因此控制單元260會據以產生第一控制訊號CS1與第二控制訊號CS2來各別關閉與導通第一開關SW1與第二開關SW2。如此一來，輔助電源P_aux將會被傳導至降壓式電源轉換電路250。另外，在電源供應裝置500的運作階段，由於主電源P_main已產生，因此控制單元260會據以產生第一控制訊號CS1與第二控制訊號CS2來各別導通與關閉第一開關SW1與第二開關SW2。如此一來，主電源P_main將會被傳導至降壓式電源轉換電路250。由此，降壓式電源轉換電路250即會對切換單元240’的輸出P_select(亦即對應於啟動階段的輔助電源P_aux或對應於運作階段的主電源P_main)進行降壓，藉以產生並輸出待機電源P_sb。

相似地，輔助電源轉換電路230只會在電源供應裝置500的啟動階段而全然運作，並在電源供應裝置500的運作階段處於近似休眠的狀態，其係因此時輔助電源轉換電路230的輸出負載可視為空載的狀況。顯然地，在電源供應裝置500的運作階段，轉換效率較差的輔助電源轉換電路230會被關閉，而轉換效率較高的降壓式電源轉換電路250會反應於主電源P_main而產生待機電源P_sb。如此一來，電源供應裝置500整體的效率(端看電源供應裝置500的運作階段而言)會因為降壓式電源轉換電路250的轉換效率較高(大約落在93%~97%)而提升，以至於電源供應裝置500並不會產生過多的無效功率而有利於節能的表現。

綜上所述，本發明主要是利用切換單元於電源供應裝置的啟動階段輸出輔助電源給降壓式電源轉換電路以產生待機電源，並於電源供應裝置的運作階段輸出主電源給降壓式電源轉換電路以產生待機電源。基於輔助電源產生電路只會在電源供應裝置的啟動階段下而全然運作，以至於電源供應裝置整體的效率(端看電源供應裝置的運作階段而言)會因為降壓式電源轉換電路的轉換效率較高(大約落在93%~97%)而提升。如此一來，電源供應裝置就不會產生過多的無效功率而有利於節能的表現。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。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。

100、200、500‧‧‧電源供應裝置

110、210‧‧‧輸入轉換級

120、220‧‧‧主電源轉換電路

130、230‧‧‧輔助電源轉換電路

140‧‧‧待機電源產生電路

240、240’‧‧‧切換單元

250‧‧‧降壓式電源轉換電路

212‧‧‧電磁干擾濾波器

214‧‧‧橋式整流及濾波電路

216‧‧‧功率因數校正轉換器

260‧‧‧控制單元

SW1‧‧‧第一開關

SW2‧‧‧第二開關

AC_IN‧‧‧交流電壓

CS1‧‧‧第一控制訊號

CS2‧‧‧第二控制訊號

DC_IN‧‧‧直流輸入電壓

D1、D2‧‧‧二極體

P_aux‧‧‧輔助電源

P_main‧‧‧主電源

P_sb‧‧‧待機電源

P_select‧‧‧切換單元的輸出

下面的所附圖式是本發明的說明書的一部分，繪示了本發明的示例實施例，所附圖式與說明書的描述一起說明本發明的原理。

圖1為現有電腦系統之電源供應裝置的示意圖。

圖2繪示為本發明一實施例之電源供應裝置的示意圖。

圖3是圖2之輸入轉換級的示意圖。

圖4是圖2之切換單元的實施示意圖。

圖5A繪示為本發明另一實施例之電源供應裝置的示意圖。

圖5B繪示為圖5A之切換單元的示意圖。

圖6A、圖6B、圖6C、圖6D與圖6E分別為圖5B之切換單元的實施示意圖。

200‧‧‧電源供應裝置

210‧‧‧輸入轉換級

220‧‧‧主電源轉換電路

230‧‧‧輔助電源轉換電路

240‧‧‧切換單元