TWI536154B - 電源轉換裝置及其控制方法 - Google Patents

Description

電源轉換裝置及其控制方法 【0001】

本案係關於一種電源轉換裝置，尤指一種可依據負載是否存在而對應地控制切換式轉換器內之至少一開關之運作之電源轉換裝置及其控制方法。

【0002】

近年來隨著科技的進步，具有各式各樣不同功能的電子產品已逐漸被研發出來，這些具有各式各樣不同功能的電子產品不但滿足了人們的各種不同需求，更融入每個人的日常生活，使得人們生活更為便利。
【0003】由於該些電子產品皆須要接收對應的電能才能進行運作，因此這些電子產品必然需要與一電源轉換裝置電連接，當電源轉換裝置接收由電池、市電或再生能源等所提供之輸入電能後，便將輸入電能轉換為電子產品所需要的特別規格之輸出電能，以當電子產品與電源轉換裝置電連接時，提供給電子產品使用。
【0004】電源轉換裝置主要包含一切換式轉換器，該切換式轉換器係具有至少一開關，當切換式轉換器接收輸入電能而運作時，切換式轉換器係藉由開關進行導通或截止之切換而將輸入電能轉換為輸出電能，藉此當電子產品利用其對應的連接端，例如插頭或是通用序列匯流排（Universal Serial Bus：USB）等，插接於電源轉換裝置上時，電子產品便接收輸出電能而運作。
【0005】然而當傳統電源轉換裝置接收輸入電能，但卻沒有與電子產品電連接時，傳統電源轉換裝置之切換式轉換器之開關仍會持續進行切換運作而使切換式轉換器持續輸出該輸出電能，如此一來，由於開關在切換時係存在切換損耗，將導致傳統電源轉換裝置持續消耗輸入電能之能量，此耗能狀況在輸入電能係由電量有限的電源，例如電池等，所提供更為明顯。
【0006】而為了解決上述傳統電源轉換裝置所存在之耗能缺失，有部分的業者係於負載，亦即電子產品之連接端上進行額外的機械式設計，例如額外增加偵測接腳等，藉此當負載之連接端插接於電源轉換裝置時，連接端之偵測接腳便對應產生一偵測信號，使電源轉換裝置在接收到偵測信號後才控制切換式轉換器之開關開始進行切換運作，藉此減少不必要的電能損耗。然而由於負載之連接端實際上皆依循既定的規格來構成而生產，因此上述需於負載之連接端進行額外的機械式設計的方式將造成負載的生產成本提高。
【0007】另外，亦有部分業者則於傳統電源轉換裝置上增加可控制切換式轉換器之開關運作與否的一外部開關，當負載之連接端插接於電源轉換裝置時，使用者可致能外部開關，使切換式轉換器之開關進行運作，當負載之連接端與電源轉換裝置分離時，使用者則禁能外部開關，以使切換式轉換器之開關停止運作，藉此減少不必要的電能損耗。然上述方式由於使用者必須依據負載之連接端是否與電源轉換裝置電連接而控制該外部開關，因此不但操作較為麻煩而不便，且此不便性將可能導致使用者在負載之連接端與電源轉換裝置分離時忘記禁能該外部開關，使得電源轉換裝置仍因切換式轉換器之開關持續進行切換運作而存在電能損耗。
【0008】由上可知，目前並無較佳的方式來解決上述傳統電源轉換裝置在負載分離時所存在之電能損耗，故如何發展一種可改善上述習知技術缺失之電源轉換裝置及其控制方法，實為相關技術領域者目前所迫切需要解決之問題。

【0009】

本案之主目的為提供一種電源轉換裝置及其控制方法，其係利用信號注入器注入信號於電源轉換裝置之供電端，使電源轉換裝置內之參數可響應信號而於負載連接於供電端時或於負載與供電端分離時產生對應變化，藉此依據上述之變化而對應地控制切換式轉換器內之開關之運作，俾解決傳統電源轉換裝置在達成減少不必要的電能損耗情況下係存在使負載之生產成本提高或是操作較為麻煩而不便等缺失。
【0010】為達上述目的，本案提供一種電源轉換裝置，係包含：供電端，係可分離地與負載電連接；切換式轉換器，係與供電端電連接，並具有至少一開關，且將輸入電能轉換為輸出電能，並經由供電端提供給該負載；信號注入器，係產生信號；耦合電路，耦合電路之第一端係接收信號，耦合電路之第二端係將信號耦合至供電端，使第一端上之參數響應信號而於負載連接於供電端時產生第一變化，於負載與供電端分離時產生第二變化；偵測電路，係偵測參數；以及控制器，係與偵測電路及至少一開關電連接；其中當控制器依據偵測電路之偵測結果判斷參數產生第一變化時，係控制至少一開關進行切換運作，當控制器依據偵測電路之偵測結果判斷參數產生第二變化時，係控制至少一開關停止運作。
【0011】為達上述目的，本案另提供一種控制方法，係應用於電源轉換裝置，其中電源轉換裝置係包含供電端、切換式轉換器、信號注入器、耦合電路、偵測電路及控制器，供電端係可分離地與負載電連接，切換式轉換器係與供電端電連接，並具有至少一開關，以藉由至少一開關進行切換運作而將輸入電能轉換為輸出電能並輸出至供電端，耦合電路之第一端係與信號注入器電連接，耦合電路之第二端係與供電端電連接，偵測電路係與第一端電連接，控制器係與偵測電路及至少一開關電連接，控制方法包含下列步驟：(a)啟動電源轉換裝置；(b)經由信號注入器產生信號；(c)經由耦合電路將信號耦合至供電端，使第一端之一參數響應信號而依據負載是否與供電端連接產生第一變化或第二變化；(d)經由偵測電路偵測第一端之參數是否產生第一變化或第二變化；以及(e)控制器依據偵測電路之偵測結果而對應控制至少一開關之運作。

【0032】

1‧‧‧電源轉換裝置
10‧‧‧供電端
11‧‧‧切換式轉換器
Q‧‧‧開關
12‧‧‧信號注入器
13‧‧‧耦合電路
T‧‧‧變壓器
Nf‧‧‧初級繞組
Ns‧‧‧次級繞組
C‧‧‧電容
14‧‧‧偵測電路
140‧‧‧阻抗電路
141‧‧‧電壓偵測器
15‧‧‧控制器
8‧‧‧輸入電源
9‧‧‧負載
30‧‧‧電磁干擾濾波器
Vin‧‧‧輸入電能
Vout‧‧‧輸出電能
Vf‧‧‧信號
S1~S5‧‧‧應用於電源轉換裝置之控制方法的步驟

【0012】

第1圖係為本案較佳實施例之電源轉換裝置的電路結構示意圖。
第2圖係為本案第1圖所示之電源轉換裝置之細部電路結構示意圖。
第3圖係為第1圖所示之電源轉換裝置之另一變化例的電路結構示意圖。
第4圖係為第1圖所示之電源轉換裝置的控制方法流程圖。

【0013】

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。
【0014】請參閱第1圖，其係為本案較佳實施例之電源轉換裝置的電路結構示意圖。如第1圖所示，本實施例之電源轉換裝置1係與一輸入電源8電連接，用以接收輸入電源8所提供之輸入電能Vin，並將輸入電能Vin轉換為輸出電能Vout，以當一負載9與電源轉換裝置1電連接時，提供輸出電能Vout至負載9而使負載9運作。
【0015】於一些實施例中，電源轉換裝置1可為不斷電電源供應器或是充電裝置等，但不以此為限。負載9係可分離地與電源轉換裝置1電連接，且負載9可藉由本身之一連接端，例如插頭或是通用序列匯流排等，而與電源轉換裝置1電連接。輸入電源8較佳為一電池所構成，但不以此為限，亦可由市電或是再生能源等所構成。
【0016】電源轉換裝置1係包含一供電端10、一切換式轉換器11、一信號注入器12、一耦合電路13、一偵測電路14及一控制器15。供電端10係可分離地與負載9電連接。切換式轉換器11之輸入端係與輸入電源8電連接而接收輸入電能Vin，切換式轉換11之輸出端係電連接於電源轉換裝置1之供電端10，且切換式轉換器11係具有至少一開關Q，切換式轉換器11係藉由開關Q進行導通或截止之切換而將輸入電能Vin轉換為輸出電能Vout，並輸出至供電端10。
【0017】於一些實施例中，當輸入電能Vin為交流電能時，切換式轉換器11係對應地由交流/直流轉換器所構成，且此時負載9可為直流負載，而當輸入電能Vin為直流電能時，切換式轉換器11則對應地由直流/交流轉換器所構成，且此時負載9可為交流負載。
【0018】信號注入器12係用以產生一信號Vf，例如一頻率信號，且該頻率信號較佳係由一高頻信號所構成，但不以此為限。耦合電路13之一第一端係藉由例如與信號注入器12電連接而接收信號Vf，耦合電路13之一第二端則藉由例如與供電端10電連接而將信號Vf耦合至供電端10。而由於負載9未電連接於供電端10上，亦即負載9與供電端10分離時，供電端10實際上係形成開路，故可視為供電端10係與一無窮大的阻抗電連接，而當負載9電連接於供電端10時，此時供電端10則由原本與無窮大的阻抗電連接而改為與一相對較小的阻抗，亦即負載9電連接，而上述因應負載9是否與供電端10電連接而產生之阻抗變化將可對應反應於耦合電路13上，因此與供電端10電連接之耦合電路13之第一端上之一參數，例如電壓等，便會響應信號Vf而於負載9電連接於供電端10時產生一第一變化，且於負載9與供電端10分離時產生一第二變化。
【0019】偵測電路14可與耦合電路13之第一端電連接而偵測耦合電路13之第一端上之參數，例如偵測參數是否產生第一變化或第二變化。
【0020】控制器15係與偵測電路14及切換式轉換器11之開關Q的控制端電連接，控制器15可依據偵測電路14之偵測結果而對應地控制開關Q之切換運作，其中當控制器15依據偵測電路14之偵測結果而判斷耦合電路13之第一端上之參數產生第一變化，亦即因負載9由與供電端10分離而改為與供電端10電連接時，控制器15係控制開關Q進行切換運作，使切換式轉換器11輸出輸出電能Vin，而當控制器15依據偵測電路14之偵測結果而判斷耦合電路13之第一端上之參數產生第二變化，亦即因負載9由與供電端10電連接而改為與供電端10分離時，控制器15係控制開關Q停止進行切換運作，使切換式轉換器11停止輸出輸出電能Vin。
【0021】於上述實施例中，信號注入器12、偵測電路14及控制器15可分別為獨立之元件或電路，但不以此為限，於其它實施例中，亦可將信號注入器12、偵測電路14及控制器15整合而構成一數位信號處理器(Digital Signal Processor：DSP)。
【0022】由上可知，由於本案之電源轉換裝置1係利用信號注入器12注入信號Vf，並經由耦合電路13將信號Vf耦合至電源轉換裝置1之供電端10，使電源轉換裝置1內之參數可響應信號Vf而於負載9連接於供電端時10或於負載9與供電端10分離時產生對應變化，如此一來，控制器15僅於負載9與供電端10電連接時才控制開關Q進行切換運作，而於負載9與供電端10分離時則控制開關Q停止進行切換運作，藉此避免開關Q於負載9與供電端10分離時進行運作而產生切換損耗，故本案之電源轉換裝置1便可於負載9與供電端10分離時減少電能損耗。
【0023】請參閱第2圖，其係為本案第1圖所示之電源轉換裝置之細部電路結構示意圖。如第2圖所示，本實施例之切換式轉換器11可具有四個開關Q，其中兩個開關係構成第一橋臂，另外兩個開關則構成第二橋臂，因此切換式轉換器11實際上係為全橋式轉換器，但不此為限，於其它實施例中，切換式轉換器11亦可具有兩個開關Q而構成半橋式轉換器。
【0024】耦合電路13係包含一變壓器T及一電容C，其中變壓器T之一初級繞組Nf係與信號注入器12電連接，因此初級繞組Nf實際上係構成耦合電路13之第一端。電容C之一端係與變壓器T之一次級繞組Ns電連接，電容C之另一端係與供電端10電連接，因此電容C之另一端係構成耦合電路13之第二端。另外，於一些實施例中，當信號Vf由高頻信號所構成時，則變壓器T則可對應地由高頻變壓器所構成。
【0025】偵測電路14係包含一阻抗電路140及一電壓偵測器141，其中阻抗電路140之一端係與變壓器T之初級繞組Nf電連接，阻抗電路140之另一端係與接地端G電連接，且阻抗電路140可為但不限於由一電阻R所構成，阻抗電路140係具有一阻抗，且可與由信號注入器12之輸出端上之電路等效而形成的阻抗構成分壓電路，因此當負載9由與供電端10分離而改為與供電端10電連接時，與耦合電路13之初級繞組Nf電連接之阻抗電路140之一端上的電壓便會響應信號Vf而產生第一變化，當負載9由與供電端10電連接而改為與供電端10分離時，阻抗電路140之一端上的電壓則響應信號Vf而產生第二變化。
【0026】電壓偵測器141之一端係電連接於變壓器T之初級繞組Nf及阻抗電路140之一端之間，電壓偵測器141之另一端係與控制器15電連接，電壓偵測器141係用以偵測阻抗電路140之一端上的電壓是否產生第一變化或第二變化。
【0027】於一些實施例中，第1圖所示之電源轉換電路1則可更具有一電磁干擾(EMI)濾波器，亦即如第3圖所示，電源轉換器1係具有一電磁干擾濾波器30，其中電磁干擾濾波器30係電連接於切換式轉換器11及供電端10之間，用以濾除輸出電能Vout之高頻成分。
【0028】請參閱第4圖，並配合第1圖，其中第4圖係為第1圖所示之電源轉換裝置的控制方法流程圖。如第4圖所示，首先，執行步驟S1，啟動電源轉換裝置1。接著，執行步驟S2，經由信號注入器12產生信號Vf。然後，執行步驟S3，經由耦合電路13將信號Vf耦合至供電端10，使耦合電路13之第一端之參數響應信號Vf而依據負載9是否與供電端10連接產生第一變化或第二變化。其中於步驟S3中，當負載9連接於供電端10時，耦合電路13之第一端之參數係產生第一變化，當負載9與供電端10分離時，耦合電路13之第一端之參數係產生第二變化。
【0029】當執行完步驟S3後，則執行步驟S4，經由偵測電路14偵測耦合電路13之第一端之參數是否產生第一變化或第二變化。最後，執行步驟S5，控制器15依據偵測電路14之偵測結果而對應控制開關Q之運作。其中於步驟S5中，當控制器15依據偵測電路14之偵測結果判斷耦合電路13之第一端之參數產生第一變化時，係控制切換式轉換器11之開關Q進行切換運作，當控制器15依據偵測電路14之偵測結果判斷耦合電路13之第一端之參數產生第二變化時，係控制切換式轉換器11之開關Q停止運作。
【0030】綜上所述，本案提供一種電源轉換裝置及其控制方法，其係利用信號注入器注入信號，並經由耦合電路將信號耦合至電源轉換裝置之供電端，故電源轉換裝置內之參數，例如電壓，便可響應信號而於負載連接於供電端時或於負載與供電端分離時對應產生變化，如此一來，控制器便可依據電源轉換裝置內之參數的變化而於負載與供電端分離時控制開關停止進行切換運作，藉此避免開關於負載與供電端分離時進行運作而產生切換損耗，是以本案之電源轉換裝置便可於負載與供電端分離時減少電能損耗。
【0031】本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

 

1‧‧‧電源轉換裝置

10‧‧‧供電端

11‧‧‧切換式轉換器

Q‧‧‧開關

12‧‧‧信號注入器

13‧‧‧耦合電路

14‧‧‧偵測電路

15‧‧‧控制器

8‧‧‧輸入電源

9‧‧‧負載

Vin‧‧‧輸入電能

Vout‧‧‧輸出電能

Vf‧‧‧信號

Claims (1)

1. 1.一種電源轉換裝置，係包含：
   　 一供電端，係可分離地與一負載電連接；
   　 一切換式轉換器，係與該供電端電連接，並具有至少一開關，且將一輸入電能轉換為一輸出電能，並經由該供電端提供給該負載；
   　 一信號注入器，係產生一信號；
   　 一耦合電路，該耦合電路之一第一端係接收該信號，該耦合電路之一第二端將該信號耦合至該供電端，使該第一端上之一參數響應該信號而於該負載連接於該供電端時產生一第一變化，於該負載與該供電端分離時產生一第二變化；
   　 一偵測電路，係偵測該參數；以及
   　 一控制器，係與該偵測電路及該至少一開關電連接；
   　 其中當該控制器依據該偵測電路之偵測結果判斷該參數產生該第一變化時，係控制該至少一開關進行切換運作，當該控制器依據該偵測電路之偵測結果判斷該參數產生該第二變化時，係控制該至少一開關停止運作。
   2.如申請專利範圍第1項所述之電源轉換裝置，其中該信號係為一頻率信號。
   3.如申請專利範圍第2項所述之電源轉換裝置，其中該頻率信號係為一高頻信號。
   4.如申請專利範圍第1項所述之電源轉換裝置，其中該輸入電能係由一電池之電能所提供。
   5.如申請專利範圍第1項所述之電源轉換裝置，其中該耦合電路係包含：
   　 一變壓器，該變壓器之一初級繞組係與該信號注入器電連接而接收該信號，且該初級繞組係構成該第一端；以及
   　 一電容，該電容之一端係與該變壓器之一次級繞組電連接，該電容之另一端係與該供電端電連接，且該電容之另一端係構成該第二端。
   6.如申請專利範圍第5項所述之電源轉換裝置，其中該變壓器係由一高頻變壓器所構成。
   7.如申請專利範圍第5項所述之電源轉換裝置，其中該偵測電路係包含：
   　 一阻抗電路，該阻抗電路之一端係與該初級繞組電連接，該阻抗電路之另一端係與一接地端電連接，該阻抗電路係具有一阻抗，其中該阻抗電路之一端上的一電壓係構成該參數，且響應該信號而於該負載連接於該供電端時產生該第一變化，於該負載與該供電端分離時產生該第二變化；以及
   　 一電壓偵測器，該電壓偵測器之一端係電連接於該初級繞組與該阻抗電路之一端之間，該電壓偵測器之另一端係與該控制器電連接，該電壓偵測器係用以偵測該阻抗電路之一端上的該電壓是否產生該第一變化或該第二變化。
   8.如申請專利範圍第7項所述之電源轉換裝置，其中該阻抗電路係由一電阻所構成。
   9.如申請專利範圍第1項所述之電源轉換裝置，其中該負載係為交流負載，且該切換式轉換器係由一直流/交流轉換器所構成。
   10.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係由一不斷電電源供應器或是一充電裝置所構成。
   11.如申請專利範圍第1項所述之電源轉換裝置，其中該電源轉換器係具有一電磁干擾濾波器，係電連接於該切換式轉換器及該供電端之間，用以濾除該輸出電能之高頻成分。
   12.一種控制方法，係應用於一電源轉換裝置，其中該電源轉換裝置係包含一供電端、一切換式轉換器、一信號注入器、一耦合電路、一偵測電路及一控制器，該供電端係可分離地與一負載電連接，該切換式轉換器係與該供電端電連接，並具有至少一開關，以藉由該至少一開關進行切換運作而將一輸入電能轉換為一輸出電能並輸出至該供電端，該耦合電路之一第一端係與該信號注入器電連接，該耦合電路之一第二端係與該供電端電連接，該偵測電路係與該第一端電連接，該控制器係與該偵測電路及該至少一開關電連接，該控制方法包含下列步驟：
   　 (a)啟動該電源轉換裝置；
      (b)經由該信號注入器產生一信號；
      (c)經由該耦合電路將該信號耦合至該供電端，使該第一端之一參數響應該信號而依據該負載是否與該供電端連接產生一第一變化或一第二變化；
      (d)經由該偵測電路偵測該第一端之該參數是否產生該第一變化或該第二變化；以及
      (e)該控制器依據該偵測電路之偵測結果而對應控制該至少一開關之運作。
   13.如申請專利範圍第12項所述之控制方法，其中於步驟(c)中，當該負載連接於該供電端時，該參數係產生該第一變化，當該負載與該供電端分離時，該參數係產生該第二變化。
   14.如申請專利範圍第12項所述之控制方法，其中於步驟(e)中，當該控制器依據該偵測電路之偵測結果判斷該參數產生該第一變化時，係控制該至少一開關進行切換運作，當該控制器依據該偵測電路之偵測結果判斷該參數產生該第二變化時，係控制該至少一開關停止運作。