TWI577119B - 電源轉換裝置及其喚醒電壓調校方法 - Google Patents

Description

電源轉換裝置及其喚醒電壓調校方法

本發明是關於電源轉換技術，且特別是關於可使相同規格之複數電源轉換裝置具有相同脫離脈衝間歇模式之喚醒電壓之方法。

交換式電源轉換裝置因具有重量輕、體積小及效率高等特點，被廣泛應用於通訊、控制等電子系統以及家用電器。隨著節能意識的抬頭，各國開始對電源轉換裝置在輕載運行時的功率消耗做出更高的要求。

當電子系統於輕載操作時，可以使電源轉換裝置進入脈衝間歇模式(burst mode)，以降低功率損耗。更具體言之，當電源轉換裝置進入脈衝間歇模式時，傳遞電源轉換裝置中的功率開關的閘極控制信號的切換頻率會降低，而讓電源轉換裝置輸出不連續的電流，以有效地降低功率損耗提高效能。

然而，電源轉換裝置輸出的不連續電流會導致安裝在電源轉換裝置內部的電感器及電容器發生共振並產生噪音。進一步地，因受限於元件誤差值，使得標示相同規格的電源轉換裝置內部的電感器、電容器與不連續電流發生共振的頻率不相同，並產生不同的噪音結果。

此外，電源轉換裝置在由輕載的低切換頻率操作進入重載的高切換頻率操作時(或稱為電源轉換裝置脫離脈衝間歇模式) 的喚醒電壓也會因為前述的元件誤差值而有不同，並產生不同的輕載效能。

本創作的目的，在於提供一種可以使電源轉換裝置脫離脈衝間歇模式之預設喚醒電壓調整之方法。

依據本創作提供一種電源轉換裝置之喚醒電壓調校方法，包含如下步驟:首先，固定電源轉換裝置之輸出電流；感測電源轉換裝置脫離脈衝間歇模式之實際喚醒電壓；再依據實際喚醒電壓及預設喚醒電壓的比較來調整預設喚醒電壓，以使預設喚醒電壓相同於實際喚醒電壓。

本創作另提供一種電源轉換裝置，包含電源轉換模組、控制單元及可變電阻器。控制單元電連接於電源轉換模組，控制單元設有判斷電源轉換裝置是否脫離脈衝間歇模式之預設喚醒電壓；可變電阻器電連接於該控制單元；當電源轉換裝置之實際喚醒電壓不同於預設喚醒電壓時，依據實際喚醒電壓及預設喚醒電壓的比較以調整可變電阻器之電阻值，以使預設喚醒電壓相同於實際喚醒電壓。

請參照圖1，其繪示依照本發明第一實施方式之電源轉換裝置之電路方塊圖。電源轉換裝置10包含電源轉換模組100、控制單元120及可變電阻器140。電源轉換裝置10包含輸入端IN及輸出端OUT，輸入端IN電連接於電源20，輸出端OUT電連接於電子系統30。電子系統30可例如為個人電腦，並可供操作於輕載及重載；其中，電子系統30操作輕載時的吃載電力低於其操作於重載時的吃載電力。

當電子系統30操作於輕載時，電子系統30吃載電力降低，電源轉換裝置10進入脈衝間歇模式，以降低輸出電力；藉此，電源轉換裝置10的功率損耗便能有效地降低，並可提高效能。當電子系統30操作於重載時，電子系統30吃載電力提高，電源轉換裝置10脫離脈衝間歇模式(並可例如是進入脈衝寬度調變模式)，提高輸出電力以因應電子系統30的吃載。

電源轉換模組100連接於輸入端IN及輸出端OUT，並可例如為圖2所繪示的LLC諧振式電源轉換模組。圖2繪示依照本發明第一實施方式之電源轉換模組之電路圖，且為了方便說明，圖2還繪示出控制單元120。在圖2中，電源轉換模組100包含功率開關Q1及Q2、諧振電容器Cr、諧振電感器Lr、變壓器T、整流單元102及輸出濾波器Cf。

功率開關Q1、Q2可例如為金屬氧化物半導體場效應電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。功率開關Q1、Q2的閘級分別電連接於控制單元120，功率開關Q1、Q2的汲極與源極之間分別連接有二極體D，二極體D也可以為功率開關Q1、Q2的寄生二極體。

此外，功率開關Q1的汲極及功率開關Q2的源極分別連接於輸入端IN。功率開關Q1、Q2接收如圖1所示之電源20所提供的電力，並依據控制單元120提供之控制信號以於導通或截止狀態之間切換，並輸出脈動直流信號。諧振電容器Cr連接在功率開關Q1的源極及功率開關Q2的汲極之間，以在功率開關Q1、Q2交替導通和截止之時接收脈動直流信號，諧振電感器Lr是連接於諧振電容器Cr及電壓器T的初級繞組Wp之間。諧振電容器Cr除了用以阻隔脈動直流信號之直流分量外，並與諧振電感器Lr及初級繞組Wp的磁化電感形成諧振電路。

整流單元102包含整流二極體D1及D2，電連接於變壓器T的次級繞組Ws，用以將通過變壓器T的交流電力轉換為具高頻脈動成分的直流電力。輸出濾波器Cf可例如為圖2所示的電容器；輸出濾波器Cf電連接於整流單元102，其用以濾除整流單元102輸出之直流電力的高頻脈動成分並輸出平穩的直流電。

請同時參照圖1及圖2，控制單元120電連接於電源轉換模組100，並依據電子系統30的操作模式及對應的電力需求來控制電源轉換模組100的操作模式。更具體言之，控制單元120可例如是利用感知電子系統30的吃載電力來判定電子系統30是操作於輕載或重載；當電子系統30操作於輕載時，電源轉換裝置10進入脈衝間歇模式，控制單元120輸出低切換頻率的控制信號予功率開關Q1、Q2，以降低電源轉換模組100輸出的電壓及/或電流；反之，當電子系統30操作於非輕載(即重載)，電源轉換裝置10脫離脈衝間歇模式，控制單元120輸出高切換頻率的控制信號予功率開關Q1、Q2，以提高電源轉換模組100輸出的電壓及/或電流。

控制單元120設有供判定電源轉換裝置10是否脫離脈衝間歇模式的預設喚醒電壓。控制單元120依據電源轉換裝置10的輸出吃載大小所反應回來的電壓信號(或稱實際喚醒電壓)及預設喚醒電壓的比較以判斷電源轉換裝置10是否脫離脈衝間歇模式；其中，當依據電源轉換裝置10的輸出吃載大小所反應回來的電壓信號(即前述的實際喚醒電壓)大於或等於預設喚醒電壓，電源轉換模組100脫離脈衝間歇模式；反之，則電源轉換模組100操作於脈衝間歇模式。

控制單元120可例如為積體電路，並具有如圖1所示的操作模式控制接腳122，操作模式控制接腳122供產生用以判斷電源轉換裝置10是否脫離脈衝間歇模式的參考電壓。

可變電阻器140電連接於控制單元120的操作模式控制接腳122，並於電源轉換裝置10在實際操作時脫離脈衝間歇模式時的實際喚醒電壓不同於預設喚醒電壓時，依據實際喚醒電壓及預設喚醒電壓比較來調整電阻值，使預設喚醒電壓相同於實際喚醒電壓。

更具體言之，在理想狀態下，實際喚醒電壓等於預設喚醒電壓。然而，受限於電源轉換裝置10的元件誤差，常會讓實際喚醒電壓偏離預設喚醒電壓。在這樣的形況下，可以利用調整可變電阻器140的阻值來調整預設喚醒電壓，如此一來，便可以避免電源轉換裝置10提前或延後脫離脈衝預設模式。

當實際喚醒電壓低於預設喚醒電壓時，電源轉換裝置10會延後脫離脈衝間歇模式；在此情況下，可透過調整可變電阻器140的電阻值以降低預設脫離電壓，直至預設脫離電壓相同於實際脫離電壓。而當實際喚醒電壓高於預設喚醒電壓時，電源轉換裝置10會提前脫離脈衝間歇模式；在此情況下，可透過調整可變電阻器140的電阻值以讓預設脫離電壓提高，使預設脫離電壓相同於實際脫離電壓。藉此，便可讓相同規格的電源轉換裝置具備相同噪音及輕載效率。

綜上所述，本創作的電源轉換裝置可以使用如下述的喚醒電壓調校方法以使得相同規格的電源轉換裝置的實際喚醒電壓相同於預設喚醒電壓。

第一步驟，固定電源轉換裝置10的輸出電流，使電源轉換裝置10的輸出電流同於固定於其脫離脈衝間歇模式後的操作電流。

第二步驟，感測電源轉換裝置10脫離脈衝間歇模式的實際喚醒電壓。

第三步驟，依據實際喚醒電壓及電源轉換裝置10之預設喚醒電壓的比較調整預設喚醒電壓，使預設喚醒電壓相同於實際喚醒電壓。

前述的第一至第三步驟可以由圖1所示的控制單元120於電源轉換裝置10組裝完成後自動進行預設喚醒電壓的調整；或者，也可以透過設有可變電阻器140的外部治具進行人工調整。其中，在人工調整時，設有可變電阻器140的治具會電連接於電源轉換裝置10中的操作模式控制接腳122；接著，在依序進行前述第一至第三步驟，以達到電源轉換裝置10預設喚醒電壓的調整。

請參照圖3，其繪示依照本發明第二實施方式之電源轉換裝置之電路方塊圖。圖3所繪示的電源轉換裝置10a包含電源轉換模組100及控制單元120a。圖3所繪示的電源轉換模組100與前述第一實施方式所示的電源轉換模組100的各元件的功能與相關說明皆相同，在此不予贅述。

圖3所繪示的控制單元120a可以透過內部電路124的自動調整(例如是阻抗調整)來實現在第一實施方式中電源轉換裝置10預設喚醒電壓的調整的功能；換言之，圖3所示的控制單元120a可以在不需要圖2所示的可變電阻器140的狀況下，實現電源轉換裝置10預設換醒電壓的調整。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此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‧‧‧電源轉換裝置

100‧‧‧電源轉換模組

102‧‧‧整流單元

120‧‧‧控制單元

122‧‧‧操作模式控制接腳

124‧‧‧內部電路

140‧‧‧可變電阻器

20‧‧‧電源

30‧‧‧電子裝置

Cr‧‧‧諧振電容器

Cf‧‧‧輸出濾波器

D‧‧‧二極體

D1、D2‧‧‧整流二極體

IN‧‧‧輸入端

Lr‧‧‧諧振電感器

OUT‧‧‧輸出端

Q1、Q2‧‧‧功率開關

Wp‧‧‧初級繞組

Ws‧‧‧次級繞組

圖1繪示依照本發明第一實施方式之電源轉換裝置之電路方塊圖；

圖2繪示依照本發明第一實施方式之電源轉換模組之電路圖；以及

圖3繪示依照本發明第二實施方式之電源轉換裝置之電路方塊圖。

10‧‧‧電源轉換裝置

100‧‧‧電源轉換模組

120‧‧‧控制單元

122‧‧‧操作模式控制接腳

140‧‧‧可變電阻器

20‧‧‧電源

30‧‧‧電子裝置

IN‧‧‧輸入端

OUT‧‧‧輸出端

Claims (10)

1. 一種電源轉換裝置之喚醒電壓調校方法，包含:      a) 固定該電源轉換裝置之一輸出電流；      b) 感測該電源轉換裝置脫離脈衝間歇模式之一實際喚醒電壓；以及      c) 依據該實際喚醒電壓及一預設喚醒電壓的比較來調整該預設喚醒電壓，以使該預設喚醒電壓相同於該實際喚醒電壓。
2. 如請求項第1項所述之方法，更包含:      提供一可變電阻器，電連接於該電源轉換裝置，其中當該預設喚醒電壓不同於該實際喚醒電壓時，依據該實際喚醒電壓及該預設喚醒電壓的比較來調整該可變電阻器之電阻值。
3. 如請求項第2項所述之方法，其中該可變電阻器依據該實際喚醒電壓及該預設喚醒電壓的比較所產生之一電壓差值以調整該預設喚醒電壓。
4. 如請求項第1項所述之方法，其中步驟a、b，以及c係以一控制單元來達成。
5. 如請求項第1項所述之方法，其中在步驟a中，使該輸出電流固定於該電源轉換裝置脫離間歇脈衝模式的電流。
6. 一種電源轉換裝置，包含:      一電源轉換模組；以及      一控制單元，電連接於該電源轉換模組，該控制單元設有判斷該電源轉換裝置是否脫離脈衝間歇模式之一預設喚醒電壓；      其中，當該電源轉換裝置之一實際喚醒電壓不同於該預設喚醒電壓時，該控制單元依據該實際喚醒電壓及該預設喚醒電壓的比較來調整該預設喚醒電壓，以讓該預設喚醒電壓相同於該實際喚醒電壓。
7. 如請求項第6項所述之電源轉換裝置，其中該控制單元依據該實際喚醒電壓及該預設喚醒電壓的比較自動調整該預設喚醒電壓。
8. 如請求項第7項所述之電源轉換裝置，其中該控制單元更包含一內部電路以供調整該預設喚醒電壓。
9. 如請求項第6項所述之電源轉換裝置，更包含一可變電阻器，該可變電阻器連接於該控制單元之一控制模式控制接腳，該控制模組控制接腳具有該預設喚醒電壓之調整功能，該控制單元依據該實際喚醒電壓即該預設喚醒電壓的比較來調整該可變電阻器的電阻值，以讓該預設喚醒電壓相同於該實際喚醒電壓。
10. 如請求項第6項所述之電源轉換裝置，其中該電源轉換模組為LLC諧振式電源轉換模組。