TWI631448B - 變壓器裝置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一種變壓器裝置及其控制方法。變壓器裝置包括變壓器、 上行串接埠、下行串接埠以及控制器。控制器在變壓器接收到輸入電源時啟動，透過上行串接埠判斷是否連接至上行變壓器裝置。當上行串接埠已連接至上行變壓器裝置時，控制器偵測與下行串接埠相連的下行變壓器裝置，將偵測結果回報給上行變壓器裝置，並從上行串接埠獲得控制信號。控制器依據控制信號以藉由變壓器而將輸入電源轉換為輸出電源。

Description

變壓器裝置及其控制方法
本發明是有關於一種變壓器技術，且特別是有關於一種可將變壓器裝置相互串接以整合其輸出功率的變壓器裝置及其控制方法。
近年來，消費型電子產品逐漸劃分為多種不同功能的應用，例如以電子競賽為主要功能的筆記型電腦、方便上網的平板電腦、便於攜帶及使用的智慧型手機...等。這些消費型電子產品的耗電功率將隨這些功能而改變，使得這些電子產品的變壓器將依據所需耗電功率而進行自適應設計，導致無法相互共用。
也就是說，當消費型電子產品損壞或被淘汰時，與其對應的變壓器便無法使用，因而產生許多電子垃圾。因此，若採用統一規格的變壓器技術，或許可讓這些變壓器可在不同的消費型電子產品之間共用。然而，這些變壓器的輸出功率不盡相同，導致可互相共用的電子產品種類也需要使用者自行調整。
本發明提供一種變壓器裝置及其控制方法，其可將多個變壓器裝置相互連接以整合或提高這些變壓器裝置的輸出功率，且可調整相連的變壓器裝置的數量以適應性地調整電力輸出。
本發明的變壓器裝置包括變壓器、上行串接埠、下行串接埠以及控制器。上行串接埠耦接所述變壓器的輸入端。下行串接埠耦接所述變壓器的輸出端。控制器耦接上行串接埠、下行串接埠以及變壓器。控制器在所述變壓器接收到輸入電源時啟動，控制器透過上行串接埠判斷是否連接至上行變壓器裝置。當所述上行串接埠已連接至上行變壓器裝置時，所述控制器偵測與下行串接埠相連的下行變壓器裝置，將偵測結果回報給上行變壓器裝置，並從上行串接埠獲得控制信號。控制器依據控制信號以及變壓器以將輸入電源轉換為輸出電源。
本發明的變壓器裝置的控制方法適用於包括上行串接埠、下行串接埠以及變壓器的變壓器裝置。所述連接控制方法包括下列步驟。透過所述上行串接埠判斷是否連接至上行變壓器裝置。當所述上行串接埠已連接至所述上行變壓器裝置時，偵測與所述下行串接埠相連的下行變壓器裝置。將偵測結果回報給所述上行變壓器裝置。以及，從所述上行串接埠獲得控制信號，其中所述變壓器依據所述控制信號以將所述輸入電源轉換為輸出電源。
基於上述，本發明所述的變壓器裝置可透過上行串接埠以及下行串接埠來得知與其相互串接的其他變壓器裝置(這些相互連接的變壓器裝置可被稱為串接變壓器)，甚至得知這些變壓器裝置的電壓轉換功率等資訊。並且，可透過位於串接變壓器首個的變壓器裝置來產生控制信號至其他的變壓器裝置，藉以讓這些變壓器裝置能夠協同運作。藉此，本發明實施例可將多個變壓器裝置相互連接以整合或提高這些變壓器裝置的輸出功率，且可調整相連的變壓器裝置的數量以適應性地調整電力輸出。
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。
100‧‧‧變壓器裝置
110‧‧‧變壓器
120‧‧‧上行串接埠
130、430‧‧‧下行串接埠
140‧‧‧控制器
150、450‧‧‧電源輸入埠
160‧‧‧電源輸出埠
170‧‧‧上行變壓器裝置
180‧‧‧下行變壓器裝置
210、230‧‧‧電纜線
470‧‧‧上行變壓器裝置的外殼
S510~S580‧‧‧步驟
A、B、C‧‧‧控制信號
AC1、AC2‧‧‧輸入電源端
DC1、DC2‧‧‧輸出電源端
PD1、PD2‧‧‧偵測接腳
PWM‧‧‧脈衝寬度調變信號
T1、T2‧‧‧週期
CLK‧‧‧同步時脈信號
圖1是依照本發明一實施例的一種變壓器裝置的功能方塊圖。
圖2及圖3是變壓器裝置的外觀示意圖。
圖4繪示兩個變壓器裝置相互連接的示意圖。
圖5是依照本發明一實施例的一種變壓器裝置的控制方法的流程圖。
圖6為兩個變壓器裝置相互連接的控制信號以及同步時脈信號的時序圖。
圖7為三個變壓器裝置相互連接的控制信號以及同步時脈信 號的時序圖。
圖1是依照本發明一實施例的一種變壓器裝置100的功能方塊圖。圖2及圖3是變壓器裝置100的外觀示意圖。請同時參照圖1、圖2及圖3，變壓器裝置100主要包括變壓器110、上行串接埠120、下行串接埠130以及控制器140。變壓器裝置100可適用於多種消費型電子裝置，其主要用來將輸入電源(例如，市電、交流電)轉換為輸出電源(例如，直流電)。變壓器裝置100還可選擇性地包括電源輸入埠150以及電源輸出埠160。
上行串接埠120及下行串接埠130是用於讓其他變壓器裝置(如，圖1所示的上行變壓器裝置170以及下行變壓器裝置180)與變壓器裝置100相互連接的連接埠。上行串接埠120包括偵測接腳PD2、輸入電源端AC2以及輸出電源端DC2，而下行串接埠130亦包括偵測接腳PD1、輸入電源端AC1以及輸出電源端DC1。為使這些相互串接的變壓器裝置接能夠獲得相同的輸入電源並提供輸出電源，上行串接埠120的輸入電源端AC2耦接變壓器110的輸入端以及下行串接埠130的輸入電源端AC1，且上行串接埠120的輸出電源端DC2耦接變壓器110的輸出端以及下行串接埠130的該輸出電源端DC1。
若是上行變壓器裝置170藉由上行串接埠120連接至變壓器裝置100時，本實施例的控制器140可藉由上行串接埠120 的偵測接腳PD2來從上行變壓器裝置170獲得控制信號。另一方面，若是下行變壓器裝置180藉由下行串接埠130連接至變壓器裝置100時，本實施例的控制器140可透過下行串接埠130的偵測接腳PD1來將從上行變壓器裝置170獲得的控制信號傳遞給下行變壓器裝置180，或是控制器140將自身產生的控制信號傳遞給下行變壓器裝置180。於符合本發明的其他實施例中，也可在變壓器裝置100中的上行串接埠120及下行串接埠130皆另外設置控制信號端，控制器140透過此控制信號端來接收或傳輸所述控制信號至其他的變壓器裝置。控制器140可藉由所述控制信號來產生脈衝寬度調變(PWM)信號PWM，並藉由此信號PWM來控制變壓器以將輸入電源轉換為輸出電源。
請參照圖2及圖3，變壓器裝置100具備外殼200，外殼200上主要包括上行串接埠120、下行串接埠130以及電源輸入埠150。電源輸入埠150可電性連接電纜線210以接收市電。外殼200上還可設置與上行串接埠120連動的推桿220。使用者可依其需求來推動此推桿220，藉以讓上行串接埠120選擇性地伸出外殼200或隱藏在外殼200之中。本實施例的上行串接埠120為公頭形式，也就是上行串接埠120為突出的圓柱體型態。下行串接埠130為母頭形式，也就是下行串接埠130為圓柱孔型態。
當上行串接埠120伸出外殼200時，便可與上行變壓器裝置170相連，如圖4所示，圖4繪示兩個變壓器裝置相互連接的示意圖。圖4繪示上行變壓器裝置170的外殼470以及變壓器 裝置100的外殼200。本實施例的變壓器裝置100以及上行變壓器裝置170可為相似結構。變壓器裝置100的上行串接埠120伸出外殼200且插入上行變壓器裝置170外殼470上的下行串接埠430。上行變壓器裝置170的電源輸入埠450連接至電纜線210，且變壓器裝置100的下行串接埠130則連接至通往消費型電子裝置的電纜線230。藉此，便可實現上行變壓器裝置170與變壓器裝置100的相互連接。變壓器裝置100與下行變壓器裝置180的相連方式與圖4中上行變壓器裝置170與變壓器裝置100的相連方式類似。本實施例可連接多個變壓器裝置，而並非僅受限於圖4所述的兩個變壓器裝置相連，並且每個變壓器裝置亦可單獨作為變壓器使用。
請參照圖3，本實施例的變壓器裝置100是將下行串接埠130與電源輸出埠共用相同的連接孔。其理由在於，與下行串接埠130或是電源輸出埠相連的電纜線230是用來與消費型電子裝置連接，且下行串接埠130亦具備輸出電源端DC1。因此，電纜線230可與變壓器裝置100一同設計，使得電纜線230符合下行串接埠130的插頭規格即可。
圖5是依照本發明一實施例的一種變壓器裝置的控制方法的流程圖。請同時參照圖1及圖5，於步驟S510中，控制器140將在變壓器110接收到輸入電源時啟動。變壓器110接收到輸入電源的時間點可以是藉由電纜線插入電源輸入埠150而獲得輸入電源時，也可以是藉由上行串接埠120或下行串接埠130所連接 的其他變壓器裝置所提供的輸入電源，藉由上行串接埠120或下行串接埠130的輸入電源端AC1、AC2傳遞給變壓器110。
於步驟S520中，控制器140透過上行串接埠120判斷是否連接至上行變壓器裝置170。當上行串接埠120已連接至上行變壓器裝置170時，表示變壓器裝置100並非此串接變壓器的首個變壓器裝置，控制器140便從步驟S520進入步驟S530，藉以偵測是否有與下行串接埠130相連的下行變壓器裝置180。本實施例係以此串接變壓器的首個變壓器裝置來作為主要產生控制信號的變壓器裝置，應用本實施例者可依其需求來以此串接變壓器的任何一個變壓器裝置來作為主要產生控制信號的設備。本實施例藉由串接變壓器而形成的多個變壓器裝置係類似於多項式降壓轉換器結構(multi-phase buck converter)，因此作為主要產生控制信號的變壓器裝置可藉由此多項式降壓轉換器結構來產生相似的控制信號，解以讓這些變壓器裝置成為組合式的多項式電源轉換器。
本實施例的變壓器裝置100在對下行變壓器裝置進行偵測時，除了可以得知是否確實已連接到下行變壓器裝置以外，還希望得知下行變壓器裝置是否還有繼續連接到其他的變壓器裝置，藉以得知目前下行串接埠所連接的變壓器裝置的數量。此相互連接的變壓器裝置的數量為首個變壓器裝置所要知道的資訊，如此才能產生相應的控制信號。此外，變壓器裝置100還可偵測下行變壓器裝置以及與其連接之其他變壓器裝置的電壓轉換功率，藉以作為偵測結果回報給首個變壓器裝置。
於步驟S540中，控制器140會將步驟S530的偵測結果回報給上行變壓器裝置170。於步驟S550中，在將所述偵測結果回報之後，控制器140可從上行串接埠120獲得上行變壓器裝置170所提供的控制信號，控制器140便依據此控制信號以藉由變壓器110而將輸入電源轉換為輸出電源。
相對地，若判斷上行串接埠120並未連接至上行變壓器裝置170時，表示此變壓器裝置100為此串接變壓器的首個變壓器裝置。因此，從步驟S520進入步驟S560，控制器140可透過下行串接埠130獲得下行變壓器裝置180所回報的偵測結果，以得知與下行變壓器裝置相連的其他變壓器裝置的數量。甚至，還可以知道這些變壓器裝置的電壓轉換功率。若變壓器裝置100並未連接至上行變壓器裝置170也並未連接至下行變壓器裝置180時，則控制器140便自行控制變壓器110以作為單個變壓器結構即可。
於步驟S570中，控制器140依據下行變壓器裝置180所回報的偵測結果來產生控制信號。本實施例所述的控制信號可包括相互連接之各個變壓器裝置的電壓轉換功率、同步信號以及變壓器的啟動時間分配比例中的其中之一或其組合。並且，於步驟S580中，控制器140傳輸此控制信號至下行變壓器裝置180，藉以讓下行變壓器裝置180以及與其連接的其他變壓器裝置可依據此控制信號來轉換電源。
若以圖4的兩個變壓器裝置100、170相互連接的架構作 為舉例，首個變壓器裝置170將會產生控制信號，並透過變壓器裝置170的下行串接埠傳送給變壓器裝置100。在此假設變壓器裝置100及170的電壓轉換功率皆為50瓦。如此一來，上行變壓器裝置170以及變壓器裝置100的輸出切換方式可如圖6所示。圖6為兩個變壓器裝置相互連接的控制信號以及同步時脈信號的時序圖。圖6中的控制信號A為上行變壓器裝置170用來控制其中的變壓器的PWM信號，控制信號B為變壓器裝置100用來控制其中的變壓器的PWM信號，而信號CLK為同步時脈信號。由圖6中可知，在同步時脈信號CLK的一個週期T1中，控制信號A會使上行變壓器裝置170中的變壓器先行啟動半個週期T1。也就是，在前半個週期T1時，控制信號A為邏輯1狀態，而控制信號B為邏輯0狀態。控制信號B則會使變壓器裝置100中的變壓器啟動另外半個週期T1。也就是，在後半個週期T1時，控制信號A為邏輯0狀態，而控制信號B為邏輯1狀態。
若以三個變壓器裝置相互連接的架構作為舉例，在此假設這三個變壓器裝置的電壓轉換功率分別為100瓦、50瓦以及50瓦。由於每個變壓裝置的變壓轉換功率不同，因此首個變壓器裝置所產生的控制信號中將會依據這些變壓轉換功率來適度地調整變壓器的啟動時間。例如，首個變壓器裝置所產生的控制信號中可包括變壓器的啟動時間分配比例為2：1：1，使得這些變壓器裝置的輸出切換方式可如圖7所示。圖7為三個變壓器裝置相互連接的控制信號以及同步時脈信號的時序圖。圖7中的控制信號A 為第一變壓器裝置(電壓轉換功率為100瓦)用來控制其中的變壓器的PWM信號，控制信號B為第二變壓器裝置(電壓轉換功率為50瓦)用來控制其中的變壓器的PWM信號，控制信號C為第三變壓器裝置(電壓轉換功率為50瓦)用來控制其中的變壓器的PWM信號，而信號CLK為同步時脈信號。由圖7中可知，在同步時脈信號CLK的一個週期T2中，控制信號A會使第一變壓器裝置中的變壓器先行啟動半個週期T2，而控制信號B與控制信號C則會使第一變壓器裝置與第二變壓器中的變壓器啟動另外1/4個週期T2。
綜上所述，本發明所述的變壓器裝置可透過上行串接埠以及下行串接埠來得知與其相互串接的其他變壓器裝置(這些相互連接的變壓器裝置可被稱為串接變壓器)，甚至得知這些變壓器裝置的電壓轉換功率等資訊。並且，可透過位於串接變壓器首個的變壓器裝置來產生控制信號至其他的變壓器裝置，藉以讓這些變壓器裝置能夠協同運作。藉此，本發明實施例可將多個變壓器裝置相互連接以整合或提高這些變壓器裝置的輸出功率，且可調整相連的變壓器裝置的數量以適應性地調整電力輸出。
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。

Claims (12)

  1. 一種變壓器裝置，包括：變壓器；上行串接埠，耦接該變壓器的輸入端；下行串接埠，耦接該變壓器的輸出端；以及控制器，耦接該上行串接埠、該下行串接埠以及該變壓器，其中，該控制器在該變壓器接收到輸入電源時啟動，該控制器透過該上行串接埠判斷是否連接至上行變壓器裝置，當該上行串接埠已連接至該上行變壓器裝置時，該控制器偵測與該下行串接埠相連的下行變壓器裝置，將偵測結果回報給該上行變壓器裝置，並從該上行串接埠獲得控制信號，其中該控制器依據該控制信號以藉由該變壓器而將該輸入電源轉換為輸出電源。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的變壓器裝置，其中該上行串接埠並未連接至該上行變壓器裝置時，該控制器透過該下行串接埠獲得該下行變壓器裝置所回報的偵測結果以得知與該下行變壓器裝置相連的其他變壓器裝置的數量，藉以產生該控制信號，並傳輸該控制信號至該下行變壓器裝置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的變壓器裝置，其中該控制信號包括各個變壓器裝置的電壓轉換功率、同步信號以及變壓器的啟動時間分配比例中的其中之一或其組合。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的變壓器裝置，其中該上行串接埠以及該下行串接埠包括偵測接腳、輸入電源端以及輸出電源端，其中該上行串接埠的該輸入電源端耦接該變壓器的該輸入端以及該下行串接埠的該輸入電源端，且該上行串接埠的該輸出電源端耦接該變壓器的該輸出端以及該下行串接埠的該輸出電源端。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的變壓器裝置，其中該上行串接埠為公頭形式，該下行串接埠為母頭形式。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的變壓器裝置，其中該變壓器裝置的外殼設置與該上行串接埠連動的推桿，使該下行串接埠選擇性地伸出該外殼或隱藏在該外殼中。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的變壓器裝置，更包括：電源輸入埠，耦接至該變壓器的輸入端以提供該輸入電源。
  8. 一種變壓器裝置的控制方法，其中該變壓器裝置包括上行串接埠、下行串接埠以及變壓器，所述連接控制方法包括：透過該上行串接埠判斷是否連接至上行變壓器裝置；當該上行串接埠已連接至該上行變壓器裝置時，偵測與該下行串接埠相連的下行變壓器裝置；將偵測結果回報給該上行變壓器裝置；以及從該上行串接埠獲得控制信號，其中該變壓器依據該控制信號以將該輸入電源轉換為輸出電源。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的控制方法，更包括：當從該上行串接埠獲得該控制信號時，傳輸該控制信號至該下行變壓器裝置。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的控制方法，更包括：當該上行串接埠並未連接至該上行變壓器裝置時，透過該下行串接埠獲得該下行變壓器裝置所回報的偵測結果以得知與該上行變壓器裝置相連的其他變壓器裝置的數量；依據該偵測結果產生該控制信號，並傳輸該控制信號至該下行變壓器裝置。
  11. 如申請專利範圍第8項所述的控制方法，其中該控制信號包括各個變壓器裝置的電壓轉換功率、同步信號以及啟動時間分配比例中的其中之一或其組合。
  12. 如申請專利範圍第8項所述的控制方法，其中該上行串接埠以及該下行串接埠包括偵測接腳、輸入電源端以及輸出電源端，其中該上行串接埠的該輸入電源端耦接該變壓器的該輸入端以及該下行串接埠的該輸入電源端，且該上行串接埠的該輸出電源端耦接該變壓器的該輸出端以及該下行串接埠的該輸出電源端。
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