TWI691823B

TWI691823B - 電源供應裝置及其控制方法

Info

Publication number: TWI691823B
Application number: TW107135505A
Authority: TW
Inventors: 洪偉智; 林彥瑋; 汪詠欽; 江旻整; 彭德智
Original assignee: 台達電子工業股份有限公司
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2018-10-09
Publication date: 2020-04-21
Also published as: TW201937329A; CN110190744A

Abstract

一種電源供應裝置包含電壓轉換電路以及模式切換電路。電壓轉換電路用以接收第一電壓，並將第一電壓轉換為第二電壓。模式切換電路用以根據第二電壓提供輸出電壓與輸出電流至負載。模式切換電路包含切換開關。切換開關用以於電源供應裝置操作於定電壓輸出模式時維持導通或維持關斷，使得輸出電壓的電壓值相應於第二電壓，並於電源供應裝置操作於定電流輸出模式時於導通與關斷之間切換，使得模式切換電路的輸出電流為一定值。

Description

電源供應裝置及其控制方法

本案係關於一種電源供應裝置，且特別係關於一種可操作在不同輸出模式下的電源供應裝置。

隨著伺服器、資料中心(Data Center)用設備相關領域的技術發展，不同類型的伺服器或資料中心具有不同的供電需求，而伺服器或資料中心的供電電源亦需要提供範圍更寬的輸出電壓範圍以對伺服器或資料中心供電。

此外，隨著環保節能的意識興起，如何在滿足伺服器及資料中心的供電需求的同時提高電源供應裝置的轉換效率，實為本技術領域之研究目標。

本案的一態樣為一種電源供應裝置。電源供應裝置包含電壓轉換電路以及模式切換電路。電壓轉換電路用以接收第一電壓，並將第一電壓轉換為第二電壓。模式切換電路用以根據第二電壓提供輸出電壓與輸出電流至負載。模式切換電路包含切換開關。切換開關用以於電源供應裝置操作於定電壓輸出模式時維持導通或維持關斷，使得輸出電壓的電壓值相應於第二電壓，並於電源供應裝置操作於定電流輸出模式時於導通與關斷之間切換，使得模式切換電路的輸出電流為一定值。

在部分實施例中，電源供應裝置更包含控制電路，用以根據負載的負載狀態輸出控制訊號至切換開關，以控制切換開關導通或關斷。於定電壓輸出模式下，控制訊號維持於固定準位。

在部分實施例中，電源供應裝置更包含電流偵測電路，用以偵測輸出電流並輸出電流回授訊號至控制電路。於定電流輸出模式下，控制電路用以根據電流回授訊號相應地輸出控制訊號於致能準位與禁能準位之間切換，以調整控制訊號的責任周期或切換頻率。

在部分實施例中，當輸出電流為第一電流值時，控制訊號具有第一責任周期與第一切換頻率，當輸出電流為第二電流值時，控制訊號具有第二責任周期與第二切換頻率。第一電流值大於第二電流值時，第一責任週期小於第二責任周期，或者第一切換頻率低於第二切換頻率。

在部分實施例中，當負載的負載狀態小於門檻值時，控制訊號維持於固定準位，當負載的負載狀態大於門檻值時，控制電路用以輸出控制訊號於致能準位與禁能準位之間切換。

在部分實施例中，電壓轉換電路包含：直流交流轉換單元，用以將第一電壓轉換為交流電壓訊號；變壓器單元，變壓器單元的原邊側電性耦接於直流交流轉換單元；以及交流直流轉換單元，電性耦接於變壓器單元的副邊側，用以將耦合至副邊側的交流電壓訊號轉換為第二電壓。

在部分實施例中，模式切換電路包含降壓轉換電路，降壓轉換電路包含切換開關、二極體單元、電感單元以及電容單元。切換開關的第一端電性耦接於電壓轉換電路，二極體單元的陰極端電性耦接於電感單元的第一端，電感單元的第二端電性耦接於電容單元的第一端，電容單元的第二端電性耦接於二極體單元的陽極端，切換開關的第二端電性耦接於二極體單元的陰極端或二極體單元的陽極端。

在部分實施例中，模式切換電路包含升壓轉換電路。升壓轉換電路包含切換開關、二極體單元、電感單元以及電容單元。電感單元的第一端電性耦接於電壓轉換電路，電感單元的第二端電性耦接於切換開關的第一端以及二極體單元的陽極端，二極體單元的陰極端電性耦接於電容單元的第一端，電容單元的第二端電性耦接於切換開關的第二端。

本揭示內容的另一態樣為一種電源供應裝置的控制方法。電源供應裝置的控制方法包含：透過電壓轉換電路，將第一電壓轉換為第二電壓；透過模式切換電路，根據第二電壓提供輸出電壓與輸出電流至負載；於電源供應裝置操作於定電壓輸出模式時，控制模式切換電路中的切換開關維持導通或維持關斷，使得輸出電壓的電壓值相應於第二電壓；以及於電源供應裝置操作於定電流輸出模式時，控制切換開關於導通與關斷之間切換，使得模式切換電路輸出的輸出電流為定值。

在部分實施例中，電源供應裝置的控制方法更包含：透過控制電路，根據負載的負載狀態輸出控制訊號至切換開關，以控制切換開關導通或關斷，其中於定電壓輸出模式下，控制訊號維持於固定準位。

在部分實施例中，電源供應裝置的控制方法更包含：透過電流偵測電路，偵測輸出電流並輸出電流回授訊號至控制電路；以及於定電流輸出模式下，透過控制電路根據電流回授訊號相應地輸出控制訊號於致能準位與禁能準位之間切換，以調整控制訊號的責任周期或切換頻率。

在部分實施例中，當輸出電流為第一電流值時，控制訊號具有第一責任周期與第一切換頻率，當輸出電流為第二電流值時，控制訊號具有第二責任周期與第二切換頻率，其中第一電流值大於第二電流值時，第一責任週期小於第二責任周期，或者第一切換頻率低於第二切換頻率。

在部分實施例中，電源供應裝置的控制方法更包含：當負載的負載狀態小於門檻值時，透過控制電路輸出維持於固定準位的控制訊號；以及當負載的負載狀態大於門檻值時，透過控制電路輸出控制訊號於致能準位與禁能準位之間切換。

在部分實施例中，電源供應裝置的控制方法，更包含：透過電壓轉換電路中電性耦接於變壓器單元之原邊側的直流交流轉換單元，將第一電壓轉換為交流電壓訊號；以及透過電壓轉換電路中電性耦接於變壓器單元之副邊側的交流直流轉換單元，將耦合至副邊側的交流電壓訊號轉換為第二電壓。

在部分實施例中，模式切換電路包含降壓轉換電路，降壓轉換電路包含切換開關、二極體單元、電感單元以及電容單元，切換開關的第一端電性耦接於電壓轉換電路，二極體單元的陰極端電性耦接於電感單元的第一端，電感單元的第二端電性耦接於電容單元的第一端，電容單元的第二端電性耦接於二極體單元的陽極端，切換開關的第二端電性耦接於二極體單元的陰極端或二極體單元的陽極端。

在部分實施例中，模式切換電路包含一升壓轉換電路，升壓轉換電路包含切換開關、二極體單元、電感單元以及電容單元，電感單元的第一端電性耦接於電壓轉換電路，電感單元的第二端電性耦接於切換開關的第一端以及二極體單元的陽極端，二極體單元的陰極端電性耦接於電容單元的第一端，電容單元的第二端電性耦接於切換開關的第二端。

下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，以更好地理解本案的態樣，但所提供之實施例並非用以限制本揭露所涵蓋的範圍，而結構操作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭露所涵蓋的範圍。此外，根據業界的標準及慣常做法，圖式僅以輔助說明為目的，並未依照原尺寸作圖，實際上各種特徵的尺寸可任意地增加或減少以便於說明。下述說明中相同元件將以相同之符號標示來進行說明以便於理解。

在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞（terms），除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。

此外，在本文中所使用的用詞『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指『包含但不限於』。此外，本文中所使用之『及／或』，包含相關列舉項目中一或多個項目的任意一個以及其所有組合。

於本文中，當一元件被稱為『連接』或『耦接』時，可指『電性連接』或『電性耦接』。『連接』或『耦接』亦可用以表示二或多個元件間相互搭配操作或互動。此外，雖然本文中使用『第一』、『第二』、…等用語描述不同元件，該用語僅是用以區別以相同技術用語描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否則該用語並非特別指稱或暗示次序或順位，亦非用以限定本發明。

請參考第1圖。第1圖為根據本案部分實施例所繪示的電源供應裝置100的示意圖。電源供應裝置100用以接收電壓V1，並輸出輸出電壓Vo以及輸出電流Io至負載200。舉例來說，負載200可為各種伺服器、資料中心用設備等等，但本揭示內容並不以此為限。

如第1圖所示，在部分實施例中，電源供應裝置100包含電壓轉換電路120、模式切換電路140、控制電路160以及電流偵測電路180。在結構上，電壓轉換電路120的輸出端電性耦接於模式切換電路140的輸入端。控制電路160電性耦接於模式切換電路140以及電流偵測電路180。

在操作上，電壓轉換電路120用以接收電壓V1，並將電壓V1轉換為電壓V2。在部分實施例中，電壓V1、電壓V2可為直流電，電壓轉換電路120可由各種直流直流轉換器實現，其詳細內容將於後續段落中進行說明。

模式切換電路140用以自電壓轉換電路120接收電壓V2，並根據電壓V2提供輸出電壓Vo與輸出電流Io至負載200。具體來說，模式切換電路140中的切換開關SW1可相應於電源供應裝置100操作於定電壓輸出模式或定電流輸出模式具有不同的操作，以實現電源供應裝置100的定電壓輸出（Constant Voltage）或者定電流輸出（Constant Current）。舉例來說，在部分實施例中，電源供應裝置100可對後端的負載200進行充電，並相應於負載200的充電曲線調整對後端充電的輸出電壓Vo與輸出電流Io。

在第1圖所示實施例中，控制電路160用以根據負載200的負載狀態輸出控制訊號CS至模式切換電路140中的切換開關SW1，以控制切換開關SW1導通或關斷。具體來說，當負載200的負載狀態小於門檻值時，控制訊號CS可維持於固定準位，以控制電源供應裝置100操作在定電壓輸出模式。於定電壓輸出模式下，由於控制訊號CS維持於固定準位，使得切換開關SW1維持導通或維持關斷。

舉例來說，在本實施例中，模式切換電路140為一降壓轉換電路（Buck converter）。降壓轉換電路包含切換開關SW1、二極體單元D1、電感單元L1以及電容單元C1。在結構上，切換開關SW1的第一端電性耦接於電壓轉換電路120的第一輸出端。切換開關SW1的第二端電性耦接於二極體單元D1的陰極端。二極體單元D1的陰極端電性耦接於電感單元L1的第一端。電感單元L1的第二端電性耦接於電容單元C1的第一端。電容單元C1的第二端電性耦接於二極體單元D1的陽極端與電壓轉換電路120的第二輸出端。

值得注意的是，在其他部分實施例中，降壓轉換電路亦可採用不同架構實現。舉例來說，在其他部分實施例中，二極體單元D1的陰極端電性耦接於電感單元L1的第一端以及電壓轉換電路120的第一輸出端。電感單元L1的第二端電性耦接於電容單元C1的第一端。電容單元C1的第二端電性耦接於二極體單元D1的陽極端。切換開關SW1的第一端電性耦接於電壓轉換電路120的第二輸出端，切換開關SW1的第二端電性耦接於二極體單元D1的陽極端。此外，在各個實施例中，降壓轉換電路可由多種不同架構實現，以上列舉僅為示例之用，並非用以限制本案。

切換開關SW1用以於電源供應裝置100操作於定電壓輸出模式時相應於具有致能準位（如：高準位）的控制訊號CS維持導通，使得輸出電壓Vo的電壓值相應於電壓V2，並在操作過程中維持恆定。

另一方面，當負載200的負載狀態大於門檻值時，控制電路160用以輸出控制訊號CS於致能準位（如：高準位）與禁能準位（如：低準位）之間切換，以控制電源供應裝置100操作在定電流輸出模式下。於電源供應裝置100操作於定電流輸出模式時，切換開關SW1於導通與關斷之間切換，使得模式切換電路140輸出的輸出電流Io為定值。

具體來說，電流偵測電路180可用以偵測輸出電流Io並輸出電流回授訊號Ifb至控制電路160。電流偵測電路180可透過各種方式，例如電流偵測電阻（Sense Resistor）、霍爾感測元件（Hall Sensor）、比流器（Current Transformer）或是其他各種電流感測器實現。

於定電流輸出模式下，控制電路160用以根據電流回授訊號Ifb相應地輸出控制訊號CS於致能準位（如：高準位）與禁能準位（如：低準位）之間切換，以調整控制訊號CS的責任周期（Duty Cycle）或切換頻率（switching frequency）。如此一來，模式切換電路140便可做為降壓轉換電路進行控制，透過脈衝寬度調變（PWM）或脈衝頻率調變（PFM）控制輸出電壓Vo及/或輸出電流Io。

舉例來說，在部分實施例中，於定電流輸出模式下，當輸出電流Io越大時，控制訊號CS的切換頻率便越低，責任周期越小。當輸出電流Io越小時，控制訊號CS的切換頻率便越高，責任周期越大。換言之，當輸出電流Io為第一電流值時，控制訊號CS具有第一責任周期與第一切換頻率。當輸出電流Io為第二電流值時，控制訊號CS具有第二責任周期與第二切換頻率。當第一電流值大於第二電流值時，第一責任週期小於第二責任周期，或者第一切換頻率低於第二切換頻率。在部分實施例中，控制電路160亦可在輸出負載提高時同時降低切換頻率與責任周期，以實現定電流控制。

藉此，便可透過偵測輸出電流Io進行回授控制，以將輸出電流Io維持在適當的目標值對負載200供電，以滿足後端的電力需求。

此外，在不同實施例中，控制電路160亦可基於實際需求決定電源供應裝置100的輸出模式。舉例來說，在部分實施例中，控制電路160可根據使用者的設置改變電源供應裝置100的輸出模式。在部分實施例中，控制電路160可將電源供應裝置100的輸出電壓Vo、輸出電流Io任一者或其組合作為門檻值，以決定輸出模式並輸出相應的控制訊號CS。

如此一來，電源供應裝置100便可透過設置前級的電壓轉換電路120調整電壓準位，並透過設置後級的模式切換電路140，選擇啟用或停用定電流輸出模式。

此外，由於採用了電壓轉換電路120與模式切換電路140的二級電路架構，相較於僅採用單級電路120而言，電源供應裝置100具有更寬的輸出電壓範圍。舉例來說，在部分實施例中，電壓轉換電路120操作於定電壓模式時，電源供應裝置100輸出為額定電壓值(例如：約240V)。對於採用單級電路的電源供應裝置100而言，當進入到定電流模式時，最低電壓僅能調整至額定電壓值之約75%至約90%。在一例中，最低電壓僅能調整至額定電壓值之約80%(例如：約200V)。相對地，在本案的實施例中，透過後級的模式切換電路140的操作，最低電壓能調整至額定電壓值之約7%至約15%。在一例中，最低電壓可能調整至額定電壓值之約10%(例如：約20V)並維持在定電流模式。藉此，透過二級電路架構，在定電流輸出時，電源供應裝置100可操作在相對較寬的輸出電壓範圍，以搭配各種伺服器設備或資料中心的使用需求。此外，以上具體數值及數值範圍僅為示例，並非用以限制本案。

當電源供應裝置100不需輸出定電流時，切換開關SW1便不需進行切換。由於開關器件的切換損失降低，電源供應裝置100的整體轉換效率（Efficiency）便可提高，實現更為節能、環保的電路設計。

請參考第2圖。第2圖為根據本案其他部分實施例所繪示的電源供應裝置100的示意圖。為便於理解起見，在第2圖中，與第1圖實施例相同或相似的元件係以相同元件符號標示，其操作已於先前段落詳細說明者，若非必要不再於此贅述。

和第1圖所示實施例相比，在第2圖所示實施例中，模式切換電路140為一升壓轉換電路(Boost converter)。升壓轉換電路包含切換開關SW2、二極體單元D2、電感單元L2以及電容單元C2。在結構上，電感單元L2的第一端電性耦接於電壓轉換電路120，電感單元L2的第二端電性耦接於切換開關SW2的第一端以及二極體單元D2的陽極端。二極體單元D2的陰極端電性耦接於電容單元C2的第一端。電容單元C2的第二端電性耦接於切換開關SW2的第二端。

在模式切換電路140為升壓轉換電路的實施例中，切換開關SW2用以於電源供應裝置100操作於定電壓輸出模式時相應於具有禁能準位(如：低準位)的控制訊號CS維持關斷，使得輸出電壓Vo的電壓值相應於電壓V2，並在操作過程中維持恆定。

另一方面，當負載200的負載狀態大於門檻值時，控制電路160用以輸出控制訊號CS於致能準位(如：高準位)與禁能準位(如：低準位)之間切換，以控制電源供應裝置100操作在定電流輸出模式下。於電源供應裝置100操作於定電流輸出模式時，切換開關SW2於導通與關斷之間切換，使得模式切換電路140輸出的輸出電流Io為定值。本領域中具有通常知識者當明白切換開關SW1設置於升壓轉換電路、降壓轉換電路中的相似操作，故其細節不再於此贅述。此外，本揭示內容並不以此為限，在其他實施例中，模式切換電路140亦可由升降兩用轉換電路或其他合適的交換式電源轉換電路實現。

此外，雖然在第1圖與第2圖的實施例中，切換開關SW1、SW2係由N型的金屬氧化物半導體場效電晶體（N-Type Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，N-Type MOSFET），但本揭示內容並不以此為限。在其他部分實施例中，切換開關SW1、SW2亦可由P型的金屬氧化物半導體場效電晶體（P-Type Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，P-Type MOSFET）實現。

由於P型MOSFET的致能與禁能操作與N型MOSFET相反，因此在以P型MOSFET實現的實施例中，於定電流輸出模式下，當輸出電流Io越大時，控制訊號CS的切換頻率便越低，責任周期越大。當輸出電流Io越小時，控制訊號CS的切換頻率便越高，責任周期越小。換言之，當輸出電流Io為第一電流值時，控制訊號CS具有第一責任周期與第一切換頻率。當輸出電流Io為第二電流值時，控制訊號CS具有第二責任周期與第二切換頻率。當第一電流值大於第二電流值時，第一責任週期大於第二責任周期，或者第一切換頻率低於第二切換頻率。在部分實施例中，控制電路160亦可在輸出負載提高時同時降低切換頻率並提高責任周期，以實現定電流控制。

請參考第3圖。第3圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電壓轉換電路120的示意圖。如第3圖所示，在部分實施例中，電壓轉換電路120包含直流交流轉換單元122、變壓器單元124以及交流直流轉換單元126。在結構上，變壓器單元124的原邊側Np電性耦接於直流交流轉換單元122，變壓器單元124的副邊側Ns電性耦接於交流直流轉換單元126。

在操作上，直流交流轉換單元122用以將電壓V1轉換為交流電壓訊號Vs。交流直流轉換單元126用以將耦合至副邊側Ns的交流電壓訊號Vs轉換為電壓V2。如此一來，電壓轉換電路120便可作為定電壓源輸出具有目標電壓準位的電壓V2至模式切換電路140，並實現變壓器單元124的原邊側Np與副邊側Ns之間的電性隔離。

在不同實施例中，直流交流轉換單元122和交流直流轉換單元126可分別由不同具體電路實現。如第3圖所示，在部分實施例中，直流交流轉換單元122可為一半橋LLC（Half-bridge LLC）電路，包含電晶體開關Q31、Q32，諧振電容Cr、諧振電感Lr、Lm。在部分實施例中，諧振電感Lr、Lm可分別為變壓器單元124的漏電感以及激磁電感。電晶體開關Q31的第一端電性耦接於輸入電容Cin的第一端，電晶體開關Q31的第二端電性耦接於電晶體開關Q32的第一端以及諧振電容Cr的第一端。電晶體開關Q32的第二端電性耦接於輸入電容Cin的第二端。諧振電容Cr的第二端電性耦接於諧振電感Lr的第一端。諧振電感Lr的第二端電性耦接於諧振電感Lm的第一端以及原邊側Np的第一端。諧振電感Lm的第二端電性耦接於原邊側Np的第二端以及電晶體開關Q32的第二端。

交流直流轉換單元126可為一全波整流電路。如第3圖所示，交流直流轉換單元126可包含二極體單元D31、D32、D33、D34，以及濾波電容C31、C32以及濾波電感L31。在結構上，二極體單元D31的陰極端電性耦接於二極體單元D33的陰極端、濾波電容C31的第一端、濾波電感L31的第一端。二極體單元D31的陽極端電性耦接於二極體單元D32的陰極端以及副邊側Ns的第一端。二極體單元D32的陽極端電性耦接於二極體單元D34的陽極端、濾波電容C31的第二端以及濾波電容C32的第二端。二極體單元D33的陽極端電性耦接於二極體單元D34的陰極端以及副邊側Ns的第二端。濾波電感L31的第二端電性耦接於濾波電容C32的第一端。本領域中具有通常知識者，當明白直流交流轉換單元122、交流直流轉換單元126如何透過其中的電路器件實現電壓轉換，故其操作細節不再於此贅述。

請一併參考第4圖和第5圖。第4圖和第5圖分別為根據本揭示內容其他部分實施例所繪示的直流交流轉換單元122的示意圖。

如第4圖所示，在部分實施例中，直流交流轉換單元122可為一全橋LLC（Full-bridge LLC）電路，包含電晶體開關Q41、Q42、Q43、Q44，諧振電容Cr、諧振電感Lr、Lm。電晶體開關Q41的第一端和電晶體開關Q43的第一端電性耦接於輸入電容Cin的第一端。電晶體開關Q41的第二端電性耦接於電晶體開關Q42的第一端以及諧振電容Cr的第一端。電晶體開關Q42的第二端電性耦接於輸入電容Cin的第二端。諧振電容Cr的第二端電性耦接於諧振電感Lr的第一端。諧振電感Lr的第二端電性耦接於諧振電感Lm的第一端以及原邊側Np的第一端。諧振電感Lm的第二端電性耦接於原邊側Np的第二端、電晶體開關Q43的第二端以及電晶體開關Q44的第一端。電晶體開關Q44的第二端電性耦接於輸入電容Cin的第二端。

如第5圖所示，在部分實施例中，直流交流轉換單元122可為一相移式全橋（Phase Shift Full-bridge）電路，包含電晶體開關Q51、Q52、Q53、Q54，諧振電感Lr、Lm。電晶體開關Q51的第一端和電晶體開關Q53的第一端電性耦接於輸入電容Cin的第一端。電晶體開關Q51的第二端電性耦接於電晶體開關Q52的第一端以及諧振電感Lr的第一端。電晶體開關Q52的第二端電性耦接於輸入電容Cin的第二端。諧振電感Lr的第二端電性耦接於諧振電感Lm的第一端以及原邊側Np的第一端。諧振電感Lm的第二端電性耦接於原邊側Np的第二端、電晶體開關Q53的第二端以及電晶體開關Q54的第一端。電晶體開關Q54的第二端電性耦接於輸入電容Cin的第二端。

請一併參考第6圖和第7圖。第6圖和第7圖分別為根據本揭示內容其他部分實施例所繪示的交流直流轉換單元126的示意圖。

如第6圖所示，在部分實施例中，交流直流轉換單元126可為一中心抽頭式（Center Tapped）整流電路，其包含電晶體開關Q61、Q62、以及濾波電容C61、C62以及濾波電感L61。在結構上，電晶體開關Q61的第一端與電晶體開關Q62的第一端分別電性耦接於副邊側Ns的第一端與第二端。副邊側Ns的中心抽頭端電性耦接於濾波電容C61的第一端以及濾波電感L61的第一端。濾波電感L61的第二端電性耦接於濾波電容C62的第一端。濾波電容C61的第二端與濾波電容C62的第二端電性耦接於電晶體開關Q61的第二端與電晶體開關Q62的第二端。值得注意的是，在部分實施例中，電晶體開關Q61、Q62亦可由適當的二極體單元取代以實現中心抽頭式整流電路。

如第7圖所示，在部分實施例中，交流直流轉換單元126可為倍流整流電路（Current doubler），其包含電晶體開關Q71、Q72、電感L71、L72以及電容C71。在結構上，電晶體開關Q71的第一端與電晶體開關Q72的第一端分別電性耦接於副邊側Ns的第一端與第二端。電感L71的第一端電性耦接於電晶體開關Q71的第一端，電感L72的第一端電性耦接於電晶體開關Q72的第一端，電感L71的第二端與電感L72的第二端共同電性耦接於電容C71的第一端。電晶體開關Q71的第二端與電晶體開關Q72的第二端共同電性耦接於電容C71的第二端。

請一併參考第8圖和第9圖。第8圖和第9圖分別為根據本揭示內容其他部分實施例所繪示的電壓轉換電路120的示意圖。

如第8圖和第9圖所示，在部分實施例中，電壓轉換電路120可由反馳式（Flyback）轉換電路實現。在第8圖的實施例中，電壓轉換電路120包含輸入電容Cin、電感L81、L82，電晶體開關Q81，變壓器單元124，二極體單元D81以及電容C81。在結構上，電感L81的第一端電性耦接於輸入電容Cin的第一端，電感L81的第二端電性耦接於變壓器單元124的原邊側Np的一端以及電感L82的第一端。電感L82的第二端電性耦接於變壓器單元124的原邊側Np的另一端以及電晶體開關Q81的第一端。電晶體開關Q81的第二端電性耦接於輸入電容Cin的第二端。二極體單元D81的陽極端電性耦接於變壓器單元124的副邊側Ns的一端。二極體單元D81的陰極端電性耦接於電容C81的第一端。電容C81的第二端電性耦接於變壓器單元124的副邊側Ns的另一端。

在第9圖的實施例中，於變壓器單元124的副邊側Ns係以電晶體開關Q92取代二極體單元D81進行同步整流。電晶體開關Q92電性耦接於電容C91的第二端以及變壓器單元124的副邊側Ns的另一端之間。輸入電容Cin、電感L91、L92，電晶體開關Q91，變壓器單元124的電性連接關係與第8圖實施例相似，故於此不再贅述。

本領域中具有通常知識者，當明白第4圖～第7圖中所繪示的直流交流轉換單元122、交流直流轉換單元126以及第8圖和第9圖中所繪示的電壓轉換電路120如何透過其中的電路器件實現其功能，故其操作細節不再於此贅述。在各個實施例中，本領域具通常知識者可組合第3圖～第5圖中的直流交流轉換單元122任一者與第3圖、第6圖～第7圖中的交流直流轉換單元126任一者以實現電壓轉換電路120。以上揭示內容僅為示例，並非用以限制本案。

請參考第10圖。第10圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源供應裝置100的控制方法900流程圖。為便於理解本案，控制方法900係搭配第1圖至第9圖中的實施例進行說明，但並不以此為限。如第10圖所示，控制方法900包含操作S1、S2、S3以及S4。

在操作S1中，透過電壓轉換電路120，將電壓V1轉換為電壓V2。

在操作S2中，透過模式切換電路140，根據電壓V2提供輸出電壓Vo與輸出電流Io至負載200。

在操作S3中，於電源供應裝置100操作於定電壓輸出模式時，控制模式切換電路140中的切換開關SW1維持導通或維持關斷，使得輸出電壓Vo的電壓值相應於電壓V2。

在操作S4中，於電源供應裝置100操作於定電流輸出模式時，控制切換開關SW1於導通與關斷之間切換，使得模式切換電路140輸出的輸出電流Io為定值。

在部分實施例中，控制方法900更包含透過電流偵測電路180，偵測輸出電流Io並輸出電流回授訊號Ifb至控制電路160，以及透過控制電路160，根據負載200的負載狀態輸出控制訊號CS至切換開關SW1，以控制切換開關SW1導通或關斷。於定電壓輸出模式下，控制訊號CS維持於固定準位。於定電流輸出模式下，透過控制電路160根據電流回授訊號Ifb相應地輸出控制訊號CS於致能準位與禁能準位之間切換，以調整控制訊號CS的責任周期或切換頻率。

在部分實施例中，控制方法900更包含：當負載200的負載狀態小於門檻值時，透過控制電路160輸出維持於固定準位的控制訊號CS，以及當負載200的負載狀態大於門檻值時，透過控制電路160輸出控制訊號CS於致能準位與禁能準位之間切換。

所屬技術領域具有通常知識者可直接瞭解此控制方法900如何基於上述多個不同實施例中的電源供應裝置100以執行該等操作及功能，故不再此贅述。

於上述之內容中，包含示例性的步驟。然而此些步驟並不必需依序執行。在本實施方式中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行。

值得注意的是，上述各實施例中的各個元件可以由各種類型的數位或類比電路實現，亦可分別由不同的積體電路晶片實現。各個元件亦可整合至單一的數位控制晶片。上述僅為例示，本案並不以此為限，本領域具有通常知識者可根據實際需求選擇各個元件的具體實現方式。舉例來說，電晶體開關Q31～Q92、切換開關SW1可為金氧半場效電晶體（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET）、雙極性接面型電晶體（Bipolar Junction Transistor，BJT）或其他適當的半導體元件。控制電路160可為微控制器（Microcontroller Unit，MCU）、中央處理器（Central Processing Unit，CPU）或以其他積體電路晶片實現。

綜上所述，透過各個實施例中的電源供應裝置100以及控制方法900，便可選擇性地控制模式切換電路140中的切換開關SW1的啟閉操作，並提高電源供應裝置100整體的轉換效率，以實現更為節能環保的電源供應。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧電源供應裝置120‧‧‧電壓轉換電路122‧‧‧直流交流轉換單元124‧‧‧變壓器單元126‧‧‧交流直流轉換單元140‧‧‧模式切換電路160‧‧‧控制電路180‧‧‧電流偵測電路200‧‧‧負載900‧‧‧控制方法Np‧‧‧原邊側Ns‧‧‧副邊側SW1、SW2‧‧‧切換開關Q31、Q32～Q91、Q92‧‧‧電晶體開關Lr、Lm、L1～L92‧‧‧電感Cin、Cr、C1～C91‧‧‧電容D1～D81‧‧‧二極體單元V1、V2、Vo‧‧‧電壓Vs‧‧‧交流電壓訊號Io‧‧‧電流CS‧‧‧控制訊號Ifb‧‧‧電流回授訊號S1～S4‧‧‧操作

第1圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源供應裝置的示意圖。第2圖為根據本揭示內容其他部分實施例所繪示的電源供應裝置的示意圖。第3圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電壓轉換電路的示意圖。第4圖和第5圖分別為根據本揭示內容其他部分實施例所繪示的直流交流轉換單元的示意圖。第6圖和第7圖分別為根據本揭示內容其他部分實施例所繪示的交流直流轉換單元的示意圖。第8圖和第9圖分別為根據本揭示內容其他部分實施例所繪示的電壓轉換電路的示意圖。第10圖為根據本揭示內容部分實施例所繪示的電源供應裝置的控制方法流程圖。

900‧‧‧控制方法

S1~S4‧‧‧操作

Claims

一種電源供應裝置，包含：一電壓轉換電路，用以接收一第一電壓，並將該第一電壓轉換為一第二電壓；以及一模式切換電路，用以根據該第二電壓提供一輸出電壓與一輸出電流至一負載，其中該模式切換電路包含一切換開關，該切換開關用以於該電源供應裝置操作於一定電壓輸出模式時維持導通或維持關斷，使得該輸出電壓的電壓值相應於該第二電壓，且該輸出電壓的電壓值於該定電壓輸出模式時維持恆定，該切換開關還用以於該電源供應裝置操作於一定電流輸出模式時於導通與關斷之間切換，使得該模式切換電路的該輸出電流為一定值。
如請求項1所述的電源供應裝置，更包含：一控制電路，用以根據該負載的一負載狀態輸出一控制訊號至該切換開關，以控制該切換開關導通或關斷，其中於該定電壓輸出模式下，該控制訊號維持於一固定準位。
如請求項2所述的電源供應裝置，更包含：一電流偵測電路，用以偵測該輸出電流並輸出一電流回授訊號至該控制電路；其中於該定電流輸出模式下，該控制電路用以根據該電流回授訊號相應地輸出該控制訊號於一致能準位與一禁能準位之間切換，以調整該控制訊號的一責任周期或一切換頻率。
如請求項3所述的電源供應裝置，其中當該輸出電流為一第一電流值時，該控制訊號具有一第一責任周期與一第一切換頻率，當該輸出電流為一第二電流值時，該控制訊號具有一第二責任周期與一第二切換頻率，其中該第一電流值大於該第二電流值時，該第一責任週期小於該第二責任周期，或者該第一切換頻率低於該第二切換頻率。
如請求項3所述的電源供應裝置，其中當該負載的該負載狀態小於一門檻值時，該控制訊號維持於該固定準位，當該負載的該負載狀態大於該門檻值時，該控制電路用以輸出該控制訊號於該致能準位與該禁能準位之間切換。
如請求項1所述的電源供應裝置，其中該電壓轉換電路包含：一直流交流轉換單元，用以將該第一電壓轉換為一交流電壓訊號；一變壓器單元，該變壓器單元的一原邊側電性耦接於該直流交流轉換單元；以及一交流直流轉換單元，電性耦接於該變壓器單元的一副邊側，用以將耦合至該副邊側的該交流電壓訊號轉換為該第二電壓。
如請求項1所述的電源供應裝置，其中該模式切換電路包含一降壓轉換電路，該降壓轉換電路包含該切換開關、一二極體單元、一電感單元以及一電容單元，其中該切換開關的一第一端電性耦接於該電壓轉換電路，該二極體單元的一陰極端電性耦接於該電感單元的一第一端，該電感單元的一第二端電性耦接於該電容單元的一第一端，該電容單元的一第二端電性耦接於該二極體單元的一陽極端，該切換開關的一第二端電性耦接於該二極體單元的該陰極端或該二極體單元的該陽極端。
如請求項1所述的電源供應裝置，其中該模式切換電路包含一升壓轉換電路，該升壓轉換電路包含該切換開關、一二極體單元、一電感單元以及一電容單元，其中該電感單元的一第一端電性耦接於該電壓轉換電路，該電感單元的一第二端電性耦接於該切換開關的一第一端以及該二極體單元的一陽極端，該二極體單元的一陰極端電性耦接於該電容單元的一第一端，該電容單元的一第二端電性耦接於該切換開關的一第二端。
一種電源供應裝置的控制方法，包含：透過一電壓轉換電路，將一第一電壓轉換為一第二電壓；透過一模式切換電路，根據該第二電壓提供一輸出電壓與一輸出電流至一負載；於該電源供應裝置操作於一定電壓輸出模式時，控制該模式切換電路中的一切換開關維持導通或維持關斷，使得該輸出電壓的電壓值相應於該第二電壓，且該輸出電壓的電壓值於該定電壓輸出模式時維持恆定；以及於該電源供應裝置操作於一定電流輸出模式時，控制該切換開關於導通與關斷之間切換，使得該模式切換電路輸出的該輸出電流為一定值。
如請求項9所述的電源供應裝置的控制方法，更包含：透過一控制電路，根據該負載的一負載狀態輸出一控制訊號至該切換開關，以控制該切換開關導通或關斷，其中於該定電壓輸出模式下，該控制訊號維持於一固定準位。
如請求項10所述的電源供應裝置的控制方法，更包含：透過一電流偵測電路，偵測該輸出電流並輸出一電流回授訊號至該控制電路；以及於該定電流輸出模式下，透過該控制電路根據該電流回授訊號相應地輸出該控制訊號於一致能準位與一禁能準位之間切換，以調整該控制訊號的一責任周期或一切換頻率。
如請求項11所述的電源供應裝置的控制方法，其中當該輸出電流為一第一電流值時，該控制訊號具有一第一責任周期與一第一切換頻率，當該輸出電流為一第二電流值時，該控制訊號具有一第二責任周期與一第二切換頻率，其中該第一電流值大於該第二電流值時，該第一責任週期小於該第二責任周期，或者該第一切換頻率低於該第二切換頻率。
如請求項11所述的電源供應裝置的控制方法，更包含：當該負載的該負載狀態小於一門檻值時，透過該控制電路輸出維持於該固定準位的該控制訊號；以及當該負載的該負載狀態大於該門檻值時，透過該控制電路輸出該控制訊號於該致能準位與該禁能準位之間切換。
如請求項9所述的電源供應裝置的控制方法，更包含：透過該電壓轉換電路中電性耦接於一變壓器單元之一原邊側的一直流交流轉換單元，將該第一電壓轉換為一交流電壓訊號；以及透過該電壓轉換電路中電性耦接於該變壓器單元之一副邊側的一交流直流轉換單元，將耦合至該副邊側的該交流電壓訊號轉換為該第二電壓。
如請求項9所述的電源供應裝置的控制方法，其中該模式切換電路包含一降壓轉換電路，該降壓轉換電路包含該切換開關、一二極體單元、一電感單元以及一電容單元，該切換開關的一第一端電性耦接於該電壓轉換電路，該二極體單元的一陰極端電性耦接於該電感單元的一第一端，該電感單元的一第二端電性耦接於該電容單元的一第一端，該電容單元的一第二端電性耦接於該二極體單元的一陽極端，該切換開關的一第二端電性耦接於該二極體單元的該陰極端或該二極體單元的該陽極端。
如請求項9所述的電源供應裝置的控制方法，其中該模式切換電路包含一升壓轉換電路，該升壓轉換電路包含該切換開關、一二極體單元、一電感單元以及一電容單元，該電感單元的一第一端電性耦接於該電壓轉換電路，該電感單元的一第二端電性耦接於該切換開關的一第一端以及該二極體單元的一陽極端，該二極體單元的一陰極端電性耦接於該電容單元的一第一端，該電容單元的一第二端電性耦接於該切換開關的一第二端。