TWI704739B - 電源供應裝置 - Google Patents

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Abstract

一種電源供應裝置，其包括保護電路及電源轉換電路。保護電路包括控制電路、輔助電容及開關電路。控制電路自交流電源接收交流電壓並據以產生脈動電壓及控制信號。輔助電容耦接控制電路以接收脈動電壓並據以提供第一電壓。開關電路耦接輔助電容以接收第一電壓，且耦接控制電路以接收控制信號。開關電路反應於控制信號以將第一電壓傳輸至電源轉換電路。電源轉換電路將第一電壓轉換為輸出電壓。當開關電路反應於控制信號而被切換至導通狀態時，輔助電容降低來自交流電源的輸入湧浪電流。

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可降低輸入湧浪電流的電源供應裝置。
隨著科技的進步，各種類型的電腦裝置應運而生。而為了要讓電腦裝置可順利開機，電源供應裝置扮演著相當重要的角色。一般來說，基於應用上的需求，現行的電腦裝置(例如電競型筆記型電腦或是桌上型電腦)通常會設置許多周邊介面以插接各種周邊裝置。另外，各周邊介面通常會設置許多大電容，以確保各周邊介面的輸出是穩定的且互不干擾。因此，對於電源供應裝置來說，整個電腦系統(包括電腦裝置及其周邊裝置)實質上可視為一極大的電容性負載。
特別是，當電源供應裝置被啟動以對整個電腦系統供電的瞬間，基於電容性負載的特性，電源供應裝置將會產生湧浪電流(Inrush Current)，其中湧浪電流的電流值與電容性負載的電容值成正比。可以理解的是，若電容性負載的電容值越大，則湧浪電流的電流值越大。過大的湧浪電流易損壞電源供應裝置中的零件，從而降低電源供應裝置的使用壽命。
有鑑於此，本發明提供一種電源供應裝置，可在電源供應裝置啟動的瞬間降低電源供應裝置的輸入湧浪電流。
本發明的電源供應裝置包括保護電路以及電源轉換電路。保護電路包括控制電路、輔助電容以及第一開關電路。控制電路用以自交流電源接收交流電壓，並根據交流電壓產生脈動電壓及控制信號。輔助電容的第一端耦接控制電路以接收脈動電壓。輔助電容的第二端用以提供第一電壓。第一開關電路的第一端耦接輔助電容的第二端以接收第一電壓。第一開關電路的控制端耦接控制電路以接收控制信號。第一開關電路反應於控制信號而將第一電壓傳輸至第一開關電路的第二端。電源轉換電路耦接第一開關電路的第二端以接收第一電壓，且將第一電壓轉換為輸出電壓以對負載供電。當第一開關電路反應於控制信號而被切換至導通狀態時，輔助電容用以降低來自交流電源的輸入湧浪電流。
在本發明的一實施例中，控制電路包括第一單向導通電路以及控制主體。第一單向導通電路的輸入端用以接收交流電壓。第一單向導通電路的輸出端用以提供脈動電壓。控制主體用以接收交流電壓，且耦接第一單向導通電路的輸出端以接收脈動電壓。控制主體在接收到交流電壓之後被致能，並根據該脈動電壓產生控制信號。
在本發明的一實施例中，控制主體包括第二單向導通電路、分壓電路以及驅動電路。第二單向導通電路的輸入端用以接收交流電壓。第二單向導通電路的輸出端用以提供第二電壓。分壓電路耦接第二單向導通電路的輸出端以接收第二電壓，且對第二電壓進行分壓以產生第三電壓。驅動電路耦接第一單向導通電路的輸出端以接收脈動電壓，且耦接分壓電路以接收第三電壓。驅動電路反應於第三電壓而被致能，並根據脈動電壓產生控制信號。
在本發明的一實施例中，驅動電路包括第二開關電路、第三單向導通電路以及穩壓電路。第二開關電路的第一端耦接第一單向導通電路的輸出端以接收脈動電壓。第二開關電路的控制端耦接分壓電路以接收第三電壓。第三單向導通電路的輸入端耦接第二開關電路的第二端。穩壓電路耦接第三單向導通電路的輸出端以提供控制信號。
在本發明的一實施例中，驅動電路更包括第四單向導通電路以及第一限流電路。第四單向導通電路的輸入端耦接第三單向導通電路的輸出端。第一限流電路耦接在第四單向導通電路的輸出端與第一開關電路的控制端之間。
在本發明的一實施例中，驅動電路更包括第二限流電路。第二限流電路耦接在第一單向導通電路的輸出端與第二開關電路的第一端之間。
在本發明的一實施例中，輔助電容的電容值與負載的電容值的比值小於或等於五分之一。
基於上述，在本發明實施例所提出的電源供應裝置中，當第一開關電路被切換至導通狀態時，輔助電容實質上與負載電容串聯。由於輔助電容與負載電容串聯所形成的等效電容的電容值變小，且流入電源供應裝置的輸入湧浪電流的電流值與上述等效電容的電容值成正比，故藉由輔助電容與負載電容的串聯，可有效降低輸入湧浪電流，以避免電源供應裝置因過大的輸入湧浪電流而損壞。
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。
為了使本發明的內容可以被更容易明瞭，以下特舉實施例做為本發明確實能夠據以實施的範例。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/步驟，係代表相同或類似部件。
圖1是依照本發明一實施例所繪示的電源供應裝置100的電路方塊示意圖。請參照圖1，電源供應裝置100可包括保護電路120以及電源轉換電路140，但不限於此。保護電路120可包括控制電路122、輔助電容CA以及第一開關電路SW1。控制電路122用以自交流電源PAC接收交流電壓VAC，並根據交流電壓VAC產生脈動電壓VP及控制信號ST。輔助電容CA的第一端耦接控制電路122以接收脈動電壓VP。輔助電容CA的第二端用以提供第一電壓V1。第一開關電路SW1的第一端耦接輔助電容CA的第二端以接收第一電壓V1。第一開關電路SW1的控制端耦接控制電路122以接收控制信號ST。第一開關電路SW1可反應於控制信號ST而將第一電壓V1傳輸至第一開關電路SW1的第二端。電源轉換電路140耦接第一開關電路SW1的第二端以接收第一電壓V1，且將第一電壓V1轉換為輸出電壓VO以對負載900供電。另外，在電源供應裝置100被啟動以對負載900供電的瞬間，負載900可視為一電容CS。
特別的是，當第一開關電路SW1反應於控制信號ST而被切換至導通狀態時，輔助電容CA可用以降低來自交流電源PAC的輸入湧浪電流IRS。詳細來說，在電源供應裝置100被啟動的瞬間，控制電路122自交流電源PAC接收交流電壓VAC，並據以提供脈動電壓VP及控制信號ST。第一開關電路SW1可反應於控制信號ST而被切換至導通狀態。當第一開關電路SW1被切換至導通狀態時，輔助電容CA實質上可視為透過電源轉換電路140與電容CS串聯。由於輔助電容CA與電容CS串聯所形成的等效電容的電容值將會變小，且輸入湧浪電流IRS的電流值I與上述等效電容的電容值C成正比(即
Figure 02_image001
)，因此，藉由輔助電容CA與電容CS的串聯，可有效降低輸入湧浪電流IRS，以避免電源供應裝置100因過大的輸入湧浪電流IRS而損壞。
舉例來說，假設負載900之電容CS的電容值為5000微法拉(µF)，且電源供應裝置100中的輔助電容CA的電容值為680微法拉，因此輔助電容CA與電容CS串聯所形成的等效電容的電容值約為600微法拉。相較於未設置輔助電容的電源供應裝置，本實施例的電源供應裝置100可將電流迴路上的等效電容的電容值自5000微法拉降低至600微法拉，故可大幅度地降低輸入湧浪電流IRS的電流值。
在本發明的一實施例中，輔助電容CA的電容值與電容CS的電容值之比值小於或等於五分之一，但本發明不限於此。
在本發明的一實施例中，第一開關電路SW1可採用功率電晶體來實現，但本發明不限於此。
在本發明的一實施例中，電源轉換電路140可採用現有的各種類型的電源轉換電路來實現，但本發明不限於此。
圖2是依照本發明一實施例所繪示的控制電路122的電路方塊示意圖。請合併參照圖1及圖2，控制電路122包括第一單向導通電路D1以及控制主體1224。第一單向導通電路D1的輸入端用以接收交流電壓VAC。第一單向導通電路D1的輸出端用以提供脈動電壓VP。控制主體1224接收交流電壓VAC，且耦接第一單向導通電路D1的輸出端以接收脈動電壓VP。控制主體1224在接收到交流電壓VAC之後被致能，並根據脈動電壓VP產生控制信號ST。
在本發明的一實施例中，第一單向導通電路D1可採用二極體來實現，其中二極體的陽極端為第一單向導通電路D1的輸入端，且二極體的陰極端為第一單向導通電路D1的輸出端，但本發明並不以此為限。在本發明的其他實施例中，第一單向導通電路D1也可採用本領域具通常知識者所熟知的單向電力傳輸電路來實現。
在本發明的一實施例中，控制主體1224可包括第二單向導通電路D2、分壓電路DIV以及驅動電路2242。第二單向導通電路D2的輸入端接收交流電壓VAC。第二單向導通電路D2的輸出端用以提供第二電壓V2。分壓電路DIV耦接第二單向導通電路D2的輸出端以接收第二電壓V2，且對第二電壓V2進行分壓以產生第三電壓V3。驅動電路2242耦接第一單向導通電路D1的輸出端以接收脈動電壓VP，且耦接分壓電路DIV以接收第三電壓V3。驅動電路2242可反應於第三電壓V3而被致能，並根據脈動電壓VP產生控制信號ST。
在本發明的一實施例中，分壓電路DIV可包括電阻器R1及R2。電阻器R1的第一端耦接第二單向導通電路D2的輸出端以接收第二電壓V2。電阻器R1的第二端與電阻器R2的第一端相耦接以提供第三電壓V3。電阻器R2的第二端耦接接地端GND。
在本發明的一實施例中，驅動電路2242可包括第二開關電路SW2、第三單向導通電路D3以及穩壓電路2426，但不限於此。第二開關電路SW2的第一端耦接第一單向導通電路D1的輸出端以接收脈動電壓VP。第二開關電路SW2的控制端耦接分壓電路DIV以接收第三電壓V3。第三單向導通電路D3的輸入端耦接第二開關電路SW2的第二端。穩壓電路2426耦接第三單向導通電路D3的輸出端以提供控制信號ST。
在本發明的一實施例中，第二開關電路SW2可採用功率電晶體來實現，例本發明並不以此為限。
在本發明的一實施例中，第二單向導通電路D2及第三單向導通電路D3可採用類似於第一單向導通電路D1的電路來實現。
在本發明的一實施例中，穩壓電路2426可包括齊納二極體ZD以及穩壓電容CZ，但本發明不限於此。齊納二極體ZD的陰極端耦接第三單向導通電路D3的輸出端。齊納二極體ZD的陽極端耦接接地端GND。穩壓電容CZ耦接在齊納二極體ZD的陰極端與陽極端之間。在本發明的其他實施例中，穩壓電路2426也可省略設置穩壓電容CZ。
以下說明圖2的控制電路122的詳細運作。請合併參照圖1及圖2。在電源供應裝置100被啟動之前，第一開關電路SW1及第二開關電路SW2的初始狀態為關斷狀態。在電源供應裝置100被啟動的瞬間，交流電源PAC提供交流電壓VAC至控制電路122，致使第一單向導通電路D1提供脈動電壓VP，且第二單向導通電路D2提供第二電壓V2。分壓電路DIV可對第二電壓V2進行分壓以產生第三電壓V3。當第三電壓V3的電壓值上升至一特定電壓值時，第二開關電路SW2被導通，致使第三單向導通電路D3被導通。此時，齊納二極體ZD反應於脈動電壓VP而發生崩潰，並協同穩壓電容CZ提供穩定的控制信號ST，其中控制信號ST的電壓值可例如是齊納二極體ZD的崩潰電壓值。接著，第一開關電路SW1可反應於控制信號ST而被導通。
在第一開關電路SW1被導通的瞬間，交流電源PAC、第一單向導通電路D1、輔助電容CA、第一開關電路SW1、電源轉換電路140及負載900的電容CS形成電流迴路，且輔助電容CA透過電源轉換電路140與電容CS串聯。由於輔助電容CA與電容CS串聯所形成的等效電容的電容值將會變小，且輸入湧浪電流IRS的電流值與上述等效電容的電容值成正比，故可降低電流迴路上的輸入湧浪電流IRS，以避免電源供應裝置100因過大的輸入湧浪電流IRS而損壞。
圖3是依照本發明另一實施例所繪示的控制電路322的電路方塊示意圖。請合併參照圖2及圖3，控制電路322包括第一單向導通電路D1以及控制主體3224。控制主體3224可包括第二單向導通電路D2、分壓電路DIV以及驅動電路4242。其中圖3的第一單向導通電路D1、第二單向導通電路D2以及分壓電路DIV的實施方式分別類似於圖2的第一單向導通電路D1、第二單向導通電路D2以及分壓電路DIV，故可參酌上述圖2的相關說明，在此不再贅述。
另外，圖3的驅動電路4242類似於圖2的驅動電路2242，兩者的差異僅在於，圖3的驅動電路4242還包括第四單向導通電路D4、第一限流電路RT1以及第二限流電路RT2。第四單向導通電路D4的輸入端耦接第三單向導通電路D3的輸出端。第一限流電路RT1耦接在第四單向導通電路D4的輸出端與第一開關電路SW1的控制端之間以保護第一開關電路SW1。第二限流電路RT2耦接在第一單向導通電路D1的輸出端與第二開關電路SW2的第一端之間以限制流入第二開關電路SW2的電流。
在本發明的一實施例中，第四單向導通電路D4可採用類似於第一單向導通電路D1的電路來實現。
在本發明的一實施例中，第一限流電路RT1以及第二限流電路RT2可採用電阻器來實現，但本發明不限於此。在本發明的其他實施例中，第一限流電路RT1以及第二限流電路RT2也可採用本領域具通常知識者所熟知的限電流電路來實現。
另外，圖3的控制電路322的運作類似於圖2的控制電路122，故控制電路322的運作細節可參酌上述圖2的相關說明，在此不再贅述。
綜上所述，在本發明實施例所提出的電源供應裝置中，當第一開關電路被切換至導通狀態時，輔助電容實質上與負載電容串聯。由於輔助電容與負載電容串聯所形成的等效電容的電容值變小，且流入電源供應裝置的輸入湧浪電流的電流值與上述等效電容的電容值成正比，故藉由輔助電容與負載電容的串聯，可有效降低輸入湧浪電流，以避免電源供應裝置因過大的輸入湧浪電流而損壞。
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。
100:電源供應裝置 120:保護電路 122、322:控制電路 1224、3224:控制主體 140:電源轉換電路 2242、4242:驅動電路 2426:穩壓電路 900:負載 CA:輔助電容 CS:電容 CZ:穩壓電容 D1:第一單向導通電路 D2:第二單向導通電路 D3:第三單向導通電路 D4:第四單向導通電路 DIV:分壓電路 GND:接地端 IRS:湧浪電流 PAC:交流電源 R1、R2:電阻器 RT1:第一限流電路 RT2:第二限流電路 ST:控制信號 SW1:第一開關電路 SW2:第二開關電路 V1:第一電壓 V2:第二電壓 V3:第三電壓 VAC:交流電壓 VO:輸出電壓 VP:脈動電壓 ZD:齊納二極體
圖1是依照本發明一實施例所繪示的電源供應裝置的電路方塊示意圖。 圖2是依照本發明一實施例所繪示的控制電路的電路方塊示意圖。 圖3是依照本發明另一實施例所繪示的控制電路的電路方塊示意圖。
100:電源供應裝置
120:保護電路
122:控制電路
140:電源轉換電路
900:負載
CA:輔助電容
CS:電容
IRS:湧浪電流
PAC:交流電源
ST:控制信號
SW1:第一開關電路
V1:第一電壓
VAC:交流電壓
VO:輸出電壓
VP:脈動電壓

Claims (9)

  1. 一種電源供應裝置，包括：一保護電路，包括：一控制電路，用以自一交流電源接收一交流電壓，並根據該交流電壓產生一脈動電壓及一控制信號；一輔助電容，該輔助電容的第一端耦接該控制電路以接收該脈動電壓，且該輔助電容的第二端用以提供一第一電壓；以及一第一開關電路，該第一開關電路的第一端耦接該輔助電容的該第二端以接收該第一電壓，該第一開關電路的控制端耦接該控制電路以接收該控制信號，且該第一開關電路反應於該控制信號而將該第一電壓傳輸至該第一開關電路的第二端；以及一電源轉換電路，耦接該第一開關電路的該第二端以接收該第一電壓，且將該第一電壓轉換為一輸出電壓以對一負載供電，其中當該第一開關電路反應於該控制信號而被切換至一導通狀態時，該輔助電容用以降低來自該交流電源的一輸入湧浪電流，其中該輔助電容的電容值與該負載的電容值的比值小於或等於五分之一。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電源供應裝置，其中該控制電路包括：一第一單向導通電路，該第一單向導通電路的輸入端用以接收該交流電壓，且該第一單向導通電路的輸出端用以提供該脈動 電壓；以及一控制主體，用以接收該交流電壓，且耦接該第一單向導通電路的該輸出端以接收該脈動電壓，其中該控制主體在接收到該交流電壓之後被致能，並根據該脈動電壓產生該控制信號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電源供應裝置，其中該控制主體包括：一第二單向導通電路，該第二單向導通電路的輸入端用以接收該交流電壓，且該第二單向導通電路的輸出端用以提供一第二電壓；一分壓電路，耦接該第二單向導通電路的該輸出端以接收該第二電壓，且對該第二電壓進行分壓以產生一第三電壓；以及一驅動電路，耦接該第一單向導通電路的該輸出端以接收該脈動電壓，且耦接該分壓電路以接收該第三電壓，其中該驅動電路反應於該第三電壓而被致能，並根據該脈動電壓產生該控制信號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的電源供應裝置，其中該驅動電路包括：一第二開關電路，該第二開關電路的第一端耦接該第一單向導通電路的該輸出端以接收該脈動電壓，該第二開關電路的控制端耦接該分壓電路以接收該第三電壓；一第三單向導通電路，該第三單向導通電路的輸入端耦接該第二開關電路的第二端；以及 一穩壓電路，耦接該第三單向導通電路的輸出端以提供該控制信號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的電源供應裝置，其中該穩壓電路包括：一齊納二極體，該齊納二極體的陰極端耦接該第三單向導通電路的該輸出端，且該齊納二極體的陽極端耦接一接地端；以及一穩壓電容，耦接在該齊納二極體的該陰極端與該陽極端之間。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的電源供應裝置，其中該控制信號的電壓值為該齊納二極體的一崩潰電壓值。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的電源供應裝置，其中該驅動電路更包括：一第四單向導通電路，該第四單向導通電路的輸入端耦接該第三單向導通電路的該輸出端；以及一第一限流電路，耦接在該第四單向導通電路的輸出端與該第一開關電路的該控制端之間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的電源供應裝置，其中該驅動電路更包括：一第二限流電路，耦接在該第一單向導通電路的該輸出端與該第二開關電路的該第一端之間。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的電源供應裝置，其中該第一單向導通電路、該第二單向導通電路、該第三單向導通電路以 及該第四單向導通電路中的每一者為一二極體，其中該二極體的陽極端為該輸入端，且該二極體的陰極端為該輸出端。
TW108114295A 2019-04-24 2019-04-24 電源供應裝置 TWI704739B (zh)

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