TWI717838B

TWI717838B - 電源供應器

Info

Publication number: TWI717838B
Application number: TW108133527A
Authority: TW
Inventors: 詹子增
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2019-09-18
Filing date: 2019-09-18
Publication date: 2021-02-01
Also published as: TW202113529A

Abstract

一種電源供應器，具有一額定輸出值，並包括：一電源供應模組、一第一電容器、一第二電容器、一電位偵測器，以及一電位平衡器。電源供應模組係用於產生一輸出電位。電位偵測器可控制電位平衡器以選擇性地操作於一第一模式、一第二模式，或是一第三模式。在第二模式中，電位平衡器會將輸出電位之最高電位值降低額定輸出值之既定比率，並將輸出電位之最低電位值提高額定輸出值之既定比率。在第三模式中，電位平衡器會將輸出電位之最高電位值降低額定輸出值之既定比率之2倍，並將輸出電位之最低電位值提高額定輸出值之既定比率之2倍。

Description

電源供應器

本發明係關於一種電源供應器，特別係關於一種可提升輸出穩定度之電源供應器。

傳統電源供應器之輸出端通常採用並聯之多個電容器以提供輸出電位。然而，因為這些電容器本身之電容值誤差及其等效串聯電阻值(Equivalent Series Resistance，ESR)不一致，往往導致電源供應器之輸出電位可能超出額定輸出值之可接受範圍。有鑑於此，勢必要提出一種全新之解決方案，以克服先前技術所遭遇之困境。

在較佳實施例中，本發明提出一種電源供應器，具有一額定輸出值，並包括：一電源供應模組，產生一輸出電位；一第一電容器，具有一第一等效串聯電阻值；一第二電容器，具有一第二等效串聯電阻值，其中該第二電容器係與該第一電容器並聯耦接至該電源供應模組，而該第一電容器和該第二電容器皆用於儲存該輸出電位；一電位偵測器，偵測該輸出電位之一最高電位值和一最低電位值之間之一電位差值，並根據該電位差值來產生一控制電位；以及一電位平衡器，根據該控制電位來選擇性地操作於一第一模式、一第二模式，或是一第三模式；其中在該第一模式中，該電位平衡器不會改變該輸出電位；其中在該第二模式中，該電位平衡器會將該最高電位值降低該額定輸出值之一既定比率，並將該最低電位值提高該額定輸出值之該既定比率；其中在該第三模式中，該電位平衡器會將該最高電位值降低該額定輸出值之該既定比率之2倍，並將該最低電位值提高該額定輸出值之該既定比率之2倍。

為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器100之示意圖。例如，電源供應器100可以應用於桌上型電腦、筆記型電腦，或一體成形電腦。如第1圖所示，電源供應器100包括：一電源供應模組110、一第一電容器C1、一第二電容器C2、一電位偵測器120，以及一電位平衡器130。必須注意的是，雖然未顯示於第1圖中，但電源供應器100更可包括其他元件，例如：一穩壓器或(且)一負回授電路。

電源供應模組110係用於產生一輸出電位VOUT。例如，電源供應模組110可包括一橋式整流器、一輸入電容器、一變壓器、一功率切換器、一輸出級電路，以及一控制器(未顯示)。電源供應模組110具有一第一輸出節點NOUT1和一第二輸出節點NOUT2，其中第一輸出節點NOUT1可用於提供輸出電位VOUT，而第二輸出節點NOUT2可用於提供一接地電位VSS。第一電容器C1具有一第一等效串聯電阻值RE1。第二電容器C2具有一第二等效串聯電阻值RE2。第二電容器C2係與第一電容器C1並聯耦接於第一輸出節點NOUT1和第二輸出節點NOUT2之間，其中第一電容器C1和第二電容器C2皆可用於儲存輸出電位VOUT。詳細而言，第一電容器C1之第一端係耦接至第一輸出節點NOUT1，而第一電容器C1之第二端係耦接至第二輸出節點NOUT2。第二電容器C2之第一端係耦接至第一輸出節點NOUT1，而第二電容器C2之第二端係耦接至第二輸出節點NOUT2。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器100之輸出電位VOUT之波形圖。在理想情況下，輸出電位VOUT應恆等於電源供應器100之一額定輸出值VA，例如：19V。實際上，由於第一電容器C1和第二電容器C2有電容值誤差且第一等效串聯電阻值RE1與第二等效串聯電阻值RE2不同，故輸出電位VOUT會發生波動並具有一最高電位值VMAX和一最低電位值VMIN。有時候，最高電位值VMAX可能高於額定輸出值VA之105%，或是最低電位值VMIN可能低於額定輸出值VA之95%，此二者均代表電源供應器100之輸出穩定度不足。為解決此一問題，本發明提出一種全新解決方案，請參考下列實施例所述。

電位偵測器120可偵測輸出電位VOUT之最高電位值VMAX和最低電位值VMIN之間之一電位差值VD(亦即，VD=VMAX-VMIN)，並根據電位差值VD來產生一控制電位VC。電位平衡器130係根據控制電位VC來選擇性地操作於一第一模式、一第二模式，或是一第三模式。在一些實施例中，若電位差值VD低於額定輸出值VA之10%(亦即，VD<VA．10%)，則電位平衡器130將操作於第一模式，若電位差值VD介於額定輸出值VA之10%至20%之間(亦即，VA．10%

VD<VA．20%)，則電位平衡器130將操作於第二模式，而若電位差值VD介於額定輸出值VA之20%至30%之間(亦即，

，則電位平衡器130將操作於第三模式。必須注意的是，若電位差值VD高於額定輸出值VA之30%(亦即，

，則電源供應模組110會使用其他過載保護機制，故在此不細加討論。

在第一模式中，電位平衡器130不會改變輸出電位VOUT。第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之第二模式下之輸出電位VOUT之波形圖。在第二模式中，電位平衡器130會將最高電位值VMAX降低額定輸出值VA之一既定比率P%(亦即，

)，並將最低電位值VMIN提高額定輸出值VA之既定比率P%(亦即，

)。例如，此既定比率P%可為2%、3%，或是4%，但亦不僅限於此。第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之第三模式下之輸出電位VOUT之波形圖。在第三模式中，電位平衡器130會將最高電位值VMAX降低額定輸出值VA之既定比率P%之2倍(亦即，

)，並將最低電位值VMIN提高額定輸出值VA之既定比率P%之2倍(亦即，

)。在此設計下，即使最高電位值VMAX太高或是最低電位值VMIN太低，電位偵測器120和電位平衡器130都可以動態地壓縮輸出電位VOUT之電位差值VD，使得最終之輸出電位VOUT能更趨近於額定輸出值VA。因此，電源供應器100之輸出穩定度將能獲得有效提升。

在一些實施例中，電源供應器100之元件參數可如下列所述。第一電容器C1之電容值可介於544μF至816μF之間，例如：680μF。第一等效串聯電阻值RE1可介於0.05Ω至1Ω之間，例如：0.1Ω。第二電容器C2之電容值可介於544μF至816μF之間，例如：680μF。第二等效串聯電阻值RE2可介於0.05Ω至1Ω之間，例如：0.1Ω。以上元件參數係根據多次實驗結果而得出，其有助於最佳化電源供應器100之輸出穩定度。

第5圖係顯示根據本發明另一實施例所述之電源供應器500之示意圖。第5圖和第1圖相似。在第5圖之實施例中，電源供應器500更包括一第一電阻器R1、一第二電阻器R2、一第一二極體D1，以及一第二二極體D2。第一電阻器R1之第一端係耦接至電位偵測器120，而第一電阻器R1之第二端係耦接至第一輸出節點NOUT1。第二電阻器R2之第一端係耦接至電位偵測器120，而第二電阻器R2之第二端係耦接至第一輸出節點NOUT1。第一電阻器R1和第二電阻器R2之每一者之電阻值皆可介於0.9MΩ至1.1MΩ之間，例如：1MΩ。根據實際量測結果，第一電阻器R1和第二電阻器R2可用於避免電位偵測器120汲取過大之輸出電流。第一二極體D1之陽極係耦接至電位平衡器130，而第一二極體D1之陰極係耦接至第一輸出節點NOUT1。第二二極體D2之陽極係耦接至電位平衡器130，而第二二極體D2之陰極係耦接至第二輸出節點NOUT2。根據實際量測結果，第一二極體D1和第二二極體D2可用於避免輸出電流回灌至電位平衡器130。第5圖之電源供應器500之其餘特徵皆與第1圖之電源供應器100類似，故此二實施例均可達成相似之操作效果。

以下實施例將介紹電位偵測器120和電位平衡器130之詳細結構及操作方式。必須理解的是，這些圖式和敘述僅為舉例，而非用於限制本發明之範圍。

第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之電位偵測器120之示意圖。在第6圖之實施例中，電位偵測器120包括一偵測單元122、一減法器124，以及一比較器126。偵測單元122可於一段測試時間內偵測出輸出電位VOUT之最高電位值VMAX和最低電位值VMIN。減法器124可將最高電位值VMAX減去最低電位值VMIN，以產生電位差值VD。比較器126可將電位差值VD與一臨界值VTH作比較，以產生控制電位VC。詳細而言，比較器126具有一正輸入端、一負輸入端，以及一輸出端，其中比較器126之正輸入端係用於接收電位差值VD，比較器126之負輸入端係用於接收臨界值VTH，而比較器126之輸出端係用於輸出控制電位VC。臨界值VTH可等於額定輸出值VA之10%或20%。在一些實施例中，係先將臨界值VTH設定為額定輸出值VA之10%，然後再將之改為額定輸出值VA之20%，使得電位平衡器130可根據控制電位VC來判斷現應操作於第一模式、第二模式，或是第三模式。

第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之電位平衡器130之示意圖。在第7圖之實施例中，電位平衡器130包括一放大器132、一電晶體M1、一第三電阻器R3、一第四電阻器R4、一第三電容器C3，以及一第四電容器C4。放大器132可為一運算放大器。放大器132之正輸入端係耦接至一第一節點N1，放大器132之負輸入端係耦接至一第二節點N2以接收一調整電位VT，而放大器132之輸出端係耦接至一第三節點N3。調整電位VT可根據控制電位VC來決定。第三電阻器R3之第一端係耦接至第一節點N1，而第三電阻器R3之第二端係耦接至第三節點N3。第三電容器C3之第一端係耦接至第一節點N1，而第三電容器C3之第二端係耦接至第一輸出節點NOUT1。電晶體M1可為一N型金氧半場效電晶體。電晶體M1之控制端係耦接至第三節點N3，電晶體M1之第一端係耦接至接地電位VSS，而電晶體M1之第二端係耦接至第一輸出節點NOUT1。第四電阻器R4之第一端係耦接至第二節點N2，而第四電阻器R4之第二端係耦接至第三節點N3。第四電容器C4之第一端係耦接至第三節點N3，而第四電容器C4之第二端係耦接至接地電位VSS。在一些實施例中，調整電位VT可等於接地電位VSS，或是額定輸出值VA之既定比率P%之1倍或2倍(亦即，VA．P%或VA．2．P%)。例如，若電位平衡器130操作於第一模式，則調整電位VT可等於VSS，若電位平衡器130操作於第二模式，則調整電位VT可等於額定輸出值VA之既定比率P%，而若電位平衡器130操作於第三模式，則調整電位VT可等於額定輸出值VA之既定比率P%之2倍。

在另一些實施例中，調整電位VT為具有不同工作週期(Duty Cycle)之脈衝。第8A圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一模式下之調整電位VT之波形圖。在第一模式中，調整電位VT之一第一工作週期可等於0。第8B圖係顯示根據本發明一實施例所述之第二模式下之調整電位VT之波形圖。在第二模式中，調整電位VT之一第二工作週期可等於一既定長度TC。第8C圖係顯示根據本發明一實施例所述之第三模式下之調整電位VT之波形圖。在第三模式中，調整電位VT之一第三工作週期可等於前述既定長度TC之2倍。

本發明提出一種新穎之電源供應器，其包括一電位偵測器和一電位平衡器，用於自動校正電容器所儲存之輸出電位。根據實際量測結果，使用前述電位偵測器和電位平衡器之電源供應器可大幅提升其輸出穩定度。因此，本發明之電源供應器很適合應用於各種各式高輸出效率之電子裝置當中。

值得注意的是，以上所述之電位、電流、電阻值、電感值、電容值，以及其餘元件參數均非為本發明之限制條件。設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之電源供應器並不僅限於第1-8圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-8圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之電源供應器當中。雖然本發明之實施例係使用金氧半場效電晶體為例，但本發明並不僅限於此，本技術領域人士可改用其他種類之電晶體，例如：接面場效電晶體，或是鰭式場效電晶體等等，而不致於影響本發明之效果。

在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、500:電源供應器 110:電源供應模組 120:電位偵測器 122:偵測單元 124:減法器 126:比較器 130:電位平衡器 132:放大器 C1:第一電容器 C2:第二電容器 C3:第三電容器 C4:第四電容器 D1:第一二極體 D2:第二二極體 M1:電晶體 N1:第一節點 N2:第二節點 N3:第三節點 NOUT1:第一輸出節點 NOUT2:第二輸出節點 P%:既定比率 R1:第一電阻器 R2:第二電阻器 R3:第三電阻器 R4:第四電阻器 RE1:第一等效串聯電阻值 RE2:第二等效串聯電阻值 TC:既定長度 VA:額定輸出值 VC:控制電位 VD:輸出電位之電位差值 VOUT:輸出電位 VMAX:輸出電位之最高電位值 VMIN:輸出電位之最低電位值 VT:調整電位 VTH:臨界值 VSS:接地電位

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器之示意圖。第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器之輸出電位之波形圖。第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之第二模式下之輸出電位之波形圖。第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之第三模式下之輸出電位之波形圖。第5圖係顯示根據本發明另一實施例所述之電源供應器之示意圖。第6圖係顯示根據本發明一實施例所述之電位偵測器之示意圖。第7圖係顯示根據本發明一實施例所述之電位平衡器之示意圖。第8A圖係顯示根據本發明一實施例所述之第一模式下之調整電位之波形圖。第8B圖係顯示根據本發明一實施例所述之第二模式下之調整電位之波形圖。第8C圖係顯示根據本發明一實施例所述之第三模式下之調整電位之波形圖。

100:電源供應器

110:電源供應模組

120:電位偵測器

130:電位平衡器

C1:第一電容器

C2:第二電容器

NOUT1:第一輸出節點

NOUT2:第二輸出節點

P%:既定比率

RE1:第一等效串聯電阻值

RE2:第二等效串聯電阻值

VA:額定輸出值

VC:控制電位

VD:輸出電位之電位差值

VOUT:輸出電位

VMAX:輸出電位之最高電位值

VMIN:輸出電位之最低電位值

Claims

一種電源供應器，具有一額定輸出值，並包括：一電源供應模組，產生一輸出電位；一第一電容器，具有一第一等效串聯電阻值；一第二電容器，具有一第二等效串聯電阻值，其中該第二電容器係與該第一電容器並聯耦接至該電源供應模組，而該第一電容器和該第二電容器皆用於儲存該輸出電位；一電位偵測器，偵測該輸出電位之一最高電位值和一最低電位值之間之一電位差值，並根據該電位差值來產生一控制電位；以及一電位平衡器，根據該控制電位來選擇性地操作於一第一模式、一第二模式，或是一第三模式；其中在該第一模式中，該電位平衡器不會改變該輸出電位；其中在該第二模式中，該電位平衡器會將該最高電位值降低該額定輸出值之一既定比率，並將該最低電位值提高該額定輸出值之該既定比率；其中在該第三模式中，該電位平衡器會將該最高電位值降低該額定輸出值之該既定比率之2倍，並將該最低電位值提高該額定輸出值之該既定比率之2倍。
如申請專利範圍第1項所述之電源供應器，其中若該電位差值低於該額定輸出值之10%，則該電位平衡器將操作於該第一模式，若該電位差值介於該額定輸出值之10%至20%之間，則該電位平衡器將操作於該第二模式，而若該電位差值介於該額定輸出值之20%至30%之間，則該電位平衡器將操作於該第三模式。
如申請專利範圍第1項所述之電源供應器，其中該既定比率為2%。
如申請專利範圍第1項所述之電源供應器，其中該第一電容器具有一第一端和一第二端，該第一電容器之該第一端係耦接至一第一輸出節點以提供該輸出電位，該第一電容器之該第二端係耦接至一第二輸出節點以提供一接地電位，該第二電容器具有一第一端和一第二端，該第二電容器之該第一端係耦接至該第一輸出節點，而該第二電容器之該第二端係耦接至該第二輸出節點。
如申請專利範圍第4項所述之電源供應器，更包括：一第一電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該第一電阻器之該第一端係耦接至該電位偵測器，而該第一電阻器之該第二端係耦接至該第一輸出節點；以及一第二電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該第二電阻器之該第一端係耦接至該電位偵測器，而該第二電阻器之該第二端係耦接至該第一輸出節點。
如申請專利範圍第4項所述之電源供應器，更包括：一第一二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第一二極體之該陽極係耦接至該電位平衡器，而該第一二極體之該陰極係耦接至該第一輸出節點；以及一第二二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第二二極體之該陽極係耦接至該電位平衡器，而該第二二極體之該陰極係耦接至該第二輸出節點。
如申請專利範圍第4項所述之電源供應器，其中該電位偵測器包括：一偵測單元，偵測該輸出電位之該最高電位值和該最低電位值；一減法器，將該最高電位值減去該最低電位值，以產生該電位差值；以及一比較器，將該電位差值與一臨界值作比較，以產生該控制電位；其中該臨界值係等於該額定輸出值之10%或20%。
如申請專利範圍第4項所述之電源供應器，其中該電位平衡器包括：一放大器，具有一正輸入端、一負輸入端，以及一輸出端，其中該放大器之該正輸入端係耦接至一第一節點，該放大器之該負輸入端係耦接至一第二節點以接收一調整電位，而該放大器之該輸出端係耦接至一第三節點；一第三電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該第三電阻器之該第一端係耦接至該第一節點，而該第三電阻器之該第二端係耦接至該第三節點；一第三電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第三電容器之該第一端係耦接至該第一節點，而該第三電容器之該第二端係耦接至該第一輸出節點；以及一電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該電晶體之該控制端係耦接至該第三節點，該電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該電晶體之該第二端係耦接至該第一輸出節點。
如申請專利範圍第8項所述之電源供應器，其中該電位平衡器更包括：一第四電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該第四電阻器之該第一端係耦接至該第二節點，而該第四電阻器之該第二端係耦接至該第三節點；以及一第四電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第四電容器之該第一端係耦接至該第三節點，而該第四電容器之該第二端係耦接至該接地電位。
如申請專利範圍第8項所述之電源供應器，其中該調整電位係等於該額定輸出值之該既定比率之1倍或2倍。