TWI729950B

TWI729950B - 電源供應器控制方法

Info

Publication number: TWI729950B
Application number: TW109136051A
Authority: TW
Inventors: 洪連勝; 黃俊淵; 許家豪
Original assignee: 致茂電子股份有限公司
Priority date: 2020-10-19
Filing date: 2020-10-19
Publication date: 2021-06-01
Also published as: TW202218275A

Abstract

本發明揭露了一種電源供應器控制方法，用以控制電源供應器中串聯連接的Ｎ個供電模組，Ｎ個供電模組中的第i個供電模組包含第i個可調負載單元。所述電源供應器控制方法包含下列步驟。提供外部電壓至電源供應器。依據第i個供電模組量測到的第i個分電壓值，調整第i個可調負載單元的阻抗值。當第i個分電壓值小於平均電壓值時，調高第i個可調負載單元的阻抗值。當第i個分電壓值大於平均電壓值時，調低第i個可調負載單元的阻抗值。其中Ｎ為自然數，i為不大於Ｎ的自然數。

Description

電源供應器控制方法

本發明係關於一種電源供應器的控制方法，特別是關於一種調整電源供應器內部供電模組的阻抗的方法。

一般來說，電源供應器的內部會設置有多個供電模組，且電源供應器可以操作於供電模式與量測模式。當電源供應器操作於供電模式時，所述多個供電模組會一起提供輸出電壓與輸出電流給外部的負載裝置。相較於單一個供電模組所提供的輸出電壓與輸出電流均較小，所述多個供電模組可以組合地提供更大的輸出電壓與更大的輸出電流。另一方面，當電源供應器操作於量測模式時，所述多個供電模組也可以一起量測外部的負載裝置的跨電壓與跨電流。舉例來說，假設電源供應器要量測的負載裝置是一種大容量電池，負載裝置的跨電壓很可能超過單一個供電模組所能量測的範圍。據此，電源供應器需要讓內部的多個供電模組操作於量測模式，讓每一個供電模組分別量測負載裝置一部分的跨電壓。

然而，以上述量測具有較大跨電壓的負載裝置為例，由於所述多個供電模組內的元件終究不是理想元件，無法具有完全相同的電氣特性，導致從負載裝置看入時，每一個供電模組的阻抗有一定程度的差異。於所屬技術領域具有通常知識者應可以理解，阻抗較高的供電模組始終會量測到最大部分的跨電壓，這也讓於所述多個供電模組一直處在承載電壓不均的情況。實務上，若是部分的供電模組長期承受較高的電壓應力，將更容易損壞或老化，也會使整個電源供應器的可靠度下降。

本發明提供一種電源供應器控制方法，可以調整多個供電模組的阻抗，讓多個供電模組承載電壓可以更為平均。

本發明提出一種電源供應器控制方法，用以控制電源供應器中串聯連接的Ｎ個供電模組，Ｎ個供電模組中的第i個供電模組包含第i個可調負載單元。所述電源供應器控制方法包含下列步驟。提供外部電壓至電源供應器。依據第i個供電模組量測到的第i個分電壓值，調整第i個可調負載單元的阻抗值。當第i個分電壓值小於平均電壓值時，調高第i個可調負載單元的阻抗值。當第i個分電壓值大於平均電壓值時，調低第i個可調負載單元的阻抗值。其中Ｎ為自然數，i為不大於Ｎ的自然數。

於一些實施例中，電源供應器控制方法更包含下列步驟。累加Ｎ個供電模組的Ｎ個分電壓值，以取得總和電壓值。將總和電壓值除以Ｎ，以取得平均電壓值。此外，第i個可調負載單元可以包含有源負載，有源負載可以是電壓負載或電流負載，當有源負載輸出的電流降低時，第i個可調負載單元的阻抗值提高，而當有源負載輸出的電流提高時，第i個可調負載單元的阻抗值降低。另外，第i個供電模組的內阻抗值和第i個可調負載單元的阻抗值的總和，相同於第j個供電模組的內阻抗值和第j個可調負載單元的阻抗值的總和，其中j為不大於Ｎ的自然數。

本發明還提出一種電源供應器控制方法，用以控制電源供應器中串聯連接的Ｎ個供電模組，包含下列步驟。提供第i個可調負載單元，第i個可調負載單元電性連接Ｎ個供電模組中的第i個供電模組。由Ｎ個供電模組量測跨於電源供應器的外部電壓，以取得Ｎ個分電壓值，其中第i個供電模組量測第i個分電壓值。依據Ｎ個分電壓值，計算平均電壓值。判斷第i個分電壓值是否小於平均電壓值。當第i個分電壓值小於平均電壓值時，調高第i個可調負載單元的阻抗值。當第i個分電壓值不小於平均電壓值時，調低第i個可調負載單元的阻抗值。其中Ｎ為自然數，i為不大於Ｎ的自然數。

於一些實施例中，於計算依據Ｎ個分電壓值，計算平均電壓值的步驟中，包含下列步驟。累加Ｎ個供電模組的Ｎ個分電壓值，以取得總和電壓值。將總和電壓值除以Ｎ，以取得平均電壓值。此外，第i個可調負載單元可以包含有源負載，當有源負載輸出的電流降低時，第i個可調負載單元的阻抗值提高，而當有源負載輸出的電流提高時，第i個可調負載單元的阻抗值降低。另外，第i個供電模組的內阻抗值和第i個可調負載單元的阻抗值的總和，相同於第j個供電模組的內阻抗值和第j個可調負載單元的阻抗值的總和，其中j為不大於Ｎ的自然數。

綜上所述，本發明提供的電源供應器控制方法可以自動偵測每一個供電模組所承載的分電壓值。當多個供電模組所承載的分電壓值不相同時，可以動態地調整多個供電模組的阻抗，從而讓多個供電模組承受較為接近的電壓應力，藉此提高電源供應器的可靠度。

下文將進一步揭露本發明之特徵、目的及功能。然而，以下所述者，僅為本發明之實施例，當不能以之限制本發明之範圍，即但凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化及修飾，仍將不失為本發明之要意所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故應將視為本發明的進一步實施態樣。

請參閱圖1，圖1係繪示本發明一實施例之電源供應器和負載裝置的電路示意圖。如圖1所示，本發明的電源供應器控制方法可以應用於電源供應器1，電源供應器1可以包含供電模組10、供電模組12以及供電模組14，且電源供應器1可以經由輸出端16a和輸出端16b電性連接到負載裝置DUT。實務上，供電模組10、供電模組12以及供電模組14可以分別包含可調負載單元100、可調負載單元120以及可調負載單元140。為了方便識別，圖1將可調負載單元從供電模組中繪示出來，但本實施例不限制可調負載單元在供電模組中的設置位置。此外，於圖1繪示的例子中，供電模組10的正端10a可以連接到輸出端16a，而供電模組14的負端14b可以連接到輸出端16b，並且供電模組10、供電模組12以及供電模組14可以互相串聯。例如供電模組10的負端10b可以連接到供電模組12的正端12a，以及供電模組12的負端12b可以連接到供電模組14的正端14a。值得一提的是，雖然本實施例示範了一個電源供應器1中可以包含3個供電模組，但不以此為限，本發明的電源供應器控制方法可以應用於包含一個以上的供電模組的電源供應器。

於一個例子中，負載裝置DUT是一種大容量的電池，並且電源供應器1可以是一種單向或雙向的測試裝置。例如，電源供應器1中的供電模組10、供電模組12以及供電模組14，不僅能夠用來對負載裝置DUT充電，也可以用來量測負載裝置DUT的放電特性。以實際的例子來說，假設負載裝置DUT在輸出端16a到輸出端16b之間提供了一個外部電壓V _DUT，此時供電模組10、供電模組12以及供電模組14各自會量到一個分電壓值，例如分電壓值V ₁₀、分電壓值V ₁₂以及分電壓值V ₁₄。由於供電模組10、供電模組12以及供電模組14係以串聯連接，於所屬技術領域具有通常知識者應可以理解，分電壓值V ₁₀的大小關聯於從供電模組10的正端10a和負端10b看入的阻抗值(或稱供電模組10的輸出阻抗值)，分電壓值V ₁₂的大小關聯於從供電模組12的正端12a和負端12b看入的阻抗值(或稱供電模組12的輸出阻抗值)，分電壓值V ₁₄的大小關聯於從供電模組14的正端14a和負端14b看入的阻抗值(或稱供電模組14的輸出阻抗值)。

於一個例子中，供電模組10、供電模組12以及供電模組14的電路結構可以是相同的設計，理論上供電模組10、供電模組12以及供電模組14的輸出阻抗值應當要是相同的。在供電模組10、供電模組12以及供電模組14以串聯連接且沒有其他損耗的情況下，分電壓值V ₁₀、分電壓值V ₁₂以及分電壓值V ₁₄理論上是相同的，並且都是三分之一的外部電壓V _DUT。然而，實際的情況是，由於不同元件之間的非理想特性，在沒有調整可調負載單元100、可調負載單元120以及可調負載單元140的情況下，供電模組10、供電模組12以及供電模組14的輸出阻抗值很可能有些微的差異。於所屬技術領域具有通常知識者應可以理解，這也意味著分電壓值V ₁₀、分電壓值V ₁₂以及分電壓值V ₁₄實際上有分配不均的問題。

為了方便說明，本實施例示範一種假設的操作情境，例如負載裝置DUT提供的外部電壓V _DUT是300V，在沒有其他損耗的情況下，假設供電模組10量測到的分電壓值V ₁₀是105V，供電模組12量測到的分電壓值V ₁₂是115V，供電模組14量測到的分電壓值V ₁₄是80V。於所屬技術領域具有通常知識者可知，由於供電模組10、供電模組12以及供電模組14以串聯連接，量測到的分電壓值越高表示輸出阻抗值越高(承載電壓較大)，於是電源供應器1可以得知供電模組12的輸出阻抗值最大，而供電模組14的輸出阻抗值最小。為了調整每個供電模組的輸出阻抗值，電源供應器1可以加總供電模組10、供電模組12以及供電模組14量測到的分電壓值，得到總和電壓值為300V。並且，由於電源供應器1已知供電模組有3個，據此可以換算平均電壓值為100V。

接著，由於供電模組10量測到的分電壓值V ₁₀是105V，大於平均電壓值為100V，則電源供應器1可以略為調低可調負載單元100的阻抗值，也就是調低供電模組10的正端10a和負端10b看入的阻抗值。同樣地，由於供電模組12量測到的分電壓值V ₁₂是115V，大於平均電壓值為100V，電源供應器1也會調低可調負載單元120的阻抗值，也就是調低供電模組12的正端12a和負端12b看入的阻抗值。另一方面，由於供電模組14量測到的分電壓值V ₁₄是80V，低於平均電壓值為100V，故電源供應器1會調高可調負載單元140的阻抗值，也就是調高供電模組14的正端14a和負端14b看入的阻抗值。本實施例在此不限制如何調整每個可調負載單元的阻抗值，也不限制阻抗值的調整幅度。舉例來說，可調負載單元100可以包含有一個跨接在正端10a和負端10b之間的有源負載(圖未示)。當有源負載輸出的電流降低時，由於正端10a和負端10b之間的電壓不變，可以推論可調負載單元100於正端10a和負端10b之間的阻抗值提高。反之，當有源負載輸出的電流提高時，由於正端10a和負端10b之間的電壓不變，也可以推論可調負載單元100於正端10a和負端10b之間的阻抗值降低。

於一個例子中，調整每個可調負載單元的阻抗值的策略例如是，因為分電壓值V ₁₀和平均電壓值的差異只有5V，故可調負載單元100阻抗值的調整幅度可以較小。此外，因為分電壓值V ₁₂、分電壓值V ₁₄和平均電壓值的差異相比起來較大，故電源供應器1對可調負載單元120、可調負載單元140阻抗值的調整幅度較大。承接上述的操作情境，當電源供應器1調整完所有可調負載單元的阻抗值之後，供電模組10、供電模組12以及供電模組14會再量測一次分電壓值。例如，第二次量到的分電壓值V ₁₀是99V，分電壓值V ₁₂是105V，分電壓值V ₁₄是96V。相較於前次量測來說，供電模組10、供電模組12以及供電模組14量測到的分電壓值都更接近平均電壓值100V，可知前次調整可調負載單元的阻抗值有正面的效果。換句話說，供電模組10、供電模組12以及供電模組14的輸出阻抗值會越來越相近。實務上，電源供應器1不需要實際量測供電模組10、供電模組12以及供電模組14的輸出阻抗值，電源供應器1可以僅判斷要調高或調低可調負載單元的阻抗值，並且逐次縮小阻抗值的調整幅度，即有效減少電壓應力過於集中的問題。

於所屬技術領域具有通常知識者可知，電源供應器1在一次或多次調整過每個供電模組的可調負載單元之後，供電模組10、供電模組12以及供電模組14的輸出阻抗值會大致上相同。也就是說，供電模組10的內阻抗值和可調負載單元100的阻抗值的總和(供電模組10的正端10a和負端10b看入的阻抗值)，理論上會相同於供電模組12的內阻抗值和可調負載單元120的阻抗值的總和(供電模組12的正端12a和負端12b看入的阻抗值)。當然，也會相同於供電模組14的內阻抗值和可調負載單元140的阻抗值的總和(供電模組14的正端14a和負端14b看入的阻抗值)。於一個例子中，當分電壓值V ₁₀、分電壓值V ₁₂以及分電壓值V ₁₄相同於平均電壓值之後，表示供電模組10、供電模組12以及供電模組14的輸出阻抗值相同，電源供應器1便可以停止調整每個供電模組中的可調負載單元。

為了說明本發明的電源供應器控制方法，可以搭配上述的電源供應器1一同來看。請一併參閱圖1與圖2，圖2係繪示本發明一實施例之電源供應器控制方法的步驟流程圖。如圖所示，於步驟S20中，負載裝置DUT在電源供應器1的輸出端16a到輸出端16b之間提供了一個外部電壓V _DUT。於步驟S22中，電源供應器1可以依據供電模組量測到的分電壓值，調整對應的可調負載單元的阻抗值。例如電源供應器1可以基於分電壓值V ₁₀調整可調負載單元100的阻抗值，也就是調整供電模組10的正端10a和負端10b看入的阻抗值。於步驟S24中，當分電壓值V ₁₀小於平均電壓值時，則電源供應器1可以調高可調負載單元100的阻抗值。反之，於步驟S26中，當分電壓值V ₁₀大於平均電壓值時，則電源供應器1可以調低可調負載單元100的阻抗值。本實施例關於電源供應器控制方法其他步驟，已於前述的實施例充分說明，本實施例在此不予贅述。

或者，本發明還提出了另一個略有不同的電源供應器控制方法，同樣可以搭配上述的電源供應器1一同來看。請一併參閱圖1與圖3，圖3係繪示本發明另一實施例之電源供應器控制方法的步驟流程圖。如圖所示，於步驟S30中，提供可調負載單元100，可調負載單元100是電性連接3個供電模組10、12、14中的第一個供電模組(供電模組10)。於步驟S31中，由供電模組10、供電模組12以及供電模組14量測跨於電源供應器1的外部電壓V _DUT，以取得各自的分電壓值，例如供電模組100會量測到分電壓值V ₁₀。於步驟S32中，電源供應器1可以依據分電壓值V ₁₀、分電壓值V ₁₂以及分電壓值V ₁₄計算出平均電壓值。於步驟S33中，電源供應器1會判斷分電壓值V ₁₀、分電壓值V ₁₂以及分電壓值V ₁₄和平均電壓值的大小關係。於步驟S34中，當分電壓值V ₁₀小於平均電壓值時，則電源供應器1可以調高可調負載單元100的阻抗值。反之，於步驟S35中，當分電壓值V ₁₀不小於平均電壓值時，則電源供應器1可以調低可調負載單元100的阻抗值。

1:電源供應器 10、12、14:供電模組 100、120、140:可調負載單元 10a、12a、14a:正端 10b、12b、14b:負端 16a、16b:輸出端 DUT:負載裝置 S20~S26:步驟流程 S30~S35:步驟流程

圖1係繪示本發明一實施例之電源供應器和負載裝置的電路示意圖。

圖2係繪示本發明一實施例之電源供應器控制方法的步驟流程圖。

圖3係繪示本發明另一實施例之電源供應器控制方法的步驟流程圖。

無

S20~S26:步驟流程

Claims

一種電源供應器控制方法，用以控制一電源供應器中串聯連接的Ｎ個供電模組，該Ｎ個供電模組中的一第i個供電模組包含一第i個可調負載單元，所述電源供應器控制方法包含：提供一外部電壓至該電源供應器；依據該第i個供電模組量測到的一第i個分電壓值，調整該第i個可調負載單元的阻抗值；當該第i個分電壓值小於一平均電壓值時，調高該第i個可調負載單元的阻抗值；以及當該第i個分電壓值大於該平均電壓值時，調低該第i個可調負載單元的阻抗值；其中Ｎ為自然數，i為不大於Ｎ的自然數。
如請求項1所述之電源供應器控制方法，更包含：累加該Ｎ個供電模組的該Ｎ個分電壓值，以取得一總和電壓值；以及將該總和電壓值除以Ｎ，以取得該平均電壓值。
如請求項1所述之電源供應器控制方法，其中該第i個供電模組的內阻抗值和該第i個可調負載單元的阻抗值的總和，相同於一第j個供電模組的內阻抗值和一第j個可調負載單元的阻抗值的總和，其中j為不大於Ｎ的自然數。
如請求項1所述之電源供應器控制方法，其中該第i個可調負載單元包含一有源負載，當該有源負載輸出的電流降低時，該第i個可調負載單元的阻抗值提高，當該有源負載輸出的電流提高時，該第i個可調負載單元的阻抗值降低。
一種電源供應器控制方法，用以控制一電源供應器中串聯連接的Ｎ個供電模組，包含：提供一第i個可調負載單元，該第i個可調負載單元電性連接該Ｎ個供電模組中的一第i個供電模組；由該Ｎ個供電模組量測跨於該電源供應器的一外部電壓，以取得Ｎ個分電壓值，其中該第i個供電模組量測一第i個分電壓值；依據該Ｎ個分電壓值，計算一平均電壓值；判斷該第i個分電壓值是否小於該平均電壓值；當該第i個分電壓值小於該平均電壓值時，調高該第i個可調負載單元的阻抗值；以及當該第i個分電壓值不小於該平均電壓值時，調低該第i個可調負載單元的阻抗值；其中Ｎ為自然數，i為不大於Ｎ的自然數。
如請求項5所述之電源供應器控制方法，其中於計算依據該Ｎ個分電壓值，計算該平均電壓值的步驟中，包含：累加該Ｎ個供電模組的該Ｎ個分電壓值，以取得一總和電壓值；以及將該總和電壓值除以Ｎ，以取得該平均電壓值。
如請求項5所述之電源供應器控制方法，其中該第i個供電模組的內阻抗值和該第i個可調負載單元的阻抗值的總和，相同於一第j個供電模組的內阻抗值和一第j個可調負載單元的阻抗值的總和，其中j為不大於Ｎ的自然數。
如請求項5所述之電源供應器控制方法，其中該第i個可調負載單元包含一有源負載，當該有源負載輸出的電流降低時，該第i個可調負載單元的阻抗值提高，當該有源負載輸出的電流提高時，該第i個可調負載單元的阻抗值降低。