TWI747516B - 電源轉換器 - Google Patents

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Abstract

一種電源轉換器。電源溝通模組依據連接狀態信號控制二次側電壓控制電路輸出電壓控制信號，一次側開關控制電路依據電壓控制信號調整切換調整開關的導通狀態的工作頻率，以調整變壓器電路的輸出電壓。

Description

電源轉換器
本發明是有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種電源轉換器。
近年來隨著科技的進步，具有各式各樣不同功能的電子裝置已逐漸被研發出來，這些具有各式各樣不同功能的電子裝置不但滿足了人們的各種不同需求，更融入每個人的日常生活，使得人們生活更為便利。一般來說，電子裝置可經由電源適配器（Adapter）來獲取電力供應，電源適配器可提供讓電子裝置正常操作的相關電源。
習知的電子產品(如筆記型電腦、行動電話及其他相關產品)不斷的增加，這些產品對於供電、充電器材的需求亦不斷增加，例如幾乎各個國家與設計廠商對於供電/充電器材皆有節能的規格要求，因此電源適配器(adapter)的設計需不斷朝高轉換效率、低功率損耗的目標發展。隨著電子產品的演進，輸出節能需求越來越高，電子產品在沒有直接關閉處在待機情況下，會產生不必要的能耗，所以進一步設計電源適配器去改善電子產品待機所造成的能源損耗變得越來越重要。
本發明提供一種電源轉換器，可有效降低功率損耗且進一步改善電子產品待機所產生多餘的能耗。
本發明的電源轉換器包括變壓器電路、調整開關、一次側開關控制電路、阻隔開關、二次側電壓控制電路以及電源溝通模組。變壓器電路具有一次側繞組與二次側繞組，將輸入電壓轉換為輸出電壓。調整開關耦接於一次側繞組與接地之間。一次側開關控制電路耦接調整開關。阻隔開關耦接於二次側繞組與電源轉換器的輸出端之間。電源溝通模組耦接阻隔開關以及二次側電壓控制電路，依據連接狀態信號控制二次側電壓控制電路輸出電壓控制信號，一次側開關控制電路依據電壓控制信號調整切換調整開關的導通狀態的工作頻率，以調整輸出電壓。
基于上述，本發明實施例的電源溝通模組可依據連接狀態信號控制二次側電壓控制電路輸出電壓控制信號，一次側開關控制電路依據電壓控制信號調整切換調整開關的導通狀態的工作頻率，以調整變壓器電路的輸出電壓。如此依據連接狀態信號來改變一次側開關控制電路的工作頻率，可使電源轉換器在與供電對象斷開連接時，自動地進入節能模式，而可有效地降低功率損耗，進一步改善待機時的能耗。
圖1是依照本發明的實施例的一種電源轉換器的示意圖，請參照圖1。電源轉換器可例如為電源適配器，其包括變壓器電路102、調整開關SW1、阻隔開關104、一次側開關控制電路106、電源溝通模組108以及二次側電壓控制電路110，其中變壓器電路102具有一次側繞組與二次側繞組，調整開關SW1耦接於一次側繞組與接地之間，調整開關SW1的控制端耦接一次側開關控制電路106，調整開關SW1可例如以電晶體來實施，然不以此為限。阻隔開關104耦接於二次側繞組與電源轉換器的輸出端TO之間，電源溝通模組108耦接阻隔開關104以及二次側電壓控制電路110，二次側電壓控制電路110還耦接一次側開關控制電路106。
一次側開關控制電路106可輸出控制信號S1以切換調整開關SW1的導通狀態，例如提供脈衝寬度調變信號至調整開關SW1以切換調整開關SW1的導通狀態，進而使變壓器電路102將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。電源溝通模組108可依據連接狀態信號控制二次側電壓控制電路110輸出電壓控制信號SC1給一次側開關控制電路106，其中連接狀態信號指示電源轉換器的輸出端TO與負載(例如筆記型電腦、手機或其他電子裝置)的連接狀態。在部份實施例中連接狀態信號可例如為配置通道腳位（configuration channel pin, CC pin）信號，亦即電源溝通模組108可依據配置通道腳位上的電壓變化來判斷電源轉換器的輸出端TO是否連接至負載，舉例來說，當配置通道腳位信號的電壓值為3.3V時可代表電源轉換器的輸出端TO未連接至負載，而當配置通道腳位信號的電壓值為1.6V時可代表電源轉換器的輸出端TO連接至負載。一次側開關控制電路106可依據電壓控制信號SC1調整切換調整開關SW1的導通狀態的工作頻率，以調整輸出電壓Vout，例如對應具有不同電壓值的電壓控制信號SC1，一次側開關控制電路106可依據電壓控制信號SC1以不同的工作頻率切換調整開關SW1的導通狀態。值得注意的是，上述配置通道腳位信號的電壓值僅為示範性的實施例，在其它實施例中，配置通道腳位信號的電壓值也可為其它電壓值。
舉例來說，當連接狀態信號指示電源轉換器的輸出端TO未連接至負載時，電源溝通模組108可控制二次側電壓控制電路110輸出電壓控制信號SC1給一次側開關控制電路106，以使一次側開關控制電路106依據電壓控制信號SC1降低切換調整開關SW1的導通狀態的工作頻率，而達到降低功率損耗，進一步改善待機時的能耗的目的。
在部份實施例中，一次側開關控制電路106也可依據電壓控制信號SC1使電源轉換器進入打嗝(hiccup)模式，在打嗝模式中，一次側開關控制電路106可週期性地停止切換調整開關的導通狀態，以降低功率消耗。例如一次側開關控制電路106可交替地進入切換期間與停止期間，其中在切換期間一次側開關控制電路106以預設工作頻率切換調整開關SW1的導通狀態，而在停止期間一次側開關控制電路106不對調整開關SW1的導通狀態進行切換，例如使其保持在斷開狀態，其中停止期間大於一次側開關控制電路106在切換期間的工作週期(亦即預設工作頻率的倒數)。在部份實施例中，在打嗝模式中，一次側開關控制電路106也可透過切換調整開關的工作頻率來降低功率消耗，例如交替地以第一工作頻率與第二工作頻率來切換調整開關的導通狀態，以降低功率消耗，其中第一工作頻率不同於第二工作頻率，例如第一工作頻率可遠大於第二工作頻率，然不以此為限。
在部份實施例中，電源溝通模組108還可在電源轉換器的輸出端TO未連接至負載時斷開阻隔開關104，以進一步降低功率損耗。而當連接狀態信號指示電源轉換器的輸出端TO連接至負載時，電源溝通模組108可導通阻隔開關104，以使變壓器電路102的輸出電壓Vout可透過阻隔開關104被提供給負載。此外，當電源轉換器的輸出端TO連接至負載時，電源溝通模組108可與負載進行溝通，以確定負載所需的工作電壓，並告知負載電源轉換器可提供的工作電壓。負載可回傳喚醒信號給電源溝通模組108，以喚醒電源轉換器進入正常工作模式，而提供負載運作所需的工作電壓。其中負載運作所需的工作電壓可例如為固定電壓，電源溝通模組108可控制二次側電壓控制電路110輸出電壓控制信號SC1給一次側開關控制電路106，以使一次側開關控制電路106以固定工作頻率切換調整開關SW1的導通狀態，而使變壓器電路102將輸入電壓Vin轉換為對應固定工作頻率的固定電壓(例如5V、9V、15V、15V或20V的電壓，然不以此為限)，以滿足負載對於工作電壓的需求。
圖2是依照本發明的另一實施例的一種電源轉換器的示意圖，請參照圖2。在本實施例中，二次側電壓控制電路110可包括轉換電路202，此外電源轉換器還包括偵測電路204，其中轉換電路202耦接一次側開關控制電路106、電源溝通模組108以及偵測電路204，偵測電路204還耦接變壓器電路102的輸出端。電源溝通模組108可依據連接狀態信號輸出工作頻率控制信號SC2給轉換電路202，轉換電路202可將工作頻率控制信號SC2轉換為電壓控制信號SC1，以使一次側開關控制電路106依據電壓控制信號SC1切換調整開關SW1，進而控制變壓器電路102的輸出電壓Vout。例如當連接狀態信號指示電源轉換器未連接至負載時，轉換電路202將電源溝通模組108提供的工作頻率控制信號SC2轉換為電壓控制信號SC1，以使一次側開關控制電路106依據電壓控制信號SC1降低切換調整開關SW1的工作頻率，進而降低功率損耗。
而當連接狀態信號指示電源轉換器連接至負載時，電源溝通模組108可控制二次側電壓控制電路110依據偵測電路204偵測輸出電壓Vout產生的偵測信號SD1輸出電壓控制信號SC1，進一步來說，轉換電路202可將偵測信號SD1轉換為電壓控制信號SC1並輸出給一次側開關控制電路106，以使一次側開關控制電路106以固定工作頻率切換調整開關SW1的導通狀態，而使變壓器電路102將輸入電壓Vin轉換為對應固定工作頻率的固定電壓，進而將固定電壓作為負載所需工作電壓提供給負載。
圖3是依照本發明的另一實施例的一種電源轉換器的示意圖，請參照圖3。在本實施例中，二次側電壓控制電路110還包括發光單元302、光感測器304以及可變電容C1，其中發光單元302耦接偵測電路204以及電源溝通模組108，光感測器304耦接一次側開關控制電路106，可變電容C1耦接於光感測器304的輸出端與接地之間。發光單元302可受控於電源溝通模組108而將電源溝通模組108提供的工作頻率控制信號SC2轉換為光信號，此外也可將偵測電路204輸出的偵測信號SD1轉換為光信號，亦即電源溝通模組108可藉由工作頻率控制信號SC2調整發光單元302依據偵測信號SD1所輸出的光信號。光感測器304可感測發光單元302提供的光信號，而產生電壓控制信號SC1給一次側開關控制電路106，以使一次側開關控制電路106依據電壓控制信號SC1切換調整開關SW1，進而控制變壓器電路102的輸出電壓Vout。此外，電源溝通模組108還可調整可變電容C1的電容值，進而調整電壓控制信號SC1的電壓值，如此可使調整電壓控制信號SC1的電壓值的調整方式更有彈性。
此外，本實施例的電源轉換器還可包括電阻R1以及電容C2，其中電阻R1的第一端耦接調整開關SW1耦接至接地的一端，電阻R1的第二端耦接一次側開關控制電路106，電容C2耦接於電阻R1的第二端與接地之間。電阻R1與電容C2可用以偵測流經調整開關SW1的電流，而對應地提供回授信號SF1給一次側開關控制電路106，一次側開關控制電路106還可依據回授信號SF1切換調整開關SW1的導通狀態，以更精確地控制變壓器電路102的輸出電壓Vout。
圖4是依照本發明的另一實施例的一種電源轉換器的示意圖，請參照圖4。在本實施例中，一次側開關控制電路106可包括計數器402以及控制信號產生電路404，控制信號產生電路404耦接計數器402與調整開關SW1。如上述實施例所述，電源溝通模組108可依據連接狀態信號控制二次側電壓控制電路110輸出電壓控制信號SC1給一次側開關控制電路106，本實施例的計數器402可依據電壓控制信號SC1判斷電源轉換器的輸出端TO是否連接至負載，並於連接狀態信號SC1指示電源轉換器的輸出端TO未連接至負載時開始執行計數。在部份實施例中，電壓控制信號SC1也可由二次側電壓控制電路110依據偵測信號SD1產生，亦即計數器402也可依據變壓器電路102的輸出電壓Vout來判斷電源轉換器的輸出端TO是否連接至負載。
當計數器402依據電壓控制信號SC1判斷電源轉換器的輸出端TO未連接至負載時，計數器402開始執行計數。控制信號產生電路404則可依據計數器402的計數值輸出控制信號S1控制調整開關SW1的導通狀態，而使變壓器電路102將輸入電壓Vin轉換為預設電壓。舉例來說，控制信號產生電路404可在計數器402的計數值到達預設計數值時降低切換調整開關SW1的導通狀態的工作頻率，以使變壓器電路102將輸入電壓Vin轉換為休眠電壓，進而降低功率損耗。此外，在部份實施例中，在電源轉換器處於休眠狀態且電源轉換器的輸出端TO重新連接至負載時，計數器402可依據電壓控制信號SC1判斷出電源轉換器的輸出端TO重新連接至負載，並重新開始執行計數，控制信號產生電路404則可在計數器402的計數值到達預設計數值時輸出控制信號S1提高切換調整開關SW1的導通狀態的工作頻率，將切換調整開關SW1的導通狀態的工作頻率恢復到預設的固定頻率，而使電源轉換器回復到正常模式提供負載運作所需的工作電壓。
綜上所述，本實施例的電源溝通模組可依據連接狀態信號控制二次側電壓控制電路輸出電壓控制信號，一次側開關控制電路依據電壓控制信號調整切換調整開關的導通狀態的工作頻率，以調整變壓器電路的輸出電壓。如此依據連接狀態信號來改變一次側開關控制電路的工作頻率，可使電源轉換器在與供電對象斷開連接時，自動地進入節能模式，亦即不需由外部裝置控制，電源轉換器自身便可執行節能的動作，而可有效地降低功率損耗，進一步改善待機時的能耗。
102:變壓器電路 104:阻隔開關 106:一次側開關控制電路 108:電源溝通模組 110:二次側電壓控制電路 202:轉換電路 204:偵測電路 302:發光單元 304:光感測器 402:計數器 404:控制信號產生電路 TO:輸出端 Vin:輸入電壓 Vout:輸出電壓 SW1:調整開關 S1:控制信號 SC1:電壓控制信號 SC2:工作頻率控制信號 SD1:偵測信號 SF1:回授信號 C1:可變電容 C2:電容 R1:電阻
圖1是依照本發明實施例的一種電源轉換器的示意圖。 圖2是依照本發明的另一實施例的一種電源轉換器的示意圖。 圖3是依照本發明的另一實施例的一種電源轉換器的示意圖。 圖4是依照本發明的另一實施例的一種電源轉換器的示意圖。
102:變壓器電路
104:阻隔開關
106:一次側開關控制電路
108:電源溝通模組
110:二次側電壓控制電路
TO:輸出端
Vin:輸入電壓
Vout:輸出電壓
SW1:調整開關
S1:控制信號
SC1:電壓控制信號

Claims (15)

  1. 一種電源轉換器，包括：一變壓器電路，具有一一次側繞組與一二次側繞組，將一輸入電壓轉換為一輸出電壓；一調整開關，耦接於該一次側繞組與一接地之間；一一次側開關控制電路，耦接該調整開關；一阻隔開關，耦接於該二次側繞組與該電源轉換器的輸出端之間；一二次側電壓控制電路；以及一電源溝通模組，耦接該阻隔開關以及該二次側電壓控制電路，依據一連接狀態信號控制該二次側電壓控制電路輸出一電壓控制信號，該一次側開關控制電路依據該電壓控制信號調整切換該調整開關的導通狀態的工作頻率，以調整該輸出電壓，其中當該連接狀態信號指示該電源轉換器的輸出端未連接至一負載時，該電源溝通模組斷開該阻隔開關。
  2. 如請求項1所述的電源轉換器，其中該一次側開關控制電路依據該電壓控制信號降低切換該調整開關的導通狀態的工作頻率。
  3. 如請求項2所述的電源轉換器，其中該一次側開關控制電路依據該電壓控制信號週期性地停止切換該調整開關的導通狀態。
  4. 如請求項1所述的電源轉換器，其中當該連接狀態信 號指示該電源轉換器的輸出端連接至一負載時，該電源溝通模組導通該阻隔開關。
  5. 如請求項4所述的電源轉換器，還包括：一偵測電路，耦接該變壓器電路與該二次側電壓控制電路，偵測該輸出電壓，以產生一偵測信號，該二次側電壓控制電路依據該偵測信號輸出該電壓控制信號，該一次側開關控制電路依據該電壓控制信號以一固定工作頻率切換該調整開關的導通狀態。
  6. 如請求項5所述的電源轉換器，其中該變壓器電路將該輸入電壓轉換為對應該固定工作頻率的一固定電壓。
  7. 如請求項1所述的電源轉換器，其中該二次側電壓控制電路包括：一轉換電路，耦接該電源溝通模組，接收該電源溝通模組依據該連接狀態信號輸出一工作頻率控制信號，該轉換電路將該工作頻率控制信號轉換為該電壓控制信號。
  8. 如請求項7所述的電源轉換器，其中該轉換電路包括：一發光單元，耦接該電源溝通模組，受控於該電源溝通模組而將該工作頻率控制信號轉換為一光信號；以及一光感測器，感測該光信號而產生該電壓控制信號。
  9. 如請求項8所述的電源轉換器，其中該轉換電路還包括：一可變電容，耦接於該光感測器的輸出端與該接地之間，受控於該電源溝通模組而調整電容值。
  10. 如請求項1所述的電源轉換器，其中該一次側開關控制電路包括：一計數器，於該電源轉換器的輸出端未連接至一負載時開始執行計數；以及一控制信號產生電路，耦接該計數器以及該調整開關，於該計數器計數至一預設計數值時，輸出一控制信號控制該調整開關的導通狀態，而使該變壓器電路將該輸入電壓轉換為一預設電壓。
  11. 如請求項10所述的電源轉換器，還包括：一偵測電路，耦接該變壓器電路與該二次側電壓控制電路，偵測該輸出電壓，以產生一偵測信號，該二次側電壓控制電路依據該偵測信號輸出該電壓控制信號，該計數器依據該電壓控制信號判斷該電源轉換器的輸出端是否連接至該負載。
  12. 如請求項10所述的電源轉換器，其中該計數器依據該電壓控制信號判斷該電源轉換器的輸出端是否連接至該負載，於該連接狀態信號指示該電源轉換器的輸出端未連接至一負載時開始執行計數。
  13. 如請求項1所述的電源轉換器，其中該調整開關包括：一電晶體，其第一端耦接該一次側繞組，該電晶體的第二端耦接該接地，該電晶體的控制端耦接該一次側開關控制電路。
  14. 如請求項13所述的電源轉換器，還包括：一電阻，其第一端耦接該電晶體的第二端，該電阻的第二端 耦接該一次側開關控制電路；以及一電容，耦接於該電阻的第二端與該接地之間。
  15. 如請求項1所述的電源轉換器，其中該連接狀態信號為配置通道腳位信號。
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