TWI775664B

TWI775664B - 電源供應裝置及用於電源轉換器的操作方法

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Publication number: TWI775664B
Application number: TW110140632A
Authority: TW
Inventors: 詹子增
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2021-11-01
Filing date: 2021-11-01
Publication date: 2022-08-21
Also published as: TW202320473A

Abstract

本發明提供一種電源供應裝置及用於電源轉換器的操作方法。電源供應裝置包括電源轉換器以及控制器。電源轉換器包括升壓電感器。控制器感測輸入電源的頻率值。控制器感測升壓電感器的電流變化值。控制器依據對應於頻率值的查找表來獲取對應於電流變化值的目標電感值。控制器依據目標電感值調節位於升壓電感器兩端的電壓值，以使升壓電感器的電感值大致上等於目標電感值。

Description

電源供應裝置及用於電源轉換器的操作方法

本發明是有關於一種電源供應裝置及用於電源轉換器的操作方法，特別是關於一種可調節電感值的電源供應裝置及用於電源轉換器的操作方法。

隨著電子裝置的效能提升，電源供應裝置所提供的電能功率需求也被提高。然而，電源供應裝置中的電感器具有固定的電感值。因此，當電子裝置所需的電能劇烈地改變時，經由電感器所轉換的輸出電能隨之劇烈地被改變，而使電源供應裝置發生誤操作或觸發過功率保護（over power protection，OPP）。

本發明實施例提供一種電源供應裝置，能夠避免電源供應裝置誤操作或觸發功率保護機制。

本發明實施例的電源供應裝置包括電源轉換器以及控制器。電源轉換器將輸入電源轉換為輸出電源。電源轉換器包括升壓電感器。控制器耦接於電源轉換器。控制器感測輸入電源的頻率值。控制器感測升壓電感器的電流變化值。控制器依據對應於頻率值的查找表來獲取對應於電流變化值的目標電感值。控制器依據目標電感值調節位於升壓電感器兩端的電壓值，以使升壓電感器的電感值大致上等於目標電感值。

本發明實施例另提供一種用於電源轉換器的操作方法。電源轉換器包括升壓電感器。操作方法包括以下的步驟：感測電源轉換器所接收到的輸入電源的頻率值，感測升壓電感器的電流變化值；依據對應於頻率值的查找表來獲取對應於電流變化值的目標電感值；依據目標電感值調節位於升壓電感器兩端的電壓值，以使升壓電感器的電感值大致上等於目標電感值。

基於上述，本發明實施例能依據輸入電源的頻率值以及升壓電感器的電流變化值來調節升壓電感器的電感值，以因應輸出電源的變化而使電源供應裝置不會發生誤操作或觸發功率保護機制。

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。

本發明的部份實施例接下來將會配合附圖來詳細描述，以下的描述所引用的元件符號，當不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。這些實施例只是本發明的一部份，並未揭示所有本發明的可實施方式。更確切的說，這些實施例只是本發明的專利申請範圍中的範例。

請參考圖1，圖1是依據本發明一實施例所繪示的電源供應裝置的方塊圖。在本實施例中，電源供應裝置100包括電源轉換器110以及控制器120。電源轉換器110耦接於控制器120。在本實施例中，電源轉換器110將輸入電源VIN轉換為輸出電源VO。電源轉換器110包括升壓電感器LM。

在本實施例中，控制器120感測輸入電源VIN的頻率值FIN。控制器120感測升壓電感器LM的電流變化值ILM’。控制器120依據對應於頻率值FIN的查找表LKT來獲取對應於電流變化值ILM’的目標電感值LM_T。控制器120依據目標電感值LM_T調節位於升壓電感器LM兩端的電壓值（即，升壓電感器LM的電壓值），以使升壓電感器LM的電感值大致上等於目標電感值LM_T。

應注意的是，升壓電感器LM的電感值是可以被調節的。升壓電感器LM的電感值正相關於升壓電感器LM的電壓值與升壓電感器LM的電流變化值ILM’的比值，如以下公式(1)所示：

……公式(1)

在公式(1)中，L表示為升壓電感器LM的電感值。VL表示為升壓電感器LM兩端的電壓值。dIL/dt表示為升壓電感器LM的電流變化值ILM’。也就是，電流變化值ILM’是在單位時間內流經升壓電感器LM兩端的電流值的差值。

如此一來，當輸出電源VO的功率改變而改變電流變化值ILM’時，升壓電感器LM的電壓值被調節以改變升壓電感器LM的電感值。舉例來說，當輸出電源VO的功率上升而電流變化值ILM’隨之上升時，升壓電感器LM的電壓值被調降，使升壓電感器LM的電感值被調降。在一些實施例中，當輸出電源VO的功率下降而電流變化值ILM’隨之下降時，升壓電感器LM的電壓值被調升，使升壓電感器LM的電感值被調升。

在此值得一提的是，當電流變化值ILM’上升時，控制器120能依據頻率值FIN以及電流變化值ILM’來將升壓電感器LM的電感值調節成對應的目標電感值LM_T。如此一來，電源供應裝置100能自適應地調節升壓電感器LM的電感值來承受經提升功率的輸出電源VO。因此，電源供應裝置100不會發生提供輸出電源VO的誤操作，且電源轉換器110也不會觸發過功率保護機制。

請參考圖1以及圖2，圖2是依據本發明圖1實施例所繪示的升壓電感器的動作示意圖。在圖2中，橫軸為升壓電感器LM的電流變化值ILM’，縱軸為升壓電感器LM的電感值。在本實施例中，由於升壓電感器LM的電感值被調節成大致上等於目標電感值LM_T，因此在圖2中，縱軸亦為升壓電感器LM的目標電感值LM_T。

在本實施例中，對於相同的升壓電感器LM而言，曲線CV1~CV3是對應不同的頻率值FIN的電流變化值ILM’與升壓電感器LM的電感值（即，目標電感值LM_T）的關係曲線。本實施例中的曲線CV1~CV3的數量及其對應的數值僅為範例。

應注意的是，目標電感值LM_T與頻率值FIN呈現負相關，如以下公式(2)所示：

……公式(2)

在公式(2)中，XL被表示為升壓電感器LM的感抗值。

在升壓電感器LM的感抗值為恆定的條件下，頻率值FIN越大則目標電感值LM_T越小。在另一方面，頻率值FIN越小則目標電感值LM_T越大。換言之，目標電感值LM_T能夠因應頻率值FIN的起伏而被調整。以本實施例為例，曲線CV1對應最小的頻率值FIN。曲線CV3對應最大的頻率值FIN。曲線CV2則對應典型的頻率值FIN。因此，基於電流變化值ILM’，目標電感值LM_T會基於頻率值FIN被調整。

在此值得一提的是，對於各曲線CV1~CV3而言，目標電感值LM_T皆非線性相關於電流變化值ILM’。也就是，曲線CV1~CV3為非線性曲線。因此，當電流變化值ILM’改變時，升壓電感器LM的電感值不會以相同的幅度被調節。經調節的升壓電感器LM具有用以承受當下電流變化值ILM’的電感值，以使升壓電感器LM避免發生磁飽和而導致升壓電感器LM失去電感特性以及短路。

請參考圖3，圖3是依據本發明另一實施例所繪示的電源供應裝置的電路圖。在本實施例中，電源供應裝置300包括電源轉換器310以及控制器320。在本實施例中，電源轉換器310包括升壓電感器LM、整流器311、感測電阻器RLM、功率開關Q1、輸出二極體DO以及輸出電容器CO。輸出二極體DO的陽極耦接於感測電阻器RLM的第二端。輸出二極體DO的陰極作為電源轉換器310的輸出端。輸出電容器CO的第一端耦接於輸出二極體DO的陰極。輸出電容器CO的第二端耦接於接地端GND。在本實施例中，電源轉換器310以升壓型轉換器來示例。

在本實施例中，整流器311耦接於升壓電感器LM的第一端。整流器311對輸入電源VIN進行整流以產生經整流電源VR。在本實施例中，整流器311為全橋式整流器。本實施例中的整流器311的配置僅為範例。能將交流電進行整流的任何整流器電路皆在本發明的範疇內。

在本實施例中，感測電阻器RLM串聯耦接於升壓電感器LM。具體來說，感測電阻器RLM的第一端耦接於升壓電感器LM的第二端。應注意的是，流經感測電阻器RLM的電流ILM與流經升壓電感器LM的電流ILM相同。因此，感測電阻器RLM的電流變化值大致上等同於升壓電感器LM的電流變化值ILM’。

在本實施例中，功率開關Q1的第一端耦接於感測電阻器RLM的第二端。功率開關Q1的第二端耦接於接地端GND。功率開關Q1的控制端耦接於控制器320。功率開關Q1受控於控制器320，並接收控制器320輸出的開關訊號GD1來進行開關操作。

在本實施例中，控制器320包括電壓控制單元321。電壓控制單元321將目標電感值LM_T乘以電流變化值ILM’以獲得目標電感電壓值VLM。在本實施例中，電壓控制單元321可以是由運算電路來實現。

在本實施例中，控制器320還包括頻率感測器322、電流變化感測器323以及電壓調節器324。頻率感測器322耦接於輸入電源VIN以及電壓控制單元321。頻率感測器322感測輸入電源VIN的頻率值FIN。頻率感測器322輸出頻率值FIN至電壓控制單元321。

在本實施例中，電流變化感測器323耦接於感測電阻器RLM的兩端。電流變化感測器323感測電流變化值ILM’。電流變化感測器323還耦接於電壓控制單元321。電流變化感測器323輸出電流變化值ILM’至電壓控制單元321。

在本實施例中，電壓調節器324耦接於電壓控制單元321。電壓調節器324接收來自電壓控制單元321的目標電感電壓值VLM。電壓調節器324還耦接於升壓電感器LM的兩端。電壓調節器324依據目標電感電壓值VLM來調節升壓電感器LM兩端的電壓差值，以使升壓電感器LM的電壓值大致上等於目標電感電壓值VLM。因此，升壓電感器LM的電感值被調節。進一步來說，當輸出電源VO的功率上升時，電流變化值ILM’的增加量正相關於升壓電感器LM的電壓值的下降量。

在本實施例中，電源供應裝置300還包括記憶體330。記憶體330耦接於控制器320。記憶體330儲存查找表LKT。控制器320可存取查找表LKT。

在本實施例中，查找表LKT紀錄對應於輸入電源VIN的頻率值FIN、電流變化值ILM’與目標電感值LM_T之間的關係。具體來說，在對應於各頻率值FIN的條件下，查找表LKT紀錄多個電流變化值ILM’與對應的多個目標電感值LM_T。在一些實施例中，查找表LKT所記錄的資料可被繪示成圖2實施例。

請參考圖1以及圖4，圖4是依據本發明另一實施例所繪示的用於電源轉換器的操作方法的流程圖。本實施例的操作方法適用於電源轉換器100。在步驟S410中控制器120感測電源轉換器110所接收到的輸入電源VIN的頻率值FIN。此外，控制器120感測升壓電感器LM的電流變化值ILM’。在步驟S420中，控制器120依據對應於頻率值FIN的查找表LKT來獲取對應於電流變化值ILM’的目標電感值LM_T。在步驟S430中，控制器120依據目標電感值LM_T來調節位於升壓電感器LM兩端的電壓值，以使升壓電感器LM的電感值大致上等於目標電感值LM_T。關於上述步驟S410、S420、S430的實施細節，在前述的實施例以及多個實施方式中已有詳細的說明，在此恕不多重述。

綜上所述，本發明實施例的電源供應裝置以及操作方法能依據輸入電源的頻率值以及升壓電感器電流變化值，來自適應地調節升壓電感器的電感值，以因應輸出電源的變化而使電源供應裝置不會發生誤操作或觸發功率保護機制。在部分實施例中，經調節的升壓電感器的電感值（即，目標電感值）與升壓電感器的電流變化值之間的關係為非線性曲線。因此，經調節的升壓電感器能夠承受當下的電流變化值，以使升壓電感器不會發生磁飽和。

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、300:電源供應裝置 110、310:電源轉換器 120、320:控制器 311:整流器 321:電壓控制單元 322:頻率感測器 323:電流變化感測器 324:電壓調節器 330:記憶體 CO:輸出電容器 CV1、CV2、CV3:曲線 DO:輸出二極體 FIN:頻率值 GD1:開關訊號 GND:接地端 ILM:電流 ILM’:電流變化值 LKT:查找表 LM:升壓電感器 LM_T:目標電感值 Q1:功率開關 RLM:感測電阻器 S410、S420、S430:步驟 VIN:輸入電源 VLM:目標電感電壓值 VO:輸出電源 VR:經整流電源

圖1是依據本發明一實施例所繪示的電源供應裝置的方塊圖。圖2是依據本發明圖1實施例所繪示的升壓電感器的動作示意圖。圖3是依據本發明另一實施例所繪示的電源供應裝置的電路圖。圖4是依據本發明另一實施例所繪示的用於電源轉換器的操作方法的流程圖。

100:電源供應裝置

110:電源轉換器

120:控制器

FIN:頻率值

ILM’:電流變化值

LKT:查找表

LM:升壓電感器

LM_T:目標電感值

VIN:輸入電源

VO:輸出電源

Claims

一種電源供應裝置，包括：一電源轉換器，經配置以將一輸入電源轉換為一輸出電源，包括一升壓電感器；以及一控制器，耦接於該電源轉換器，經配置以：感測該輸入電源的一頻率值，感測該升壓電感器的一電流變化值，依據對應於該頻率值的一查找表來獲取對應於該電流變化值的一目標電感值，並且依據該目標電感值調節位於該升壓電感器兩端的電壓值，以使該升壓電感器的電感值大致上等於該目標電感值。
如請求項1所述的電源供應裝置，其中該目標電感值非線性相關於該電流變化值。
如請求項1所述的電源供應裝置，其中該電源轉換器還包括：一整流器，耦接於該升壓電感器的第一端；一感測電阻器，該感測電阻器的第一端耦接於該升壓電感器的第二端；以及一功率開關，該功率開關的第一端耦接於該感測電阻器的第二端，該功率開關的第二端耦接於一接地端，該功率開關的控制端接收該控制器輸出的控制訊號。
如請求項3所述的電源供應裝置，其中該控制器包括：一電壓控制單元，經配置以將該目標電感值乘以該電流變化值以獲得一目標電感電壓值。
如請求項4所述的電源供應裝置，其中該控制器還包括：一頻率感測器，耦接於該輸入電源以及該電壓控制單元，經配置以感測該頻率值；一電流變化感測器，耦接於該感測電阻器以及該電壓控制單元，經配置以感測該電流變化值；以及一電壓調節器，耦接於該升壓電感器以及該電壓控制單元，經配置以依據該目標電感電壓值來調節該升壓電感器的電壓值。
如請求項1所述的電源供應裝置，其中當該輸出電源的功率上升時，該電流變化值的增加量正相關於該升壓電感器的電壓值的下降量。
如請求項1所述的電源供應裝置，還包括：一記憶體，耦接於該控制器，經配置以儲存該查找表，其中該查找表紀錄對應於該輸入電源的該頻率值、該電流變化值與該目標電感值之間的關係。
如請求項7所述的電源供應裝置，其中該目標電感值與該頻率值呈現負相關。
如請求項1所述的電源供應裝置，其中該電源轉換器還包括：一輸出二極體，該輸出二極體的陽極經由一感測電阻器耦接於該升壓電感器，該輸出二極體的陰極作為該電源轉換器的輸出端；以及一輸出電容器，該輸出電容器的第一端耦接於該輸出二極體的陰極，該輸出電容器的第二端耦接於一接地端。
一種用於一電源轉換器的操作方法，其中該電源轉換器包括一升壓電感器，其中該操作方法包括：感測該電源轉換器所接收到的一輸入電源的一頻率值，感測該升壓電感器的一電流變化值；依據對應於該頻率值的一查找表來獲取對應於該電流變化值的一目標電感值；以及依據該目標電感值調節位於該升壓電感器兩端的電壓值，以使該升壓電感器的電感值大致上等於該目標電感值。