TWI790956B - 抑制噪音之電源供應器 - Google Patents

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Abstract

一種抑制噪音之電源供應器，包括：一第一橋式整流器、一第二橋式整流器、一耦合電感元件、一第一功率切換器、一第一輸出級電路、一切換電路、一變壓器、一第二輸出級電路，以及一輔助控制電路。第一橋式整流器和第二橋式整流器可根據一第一輸入電位和一第二輸入電位來產生一第一整流電位和一第二整流電位。耦合電感元件可接收第一整流電位和第二整流電位。切換電路可產生一控制電位。第二輸出級電路可產生一輸出電位。輔助控制電路包括一第二功率切換器。第二功率切換器係耦接至耦合電感元件，並可根據控制電位來選擇性地致能或禁能。

Description

抑制噪音之電源供應器
本發明係關於一種電源供應器，特別係關於一種可抑制噪音(Noise)之電源供應器。
在傳統電源供應器當中，若功率因數校正器(Power Factor Corrector，PFC)和諧振型LLC轉換器(Resonant LLC Converter)兩者之切換頻率互相接近，則很容易產生人耳所能輕易辨別出來之噪音，此導致使用者之體驗感不佳。有鑑於此，勢必要提出一種全新之解決方案，以克服先前技術所面臨之困境。
在較佳實施例中，本發明提出一種抑制噪音之電源供應器，包括：一第一橋式整流器，根據一第一輸入電位和一第二輸入電位來產生一第一整流電位；一第二橋式整流器，根據該第一輸入電位和該第二輸入電位來產生一第二整流電位；一耦合電感元件，接收該第一整流電位和該第二整流電位；一第一功率切換器，根據一時脈電位來選擇性地將該耦合電感元件耦接至一接地電位；一第一輸出級電路，耦接至該耦合電感元件，並產生一內部電位；一切換電路，接收該內部電位，並產生一切換電位和一控制電位；一變壓器，包括一主線圈、一第一副線圈，以及一第二副線圈，其中該變壓器內建一漏電感器和一激磁電感器，而該主線圈係經由該漏電感器耦接至該切換電路；一諧振電容器，耦接至該激磁電感器；一第二輸出級電路，耦接至該第一副線圈和該第二副線圈，並產生一輸出電位；以及一輔助控制電路，產生該時脈電位，並包括一第二功率切換器，其中該第二功率切換器係耦接至該耦合電感元件，並根據該控制電位來選擇性地致能或禁能。
在一些實施例中，若該切換電位之一切換頻率落在該時脈電位之一中心頻率之正負20kHz之範圍內，則該第二功率切換器將被致能；否則該第二功率切換器將被禁能。
在一些實施例中，該第一橋式整流器包括：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一第一輸入節點以接收該第一輸入電位，而該第一二極體之該陰極係耦接至一第一節點以輸出該第一整流電位；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一第二輸入節點以接收該第二輸入電位，而該第二二極體之該陰極係耦接至該第一節點；一第三二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第三二極體之該陽極係耦接至該接地電位，而該第三二極體之該陰極係耦接至該第一輸入節點；以及一第四二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第四二極體之該陽極係耦接至該接地電位，而該第四二極體之該陰極係耦接至該第二輸入節點。
在一些實施例中，該第二橋式整流器包括：一第五二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第五二極體之該陽極係耦接至該第一輸入節點以接收該第一輸入電位，而該第五二極體之該陰極係耦接至一第二節點以輸出該第二整流電位；一第六二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第六二極體之該陽極係耦接至該第二輸入節點以接收該第二輸入電位，而該第六二極體之該陰極係耦接至該第二節點；一第七二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第七二極體之該陽極係耦接至該接地電位，而該第七二極體之該陰極係耦接至該第一輸入節點；以及一第八二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第八二極體之該陽極係耦接至該接地電位，而該第八二極體之該陰極係耦接至該第二輸入節點。
在一些實施例中，該耦合電感元件包括：一第一電感器，具有一第一端和一第二端，其中該第一電感器之該第一端係耦接至該第一節點以接收該第一整流電位，而該第一電感器之該第二端係耦接至一第三節點；以及一第二電感器，具有一第一端和一第二端，其中該第二電感器之該第一端係耦接至該第二節點以接收該第二整流電位，而該第二電感器之該第二端係耦接至該第三節點；其中該第一電感器和該第二電感器係互相耦合。
在一些實施例中，該第一功率切換器包括：一第一電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第一電晶體之該控制端係用於接收該時脈電位，該第一電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第一電晶體之該第二端係耦接至該第三節點。
在一些實施例中，該第一輸出級電路包括：一第九二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第九二極體之該陽極係耦接至該第三節點，而該第九二極體之該陰極係耦接至一第四節點以輸出該內部電位；以及一第一電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第一電容器之該第一端係耦接至該第四節點，而該第一電容器之該第二端係耦接至該接地電位。
在一些實施例中，該切換電路包括：一第二電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第二電晶體之該控制端係用於接收該切換電位，該第二電晶體之該第一端係耦接至一第五節點，而該第二電晶體之該第二端係耦接至該第四節點以接收該內部電位；一第三電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第三電晶體之該控制端係用於接收一反相切換電位，該第三電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第三電晶體之該第二端係耦接至該第五節點；一電阻器；以及一第一控制器，產生該切換電位和該反相切換電位，其中該第一控制器更根據該切換電位來產生該控制電位。
在一些實施例中，該漏電感器具有一第一端和一第二端，該漏電感器之該第一端係耦接至該第五節點，該漏電感器之該第二端係耦接至一第六節點，該激磁電感器具有一第一端和一第二端，該激磁電感器之該第一端係耦接至該第六節點，該激磁電感器之該第二端係耦接至一第七節點，該主線圈具有一第一端和一第二端，該主線圈之該第一端係耦接至該第六節點，該主線圈之該第二端係耦接至該第七節點，該諧振電容器具有一第一端和一第二端，該諧振電容器之該第一端係耦接至該第七節點，該諧振電容器之該第二端係耦接至該接地電位，該第一副線圈具有一第一端和一第二端，該第一副線圈之該第一端係耦接至一第八節點，該第一副線圈之該第二端係耦接至一共同節點，該第二副線圈具有一第一端和一第二端，該第二副線圈之該第一端係耦接至該共同節點，而該第二副線圈之該第二端係耦接至一第九節點。
在一些實施例中，該第二輸出級電路包括：一第十二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第十二極體之該陽極係耦接至該第八節點，而該第十二極體之該陰極係耦接至一輸出節點以輸出該輸出電位；一第十一二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第十一二極體之該陽極係耦接至該第九節點，而該第十一二極體之該陰極係耦接至該輸出節點；以及一第二電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第二電容器之該第一端係耦接至該輸出節點，而該第二電容器之該第二端係耦接至該共同節點。
在一些實施例中，該輔助控制電路包括：一第四電晶體，形成該第二功率切換器，並具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第四電晶體之該控制端係用於接收該時脈電位，該第四電晶體之該第一端係耦接至一第十節點，而該第四電晶體之該第二端係耦接至該第三節點；一第五電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第五電晶體之該控制端係用於接收一調整電位，該第五電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第五電晶體之該第二端係耦接至該第十節點；以及一第二控制器，產生該時脈電位，並經由該電阻器來接收該控制電位，其中該第二控制器更根據該控制電位來產生該調整電位。
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：一第一橋式整流器110、一第二橋式整流器120、一耦合電感元件130、一第一功率切換器140、一第一輸出級電路150、一切換電路160、一變壓器170、一諧振電容器CR、一第二輸出級電路180，以及一輔助控制電路190。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。
第一橋式整流器110可根據一第一輸入電位VIN1和一第二輸入電位VIN2來產生一第一整流電位VR1。第一輸入電位VIN1和第二輸入電位VIN2皆可來自一外部輸入電源，其中第一輸入電位VIN1和第二輸入電位VIN2之間可形成具有任意頻率和任意振幅之一交流電壓。例如，交流電壓之頻率可約為50Hz或60Hz，而交流電壓之方均根值可由90V至264V，但亦不僅限於此。第二橋式整流器120可根據第一輸入電位VIN1和第二輸入電位VIN2來產生一第二整流電位VR2。耦合電感元件130可接收第一整流電位VR1和第二整流電位VR2。第一功率切換器140可根據一時脈電位VA來選擇性地將耦合電感元件130耦接至一接地電位VSS(例如：0V)。舉例而言，若時脈電位VA為高邏輯位準(例如：邏輯「1」)，則第一功率切換器140即可將耦合電感元件130耦接至接地電位VSS(亦即，第一功率切換器140可近似於一短路路徑)；反之，若時脈電位VA為低邏輯位準(例如：邏輯「0」)，則第一功率切換器140不會將耦合電感元件130耦接至接地電位VSS(亦即，第一功率切換器140可近似於一開路路徑)。第一輸出級電路150係耦接至耦合電感元件130，並可產生一內部電位VN。內部電位VN可視為一升壓電位。切換電路160可接收內部電位VN，並可產生一切換電位VW和一控制電位VC。變壓器170包括一主線圈171、一第一副線圈172，以及一第二副線圈173，其中變壓器170內建一漏電感器LR和一激磁電感器LM。主線圈171、漏電感器LR，以及激磁電感器LM皆可位於變壓器170之同一側(例如：一次側)，而第一副線圈172和第二副線圈173則皆可位於變壓器170之相對另一側(例如：二次側，其可與一次側隔離開)。主線圈171係經由漏電感器LR耦接至切換電路160。諧振電容器CR係耦接至激磁電感器LM。第二輸出級電路180係耦接至第一副線圈172和第二副線圈173，並可產生一輸出電位VOUT。例如，輸出電位VOUT可為一直流電位，其電位位準可介於18V至20V之間，但亦不僅限於此。輔助控制電路190可產生時脈電位VA，並包括一第二功率切換器192，其中第二功率切換器192係耦接至耦合電感元件130，並可根據控制電位VC來選擇性地致能或禁能。例如，若控制電位VC為高邏輯位準，則第二功率切換器192將可被致能；反之，若控制電位VC為低邏輯位準，則第二功率切換器192將可被禁能。在一些實施例中，若切換電位VW之一切換頻率FW落在時脈電位VA之一中心頻率FC之正負20kHz之範圍內，則第二功率切換器192將被致能；否則，第二功率切換器192將被禁能。必須理解的是，前述頻率範圍還可依不同需求進行調整。根據實際量測結果，本發明之設計可有效抑制電源供應器100所產生之共振噪音，從而可改善使用者之體驗感。
以下實施例將介紹電源供應器100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2圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器200之示意圖。在第2圖之實施例中，電源供應器200具有一第一輸入節點NIN1、一第二輸入節點NIN2，以及一輸出節點NOUT，並包括一第一橋式整流器210、一第二橋式整流器220、一耦合電感元件230、一第一功率切換器240、一第一輸出級電路250、一切換電路260、一變壓器270、一諧振電容器CR、一第二輸出級電路280，以及一輔助控制電路290。電源供應器200之第一輸入節點NIN1和第二輸入節點NIN2可由一外部輸入電源處分別接收第一輸入電位VIN1和第二輸入電位VIN2，而電源供應器200之輸出節點NOUT可輸出一輸出電位VOUT至一電子裝置(未顯示)。
第一橋式整流器210包括一第一二極體D1、一第二二極體D2、一第三二極體D3，以及一第四二極體D4。第一二極體D1具有一陽極和一陰極，其中第一二極體D1之陽極係耦接至第一輸入節點NIN1，而第一二極體D1之陰極係耦接至一第一節點N1以輸出一第一整流電位VR1。第二二極體D2具有一陽極和一陰極，其中第二二極體D2之陽極係耦接至第二輸入節點NIN2，而第二二極體D2之陰極係耦接至第一節點N1。第三二極體D3具有一陽極和一陰極，其中第三二極體D3之陽極係耦接至一接地電位VSS，而第三二極體D3之陰極係耦接至第一輸入節點NIN1。第四二極體D4具有一陽極和一陰極，其中第四二極體D4之陽極係耦接至接地電位VSS，而第四二極體D4之陰極係耦接至第二輸入節點NIN2。
第二橋式整流器220包括一第五二極體D5、一第六二極體D6、一第七二極體D7，以及一第八二極體D8。第五二極體D5具有一陽極和一陰極，其中第五二極體D5之陽極係耦接至第一輸入節點NIN1，而第五二極體D5之陰極係耦接至一第二節點N2以輸出一第二整流電位VR2。第六二極體D6具有一陽極和一陰極，其中第六二極體D6之陽極係耦接至第二輸入節點NIN2，而第六二極體D6之陰極係耦接至第二節點N2。第七二極體D7具有一陽極和一陰極，其中第七二極體D7之陽極係耦接至接地電位VSS，而第七二極體D7之陰極係耦接至第一輸入節點NIN1。第八二極體D8具有一陽極和一陰極，其中第八二極體D8之陽極係耦接至接地電位VSS，而第八二極體D8之陰極係耦接至第二輸入節點NIN2。
耦合電感元件230包括一第一電感器L1和一第二電感器L2。第一電感器L1具有一第一端和一第二端，其中第一電感器L1之第一端係耦接至第一節點N1以接收第一整流電位VR1，而第一電感器L1之第二端係耦接至一第三節點N3。第二電感器L2具有一第一端和一第二端，其中第二電感器L2之第一端係耦接至第二節點N2以接收第二整流電位VR2，而第二電感器L2之第二端係耦接至第三節點N3。第一電感器L1和第二電感器L2係互相耦合。例如，第一電感器L1和第二電感器L2兩者可形成於同一鐵芯上，但亦不僅限於此。
第一功率切換器240包括一第一電晶體M1。第一電晶體M1可為一N型金氧半場效電晶體。第一電晶體M1具有一控制端(例如：一閘極)、一第一端(例如：一源極)，以及一第二端(例如：一汲極)，其中第一電晶體M1之控制端係用於接收一時脈電位VA，第一電晶體M1之第一端係耦接至接地電位VSS，而第一電晶體M1之第二端係耦接至第三節點N3。例如，時脈電位VA於電源供應器200初始化時皆可維持於一固定電位，而在電源供應器200進入正常使用階段後則皆可提供週期性之時脈波形。
第一輸出級電路250包括一第九二極體D9和一第一電容器C1。第九二極體D9具有一陽極和一陰極，其中第九二極體D9之陽極係耦接至第三節點N3，而第九二極體D9之陰極係耦接至一第四節點N4以輸出一內部電位VN。第一電容器C1具有一第一端和一第二端，其中第一電容器C1之第一端係耦接至第四節點N4，而第一電容器C1之第二端係耦接至接地電位VSS。
切換電路260包括一第二電晶體M2、一第三電晶體M3、一電阻器R1，以及一第一控制器264。第二電晶體M2和第三電晶體M3可各自為一N型金氧半場效電晶體。第一控制器264可由一積體電路晶片來實施。第二電晶體M2具有一控制端(例如：一閘極)、一第一端(例如：一源極)，以及一第二端(例如：一汲極)，其中第二電晶體M2之控制端係用於接收一切換電位VW，第二電晶體M2之第一端係耦接至一第五節點N5，而第二電晶體M2之第二端係耦接至第四節點N4以接收內部電位VN。第三電晶體M3具有一控制端(例如：一閘極)、一第一端(例如：一源極)，以及一第二端(例如：一汲極)，其中第三電晶體M3之控制端係用於接收一反相切換電位VWB，第三電晶體M3之第一端係耦接至接地電位VSS，而第三電晶體M3之第二端係耦接至第五節點N5。第一控制器264可產生切換電位VW和反相切換電位VWB，其中切換電位VW和反相切換電位VWB可具有相同之切換頻率FW及互補之邏輯位準。第一控制器264更可根據切換電位VW來產生一控制電位VC。例如，第一控制器264可包括一頻率比較器(未顯示)。在一些實施例中，若切換電位VW之切換頻率FW落在時脈電位VA之一中心頻率FC之正負20kHz之範圍內，則控制電位VC將為高邏輯位準；反之，若切換電位VW之切換頻率FW未落在前述範圍內，則控制電位VC將為低邏輯位準。例如，時脈電位VA之中心頻率FC可為一常數。第一控制器264更可將控制電位VC經由電阻器R1傳送至輔助控制電路290。
變壓器270包括一主線圈271、一第一副線圈272，以及一第二副線圈273，其中變壓器270更內建一漏電感器LR和一激磁電感器LM。漏電感器LR和激磁電感器LM皆可為變壓器270製造時所附帶產生之固有元件，其並非外部獨立元件。漏電感器LR、主線圈271，以及激磁電感器LM皆可位於變壓器270之同一側，而第一副線圈272和第二副線圈273則皆可位於變壓器270之相對另一側。漏電感器LR具有一第一端和一第二端，其中漏電感器LR之第一端係耦接至第五節點N5，而漏電感器LR之第二端係耦接至一第六節點N6。激磁電感器LM具有一第一端和一第二端，其中激磁電感器LM之第一端係耦接至第六節點N6，而激磁電感器LM之第二端係耦接至一第七節點N7。主線圈271具有一第一端和一第二端，其中主線圈271之第一端係耦接至第六節點N6，而主線圈271之第二端係耦接至第七節點N7。諧振電容器CR具有一第一端和一第二端，其中諧振電容器CR之第一端係耦接至第七節點N7，而諧振電容器CR之第二端係耦接至接地電位VSS。第一副線圈272具有一第一端和一第二端，其中第一副線圈272之第一端係耦接至一第八節點N8，而第一副線圈272之第二端係耦接至一共同節點NCM。例如，共同節點NCM可視為另一接地電位，其可與前述之接地電位VSS相同或相異。第二副線圈273具有一第一端和一第二端，其中第二副線圈273之第一端係耦接至共同節點NCM，而第二副線圈273之第二端係耦接至一第九節點N9。必須注意的是，漏電感器LR、激磁電感器LM，以及諧振電容器CR可共同形成一LLC諧振槽。
第二輸出級電路280包括一第十二極體D10、一第十一二極體D11，以及一第二電容器C2。第十二極體D10具有一陽極和一陰極，其中第十二極體D10之陽極係耦接至第八節點N8，而第十二極體D10之陰極係耦接至輸出節點NOUT。第十一二極體D11具有一陽極和一陰極，其中第十一二極體D11之陽極係耦接至第九節點N9，而第十一二極體D11之陰極係耦接至輸出節點NOUT。第二電容器C2具有一第一端和一第二端，其中第二電容器C2之第一端係耦接至輸出節點NOUT，而第二電容器C2之第二端係耦接至共同節點NCM。
輔助控制電路290包括一第四電晶體M4、一第五電晶體M5，以及一第二控制器294。第四電晶體M4和第五電晶體M5可各自為一N型金氧半場效電晶體。第二控制器294可由另一積體電路晶片來實施。第四電晶體M4可形成輔助控制電路290之一第二功率切換器292。第四電晶體M4具有一控制端(例如：一閘極)、一第一端(例如：一源極)，以及一第二端(例如：一汲極)，其中第四電晶體M4之控制端係用於接收時脈電位VA，第四電晶體M4之第一端係耦接至一第十節點N10，而第四電晶體M4之第二端係耦接至第三節點N3。第五電晶體M5具有一控制端(例如：一閘極)、一第一端(例如：一源極)，以及一第二端(例如：一汲極)，其中第五電晶體M5之控制端係用於接收一調整電位VT，第五電晶體M5之第一端係耦接至接地電位VSS，而第五電晶體M5之第二端係耦接至第十節點N10。第二控制器294可產生時脈電位VA，並可經由電阻器R1來接收控制電位VC，其中第二控制器294更可根據控制電位VC來產生調整電位VT。例如，若控制電位VC為高邏輯位準，則第二控制器294將可產生高邏輯位準之調整電位VT以致能第五電晶體M5(同時間接地致能第四電晶體M4)；反之，若控制電位VC為低邏輯位準，則第二控制器294將可產生低邏輯位準之調整電位VT以禁能第五電晶體M5(同時間接地禁能第四電晶體M4)。換言之，第四電晶體M4和第五電晶體M5是否致能係根據切換頻率FW和時脈電位VA之中心頻率FC兩者之比較結果而決定。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器200之電壓增益和切換頻率之間之關係圖。橫軸代表切換電位VW之切換頻率FW，而縱軸代表電壓增益，其可等於輸出電位VOUT和內部電位VN兩者之比值。大致而言，第一橋式整流器210、第二橋式整流器220、耦合電感元件230、第一功率切換器240、第一輸出級電路250，以及輔助控制電路290可共同形成改良式之一功率因數校正器(Power Factor Corrector，PFC)；另外，切換電路260、變壓器270、諧振電容器CR，以及第二輸出級電路280則可共同形成一諧振型LLC轉換器(Resonant LLC Converter)。若切換電位VW之切換頻率FW和時脈電位VA之中心頻率FC之間之一差異值介於正負10kHz之間，則傳統電源供應器將可能產生人耳所能察覺之噪音。
為了抑制前述噪音，一些示範實施例可將一頻率下限FL設定為中心頻率FC減去20kHz，並可將一頻率上限FH設定為中心頻率FC加上20kHz。若切換電位VW之切換頻率FW係落在介於頻率下限FL和頻率上限FH之間之一頻率區間FV內，則切換電路260和輔助控制電路290將會致能第二功率切換器292。反之，若切換電位VW之切換頻率FW未落在前述之頻率區間FV內，則切換電路260和輔助控制電路290將會禁能第二功率切換器292。因此，由第二橋式整流器220、第二電感器L2，以及第二功率切換器292所共同形成之一輔助升壓電路可於前述之頻率區間FV內補充提供能量給諧振型LLC轉換器。藉由降低前述之頻率區間FV內之電壓增益(例如：其幾乎下降至0)，此種設計不僅可維持穩定之輸出電位VOUT，亦能有效消除電源供應器200之共振噪音，其將大幅改善使用者之體驗感。
在一些實施例中，電源供應器200之元件參數可如下列所述。第一電感器L1之電感值可介於324μH至396μH之間，較佳可約為360μH。第二電感器L2之電感值可介於324μH至396μH之間，較佳可約為360μH。漏電感器LR之電感值可介於37.8μH至46.2μH之間，較佳可約為42μH。激磁電感器LM之電感值可介於594μH至726μH之間，較佳可約為660μH。電阻器R1之電阻值可介於99Ω至101Ω之間，較佳可約為100Ω。諧振電容器CR之電容值可介於42.3nF至51.7nF之間，較佳可約為47nF。第一電容器C1之電容值可介於1200μF至1800μF之間，較佳可約為1500μF。第二電容器C2之電容值可介於544μF至816μF之間，較佳可約為680μF。主線圈271對第一副線圈272之匝數比值可介於1至100之間，較佳可約為20。主線圈271對第二副線圈273之匝數比值可介於1至100之間，較佳可約為20。時脈電位VA之中心頻率FC可約為65kHz。頻率下限FL可約為45kHz。頻率上限FH可約為85kHz。頻率區間FV可約介於45kHz至85kHz之間。以上參數範圍係根據多次實驗結果而得出，其有助於最小化電源供應器200之共振噪音。
本發明提出一種新穎之電源供應器，其包括一切換電路及對應之一輔助控制電路。根據實際量測結果，使用前述設計之電源供應器將能有效消除電源供應器之非理想噪音，故其很適合應用於各種各式之裝置當中。
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1-3圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-3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。
100,200:電源供應器 110,210:第一橋式整流器 120,220:第二橋式整流器 130,230:耦合電感元件 140,240:第一功率切換器 150,250:第一輸出級電路 160,260:切換電路 170,270:變壓器 171,271:主線圈 172,272:第一副線圈 173,273:第二副線圈 180,280:第二輸出級電路 190,290:輔助控制電路 192,292:第二功率切換器 264:第一控制器 294:第二控制器 C1:第一電容器 C2:第二電容器 CR:諧振電容器 D1:第一二極體 D2:第二二極體 D3:第三二極體 D4:第四二極體 D5:第五二極體 D6:第六二極體 D7:第七二極體 D8:第八二極體 D9:第九二極體 D10:第十二極體 D11:第十一二極體 FC:中心頻率 FH:頻率上限 FL:頻率下限 FV:頻率區間 FW:切換頻率 L1:第一電感器 L2:第二電感器 LM:激磁電感器 LR:漏電感器 M1:第一電晶體 M2:第二電晶體 M3:第三電晶體 M4:第四電晶體 M5:第四電晶體 N1:第一節點 N2:第二節點 N3:第三節點 N4:第四節點 N5:第五節點 N6:第六節點 N7:第七節點 N8:第八節點 N9:第九節點 N10:第十節點 NCM:共同節點 NIN1:第一輸入節點 NIN2:第二輸入節點 NOUT:輸出節點 R1:電阻器 VA:時脈電位 VC:控制電位 VIN1:第一輸入電位 VIN2:第二輸入電位 VN:內部電位 VOUT:輸出電位 VR1:第一整流電位 VR2:第二整流電位 VSS:接地電位 VT:調整電位 VW:切換電位 VWB:反相切換電位
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示意圖。 第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器之電壓增益和切換頻率之間之關係圖。
100:電源供應器
110:第一橋式整流器
120:第二橋式整流器
130:耦合電感元件
140:第一功率切換器
150:第一輸出級電路
160:切換電路
170:變壓器
171:主線圈
172:第一副線圈
173:第二副線圈
180:第二輸出級電路
190:輔助控制電路
192:第二功率切換器
CR:諧振電容器
FW:切換頻率
LM:激磁電感器
LR:漏電感器
VA:時脈電位
VC:控制電位
VIN1:第一輸入電位
VIN2:第二輸入電位
VN:內部電位
VOUT:輸出電位
VR1:第一整流電位
VR2:第二整流電位
VSS:接地電位
VW:切換電位

Claims (11)

  1. 一種抑制噪音之電源供應器，包括： 一第一橋式整流器，根據一第一輸入電位和一第二輸入電位來產生一第一整流電位； 一第二橋式整流器，根據該第一輸入電位和該第二輸入電位來產生一第二整流電位； 一耦合電感元件，接收該第一整流電位和該第二整流電位； 一第一功率切換器，根據一時脈電位來選擇性地將該耦合電感元件耦接至一接地電位； 一第一輸出級電路，耦接至該耦合電感元件，並產生一內部電位； 一切換電路，接收該內部電位，並產生一切換電位和一控制電位； 一變壓器，包括一主線圈、一第一副線圈，以及一第二副線圈，其中該變壓器內建一漏電感器和一激磁電感器，而該主線圈係經由該漏電感器耦接至該切換電路； 一諧振電容器，耦接至該激磁電感器； 一第二輸出級電路，耦接至該第一副線圈和該第二副線圈，並產生一輸出電位；以及 一輔助控制電路，產生該時脈電位，並包括一第二功率切換器，其中該第二功率切換器係耦接至該耦合電感元件，並根據該控制電位來選擇性地致能或禁能。
  2. 如請求項1之電源供應器，其中若該切換電位之一切換頻率落在該時脈電位之一中心頻率之正負20kHz之範圍內，則該第二功率切換器將被致能；否則該第二功率切換器將被禁能。
  3. 如請求項1之電源供應器，其中該第一橋式整流器包括： 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一第一輸入節點以接收該第一輸入電位，而該第一二極體之該陰極係耦接至一第一節點以輸出該第一整流電位； 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一第二輸入節點以接收該第二輸入電位，而該第二二極體之該陰極係耦接至該第一節點； 一第三二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第三二極體之該陽極係耦接至該接地電位，而該第三二極體之該陰極係耦接至該第一輸入節點；以及 一第四二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第四二極體之該陽極係耦接至該接地電位，而該第四二極體之該陰極係耦接至該第二輸入節點。
  4. 如請求項3之電源供應器，其中該第二橋式整流器包括： 一第五二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第五二極體之該陽極係耦接至該第一輸入節點以接收該第一輸入電位，而該第五二極體之該陰極係耦接至一第二節點以輸出該第二整流電位； 一第六二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第六二極體之該陽極係耦接至該第二輸入節點以接收該第二輸入電位，而該第六二極體之該陰極係耦接至該第二節點； 一第七二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第七二極體之該陽極係耦接至該接地電位，而該第七二極體之該陰極係耦接至該第一輸入節點；以及 一第八二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第八二極體之該陽極係耦接至該接地電位，而該第八二極體之該陰極係耦接至該第二輸入節點。
  5. 如請求項4之電源供應器，其中該耦合電感元件包括： 一第一電感器，具有一第一端和一第二端，其中該第一電感器之該第一端係耦接至該第一節點以接收該第一整流電位，而該第一電感器之該第二端係耦接至一第三節點；以及 一第二電感器，具有一第一端和一第二端，其中該第二電感器之該第一端係耦接至該第二節點以接收該第二整流電位，而該第二電感器之該第二端係耦接至該第三節點； 其中該第一電感器和該第二電感器係互相耦合。
  6. 如請求項5之電源供應器，其中該第一功率切換器包括： 一第一電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第一電晶體之該控制端係用於接收該時脈電位，該第一電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第一電晶體之該第二端係耦接至該第三節點。
  7. 如請求項6之電源供應器，其中該第一輸出級電路包括： 一第九二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第九二極體之該陽極係耦接至該第三節點，而該第九二極體之該陰極係耦接至一第四節點以輸出該內部電位；以及 一第一電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第一電容器之該第一端係耦接至該第四節點，而該第一電容器之該第二端係耦接至該接地電位。
  8. 如請求項7之電源供應器，其中該切換電路包括： 一第二電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第二電晶體之該控制端係用於接收該切換電位，該第二電晶體之該第一端係耦接至一第五節點，而該第二電晶體之該第二端係耦接至該第四節點以接收該內部電位； 一第三電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第三電晶體之該控制端係用於接收一反相切換電位，該第三電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第三電晶體之該第二端係耦接至該第五節點； 一電阻器；以及 一第一控制器，產生該切換電位和該反相切換電位，其中該第一控制器更根據該切換電位來產生該控制電位。
  9. 如請求項8之電源供應器，其中該漏電感器具有一第一端和一第二端，該漏電感器之該第一端係耦接至該第五節點，該漏電感器之該第二端係耦接至一第六節點，該激磁電感器具有一第一端和一第二端，該激磁電感器之該第一端係耦接至該第六節點，該激磁電感器之該第二端係耦接至一第七節點，該主線圈具有一第一端和一第二端，該主線圈之該第一端係耦接至該第六節點，該主線圈之該第二端係耦接至該第七節點，該諧振電容器具有一第一端和一第二端，該諧振電容器之該第一端係耦接至該第七節點，該諧振電容器之該第二端係耦接至該接地電位，該第一副線圈具有一第一端和一第二端，該第一副線圈之該第一端係耦接至一第八節點，該第一副線圈之該第二端係耦接至一共同節點，該第二副線圈具有一第一端和一第二端，該第二副線圈之該第一端係耦接至該共同節點，而該第二副線圈之該第二端係耦接至一第九節點。
  10. 如請求項9之電源供應器，其中該第二輸出級電路包括： 一第十二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第十二極體之該陽極係耦接至該第八節點，而該第十二極體之該陰極係耦接至一輸出節點以輸出該輸出電位； 一第十一二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第十一二極體之該陽極係耦接至該第九節點，而該第十一二極體之該陰極係耦接至該輸出節點；以及 一第二電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第二電容器之該第一端係耦接至該輸出節點，而該第二電容器之該第二端係耦接至該共同節點。
  11. 如請求項10之電源供應器，其中該輔助控制電路包括： 一第四電晶體，形成該第二功率切換器，並具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第四電晶體之該控制端係用於接收該時脈電位，該第四電晶體之該第一端係耦接至一第十節點，而該第四電晶體之該第二端係耦接至該第三節點； 一第五電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第五電晶體之該控制端係用於接收一調整電位，該第五電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第五電晶體之該第二端係耦接至該第十節點；以及 一第二控制器，產生該時脈電位，並經由該電阻器來接收該控制電位，其中該第二控制器更根據該控制電位來產生該調整電位。
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