TWI792175B - 電源供應裝置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一種電源供應裝置，包含一變壓器、一第一降壓轉換器、一雙向閘極驅動脈衝變壓器、一一次側控制器、一二次側控制器、一第一光耦合器及一第二光耦合器；該變壓器對一電源輸入埠的輸入電源進行電壓轉換產生一輸出電壓；該第一降壓轉換器對該電源輸入埠的輸入電源進行降壓產生一供電電壓；該雙向閘極驅動脈衝變壓器由該供電電壓或該輸出電壓供電；該一次側控制器由該供電電壓供電，該二次側控制器由該輸出電壓供電；其中該雙向閘極驅動脈衝變壓器根據該一次側控制器的一一次側控制訊號或該二次側控制器的一二次側控制訊號驅動該變壓器運作。

Description

電源供應裝置及其控制方法
提升電源供應裝置整體的功率轉換效率，並降低裝置體積及成本的一種電源供應裝置及其控制方法。
請參看圖8所示，習知的電源供應裝置包含有一變壓器100、一返馳轉換器110(Flyback converter)、一一次側控制器120、一二次側控制器130、一驅動繞組模組140、一光耦合器150，且該習知的電源供應裝置具有一電源輸入埠4、一主電源輸出埠5及一副電源輸出埠6。該變壓器100與該電源輸入埠4間可連接有一濾波器101、一第一整流器102及一升壓電路103，該濾波器101的電源輸入端經由該電源輸入埠4連接一交流電源，由該濾波器101濾除該交流電源的電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)訊號；該第一整流器102的電源輸入端電連接該濾波器101的電源輸出端，該第一整流器102對經該濾波器101處理後的該交流電源進行交流/直流轉換，將該交流電源轉換為一直流電源；該升壓電路103的電源輸入端電連接該第一整流器102的電源輸出端，由該升壓電路103將第一整流器102輸出的該直流電源進行升壓；該變壓器100的一電源輸入端電連接該升壓電路103的電源輸出端，由該變壓器100對升壓後的該直流電源進行電壓轉換，產生一主輸出電壓。
該變壓器100與該主電源輸出埠5間連接一第二整流器104、一第一電流感測器105及一第一保護元件106，該第二整流器104的電源輸入端電連接該變壓器100的一電源輸出端，該第二整流器104的電源輸出端連接該主電源 輸出埠5，由該第二整流器104對該變壓器100的該主輸出電壓進行整流；該第一電流感測器105的電源輸入端電連接該第二整流器104的電源輸出端，以對該第二整流器104整流後的該主輸出電壓進行電流感測；該第一保護元件106的電源輸入端電連接該第一電流感測器105的電源輸出端，該第一保護元件106的電源輸出端連接該主電源輸出埠5。
該變壓器100與該副電源輸出埠6間連接該返馳轉換器110及一第二保護元件111，該返馳轉換器110的電源輸入端電連接該升壓電路103的電源輸出端，由該返馳轉換器110對升壓後的該直流電源進行電壓轉換，產生一副輸出電壓至該副電源輸出埠6；該第二保護元件111的電源輸入端電連接該返馳轉換器110的電源輸出端，其中，該返馳轉換器110電連接該一次側控制器120及該二次側控制器130，由該返馳轉換器110對升壓後的該直流電源進行電壓轉換，產生一供電電源對該一次側控制器120及該二次側控制器130進行供電。
該一次側控制器120可連接該濾波器101、該第一整流器102及該升壓電路103，以感測該變壓器100一次側的電壓及電流訊號；該二次側控制器130可連接該驅動繞組模組140、該第二整流器104、該第一電流感測器105及該第一保護元件106，以感測該變壓器100二次側的電壓及電流訊號、控制該第一保護元件106，以及輸出一控制訊號至該驅動繞組模組140，由該驅動繞組模組140驅動該變壓器100運作；該光耦合器150連接於該一次側控制器120與該二次側控制器130之間，以提供該一次側控制器120與該二次側控制器130間的雙向訊號傳輸。
請配合參看圖9所示，現有技術中為感測該變壓器100的該電源輸入端的輸入電流值是否正常，該變壓器100與該升壓電路103間可設置一第二電流感測器107，由該第二電流感測器107輸出一電流採樣訊號VCS，由於該變壓器100的運作係由該二次側控制器130所判斷控制，需要於該變壓器100的一 次側額外設置如一比流器的隔離型電流感測器，透過該比流器將該電流採樣訊號VCS由該變壓器100的一次側傳輸至位於二次側的該二次側控制器130，然而隔離型元件為確保輸入與輸出端的電器隔離，與非隔離型元件相比，需要額外設置繞組等隔離結構，因此隔離型元件的體積較非隔離型元件的體積大，使得需要設置隔離型電流感測器的習知的電源供應裝置的體積難以縮小，且難以迎合目前電子裝置於體積及重量上的市場需求，且隔離元件的設置亦會造成該電源供應裝置的成本負擔。
另外，該返馳轉換器110對該直流電源進行電壓轉換時，一方面產生一副輸出電壓透過該副電源輸出埠6輸出，另一方面產生該供電電壓對該一次側控制器120及該二次側控制器130進行供電，換句話說，該返馳轉換器110需要輸出多組電壓，變壓器一般包含鐵芯與繞組，若要滿足多組電壓的輸出需求，需要對應增加變壓器內鐵芯與繞組的數量，而鐵芯與繞組皆為實體構件，佔據一定體積，使得具有多組輸出電壓的變壓器具有較龐大的體積，因此，為符合輸出多組電壓的需求該電源供應裝置需要設置大體積的該返馳轉換器110，進而造成該電源供應裝置體積縮減上的困難，且該返馳變壓器110進行多組電壓轉換，每組電壓轉換都會造成功率消耗，進而使得該電源供應裝置整體的功率轉換效率難以提升。
有鑑於此，本發明提供一種電源供應裝置，以提升電源供應裝置整體的功率轉換效率，並降低電路體積及成本。
為達成前述目的，本發明電源供應裝置，包含有： 一變壓器，具有一電源輸入端及一電源輸出端，該電源輸入端電連接一電源輸入埠，該電源輸出端電連接一主電源輸出埠，該變壓器對該電源輸入埠的輸入電源進行電壓轉換產生一輸出電壓；一第一降壓轉換器，電連接於該電源輸入埠與該變壓器的該電源輸入端之間，對該電源輸入埠的輸入電源進行降壓產生一供電電壓；一雙向閘極驅動脈衝變壓器，電連接該變壓器及該第一降壓轉換器，由該供電電壓或該輸出電壓供電；一一次側控制器，電連接該第一降壓轉換器及該雙向閘極驅動脈衝變壓器，由該供電電壓供電；一二次側控制器，電連接於該變壓器的該電源輸出端及該雙向閘極驅動脈衝變壓器，由該輸出電壓供電；一第一光耦合器，電連接於該一次側控制器與該二次側控制器之間，提供該一次側控制器與該二次側控制器間的雙向訊號傳輸；一第二光耦合器，電連接於該一次側控制器與該二次側控制器之間，提供該二次側控制器向該一次側控制器進行單向訊號傳輸；其中，該一次側控制器輸出一一次側控制訊號至該雙向閘極驅動脈衝變壓器，而該二次側控制器輸出一二次側控制訊號至該雙向閘極驅動脈衝變壓器，該雙向閘極驅動脈衝變壓器根據該一次側控制訊號或該二次側控制訊號驅動該變壓器運作。
本發明另外提供一種電源供應裝置控制方法，由一一次側控制器與一二次側控制器執行，其中，該一次側控制器執行的步驟包含有：接受一供電電壓而啟動；判斷一變壓器的一輸入電壓值是否大於或等於一運作電壓值，以及判斷此次啟動是否為一預設時間內的第一次啟動； 當判斷出該變壓器的該輸入電壓值大於或等於該運作電壓值，且此次啟動為該預設時間內的第一次啟動時，輸出一一次側控制訊號至一雙向閘極驅動脈衝變壓器以驅動該變壓器運作；該二次側控制器執行的步驟包含有：當判斷出該變壓器的一輸出電壓值大於或等於一預設輸出電壓值，且判斷出該變壓器的該輸出電壓值大於或等於該預設輸出電壓值的時間長於一穩定供電門檻時間時，輸出一控制權切換訊號使該一次側控制訊號停止輸出，並輸出一二次側控制訊號至該雙向閘極驅動脈衝變壓器以驅動該變壓器運作。
本發明電源供應裝置中，該一次側控制器由該第一降壓轉換器的該供電電壓供電，該二次側控制器由該變壓器的該輸出電壓供電，且該一次側控制器及該二次側控制器皆可透過該雙向閘極驅動脈衝變壓器控制該變壓器，與習知技術相比，本發明不需額外設置習知返馳轉換器分別對該一次側控制器及該二次側控制器供電，能避免設置隔離型轉換器而造成裝置體積較大且設置成本較高的問題，且能改善因返馳轉換器額外進行電壓轉換造成的功率消耗，增加該電源供應裝置整體的功率轉換效率。
另外，本發明電源供應裝置控制方法中透過由該一次側控制訊號驅動該變壓器的步驟，以及由該二次側控制訊號驅動該變壓器的步驟，可達成由一次側控制器或二次側控制器控制該變壓器的目的，不需要額外透過隔離元件將一次側的訊號傳輸至二次側，故能改善裝置因額外架式隔離元件而造成體積較龐大的問題，且本發明控制方法沒有對於習知返馳轉換器的控制手段，不需如習知技術所述由習知返馳轉換器分別對該一次側控制器及該二次側控制器供電，故能避免設置隔離型轉換器而造成裝置體積增大及成本提升的問題，且能避免因返馳轉換器額外進行電壓轉換而造成的功率消耗，提升電源供應裝置整體的功率轉換效率。
1,4:電源輸入埠
2,5:主電源輸出埠
3,6:副電源輸出埠
10,100:變壓器
11,101:濾波器
12,102:第一整流器
13,103:升壓電路
14,107:第二電流感測器
20:第一降壓轉換器
21,104:第二整流器
22,105:第一電流感測器
23:第一斷路器
24,106:第一保護元件
30:雙向閘極驅動脈衝變壓器
31:第二斷路器
32,111:第二保護元件
33:第二降壓轉換器
40,120:一次側控制器
50,130:二次側控制器
60:第一光耦合器
70:第二光耦合器
110:返馳轉換器
140:驅動繞組模組
150:光耦合器
圖1：本發明電源供應裝置的第一電路方塊示意圖。
圖2：本發明電源供應裝置的第二電路方塊示意圖。
圖3：本發明電源供應裝置的第三電路方塊示意圖。
圖4：本發明電源供應裝置其另一實施例的電路方塊示意圖。
圖5：於變壓器其一次側進行電流感測的電路方塊示意圖。
圖6：本發明電源供應裝置控制方法的步驟流程圖。
圖7A：本發明電源供應裝置的第一時序圖。
圖7B：本發明電源供應裝置的第二時序圖。
圖8：習知電源供應裝置的電路方塊示意圖。
圖9：習知技術於變壓器其一次側進行電流感測的電路方塊示意圖。
請參看圖1所示，本發明電源供應裝置包含有一變壓器10、一第一降壓轉換器(Buck converter)20、一雙向閘極驅動脈衝變壓器30、一一次側控制器40、一二次側控制器50、一第一光耦合器60、一第二光耦合器70。
於本實施例中，該變壓器10與一電源輸入埠1間可連接有一濾波器11、一第一整流器12及一升壓電路13，該濾波器11的電源輸入端經由該電源輸入埠1連接一交流電源，由該濾波器11濾除該交流電源的電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)訊號，以抑制該交流電源的傳導雜訊及輻射雜訊。於本實施例中，該濾波器11為一電磁干擾濾波器(EMI filiter)。
該第一整流器12的電源輸入端電連接該濾波器11的電源輸出端，該第一整流器12對經該濾波器11處理後的該交流電源進行交流/直流轉換， 將該交流電源轉換為一直流電源，由該第一整流器12的電源輸出端輸出一第一電壓Vac。於本實施例中，該第一整流器12為一橋式整流器。
該升壓電路13的電源輸入端電連接該第一整流器12的電源輸出端，由該升壓電路13將該第一電壓Vac升壓至一第二電壓Vbulk輸出，於本實施例中，該升壓電路13可包含一功率因數校正電路(power factor correction,PFC)及一湧浪電流限制器(inrush current limiter)，該功率因數校正電路可提升電源供應裝置的功率因數(power factor,PF)，而該湧浪電流限制器可抑制電源供應裝置的湧浪電流(inrush current)，提供電路保護。於本實施例中，該升壓電路13可將該第一電壓Vac升壓為380V~410V的該第二電壓Vbulk，但該第二電壓Vbulk的電壓範圍不以此為限。
該變壓器10的一電源輸入端電連接該升壓電路13的電源輸出端，由該變壓器10對升壓後的該直流電源進行電壓轉換，產生一輸出電壓。
於本實施例中，該變壓器10與一主電源輸出埠2及一副電源輸出埠3間可連接一第二整流器21，其中，該第二整流器21的電源輸入端電連接該變壓器10的一電源輸出端，該第二整流器21的電源輸出端分別連接該主電源輸出埠2及該副電源輸出埠3，由該第二整流器21對該變壓器10產生的該輸出電壓進行整流，並分別經由該主電源輸出埠2輸出一主輸出電壓V12，經由該副電源輸出埠3輸出一副輸出電壓Vsb。於本實施例中，該變壓器10為一半橋式LLC轉換器，該第二整流器21為一同步整流器，而該變壓器10可將該直流電源降壓至12V，意即該主輸出電壓V12及該副輸出電壓Vsb為12V，但該變壓器10的種類、該第二整流器21的種類及該輸出電源的電壓值不以本實施例為限。
較佳的，該第二整流器21與該主電源輸出埠2間可連接一第一電流感測器22、一第一斷路器23及一第一保護元件24，該第一電流感測器22的電源輸入端電連接該第二整流器21的電源輸出端，以對該第二整流器21整流後的 該輸出電源進行電流感測；該第一斷路器23的電源輸入端電連接該第一電流感測器22的電源輸出端，該電源供應裝置的該二次側控制器50可根據該主輸出電壓V12的供電是否穩定，控制該第一斷路器23為導通或斷路，當該主輸出電壓V12供電穩定時，該第一斷路器23為導通狀態，而當該主輸出電壓V12尚未供電穩定時，該第一斷路器23為斷路狀態，以確保不穩定的供電電壓不會對該主電源輸出埠2後端所連接的電子元件造成損壞；該第一保護元件24的電源輸入端電連接該第一斷路器23的電源輸出端，該第一保護元件24的電源輸出端連接該主電源輸出埠2，該第一保護元件24的用以防止該主電源輸出埠2後端所連接的電子元件其電壓回衝至該電源供應裝置，避免該電源供應裝置因該主電源輸出埠2發生電壓回衝而影響電路運作。
同樣地，該第二整流器21與該副電源輸出埠3間亦可連接一第二斷路器31及一第二保護元件32，該第二斷路器31的電源輸入端電連接該第二整流器21的電源輸出端，該電源供應裝置的該二次側控制器50可根據該副輸出電壓Vsb的供電是否穩定，控制該第二斷路器31為導通或斷路，當該副輸出電壓Vsb供電穩定時，該第二斷路器31為導通狀態，而當該副輸出電壓Vsb尚未供電穩定時，該第二斷路器31為斷路狀態，以確保不穩定的供電電壓不會對該副電源輸出埠3後端所連接的電子元件造成損壞；該第二保護元件32的電源輸入端電連接該第二斷路器31的電源輸出端，該第二保護元件32的電源輸出端連接該副電源輸出埠3，該第二保護元件32用以防止該副電源輸出埠3後端所連接的電子元件其電壓回衝至該電源供應裝置，避免該電源供應裝置因該副電源輸出埠3發生電壓回衝而影響電路運作。於本實施例中，該第一斷路器23及該第二斷路器31可分別為一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)，該第一保護元件24及該第二保護元件32可分別為一Or-ing金屬氧化物半導體場效電晶體 (MOSFET)，但該第一斷路器23、該第二斷路器31、該第一保護元件24及該第二保護元件32的種類不以本實施例為限。
請配合參看圖2所示，圖2中的粗實線代表該電源供應裝置的電源傳輸路徑，細實線代表該電源供應裝置內部供電路徑，以記載該電源供應裝置內各元件的內部供電關係，該第一降壓轉換器20的電源輸入端可電連接於該第一整流器12的電源輸出端與該升壓電路13的電源輸入端，及/或該升壓電路13的電源輸出端與該變壓器10的該電源輸入端，該第一降壓轉換器20的電源輸出端分別電連接該一次側控制器40及該雙向閘極驅動脈衝變壓器30，該第一降壓轉換器20將該第一電壓Vac及/或該第二電壓Vbulk降壓為一供電電壓Vccp，由該供電電壓Vccp對該一次側控制器40及該雙向閘極驅動脈衝變壓器30供電。
該雙向閘極驅動脈衝變壓器30包含有一第一一次側閘極驅動繞組Pri_N1、一第二一次側閘極驅動繞組Pri_N2、一第三一次側閘極驅動繞組Pri_N3及一二次側閘極驅動繞組Sec_N1，該雙向閘極驅動脈衝變壓器30可由該第一降壓轉換器20輸出的該供電電壓Vccp或該變壓器10的該輸出電壓供電，並由該第一一次側閘極驅動繞組Pri_N1及該第二一次側閘極驅動繞組Pri_N2驅動該變壓器10對該直流電源執行電壓轉換。
請配合參看圖3所示，圖3中的粗實線代表該電源供應裝置的電源傳輸路徑，細實線代表該電源供應裝置內部訊號傳輸路徑，以記載該電源供應裝置內各元件的訊號傳輸關係，該一次側控制器40連接該第一整流器12、該升壓電路13及該雙向閘極驅動脈衝變壓器30，該一次側控制器40可接收對應該第一電壓Vac及該第二電壓Vbulk的感測訊號，以及輸出一一次側控制訊號VGate Pri至該雙向閘極驅動脈衝變壓器30的該第三一次側閘極驅動繞組Pri_N3，由該第三一次側閘極驅動繞組Pri_N3驅動該第一一次側閘極驅動繞組Pri_N1及該第二一次側閘極驅動繞組Pri_N2運作。
該二次側控制器50連接該第二整流器21、該第一電流感測器22、該第一斷路器23、該第二斷路器31、該第一保護元件24、該第二保護元件32及該雙向閘極驅動脈衝變壓器30，該二次側控制器50可藉由該第一電流感測器22對經該第二整流器21整流後的該輸出電源進行電流感測，以及輸出一二次側控制訊號VGate Sec至該二次側閘極驅動繞組Sec_N1，由該二次側閘極驅動繞組Sec_N1驅動該第一一次側閘極驅動繞組Pri_N1及該第二一次側閘極驅動繞組Pri_N2運作，且該二次側控制器50可控制該第一斷路器23、該第二斷路器31、該第一保護元件24、該第二保護元件32的開啟或關閉，其中，該第一一次側閘極驅動繞組Pri_N1、該第二一次側閘極驅動繞組Pri_N2、該第三一次側閘極驅動繞組Pri_N3及該二次側閘極驅動繞組Sec_N1各自串聯連接有一電子開關，該一次側控制器40由該一次側控制訊號VGate Pri控制該第三一次側閘極驅動繞組Pri_N3的該電子開關的開啟或關閉，來控制該第三一次側閘極驅動繞組Pri_N3是否運作，而該二次側控制器50由該二次側控制訊號VGate Sec控制該二次側閘極驅動繞組Sec_N1的該電子開關的開啟或關閉，來控制該二次側閘極驅動繞組Sec_N1是否運作。
該第一光耦合器60連接於該一次側控制器40與該二次側控制器50之間，以提供該一次側控制器40與該二次側控制器50間的雙向訊號傳輸，並保持一次側與二次側間的電性隔離，於本實施例中，該第一光耦合器60包含有由一次側控制器40向二次側控制器50方向傳輸的三個傳輸通道，以及由二次側控制器50向一次側控制器40方向傳輸的一個傳輸通道，以供該一次側控制器40向該二次側控制器50傳輸對應該第一電壓Vac供電正常的一第一電壓訊號ACOK、對應該第二電壓Vbulk供電正常的一第二電壓訊號BulkOK、一RX訊號，以及供該二次側控制器50向該一次側控制器40傳輸一TX訊號。
該第二光耦合器70連接於該一次側控制器40與該二次側控制之間，以提供該二次側控制器50向該一次側控制器40進行單向訊號傳輸，並保持一次側與二次側間的電性隔離，於本實施例中，該第二光耦合器70包含有由該二次側控制器50向該一次側控制器40方向傳輸的一傳輸通道，以供該二次側控制器50向該一次側控制器40傳輸一二次側運作訊號，該第二光耦合器70可視為該一次側控制器40及該二次側控制器50間的一單向隔離型通訊傳輸器。
請參看圖4所示，於另一實施例中，該第二整流器21與該副電源輸出埠3間可連接一第二降壓轉換器33，該第二降壓轉換器33的電源輸入端連接於該第二整流器21的電源輸出端，該第二降壓轉換器33的電源輸出端連接該第二斷路器31的電源輸入端，由該第二降壓轉換器33對經該第二整流器21整流後的該輸出電源做進一步降壓，以供該電源供應裝置透過該主電源輸出埠2及該副電源輸出埠3提供不同電壓大小的兩個供電電源。舉例來說，以該變壓器10對該直流電源進行變壓產生的該輸出電源其電壓值為12V為例，該第二降壓轉換器33可將經該第二整流器21整流後的該輸出電源進一步降壓至5V，即該主輸出電壓V12為12V，而該副輸出電壓Vsb為5V，由該電源供應裝置透過該主電源輸出埠2及該副電源輸出埠3，提供12V和5V兩種規格的供電電壓供後端電子元件應用。
請參看圖5所示，較佳的，為感測該變壓器10其該電源輸入端的輸入電流值是否正常，以避免過電流造成後端元件損壞，影響該電源供應裝置的供電效益，該變壓器10與該升壓電路13間可設置一第二電流感測器14，由該第二電流感測器輸出一電流採樣訊號VCS給該一次側控制器40。
在該電源供應裝置中，於該變壓器10的一次側，該一次側控制器40可輸出該一次側控制訊號VGate Pri至該雙向閘極驅動脈衝變壓器30的該第三一次側閘極驅動繞組Pri_N3，由該第三一次側閘極驅動繞組Pri_N3驅動該第一 一次側閘極驅動繞組Pri_N1及該第二一次側閘極驅動繞組Pri_N2運作，而於該變壓器10的二次側，該二次側控制器50可輸出一二次側控制訊號VGate Sec至該二次側閘極驅動繞組Sec_N1，由該二次側閘極驅動繞組Sec_N1驅動該第一一次側閘極驅動繞組Pri_N1及該第二一次側閘極驅動繞組Pri_N2運作，換句話說，該一次側控制器40及該二次側控制器50皆可透過該雙向閘極驅動脈衝變壓器30控制該變壓器10是否執行電壓轉換，因此位於該變壓器10一次側的該第二電流感測器可將該電流採樣訊號VCS傳輸至該一次側控制器40，由該一次側控制器40根據該電流採樣訊號VCS判斷該變壓器10是否需要停止運作，並經由該第三一次側閘極驅動繞組Pri_N3控制該變壓器10，當該一次側控制器40根據該電流採樣訊號VCS判斷該變壓器10其一次側的輸入電流異常時，該一次側控制器40可控制該第三一次側閘極驅動繞組Pri_N3短路，由於該第三一次側閘極驅動繞組Pri_N3短路，該二次側控制器50所輸出的該二次側控制訊號VGate Sec即無法對該二次側閘極驅動繞組Sec_N1建立電壓，以驅動該第一一次側閘極驅動繞組Pri_N1及該第二一次側閘極驅動繞組Pri_N2運作，並驅動該變壓器10。
於習知技術相比，本發明電源供應裝置不需要設置如比流器的隔離型電流感測器，並將該電流採樣訊號VCS由該變壓器10的一次側傳輸至位於二次側的該二次側控制器50，以保持該變壓器其一次側與二次側間的電性隔離，本發明中位於一次側的感測訊號可由該一次側控制器40接收並執行進一步處理，而位於二次側的感測訊號同樣可由該二次側控制器50接收及處理，能採用非隔離型元件，省去該變壓器10其一次側與二次側間作為訊號傳遞用途的隔離元件的架設，進而縮減該電源供應裝置因設置隔離型元件所增加裝置體積及設置成本。
請參看圖6，以下以本發明電源供應裝置控制方法說明該電源供應裝置的實際運作流程，該電源供應裝置控制方法中步驟S101~S103係由一次 側控制器40執行，步驟S104係由該二次側控制器50執行，該電源供應裝置包含有：
S101：接受該供電電壓Vccp而啟動。
S102：判斷該變壓器10的該輸入電壓值是否大於或等於一運作電壓值，以及此次啟動是否為一預設時間內的第一次啟動。
S103：當該變壓器10的該輸入電壓值大於或等於該運作電壓值，且此次啟動為該預設時間內的第一次啟動時，輸出該一次側控制訊號VGate Pri至該雙向閘極驅動脈衝變壓器30以驅動該變壓器10運作，其中，該一次側控制訊號VGate Pri由該雙向閘極驅動脈衝變壓器30的該第三一次側閘極驅動繞組Pri_N3接收。
S104：當判斷該變壓器10的一輸出電壓值大於或等於一預設輸出電壓值，且該變壓器10的該輸出電壓值大於或等於一預設輸出電壓值的時間長於一穩定供電門檻時間時，輸出一控制權切換訊號VDSP_PG使該一次側控制訊號VGate Pri停止輸出，並輸出該二次側控制訊號VGate Sec至該雙向閘極驅動脈衝變壓器30驅動該變壓器10運作。
請參看圖7A及圖7B所示，以下以該電源供應裝置中的時序圖詳細說明上述步驟S101~S104。
對應步驟S101，一交流電源經由該電源輸入埠1輸入該電源供應裝置後，會先由該濾波器11及該第一整流器12依序對該交流電源進行濾波及整流後輸出該第一電壓Vac，再由該升壓電路13進一步將該第一電壓Vac升壓為第二電壓Vbulk輸出，當該降壓轉換器20判斷該第一電壓Vac或該第二電壓Vbulk大於或等於一啟動電壓值時，即可啟動該第一降壓轉換器20，由該第一降壓轉換器20對該第一整流器12所輸出的該第一電壓Vac或該升壓電路13所輸出的該第二電壓Vbulk進行降壓產生該供電電壓Vccp。需說明的是，該啟動電壓值對應該第一 電壓Vac或該第二電壓Vbulk時可為不同數值，其中，該啟動電壓值為該降壓轉換器20內儲存的可調預設值，由該降壓轉換器20內部如電阻、電容、二極體、電感或變壓器等電子元件的設置而決定，此為本領域的習知技術，在此容不贅述。
舉例來說，若對應該第一電壓Vac的該啟動電壓值為65V，於圖7A及圖7B中的第一時刻T1，該第一電壓Vac到達65V，該第一降壓轉換器20即由該第一電壓Vac啟動，並對該第一電壓Vac進行降壓，產生該供電電壓Vccp對該一次側控制器40及該雙向閘極驅動脈衝變壓器30供電；同樣的，若對應該第二電壓Vbulk的該啟動電壓值為100V，於圖7A及圖7B中的第一時刻T1，該第二電壓Vbulk到達100V，該第一降壓轉換器20即由該第二電壓Vbulk啟動，並對該第二電壓Vbulk進行降壓，產生該供電電壓Vccp對該一次側控制器40及該雙向閘極驅動脈衝變壓器30供電。
對應步驟S102，圖7A中該一次側控制器40以U1表示，該一次側控制器40經由該供電電壓Vccp供電後於第二時刻T2啟動，啟動後該一次側控制器40判斷該變壓器10的該電源輸入端的該第一電壓Vac或該第二電壓Vbulk是否大於或等於一運作電壓值，以及該一次側控制器40此次啟動是否為一預設時間內的第一次啟動。需說明的是，該運作電壓值對應該第一電壓Vac或該第二電壓Vbulk時可為不同數值，而第一時刻T1~第二時刻T2的為該一次側控制器40內部開機啟動的時間，其中，該運作電壓值及該預設時間為儲存於該一次側控制器40內的可調預設值，可視不同的供電需求進行調整。
對應步驟S103，第二時刻T2~第三時刻T3為該一次側控制器40對該第一電壓Vac或該第二電壓Vbulk進行感測及執行初次啟動判斷的時間，以該一次側控制器40感測該第一電壓Vac為例，若該第一電壓Vac到達該運作電壓值，且該一次側控制器40此次啟動為該預設時間內的第一次啟動，該一次側控 制器40於第三時刻T3持續將一初次啟動訊號AC initial視為有效，直到該一次側控制器40關機，並同時於第三時刻T3輸出該一次側控制訊號VGate Pri至該雙向閘極驅動脈衝變壓器30的該第三一次側閘極驅動繞組Pri_N3。
除此之外，該初次啟動訊號AC initial儲存於該一次側控制器40中，該一次側控制器40係藉由該初次啟動訊號AC initial，進行該一次側控制器40此次啟動是否為該預設時間內的第一次啟動的判斷，藉由上一次有效的該初次啟動訊號AC initial的結束時間，與當前時間的時間間隔是否大於或等於該預設時間，即可得知該一次側控制器40此次啟動是否為該預設時間內的第一次啟動。舉例來說，以該預設時間為1分鐘為例，若上一次有效的該初次啟動訊號的結束時間與第二時刻T2的時間間隔小於1分鐘，該一次側控制器40即判斷此次啟動並非該預設時間內的第一次啟動，而若上一次有效的該初次啟動訊號的結束時間與第二時刻T2的時間間隔大於或等於1分鐘，該一次側控制器40即判斷此次啟動為該預設時間內的第一次啟動。
該一次側控制器40於第三時刻T3輸出該一次側控制訊號VGate Pri至該雙向閘極驅動脈衝變壓器30的該第三一次側閘極驅動繞組Pri_N3，由該第三一次側閘極驅動繞組Pri_N3驅動該第一一次側閘極驅動繞組Pri_N1及該第二一次側閘極驅動繞組Pri_N2運作，並由該第一一次側閘極驅動繞組Pri_N1及該第二一次側閘極驅動繞組Pri_N2驅動該變壓器10對輸入電源進行變壓作業，以產生該輸出電壓，而於本實施例中，該輸出電壓為圖1中的該主輸出電壓V12，因此，圖7A的該主輸出電壓V12自第三時刻T3開始產生，其中，該一次側控制器40可透過該雙向閘極驅動脈衝變壓器30控制該變壓器10進行降頻，使該變壓器10輸出的該主輸出電壓V12呈穩定斜率緩慢增加，進而避免該變壓器10二次側發生電壓不足或電壓過衝的現象。
對應步驟S104，於第四時刻T4，該二次側控制器50判斷該變壓器10的該輸出電壓值已達到該預設輸出電壓值，且該變壓器10的該輸出電壓值達到該預設輸出電壓值的時間長於該穩定供電門檻時間，因此該二次側控制器50於第四時刻T4輸出該控制權切換訊號VDSP_PG至該一次側控制器40，該二次側控制器50輸出該控制權切換訊號VDSP_PG後，該二次側控制器50先經過一控制權切換時間後於第五時刻T5輸出該二次側控制訊號VGate Sec至該雙向閘極驅動脈衝變壓器30的該二次側閘極驅動繞組Sec_N1，由該二次側閘極驅動繞組Sec_N1驅動該第一一次側閘極驅動繞組Pri_N1及該第二一次側閘極驅動繞組Pri_N2運作，並由該第一一次側閘極驅動繞組Pri_N1及該第二一次側閘極驅動繞組Pri_N2驅動該變壓器10對輸入電源進行變壓作業，將該變壓器10的控制權由該一次側控制器40切換為該二次側控制器50，其中，該預設輸出電壓值、該穩定供電門檻時間及該控制權切換時間為儲存於該二次側控制器50中的可調預設值，可視供電需求進行調整。
較佳的，於第四時刻T4，當該一次側控制器40接收到該控制權切換訊號VDSP_PG，該一次側控制器40即停止對該雙向閘極驅動脈衝變壓器30輸出該一次側控制訊號VGate Pri，而為防止該雙閘極驅動脈衝變壓器10同時接收到該一次側控制訊號VGate Pri及該二次側控制訊號VGate Sec，導致該變壓器10的控制權混亂而發生訊號異常，該二次側控制器50輸出該控制權切換訊號VDSP_PG後需經過該控制權切換時間再輸出該二次側控制訊號VGate Sec，且該一次側控制器40可控制該第三一次側閘極驅動繞組Pri_N3斷路，由於該第三一次側閘極驅動繞組Pri_N3斷路，該一次側控制器40即使輸出該一次側控制訊號VGate Pri亦無法對該第三一次側閘極驅動繞組Pri_N3建立電壓，以驅動該第一一次側閘極驅動繞組Pri_N1及該第二一次側閘極驅動繞組Pri_N2運作，並驅動該變壓器10。
同時，由於第四時刻T4至第五時刻T5，該一次側控制器40未輸出該一次側控制訊號VGate Pri，且該二次側控制器50未輸出該二次側控制訊號VGate Sec，因此該主輸出電壓V12的電壓值產生些許下降，為防止第四時刻T4至第五時刻T5間不穩定的該主輸出電壓V12對該主電源輸出埠2後端所連接電子元件產生影響，該二次側控制器50可於輸出該控制權切換訊號VDSP_PG時，進一步控制該第一斷路器23斷路，避免不穩定的該主輸出電壓V12由該主電源輸出埠2輸出；同樣地，該二次側控制器50亦可控制該第二斷路器31斷路，避免不穩定的該副輸出電壓Vsb由該副電源輸出埠3輸出。
經過該控制權切換時間後，該二次側控制器50於第五時刻T5開始輸出該二次側控制訊號VGate Sec，此時該二次側控制器50透過該雙向閘極驅動脈衝變壓器30控制該變壓器10開始運作，因此該主輸出電壓V12自第五時刻T5開始上升。至第六時刻T6該主輸出電壓V12回升至該預設輸出電壓值，此時該二次側控制器50可進一步控制該第一斷路器23導通，重新自該主電源輸出埠2輸出穩定的該主輸出電壓V12；同樣地，該二次側控制器50亦可控制該第二斷路器31導通，重新自該副電源輸出埠3輸出穩定的該副輸出電壓Vsb。需說明的是，第四時刻T4至第六時刻T6所間隔的時間極短，並不影響該電源供應裝置實際的供電運作。
自第六時刻T6，該變壓器10的控制權即切換至該二次側控制器50，該一次側控制器40則可持續感測該變壓器10其一次側產生的該第一電壓Vac及該第二電壓Vbulk供電是否正常，當該第一電壓Vac供電正常，該一次側控制器40可經由該第一光耦合器60向該二次側控制器50傳輸對應該第一電壓Vac供電正常的一第一電壓訊號ACOK，當該第二電壓Vbulk供電正常時，該一次側控制器40可經由該第一光耦合器60向該二次側控制器50傳輸對應該第二電壓Vbulk供電正常的一第二電壓訊號BulkOK，而當該二次側控制器50判斷該變壓器10的供電 穩定，該二次側控制器50可產生一二次側供電穩定訊號SecondaryOK，此外，於第七時刻T7該二次側產生該二次側供電穩定訊號SecondaryOK後，該二次側亦可藉由控制該第一斷路器23及該第二斷路器31，來控制該主電源輸出埠2及該副電源輸出埠3其輸出電壓的時序，需說明的是，圖7B中，該主電源輸出埠2其輸出電壓V12(12V)及該副電源輸出埠3其輸出電壓V12(12V)的時序圖為記載輸出電壓V12(12V)及輸出電壓V12(12V)的有無，而非記載輸出電壓V12(12V)及輸出電壓V12(12V)的電壓值高低。
綜上所述，本發明電源供應裝置中，該一次側控制器40由該第一降壓轉換器20供電，該二次側控制器50由該變壓器10的輸出電源供電，且該一次側控制器40及該二次側控制器50皆可透過該雙向閘極驅動脈衝變壓器30控制該變壓器10，與習知技術相比，由於隔離型轉換器其體積較大、功率消耗較高且設置成本較高，本發明不需額外設置返馳轉換器分別對該一次側控制器40及該二次側控制器50供電，能避免返馳轉換器額外進行電壓轉換造成的功率消耗，增加該電源供應裝置整體的功率轉換效率，以及縮小該電源供應裝置的尺寸；另一方面，由於該一次側控制器40亦可控制該變壓器10運作，該變壓器10其一次側的感測訊號可直接由該一次側控制器40接收並根據感測訊號控制該變壓器10，當一次側的感測訊號顯示一次側的電壓或電流值異常時，不需要額外經由隔離型元件將感測訊號傳輸至該二次側控制器50，能提升異常狀態處理的即時性，並減少將感測訊號經由隔離型元件由一次側傳輸至二次側的額外功率消耗。
以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而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，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施 例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
1:電源輸入埠
2:主電源輸出埠
3:副電源輸出埠
10:變壓器
11:濾波器
12:第一整流器
13:升壓電路
20:第一降壓轉換器
21:第二整流器
22:第一電流感測器
23:第一斷路器
24:第一保護元件
30:雙向閘極驅動脈衝變壓器
31:第二斷路器
32:第二保護元件
40:一次側控制器
50:二次側控制器
60:第一光耦合器
70:第二光耦合器

Claims (12)

  1. 一種電源供應裝置，包含有：一變壓器，具有一電源輸入端及一電源輸出端，該電源輸入端電連接一電源輸入埠，該電源輸出端電連接一主電源輸出埠，該變壓器對該電源輸入埠的輸入電源進行電壓轉換產生一輸出電壓；一第一降壓轉換器，電連接於該電源輸入埠與該變壓器的該電源輸入端之間，對該電源輸入埠的輸入電源進行降壓產生一供電電壓；一雙向閘極驅動脈衝變壓器，電連接該變壓器及該第一降壓轉換器，由該供電電壓或該輸出電壓供電；一一次側控制器，電連接該第一降壓轉換器及該雙向閘極驅動脈衝變壓器，由該供電電壓供電；一二次側控制器，電連接於該變壓器的該電源輸出端及該雙向閘極驅動脈衝變壓器，由該輸出電壓供電；一第一光耦合器，電連接於該一次側控制器與該二次側控制器之間，提供該一次側控制器與該二次側控制器間的雙向訊號傳輸；一第二光耦合器，電連接於該一次側控制器與該二次側控制器之間，提供該二次側控制器向該一次側控制器進行單向訊號傳輸；其中，該一次側控制器輸出一一次側控制訊號至該雙向閘極驅動脈衝變壓器，而該二次側控制器輸出一二次側控制訊號至該雙向閘極驅動脈衝變壓器，該雙向閘極驅動脈衝變壓器根據該一次側控制訊號或該二次側控制訊號驅動該變壓器運作。
  2. 如請求項1所述之電源供應裝置，進一步包含有：一濾波器，該濾波器的電源輸入端電連接該電源輸入埠，對該電源輸入埠的輸入電源進行濾波； 一第一整流器，該第一整流器的電源輸入端電連接該濾波器的電源輸出端，對該濾波器的輸出電源進行整流，並輸出一第一電壓；一升壓電路，該升壓電路的電源輸入端電連接該第一整流器的電源輸出端，該升壓電路的電源輸出端連接該變壓器的該電源輸入端，對該第一電壓進行升壓並輸出一第二電壓。
  3. 如請求項2所述之電源供應裝置，該第一降壓轉換器電連接該第一整流器的電源輸出端或該升壓電路的電源輸出端，該第一降壓轉換器對該第一整流器輸出的該第一電壓或該升壓電路輸出的該第二電壓進行降壓，產生該供電電壓。
  4. 如請求項1所述之電源供應裝置，該雙向閘極驅動脈衝變壓器包含有一第一一次側閘極驅動繞組、一第二一次側閘極驅動繞組、一第三一次側閘極驅動繞組及一二次側閘極驅動繞組；該一次側控制器輸出該一次側控制訊號至該雙向閘極驅動脈衝變壓器的該第三一次側閘極驅動繞組，由該第三一次側閘極驅動繞組驅動該第一一次側閘極驅動繞組及該第二一次側閘極驅動繞組運作，並由該第一一次側閘極驅動繞組及該第二一次側閘極驅動繞組驅動該變壓器執行電壓轉換；該二次側控制器輸出該二次側控制訊號至該雙向閘極驅動脈衝變壓器的該二次側閘極驅動繞組，由該二次側閘極驅動繞組驅動該第一一次側閘極驅動繞組及該第二一次側閘極驅動繞組運作，並由該第一一次側閘極驅動繞組及該第二一次側閘極驅動繞組驅動該變壓器執行電壓轉換。
  5. 如請求項1所述之電源供應裝置，該變壓器與該主電源輸出埠及一副電源輸出埠間設置有一第二整流器，該第二整流器的電源輸入端電連接該變壓器的該電源輸出端，該第二整流器的電源輸出端電連接該主電源輸出埠及該副電源輸出埠； 該第二整流器對該輸出電壓進行整流，並分別經由該主電源輸出埠輸出一主輸出電壓，經由該副電源輸出埠輸出一副輸出電壓。
  6. 如請求項5所述之電源供應裝置，該第二整流器的電源輸出端與該主電源輸出埠間進一步設置有：一第一電流感測器，該第一電流感測器的電源輸入端電連接該第二整流器的電源輸出端；一第一斷路器，該第一斷路器的電源輸入端電連接該第一電流感測器的電源輸出端；一第一保護元件，該第一保護元件的電源輸入端電連接該第一斷路器的電源輸出端，而該第一保護元件的電源輸出端電連接該主電源輸出埠。
  7. 如請求項5所述之電源供應裝置，該第二整流器的電源輸出端與該副電源輸出埠間進一步設置有：一第二斷路器，該第二斷路器的電源輸入端電連接該第二整流器的電源輸出端；一第二保護元件，該第二保護元件的電源輸入端電連接該第二斷路器的電源輸出端，而該第二保護元件的電源輸出端電連接該副電源輸出埠。
  8. 如請求項7所述之電源供應裝置，進一步包含有一第二降壓轉換器，該第二降壓轉換器的電源輸入端電連接該第二整流器的電源輸出端，而該第二降壓轉換器的電源輸出端電連接該第二斷路器的電源輸入端。
  9. 一種電源供應裝置控制方法，由一一次側控制器與一二次側控制器執行，其中，該一次側控制器執行的步驟包含有：接受一供電電壓而啟動；判斷一變壓器的一輸入電壓值是否大於或等於一運作電壓值，以及判斷此次啟動是否為一預設時間內的第一次啟動； 當判斷出該變壓器的該輸入電壓值大於或等於該運作電壓值，且此次啟動為該預設時間內的第一次啟動時，輸出一一次側控制訊號至一雙向閘極驅動脈衝變壓器以驅動該變壓器運作；該二次側控制器執行的步驟包含有：當判斷出該變壓器的一輸出電壓值大於或等於一預設輸出電壓值，且判斷出該變壓器的該輸出電壓值大於或等於該預設輸出電壓值的時間長於一穩定供電門檻時間時，輸出一控制權切換訊號使該一次側控制訊號停止輸出，並輸出一二次側控制訊號至該雙向閘極驅動脈衝變壓器以驅動該變壓器運作。
  10. 如請求項9所述之電源供應裝置控制方法，該一次側控制器係藉由一初次啟動訊號，進行該一次側控制器此次啟動是否為該預設時間內的第一次啟動的判斷，藉由上一次有效的該初次啟動訊號的結束時間，與當前時間的時間間隔是否大於或等於該預設時間，即得知該一次側控制器此次啟動是否為該預設時間內的第一次啟動。
  11. 如請求項9所述之電源供應裝置控制方法，該一次側控制器輸出該一次側控制訊號至該雙向閘極驅動脈衝變壓器的一第三一次側閘極驅動繞組，由該第三一次側閘極驅動繞組驅動一第一一次側閘極驅動繞組及一第二一次側閘極驅動繞組運作，並由該第一一次側閘極驅動繞組及該第二一次側閘極驅動繞組驅動該變壓器進行變壓作業；該二次側控制器輸出該二次側控制訊號至該雙向閘極驅動脈衝變壓器的一二次側閘極驅動繞組，由該二次側閘極驅動繞組驅動該第一一次側閘極驅動繞組及該第二一次側閘極驅動繞組運作，並由該第一一次側閘極驅動繞組及該第二一次側閘極驅動繞組驅動該變壓器進行變壓作業。
  12. 如請求項9所述之電源供應裝置控制方法，當該變壓器的輸出電壓值大於或等於一預設輸出電壓值，且該變壓器的輸出電壓值大於或等於 一預設輸出電壓值的時間長於一穩定供電門檻時間時，該二次側控制器經過一控制權切換時間後輸出該二次側控制訊號。
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