TWI809583B - 具升降壓轉換之電源供應裝置 - Google Patents

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Abstract

一種具升降壓轉換之電源供應裝置包含初級側整流濾波電路、升壓轉換器、全橋LLC轉換器、初級側控制器、次級側整流濾波電路、電壓調整器以及次級側控制器。初級側整流濾波電路整流、濾波交流輸入電壓以輸出直流輸入電壓。初級側控制器控制升壓轉換器升壓直流輸入電壓為升壓電壓，且控制全橋LLC轉換器轉換升壓電壓為轉換電壓。次級側整流濾波電路整流、濾波轉換電壓以輸出直流輸出電壓。次級側控制器控制初級側控制器提供升壓控制訊號與轉換控制訊號且提供電壓調整訊號控制電壓調整器，以調整直流輸出電壓為輸出電壓，對負載供電。

Description

具升降壓轉換之電源供應裝置
本發明係有關一種電源供應裝置，尤指一種具升降壓轉換之電源供應裝置。
在輸入瓦特數超過75瓦的應用，為了滿足法規對於功率因數(power factor,PF)數值的要求，會使用功率因數校正(power factor correction,PFC)架構來實現。一般而言，透過升壓轉換器(boost converter)提升功率因數，並且在不同的輸入電壓下，將輸出電壓維持在一個固定的高電壓輸出，例如在寬範圍的輸入電壓90~264伏特的應用，透過升壓轉換器將功率因數提高，並將輸出電壓維持在390伏特的固定電壓輸出，而固定的輸出電壓也為下一級LLC架構提供了良好的條件，讓LLC能夠達到最佳效率的增益設計。
如上述的PFC作為第一級再加上第二級的LLC的架構是很常見的電源供應器設計架構。但隨著PD(power delivery)機種的普及，輸出電壓可以變動的條件應用於LLC電路架構中，如何平衡增益與效率的設計，就成為設計LLC的一個重要課題，意即，想要提升效率卻會導致增益不足，而滿足了增益卻會造成效率的降低。
為此，如何設計出一種電源供應裝置，尤指一種具升降壓轉換之電源供應裝置，解決現有技術所存在的問題與技術瓶頸，乃為本案發明人所研究的重要課題。
本發明之一目的在於提供一種具升降壓轉換之電源供應裝置，解決現有技術之問題。
為達成前揭目的，本發明所提出的具升降壓轉換之電源供應裝置包含初級側整流濾波電路、升壓轉換器、全橋LLC轉換器、初級側控制器、次級側整流濾波電路、電壓調整器以及次級側控制器。初級側整流濾波電路接收交流輸入電壓，且整流、濾波交流輸入電壓以輸出直流輸入電壓。升壓轉換器耦接初級側整流濾波電路，且接收直流輸入電壓。全橋LLC轉換器耦接升壓轉換器。初級側控制器耦接升壓轉換器與全橋LLC轉換器，提供升壓控制訊號控制升壓轉換器升壓直流輸入電壓為升壓電壓，且提供轉換控制訊號控制全橋LLC轉換器根據至少一增益條件轉換升壓電壓為轉換電壓。次級側整流濾波電路耦接全橋LLC轉換器，接收轉換電壓，且整流、濾波轉換電壓以輸出直流輸出電壓。電壓調整器耦接次級側整流濾波電路。次級側控制器耦接電壓調整器與初級側控制器。次級側控制器接收負載提供的供電需求訊號，根據供電需求訊號控制初級側控制器提供升壓控制訊號與轉換控制訊號且提供電壓調整訊號控制電壓調整器，以調整直流輸出電壓為輸出電壓，對負載供電。
在一實施例中，次級側控制器提供包含升壓轉換器回授控制訊號與全橋LLC轉換器回授控制訊號的回授控制訊號至初級側控制器。初級側控制器根據升壓轉換器回授控制訊號調整升壓控制訊號，且根據全橋LLC轉換器回授控制訊號調整轉換控制訊號進而調整至少一增益條件。
在一實施例中，電壓調整器為降壓轉換器。電壓調整訊號控制降壓轉換器操作於降壓模式，對直流輸出電壓進行降壓為輸出電壓。或者，電壓調 整訊號控制降壓轉換器操作於直通模式，對直流輸出電壓直通為輸出電壓。或者，電壓調整訊號控制降壓轉換器操作於閒置模式，不對直流輸出電壓進行處理。
在一實施例中，電壓調整器為旁通電路。電壓調整訊號控制旁通電路旁通直流輸出電壓為輸出電壓。
在一實施例中，電壓調整器包含降壓轉換器與旁通電路。電壓調整訊號控制降壓轉換器操作於降壓模式，對直流輸出電壓進行降壓為輸出電壓。或者，電壓調整訊號控制降壓轉換器操作於直通模式，對直流輸出電壓直通為輸出電壓，或控制旁通電路旁通直流輸出電壓為輸出電壓。或者，電壓調整訊號控制降壓轉換器與旁通電路操作於閒置模式，不對直流輸出電壓進行處理。
在一實施例中，降壓轉換器包含耦接次級側整流濾波電路與負載之間的開關。電壓調整訊號控制開關導通，使降壓轉換器操作於直通模式，對直流輸出電壓直通為輸出電壓。
在一實施例中，降壓轉換器包含降壓轉換電路。電壓調整訊號控制降壓轉換電路，使降壓轉換器操作於降壓模式，對直流輸出電壓進行降壓為輸出電壓。
在一實施例中，旁通電路為隔離開關。
在一實施例中，升壓轉換器包含升壓電感器、升壓二極體、升壓電容器以及升壓控制開關。升壓電感器的第一端耦接初級側整流濾波電路。升壓二極體的陽極耦接升壓電感器的第二端。升壓電容器的第一端耦接升壓二極體的陰極，升壓電容器的第二端耦接參考電位。升壓控制開關的第一端耦接升壓電感器的第二端，升壓控制開關的第二端耦接參考電位，升壓控制開關的控制端接收升壓控制訊號。
在一實施例中，降壓轉換器包含降壓控制開關與轉換電路。降壓控制開關的第一端耦接次級側整流濾波電路以接收直流輸出電壓，降壓控制開 關的控制端接收電壓調整訊號。轉換電路耦接降壓控制開關的第二端，經配置以根據降壓控制開關的開關狀態以產生輸出電壓。
在一實施例中，全橋LLC轉換器包含第一開關、第二開關、第三開關、諧振電容器、第一諧振電感器以及第二諧振電感器。第一開關的第一端耦接升壓轉換器。第二開關的第一端耦接第一開關的第二端。第三開關的第一端耦接次級側整流濾波電路。第四開關的第一端耦接第三開關的第二端。第一開關、第二開關、第三開關以及第四開關受控於初級側控制器。諧振電容器、第一諧振電感器以及第二諧振電感器串聯連接形成串聯支路。串聯支路的第一端耦接第一開關的第二端與第二開關的第一端之間，串聯支路的第二端耦接第三開關的第二端與第四開關的第一端之間。
在一實施例中，當第三開關斷開且第四開關導通時，第二諧振電感器轉換產生諧振，且諧振電容器、第一諧振電感器以及第二諧振電感器串聯連接第二開關的第一端與第二開關的第二端之間。
在一實施例中，當直流輸出電壓小於電壓設定值時，第三開關斷開且第四開關導通。
在一實施例中，次級側控制器透過光耦合隔離的方式回授訊號至初級側控制器。
藉由所提出的具升降壓轉換之電源供應裝置，能夠在兼顧較高的電壓增益設計與較佳的效率轉換下，可彈性地調整(改變)的輸出電壓。
為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
1:初級側整流濾波電路
2:升壓轉換器
3:全橋LLC轉換器
4:初級側控制器
5:次級側整流濾波電路
6:電壓調整器
7:次級側控制器
8:負載
11:初級側整流電路
12:初級側濾波電路
51:次級側整流電路
52:次級側濾波電路
61:降壓轉換器
62:旁通電路、阻隔電路
VINAC:交流輸入電壓
VINDC:直流輸入電壓
VBT:升壓電壓
VCV:轉換電壓
VOUTDC:直流輸出電壓
VOUT:輸出電壓
SBT:升壓控制訊號
SCV:轉換控制訊號
SFBLLC:全橋LLC轉換器回授控制訊號
SFBBT:升壓轉換器回授控制訊號
S6:開關
CIR6:轉換電路
L31:第一諧振電感器
L32:第二諧振電感器
C3:諧振電容器
Q1:第一開關
Q2:第二開關
Q3:第三開關
Q4:第四開關
L2:升壓電感器
D2:升壓二極體
S2:升壓控制開關
C2:升壓電容器
圖1：係為本發明具升降壓轉換之電源供應裝置的方塊圖。
圖2A：係為本發明電壓調整器之第一實施例的電路圖。
圖2B：係為本發明電壓調整器之第二實施例的電路方塊圖。
圖3：係為本發明全橋LLC轉換器之實施例的方塊圖。
圖4：係為本發明升壓轉換器之實施例的方塊圖。
圖5：係為本發明初級側整流濾波電路之實施例的方塊圖。
圖6：係為本發明次級側整流濾波電路之實施例的方塊圖。
圖7：係為本發明具升降壓轉換之電源供應裝置完整實施例的電路方塊圖。
茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下。
請參見圖1所示，其係為本發明具升降壓轉換之電源供應裝置的方塊圖。所述具升降壓轉換之電源供應裝置包含初級側整流濾波電路1、升壓轉換器2、全橋LLC轉換器3、初級側控制器4、次級側整流濾波電路5、電壓調整器6以及次級側控制器7。
初級側整流濾波電路1接收交流輸入電壓VINAC，且整流、濾波交流輸入電壓VINAC以輸出直流輸入電壓VINDC。請配合參見圖5所示，其係為本發明初級側整流濾波電路之實施例的方塊圖。如圖5所示，初級側整流濾波電路1包含初級側整流電路11與初級側濾波電路12。初級側整流電路11係用以對交 流輸入電壓VINAC進行整流。初級側濾波電路12係用以將整流後的交流輸入電壓VINAC進行濾波，以輸出直流輸入電壓VINDC至升壓轉換器2。
復見圖1，升壓轉換器2耦接初級側整流濾波電路1，且接收直流輸入電壓VINDC。請配合參見圖4所示，其係為本發明升壓轉換器之實施例的方塊圖。如圖4所示，升壓轉換器2包含升壓電感器L2、升壓二極體D2、升壓電容器C2以及升壓控制開關S2。升壓電感器L2的第一端耦接初級側整流濾波電路1，更具體為初級側整流濾波電路1的初級側濾波電路12。升壓二極體D2的陽極耦接升壓電感器L2的第二端。升壓電容器C2的第一端耦接升壓二極體D2的陰極，升壓電容器C2的第二端耦接參考電位(例如接地電位)，其中，升壓電容器C2的第一端與第二端之間的電壓作為升壓電容器C2的輸出電壓，即直流輸入電壓VINDC升壓後的電壓。升壓控制開關S2的第一端耦接升壓電感器L2的第二端與升壓二極體D2的陽極，升壓控制開關S2的第二端耦接參考電位，升壓控制開關S2的控制端接收升壓控制訊號SBT。其中，透過升壓控制訊號SBT控制升壓控制開關S2的導通與關斷時間(即責任週期、佔空比)，以決定對直流輸入電壓VINDC升壓後的電壓大小。
全橋LLC轉換器3耦接升壓轉換器2。請配合參見圖3所示，其係為本發明全橋LLC轉換器之實施例的方塊圖。如圖3所示，全橋LLC轉換器3包含第一開關Q1、第二開關Q2、第三開關Q3、第四開關Q4、諧振電容器C3、第一諧振電感器L31以及第二諧振電感器L32。第一開關Q1的第一端耦接升壓轉換器2。第二開關Q2的第一端耦接第一開關Q1的第二端。第三開關Q3的第一端耦接次級側整流濾波電路5。第四開關Q4的第一端耦接第三開關Q3的第二端。其中第一開關Q1、第二開關Q2、第三開關Q3以及第四開關Q4受控於初級側控制器4。諧振電容器C3、第一諧振電感器L31以及第二諧振電感器L32串聯連接形成 串聯支路。串聯支路的第一端耦接第一開關Q1的第二端與第二開關Q2的第一端之間；串聯支路的第二端耦接第三開關Q3的第二端與第四開關Q4的第一端之間。
當全橋LLC轉換器3操作於半橋模式時，第三開關Q3斷開且第四開關Q4持續導通。此時，第二諧振電感器L32轉換產生諧振，且諧振電容器C3、第一諧振電感器L31以及第二諧振電感器L32串聯連接第二開關Q2的第一端與第二開關Q2的第二端之間。
初級側控制器4耦接升壓轉換器2與全橋LLC轉換器3，提供升壓控制訊號SBT控制升壓轉換器2升壓直流輸入電壓VINDC為升壓電壓VBT，且提供轉換控制訊號SCV控制全橋LLC轉換器3根據至少一增益條件轉換升壓電壓VBT為轉換電壓VCV。
次級側整流濾波電路5耦接全橋LLC轉換器3，接收轉換電壓VCV，且整流、濾波轉換電壓VCV以輸出直流輸出電壓VOUTDC。請配合參見圖6所示，其係為本發明次級側整流濾波電路之實施例的方塊圖。如圖6所示，次級側整流濾波電路5包含次級側整流電路51與次級側濾波電路52。次級側整流電路51係用以對轉換電壓VCV進行整流。次級側濾波電路52係用以將整流後的轉換電壓VCV進行濾波，以輸出直流輸出電壓VOUTDC至電壓調整器6。
電壓調整器6耦接次級側整流濾波電路5。請配合參見圖2A所示，其係為本發明電壓調整器之第一實施例的電路圖。在第一實施例中，電壓調整器6為降壓轉換器61。降壓轉換器61包含降壓控制開關S6與轉換電路CIR6。降壓控制開關S6的第一端耦接次級側整流濾波電路5以接收直流輸出電壓VOUTDC，降壓控制開關S6的控制端接收電壓調整訊號SVR。轉換電路CIR6耦接降壓控制開關S6的第二端，經配置以根據降壓控制開關S6的開關狀態以產生輸出電壓VOUT。
請配合參見圖2B所示，其係為本發明電壓調整器之第二實施例的電路圖。在第二實施例中，電壓調整器6為降壓轉換器61與旁通電路62。降 壓轉換器61與圖2A所示相同，不再贅述。旁通電路62係為阻隔電路62或為隔離開關，耦接於降壓控制開關S6的第一端與轉換電路CIR6的輸出側之間。
當電壓調整器6為降壓轉換器61時，電壓調整訊號SVR控制降壓轉換器61操作於降壓模式，對直流輸出電壓VOUTDC進行降壓為輸出電壓VOUT。或者，電壓調整訊號SVR控制降壓轉換器61操作於直通模式，對直流輸出電壓VOUTDC直通為輸出電壓VOUT。或者，電壓調整訊號SVR控制降壓轉換器61操作於閒置模式，不對直流輸出電壓VOUTDC進行處理。
當電壓調整器6為旁通電路62時，電壓調整訊號SVR控制旁通電路62旁通直流輸出電壓VOUTDC為輸出電壓VOUT。
當電壓調整器6為降壓轉換器61與旁通電路62時，電壓調整訊號SVR控制降壓轉換器61操作於降壓模式，對直流輸出電壓VOUTDC進行降壓為輸出電壓VOUT。或者，電壓調整訊號SVR控制降壓轉換器61操作於直通模式，對直流輸出電壓VOUTDC直通為輸出電壓VOUT，或控制旁通電路62旁通直流輸出電壓VOUTDC為輸出電壓VOUT。或者，電壓調整訊號SVR控制降壓轉換器61與旁通電路62操作於閒置模式，不對直流輸出電壓VOUTDC進行處理。
在一實施例中，降壓轉換器61包含耦接次級側整流濾波電路5與負載8之間的開關。電壓調整訊號SVR控制開關導通，使降壓轉換器61操作於直通模式，對直流輸出電壓VOUTDC直通為輸出電壓VOUT。
在一實施例中，降壓轉換器61包含降壓轉換電路。電壓調整訊號SVR控制降壓轉換電路，使降壓轉換器61操作於降壓模式，對直流輸出電壓VOUTDC進行降壓為輸出電壓VOUT。
次級側控制器7耦接電壓調整器6與初級側控制器4。次級側控制器7接收負載8提供的供電需求訊號SLP，根據供電需求訊號SLP控制初級側控 制器4提供升壓控制訊號SBT與轉換控制訊號SCV且提供電壓調整訊號SVR控制電壓調整器6，以調整直流輸出電壓VOUTDC為輸出電壓VOUT，對負載8供電。
如圖1所示，次級側控制器7提供包含升壓轉換器回授控制訊號SFBBT與全橋LLC轉換器回授控制訊號SFBLLC的回授控制訊號至初級側控制器4。其中，初級側控制器4根據升壓轉換器回授控制訊號SFBBT調整升壓控制訊號SBT，且根據全橋LLC轉換器回授控制訊號SFBLLC調整轉換控制訊號SCV進而調整至少一增益條件。
以下，根據圖1以及舉例的電壓數值，說明本發明具升降壓轉換之電源供應裝置的操作。首先以240瓦的電源供應裝置(adapter)為例，其可提供單組的輸出電壓20伏特與輸出電流12安培，並且全橋LLC轉換器3的匝數比(電壓轉換比)為20：2，以及電壓調整器6的增益比為1：1。當升壓轉換器2的輸出電壓(即升壓電壓VBT)為400伏特時，全橋LLC轉換器3的輸出電壓(即轉換電壓VCV)為20伏特，以及電壓調整器6的輸出電壓(即輸出電壓VOUT)為20伏特。
在本發明中，係以20伏特的輸出電壓VOUT為基礎(base)，如表1的第3列所示。當輸出電壓VOUT欲調整為大於20伏特(例如28伏特、36伏特、48伏特…等)時或者小於或等於20伏特(例如15伏特、9伏特、5伏特…等)時，則透過控制(切換)全橋LLC轉換器3的操作模式所實現，例如欲調整為大於20伏特時，則控制全橋LLC轉換器3操作在全橋的模式，而欲調整為小於或等於20伏特時，則控制全橋LLC轉換器3操作在半橋的模式，容後說明。同理，根據全橋LLC轉換器3匝數比、電壓調整器6增益比的調整，可將升壓電壓VBT(即升壓轉換器2的輸出電壓)轉換為所需要的輸出電壓VOUT(即電壓調整器6的輸出電壓)，整理如下表1。
以表1的第4列來說，欲調整輸出電壓VOUT為15伏特，且為了維持電壓調整器6的電壓增益，因此次級側控制器7(例如為一PD IC)透過電壓調 整訊號SVR控制電壓調整器6的電壓增益為1：1(此時電壓調整器6為直通模式控制)，且透過升壓控制訊號SBT將升壓轉換器2的輸出電壓降為300伏特，並且透過轉換控制訊號SCV維持全橋LLC轉換器3的匝數比為20：2(此時全橋LLC轉換器3為半橋模式控制)，而達成輸出電壓VOUT為15伏特的調整，藉此達到較佳的效率轉換，並且兼顧增益設計。
以表1的第5列來說，欲調整輸出電壓VOUT為9伏特，且為了維持升壓電壓VBT(即升壓電容器C2的電壓)不再降低，因此次級側控制器7透過轉換控制訊號SCV維持全橋LLC轉換器3的匝數比為20：2(此時全橋LLC轉換器3為半橋模式控制)，且透過電壓調整訊號SVR控制電壓調整器6的電壓增益為5：3(此時電壓調整器6為降壓模式控制)。
以表1的第6列來說，若欲再降低輸出電壓VOUT為5伏特，且為了維持升壓電壓VBT(即升壓電容器C2的電壓)不再降低，因此次級側控制器7透過轉換控制訊號SCV維持全橋LLC轉換器3的匝數比為20：2(此時全橋LLC轉換器3為半橋模式控制)，且透過電壓調整訊號SVR控制電壓調整器6的電壓增益為3：1(此時電壓調整器6為降壓模式控制)。
附帶一提，上揭實施例中，若透過電壓調整器6的增益比為4：1，使得將轉換電壓VCV由20伏特降為5伏特的方式並非不可行，然而，為了轉換效率的考量，則較不採行此方式的電源轉換。
因此，可透過將升壓電壓VBT設計為300伏特，並且維持全橋LLC轉換器3的匝數比為20：2，僅透過控制電壓調整器6的增益比的降壓模式，獲得9伏特或者5伏特的輸出電壓VOUT。藉此，能夠在兼顧較高的電壓增益設計與較佳的效率轉換下，可彈性地調整(改變)的輸出電壓。
再者，欲調整輸出電壓VOUT為大於20伏特(例如28伏特、36伏特、48伏特…等)，若將全橋LLC轉換器3操作於半橋模式控制，則勢必需要將 升壓電壓VBT(即升壓轉換器2的輸出電壓)大幅地升高，而造成元件的耐壓設計與成本提高的限制與考量。
以表1的第2列來說，欲調整輸出電壓VOUT為28伏特，且為了維持電壓調整器6的電壓增益，因此次級側控制器7透過電壓調整訊號SVR控制電壓調整器6的電壓增益為1：1(此時電壓調整器6為直通模式控制)，且透過升壓控制訊號SBT將升壓轉換器2的輸出電壓調整為280伏特(可以避免過高的升壓電壓VBT)，並且透過轉換控制訊號SCV維持全橋LLC轉換器3的匝數比為20：2(此時全橋LLC轉換器3為全橋模式控制)，而達成輸出電壓VOUT為28伏特的調整，藉此達到較佳的效率轉換，並且兼顧增益設計。
以表1的第1列來說，若欲再提高輸出電壓VOUT為48伏特，且可透過提高升壓電壓VBT在可接受的電壓大小，因此次級側控制器7透過轉換控制訊號SCV維持全橋LLC轉換器3的匝數比為20：2(此時全橋LLC轉換器3為全橋模式控制)，且透過電壓調整訊號SVR控制電壓調整器6的電壓增益為1：1(此時電壓調整器6為直通模式控制)，而達成輸出電壓VOUT為48伏特的調整。
附帶一提，通常當輸出電壓VOUT為20伏特以上時，以目前PD的規定而言，該電源供應裝置通常為240瓦的輸出。若降壓轉換器(buck converter)通常無法承受如此高的輸出瓦特數的話，則電壓調整器6可更包含旁通電路62，其中旁通電路係可為阻隔電阻作為開關之用。因此，當輸出電壓夠(過)高時，則透過阻隔電阻的導通，直接地直通直流輸出電壓VOUTDC為輸出電壓VOUT(即直流輸出電壓VOUTDC不經過降壓轉換器)，等效為電壓增益為1的效果，如此可達到保護電壓調整器6之效益。
綜上所述，以20伏特的輸出電壓VOUT為基礎，設計具有最佳效率的電壓增益值。當欲調整輸出電壓VOUT降低時，可在維持最佳效率的電壓增益值(將電壓調整器6操作於直通模式)的狀況下，透過調整升壓轉換器2的輸出電 壓(即升壓電壓VBT)和/或全橋LLC轉換器3的輸出電壓(即轉換電壓VCV)所實現，其中全橋LLC轉換器3係操作為半橋模式。若系統端需要再更低的輸出電壓VOUT時，則可再透過將電壓調整器6操作於降壓模式，以達到系統負載所需要的更低電壓。
再者，欲調整輸出電壓VOUT高於20伏特時，可在維持最佳效率的電壓增益值(將電壓調整器6操作於直通模式)的狀況下，透過將全橋LLC轉換器3操作為全橋模式，以獲得兩倍增益的電路行為，因此可避免過高的升壓電壓VBT，而尚能夠輸出夠高的輸出電壓VOUT。進一步地，若考慮到降壓轉換器無法承受高的輸出瓦特數，則電壓調整器6可更包含旁通電路62，直接地直通直流輸出電壓VOUTDC為輸出電壓VOUT(即直流輸出電壓VOUTDC不經過降壓轉換器)，可達到保護電壓調整器6之效益。
Figure 110145235-A0305-02-0015-1
綜上所述，本發明所提出的具升降壓轉換之電源供應裝置，能夠在兼顧較高的電壓增益設計與較佳的效率轉換下，可彈性地調整(改變)的輸出電壓。
以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
1:初級側整流濾波電路
2:升壓轉換器
3:全橋LLC轉換器
4:初級側控制器
5:次級側整流濾波電路
6:電壓調整器
7:次級側控制器
8:負載
VINAC:交流輸入電壓
VINDC:直流輸入電壓
VBT:升壓電壓
VCV:轉換電壓
VOUTDC:直流輸出電壓
VOUT:輸出電壓
SBT:升壓控制訊號
SCV:轉換控制訊號
SFBLLC:全橋LLC轉換器回授控制訊號
SFBBT:升壓轉換器回授控制訊號

Claims (13)

  1. 一種具升降壓轉換之電源供應裝置，包含：一初級側整流濾波電路，接收一交流輸入電壓，且整流、濾波該交流輸入電壓以輸出一直流輸入電壓；一升壓轉換器，耦接該初級側整流濾波電路，且接收該直流輸入電壓；一全橋LLC轉換器，耦接該升壓轉換器；一初級側控制器，耦接該升壓轉換器與該全橋LLC轉換器，提供一升壓控制訊號控制該升壓轉換器升壓該直流輸入電壓為一升壓電壓，且提供一轉換控制訊號控制該全橋LLC轉換器根據至少一增益條件轉換該升壓電壓為一轉換電壓；一次級側整流濾波電路，耦接該全橋LLC轉換器，接收該轉換電壓，且整流、濾波該轉換電壓以輸出一直流輸出電壓；一電壓調整器，耦接該次級側整流濾波電路；以及一次級側控制器，耦接該電壓調整器與該初級側控制器，該次級側控制器接收一負載提供的一供電需求訊號，根據該供電需求訊號控制該初級側控制器提供該升壓控制訊號與該轉換控制訊號且提供一電壓調整訊號控制該電壓調整器，以調整該直流輸出電壓為一輸出電壓，對該負載供電；其中，該次級側控制器提供包含一升壓轉換器回授控制訊號與一全橋LLC轉換器回授控制訊號的一回授控制訊號至該初級側控制器；其中，該初級側控制器根據該升壓轉換器回授控制訊號調整該升壓控制訊號，且根據該全橋LLC轉換器回授控制訊號調整該轉換控制訊號進而調整該至少一增益條件。
  2. 如請求項1所述之具升降壓轉換之電源供應裝置，其中該電壓調整器為一降壓轉換器；該電壓調整訊號控制該降壓轉換器操作於一降壓模式，對該直流輸出電壓進行降壓為該輸出電壓；或者該電壓調整訊號控制該降壓轉換器操作於一直通模式，對該直流輸出電壓直通為該輸出電壓；或者該電壓調整訊號控制該降壓轉換器操作於一閒置模式，不對該直流輸出電壓進行處理。
  3. 如請求項1所述之具升降壓轉換之電源供應裝置，其中該電壓調整器為一旁通電路；該電壓調整訊號控制該旁通電路旁通該直流輸出電壓為該輸出電壓。
  4. 如請求項1所述之具升降壓轉換之電源供應裝置，其中該電壓調整器包含一降壓轉換器與一旁通電路；該電壓調整訊號控制該降壓轉換器操作於一降壓模式，對該直流輸出電壓進行降壓為該輸出電壓；或者該電壓調整訊號控制該降壓轉換器操作於一直通模式，對該直流輸出電壓直通為該輸出電壓，或控制該旁通電路旁通該直流輸出電壓為該輸出電壓；或者該電壓調整訊號控制該降壓轉換器與該旁通電路操作於一閒置模式，不對該直流輸出電壓進行處理。
  5. 如請求項2或4所述之具升降壓轉換之電源供應裝置，其中該降壓轉換器包含耦接該次級側整流濾波電路與該負載之間的一開關； 該電壓調整訊號控制該開關導通，使該降壓轉換器操作於該直通模式，對該直流輸出電壓直通為該輸出電壓。
  6. 如請求項2或4所述之具升降壓轉換之電源供應裝置，其中該降壓轉換器包含一降壓轉換電路；該電壓調整訊號控制該降壓轉換電路，使該降壓轉換器操作於該降壓模式，對該直流輸出電壓進行降壓為該輸出電壓。
  7. 如請求項3或4所述之具升降壓轉換之電源供應裝置，其中該旁通電路為一隔離開關。
  8. 如請求項1所述之具升降壓轉換之電源供應裝置，其中該升壓轉換器包含：一升壓電感器，該升壓電感器的一第一端耦接該初級側整流濾波電路；一升壓二極體，該升壓二極體的一陽極耦接該升壓電感器的一第二端；一升壓電容器，該升壓電容器的一第一端耦接該升壓二極體的一陰極，該升壓電容器的一第二端耦接一參考電位；以及一升壓控制開關，該升壓控制開關的一第一端耦接該升壓電感器的該第二端，該升壓控制開關的一第二端耦接該參考電位，該升壓控制開關的一控制端接收該升壓控制訊號。
  9. 如請求項2或4所述之具升降壓轉換之電源供應裝置，其中該降壓轉換器包含：一降壓控制開關，該降壓控制開關的一第一端耦接該次級側整流濾波電路以接收該直流輸出電壓，該降壓控制開關的一控制端接收該電壓調整訊號；以及 一轉換電路，耦接該降壓控制開關的一第二端，經配置以根據該降壓控制開關的開關狀態以產生該輸出電壓。
  10. 如請求項1所述之具升降壓轉換之電源供應裝置，其中該全橋LLC轉換器包含：一第一開關，該第一開關的一第一端耦接該升壓轉換器；一第二開關，該第二開關的一第一端耦接該第一開關的一第二端；一第三開關，該第三開關的一第一端耦接該次級側整流濾波電路；一第四開關，該第四開關的一第一端耦接該第三開關的一第二端；其中該第一開關、該第二開關、該第三開關以及該第四開關受控於該初級側控制器；以及一諧振電容器、一第一諧振電感器以及一第二諧振電感器，串聯連接形成一串聯支路；其中該串聯支路的一第一端耦接該第一開關的該第二端與該第二開關的該第一端之間，該串聯支路的一第二端耦接該第三開關的該第二端與該第四開關的該第一端之間。
  11. 如請求項10所述之具升降壓轉換之電源供應裝置，其中當該第三開關斷開且該第四開關導通時，該第二諧振電感器轉換產生諧振，且該諧振電容器、該第一諧振電感器以及該第二諧振電感器串聯連接該第二開關的該第一端與該第二開關的該第二端之間。
  12. 如請求項11所述之具升降壓轉換之電源供應裝置，其中當該直流輸出電壓小於一電壓設定值時，該第三開關斷開且該第四開關導通。
  13. 如請求項1所述之具升降壓轉換之電源供應裝置，其中該次級側控制器透過光耦合隔離的方式回授訊號至該初級側控制器。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150138856A1 (en) * 2013-11-19 2015-05-21 Active-Semi, Inc. Power factor correction autodetect
CN106655771A (zh) * 2016-08-31 2017-05-10 深圳市航天新源科技有限公司 一种适合氢质子模燃料电池动力大巴的电源变换器
CN113224941A (zh) * 2021-05-31 2021-08-06 康佳集团股份有限公司 一种待机电压控制电路和开关电源
TW202133537A (zh) * 2020-02-20 2021-09-01 龍華科技大學 一種兩級式電源供應器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150138856A1 (en) * 2013-11-19 2015-05-21 Active-Semi, Inc. Power factor correction autodetect
CN106655771A (zh) * 2016-08-31 2017-05-10 深圳市航天新源科技有限公司 一种适合氢质子模燃料电池动力大巴的电源变换器
TW202133537A (zh) * 2020-02-20 2021-09-01 龍華科技大學 一種兩級式電源供應器
CN113224941A (zh) * 2021-05-31 2021-08-06 康佳集团股份有限公司 一种待机电压控制电路和开关电源

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