TW201332265A - 可降低功率消耗之電源供應器 - Google Patents
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Abstract
本發明係有關於一種可降低功率消耗之電源供應器，其包含一變壓器、一控制器及一偵測電路，用於降低電源供應器之功率消耗。變壓器具有一一次側繞組、一二次側繞組與一輔助繞組，並從一次側繞組轉移能量至二次側繞組與輔助繞組，且輔助繞組之一輔助電壓相關於二次側繞組之一輸出電壓。控制器用以產生一切換訊號，以切換變壓器。偵測電路耦接輔助繞組，並偵測輔助繞組之輔助電壓，而產生一偵測訊號以控制控制器之一電源。如此，藉由偵測電路偵測輔助繞組之電壓的變化，而控制控制器之電源以降低不需要的功率消耗。
Description
本發明係有關於一種電源供應器，特別是關於可降低功率消耗之電源供應器，其用於控制電源供應器之控制器的電源，以降低不需要的功率消耗。
按，隨著能源危機漸漸逼近 環保意識逐漸抬頭且電費即將調漲之際，不少相關文獻舉出一件驚人的事實，就是電源供應器所耗的電竟然和一顆滿載的p4處理器一樣多。原因出在交流電轉直流電時浪費了一部分的電能，而被浪費的電能被轉換成不必要的熱能。一般電源供應器的轉換效率只有60%~70%，也就是說 100W的交流電輸入你的POWER後，轉出來變成直流電的只剩下60W~70W。其餘的30~40W全變成熱能散失在空氣中。所以針對電源供應器之轉換效率的標準我們訂出了「80plus」這項標準，這項標準是指不論在任何負載下（20%、50%、100%）轉換效率都必須達到80%以上。
轉換效率愈高相對的你就能省下愈多電費，在電源供應器中每一個零件都有損耗，亦即是一種電阻所產生的損耗會轉換為熱，所以效率越好的電源供應器，其產生不必要的熱能會越少。80PLUS標準會測試兩種AC Input電壓115V & 230V，三種負載20%、50%、100%，所以會測共六種模式。
一般來說，AC Input越高壓效率越好，所以當AC Input為230V時效率會比115V好。但在測試負載時，負載量於20%時最為嚴苛，因為電源供應器會有基礎的損耗效率＝DC Output / AC Input（Unit: Watt）。當負載量於20%時，電源供應器之輸出最少但卻需負擔基礎損耗，所以相對負載量來講電源供應器之損耗比例是提升的。就像汽車在行使時，時速20Km比時速80Km還要耗油意思是一樣的（油耗比）。
有鑑於上述之缺點，本發明針對電源供應器於無載時，發明出一種電源供應器，特別是關於可降低功率消耗之電源供應器。如此，本發明可降低電源供應器於無載時，所需負擔的基礎損耗以達到節能之功效。
一般適配器(adap ter)在啟動後，會將交流電源對電子裝置的電源端進行充電，在電源電壓Vcc高於低電壓鎖定導通點(UVLO on)後，使主線圈與輔助線圈開始有電流迴路。在無負載的狀況下，PWM控制電路會進入脈衝模式(Burst mode)，而降低工作頻率以達到降低功率損耗，然而，此時主線圈和輔助線圈仍然有電流迴路，如此，此部分依然會增加功率損耗(如第一圖圓圈處所示)。
再者，如第二圖所示，一般適配器在負載(Output Load)變低或無負載時，控制電路的能量輸出變少而導致變壓器之二次側電壓Vdet降低，但輸出電壓VO因為有回授電路控制則可以穩住電壓，並因為負載變少使輸出電壓會微微上升。然而在極輕載或無負載的狀態下，上述固定的輸出電壓反而會造成過多的功率損耗。
因此，如何針對上述問題而提出一種新穎可降低功率消耗之電源供應器，其可達到降低功率損耗的目的，使可解決上述之問題。
轉換效率愈高相對的你就能省下愈多電費，在電源供應器中每一個零件都有損耗，亦即是一種電阻所產生的損耗會轉換為熱，所以效率越好的電源供應器，其產生不必要的熱能會越少。80PLUS標準會測試兩種AC Input電壓115V & 230V，三種負載20%、50%、100%，所以會測共六種模式。
一般來說，AC Input越高壓效率越好，所以當AC Input為230V時效率會比115V好。但在測試負載時，負載量於20%時最為嚴苛，因為電源供應器會有基礎的損耗效率＝DC Output / AC Input（Unit: Watt）。當負載量於20%時，電源供應器之輸出最少但卻需負擔基礎損耗，所以相對負載量來講電源供應器之損耗比例是提升的。就像汽車在行使時，時速20Km比時速80Km還要耗油意思是一樣的（油耗比）。
有鑑於上述之缺點，本發明針對電源供應器於無載時，發明出一種電源供應器，特別是關於可降低功率消耗之電源供應器。如此，本發明可降低電源供應器於無載時，所需負擔的基礎損耗以達到節能之功效。
一般適配器(adap ter)在啟動後，會將交流電源對電子裝置的電源端進行充電，在電源電壓Vcc高於低電壓鎖定導通點(UVLO on)後，使主線圈與輔助線圈開始有電流迴路。在無負載的狀況下，PWM控制電路會進入脈衝模式(Burst mode)，而降低工作頻率以達到降低功率損耗，然而，此時主線圈和輔助線圈仍然有電流迴路，如此，此部分依然會增加功率損耗(如第一圖圓圈處所示)。
再者，如第二圖所示，一般適配器在負載(Output Load)變低或無負載時，控制電路的能量輸出變少而導致變壓器之二次側電壓Vdet降低，但輸出電壓VO因為有回授電路控制則可以穩住電壓，並因為負載變少使輸出電壓會微微上升。然而在極輕載或無負載的狀態下，上述固定的輸出電壓反而會造成過多的功率損耗。
因此，如何針對上述問題而提出一種新穎可降低功率消耗之電源供應器，其可達到降低功率損耗的目的，使可解決上述之問題。
本發明之目的之一，在於提供一種可降低功率消耗之電源供應器，其用於控制一控制器的一電源。而控制器之電源的控制係依據電源供應器處於無載時，一偵測電路偵測該輔助繞組之輔助電壓而控制控制器之電源，以降低電源供應器之功率消耗。
本發明之目的之一，在於提供一種可控制輸出電壓之電源供應器，其用於控制電源供應器之輸出電壓。而電源供應器之輸出電壓的控制係依據偵測電路偵測二次側繞組之輸出電壓，而控制電源供應器之輸出電壓，以降低電源供應器之功率消耗。
本發明之可降低功率消耗之電源供應器，其包含一變壓器、一控制器及一偵測電路。變壓器具有一一次側繞組、一二次側繞組與一輔助繞組，並從一次側繞組轉移能量至二次側繞組與輔助繞組，且輔助繞組之一輔助電壓相關於二次側繞組之一輸出電壓，而控制器用以產生一切換訊號以切換變壓器，以及偵測電路耦接輔助繞組，並偵測該輔助繞組之輔助電壓，而產生一偵測訊號以控制該控制器之一電源。如此，本發明藉由偵測電路偵測輔助電壓，以在電源供應器處於無載時，控制該控制器之電源，而達到降低電源供應器之功率消耗。
此外，本發明之可降低功率消耗之電源供應器的另一實施例，其包含一變壓器及一偵測電路。變壓器具有一一次側繞組與一二次側繞組，並從一次側繞組轉移能量至二次側繞組以產生一輸出電壓，以及偵測電路耦接二次側繞組，並偵測二次側繞組之輸出電壓，產生一偵測訊號以控制輸出電壓的大小。如此，本發明藉由偵測電路偵測二次側繞組之輸出電壓，而控制電源供應器之輸出電壓，以達到降低電源供應器之功率消耗的目的。
本發明之目的之一，在於提供一種可控制輸出電壓之電源供應器，其用於控制電源供應器之輸出電壓。而電源供應器之輸出電壓的控制係依據偵測電路偵測二次側繞組之輸出電壓，而控制電源供應器之輸出電壓，以降低電源供應器之功率消耗。
本發明之可降低功率消耗之電源供應器，其包含一變壓器、一控制器及一偵測電路。變壓器具有一一次側繞組、一二次側繞組與一輔助繞組，並從一次側繞組轉移能量至二次側繞組與輔助繞組，且輔助繞組之一輔助電壓相關於二次側繞組之一輸出電壓，而控制器用以產生一切換訊號以切換變壓器，以及偵測電路耦接輔助繞組，並偵測該輔助繞組之輔助電壓，而產生一偵測訊號以控制該控制器之一電源。如此，本發明藉由偵測電路偵測輔助電壓，以在電源供應器處於無載時，控制該控制器之電源，而達到降低電源供應器之功率消耗。
此外，本發明之可降低功率消耗之電源供應器的另一實施例，其包含一變壓器及一偵測電路。變壓器具有一一次側繞組與一二次側繞組，並從一次側繞組轉移能量至二次側繞組以產生一輸出電壓，以及偵測電路耦接二次側繞組，並偵測二次側繞組之輸出電壓，產生一偵測訊號以控制輸出電壓的大小。如此，本發明藉由偵測電路偵測二次側繞組之輸出電壓，而控制電源供應器之輸出電壓，以達到降低電源供應器之功率消耗的目的。
茲為使 貴審查委員對本發明之技術特徵及所達成之功效更有進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例圖及配合詳細之說明，說明如後：
請參閱第三圖，其為本發明之電源供應器之一實施例之電路圖。如圖所示，本發明之可控制輸出電壓之電源供應器是用於降低電源供應器之功率消耗。本發明之電源供應器包含一電源電路10、一變壓器20、一切換開關30、一控制器70、一偵測電路80。電源電路10用以轉換一交流電源AC為一直流電源DC，當電源供應器接收市電(即交流電源AC)後即會透過電源電路10將市電濾除雜訊及經由整流電路將市電整流，以提供穩定的直流電源DC至變壓器20與控制器70。其中電源電路10提供一第一啟動訊號I1至控制器70，此外，電源電路10為現有技術故在此僅做簡單陳述。
變壓器20具有一一次側繞組NP、一二次側繞組NS與一輔助繞組NA，變壓器20接收直流電源DC，並將一次側繞組Np的能量轉移至二次側繞組NS與輔助繞組NA，而於二次側繞組NS上產生一輸出電壓，並於輔助繞組NA上產生一輔助電壓，其中輔助繞組NA之輔助電壓相關於二次側繞組NS之輸出電壓，輔助繞組NA之輔助電壓與二次側繞組NS之輸出電壓之間成比例關係。切換開關30耦接變壓器20，以切換變壓器20，控制器70用以產生一切換訊號SCTRL，並傳送切換訊號SCTRL至切換開關30，而控制切換開關30導通或截止，使切換開關30可以切換變壓器20，即變壓器20之一次側繞組NP儲能完成後控制器70會把開關30截止使變壓器20儲存於一次側繞組NP的能源透過感應的方式轉移至二次側繞組NS與輔助側繞組NA，以將一次側繞組NP的能源供負載運用。偵測電路80耦接變壓器20之輔助繞組NA，偵測電路80用以偵測輔助繞組NA之輔助電壓，而產生一偵測訊號VDET，以控制控制器70之電源。由於輔助繞組NA之輔助電壓相關於二次側繞組NS之輸出電壓，所以，本發明可藉由偵測電路80偵測輔助電壓即可得知輸出電壓的大小，進而得知電源供應器是處於重載、輕載或無載，當偵測電路80偵測輔助電壓而得知電源供應器是處於輕載或無載，則可產生偵測訊號以控制控制器70之電源，以降低電源供應器之功率消耗。
如第三圖所示，由於控制器70的電源是由電源電路10之直流電源DC以及輔助繞組NA之輔助電壓所提供，並在無負載的狀況下，控制器70會進入脈衝模式(Burst mode)，而降低工作頻率以達到降低功率損耗，但輔助線圈NA仍然有電流迴路而會增加功率損耗，即當電源供應器之負載由輕載改變為無載時，控制器70即依據負載的變化由輕載改變為無載而產生切換訊號SCTRL以控制切換開關30，使電源供應器停止輸出電壓的輸出VOUT並處於待機狀態，且達到保護電源供應器之功效。而一般的電源供應器於待機狀態時控制器70之電源端VCC1會持續接收第一啟動訊號I1與一第二啟動訊號I2，所以一般的電源供應器在無載時會持續消耗電源電路10提供的第一啟動訊號I1與輔助繞組NA提供的第二啟動訊號I2，以供負載由無載轉變為輕載或重載時而再次啟動電源供應器之輸出電壓VOUT的輸出，以提供負載所需之能源，如此會增加功率消耗。
為解決上述之電源供應器耗電的問題，本發明之電源供應器更包含一控制開關31。控制開關31耦接於控制器70與輔助繞組NA之間，並依據偵測訊號而導通或截止，以控制控制器70之電源。即控制開關31耦接於於控制器70與輔助繞組NA之間，並受控於偵測電路80，當偵測電路80藉由偵測輔助電壓的大小而得知電源供應器處於無載狀況時，則截止控制開關31而斷開輔助繞組NA與控制器70之間的供電路徑，停止變壓器20之輔助繞組NA的輔助電壓供電於控制器70，以達到降低電源供應器之功率消耗的目的。
此外，本發明之電源供應器更包含一二極體41，42、一電阻50，51，52，53與一電容61。二極體41並聯於切換開關30，以避免逆向訊號損毀切換開關30。電阻50之一端耦接切換開關30與二極體42，並且電阻50之另一端耦接於接地端。二極體42串聯於電阻51，並接收輔助繞組NA上的輔助電壓，而產生第二啟動訊號I2，以供控制器70之電源端VCC1使用。電阻52之一端耦接控制開關31，而電阻52之另一端耦接二極體42，電容61之一端耦接二極體42、控制開關31與電阻52，電容61之另一端耦接於接地端。電阻53耦接於控制開關31與偵測電路80之間。
再者，本發明之電源供應器更包含一分壓電路59。分壓電路59耦接於變壓器20之輔助繞組NA，而分壓輔助繞組NA之輔助電壓產生一分壓訊號VDIV，並輸出分壓訊號VDIV至偵測電路80，以供偵測電路80偵測輔助電壓。其中，分壓電路59包含一電阻54與一電阻55。電阻54與電阻55用於依據輔助繞組NA之輔助電壓的變化而產生分壓訊號VDIV，以提供偵測電路80控制控制器70之電源。所以當電源供應器處於待機時，分壓電路59會依據輔助繞組NA之輔助電壓而產生分壓訊號VDIV，並傳送分壓訊號VDIV至偵測電路80之輸入端IN，以供偵測電路80產生偵測訊號VDET，以控制控制開關31導通或截止，而控制控制器70的電源。
承上所述，偵測電路80包含一比較器81與一電晶體32。比較器81具有一第一輸出端、一第二輸入端與一輸出端。比較器81之第一輸入端IN接收分壓訊號VDIV，比較器81之第二輸入端接收門檻訊號VLIMIT，比較器81依據分壓訊號VDIV及門檻訊號VLIMIT產生一第一控制訊號VCTRL1，以控制電晶體32導通或截止。於此電晶體32為一開關且當電晶體32依據第一控制訊號VCTRL1導通時，偵測電路80產生偵測訊號VDET以截止控制開關31。如此，第二電源訊號I2將無法傳送至控制器70，以達到降低電源供應器之功率消耗的目的。
所以，本發明之可降低功率消耗的電源供應器適時地依據輔助繞組NA而停止產生並傳送第二電源訊號I2至控制器70之電源端VCC1，以降低電源供應器處於待機狀態時的基本功率消耗而達到節能及環保的功效。然而，當負載狀態由無載改變為輕載或重載後，控制器70即依據負載狀態而改變電源供應器之輸出電壓VOUT的輸出，此時，偵測電路80即開始偵測到輔助繞組NA之輔助電壓的變化，且偵測電路80會依據輔助繞組NA之輔助電壓的變化產生偵測訊號VDET，以導通控制開關31而使第二電源訊號傳I2送至控制器70之電源端VCC1，使控制器70即可正常供應負載所需之電源。
請一併參閱第四圖，係為本發明之第三圖之電源供應器的波形圖。如圖所示，當負載移除(無載)時，偵測電路80偵測輔助繞組NA上的輔助電壓變化，而控制控制開關31將輔助繞組NA提供電源至控制器70的路徑斷開，此時，控制器70會進入脈衝模式(Burst mode)繼續工作，其工作電流約為1mA。當控制器70之電源電壓Vcc降低至過低電壓鎖定(UVLO)設定的截止點時，則控制器70的工作電流則停止動作，只剩第一啟動電流I1動作，此時第一啟動電流I1透過啟動電阻11、12對電容62充電，約500ms後控制器70之電源電壓Vcc達到過低電壓鎖定(UVLO)設定的導通點，控制器70再度進入脈衝模式(Burst mode)工作，同理，本發明之偵測電路80可再快速將控制器70之電源電壓Vcc快速拉低至過低電壓鎖定(UVLO)設定的截止點，如此，控制器70只有在極短時間工作於脈衝模式(Burst mode)，而大部分時間都只有第一啟動電流I1工作，如此可大大降低平均功率損耗。
請參閱第五圖，本發明之電源供應器之另一實施例之電路圖。如圖所示，本實施例與第一圖之實施例不同之處，在於本實施例之電源供應器更包含一備用電源供應器90。備用電源供應器90依據輔助繞組NA之輔助電壓，而調整電源供應器之一輸出電壓VOUT。即當電源供應器處於無載或輕載狀況下，輔助繞組NA之輔助電壓會下降，而關閉控制器70，而由備用電源供應器90提供電源電壓至負載，由於備用電源供應器90所消耗功率小於電源供應器的消耗功率。如此，在輕載或無載狀況下，而可達到降低功率消耗並增加效率的目的。
接上所述，備用電源供應器90包含一變壓器22、一輔助繞組23、一開關33，34、一二極體44，45，46，47、一電阻56，57、一電容63，64與一控制器71。變壓器22用於將一次側之直流電源透過感應轉換之方式，轉換至二次側及輔助繞組23以提供一第一輸出電壓VOUT1。輔助繞組23用於感測一次側之直流電源且輔助繞組23之電壓相關於二次側之電壓。開關33、34用於調整電源供應器之第一輸出電壓VOUT1。備用電源供應器90之控制器71用於產生第二控制訊號VCTRL2以透過控制開關34而控制電源供應器之第一輸出電壓VOUT1。
因此，增加備用電源供應器90後，將會一併調整如圖三之實施例的門檻訊號VLIMIT，使負載狀態由重載改變為輕載時，偵測電路80產生偵測訊號VDET以控制開關31而限制第二啟動訊號I2傳送至控制器70之電源端，以暫緩控制器70之運作。此時，電源供應器之輸出改由備用電源供應器90之輸出電壓VOUT1提供。此外，備用電源供應器90之輸出電壓VOUT1更可依據負載於輕載狀態的需求而做調整，以降低電源供應器之功率消耗。由於備用電源供應器90所消耗功率小於電源供應器的消耗功率，所以，本發明之可降低功率消耗的電源供應器於負載處於輕載或無載時，可降低電源供應器之基本功率消耗且適時的提供適當的輸出電壓VOUT1，以達到節能之功效。
除上述之兩種方式可達到降低電源供應器之功率消耗外，本發明之可降低功率消耗的電源供應器還有第三種方式可達到降低電源供應器之功率消耗。請參閱第六圖，係為本發明之電源供應器之又一實施例之電路圖。如圖所示，本實施例與上述之實施例不同之處，在於本實施例之可降低功率消耗的電源供應器於變壓器之二次側繞組NS設置偵測電路82，並偵測變壓器20之二次側繞組NS的一輸出訊號V1以產生一偵測訊號VDET而控制第二輸出電壓VOUT2，以達到減少電源供應器之功率消耗。
再者，本發明之電源供應器更包含一調整電路94。調整電路94耦接偵測電路92，調整電路94依據偵測訊號而控制電源供應器之輸出電壓VOUT2的大小。即調整電路94包含一電阻505、一控制開關35、一電阻506與一電阻507。電阻505之一端耦接電源供應器之輸出端，控制開關35之一端耦接電阻505之另一端，並受控於偵測訊號VDET，電阻506之一端耦接電源供應器之輸出端，電阻506之另一端耦接控制開關35，其中，控制開關35依據偵測訊號VDET而並聯電阻505與電阻506，以控制輸出電壓VOUT2的大小，即當電源供應器之負載狀態由重載改為輕載時，變壓器20之二次側繞組NS的輸出訊號V1，則會降低以符合負載量之需求，且當二次側繞組NS的輸出訊號V1下降至偵測電路82之門檻訊號VLIMIT以下後，偵測電路82即產生偵測訊號VDET並透過電阻503、504將電晶體35截止。而由於電晶體35的截止，電阻505與電阻506的連接狀態即由串聯改變為並聯，所以經由電阻505與電阻506的並聯，而使電源供應器之第二輸出電壓VOUT2即可降低所輸出的能源，而達到減少電源供應器之功率消耗。
其中，本實施例之偵測電路82包含一比較器(圖中未示)，該比較器依據一門檻訊號與變壓器20之二次側繞組NS之輸出電壓V1產生偵測訊號，以控制輸出電壓的大小，即當電源供應器之負載狀態由重載改為輕載時，二次側繞組NS的輸出訊號V1小於門檻訊號後，比較器即產生偵測訊號使電阻505與電阻506並聯，讓電源供應器之第二輸出電壓VOUT2即可降低所輸出的能源，而達到減少電源供應器之功率消耗。
再者，請一併參閱第七圖，係為本發明之電源供應器之偵測電路的電路圖。如圖所示，本發明電源供應器之另一實施例的偵測電路82包含一比較器820、一反相器821、一開關822、一開關823、一電流源824、一比較器825與一開關826。比較器820具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端。比較器820的第一輸入端接收二次側繞組NS的輸出訊號V1，比較器820的第二輸入端接收一第一門檻值VTH1，比較器820的輸出端耦接反相器821的一端，反相器821的另一端耦接開關822，比較器820依據第一門檻值VTH1與變壓器20之二次側繞組NS之輸出電壓V1產生偵測訊號VDET，以控制輸出電壓的大小，即當電源供應器之負載狀態由重載改為輕載時，二次側繞組NS的輸出訊號V1小於比較器820的第一門檻值VTH1後，比較器820即產生偵測訊號VDET使電阻505與電阻506並聯，讓電源供應器之第二輸出電壓VOUT2即可降低所輸出的能源，而達到減少電源供應器之功率消耗。
再者，開關823受控於比較器820，並開關823的一端耦接於接地端，開關823的另一端耦接電流源824，電流源824用以提供一電流，比較器825具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端。比較器825之第一輸入端接收電流源824所提供的電流，比較器825之另一端接收一第二門檻值VTH2，比較器825的輸出端耦接開關826，以控制開關826導通/截止。
另外，本實施例更包含一分壓器58。分壓器58包含電阻503與電阻504，其耦接偵測電路82，並分壓偵測訊號而產生一分壓訊號Vdiv，且傳送分壓訊號Vdiv至調整電路94。
請一併參閱第八圖，係為本發明之第六圖之電源供應器的波形圖。如圖所示，本實施例利用偵測電路82偵測二次側繞組NS的電壓V1，當電源供應器處於輕載或無載時，變壓器20之二次側繞組NS的電壓V1會降低，當二次側繞組NS的電壓V1降低至偵測電路82內定的門檻訊號VLIMIT時，則驅使電阻505並聯電阻506而降低電源供應器之第二輸出電壓VOUT2，以達到減少電源供應器之功率消耗。
綜上所述，本發明之可降低功率消耗之電源供應器，其由一變壓器、一控制器及一偵測電路用於降低電源供應器之功率消耗。變壓器具有一一次側繞組、一二次側繞組與一輔助繞組，並從一次側繞組轉移能量至二次側繞組與輔助繞組，且輔助繞組之一輔助電壓相關於二次側繞組之一輸出電壓。控制器用以產生一切換訊號，以切換變壓器。偵測電路耦接輔助繞組，並偵測輔助繞組之輔助電壓，而產生一偵測訊號以控制控制器之一電源。如此，本發明藉由偵測電路偵測輔助繞組之電壓的變化，而控制控制器之電源以降低不需要的功率消耗。
故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈鈞局早日賜准專利，至感為禱。
惟以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
請參閱第三圖，其為本發明之電源供應器之一實施例之電路圖。如圖所示，本發明之可控制輸出電壓之電源供應器是用於降低電源供應器之功率消耗。本發明之電源供應器包含一電源電路10、一變壓器20、一切換開關30、一控制器70、一偵測電路80。電源電路10用以轉換一交流電源AC為一直流電源DC，當電源供應器接收市電(即交流電源AC)後即會透過電源電路10將市電濾除雜訊及經由整流電路將市電整流，以提供穩定的直流電源DC至變壓器20與控制器70。其中電源電路10提供一第一啟動訊號I1至控制器70，此外，電源電路10為現有技術故在此僅做簡單陳述。
變壓器20具有一一次側繞組NP、一二次側繞組NS與一輔助繞組NA，變壓器20接收直流電源DC，並將一次側繞組Np的能量轉移至二次側繞組NS與輔助繞組NA，而於二次側繞組NS上產生一輸出電壓，並於輔助繞組NA上產生一輔助電壓，其中輔助繞組NA之輔助電壓相關於二次側繞組NS之輸出電壓，輔助繞組NA之輔助電壓與二次側繞組NS之輸出電壓之間成比例關係。切換開關30耦接變壓器20，以切換變壓器20，控制器70用以產生一切換訊號SCTRL，並傳送切換訊號SCTRL至切換開關30，而控制切換開關30導通或截止，使切換開關30可以切換變壓器20，即變壓器20之一次側繞組NP儲能完成後控制器70會把開關30截止使變壓器20儲存於一次側繞組NP的能源透過感應的方式轉移至二次側繞組NS與輔助側繞組NA，以將一次側繞組NP的能源供負載運用。偵測電路80耦接變壓器20之輔助繞組NA，偵測電路80用以偵測輔助繞組NA之輔助電壓，而產生一偵測訊號VDET，以控制控制器70之電源。由於輔助繞組NA之輔助電壓相關於二次側繞組NS之輸出電壓，所以，本發明可藉由偵測電路80偵測輔助電壓即可得知輸出電壓的大小，進而得知電源供應器是處於重載、輕載或無載，當偵測電路80偵測輔助電壓而得知電源供應器是處於輕載或無載，則可產生偵測訊號以控制控制器70之電源，以降低電源供應器之功率消耗。
如第三圖所示，由於控制器70的電源是由電源電路10之直流電源DC以及輔助繞組NA之輔助電壓所提供，並在無負載的狀況下，控制器70會進入脈衝模式(Burst mode)，而降低工作頻率以達到降低功率損耗，但輔助線圈NA仍然有電流迴路而會增加功率損耗，即當電源供應器之負載由輕載改變為無載時，控制器70即依據負載的變化由輕載改變為無載而產生切換訊號SCTRL以控制切換開關30，使電源供應器停止輸出電壓的輸出VOUT並處於待機狀態，且達到保護電源供應器之功效。而一般的電源供應器於待機狀態時控制器70之電源端VCC1會持續接收第一啟動訊號I1與一第二啟動訊號I2，所以一般的電源供應器在無載時會持續消耗電源電路10提供的第一啟動訊號I1與輔助繞組NA提供的第二啟動訊號I2，以供負載由無載轉變為輕載或重載時而再次啟動電源供應器之輸出電壓VOUT的輸出，以提供負載所需之能源，如此會增加功率消耗。
為解決上述之電源供應器耗電的問題，本發明之電源供應器更包含一控制開關31。控制開關31耦接於控制器70與輔助繞組NA之間，並依據偵測訊號而導通或截止，以控制控制器70之電源。即控制開關31耦接於於控制器70與輔助繞組NA之間，並受控於偵測電路80，當偵測電路80藉由偵測輔助電壓的大小而得知電源供應器處於無載狀況時，則截止控制開關31而斷開輔助繞組NA與控制器70之間的供電路徑，停止變壓器20之輔助繞組NA的輔助電壓供電於控制器70，以達到降低電源供應器之功率消耗的目的。
此外，本發明之電源供應器更包含一二極體41，42、一電阻50，51，52，53與一電容61。二極體41並聯於切換開關30，以避免逆向訊號損毀切換開關30。電阻50之一端耦接切換開關30與二極體42，並且電阻50之另一端耦接於接地端。二極體42串聯於電阻51，並接收輔助繞組NA上的輔助電壓，而產生第二啟動訊號I2，以供控制器70之電源端VCC1使用。電阻52之一端耦接控制開關31，而電阻52之另一端耦接二極體42，電容61之一端耦接二極體42、控制開關31與電阻52，電容61之另一端耦接於接地端。電阻53耦接於控制開關31與偵測電路80之間。
再者，本發明之電源供應器更包含一分壓電路59。分壓電路59耦接於變壓器20之輔助繞組NA，而分壓輔助繞組NA之輔助電壓產生一分壓訊號VDIV，並輸出分壓訊號VDIV至偵測電路80，以供偵測電路80偵測輔助電壓。其中，分壓電路59包含一電阻54與一電阻55。電阻54與電阻55用於依據輔助繞組NA之輔助電壓的變化而產生分壓訊號VDIV，以提供偵測電路80控制控制器70之電源。所以當電源供應器處於待機時，分壓電路59會依據輔助繞組NA之輔助電壓而產生分壓訊號VDIV，並傳送分壓訊號VDIV至偵測電路80之輸入端IN，以供偵測電路80產生偵測訊號VDET，以控制控制開關31導通或截止，而控制控制器70的電源。
承上所述，偵測電路80包含一比較器81與一電晶體32。比較器81具有一第一輸出端、一第二輸入端與一輸出端。比較器81之第一輸入端IN接收分壓訊號VDIV，比較器81之第二輸入端接收門檻訊號VLIMIT，比較器81依據分壓訊號VDIV及門檻訊號VLIMIT產生一第一控制訊號VCTRL1，以控制電晶體32導通或截止。於此電晶體32為一開關且當電晶體32依據第一控制訊號VCTRL1導通時，偵測電路80產生偵測訊號VDET以截止控制開關31。如此，第二電源訊號I2將無法傳送至控制器70，以達到降低電源供應器之功率消耗的目的。
所以，本發明之可降低功率消耗的電源供應器適時地依據輔助繞組NA而停止產生並傳送第二電源訊號I2至控制器70之電源端VCC1，以降低電源供應器處於待機狀態時的基本功率消耗而達到節能及環保的功效。然而，當負載狀態由無載改變為輕載或重載後，控制器70即依據負載狀態而改變電源供應器之輸出電壓VOUT的輸出，此時，偵測電路80即開始偵測到輔助繞組NA之輔助電壓的變化，且偵測電路80會依據輔助繞組NA之輔助電壓的變化產生偵測訊號VDET，以導通控制開關31而使第二電源訊號傳I2送至控制器70之電源端VCC1，使控制器70即可正常供應負載所需之電源。
請一併參閱第四圖，係為本發明之第三圖之電源供應器的波形圖。如圖所示，當負載移除(無載)時，偵測電路80偵測輔助繞組NA上的輔助電壓變化，而控制控制開關31將輔助繞組NA提供電源至控制器70的路徑斷開，此時，控制器70會進入脈衝模式(Burst mode)繼續工作，其工作電流約為1mA。當控制器70之電源電壓Vcc降低至過低電壓鎖定(UVLO)設定的截止點時，則控制器70的工作電流則停止動作，只剩第一啟動電流I1動作，此時第一啟動電流I1透過啟動電阻11、12對電容62充電，約500ms後控制器70之電源電壓Vcc達到過低電壓鎖定(UVLO)設定的導通點，控制器70再度進入脈衝模式(Burst mode)工作，同理，本發明之偵測電路80可再快速將控制器70之電源電壓Vcc快速拉低至過低電壓鎖定(UVLO)設定的截止點，如此，控制器70只有在極短時間工作於脈衝模式(Burst mode)，而大部分時間都只有第一啟動電流I1工作，如此可大大降低平均功率損耗。
請參閱第五圖，本發明之電源供應器之另一實施例之電路圖。如圖所示，本實施例與第一圖之實施例不同之處，在於本實施例之電源供應器更包含一備用電源供應器90。備用電源供應器90依據輔助繞組NA之輔助電壓，而調整電源供應器之一輸出電壓VOUT。即當電源供應器處於無載或輕載狀況下，輔助繞組NA之輔助電壓會下降，而關閉控制器70，而由備用電源供應器90提供電源電壓至負載，由於備用電源供應器90所消耗功率小於電源供應器的消耗功率。如此，在輕載或無載狀況下，而可達到降低功率消耗並增加效率的目的。
接上所述，備用電源供應器90包含一變壓器22、一輔助繞組23、一開關33，34、一二極體44，45，46，47、一電阻56，57、一電容63，64與一控制器71。變壓器22用於將一次側之直流電源透過感應轉換之方式，轉換至二次側及輔助繞組23以提供一第一輸出電壓VOUT1。輔助繞組23用於感測一次側之直流電源且輔助繞組23之電壓相關於二次側之電壓。開關33、34用於調整電源供應器之第一輸出電壓VOUT1。備用電源供應器90之控制器71用於產生第二控制訊號VCTRL2以透過控制開關34而控制電源供應器之第一輸出電壓VOUT1。
因此，增加備用電源供應器90後，將會一併調整如圖三之實施例的門檻訊號VLIMIT，使負載狀態由重載改變為輕載時，偵測電路80產生偵測訊號VDET以控制開關31而限制第二啟動訊號I2傳送至控制器70之電源端，以暫緩控制器70之運作。此時，電源供應器之輸出改由備用電源供應器90之輸出電壓VOUT1提供。此外，備用電源供應器90之輸出電壓VOUT1更可依據負載於輕載狀態的需求而做調整，以降低電源供應器之功率消耗。由於備用電源供應器90所消耗功率小於電源供應器的消耗功率，所以，本發明之可降低功率消耗的電源供應器於負載處於輕載或無載時，可降低電源供應器之基本功率消耗且適時的提供適當的輸出電壓VOUT1，以達到節能之功效。
除上述之兩種方式可達到降低電源供應器之功率消耗外，本發明之可降低功率消耗的電源供應器還有第三種方式可達到降低電源供應器之功率消耗。請參閱第六圖，係為本發明之電源供應器之又一實施例之電路圖。如圖所示，本實施例與上述之實施例不同之處，在於本實施例之可降低功率消耗的電源供應器於變壓器之二次側繞組NS設置偵測電路82，並偵測變壓器20之二次側繞組NS的一輸出訊號V1以產生一偵測訊號VDET而控制第二輸出電壓VOUT2，以達到減少電源供應器之功率消耗。
再者，本發明之電源供應器更包含一調整電路94。調整電路94耦接偵測電路92，調整電路94依據偵測訊號而控制電源供應器之輸出電壓VOUT2的大小。即調整電路94包含一電阻505、一控制開關35、一電阻506與一電阻507。電阻505之一端耦接電源供應器之輸出端，控制開關35之一端耦接電阻505之另一端，並受控於偵測訊號VDET，電阻506之一端耦接電源供應器之輸出端，電阻506之另一端耦接控制開關35，其中，控制開關35依據偵測訊號VDET而並聯電阻505與電阻506，以控制輸出電壓VOUT2的大小，即當電源供應器之負載狀態由重載改為輕載時，變壓器20之二次側繞組NS的輸出訊號V1，則會降低以符合負載量之需求，且當二次側繞組NS的輸出訊號V1下降至偵測電路82之門檻訊號VLIMIT以下後，偵測電路82即產生偵測訊號VDET並透過電阻503、504將電晶體35截止。而由於電晶體35的截止，電阻505與電阻506的連接狀態即由串聯改變為並聯，所以經由電阻505與電阻506的並聯，而使電源供應器之第二輸出電壓VOUT2即可降低所輸出的能源，而達到減少電源供應器之功率消耗。
其中，本實施例之偵測電路82包含一比較器(圖中未示)，該比較器依據一門檻訊號與變壓器20之二次側繞組NS之輸出電壓V1產生偵測訊號，以控制輸出電壓的大小，即當電源供應器之負載狀態由重載改為輕載時，二次側繞組NS的輸出訊號V1小於門檻訊號後，比較器即產生偵測訊號使電阻505與電阻506並聯，讓電源供應器之第二輸出電壓VOUT2即可降低所輸出的能源，而達到減少電源供應器之功率消耗。
再者，請一併參閱第七圖，係為本發明之電源供應器之偵測電路的電路圖。如圖所示，本發明電源供應器之另一實施例的偵測電路82包含一比較器820、一反相器821、一開關822、一開關823、一電流源824、一比較器825與一開關826。比較器820具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端。比較器820的第一輸入端接收二次側繞組NS的輸出訊號V1，比較器820的第二輸入端接收一第一門檻值VTH1，比較器820的輸出端耦接反相器821的一端，反相器821的另一端耦接開關822，比較器820依據第一門檻值VTH1與變壓器20之二次側繞組NS之輸出電壓V1產生偵測訊號VDET，以控制輸出電壓的大小，即當電源供應器之負載狀態由重載改為輕載時，二次側繞組NS的輸出訊號V1小於比較器820的第一門檻值VTH1後，比較器820即產生偵測訊號VDET使電阻505與電阻506並聯，讓電源供應器之第二輸出電壓VOUT2即可降低所輸出的能源，而達到減少電源供應器之功率消耗。
再者，開關823受控於比較器820，並開關823的一端耦接於接地端，開關823的另一端耦接電流源824，電流源824用以提供一電流，比較器825具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端。比較器825之第一輸入端接收電流源824所提供的電流，比較器825之另一端接收一第二門檻值VTH2，比較器825的輸出端耦接開關826，以控制開關826導通/截止。
另外，本實施例更包含一分壓器58。分壓器58包含電阻503與電阻504，其耦接偵測電路82，並分壓偵測訊號而產生一分壓訊號Vdiv，且傳送分壓訊號Vdiv至調整電路94。
請一併參閱第八圖，係為本發明之第六圖之電源供應器的波形圖。如圖所示，本實施例利用偵測電路82偵測二次側繞組NS的電壓V1，當電源供應器處於輕載或無載時，變壓器20之二次側繞組NS的電壓V1會降低，當二次側繞組NS的電壓V1降低至偵測電路82內定的門檻訊號VLIMIT時，則驅使電阻505並聯電阻506而降低電源供應器之第二輸出電壓VOUT2，以達到減少電源供應器之功率消耗。
綜上所述，本發明之可降低功率消耗之電源供應器，其由一變壓器、一控制器及一偵測電路用於降低電源供應器之功率消耗。變壓器具有一一次側繞組、一二次側繞組與一輔助繞組，並從一次側繞組轉移能量至二次側繞組與輔助繞組，且輔助繞組之一輔助電壓相關於二次側繞組之一輸出電壓。控制器用以產生一切換訊號，以切換變壓器。偵測電路耦接輔助繞組，並偵測輔助繞組之輔助電壓，而產生一偵測訊號以控制控制器之一電源。如此，本發明藉由偵測電路偵測輔助繞組之電壓的變化，而控制控制器之電源以降低不需要的功率消耗。
故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈鈞局早日賜准專利，至感為禱。
惟以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
10．．．電源電路
11．．．電阻
12．．．電阻
20．．．變壓器
22．．．變壓器
23．．．輔助繞組
30．．．開關
31．．．開關
32．．．電晶體
33．．．開關
34．．．開關
35．．．電晶體
41．．．二極體
42．．．二極體
44．．．二極體
45．．．二極體
46．．．二極體
47．．．二極體
51．．．電阻
501．．．電阻
502．．．電阻
503．．．電阻
504．．．電阻
505．．．電阻
506．．．電阻
507．．．電阻
52．．．電阻
53．．．電阻
54．．．電阻
55．．．電阻
56．．．電阻
57．．．電阻
58．．．分壓器
59．．．分壓電路
61．．．電容
62．．．電容
63．．．電容
64．．．電容
70．．．控制器
71．．．控制器
72．．．變壓器
80．．．偵測電路
81．．．比較器
82．．．偵測電路
820．．．比較器
821．．．反相器
822．．．開關
823．．．開關
824．．．電流源
825．．．比較器
826．．．開關
90．．．調整電路
94．．．調整電路
I1．．．第一啟動訊號
I2．．．第二啟動訊號
IN．．．輸入端
SCTRL．．．切換訊號
V1．．．輸出訊號
VCC1．．．電源端
VCTRL1．．．第一控制訊號
VCTRL2．．．第二控制訊號
VDET．．．偵測訊號
VDIV．．．分壓訊號
VLIMIT．．．門檻訊號
VOUT．．．輸出電壓
VOUT1．．．第一輸出電壓
VOUT2．．．第二輸出電壓
GND．．．接地端
第一圖為習知技術之電源供應器之波形圖；
第二圖為習知技術之電源供應器之二次側狀態的波形圖；
第三圖為本發明之電源供應器之一實施例之電路圖；
第四圖為本發明之第三圖之電源供應器的波形圖；
第五圖為本發明之電源供應器之另一實施例之電路圖；
第六圖為本發明之電源供應器之又一實施例之電路圖；
第七圖為本發明之電源供應器之偵測電路的電路圖；以及
第八圖為本發明之第六圖之電源供應器的波形圖。
第二圖為習知技術之電源供應器之二次側狀態的波形圖；
第三圖為本發明之電源供應器之一實施例之電路圖；
第四圖為本發明之第三圖之電源供應器的波形圖；
第五圖為本發明之電源供應器之另一實施例之電路圖；
第六圖為本發明之電源供應器之又一實施例之電路圖；
第七圖為本發明之電源供應器之偵測電路的電路圖；以及
第八圖為本發明之第六圖之電源供應器的波形圖。
10．．．電源電路
11．．．電阻
12．．．電阻
20．．．變壓器
30．．．開關
31．．．開關
32．．．電晶體
40．．．二極體
41．．．二極體
42．．．二極體
50．．．電阻
51．．．電阻
52．．．電阻
53．．．電阻
54．．．電阻
55．．．電阻
60．．．電容
61．．．電容
62．．．電容
70．．．控制器
80．．．偵測電路
GND．．．接地端
I1．．．第一啟動訊號
I2．．．第二啟動訊號
IN．．．輸入端
SCTRL．．．第一切換訊號
VCC．．．輸入電源
VCC1．．．電源端
VCC2．．．電源端
VCTRL1．．．第一控制訊號
VDET．．．偵測訊號
VDIV．．．分壓訊號
VLIMIT．．．門檻訊號
VSENCE．．．感測輸出電壓端
Claims (10)
- 一種電源供應器，其包含：
一變壓器，具有一一次側繞組、一二次側繞組與一輔助繞組，並從該一次側繞組轉移能量至該二次側繞組與該輔助繞組，且該輔助繞組之一輔助電壓相關於該二次側繞組之一輸出電壓；
一控制器，用以產生一切換訊號，以切換該變壓器；以及
一偵測電路，耦接該輔助繞組，並偵測該輔助繞組之該輔助電壓，產生一偵測訊號，以控制該控制器之一電源。 - 如申請專利範圍第1項所述之電源供應器，其更包含：
一控制開關，耦接於該控制器與輔助繞組之間，並依據該偵測訊號而導通或截止，以控制該控制器之該電源。 - 如專利申請範圍第1項所述之電源供應器，其中該偵測電路包含：
一比較器，依據一門檻訊號與該該輔助繞組之該電壓產生該偵測訊號，以控制該控制器之該電源。 - 如申請專利範圍第1項所述之電源供應器，其更包含：
一分壓電路，分壓該輔助繞組之該輔助電壓產生並輸出一分壓訊號至該偵測電路，以供該偵測電路偵測該輔助電壓。 - 如申請專利範圍第1項所述之電源供應器，其耦接一備用電源供應器，該備用電源供應器依據該輔助繞組之該輔助電壓，而調整該電源供應器之一輸出電壓。
- 一種電源供應器，其包含：
一變壓器，具有一一次側繞組與一二次側繞組，並從該一次側繞組轉移能量至該二次側繞組，以產生一輸出電壓；以及
一偵測電路，耦接該二次側繞組，並偵測該二次側繞組之一輸出電壓，產生一偵測訊號，以控制該輸出電壓。 - 如申請專利範圍第6項所述之電源供應器，其更包含：
一調整電路，耦接該偵測電路，並依據該偵測訊號而控制該輸出電壓的大小。 - 如申請專利範圍第7項所述之電源供應器，其中該調整電路包含：
一第一電阻，其一端耦接該電源供應器之一輸出端；
一控制開關，其一端耦接該第一電阻之另一端，並受控於該偵測訊號；以及
一第二電阻，其一端耦接該電源供應器之該輸出端，該第二電阻之另一端耦接該控制開關；
其中，該控制開關依據該偵測訊號而並聯該第一電阻與該第二電阻，以控制該輸出電壓的大小。 - 如專利申請範圍第7項所述之電源供應器，其更包含：
一分壓器，耦接該偵測電路，並分壓該偵測訊號而產生一分壓訊號，且傳送該分壓訊號至該調整電路。 - 如專利申請範圍第6項所述之電源供應器，其中該偵測電路包含：
一比較器，依據一門檻訊號與該二次側繞組之該輸出電壓產生該偵測訊號，以控制該輸出電壓。
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|---|---|---|---|
| TW101102158A TW201332265A (zh) | 2012-01-19 | 2012-01-19 | 可降低功率消耗之電源供應器 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW101102158A TW201332265A (zh) | 2012-01-19 | 2012-01-19 | 可降低功率消耗之電源供應器 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family Applications (1)
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| TW101102158A TW201332265A (zh) | 2012-01-19 | 2012-01-19 | 可降低功率消耗之電源供應器 |
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|---|---|
| TW (1) | TW201332265A (zh) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN109067208A (zh) * | 2018-09-03 | 2018-12-21 | 杭州乐充电子有限公司 | 一种供电电源***及供电电源的控制方法 |
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-
2012
- 2012-01-19 TW TW101102158A patent/TW201332265A/zh unknown
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| US10840696B2 (en) | 2019-01-14 | 2020-11-17 | Kollmorgen Corporation | Method and apparatus for limiting the output voltages of switch mode power supplies |
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| TWI465018B (zh) | 2014-12-11 |
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