TWM485439U - 電源供應系統及其線性控制模組 - Google Patents

Description

電源供應系統及其線性控制模組

本新型是關於電源供應系統，且特別是具有低待機功耗的電源供應系統。

配合參閱第一圖，爲習知之開關控制電路之電路圖。開關控制電路1電連接於一直流電源VDC及一開關元件10之間，開關控制電路1用以控制開關元件10的開啟或關閉，進而決定直流電源VDC是否導通至一電子系統PS。其中，電子系統PS通過輸出電阻器Ro1及Ro2電連接於開關元件10的汲極，定義電子系統PS與輸出電阻器Ro1及Ro2連接的端點為電源輸出端Vo1及Vo2。

開關控制電路1包含一感應電阻器RS、一控制開關Q、一電阻器R及一電容器C。感應電阻器RS的一端點電連接於直流電源VDC及開關元件10的源極，感應電阻器RS的另一端點電連接於控制開關Q的汲極及開關元件10的閘極。控制開關Q的源極電連接於地端，控制開關Q的閘極電連接於一控制信號輸出端Sin。電阻器R與電容器C之一端點電連接於控制開關Q的閘極，電阻器R及電容器C的另一端點則電連接於地端，申言之，電阻器R及電容器C呈並聯連接，用以濾除控制信號輸出端Sin輸出之信號的雜訊。

當電源轉換系統PS啟動的瞬間，控制信號輸出端Sin送出一控制信號至控制開關Q，以驅使控制開關Q導通。在同一時間，開關元件10也會導通，申言之，在開關控制電路1接收到控制信號時，控制開關Q及開關元件10幾乎在同一時間內導通，然而，這卻使得直流電源VDC的電壓瞬間驟降，如第二圖所示。

本新型揭示內容之一技術態樣在於提供一種線性控制模組，所述線性控制模組電連接於一用以供應直流電源的電源供應裝置，用以解決電連接於電源供應裝置的電子系統在啟動瞬間，直流電源產生驟降的問題。

本技術態樣於一實施方式中，提供一種線性控制模組，電連接於一電源供應裝置，電源供應裝置包含一交/直流電源轉換模組、一開關元件、一控制信號輸出端、一主電源輸出端及一待機電源輸出端，交/直流電源轉換模組具有一電力輸出端，開關元件電連接於交/直流電源轉換模組之電力輸出端及主電源輸出端，待機電源輸出端電連接於交/直流電源轉換模組之電力輸出端。線性控制模組包含一控制開關、一第一電阻器、一電容器及一第二電阻器，控制開關電連接於控制信號輸出端；第一電阻器電連接於控制開關；電容器電連接於交/直流電源轉換模組之電力輸出端及第一電阻器；第二電阻器電連接於交/直流轉換模組之電力輸出端、開關元件、第一電阻器及電容器。

藉此，可以使開關元件線性地導通，避免電源供應裝置在一連接於其上之電子系統啟動的瞬間，電力輸出端輸出的電壓值發生驟降。

在本技術態樣的其他實施方式中，線性控制模組更包含一放電電路，電連接於交/直流轉換模組之電力輸出端、控制信號輸出端、電容器、第一電阻器及第二電阻器。放電電路包含一切換元件及一第三電阻器，切換元件電連接於交/直流轉換模組之電力輸出端及該信號輸出端，第三電阻器電連接於切換元件、第一電阻器、電容器及第二電阻器。切換元件可例如是金屬氧化物半導體場效電晶體。放電電路可以提供電容器加速電容器的放電時間，避免電子系統在短時間內重複啟動時，電力輸出端輸出的電壓發生驟降的問題。

在本技術態樣的另一實施方式中，線性控制模組更包含一保護開關，電連接於交/直流轉換模組之電力輸出端、切換元件及電容器；保護開關可例如為二極體。保護開關係讓電容器於電子系統發生短路時，仍然可以進行放電動作，故當電子系統的短路問題排除並再次啟動時，電路輸出端輸出的電壓不會產生驟降的問題。

本新型揭示內容之另一技術態樣在於提供一種電源供應系統，所述電源供應系統提供電力予一電子系統，所述電源供應系統可以避免電子系統在啟動瞬間，其電力輸出端輸出的電壓產生驟降的問題。

本技術態樣於一實施方式中，提供一種 電源供應系統，電連接於一交流電源供應器及一電子系統，電源供應系統包含:一交/直流轉換模組、一開關元件、一電源管理器、一控制器、一主電源輸出端、一待機電源輸出端及一線性控制模組。交/直流轉換模組電連接於交流電源供應器，交/直流轉換模組包含一電力輸出端；開關元件電連接於電力輸出端；電源管理器電連接於電子系統及開關元件，電源管理器包含一控制信號輸出端；控制器電連接於電源管理器及交/直流轉換模組；主電源輸出端電連接於開關元件及電子系統；待機電源輸出端電連接於電力輸出端及電子系統。線性控制模組包含一控制開關、一第一電阻器、一電容器及一第二電阻器，控制開關電連接於控制信號輸出端；第一電阻器電連接於控制開關；電容器電連接於交/直流轉換模組之電力輸出端及第一電阻器；第二電阻器電連接於交/直流轉換模組之電力輸出端、開關元件、第一電阻器及該電容器。

藉此，可以使開關元件線性地導通，避免電源供應裝置在電子系統啟動的瞬間，電力輸出端輸出的電壓值發生驟降。

在本技術態樣的其他實施方式中，線性控制模組更包含一放電電路，電連接於交/直流轉換模組之信號輸出端、控制信號輸出端、電容器、第一電阻器及第二電阻器。放電電路包含一切換元件及一第三電阻器，切換元件電連接於交/直流轉換模組之電力輸出端及信號輸出端，切換元件可例如為金屬氧化物半導體場效電晶體。第三電阻器電連接於切換元件、第一電阻器、電容器及第二電阻器。放電電路可以提供電容器加速電容器的放電時間，避免電子系統在短時間內重複啟動時，電力輸出端輸出的電壓發生驟降的問題。

在本技術態樣的另一實施方式中，線性控制模組更包含一保護開關，電連接於交/直流轉換模組之電力輸出端、切換元件及電容器；保護開關可例如為二極體。保護開關係讓電容器於電子系統發生短路時，仍然可以進行放電動作，故當電子系統的短路問題排除並再次啟動時，電路輸出端輸出的電壓不會產生驟降的問題。

另外，電源供應系統更包含一隔離單元，位於電源管理器及控制器，並電連接於電源管理器及控制器。交/直流轉換模組包含一電磁干擾濾波器、一整流器及一直流/直流電源轉換器，電磁干擾濾波器電連接於交流電源供應器；整流器電連接於電磁干擾濾波器；直流/直流電源轉換器電連接於整流器，直流/直流電源轉換器包含電力輸出端。

1‧‧‧開關控制電路

3‧‧‧電源供應系統

5‧‧‧電源供應裝置

50‧‧‧交/直流電源轉換模組

500‧‧‧電磁干擾濾波器

502‧‧‧整流器

503‧‧‧功率因素校正電路

504‧‧‧電源轉換器

506‧‧‧電源管理器

52‧‧‧控制器

54‧‧‧開關元件

56‧‧‧電源管理器

58‧‧‧隔離單元

60‧‧‧第二隔離開關

62‧‧‧第三隔離開關

7、7a‧‧‧線性控制模組

70‧‧‧放電電路

ACP‧‧‧電源供應裝置

C、C1‧‧‧電容器

D‧‧‧保護開關

PS‧‧‧電子系統

Q、Q1‧‧‧控制開關

R‧‧‧電阻器

Ro1、Ro2‧‧‧主電源輸出電阻器

Ro3‧‧‧待機電源輸出電阻器

R1‧‧‧第一電阻器

RS‧‧‧第二電阻器

R3‧‧‧第三電阻器

VDC‧‧‧直流電源

Vdc‧‧‧電力輸出端

Vo1、Vo2‧‧‧電源輸出端

V1、V2‧‧‧主電源輸出端

Vsb‧‧‧待機電源輸出端

第一圖繪示習知之電源供應系統之電路方塊圖。

第二圖為對應第一圖之直流電源及電源輸出端之電壓之波形圖。

第三圖繪示本揭示內容之電源供應系統之電路方塊圖。

第四圖繪示本揭示內容第一實施方式之線性控制模組之電路圖。

第五圖繪示本揭示內容第二實施方式之線性控制模組之電路圖。

第六圖對應第四圖及第五圖所示之電力輸出端及主電源輸出端輸出之電壓的波形圖。

第七圖繪示開關元件的線性控制信號。

請參考隨附圖示，本新型揭示內容之以上及額外目的、特徵及優點將透過本揭示內容之較佳實施例之以下闡釋性及非限制性詳細描敘予以更好地理解。

配合參閱第三圖，其係本揭示內容之電源供應系統之電路方塊圖。電源供應系統3包含一電源供應裝置5及一線性控制模組7。線性控制模組7用以控制電源供應裝置5之一開關元件54的工作狀態。

電源供應裝置5電連接於一交流電源供應器ACP及一電子系統PS之間，用以接收交流電源供應器ACP輸出的交流電力，並將交流電力進行電能轉換後傳遞至電子系統PS。

電源供應裝置5包含一交/直流電源轉換模組50、一控制器52、開關元件54、一電源管理器56、一隔離模組58、複數主電源輸出電阻器Ro1及Ro2、至少一主電源輸出端，一待機電源輸出電阻器Ro3及一待機電源輸出端Vsb。在本實施方式中，電源供應裝置5以包含兩個主電源輸出端V1及V2作為說明範例。

交/直流電源轉換模組50包含一電磁干擾濾波器500、一整流器502及一電源轉換器504。電磁干擾濾波器500電連接於交流電源供應器ACP，整流器502電連接於電磁干擾濾波器500及控制器52，電源轉換器504電連接於整流器502及控制器52。電磁干擾濾波器500接收交流電源供應器ACP輸出的交流電力，並濾除存在於交流電力中的電磁干擾成份。整流器502係將通過電磁干擾濾波器500並經濾除電磁干擾成份的交流電力轉換為直流電力，整流器502可以包含一功率因素校正（power factor correction）電路503，用以降低輸出電流量。

電源轉換器504為直流/直流電源轉換器504，電源轉換器504接收通過整流器502的直流電力，並依據控制器52的控制而改變電力輸出端Vdc輸出之電力的電壓值，例如提升電力輸出端Vdc輸出之電力的電壓值（升壓）或降低電力輸出端Vdc輸出的電壓值（降壓）。電源轉換器504可例如（但不限定）是LLC諧振式電源轉換器、雙重順向式電源轉換器（Dual Forward Converter）或單一順向式電源轉換器（Single Forward Converter）。

開關元件54電連接於交/直流電源轉換模組50的電力輸出端Vdc。主電源輸出電阻器Ro1及Ro2分別電連接於開關元件54及主電源輸出端V1及V2，主電源輸出端V1及V2電連接於電子系統PS，待機電源輸出電阻器Ro3電連接於交/直流電源轉換器模組50的電力輸出端Vdc及待機電源輸出端Vsb。

另外，要說明的是：本創作的電源供應系統3並非僅可以包含兩個主電源輸出端V1及V2，在實際實施時，使用者可以依照實際需求增加主電源輸出端的數量，同時，也必須對應增加連接於主電源輸出端之主電源輸出電阻器的數量。

在本實施方式中，待機電源輸出端Vsb輸出之電力的電壓準位可以相同於主電源輸出端V1及V2輸出之電力電壓準位，或者待機電源輸出端Vsb輸出之電力的電壓準位可以不相同於主電源輸出端V1及V2輸出之電力電壓準位。當待機電源輸出端Vsb輸出之電力的電壓準位不相同於主電源輸出端V1及V2輸出之電力電壓準位時，可以在交/直流電源轉換模組50與待機電源輸出電阻器Ro3之間係設置一升壓電路或降壓電路，以提升或降低待機電源輸出端Vsb輸出之電力的電壓位準。

電源管理器56電連接於交/直流電源轉換模組50、電子系統PS及隔離模組58。電源管理器56包含一信號輸出端PG、一信號輸入端PS_on及一控制信號輸出端Sin，信號輸出端PG及信號輸入端PS_on分別電連接於電子系統PS，控制信號輸出端Sin電連接於線性控制模組7。信號輸出端PG用以將電源管理器56輸出的信號傳遞至電子系統PS，信號輸入端PS_on用以接收電子系統PS發出的信號。

線性控制模組7電連接於開關元件54及電源管理器56。線性控制模組7係接收電源管理器56之控制信號輸出端Sin輸出之一控制信號，並依據控制信號以選擇關閉或開啟開關元件54，進而切斷或導通由主電源輸出端V1及V2輸出至電子系統PS的電力。

隔離模組58電連接於電源管理器56及控制器52，用以隔離地將電源管理器56發出的信號傳遞至控制器52，此外，隔離模組也可以隔離地將控制器52發出的信號傳遞至電源管理器56。

在實際操作時，當開關元件54關閉時，則由交/直流電源轉換模組50之電力輸出端Vdc輸出的直流電力無法通過主電源輸出端V1及V2傳遞至電子系統PS；反之，當開關元件54開啟時，交/直流電源轉換模組50之電力輸出端Vdc輸出的直流電力可以通過主電源輸出端V1及V2傳遞至電子系統PS。另外，不論開關元件54是開啟或關閉，待機電源輸出端Vsb都會輸出電力至電子系統PS。

配合參閱第四圖，為本揭示內容第一實施方式之線性控制模組之電路圖。為了方便說明，第四圖同時繪示出開關元件54、主電源輸出電阻器Ro1及Ro2、主電源輸出端V1及V2、待機電源輸出端Vsb及待機電源輸出電阻器Ro3。同時，第四圖也繪示出交/直流轉換模組50的電力輸出端Vdc，以及電源管理器56的控制信號輸出端Sin。在本實施方式中，開關元件54以P型金屬氧化物半導體場效電晶體 (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET) 作為說明範例，實際實施時則不以此為限。

線性控制模組7包含一控制開關Q1、一第一電阻器R1、一電容器C1及一第二電阻器RS，控制開關Q1電連接於控制信號輸出端Sin，第一電阻器R1電連接於控制開關Q1，電容器C1電連接於交/直流轉換模組50的電力輸出端Vdc及開關元件54，第二電阻器RS電連接於電容器C1、第一電阻器R1及開關元件54，且並聯於電容器C1。

在本實施方式中，控制開關Q1為N型金屬氧化物半導體場效電晶體，且控制開關Q1的閘級電連接於控制信號輸出端Sin，控制開關Q1的汲極電連接於第一電阻器R1，控制開關Q1的源極電連接於地端。實際實施時，控制開關Q1也可以是其他具有切換功能的電子元件。

同時配合參閱第三圖及第四圖，當電子系統PS啟動時，電源管理器56的信號輸入端PS_On會接收到電子系統PS送出的啟動信號。之後，電源管理器56的控制信號輸出端Sin送出一控制信號至線性控制模組7的控制開關Q1，以驅使控制開關Q1導通。當控制開關Q1導通，電容器C1開始充電，則開關元件54閘極與源極之間的電壓值升高。其次，當控制開關Q1導通時，第一電阻器R1及第二電阻器R2構成分壓電路，故藉由適當地配置第一電阻器R1及第二電阻器RS的電阻值，就可以控制開關元件54閘極與源極之間的電壓差值，以控制開關元件54導通，同時還能避免開關元件54因承受過大電壓而損壞。當開關元件54導通，主電源輸出端V1及V2輸出電力至電子系統PS。

藉由電容器C1、第一電阻器R1及第二電阻器RS 的使用，可以使得開關元件54源極及閘極兩端的電壓差值呈平緩且線性地上升，避免開關元件54在電子系統PS啟動瞬間導通，如此一來，就可以避免電力輸出端Vdc輸出的電壓值在電子系統PS啟動時發生瞬間驟降的情形。

配合參閱第六圖，實線所示為對應第三圖之電力輸出端Vdc輸出之電壓值，虛線所示為對應第三圖之主電源輸出端V1及V2之電壓值。相較於第二圖，第六圖所示之電力輸出端Vdc輸出的電壓在電子系統PS啟動的瞬間並沒有發生瞬間驟降的問題，可以提供電源供應系統3使用的穩定度，避免電源供應系統3因電壓驟降而產生誤動作。是故，本揭示內容之線性控制模組7確實可以有效地避免電力輸出端Vdc輸出的電壓值在電子系統PS啟動的瞬間發生瞬間骤降的情形。

反之，當電子系統PS未啟動時(即電子系統PS操作於待機狀態時)，電源管理器56控制信號輸出端Sin送出一控制信號至線性控制模組7的控制信號輸入端Sin。線性控制模組7接收前述控制信號，並驅使控制開關Q1截止。當控制開關Q1截止，則開關元件54截止，主電源輸出端V1及V2無電力輸出；申言之，僅待機電源輸出端Vsb輸出電力至電子系統PS。

藉此，當電子系統PS未啟動時，主電源輸出端V1及V2不會提供電力予電子系統PS，而僅有待機電源輸出端Vsb供應電子系統PS於待機狀態時的電力，如此一來，可以有效地達到節能效果。

配合參閱第五圖，為本揭示內容第二實施方式之線性控制模組之電路圖。為了方便說明，第五圖同時繪示出開關元件54、主電源輸出電阻器Ro1及Ro2、主電源輸出端V1及V2、待機電源輸出端Vsb及待機電源輸出電阻器Ro3。同時，第四圖也繪示出交/直流轉換模組50的電力輸出端Vdc，以及電源管理器56的控制信號輸出端Sin。

另外，本實施方式的線性控制模組7a與前述第一實施方式之線性控制模組7類似，且相同的元件標示以相同的符號。本實施方式的線性控制模組7a與第一實施方式的線性控制模組7的差異在於本實施方式的控制模組7a更包含一放電電路70。

放電電路70電連接於交/直流轉換模組50的電力輸出端Vdc、控制信號輸出端Sin、電容器C1及第一電阻器R1，放電電路70用以作為電容器C1的放電路徑。

放電電路70包含一切換元件Q2及一第三電阻器R3，切換元件Q2電連接於交/直流轉換模組50的電力輸出端Vdc、控制信號輸出端Sin及控制開關Q1，第三電阻器R3電連接於控制開關Q1、第一電阻器R1、第二電阻器RS及電容器C1。在本實施方式中，切換元件Q2為金屬氧化物場效電晶體，切換元件Q2的閘級電連接於控制信號輸出端Sin及控制開關Q1，切換元件Q2的源極電連接於交/直流轉換模組50的電力輸出端Vdc，切換元件Q2的汲極電連接於第三電阻器R3。

放電電路70提供儲存在電容器C1中之電荷一放電路徑，以加速電容器C1完成放電動作。如此一來，可以避免電源供應系統於電子系統PS在關閉後短時間內再次啟動時，因電容器C1未完全放電而使得開關元件54無法線性地導通，導致直流電源輸出端Vdc輸出的電壓發生瞬間驟降。

此外，線性控制模組7a更包含一保護開關D，電連接於交/直流轉換模組50的電力輸出端Vdc、切換元件Q2及電容器C1。在本實施方式中，保護開關D例如（但不限制是）二極體，且保護開關D2的陽極電連接於電力輸出端Vdc，保護開關D的陰極電連接於切換元件Q2及電容器C1。當電子系統PS發生短路時，電力輸出端Vdc產生大電流輸出，保護開關D2可以避免電容器C1在電子系統PS發生短路且電力輸出端Vdc輸出大電流時無法有效地放電的情形產生，意即保護開關D2可以讓電容器C1在電子系統PS發生短路時，仍然可以透過放電電路70進行放電，因此，當電子系統PS的短路情況排除並再次啟動時，開關元件54會線性地導通，避免電力輸出端Vdc輸出的電壓值在電子系統PS啟動的瞬間發生瞬間骤降的情形。

此外，本創作更提供一種開關元件的線性導通方法，開關元件之線性導通方法適用於第四圖及第五圖所示之線性控制模組之電路架構。所述線性控制方法用來控制電連接於交/直流轉換模組次級測的開關元件，交/直流轉換模組具有一位於次級側的電力輸出端，如第三圖所示。

開關元件接收電力輸出端輸出的電力，並於電子系統PS啟動時，使主電源輸出端輸出前述電力傳遞至電子系統PS，以供應電子系統PS在啟動狀態下的操作電力；而在電子系統PS操作於待機狀態時，停止輸出主電源輸出端輸出電力至電子系統PS。

此開關元件之線性控制方法用來控制開關元件54的開關狀態，使開關元件54呈現線性開啟，使開關元件54操作於安全操作區域(safe operating area)，進而避免開關元件54過熱而損毀。所述開關元件54之線性控制方法首先提供一驅動電壓，並依時提供複數脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation)控制信號予開關元件54。 切換該等脈衝寬度調變信號的工作週期，使 脈衝寬度調變信號的工作週期係依時序由0%增加至100%，如第七圖所示，使驅動電壓呈現線性地增加，藉以驅使開關元件54線性地導通。在本實施方式中，控制信號的工作週期由0%增加至100%的時間約為20毫秒(ms)。

然以上所述者，僅為本新型揭示內容之較佳實施例，當不能限定本新型揭示內容實施之範圍，即凡依本創作申請專利範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本創作之專利涵蓋範圍意圖保護之範疇。

54‧‧‧開關元件

7‧‧‧線性控制模組

C1‧‧‧電容器

Q1‧‧‧控制開關

R1‧‧‧第一電阻器

RS‧‧‧第二電阻器

Ro1、Ro2‧‧‧主電源輸出電阻器

Ro3‧‧‧待機電源輸出電阻器

Sin‧‧‧控制信號輸出端

Vdc‧‧‧電力輸出端

V1、V2‧‧‧主電源電源輸出端

Vsb‧‧‧待機電源輸出端

Claims (9)

1. 一種線性控制模組，電連接於一電源供應裝置，該電源供應裝置包含一交/直流電源轉換模組、一開關元件、一控制信號輸出端、一主電源輸出端及一待機電源輸出端，交/直流電源轉換模組具有一電力輸出端，該開關元件電連接於該交/直流電源轉換模組之該電力輸出端及該主電源輸出端，該待機電源輸出端電連接於該交/直流電源轉換模組之該電力輸出端，該線性控制模組包含:
   一控制開關，電連接於該控制信號輸出端；
   一第一電阻器，電連接於該控制開關；
   一電容器，電連接於該交/直流電源轉換模組之該電力輸出端及該第一電阻器；以及
   一第二電阻器，電連接於該交/直流轉換模組之該電力輸出端、該開關元件、該第一電阻器及該電容器。
2. 如請求項1所述之線性控制模組，更包含一放電電路，電連接於該交/直流轉換模組之該電力輸出端、該控制信號輸出端、該電容器、該第一電阻器及該第二電阻器。
3. 如請求項2所述之線性控制模組，其供該放電電路包含:
   一切換元件，電連接於該交/直流轉換模組之該電力輸出端及該信號輸出端；以及
   一第三電阻器，電連接於該切換元件、該第一電阻器、該電容器及該第二電阻器。
4. 如請求項3所述之線性控制模組，其中該切換元件為金屬氧化物半導體場效電晶體。
5. 如請求項4所述之線性控制模組，更包含一保護開關，電連接於該交/直流轉換模組之該電力輸出端、該切換元件及該電容器。
6. 如請求項5所述之線性控制模組，其中該保護開關為二極體。
7. 一種電源供應系統，具有請求項1~6任一項的線性控制模組，電連接於一交流電源供應器及一電子系統，該電源供應系統包含:
   一交/直流轉換模組，電連接於該交流電源供應器，該交/直流轉換模組包含一電力輸出端；
   一開關元件，電連接於該電力輸出端；
   一電源管理器，電連接於該電子系統及該開關元件，該電源管理器包含一控制信號輸出端；
   一控制器，電連接於該電源管理器及該交/直流轉換模組；
   一主電源輸出端，電連接於該開關元件及該電子系統；以及
   一待機電源輸出端，電連接於該電力輸出端及該電子系統。
8. 如請求項7所述之電源供應系統，更包含一隔離單元，位於該電源管理器及該控制器，並電連接於該電源管理器及該控制器。
9. 如請求項8所述之電源供應系統，其中該交/直流轉換模組包含：
   一電磁干擾濾波器，電連接於該交流電源供應器；
   一整流器，電連接於該電磁干擾濾波器；以及
   一直流/直流電源轉換器，電連接於該整流器，該直流/直流電源轉換器包含該電力輸出端。