电源供应装置及其控制方法

技术领域

本申请涉及提升电源供应装置整体的功率转换效率，并降低装置体积及成本的一种电源供应装置及其控制方法。

背景技术

请参看图8所示，现有的电源供应装置包含有一变压器100、一返驰转换器110(Flyback converter)、一一次侧控制器120、一二次侧控制器130、一驱动绕组模组140、一光耦合器150，且该现有的电源供应装置具有一电源输入端口4、一主电源输出端口5及一副电源输出端口6。该变压器100与该电源输入端口4间可连接有一滤波器101、一第一整流器102及一升压电路103，该滤波器101的电源输入端经由该电源输入端口4连接一交流电源，由该滤波器101滤除该交流电源的电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)信号；该第一整流器102的电源输入端电连接该滤波器101的电源输出端，该第一整流器102对经该滤波器101处理后的该交流电源进行交流/直流转换，将该交流电源转换为一直流电源；该升压电路103的电源输入端电连接该第一整流器102的电源输出端，由该升压电路103将第一整流器102输出的该直流电源进行升压；该变压器100的一电源输入端电连接该升压电路103的电源输出端，由该变压器100对升压后的该直流电源进行电压转换，产生一主输出电压。

该变压器100与该主电源输出端口5间连接一第二整流器104、一第一电流感测器105及一第一保护器件106，该第二整流器104的电源输入端电连接该变压器100的一电源输出端，该第二整流器104的电源输出端连接该主电源输出端口5，由该第二整流器104对该变压器100的该主输出电压进行整流；该第一电流感测器105的电源输入端电连接该第二整流器104的电源输出端，以对该第二整流器104整流后的该主输出电压进行电流感测；该第一保护器件106的电源输入端电连接该第一电流感测器105的电源输出端，该第一保护器件106的电源输出端连接该主电源输出端口5。

该变压器100与该副电源输出端口6间连接该返驰转换器110及一第二保护器件111，该返驰转换器110的电源输入端电连接该升压电路103的电源输出端，由该返驰转换器110对升压后的该直流电源进行电压转换，产生一副输出电压至该副电源输出端口6；该第二保护器件111的电源输入端电连接该返驰转换器110的电源输出端，其中，该返驰转换器110电连接该一次侧控制器120及该二次侧控制器130，由该返驰转换器110对升压后的该直流电源进行电压转换，产生一供电电源对该一次侧控制器120及该二次侧控制器130进行供电。

该一次侧控制器120可连接该滤波器101、该第一整流器102及该升压电路103，以感测该变压器100一次侧的电压及电流信号；该二次侧控制器130可连接该驱动绕组模组140、该第二整流器104、该第一电流感测器105及该第一保护器件106，以感测该变压器100二次侧的电压及电流信号、控制该第一保护器件106，以及输出一控制信号至该驱动绕组模组140，由该驱动绕组模组140驱动该变压器100运作；该光耦合器150连接于该一次侧控制器120与该二次侧控制器130之间，以提供该一次侧控制器120与该二次侧控制器130间的双向信号传输。

请配合参看图9所示，现有技术中为感测该变压器100的该电源输入端的输入电流值是否正常，该变压器100与该升压电路103间可设置一第二电流感测器107，由该第二电流感测器107输出一电流采样信号VCS，由于该变压器100的运作由该二次侧控制器130所判断控制，需要于该变压器100的一次侧额外设置如一比流器的隔离型电流感测器，通过该比流器将该电流采样信号VCS由该变压器100的一次侧传输至位于二次侧的该二次侧控制器130，然而隔离型器件为确保输入与输出端的电器隔离，与非隔离型器件相比，需要额外设置绕组等隔离结构，因此隔离型器件的体积较非隔离型器件的体积大，使得需要设置隔离型电流感测器的现有的电源供应装置的体积难以缩小，且难以迎合目前电子装置于体积及重量上的市场需求，且隔离器件的设置亦会造成该电源供应装置的成本负担。

另外，该返驰转换器110对该直流电源进行电压转换时，一方面产生一副输出电压通过该副电源输出端口6输出，另一方面产生该供电电压对该一次侧控制器120及该二次侧控制器130进行供电，换句话说，该返驰转换器110需要输出多组电压，变压器一般包含铁芯与绕组，若要满足多组电压的输出需求，需要对应增加变压器内铁芯与绕组的数量，而铁芯与绕组皆为实体构件，占据一定体积，使得具有多组输出电压的变压器具有较庞大的体积，因此，为符合输出多组电压的需求该电源供应装置需要设置大体积的该返驰转换器110，进而造成该电源供应装置体积缩减上的困难，且该返驰变压器110进行多组电压转换，每组电压转换都会造成功率消耗，进而使得该电源供应装置整体的功率转换效率难以提升。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电源供应装置，以提升电源供应装置整体的功率转换效率，并降低电路体积及成本。

为达成前述目的，本发明电源供应装置，包含有：

一变压器，具有一电源输入端及一电源输出端，该电源输入端电连接一电源输入端口，该电源输出端电连接一主电源输出端口，该变压器对该电源输入端口的输入电源进行电压转换产生一输出电压；

一第一降压转换器，电连接于该电源输入端口与该变压器的该电源输入端之间，对该电源输入端口的输入电源进行降压产生一供电电压；

一双向栅极驱动脉冲变压器，电连接该变压器及该第一降压转换器，由该供电电压或该输出电压供电；

一一次侧控制器，电连接该第一降压转换器及该双向栅极驱动脉冲变压器，由该供电电压供电；

一二次侧控制器，电连接于该变压器的该电源输出端及该双向栅极驱动脉冲变压器，由该输出电压供电；

一第一光耦合器，电连接于该一次侧控制器与该二次侧控制器之间，提供该一次侧控制器与该二次侧控制器间的双向信号传输；

一第二光耦合器，电连接于该一次侧控制器与该二次侧控制器之间，提供该二次侧控制器向该一次侧控制器进行单向信号传输；

其中，该一次侧控制器输出一一次侧控制信号至该双向栅极驱动脉冲变压器，而该二次侧控制器输出一二次侧控制信号至该双向栅极驱动脉冲变压器，该双向栅极驱动脉冲变压器根据该一次侧控制信号或该二次侧控制信号驱动该变压器运作。

本发明另外提供一种电源供应装置控制方法，由一一次侧控制器与一二次侧控制器执行，其中，该一次侧控制器执行的步骤包含有：

接受一供电电压而启动；

判断一变压器的一输入电压值是否大于或等于一运作电压值，以及判断此次启动是否为一预设时间内的第一次启动；

当判断出该变压器的该输入电压值大于或等于该运作电压值，且此次启动为该预设时间内的第一次启动时，输出一一次侧控制信号至一双向栅极驱动脉冲变压器以驱动该变压器运作；

该二次侧控制器执行的步骤包含有：

当判断出该变压器的一输出电压值大于或等于一预设输出电压值，且判断出该变压器的该输出电压值大于或等于该预设输出电压值的时间长于一稳定供电门槛时间时，输出一控制权切换信号使该一次侧控制信号停止输出，并输出一二次侧控制信号至该双向栅极驱动脉冲变压器以驱动该变压器运作。

本发明电源供应装置中，该一次侧控制器由该第一降压转换器的该供电电压供电，该二次侧控制器由该变压器的该输出电压供电，且该一次侧控制器及该二次侧控制器皆可通过该双向栅极驱动脉冲变压器控制该变压器，与现有技术相比，本发明不需额外设置现有返驰转换器分别对该一次侧控制器及该二次侧控制器供电，能避免设置隔离型转换器而造成装置体积较大且设置成本较高的问题，且能改善因返驰转换器额外进行电压转换造成的功率消耗，增加该电源供应装置整体的功率转换效率。

另外，本发明电源供应装置控制方法中通过由该一次侧控制信号驱动该变压器的步骤，以及由该二次侧控制信号驱动该变压器的步骤，可达成由一次侧控制器或二次侧控制器控制该变压器的目的，不需要额外通过隔离器件将一次测的信号传输至二次测，故能改善装置因额外架式隔离器件而造成体积较庞大的问题，且本发明控制方法没有对于现有返驰转换器的控制手段，不需如现有技术所述由现有返驰转换器分别对该一次侧控制器及该二次侧控制器供电，故能避免设置隔离型转换器而造成装置体积增大及成本提升的问题，且能避免因返驰转换器额外进行电压转换而造成的功率消耗，提升电源供应装置整体的功率转换效率。

附图说明

图1为本发明电源供应装置的第一电路方块示意图；

图2为本发明电源供应装置的第二电路方块示意图；

图3为本发明电源供应装置的第三电路方块示意图；

图4为本发明电源供应装置其另一实施例的电路方块示意图；

图5为于变压器其一次侧进行电流感测的电路方块示意图；

图6为本发明电源供应装置控制方法的步骤流程图；

图7A为本发明电源供应装置的第一时序图；

图7B为本发明电源供应装置的第二时序图；

图8为现有电源供应装置的电路方块示意图；

图9为现有技术于变压器其一次侧进行电流感测的电路方块示意图。

具体实施方式

请参看图1所示，本发明电源供应装置包含有一变压器10、一第一降压转换器(Buck converter)20、一双向栅极驱动脉冲变压器30、一一次侧控制器40、一二次侧控制器50、一第一光耦合器60、一第二光耦合器70。

于本实施例中，该变压器10与一电源输入端口1间可连接有一滤波器11、一第一整流器12及一升压电路13，该滤波器11的电源输入端经由该电源输入端口1连接一交流电源，由该滤波器11滤除该交流电源的电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)信号，以抑制该交流电源的传导信噪及辐射信噪。于本实施例中，该滤波器11为一电磁干扰滤波器(EMI filiter)。

该第一整流器12的电源输入端电连接该滤波器11的电源输出端，该第一整流器12对经该滤波器11处理后的该交流电源进行交流/直流转换，将该交流电源转换为一直流电源，由该第一整流器12的电源输出端输出一第一电压V

该升压电路13的电源输入端电连接该第一整流器12的电源输出端，由该升压电路13将该第一电压V

该变压器10的一电源输入端电连接该升压电路13的电源输出端，由该变压器10对升压后的该直流电源进行电压转换，产生一输出电压。

于本实施例中，该变压器10与一主电源输出端口2及一副电源输出端口3间可连接一第二整流器21，其中，该第二整流器21的电源输入端电连接该变压器10的一电源输出端，该第二整流器21的电源输出端分别连接该主电源输出端口2及该副电源输出端口3，由该第二整流器21对该变压器10产生的该输出电压进行整流，并分别经由该主电源输出端口2输出一主输出电压V12，经由该副电源输出端口3输出一副输出电压V

较佳的，该第二整流器21与该主电源输出端口2间可连接一第一电流感测器22、一第一断路器23及一第一保护器件24，该第一电流感测器22的电源输入端电连接该第二整流器21的电源输出端，以对该第二整流器21整流后的该输出电源进行电流感测；该第一断路器23的电源输入端电连接该第一电流感测器22的电源输出端，该电源供应装置的该二次侧控制器50可根据该主输出电压V

同样地，该第二整流器21与该副电源输出端口3间亦可连接一第二断路器31及一第二保护器件32，该第二断路器31的电源输入端电连接该第二整流器21的电源输出端，该电源供应装置的该二次侧控制器50可根据该副输出电压Vsb的供电是否稳定，控制该第二断路器31为导通或断路，当该副输出电压V

请配合参看图2所示，图2中的粗实线代表该电源供应装置的电源传输路径，细实线代表该电源供应装置内部供电路径，以记载该电源供应装置内各器件的内部供电关系，该第一降压转换器20的电源输入端可电连接于该第一整流器12的电源输出端与该升压电路13的电源输入端，和/或该升压电路13的电源输出端与该变压器10的该电源输入端，该第一降压转换器20的电源输出端分别电连接该一次侧控制器40及该双向栅极驱动脉冲变压器30，该第一降压转换器20将该第一电压V

该双向栅极驱动脉冲变压器30包含有一第一一次侧栅极驱动绕组Pri_N1、一第二一次侧栅极驱动绕组Pri_N2、一第三一次侧栅极驱动绕组Pri_N3及一二次侧栅极驱动绕组Sec_N1，该双向栅极驱动脉冲变压器30可由该第一降压转换器20输出的该供电电压V

请配合参看图3所示，图3中的粗实线代表该电源供应装置的电源传输路径，细实线代表该电源供应装置内部信号传输路径，以记载该电源供应装置内各器件的信号传输关系，该一次侧控制器40连接该第一整流器12、该升压电路13及该双向栅极驱动脉冲变压器30，该一次侧控制器40可接收对应该第一电压V

该二次侧控制器50连接该第二整流器21、该第一电流感测器22、该第一断路器23、该第二断路器31、该第一保护器件24、该第二保护器件32及该双向栅极驱动脉冲变压器30，该二次侧控制器50可通过该第一电流感测器22对经该第二整流器21整流后的该输出电源进行电流感测，以及输出一二次侧控制信号V

该第一光耦合器60连接于该一次侧控制器40与该二次侧控制器50之间，以提供该一次侧控制器40与该二次侧控制器50间的双向信号传输，并保持一次侧与二次侧间的电性隔离，于本实施例中，该第一光耦合器60包含有由一次侧控制器40向二次侧控制器50方向传输的三个传输通道，以及由二次侧控制器50向一次侧控制器40方向传输的一个传输通道，以供该一次侧控制器40向该二次侧控制器50传输对应该第一电压V

该第二光耦合器70连接于该一次侧控制器40与该二次侧控制之间，以提供该二次侧控制器50向该一次侧控制器40进行单向信号传输，并保持一次侧与二次侧间的电性隔离，于本实施例中，该第二光耦合器70包含有由该二次侧控制器50向该一次侧控制器40方向传输的一传输通道，以供该二次侧控制器50向该一次侧控制器40传输一二次侧运作信号，该第二光耦合器70可视为该一次侧控制器40及该二次侧控制器50间的一单向隔离型通讯传输器。

请参看图4所示，于另一实施例中，该第二整流器21与该副电源输出端口3间可连接一第二降压转换器33，该第二降压转换器33的电源输入端连接于该第二整流器21的电源输出端，该第二降压转换器33的电源输出端连接该第二断路器31的电源输入端，由该第二降压转换器33对经该第二整流器21整流后的该输出电源做进一步降压，以供该电源供应装置通过该主电源输出端口2及该副电源输出端口3提供不同电压大小的两个供电电源。举例来说，以该变压器10对该直流电源进行变压产生的该输出电源其电压值为12V为例，该第二降压转换器33可将经该第二整流器21整流后的该输出电源进一步降压至5V，即该主输出电压V

请参看图5所示，较佳的，为感测该变压器10其该电源输入端的输入电流值是否正常，以避免过电流造成后端器件损坏，影响该电源供应装置的供电效益，该变压器10与该升压电路13间可设置一第二电流感测器14，由该第二电流感测器输出一电流采样信号VCS给该一次侧控制器40。

在该电源供应装置中，于该变压器10的一次侧，该一次侧控制器40可输出该一次侧控制信号V

与现有技术相比，本发明电源供应装置不需要设置如比流器的隔离型电流感测器，并将该电流采样信号VCS由该变压器10的一次侧传输至位于二次侧的该二次侧控制器50，以保持该变压器其一次侧与二次侧间的电性隔离，本发明中位于一次侧的感测信号可由该一次侧控制器40接收并执行进一步处理，而位于二次侧的感测信号同样可由该二次侧控制器50接收及处理，能采用非隔离型器件，省去该变压器10其一次侧与二次侧间作为信号传递用途的隔离器件的架设，进而缩减该电源供应装置因设置隔离型器件所增加装置体积及设置成本。

请参看图6，以下以本发明电源供应装置控制方法说明该电源供应装置的实际运作流程，该电源供应装置控制方法中步骤S101～S103由一次侧控制器40执行，步骤S104由该二次侧控制器50执行，该电源供应装置包含有：

S101：接受该供电电压Vccp而启动。

S102：判断该变压器10的该输入电压值是否大于或等于一运作电压值，以及此次启动是否为一预设时间内的第一次启动。

S103：当该变压器10的该输入电压值大于或等于该运作电压值，且此次启动为该预设时间内的第一次启动时，输出该一次侧控制信号V

S104：当判断该变压器10的一输出电压值大于或等于一预设输出电压值，且该变压器10的该输出电压值大于或等于一预设输出电压值的时间长于一稳定供电门槛时间时，输出一控制权切换信号V

请参看图7A及图7B所示，以下以该电源供应装置中的时序图详细说明上述步骤S101～S104。

对应步骤S101，一交流电源经由该电源输入端口1输入该电源供应装置后，会先由该滤波器11及该第一整流器12依序对该交流电源进行滤波及整流后输出该第一电压V

举例来说，若对应该第一电压V

对应步骤S102，图7A中该一次侧控制器40以U1表示，该一次侧控制器40经由该供电电压V

对应步骤S103，第二时刻T2～第三时刻T3为该一次侧控制器40对该第一电压V

除此之外，该初次启动信号AC initial储存于该一次侧控制器40中，该一次侧控制器40通过该初次启动信号AC initial，进行该一次侧控制器40此次启动是否为该预设时间内的第一次启动的判断，通过上一次有效的该初次启动信号AC initial的结束时间，与当前时间的时间间隔是否大于或等于该预设时间，即可得知该一次侧控制器40此次启动是否为该预设时间内的第一次启动。举例来说，以该预设时间为1分钟为例，若上一次有效的该初次启动信号的结束时间与第二时刻T2的时间间隔小于1分钟，该一次侧控制器40即判断此次启动并非该预设时间内的第一次启动，而若上一次有效的该初次启动信号的结束时间与第二时刻T2的时间间隔大于或等于1分钟，该一次侧控制器40即判断此次启动为该预设时间内的第一次启动。

该一次侧控制器40于第三时刻T3输出该一次侧控制信号V

对应步骤S104，于第四时刻T4，该二次侧控制器50判断该变压器10的该输出电压值已达到该预设输出电压值，且该变压器10的该输出电压值达到该预设输出电压值的时间长于该稳定供电门槛时间，因此该二次侧控制器50于第四时刻T4输出该控制权切换信号V

较佳的，于第四时刻T4，当该一次侧控制器40接收到该控制权切换信号V

同时，由于第四时刻T4至第五时刻T5，该一次侧控制器40未输出该一次侧控制信号V

经过该控制权切换时间后，该二次侧控制器50于第五时刻T5开始输出该二次侧控制信号V

自第六时刻T6，该变压器10的控制权即切换至该二次侧控制器50，该一次侧控制器40则可持续感测该变压器10其一次侧产生的该第一电压V

综上所述，本发明电源供应装置中，该一次侧控制器40由该第一降压转换器20供电，该二次侧控制器50由该变压器10的输出电源供电，且该一次侧控制器40及该二次侧控制器50皆可通过该双向栅极驱动脉冲变压器30控制该变压器10，与现有技术相比，由于隔离型转换器其体积较大、功率消耗较高且设置成本较高，本发明不需额外设置返驰转换器分别对该一次侧控制器40及该二次侧控制器50供电，能避免返驰转换器额外进行电压转换造成的功率消耗，增加该电源供应装置整体的功率转换效率，以及缩小该电源供应装置的尺寸；另一方面，由于该一次侧控制器40亦可控制该变压器10运作，该变压器10其一次侧的感测信号可直接由该一次侧控制器40接收并根据感测信号控制该变压器10，当一次侧的感测信号显示一次侧的电压或电流值异常时，不需要额外经由隔离型器件将感测信号传输至该二次侧控制器50，能提升异常状态处理的即时性，并减少将感测信号经由隔离型器件由一次侧传输至二次侧的额外功率消耗。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。