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    一種可改善待機電力效率之交直流電源轉換裝置，包括一個對一交流電壓進行直流轉換以輸出一直流匯流排電壓的交直流轉換電路，一個對直流匯流排電壓進行降壓轉換以輸出一主電源電壓的直流降壓轉換電路，一個根據脈寬調變控制，對該主電源電壓進行降壓轉換並輸出一第一待機電壓的第一待機電力轉換電路，以及一個根據脈寬調變控制，對該直流匯流排電壓進行降壓轉換以輸出一第二待機電壓的第二待機電力轉換電路，藉此，提升電源轉換效率及電源供應可靠度。
    公开号:TW201322612A
    申请号:TW100143117
    申请日:2011-11-24
    公开日:2013-06-01
    发明作者:Ching-Ming Lai
    申请人:Silitek Electronic Guangzhou；Lite On Technology Corp；
    IPC主号:Y02B70-00
    专利说明:
    可改善待機電力效率之交直流電源轉換裝置
    本發明是有關於一種電源轉換裝置，特別是指一種交直流電源轉換裝置。
    隨著智慧型電子裝置，例如智慧型家電之使用量日益普及，待機電力之使用成為值得關注的焦點，待機電力是電子裝置處在一待機模態(保持在一等待狀態)時，例如維持設定之操作模式、減少熱機時間或待命接受遙控命令等功能所需之電力，它的電壓與電子裝置工作在正常模式下使用之主電壓不同，且通常較小，因此，需要各別產生。
    參見圖1及圖2所示，是習知一種常使用在電子裝置中的離線式交直流電源轉換器1，其主要包括一交直流轉換電路11、一直流降壓轉換電路12、一待機電力轉換電路13及一脈寬調變(PWM)訊號產生器14。其中交直流轉換電路11將一交流輸入電壓(90~264 Vac)轉換成一直流匯流排電壓VBUS(380V)，再透過直流降壓轉換電路12對直流匯流排電壓VBUS進行降壓轉換以輸出一主電壓VDC。待機電力轉換電路13對直流匯流排電壓VBUS進行降壓轉換以輸出一待機電壓Vsb，脈寬調變(PWM)訊號產生器14產生互為反相的兩個脈寬調變訊號以分別控制直流降壓轉換電路12的第一開關SW1及第二開關SW2進行交替切換。當電子裝置工作在正常模式時，直流降壓轉換電路12提供主電壓VDC給電子裝置，當電子裝置工作在待機模式時，待機電力轉換電路13提供待機電壓Vsb給電子裝置。
    然而，當正常模式下需要同時提供主電壓VDC及待機電壓Vsb給電子裝置時，由於正常模式下的負載較待機模式重，但待機電力轉換電路13是習知隔離型返馳式轉換電路，其目的在於接收直流匯流排電壓並提供待機電壓Vsb，此電路處於高輸入/輸出電壓差工作模式，在重負載而需要輸出大電流的情況下，其變壓器漏感與分佈電容(雜散或寄生元件)的存在會使得電壓及電流突波變大，造成轉換效率損失，且此現象將隨負載增加而更趨明顯，導致負載越重轉換效率越差，而大幅降低電源供應的可靠度。
    因此，本發明之目的，即在提供一種可提升電源轉換效率及電源供應可靠度之可改善待機電力效率之交直流電源轉換裝置。
    為達到上述目的，本發明可改善待機電力效率之之交直流電源轉換裝置，包括一交直流轉換電路、一直流降壓轉換電路、一第一待機電力轉換電路及一第二待機電力轉換電路。
    該交直流轉換電路接受一交流電力並對其進行直流轉換以輸出一直流匯流排電壓；該直流降壓轉換電路接受該直流匯流排電壓並對其進行降壓轉換以輸出一主電源電壓；該第一待機電力轉換電路，經由一第一開關接受該主電源電壓，對該第一開關進行脈寬調變控制，該第一待機電力轉換電路會對該主電源電壓進行降壓轉換並輸出一第一待機電壓；該第二待機電力轉換電路經由一第二開關接受該直流匯流排電壓輸入，對該第二開關進行脈寬調變控制，該第二待機電力轉換電路會對該直流匯流排電壓進行降壓轉換以輸出一第二待機電壓。
    較佳地，該交直流電源轉換裝置還包括一控制該第一開關及第二開關導通與否的控制器，當該直流降壓轉換電路運作時，該控制器控制該第二開關不導通，並對該第一開關進行脈寬調變控制，當該直流降壓轉換電路停止運作時，該控制器控制該第一開關不導通，並對該第二開關進行脈寬調變控制。
    較佳地，該直流降壓轉換電路及該第一待機電力轉換電路是工作在一正常模式，且該第二待機電力轉換電路是工作在一待機模式。
    較佳地，該第一待機電力轉換電路是一降壓型直流對直流電源轉換電路，且還包括一電感、一二極體以及並聯的一電容和一電阻，該電感一端與該第一開關的一端電耦接，另一端與該電容和電阻一端電耦接，且該第一開關的另一端與該直流降壓轉換電路電耦接，該二極體反向電耦接於該電感與該第一開關連接之一端及該電容的另一端之間；該第二待機電力轉換電路是一返馳式直流對直流電源轉換電路，並包括一變壓器以及該二極體、該電容及該電阻，其中該變壓器的一次側線圈一端接受該直流匯流排電壓輸入，另一端與該第二開關的一端電耦接，該第二開關的另一端接地，且該變壓器的二次側線圈在該第一待機電力轉換電路工作時作為電感使用。
    較佳地，該第一開關是低壓MOSFET開關，該第二開關是高壓MOSFET開關。
    較佳地，該直流降壓轉換電路是包含串聯的一第三開關及一第四開關的半橋LLC諧振式電源轉換電路，且該交直流電源轉換裝置還包括一脈寬調變訊號產生器，用以產生兩個互為反相的脈寬調變訊號以控制該直流降壓轉換電路的該第三開關及該第四開關。
    本發明的功效之一在於將第一待機電力轉換電路與第二待機電力轉換電路整合在一起，讓第一待機電力轉換電路與第二待機電力轉換電路共用部分電路，並讓第一待機電力轉換電路直接使用第二待機電力轉換電路的變壓器之二次側線圈做為其濾波電路的電感，而不需再另外設置電感器，以降低電路製造成本，並在正常模式下，使用第一待機電力轉換電路提供之第一待機電壓以提升轉換效率，並在待機模式下，使用第二待機電力轉換電路輸出之第二待機電壓，藉此可提高整體待機電力效率，並提升電源供應的可靠度，確實達到本發明的功效和目的。
    有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
    本發明可改善待機電力效率之交直流電源轉換裝置可廣泛應用於外接式適配器(adapter)、桌上型電源、伺服器電源或各式需要待機電力的電源產品。
    參見圖3及圖4所示，本發明可改善待機電力效率之交直流電源轉換裝置2的一較佳實施例包括一交直流轉換電路21、一直流降壓轉換電路22、一第一待機電力轉換電路23、一第二待機電力轉換電路24、一脈寛調變訊號產生器25及一控制器26。
    交直流轉換電路21接受一交流電壓(90~264Vac)輸入並對其進行直流轉換以輸出一直流匯流排電壓VBUS(例如380V)，交直流轉換電路21主要包括一全波整流器211及一功率因數修正器212，全波整流器211(例如橋式整流器)對交流電壓進行全波整流後再輸出至功率因數修正器212，功率因數修正器212主要由電感、二極體和電晶體組成，並對全波整流器211輸出之全波整流電壓進行功因校正與穩壓，以產生直流匯流排電壓VBUS。
    直流降壓轉換電路22與交直流轉換電路21電耦接，在本實施例中直流降壓轉換電路22是一隔離式諧振轉換器，例如習知的LLC諧振轉換器，其根據一終端負載之需求，對直流匯流排電壓VBUS進行降壓轉換以輸出一主電源電壓VDC(常用為12V或19V)，且主電源電壓VDC通常是負載端工作在一正常模式下所需的主要電力。
    第一待機電力轉換電路23與直流降壓轉換電路22電耦接，並經由一第一開關SW1接受該主電源電壓VDC，藉此，當對該第一開關SW1進行脈寬調變控制，第一待機電力轉換電路23會對主電源電壓VDC進行降壓轉換，並輸出一第一待機電壓Vsb1(常用為5V或12V)；更確切地說，第一待機電力轉換電路23是一習知降壓型(Buck)直流對直流電源轉換電路，其除了第一開關SW1外，還包括一電感元件L、一二極體D以及並聯的一電容Co和一負載電阻Ro，電感元件L的一端與第一開關SW1的一端電耦接，另一端與電容Co和負載電阻Ro一端電耦接，且第一開關SW1的另一端與直流降壓轉換電路22電耦接，二極體D(飛輪二極體)反向電耦接於電感元件L與第一開關SW1連接之一端和電容Co的另一端之間，且第一開關SW1是一低壓MOSFET開關；藉由對第一開關SW1進行脈寬調變控制，使根據脈波寬度進行高頻率地切換，使二極體D將主電源電壓VDC切換成具有主電源電壓VDC和零兩種狀態之高頻脈動直流，再經過電感L與電容Co組成之低通濾波器濾波後，產生較主電源電壓VDC之電壓低的第一待機電壓Vsb1。
    且由於第一待機電力轉換電路23將主電源電壓VDC轉換成第一待機直流電壓Vsb1，屬於低電壓差轉換操作，因此轉換效率高，適於應用在高負載且需要相對大電流輸出之正常模式下，因此，第一待機電壓Vsb1主要做為正常模式下所需之待機電源。
    第二待機電力轉換電路24與交直流轉換電路21電耦接，並經由一第二開關SW2接受直流匯流排電壓VBUS(380V)輸入，藉此，對第二開關SW2進行脈寬調變控制，第二待機電力轉換電路24會對直流匯流排電壓VBUS進行降壓轉換，並輸出一第二待機電壓Vsb2(常用為5V或12V)。更確切地說，第二待機電力轉換電路24是一隔離式昇降壓型(Buck-Boost)轉換器，例如習知返馳式(flyback)直流對直流電源轉換電路，其除了第二開關SW2外，還包括一變壓器241，並與第一待機電力轉換電路23共用二極體D、電容Co及負載電阻Ro，其中變壓器241的一次側線圈242一端接受直流匯流排電壓VBUS輸入，另一端與第二開關SW1的一端電耦接，第二開關SW1的另一端接地，且第二開關SW2是一高壓MOSFET開關；特別是，變壓器241的二次側線圈243供第二待機電力轉換電路24做為電感L使用，因此不需再另外設置電感。藉此，對第二開關SW2進行脈寬調變控制，使根據脈波寬度進行高頻率地切換，以控制變壓器241進行降壓轉換，再經過電感L與電容Co進行低通濾波後，產生較主電源電壓VDC之電壓低的第二待機電壓Vsb2。
    且由於第二待機電力轉換電路24若是在高負載(大電流輸出)之正常模式下操作時，屬於高電壓差轉換操作，其變壓器241存在之漏感與分佈電容會使得電壓及電流突波變大，影響轉換效率，因此，第二待機直流電壓Vsb2主要是做為低負載且只需低電流輸出之待機模式下，不需輸出主電源電壓VDC時之待機電源。
    此外，脈寛調變訊號產生器25主要用以分別產生兩個互為反相的脈寬調變訊號，以分別控制直流降壓轉換電路22的一第三開關SW3及一第四開關SW4交替切換導通，以進行降壓轉換動作。
    且由於第一待機電力轉換電路23與第二待機電力轉換電路24共用部分電路，同一時間只能有一個運作，且第一待機電力轉換電路23與第二待機電力轉換電路24是分別工作在正常模式與待機模式。因此，控制器26即用以控制第一待機電力轉換電路23與第二待機電力轉換電路24運作與否。更確切地說，控制器26與第一待機電力轉換電路23的第一開關SW1及第二待機電力轉換電路24的第二開關SW2電耦接。當交直流電源轉換裝置2工作在正常模式，並且需要同時輸出主電源電壓VDC和第一待機電壓Vsb1給負載端時，控制器26令第二開關SW2不導通，並輸出一脈寬調變訊號對第一開關SW1進行脈寬調變控制，使第一待機電力轉換電路23能夠輸出第一待機電壓Vsb1；而當交直流電源轉換裝置2工作在待機模式，只需要提供第二待機電壓Vsb1給負載端時，控制器26令第一開關不導通，並輸出另一脈寬調變訊號對第二開關SW2進行脈寬調變控制，使第二待機電力轉換電路24能夠輸出第二待機電壓Vsb2給負載端，藉此，因應不同工作模式，使用不同的待機電力轉換電路所產生之待機電壓，可提升整體待機電力的轉換效率。
    綜上所述，上述實施例將第一待機電力轉換電路23與第二待機電力轉換電路24整合在一起，讓第一待機電力轉換電路23與第二待機電力轉換電路24共用部分電路，並讓第一待機電力轉換電路23直接使用第二待機電力轉換電路24的變壓器241之二次側線圈做為其濾波電路的電感L，而不需再額外設置電感器，降低電路製造成本；並且在正常模式下，使用轉換效率高且兼具相對大電流輸出能力之第一待機電力轉換電路23提供之第一待機電壓Vsb1，能夠改善習知待機電力轉換電路13工作於正常模式下轉換效率不佳的問題，並在不需要輸出主電源電壓VDC(即沒有主電源電壓VDC輸出)的待機模式下，使用第二待機電力轉換電路24輸出之第二待機電壓Vsb2，藉此提高整體待機電力效率，並提升電源供應的可靠度，確實達到本發明的功效和目的。
    惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
    2．．．交直流電源轉換裝置
    21．．．交直流轉換電路
    22．．．直流降壓轉換電路
    23．．．第一待機電力轉換電路
    24．．．第二待機電力轉換電路
    25．．．脈寬調變訊號產生器
    26．．．控制器
    211．．．全波整流器
    212．．．功率因數修正器
    241．．．變壓器
    242．．．一次側線圈
    243．．．二次側線圈
    VBUS．．．直流匯流排電壓
    VDC．．．主電源電壓
    Vsb1．．．第一待機電壓
    Vsb2．．．第二待機電壓
    圖1是習知一種交直流電源轉換器的電路方塊圖；
    圖2是圖1之交直流電源轉換器的細部電路示意圖；
    圖3是本發明可改善待機電力效率之交直流電源轉換裝置的一較佳實施例的電路方塊圖；及
    圖4是本實施例可改善待機電力效率之交直流電源轉換裝置的細部電路示意圖。
    2．．．交直流電源轉換裝置
    21．．．交直流轉換電路
    22．．．直流降壓轉換電路
    23．．．第一待機電力轉換電路
    24．．．第二待機電力轉換電路
    25．．．脈寬調變訊號產生器
    26．．．控制器
    VBUS．．．直流匯流排電壓
    VDC．．．主電源電壓
    Vsb1．．．第一待機電壓
    Vsb2．．．第二待機電壓
    权利要求:
    Claims (5)
    [1] 一種可改善待機電力效率之交直流電源轉換裝置，包括：一交直流轉換電路，接受一交流電力並對其進行直流轉換以輸出一直流匯流排電壓；一直流降壓轉換電路，接受該直流匯流排電壓並對其進行降壓轉換以輸出一主電源電壓；一第一待機電力轉換電路，經由一第一開關接受該主電源電壓，對該第一開關進行脈寬調變控制，該第一待機電力轉換電路會對該主電源電壓進行降壓轉換並輸出一第一待機直流電壓；一第二待機電力轉換電路，經由一第二開關接受該直流匯流排電壓輸入，對該第二開關進行脈寬調變控制，該第二待機電力轉換電路會對該直流匯流排電壓進行降壓轉換以輸出一第二待機直流電壓；及一控制器，控制該第一開關及第二開關導通與否，當該直流降壓轉換電路運作時，該控制器控制該第二開關不導通，並對該第一開關進行脈寬調變控制，當該直流降壓轉換電路停止運作時，該控制器控制該第一開關不導通，並對該第二開關進行脈寬調變控制。
    [2] 依據申請專利範圍第1項所述之可改善待機電力效率之交直流電源轉換裝置，其中該直流降壓轉換電路及該第一待機電力轉換電路是工作在一正常模式，且該第二待機電力轉換電路是工作在一待機模式。
    [3] 依據申請專利範圍第1項所述之可改善待機電力效率之交直流電源轉換裝置，其中該第一待機電力轉換電路是一降壓型直流對直流電源轉換電路，且還包括一電感、一二極體以及並聯的一電容和一負載電阻，該電感一端與該第一開關的一端電耦接，另一端與該電容和負載電阻一端電耦接，且該第一開關的另一端與該直流降壓轉換電路電耦接，該二極體反向電耦接於該電感與該第一開關連接之一端及該電容的另一端之間；該第二待機電力轉換電路是一返馳式直流對直流電源轉換電路，並包括一變壓器以及該二極體、該電容及該負載電阻，其中該變壓器的一次側線圈一端接受該直流電壓輸入，另一端與該第二開關的一端電耦接，該第二開關的另一端接地，且該變壓器的二次側線圈是該電感。
    [4] 依據申請專利範圍第1至3項其中任一項所述之可改善待機電力效率之交直流電源轉換裝置，其中該第一開關是低壓MOSFET開關，該第二開關是高壓MOSFET開關。
    [5] 依據申請專利範圍第4項所述之可改善待機電力效率之交直流電源轉換裝置，其中該直流降壓轉換電路是包含串聯的一第三開關及一第四開關的半橋LLC諧振式電源轉換電路，且該交直流電源轉換裝置還包括一脈寬調變訊號產生器，用以產生兩個互為反相的脈寬調變訊號以控制該直流降壓轉換電路的該第三開關及該第四開關。
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