CN102955551A - 电源供应装置 - Google Patents
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Abstract
一种电源供应装置，其包括输入转换级、主电源转换电路、辅助电源转换电路、切换单元，以及降压式电源转换电路。输入转换级用以接收交流电压，并对交流电压进行转换以输出直流输入电压。主电源转换电路用以对直流输入电压进行转换以产生并输出主电源。辅助电源转换电路用以对直流输入电压进行转换以产生并输出辅助电源。切换单元用以接收主电源与辅助电源，并选择主电源与辅助电源其中之一而输出。降压式电源转换电路用以对切换单元的输出进行降压以产生并输出待机电源。
Description
技术领域
本发明是有关于一种电源供应技术，且特别是有关于一种适于计算机系统的电源供应装置。
背景技术
图1为现有计算机系统之电源供应装置100的示意图。请参照图1。电源供应装置100包括输入转换级110、主电源转换电路120、辅助电源转换电路130，以及待机电源产生电路140。其中，输入转换级110用以接收交流电压AC_IN，并对所接收的交流电压AC_IN进行转换以输出直流输入电压DC_IN。主电源转换电路120用以对直流输入电压DC_IN进行转换以产生并输出主电源P_main。辅助电源转换电路130用以对直流输入电压DC_IN进行转换以产生并输出辅助电源P_aux。待机电源产生电路140用以对辅助电源P_aux进行转换以产生并输出待机电源P_sb。
一般而言，辅助电源转换电路130的功用是用以辅助主电源转换电路120的启动（activation），并且提供辅助电源P_aux以使所述待机电源产生电路140产生待机电源P_sb。然而，由于现今辅助电源转换电路130的电路拓扑型态大多采用反激式（flyback）电源转换电路，故而电源供应装置100整体的效率会因为反激式电源转换电路的转换效率较差（大约落在70%-75%）而降低。如此一来，电源供应装置100就会产生过多的无效功率而不利于节能的表现。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种电源供应装置，其得以解决先前技术所述及的问题。
本发明所提供的电源供应装置包括输入转换级、主电源转换电路、辅助电源转换电路、切换单元，以及降压式电源转换电路。其中，输入转换级用以接收交流电压，并对交流电压进行转换以输出直流输入电压。主电源转换电路耦接输入转换级，用以对直流输入电压进行转换以产生并输出主电源。辅助电源转换电路耦接输入转换级，用以对直流输入电压进行转换以产生并输出辅助电源。切换单元耦接主电源转换电路与辅助电源转换电路，用以接收主电源与辅助电源，并选择主电源与辅助电源其中之一而输出。降压式电源转换电路耦接切换单元，用以对切换单元的输出进行降压以产生并输出待机电源。
于本发明的一实施例中，在电源供应装置的启动阶段，辅助电源优先于主电源而被产生。另外，在电源供应装置的运作阶段，主电源反应于辅助电源的产生而被产生。其中，主电源大于辅助电源。
于本发明的一实施例中，在电源供应装置的启动阶段，切换单元输出辅助电源给降压式电源转换电路；另外，在电源供应装置的运作阶段，切换单元输出主电源给降压式电源转换电路。
于本发明的一实施例中，切换单元包括第一二极管与第二二极管。其中，第一二极管的阳极用以接收主电源，而第一二极管的阴极则耦接至降压式电源转换电路的输入。第二二极管的阳极用以接收辅助电源，而第二二极管的阴极则耦接至降压式电源转换电路的输入。
于本发明的一实施例中，切换单元更反应于第一控制讯号与第二控制讯号而选择并输出主电源与辅助电源其中之一。在此条件下，切换单元包括第一开关以及第二开关。其中，第一开关用以接收主电源，并且反应于第一控制讯号而决定是否导通。第二开关用以接收辅助电源，并且反应于第二控制讯号而决定是否导通。其中，第一开关于电源供应装置的启动阶段关闭，并于电源供应装置的运作阶段导通；而第二开关于电源供应装置的启动阶段导通，并于电源供应装置的运作阶段关闭。
于本发明的一实施例中，电源供应装置还包括控制单元，其耦接主电源转换电路、辅助电源转换电路与切换单元，用以反应于主电源与辅助电源而产生第一控制讯号与第二控制讯号。
于本发明的一实施例中，主电源转换电路可以为正激电源转换电路、反激电源转换电路、有源箝位半桥式电源转换电路、有源箝位全桥式电源转换电路或推挽式电源转换电路。
于本发明的一实施例中，辅助电源转换电路可以为反激式电源转换电路。
本发明主要是利用切换单元于电源供应装置的启动阶段输出辅助电源给降压式电源转换电路以产生待机电源，并于电源供应装置的运作阶段输出主电源给降压式电源转换电路以产生待机电源。基于辅助电源产生电路只会在电源供应装置的启动阶段下而全然运作，以至于电源供应装置整体的效率（端看电源供应装置的运作阶段而言）会因为降压式电源转换电路的转换效率较高（大约落在93%-97%）而提升。如此一来，电源供应装置就不会产生过多的无效功率而有利于节能的表现。
应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为例示性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张之范围。
附图说明
图1为现有计算机系统之电源供应装置的示意图。
图2为本发明一实施例之电源供应装置的示意图。
图3是图2之输入转换级的示意图。
图4是图2之切换单元的实施示意图。
图5A为本发明另一实施例之电源供应装置的示意图。
图5B为图5A之切换单元的示意图。
图6A、图6B、图6C、图6D与图6E分别为图5B之切换单元的实施示意图。
【主要组件符号说明】
100、200、500：电源供应装置
110、210：输入转换级
120、220：主电源转换电路
130、230：辅助电源转换电路
140：待机电源产生电路
240、240’：切换单元
250：降压式电源转换电路
212：电磁干扰滤波器
214：桥式整流及滤波电路
216：功率因素校正转换器
260：控制单元
SW1：第一开关
SW2：第二开关
AC_IN：交流电压
CS1：第一控制讯号
CS2：第二控制讯号
DC_IN：直流输入电压
D1、D2：二极管
P_aux：辅助电源
P_main：主电源
P_sb：待机电源
P_select：切换单元的输出
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
现将详细参考本发明之示范性实施例，在附图中说明所述示范性实施例之实例。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的组件/构件代表相同或类似部分。
图2绘示为本发明一实施例之电源供应装置200的示意图。请参照图2，电源供应装置200适于应用在计算机系统，但并不限制于此，且其包括输入转换级（input conversion stage）210、主电源转换电路（main-power conversioncircuit）220、辅助电源转换电路（auxiliary-power conversion circuit）230、切换单元（switching unit）240，以及降压式电源转换电路（buck powerconversion circuit）250。
继续参考图2，于本实施例中，输入转换级210用以接收交流电压AC_IN（例如可以是交流市电，但不以此为限），并对交流电压AC_IN进行转换，藉以输出直流输入电压DC_IN；主电源转换电路220耦接输入转换级210，用以对输入转换级210所输出的直流输入电压DC_IN进行转换，藉以产生并输出主电源P_main；辅助电源转换电路230耦接输入转换级210，用以对输入转换级210所输出的直流输入电压DC_IN进行转换，藉以产生并输出辅助电源P_aux；切换单元240耦接主电源转换电路220与辅助电源转换电路230，用以接收主电源转换电路220所输出的主电源P_main与辅助电源转换电路230所输出的辅助电源P_aux，并且选择所接收的主电源P_main与辅助电源P_aux其中之一而输出;降压式电源转换电路250耦接切换单元240，用以对切换单元240的输出进行降压以产生并输出待机电源P_sb。
基于本实施例的一优选实施方案中，参考图2和图3，输入转换级210包括桥式整流及滤波电路214，所述桥式整流及滤波电路214用以接收交流电压AC_IN，并对所接收的交流电压AC_IN进行全波整流与滤波，藉以输出直流输入电压DC_IN。
基于本实施例的另一优选实施方案中，参考图2和图3，输入转换级210包括桥式整流及滤波电路214，以及功率因素校正（PFC）转换器216。桥式整流及滤波电路214用以接收交流电压AC_IN，并对所接收的交流电压AC_IN进行全波整流与滤波，藉以输出直流输入电压DC_IN，功率因素校正转换器216耦接桥式整流及滤波电路214，用以对桥式整流及滤波电路214的输出（亦即直流输入电压DC_IN）进行功率因素校正。
基于本实施例的另一优选实施方案中，参考图2和图3，输入转换级210包括电磁干扰滤波器（electromagnetic interference filter,EMI filter）212、桥式整流及滤波电路214，以及功率因素校正（PFC）转换器216。电磁干扰滤波器212耦接于交流电压AC_IN与桥式整流及滤波电路214之间，用以抑制交流电压AC_IN的电磁噪声（electromagnetic noise）。桥式整流及滤波电路214用以接收电磁干扰滤波器212所输出的交流电压AC_IN，并对所接收的交流电压AC_IN进行全波整流与滤波，藉以输出直流输入电压DC_IN。功率因素校正转换器216耦接桥式整流及滤波电路214，用以对桥式整流及滤波电路214的输出（亦即直流输入电压DC_IN）进行功率因素校正。
于本实施例中，主电源转换电路220的电路拓扑型态可以为正激（Forward）电源转换电路、反激（Flyback）电源转换电路、有源箝位半桥式（Active Clampand Half Bridge）电源转换电路、有源箝位全桥式（Active Clamp and FullBridge）电源转换电路或推挽式（Push-Pull）电源转换电路，但并不限制于此。另外，辅助电源转换电路230的电路拓扑型态可以为反激（Flyback）电源转换电路。然而，关于上述各种电源转换电路的架构与运作方式均属本发明相关领域具有通常知识者所熟识的技艺，因而在此并不再加以赘述之。。
于本实施例中，电源供应装置200具有启动阶段与运作阶段。在电源供应装置200的启动阶段，辅助电源P_aux优先于主电源P_main而被产生。另外，在电源供应装置200的运作阶段，主电源P_main反应于辅助电源P_aux的产生而被产生。换言之，辅助电源P_aux是用以辅助主电源转换电路220的启动（activation）而产生主电源P_main。其中，主电源P_main可以大于辅助电源P_aux。例如，若辅助电源P_aux的设计是以主电源P_main的最低稳压率5％为原则的话，则当主电源P_main设计为12V时，则辅助电源P_aux可以为11.4V（12V×95％＝11.4V），但是关于主电源P_main与辅助电源P_aux的设计并不以此例子为限。
具体地，在电源供应装置200的启动阶段，切换单元240会输出辅助电源P_aux给降压式电源转换电路250；而在电源供应装置200的运作阶段，切换单元240会改为输出主电源P_main给降压式电源转换电路250。亦即，在电源供应装置200的启动阶段，切换单元240的输出P_select为辅助电源P_aux；而在电源供应装置200的运作阶段，切换单元240的输出P_select为主电源P_main。如此一来，降压式电源转换电路250即会对切换单元240的输出P_select（亦即辅助电源P_aux或主电源P_main）进行降压，藉以产生并输出待机电源P_sb（其例如为5V，但不以此为限）。
基于本实施例的一优选实施方案中，图4绘示为图2之切换单元240的实施示意图。请合并参照图2与图4，切换单元240可以包括二极管D1及D2。其中，二极管D1的阳极用以接收主电源P_main，而二极管D1的阴极则耦接至降压式电源转换电路250的输入。另外，二极管D2的阳极用以接收辅助电源P_aux，而二极管D2的阴极则耦接至降压式电源转换电路250的输入。
于本实施例中，在电源供应装置200的启动阶段，由于主电源P_main尚未产生，因此仅有二极管D2会导通以传导辅助电源P_aux给降压式电源转换电路250；而在电源供应装置200的运作阶段，由于主电源P_main已产生，因此仅有二极管D1会导通以传导主电源P_main给降压式电源转换电路250。如此一来，降压式电源转换电路250即会对切换单元240的输出P_select（亦即对应于启动阶段的辅助电源P_aux或对应于运作阶段的主电源P_main）进行降压，藉以产生并输出待机电源P_sb。
由此可知，辅助电源转换电路230只会在电源供应装置200的启动阶段而全然运作，并在电源供应装置200的运作阶段处于近似休眠的状态，此时辅助电源转换电路230的输出负载可视为空载的状况。显然地，在电源供应装置200的运作阶段，转换效率较差的辅助电源转换电路230会被关闭，而转换效率较高的降压式电源转换电路250会反应于主电源P_main而产生待机电源P_sb。如此一来，电源供应装置200整体的效率（端看电源供应装置200的运作阶段而言）会因为降压式电源转换电路250的转换效率较高（大约落在93%-97%）而提升，以至于电源供应装置200并不会产生过多的无效功率而有利于节能的表现。
除此之外，图5A绘示为本发明另一实施例之电源供应装置500的示意图。请合并参照图2与图5A，电源供应装置500相较于电源供应装置200而言，其差异在于多出了控制单元260，且切换单元240与240’的实施态样相异。其中，控制单元260耦接主电源转换电路220、辅助电源转换电路230与切换单元240’，用以反应于主电源P_main与辅助电源P_aux而产生第一控制讯号CS1与第二控制讯号CS2。基此，切换单元240’则反应于来自控制单元260的第一控制讯号CS1与第二控制讯号CS2而选择并输出所接收的主电源P_main与辅助电源P_aux其中之一。
更清楚来说，图5B绘示为图5A之切换单元240’的示意图。请合并参照图5A与图5B，切换单元240’包括第一开关SW1与第二开关SW2。其中，第一开关SW1用以接收主电源P_main，并且反应于来自控制单元260的第一控制讯号CS1而决定是否导通。另外，第二开关SW2用以接收辅助电源P_aux，并且反应于来自控制单元260的第二控制讯号CS2而决定是否导通。于本实施例中，第一开关SW1于电源供应装置500的启动阶段关闭，并于电源供应装置500的运作阶段导通。另外，第二开关SW2于电源供应装置500的启动阶段导通，并于电源供应装置500的运作阶段关闭。
基此，图6A、图6B、图6C、图6D与图6E分别为图5B之切换单元240’的实施示意图。请合并参照图5B与图6A-6E，于本实施例中，第一开关SW1与第二开关SW2可以分别利用PNP晶体管来实施（如图6A所绘示），或者可以分别利用NPN晶体管来实施（如图6B所绘示），或者可以分别利用PMOS晶体管来实施（如图6C所绘示），或者可以分别利用NMOS晶体管来实施（如图6D所绘示），或者可以分别利用继电器（relay）来实施（如图6E所绘示），但并不限制于此，一切视实际需求而论。
在电源供应装置500的启动阶段，由于主电源P_main尚未产生，因此控制单元260会依据产生第一控制讯号CS1与第二控制讯号CS2来对应关闭与导通第一开关SW1与第二开关SW2。如此一来，辅助电源P_aux将会被传导至降压式电源转换电路250。另外，在电源供应装置500的运作阶段，由于主电源P_main已产生，因此控制单元260会据以产生第一控制讯号CS1与第二控制讯号CS2来对应导通与关闭第一开关SW1与第二开关SW2。如此一来，主电源P_main将会被传导至降压式电源转换电路250。由此，降压式电源转换电路250即会对切换单元240’的输出P_select（亦即对应于启动阶段的辅助电源P_aux或对应于运作阶段的主电源P_main）进行降压，藉以产生并输出待机电源P_sb。
相似地，辅助电源转换电路230只会在电源供应装置500的启动阶段而全然运作，并在电源供应装置500的运作阶段处于近似休眠的状态，此时辅助电源转换电路230的输出负载可视为空载的状况。显然地，在电源供应装置500的运作阶段，转换效率较差的辅助电源转换电路230会被关闭，而转换效率较高的降压式电源转换电路250会反应于主电源P_main而产生待机电源P_sb。如此一来，电源供应装置500整体的效率（端看电源供应装置500的运作阶段而言）会因为降压式电源转换电路250的转换效率较高（大约落在93%-97%）而提升，以至于电源供应装置500并不会产生过多的无效功率而有利于节能的表现。
综上所述，本发明主要是利用切换单元于电源供应装置的启动阶段输出辅助电源给降压式电源转换电路以产生待机电源，并于电源供应装置的运作阶段输出主电源给降压式电源转换电路以产生待机电源。基于辅助电源产生电路只会在电源供应装置的启动阶段下而全然运作，以至于电源供应装置整体的效率（端看电源供应装置的运作阶段而言）会因为降压式电源转换电路的转换效率较高（大约落在93%-97%）而提升。如此一来，电源供应装置就不会产生过多的无效功率而有利于节能的表现。
惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作之简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。另外，本发明的任一实施例或申请专利范围不须达成本发明所揭露之全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明之权利范围。
Claims (14)
1.一种电源供应装置，其特征在于：包括：
一输入转换级，用以接收一交流电压，并对所述交流电压进行转换以输出一直流输入电压；
一主电源转换电路，耦接所述输入转换级，用以对所述直流输入电压进行转换以产生并输出一主电源；
一辅助电源转换电路，耦接所述输入转换级，用以对所述直流输入电压进行转换以产生并输出一辅助电源；
一切换单元，耦接所述主电源转换电路与所述辅助电源转换电路，用以接收所述主电源与所述辅助电源，并选择所述主电源与所述辅助电源其中之一而输出；以及
一降压式电源转换电路，耦接所述切换单元，用以对所述切换单元的输出进行降压以产生并输出一待机电源。
2.如权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于：
在所述电源供应装置的启动阶段，所述辅助电源优先于所述主电源而被产生；以及
在所述电源供应装置的运作阶段，所述主电源反应于所述辅助电源的产生而被产生，
其中，所述主电源大于所述辅助电源。
3.如权利要求2所述的电源供应装置，其特征在于：
在所述启动阶段，所述切换单元输出所述辅助电源给所述降压式电源转换电路；以及
在所述运作阶段，所述切换单元输出所述主电源给所述降压式电源转换电路。
4.如权利要求3所述的电源供应装置，其特征在于：所述切换单元包括：
一第一二极管，其阳极用以接收所述主电源，而其阴极则耦接至所述降压式电源转换电路的输入；以及
一第二二极管，其阳极用以接收所述辅助电源，而其阴极则耦接至所述降压式电源转换电路的输入。
5.如权利要求3所述的电源供应装置，其特征在于：所述切换单元依据一第一控制讯号与一第二控制讯号而选择并输出所述主电源与辅助电源其中之一。
6.如权利要求5所述的电源供应装置，其特征在于：所述切换单元包括：
一第一开关，用以接收所述主电源，并且反应于所述第一控制讯号而决定是否导通；以及
一第二开关，用以接收所述辅助电源，并且反应于所述第二控制讯号而决定是否导通，
其中，所述第一开关于所述启动阶段关闭，并于所述运作阶段导通；以及
所述第二开关于所述启动阶段导通，并于所述运作阶段关闭。
7.如权利要求6所述的电源供应装置，其特征在于：还包括：
一控制单元，耦接所述主电源转换电路、所述辅助电源转换电路与所述切换单元，用以依据所述主电源与所述辅助电源而产生所述第一控制讯号与所述第二控制讯号。
8.如权利要求6所述的电源供应装置，其特征在于：所述第一开关与所述第二开关分别包括一晶体管。
9.如权利要求6所述的电源供应装置，其特征在于：所述第一开关与所述第二开关分别包括一继电器。
10.如权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于：所述输入转换级包括：
一桥式整流及滤波电路，用以接收所述交流电压，并对所述交流电压进行全波整流与滤波，藉以输出所述直流输入电压。
11.如权利要求10所述的电源供应装置，其特征在于：所述输入转换级更包括：
一功率因素校正转换器，耦接所述桥式整流及滤波电路，用以对所述直流输入电压进行功率因素校正。
12.如权利要求11所述的电源供应装置，其特征在于：所述输入转换级还包括：
一电磁干扰滤波器，耦接于所述交流电压与所述桥式整流及滤波电路之间，用以抑制所述交流电压的电磁噪声。
13.如权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于：所述主电源转换电路为一正激电源转换电路、一反激电源转换电路、一有源箝位半桥式电源转换电路、一有源箝位全桥式电源转换电路或一推挽式电源转换电路。
14.如权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于：所述辅助电源转换电路为一反激电源转换电路。
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