降低功率耗損的電源供應器的製作方法

2023-05-25 02:44:11

專利名稱：降低功率耗損的電源供應器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電源供應器，特別是關於一種降低功率耗損的電源供應器。
背景技術：
圖1是現有的交流轉直流電源供應器(AC/DC power supply)應用在發光二極體 (Light Emitting Diode，LED)負載的示意圖。交流輸入電壓通常是IlOV或220V，現在已有電源供應器設計成可以接受90V 寬範圍的輸入電壓。交流輸入電壓經過交流轉直流整流器(AC/DC rectifier) 10轉變成包含漣波的直流電Vin，再由直流電源轉換器(DC/DC Converter) 12負責產生穩定的輸出電壓Vout給LED負載14。直流電源轉換器12為維持穩定的輸出電壓Vout，而且要滿足較寬範圍的輸入電壓Vin，其正常操作的工作周期(duty cycle)不能太大，因此電源轉換的效率會受到限制。直流電源轉換器12的輸出電壓Vout 採用分散方式供電給LED負載14。因為不同型式的LED有不同的順向偏壓，若要滿足各種型式的LED，比較簡單且常見的作法是採用較高且固定的輸出電壓Vout，例如5V，但是如此一來，對於順向偏壓較低的LED負載14，就會產生較大的功率耗損。圖2是現有的隔離式電源供應器的示意圖，變壓器的一次側連接電力控制開關 16，二次側連接整流濾波器18。為了產生固定的輸出電壓Vout，必須利用回授補償電路 20偵測輸出電壓Vout，得到的信息透過隔離電路22傳送到一次側的開關驅動電路24，以調整電力控制開關16的責任周期，進而維持穩定的輸出電壓Vout，因此構成一個閉迴路 (close-loop)控制的直流電源轉換器。隔離電路22通常為光耦合器或變壓器。美國專利號5，894，412揭露了固定工作周期的開迴路(open-loop)的隔離式電源供應器，再於負載端之間連接直流電源轉換器以求最佳的工作功率。此隔離式電源供應器的優點是不需要隔離電路，但是開迴路的隔離式電源供應器的輸出電壓會受到負載和輸入電壓的改變而產生較大的變動，因而有輸出過電壓或欠電壓的情況發生。因此，還有待於開發一種穩定輸出且降低功率耗損的電源供應器。

發明內容
本發明的目的，在於提出一種穩定輸出且降低功率耗損的電源供應器。根據本發明，一種降低功率耗損的電源供應器包含隔離式電源轉換器及直流電源轉換器。該隔離式電源轉換器包含一次側繞組連接電力控制開關，二次側繞組產生第一輸出電壓，以及位於一次側的輔助繞組產生與該第一輸出電壓成比例的電壓信號，用以穩定該第一輸出電壓。該直流電源轉換器將該第一輸出電壓轉換為第二輸出電壓供應負載端。 該第一輸出電壓大於該第二輸出電壓。本發明中，可以根據輔助繞組產生的電壓信號來控制電力控制開關調整電源轉換器，以維持穩定的輸出電壓給直流電源轉換器，同時還可以做到過電壓和欠電壓保護的功能。最後由直流電源轉換器根據負載的特性將輸出電壓做最佳化的轉換，降低負載端造成的功率損耗。進一步的，該隔離式電源轉換器還可以根據功率因素改善器來接受較寬範圍的輸入電壓及改善功率因素。


圖1是現有的交流轉直流電源供應器應用在發光二極體負載的示意圖；圖2是現有的隔離式電源供應器；圖3是本發明的第一實施例；圖4是本發明的第二實施例；圖5是在圖3的實施例中使用馳返式電源轉換器；以及圖6是本發明應用於LED負載的實施例的示意圖。
具體實施例下面結合說明書附圖對本發明的具體實施方式
做詳細描述。圖3是本發明的第一實施例，此電源供應器包含隔離式電源轉換器30及直流電源轉換器34。隔離式電源轉換器30除了於一次側繞組m連接電力控制開關16，二次側繞組 N2連接整流濾波器18以外，更包括位於一次側的輔助繞組N3。此輔助繞組N3輸出的電壓信號Sl經過控制電路32乘上二次側繞組N2與輔助繞組N3的匝數比N2 N3，不需要隔離電路22便可以於一次側得知輸出電壓Vout的數值。所以，控制電路32可以依據電壓信號 Sl來控制電力控制開關16調整電源轉換器，以維持穩定的輸出電壓Vout給直流電源轉換器34，同時還可以做到過電壓和欠電壓保護的功能。最後由直流電源轉換器34根據負載的特性將輸出電壓Vout做最佳化的轉換，降低負載端造成的功率損耗。隔離式電源轉換器 30的架構可以採用全橋式(full-bridge)、半橋式(half-bridge)、推挽式(push-pull)、順向式(forward)、馳返式(f lykick)、降壓式(buck)或升降壓式(buck-boost)。圖4是本發明的第二實施例，此電源供應器具有隔離式電源轉換器36及直流電源轉換器；34，還包含功率因素改善器(power-factor corrector, PFC) 400在隔離式電源轉換器36中，電力控制開關16改以固定的工作周期切換，控制電路38取得輔助繞組N3輸出的電壓信號Sl之後，傳送信號給功率因素改善器40，調整隔離式電源轉換器36的輸入電壓以維持穩定的輸出電壓Vout。功率因素改善器40除了改善功率因素之外，還可以接受較寬範圍的輸入電壓Vin，轉換成較高的直流電壓給下一級的電源轉換器。功率因素改善器40的結構可以採用典型的升壓式(boost)電路。圖5是在圖3的實施例中使用馳返式電源轉換器，輔助繞組N3的電壓信號Sl和二次側繞組N2的輸出電壓Vout為N3 N2的比例關係，因此控制電路46根據此電壓信號 Sl適當調整一次側的電力控制開關SW的工作周期，就可以達到維持輸出電壓Vout穩定的目的。圖6是本發明應用於LED負載的實施例的示意圖。交流輸入電源經過交流轉直流整流器10轉變成直流電Vin，功率因素改善器40將電壓Vin提升後送給具有輔助繞組的隔離式電源轉換器36，再將此隔離式電源轉換器36的輸出Vout連接到分布式的直流電源轉換器34，最後由直流電源轉換器34各自依LED負載特性而自動調整其供應的輸出電壓和電流以符合LED的需求。隔離式電源轉換器36的輸出電壓Vout受到監控並回授到前面的功率因素改善器40，同時還具有過電壓和欠電壓保護的功能。適當提高隔離式電源轉換器36的輸出電壓Vout，並採用分散方式供電給直流電源轉換器34，可以降低在隔離式電源轉換器36和直流電源轉換器34之間線路上的電流，進而減少線路上的銅損。直流電源轉換器34的輸出電壓是依LED負載特性而自動調整，因此可以降低LED負載端的功率耗損，提高使用效率。此實施例明顯地減少電力損失、提升整體電路的效率。
以上，僅為本發明的較佳實施例，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求所界定的保護範圍為準。
權利要求
1.一種降低功率耗損的電源供應器，其特徵在於，包含隔離式電源轉換器，包含一次側繞組連接電力控制開關；二次側繞組產生第一輸出電壓；以及位於一次側的輔助繞組產生與該第一輸出電壓成比例的電壓信號，用以穩定該第一輸出電壓；以及直流電源轉換器連接該隔離式電源轉換器，將該第一輸出電壓轉換為第二輸出電壓供應負載端；其中該第一輸出電壓大於該第二輸出電壓。
2.如權利要求1所述的降低功率耗損的電源轉換器，其特徵在於，該隔離式電源轉換器更包括控制電路根據該電壓信號控制該電力控制開關。
3.如權利要求1所述的降低功率耗損的電源轉換器，其特徵在於，更包括功率因素改善器連接該隔離式電源轉換器，提供第三輸出電壓給該隔離式電源轉換器。
4.如權利要求3所述的降低功率耗損的電源轉換器，其特徵在於，該隔離式電源轉換器更包括控制電路根據該電壓信號控制該功率因素改善器，調整該第三輸出電壓以穩定該第一輸出電壓。
5.如權利要求4所述的降低功率耗損的電源轉換器，其特徵在於，該電力控制開關具有固定工作周期。
6.如權利要求3所述的降低功率耗損的電源轉換器，其特徵在於，該功率因素改善器包含升壓式電路。
7.如權利要求1所述的降低功率耗損的電源轉換器，其特徵在於，該隔離式電源轉換器包含全橋式、半橋式、推拉式、順向式、馳返式、降壓式或升降壓式電路。
8.如權利要求1所述的降低功率耗損的電源轉換器，其特徵在於，該直流電源轉換器包含控制電路偵測該負載端以調整該第二輸出電壓。
全文摘要
本發明公開一種降低功率耗損的電源供應器，包含隔離式電源轉換器，其具有一次側繞組連接電力控制開關，二次側繞組產生第一輸出電壓，以及位於該一次側的輔助繞組產生與該第一輸出電壓成比例的電壓信號，用以穩定該第一輸出電壓，以及直流電源轉換器連接該隔離式電源轉換器，將該第一輸出電壓轉換為第二輸出電壓供應負載端。該第一輸出電壓大於該第二輸出電壓。
文檔編號H05B37/02GK102202438SQ201010129118
公開日2011年9月28日 申請日期2010年3月22日 優先權日2010年3月22日
發明者劉國基, 李勇進, 李明學, 陳南鳴 申請人:立錡科技股份有限公司