分散式電源供應器的製作方法

2024-02-11 07:12:15

專利名稱：分散式電源供應器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電源供應器，尤其涉及一種分散式電源供應器。
背景技術：
圖1為一種現有應用於液晶電視的電源供應器的方塊圖。請參照圖1，電源供應器 1包括電磁幹擾(ElectroMagnetic Interference，簡稱EMI)濾波器11、橋式整流器12、功 率因數修正器(Power Factor Corrector，簡稱PFC) 13、主電源轉換器14及待機電源轉換 器15。電源供應器1接收典型值90 264Vrms的市用交流電源VAC，市用交流電源VAC通 過主電源轉換器14轉換 為典型值24V和12V的主電源VMl和VM2，並通過待機電源轉換器 15轉換為典型值5V的待機電源VSB。其中，主電源VMl供電給逆變器將其轉換為高壓交流 電源以點亮背光光源，如冷陰極螢光燈(Cold Cathode Fluorescent Lamp，簡稱CCFL)，主 電源VM2供電給喇叭、影音控制及整體系統控制，而待機電源VSB則供電給微控制器(Micro Controller Unit，簡稱 MCU)。在市用交流電源VAC輸入後，市用交流電源VAC通過EMI濾波器11濾除其中的電 磁幹擾，再通過橋式整流器12將其轉換為脈動直流電壓VRDC。脈動直流電壓VRDC直接通 過尚未啟動的PFC 13而啟動待機電源轉換器15，待機電源轉換器15開始轉換而提供待機 電源VSB到MCU，使液晶電視處於待機模式。當MCU收到遙控器(或液晶電視控制面板)上 電源按鈕被按壓所送出的觸發信號時，MCU送出電源開啟信號PS_0N到電源供應器1，電源 供應器1通過開關電路16將典型值16V的內部電源供電給PFC 13及主電源轉換器14，PFC 13開始修正電流諧波失真並將所接收的脈動直流電壓VRDC穩定為典型值400V的直流電 壓VBUS以供主電源轉換器14及待機電源轉換器15使用，另主電源轉換器14開始轉換而 提供主電源VMl和VM2到背光光源、喇叭、影音控制及整體系統控制，使液晶電視正常工作 而能顯示畫面。當MCU再次收到遙控器(或液晶電視控制面板)上電源按鈕被按壓所送出 的觸發信號時，MCU送出電源關閉信號PS_0FF到電源供應器1，電源供應器1通過開關電路 16不再將內部電源VCC供電給PFC 13及主電源轉換器14，使液晶電視回到待機模式。由於能源短缺，世界環境組織紛紛提出相關的節能規範。對於家用電器產品的要 求主要包括整體工作耗能限制及待機模式功率損耗限制，其中待機模式功率損耗限制已由 原本的小於IW降至目前的小於0. 5W，接下來會繼續降至小於0. 3W或0. 1W。由於現有電源 供應器1中的待機電源轉換器15均採用反激式(flyback)轉換器，受限於此架構在低功率 時轉換效率不佳且轉換過程中電路元件基本的功率損耗的影響，其設計在節能上已經接近 極限，另外加上整體迴路中仍然存在EMI濾波器11、橋式整流器12、PFC 13中的被動元件 及待機電源轉換器15這些基本的功率損耗，因此現有電源供應器1在設計上不容易達到待 機模式功率損耗小於0. 3W或0. Iff的目標。
發明內容本實用新型的目的就是在提出一種分散式電源供應器，利用分散式電源概念來提供待機電源，因而可達到極小待機模式功率損耗，例如小於0. 3W或0. 1W。本實用新型提出一種分散式電源供應器，包括交流至直流轉換器、主電源轉換器、待機電源轉換器、太陽能板、充電轉換器、充電電池以及替代電源轉換器。交流至直流轉換 器用以將市用交流電源轉換為直流電壓。主電源轉換器耦接至交流至直流轉換器，用以在 分散式電源供應器正常工作時將直流電壓轉換為主電源，並在分散式電源供應器處於待機 模式時不動作。待機電源轉換器耦接至交流至直流轉換器，用以在分散式電源供應器正常 工作時，或分散式電源供應器處於待機模式且充電電池上儲存的能量不足夠時，將直流電 壓轉換後提供作為待機電源。太陽能板用以接收光線並將其轉換為直流電。充電轉換器耦 接至太陽能板，而充電電池耦接至充電轉換器，由充電轉換器將直流電轉換後對充電電池 充電。替代電源轉換器耦接至充電電池，用以在分散式電源供應器處於待機模式且充電電 池上儲存的能量足夠時，將充電電池上的電壓轉換後提供作為待機電源。實施時，所述替代電源轉換器包括一比較器，用以比較所述充電電池的輸出端電 壓及所述替代電源轉換器的輸出端電壓，以判斷所述充電電池上儲存的能量是否足夠。實施時，在所述分散式電源供應器處於待機模式時，若所述比較器判斷所述充電 電池上儲存的能量不足夠，則所述比較器輸出信號使所述替代電源轉換器不動作。實施時，在所述分散式電源供應器處於待機模式時，若所述比較器判斷所述充電 電池上儲存的能量足夠時，則所述比較器輸出信號使所述替代電源轉換器動作而提供所述 待機電源。與現有技術相比，本實用新型所述的電源供應器因採用由太陽能板、充電轉換器、 充電電池及替代電源轉換器所構成的光電轉換裝置，以吸收背光光源點亮工作時洩漏的光 線及/或外界光線並轉換成直流電儲存在充電電池中。在電源供應器接收到電源關閉信號 且充電電池上儲存的能量足夠時改由光電轉換裝置通過替代電源轉換器提供待機電源，而 其它時候仍由電源供應器中的待機電源轉換器提供待機電源，因而可達到極小待機模式功 率損耗，例如小於0. 3W或0. 1W。為讓本實用新型的上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實 施例，並配合附圖，作詳細說明如下。

圖1為一種現有應用於液晶電視的電源供應器的方塊圖；圖2為依照本實用新型一實施例的分散式電源供應器的方塊圖；圖3為圖2所示分散式電源供應器方塊圖的一實施例電路圖；圖4為圖2所示分散式電源供應器方塊圖的另一實施例電路圖。附圖標記說明1、2_電源供應器；11、21_電磁幹擾(EMI)濾波器；12、22_橋式整 流器；13、23_功率因數修正器(PFC) ；14、24_主電源轉換器；15、25_待機電源轉換器；16、 26-開關電路；27-太陽能板；28-充電轉換器；29-充電電池；30-替代電源轉換器；31、 32-單向導電元件；Bl B4-充電電池；Cl C6-電容器；Dl D8-二極體；Ll L3-電感 器；OCl-光耦合器；OPl-運算放大器；ORl-或閘；Ql、Q2-PNP電晶體開關；Rl R13-電阻 器；Tl-變壓器；Ul U3-脈寬調變(PWM)控制器；ZDl-齊納二極體；VAC-市用交流電源； VRDC-脈動直流電壓；VBUS-直流電壓；VCC-內部電源；VM1、VM2-主電源；VSB-待機電源；PS_ON-電源開啟信號；PS_OFF-電源關閉信號。
具體實施方式
圖2為依照本實用新型一實施例的分散式電源供應器的方塊圖，此分散式電源供 應器應用於液晶電視，但並不以此為限。請參照圖2，分散式電源供應器2包括EMI濾波器 21、交流至直流轉換器(其包括橋式整流器22及PFC 23)、主電源轉換器24、待機電源轉換 器25、開關電路26、太陽能板27、充電轉換器28、充電電池29、替代電源轉換器30以及單向 導電元件31和32。分散式電源供應器2接收典型值90 264Vrms的市用交流電源VAC， 並通過主電源轉換器24將其轉換為典型值24V和12V的主電源VMl和VM2，及通過待機電 源轉換器25將其轉換為典型值5V的待機電源VSB。其中，主電源VMl供電給逆變器將其轉 換為高壓交流電源以點亮背光光源(如CCFL)，主電源VM2供電給喇叭、影音控制及整體系 統控制，而待機電源VSB則供電給MCU。除此之外，待機電源VSB還可以由太陽能板27、充電轉換器28、充電電池29及替 代電源轉換器30所構成的光電轉換裝置來提供。太陽能板27可設置在液晶電視外殼上以 接收外界如太陽或電燈等提供的光線，還可設置在液晶電視內部液晶面板後方開孔處以接 收來自背光光源點亮工作時洩漏出來的光線。太陽能板27通過光電轉換將所接收的光線 轉換為直流電，此直流電再通過充電轉換器28的調變及控制而對充電電池29充電。替代 電源轉換器30則是依據充電電池29上儲存的能量是否足夠以及接收到電源開啟信號PS_ ON或電源關閉 信號PS_0FF來決定是否動作。若替代電源轉換器30動作，則替代電源轉換 器30會將充電電池29的電能轉換為待機電源VSB而提供到MCU，此時待機電源轉換器25 將不動作；反之，若替代電源轉換器30不動作，則待機電源轉換器25必須動作而提供待機 電源VSB到MCU。因此，待機電源轉換器25及替代電源轉換器30兩者在同一時間只有一個 會動作來提供待機電源VSB，因此兩者輸出端必需分別加上單向導電元件31和32，以防止 電源倒灌導致不必要的功率損耗或造成電路有所損壞。在本例中，單向導電元件31和32 為二極體。在電源供應器2接收到電源開啟信號PS_0N時，液晶電視正常工作，由於MCU需處 理的數據量龐大，消耗的能量較高，因此由待機電源轉換器25提供待機電源VSB給MCU，而 替代電源轉換器30必需控制其不動作。此時由於背光光源(如CCFL)已經點亮工作，設置 在液晶電視內部液晶面板後方開孔處的太陽能板27將可以接收到其洩露出來的光線，通 過光電轉換將所接收的光線轉換為直流電後，再通過充電轉換器28對充電電池29充電。而 設置在液晶電視外殼上的太陽能板27不論何時只要外界有光即可通過充電轉換器28對充 電電池29充電。在電源供應器2接收到電源關閉信號PS_0FF時，液晶電視進入待機模式，此時由 於主電源轉換器24不再動作而不提供主電源VMl和VM2，背光光源(如CCFL)關閉，使設置 在液晶電視內部液晶面板後方開孔處的太陽能板27得不到能量，因此只能由設置在液晶 電視外殼上的太陽能板27接收外界光線來通過充電轉換器28對充電電池29充電。若電 源供應器2檢測到充電電池29上儲存的能量足夠，則啟動替代電源轉換器30動作，將充電 電池29上儲存的能量轉換而提供待機電源VSB以提供MCU所需的功率，而待機電源轉換器 25必須控制其不動作。但是，若電源供應器2檢測到充電電池29上儲存的能量並不足夠，則仍然啟動待機電源轉換器25動作，由待機電源轉換器25提供待機電源VSB以提供MCU 所需的功率，而替代電源轉換器30必須控制其不動作。所以，在電源供應器2接收到電源關閉信號PS_0FF(即液晶電視進入待機模式) 且充電電池29上儲存的能量足夠時，由替代電源轉換器30動作提供待機電源VSB給MCU， 而待機電源轉換器25並沒有動作，因此整個迴路上的功率損耗只剩下EMI濾波器21、橋式 整流器22及PFC 23被動元件的損失；再者，由於PFC 23後端的電容器並沒有提供負載能 量，因此不會出現電壓降的情形，所以會一直處於弦波峰值電壓，對於整個輸入端而言，由 於壓降及電流相當小，其待機模式功率損耗將小於0. 1W。圖3為圖2所示分散式電源供應器方塊圖的一實施例電路圖。請同時參照 圖2及圖3，待機電源轉換器25採用反激式轉換器，其主要包括脈寬調變(PulseWidth Modulation，簡稱PWM)控制器Ul、功率開關Ml、變壓器Tl、 二極體Dl、電容器Cl及反饋電 路(包括電阻器Rl R4、電容器C3、光耦合器OCl及崩潰電壓可調的齊納二極體ZDl)。當 PWM控制器Ul動作時，其輸出PWM信號控制功率開關Ml的切換，故待機電源轉換器25進行 轉換並提供待機電源VSB，此待機電源VSB —般還會通過電感器Ll及電容器C2濾波後再提 供給MCU。此時通過電阻器R3和R4對待機電源VSB電壓取樣作為反饋信號FB，再通過電 阻器Rl和R2、電容器C3、光耦合器OCl及崩潰電壓可調的齊納二極體ZDl所構成的電路將 反饋信號FB從二次側送回一次側給PWM控制器Ul，使PWM控制器Ul調整其輸出的PWM信 號。此外，待機電源轉換器25還在變壓器Tl 一次側加上輔助繞組及一些電路(圖中未繪 示)以提供如圖2所示的內部電源VCC。太陽能板27通過光電轉換將所接收的光線轉換為直流電，此直流電再通過充電 轉換器28的調變及控制而對充電電池29充電。充電轉換器28採用降壓式(buck)轉換 器，但並不以此為限，例如還可採用升壓式(boost)、降升壓式(buck-boost)轉換器等的直 流至直流轉換器。充電轉換器28主要包括PWM控制器U2、功率開關M2、二極體D2、電感器 L2及反饋電路(圖中未繪示)。在通過反饋電路檢測到充電電池29尚未充飽前，使PWM控 制器U2動作而輸出PWM信號控制功率開關M2的切換，故充電轉換器28進行轉換並對充電 電池29充電。在通過反饋電路檢測到充電電池29已充飽後，使PWM控制器U2不動作，故 充電轉換器28不再進行轉換而不再對充電電池29充電。在本例中，充電電池29由四個充 電電池Bl B4串聯耦接以提供較高的電壓輸出，但並不以此為限；例如，可以由多個充電 電池並聯耦接以提供較大的儲能空間。替代電源轉換器30採用降壓式轉換器，但並不以此為限，例如還可採用升壓式、 降升壓式轉換器等的直流至直流轉換器。替代電源轉換器30主要包括PWM控制器U3、功率 開關M3、二極體D3、電感器L3、電容器C4及反饋電路(包括電阻器R5 R12、電容器C5、 二極體D4 D6、PNP電晶體開關Ql及運算放大器0P1)。在反饋電路中，電阻器R8及電容 器C5做濾波之用，二極體D4 D6作為單向導電之用，而由電阻器R9 R12及運算放大器 OPl所構成的遲滯比較器作比較兩個電壓之用。在電源供應器2接收到電源開啟信號PS_ ON(在本例中，其為邏輯1信號)時，使PNP電晶體開關Ql關閉或斷開，充電電池29不供電 給PWM控制器U3，故替代電源轉換器30不進行轉換而不提供待機電源VSB，且因此其輸出 端上的電壓不會通過電阻器R5及二極體D6影響待機電源轉換器25的反饋信號FB，此時待 機電源轉換器25會進行轉換而提供待機電源VSB。[0025]在電源供應器2接收到電源關閉信號PS_0FF (在本例中，其為邏輯0信號)時，若 充電電池29上儲存的能量足夠，則替代電源轉換器30進行轉換而提供待機電源VSB，且通 過電阻器R6和R7對替代電源轉換器30輸出端上的電壓取樣送回PWM控制器U3進行反饋 控制。此時替代電源轉換器30輸出端上的電壓會通過電阻器R5及二極體D6破壞待機電 源轉換器25的反饋信號FB，使PWM控制器Ul不動作，故待機電源轉換器25不進行轉換而 不提供待機電源VSB。通過由電阻器R9 R12及運算放大器OPl所構成的遲滯比較器來比 較充電電池29輸出端上的電壓及替代電源轉換器30輸出端上的電壓，以便判斷充電電池 29上儲存的能量是否足夠。若充電電池29上儲存的能量不足夠，則遲滯比較器輸出邏輯1 信號以關閉PNP電晶體開關Ql，使充電電池29不再供電給PWM控制器U3，故替代電源轉換 器30不再動作而不再提供待機電源VSB，且由於替代電源轉換器30輸出端上的電壓不再破 壞待機電源轉換器25的反饋信號FB，故待機電源轉換器25開始動作而提供待機電源VSB。圖4為圖2所示分散式電源供應器方塊圖的另一實施例電路圖。請同時參照圖2 至圖4，圖4和圖3所示電路差異僅在於替代電源轉換器30的反饋電路。圖4所示替代電 源轉換器30的反饋電路通過或閘ORl接收由電阻器R9 R12及運算放大器OPl所構成的 遲滯比較器的輸出以及電源開啟信號PS_0N或電源關閉信號PS_0FF。而且由或閘ORl輸 出結果通過PNP電晶體開關Q2決定是否讓替代電源轉換器30輸出端上的電壓通過電阻器 R5及二極體D6破壞待機電源轉換器25的反饋信號FB，以便決定是否使待機電源轉換器25 動作而提供待機電源VSB。另外，在反饋電路中，電阻器R13及電容器C6做濾波之用，而二 極管D7和D8作為單向導電之用。綜上所述，本實用新型電源供應器2因採用由太陽能板27、充電轉換器28、充電電 池29及替代電源轉換器30所構成的光電轉換裝置，以吸收背光光源點亮工作時洩漏的光 線及/或外界光線並轉換成直流電儲存在充電電池29中。在電源供應器2接收到電源關 閉信號PS_0FF信號且充電電池29上儲存的能量足夠時改由光電轉換裝置通過替代電源轉 換器30提供待機電源VSB，而其它時候仍由電源供應器2中的待機電源轉換器25提供待機 電源VSB，因而可達到極小待機模式功率損耗，例如小於0. 3W或0. 1W。雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本實用新型，任何 本領域普通技術人員，在不脫離本實用新型的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因 此本實用新型的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
權利要求一種分散式電源供應器，其特徵在於，其包括一交流至直流轉換器，用以將一市用交流電源轉換為一直流電壓；一主電源轉換器，耦接至所述交流至直流轉換器，用以在所述分散式電源供應器正常工作時將所述直流電壓轉換為至少一主電源，並在所述分散式電源供應器處於待機模式時不動作；至少一太陽能板，用以接收光線並將其轉換為一直流電；一充電轉換器，耦接至所述至少一太陽能板；一充電電池，耦接至所述充電轉換器，由所述充電轉換器將所述直流電轉換後對所述充電電池充電；一替代電源轉換器，耦接至所述充電電池，用以在所述分散式電源供應器處於待機模式且所述充電電池上儲存的能量足夠時，將所述充電電池上的電壓轉換後提供作為一待機電源；以及一待機電源轉換器，耦接至所述交流至直流轉換器，用以在所述分散式電源供應器正常工作時，或所述分散式電源供應器處於待機模式且所述充電電池上儲存的能量不足夠時，將所述直流電壓轉換後提供作為所述待機電源。
2.如權利要求1所述的分散式電源供應器，其特徵在於，其還包括一電磁幹擾濾波器， 耦接於所述市用交流電源及所述交流至直流轉換器之間，用以濾除所述市用交流電源中的 電磁幹擾。
3.如權利要求1所述的分散式電源供應器，其特徵在於，所述交流至直流轉換器包括 一橋式整流器，用以將所述市用交流電源轉換為一脈動直流電壓。
4.如權利要求3所述的分散式電源供應器，其特徵在於，所述交流至直流轉換器還包 括一功率因數修正器，耦接於所述橋式整流器及所述直流電壓之間，用以將所述脈動直流 電壓轉換為所述直流電壓，並消除輸入電流失真。
5.如權利要求1所述的分散式電源供應器，其特徵在於，其還包括兩單向導電元件，分 別耦接至所述待機電源轉換器及所述替代電源轉換器的輸出端。
6.如權利要求1所述的分散式電源供應器，其特徵在於，所述替代電源轉換器包括一 比較器，用以比較所述充電電池的輸出端電壓及所述替代電源轉換器的輸出端電壓，以判 斷所述充電電池上儲存的能量是否足夠。
專利摘要本實用新型提供了一種分散式電源供應器，包括交流至直流轉換器、主電源轉換器、待機電源轉換器以及由太陽能板、充電轉換器、充電電池及替代電源轉換器所構成的光電轉換裝置，其由交流至直流轉換器將輸入的市用交流電源轉換為直流電壓後再通過主電源轉換器及待機電源轉換器轉換為主電源及待機電源。此分散式電源供應器通過光電轉換裝置吸收背光光源工作時洩漏的光線及/或外界光線並轉換成直流電儲存在充電電池中，在電源供應器接收到電源關閉信號且充電電池上儲存的能量足夠時改由光電轉換裝置通過替代電源轉換器提供待機電源，而其它時候仍由電源供應器中的待機電源轉換器提供待機電源，因而可達到極小待機模式功率損耗。
文檔編號H02J1/10GK201577034SQ20092014938
公開日2010年9月8日 申請日期2009年4月21日 優先權日2009年4月21日
發明者李振強, 林立韋 申請人:冠捷投資有限公司