多輸出交換式電源轉換器的製作方法

2023-08-05 13:53:26

本發明涉及一種交換式電源轉換器，特別是涉及一種多輸出交換式電源轉換器。

背景技術：

參見圖1所示，傳統一種多輸出交換式電源轉換器1具有一變壓器T1，一與變壓器T1的初級側繞組Lp電耦接的初級側電路11，一與變壓器T1的第一次級側繞組Ls1電耦接的第一整流濾波電路12，其對第一次級側繞組Ls1產生的感應電壓進行整流濾波以輸出一第一電壓V1(+12V)供給第一負載，一與變壓器T1的第二次級側繞組Ls2電耦接的第二整流濾波電路13，其對第二次級側繞組Ls2產生的感應電壓進行整流濾波以輸出一第二電壓V2(+5V)供給第二負載，以及一與變壓器T1的第三次級側繞組Ls3電耦接的第三整流濾波電路14，其對第三次級側繞組Ls3產生的感應電壓進行整流濾波以輸出一第三電壓V3(+3.3V)供給第三負載，且第三整流濾波電路14還電耦接一穩壓電路15，其接受第三電壓V3，並根據來自一穩壓控制電路16的一控制訊號維持第三電壓V3的穩定輸出。且一回授電路17與穩壓電路15的輸出端電耦接，以偵測第三電壓V3並產生一回授訊號給穩壓控制電路16，使根據該回授訊號產生該控制訊號給穩壓電路15。

然而上述多輸出交換式電源轉換器若要輸出多個不同的電壓，必須針對各種輸出電壓使用不同的次級側繞組Ls1、Ls2、Ls3並對應搭配一個整流濾波電路12、13、14，使得變壓器T1的次級側繞組數目增多且電路更複雜，不但增加變壓器T1的製造成本並使變壓器T1的體積增加，而無法有效節省電路空間。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種能簡化電路、縮小電路體積並節省製造成本的多輸出交換式電源轉換器。

本發明多輸出交換式電源轉換器，用以將一直流電源轉換成多種 電壓輸出，並包括：一變壓器，包含一初級側繞組及至少一次級側繞組；一初級側電路，與該直流電源及該初級側繞組電耦接，以控制該直流電源是否輸入該初級側繞組；一整流濾波電路，與該次級側繞組電耦接，並對該次級側繞組產生的一感應電壓進行整流濾波，以輸出一直流電壓；一第一穩壓電路，與該整流濾波電路電耦接以取得該直流電壓，並根據一第一控制訊號，將該直流電壓轉換成一第一電壓並輸出，其中該第一電壓的準位不同於該直流電壓；一第一回授電路，與該第一穩壓電路電耦接，以偵測該第一電壓並產生一第一回授訊號；及一第一穩壓控制電路，與該第一回授電路電耦接，以接收該第一回授訊號，並根據該第一回授訊號產生該第一控制訊號給該第一穩壓電路。

在本發明的一實施例中，該多輸出交換式電源轉換器，還包括：一第二穩壓電路，與該第一穩壓電路電耦接，以取得該第一電壓，並根據一第二控制訊號，將該第一電壓轉換成一第二電壓並輸出，其中該第二電壓的準位不同於該第一電壓及該直流電壓；一第二回授電路，與該第二穩壓電路電耦接，以偵測該第二電壓並產生一第二回授訊號；及一第二穩壓控制電路，與該第二回授電路電耦接，以接收該第二回授訊號，並根據該第二回授訊號產生該第二控制訊號給該第二穩壓電路。

在本發明的一實施例中，該變壓器具有一第一次級側繞組及一第二次級側繞組，且該多輸出交換式電源轉換器具有一第一整流濾波電路及一第二整流濾波電路，該第一整流濾波電路與該第一次級側繞組電耦接，並對該第一次級側繞組產生的感應電壓進行整流濾波，以輸出一第一直流電壓，該第二整流濾波電路與該第二次級側繞組電耦接，並對該第二次級側繞組產生的感應電壓進行整流濾波，以輸出一第二直流電壓，其中該第二直流電壓的準位不同於該第一直流電壓，且該第一穩壓電路與該第二整流濾波電路電耦接，並根據該第一控制訊號，將該第二直流電壓轉換成該第一電壓並輸出，其中該第一電壓的準位不同於該第一直流電壓及該第二直流電壓。

在上述實施例中，該多輸出交換式電源轉換器，還包括：一第二穩壓電路，與該第一穩壓電路電耦接，以取得該第一電壓，並根據一 第二控制訊號，將該第一電壓轉換成一第二電壓並輸出，其中該第二電壓的準位不同於該第一電壓、該第一直流電壓及該第二直流電壓；一第二回授電路，與該第二穩壓電路電耦接，以偵測該第二電壓並產生一第二回授訊號；及一第二穩壓控制電路，與該第二回授電路電耦接，以接收該第二回授訊號，並根據該第二回授訊號產生該第二控制訊號給該第二穩壓電路。

或者，在本發明的另一實施例中，該多輸出交換式電源轉換器，還包括：一第二穩壓電路，與該第一整流濾波電路電耦接，以取得該第一直流電壓，並根據一第二控制訊號，將該第一直流電壓轉換成一第二電壓並輸出，其中該第二電壓的準位不同於該第一電壓、該第一直流電壓及該第二直流電壓；一第二回授電路，與該第二穩壓電路電耦接，以偵測該第二電壓並產生一第二回授訊號；及一第二穩壓控制電路，與該第二回授電路電耦接，以接收該第二回授訊號，並根據該第二回授訊號產生該第二控制訊號給該第二穩壓電路。

或者，在本發明的另一實施例中，該多輸出交換式電源轉換器還包括一與該第二整流濾波電路電耦接的穩壓電路、一回授電路及一穩壓控制電路，該穩壓電路取得該第二直流電壓，並根據來自該穩壓控制電路的一控制訊號，對該第二直流電壓進行穩壓，該回授電路與該穩壓電路電耦接，以偵測該第二直流電壓並產生一回授訊號，該穩壓控制電路與該回授電路電耦接，以接收該回授訊號，並根據該回授訊號產生該控制訊號給該穩壓電路。

且在本發明的一實施例中，該多輸出交換式電源轉換器可以是順向式電路架構或返馳式電路架構。

本發明的有益效果在於：藉由穩壓電路取得與次級側繞組連接的整流濾波電路輸出的一直流電壓，並將其轉換成默認的另一直流電壓輸出，並藉由回授電路偵測穩壓電路的輸出電壓，將偵測結果提供給穩壓控制電路，使據以產生控制訊號控制穩壓電路對其輸出電壓進行穩壓。藉此，當需要多個不同的輸出電壓時，不需在變壓器的次級側繞設多個不同匝數的次級側繞組，以及對應搭配整流濾波電路，即能產生多個不同準位的輸出電壓，除了能簡化變壓器電路，降低變壓器的製造成本外，還能使變壓器體積相對縮小，而有效節省電路空間。

附圖說明

圖1是傳統一種多輸出交換式電源轉換器的電路示意圖。

圖2是本發明多輸出交換式電源轉換器的第一實施例的電路示意圖。

圖3是第一實施例採用返馳式電路架構的電路示意圖。

圖4是本發明多輸出交換式電源轉換器的第二實施例的電路示意圖。

圖5是第二實施例採用返馳式電路架構的電路示意圖。

圖6是本發明多輸出交換式電源轉換器的第三實施例的電路示意圖。

圖7是第三實施例採用返馳式電路架構的電路示意圖。

圖8是本發明多輸出交換式電源轉換器的第四實施例的電路示意圖。

圖9是第四實施例採用返馳式電路架構的電路示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明。

參見圖2所示，是本發明多輸出交換式電源轉換器的第一實施例，其採用順向式拓樸電路架構，用以將一直流電源Vdc轉換成多種直流電壓輸出，並主要包括一變壓器T2、一初級側電路21、一整流濾波電路22、一第一穩壓電路23、一第一回授電路24及一第一穩壓控制電路25。

其中變壓器T2包含一個初級側繞組Lp及一個次級側繞組Ls。初級側電路21與直流電源Vdc及初級側繞組Lp電耦接，用以控制直流電源Vdc是否輸入初級側繞組Lp，其中主要包括一與直流電源Vdc並聯的電容C1，以及一電耦接在初級側繞組Lp一端與直流電源Vdc一端之間的功率開關Q1，且功率開關Q1受一控制電路20控制，以控制直流電源Vdc是否輸入初級側繞組Lp。整流濾波電路22與次級側繞組Ls電耦接，並對次級側繞組Ls產生的一感應電壓進行整流濾波，以輸出一直流電壓V1(例如+12V)。

第一穩壓電路23與整流濾波電路22及第一穩壓控制電路25電耦接，以根據第一穩壓控制電路23提供的一第一控制訊號，將直流 電壓V1調整成默認的一不同於直流電壓V1的第一電壓V2(例如+5V)並輸出，且同時對第一電壓V2進行穩壓，以輸出穩定的第一電壓V2。

第一回授電路24與第一穩壓電路23及第一穩壓控制電路25電耦接，以偵測第一穩壓電路23輸出的第一電壓V2並產生一第一回授訊號給第一穩壓控制電路25，使第一穩壓控制電路25根據該第一回授訊號產生該第一控制訊號給第一穩壓電路23，藉此，讓第一穩壓電路23能夠穩定輸出固定的第一電壓V2，使不致受外界因素(例如輸入電壓變動或負載輕重)影響而波動。

因此，本實施例藉由設置第一穩壓電路23、第一回授電路24及第一穩壓控制電路25，從整流濾波電路22的輸出端取得第一直流電壓V1，並將其轉換成第一電壓V2輸出，而不需要在變壓器T2的次級側再繞設另一個次級側繞組並對應搭配一個整流濾波電路，即能產生另一個輸出電壓(即第一電壓V2)，使得變壓器T2的電路較為簡單，除了降低變壓器T2的製造成本，並使變壓器T2的體積相對縮小，而有效節省電路空間。

再參見圖3所示，第一實施例亦可採用返馳式拓樸電路架構，其與圖2不同處在於圖2順向式拓樸電路架構中的變壓器T2是依照次級側繞組Lp與初級側繞組Ls的匝數比，將直流電源Vdc按比例轉移到次級側並由整流濾波電路22的輸出電感L1儲存電能，而圖3返馳式拓樸電路架構中的變壓器T2』則可以儲存電能並轉移電能給整流濾波電路22』。

參見圖4所示，是本發明多輸出交換式電源轉換器的第二實施例，其採用順向式拓樸電路架構，且其與第一實施例不同處在於還包括一第二穩壓電路26、一第二回授電路27及一第二穩壓控制電路28，其中第二穩壓電路26與第一穩壓電路23的輸出端電耦接，以取得該第一電壓V2，且第二穩壓電路26根據第二穩壓控制電路28提供的一第二控制訊號，將取得的第一電壓V2轉換成默認的一不同於第一電壓V2及直流電壓V1的第二電壓V3(例如+3.3V)並輸出，並同時對第二電壓V3進行穩壓，以使輸出的第二電壓V3維持在一固定值。

第二回授電路27與第二穩壓電路26及第二穩壓控制電路28電耦接，以偵測第二穩壓電路26輸出的第二電壓V3並產生一第二回授 訊號給第二穩壓控制電路28，使第二穩壓控制電路28根據該第二回授訊號產生該第二控制訊號給第二穩壓電路26。藉此，讓第二穩壓電路26能夠穩定輸出固定的第二電壓V3，使不致受外界因素(例如輸入電壓變動或負載輕重)影響而波動。

同理，由上述說明可知，當要產生另一個(或更多個)與前述直流電壓V1、第一電壓V2、第二電壓V3不同的直流電壓時，只要再從整流濾波電路22、第一穩壓電路23或第二穩壓電路26的輸出端取得直流電壓V1、第一電壓V2或第二電壓V3，並將其輸入另一個(或更多個相對應的)穩壓電路，使根據另一個(或更多個相對應的)穩壓控制電路提供的控制訊號，將輸入電壓轉換成與前述直流電壓V1、第一電壓V2、第二電壓V3不同的直流電壓，並藉由另一個(或更多個相對應的)回授電路提供偵測結果給該另一個(或更多個相對應的)穩壓控制電路，使產生該控制訊號給該另一個(或更多個相對應的)穩壓電路，即可在不須對應增加變壓器T2的次級側繞組數目以及相對應的整流濾波電路的情況下，產生另一個(或更多個)不同準位的輸出電壓。

且如圖5所示，第二實施例亦可採用返馳式電路架構來實現。其與圖4不同處在於圖4順向式拓樸電路架構中的變壓器T2是依照次級側繞組Lp與初級側繞組Ls的匝數比，將直流電源Vdc按比例轉移到次級側，並由整流濾波電路22的輸出電感L1儲存電能，而圖5返馳式拓樸電路架構中的變壓器T2』則可以儲存電能並轉移電能給整流濾波電路22』。

參見圖6所示，是本發明多輸出交換式電源轉換器的第三實施例，其採用順向式拓樸電路架構，且其與第一實施例不同處在於變壓器T3具有匝數不同的一第一次級側繞組Ls1及一第二次級側繞組Ls2，且本實施例包括與第一次級側繞組Ls1電耦接的第一整流濾波電路221，以及與第二次級側繞組Ls2電耦接的第二整流濾波電路222，其中第一整流濾波電路221對第一次級側繞組Ls1產生的感應電壓進行整流濾波，以輸出一第一直流電壓V1』(例如+12V)，第二整流濾波電路222對第二次級側繞組Ls2產生的感應電壓進行整流濾波，以輸出一與第一直流電壓V1』不同的第二直流電壓V2』(例如+5V)，且第一穩壓電路23與第二整流濾波電路222電耦接，並根據第一穩壓控制電 路25提供的第一控制訊號，將第二直流電壓V2』轉換成一不同於第一直流電壓V1』及第二直流電壓V2』的第一電壓V2(例如+3.3V)並輸出，且同時對第一電壓V2進行穩壓。

且在本實施例中，還可在第二整流濾波電路222的輸出端電耦接一穩壓電路31，使穩定第二整流濾波電路222輸出的第二直流電壓V2』，且穩壓電路31是根據一穩壓控制電路33提供的一控制訊號而運作，並且一回授電路32偵測第二直流電壓V2』並提供偵測結果給穩壓控制電路33，使據以產生該控制訊號。

此外，如圖7所示，第三實施例亦可採用返馳式電路架構來實現。其與圖6不同處在於圖6順向式拓樸電路架構中的變壓器T3是依照第一次級側繞組Ls1及第二次級側繞組Ls2與初級側繞組Ls的匝數比，將直流電源Vdc按比例轉移到次級側，並由相對應的第一整流濾波電路221及第二整流濾波電路222的輸出電感L1及L2儲存電能，而圖7返馳式拓樸電路架構中的變壓器T3』則可以儲存電能並轉移電能給相對應的第一整流濾波電路221』及第二整流濾波電路222』。

再參見圖8所示，是本發明多輸出交換式電源轉換器的第四實施例，其採用順向式拓樸電路架構，且其與第三實施例不同處在於還包括一第二穩壓電路26、一第二回授電路27及一第二穩壓控制電路28，其中第二穩壓電路26與第一穩壓電路23的輸出端電耦接，以取得該第一電壓V2，且第二穩壓電路26根據第二穩壓控制電路28提供的一第二控制訊號，將取得的第一電壓V2轉換成預設的一不同於第一直流電壓V1』、第二直流電壓V2』及第一電壓V2的第二電壓V3(例如+2.5V)並輸出，並且同時對第二電壓V3進行穩壓，使第二電壓V3維持在一固定值。當然，第二穩壓電路26亦可與第一整流濾波電路221的輸出端電耦接，以取得第一直流電壓V1』並轉換成第二電壓V3輸出。

第二回授電路27與第二穩壓電路26及第二穩壓控制電路28電耦接，以偵測第二穩壓電路26輸出的第二電壓V3並產生一第二回授訊號給第二穩壓控制電路28，使第二穩壓控制電路28根據該第二回授訊號產生該第二控制訊號給第二穩壓電路26。藉此，第二穩壓電路26能夠穩定輸出固定的第二電壓V3，使不致受外界因素(例如輸入電 壓變動或負載輕重)影響而波動。

因此，由上述說明可知，當要產生另一個(或更多個)與前述第一直流電壓V1』、第二直流電壓V2』、第一電壓V2、第二電壓V3不同的直流電壓時，僅需增設一組(或更多組)的穩壓電路、穩壓控制電路及回授電路，具體來說，只要從第一整流濾波電路221、第二整流濾波電路222、第一穩壓電路23或第二穩壓電路26的輸出端取得輸出電壓，並將其輸入另一個(或更多個相對應的)穩壓電路，使根據另一個(或更多個相對應的)穩壓控制電路提供的控制訊號，將輸入的電壓轉換成與前述直流電壓不同準位的電壓，並藉由另一個(或更多個相對應的)回授電路提供偵測結果給該另一個(或更多個相對應的)穩壓控制電路，使產生控制訊號控制該另一個(或更多個相對應的)穩壓電路進行穩壓，即可在不須對應增加變壓器T3的次級側繞組數目以及相對應的整流濾波電路的情況下，產生另一個(或更多個)不同準位的輸出電壓。

且同樣地，第四實施例亦可採用如圖9所示的返馳式電路架構來實現。其與圖8不同處在於圖8順向式拓樸電路架構中的變壓器T3是依照第一次級側繞組Ls1及第二次級側繞組Ls2與初級側繞組Ls的匝數比，將直流電源Vdc按比例轉移到次級側，並由相對應的第一整流濾波電路221及第二整流濾波電路222的輸出電感L1及L2儲存電能，而圖9返馳式拓樸電路架構中的變壓器T3』則可以儲存電能並轉移電能給相對應的第一整流濾波電路221』及第二整流濾波電路222』。

綜上所述，上述實施例藉由穩壓電路從與次級側繞組連接的整流濾波電路的輸出端取得一直流電壓，並將其轉換成默認的另一直流電壓輸出，並藉由回授電路偵測穩壓電路的輸出電壓，將偵測結果提供給穩壓控制電路，使據以產生控制訊號控制穩壓電路對輸出電壓進行穩壓。藉此，當需要多個輸出電壓時，則不需在變壓器的次級側繞設多個不同匝數的次級側繞組，以及對應搭配整流濾波電路，即能產生多個不同準位的輸出電壓，除了能讓變壓器的電路簡單化，並能降低變壓器的製造成本，並使變壓器體積相對縮小，而有效節省電路空間，確實達到本發明的功效與目的。