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CN104079187B - 电源供应装置 - Google Patents

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CN104079187B
CN104079187B CN201410095572.2A CN201410095572A CN104079187B CN 104079187 B CN104079187 B CN 104079187B CN 201410095572 A CN201410095572 A CN 201410095572A CN 104079187 B CN104079187 B CN 104079187B
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Abstract

本发明公开了一种电源供应装置，包括电源转换电路、单一变压器、共轭储能电感及第一整流滤波电路与第二整流滤波电路。变压器具有一次侧绕组、第一二次侧绕组及第二二次侧绕组。一次侧绕组耦接电源转换电路，第一二次侧绕与第二二次侧绕组根据一次侧绕组上的电压而分别感应出相应的电压。共轭储能电感具有第一共轭线圈与第二共轭线圈，第一共轭线圈耦接第一二次侧绕组，第二共轭线圈耦接第二二次侧绕组。第一整流滤波与第二整流滤波电路分别根据第一与第二二次侧绕组所感应的电压而充放能，从而分别经由第一与第二整流滤波电路的输出端提供第一与第二输出电压。与现有技术相比，本发明可利用单一变压器的架构来实现多组电压输出的电源供应机制。

Description

电源供应装置
技术领域
本发明涉及一种电源转换装置，更具体的涉及一种多输出的电源转换装置。
背景技术
在传统的多输出电源供应装置设计中，一般会使用多个变压器以及多组回授电路来实现多输出电压的电源供应架构。然而，传统的设计一般会有造价成本高、占用空间等缺陷。而且，由于变压器会产生磁损，故一般多输出电源供应装置的供电效率会因为多个变压器所带来的磁损而降低。另外，当电源供应装置应用于需要长时间运作的电子系统时(例如监视系统)，由于需全天候使用，因此易因变压器的持续运作而造成电源供应装置内部温度过高，而减短其使用寿命。
另一方面，在传统的多输出电源供应装置中，在轻重载交替时，其中一组输出电压会受其中另一组输出电压的影响而产生电压偏移(voltage offset)，例如：+12V输出组在重载时会因为电流上升形成短路而产生漏感，而使-53V输出组的输出电压大幅增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电源供应装置，其在负载轻重载交替时，各组输出电压值均能维持在预设范围内。
为实现上述目的，本发明提供了一种电源供应装置，包括电源转换电路、单一变压器、共轭储能电感以及第一整流滤波电路与第二整流滤波电路。所述单一变压器具有一次侧绕组、第一二次侧绕组以及第二二次侧绕组。一次侧绕组耦接电源转换电路，并且第一二次侧绕组与第二二次侧绕组根据一次侧绕组上的电压而分别感应出相应的电压。共轭储能电感具有相互隔离的第一共轭线圈与第二共轭线圈，其中第一共轭线圈耦接第一二次侧绕组，且第二共轭线圈耦接第二二次侧绕组。第一整流滤波电路与第二整流滤波电路，分别耦接第一共轭线圈与第二共轭线圈，其中第一共轭线圈与第二共轭线圈分别根据第一二次侧绕组与第二二次侧绕组所感应的电压而充放能，从而分别经由第一整流滤波电路与第二整流滤波电路的输出端提供第一输出电压与第二输出电压。
较佳地，所述第一二次侧绕组与第二二次侧绕组中的至少一者以及所述共轭储能电感是以一绝缘线材缠绕而成。
较佳地，所述绝缘线材为三层绝缘线。
较佳地，所述第一二次侧绕组以及所述第一整流滤波电路以一第一参考端的电位作为一第一参考电位，且所述第二二次侧绕组以及所述第二整流滤波电路以一第二参考端的电位作为一第二参考电位。
较佳地，所述电压供应装置还包括：
一交流安规电容，耦接于所述第一参考端与所述第二参考端之间，其中所述第一参考端与所述第二参考端在低频时电性独立。
较佳地，所述电压供应装置还包括：
一单一回授电路，耦接所述第一整流滤波电路或第二整流滤波电路，其中所述回授电路根据所述第一输出电压或第二输出电压控制所述电源转换电路的运作，并且同时调节所述第一输出电压与第二输出电压。
较佳地，所述电源转换电路包括：
一控制芯片；以及
一脉宽调变电路，所述脉宽调变电路接收一直流输入电压，并且在所述控制芯片的控制下以切换的方式提供所述直流输入电压至所述一次侧绕组。
较佳地，所述电压供应装置还包括：
一电磁干扰滤波电路，所述电磁干扰滤波电路接收一交流电源，并且用于抑制所述交流电源的电磁噪声；
一整流电路，所述整流电路耦接所述电磁干扰滤波电路以接收抑制噪声后的所述交流电源，并据以进行整流以产生一直流信号；以及
一功率因子校正电路，所述功率因子校正电路耦接所述整流电路以接收所述直流信号，并且在所述控制芯片的控制下调整所述直流信号的电压-电流相位关系，从而产生所述直流输入电压以提供给所述脉宽调变电路。
较佳地，所述电压供应装置还包括：
一分压电路，所述分压电路耦接于所述第一整流滤波电路或第二整流滤波电路的输出端上。
较佳地，所述第一整流滤波电路的输出端适于耦接一第一负载且所述第二整流滤波电路的输出端适于耦接一第二负载，所述电源供应装置还包括：
一保护电路，所述保护电路耦接所述第一整流滤波电路与第二整流滤波电路的输出端，用于侦测所述第一负载与所述第二负载的供电状态，并根据侦测的结果决定是否启动一电源保护机制以停止所述电源转换电路的运作。
较佳地，所述电源供应装置以一顺向式转换电路为基础。
与现有技术相比，本发明实施例提出的电源供应装置，其可利用单一变压器的架构来实现多组电压输出的电源供应机制。其中，由于所述变压器的至少其中一组二次侧绕组以及共轭储能电感的是由三层绝缘线缠绕而成，因此可有效地隔离电源供应装置之各组输出间的影响，从而在不影响输出稳定性的条件下提高整体电源供应装置的供电/转换效率。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1为本发明电源供应装置一实施例的的示意图。
图2为本发明电源供应装置另一实施例的的示意图。
【符号说明】
100、200：电源供应装置
110、210：电源转换电路
120、220：变压器
130、230：共轭储能电感
140、240：第一整流滤波电路
150、250：第二整流滤波电路
212：控制芯片
214：脉宽调变电路
260：分压电路
270：回授电路
280：保护电路
290：电磁干扰滤波电路
300：整流电路
310：功率因子校正电路
CL1、CL2：共轭线圈
Cout1、Cout2：输出电容
CY：交流安规电容
LD1、LD2：负载
NP：一次侧绕组
NS1、NS2：二次侧绕组
R1、R2、R3：电阻
REF_1、REF_2：参考端
S_PWM、S_PFC：控制信号
S_FB：回授信号
S_PR：保护信号
T1、T2、TD：节点
Vac：交流电源
Vdc：直流信号
Vin：直流输入电压
Vout1、Vout2：输出电压
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。本发明实施例提出了一种电源供应装置，其可利用单一变压器及单一回授电路的架构来实现多组电压输出的电源供应机制，从而降低电路设计成本并且提高电源供应效率。
图1为本发明电源供应装置一实施例的示意图。请参照图1，电源供应装置100包括电源转换电路110、变压器120、共轭储能电感130、第一整流滤波电路140以及第二整流滤波电路150。于此实施例中，电源供应装置100可为以顺向式(forward)电路为基础的电源供应装置。
变压器120具有一次侧绕组NP、第一二次侧绕组NS1以及第二二次侧绕组NS2。共轭储能电感130具有相互隔离的第一共轭线圈CL1以及第二共轭线圈CL2。变压器120的一次侧绕组NP耦接电源转换电路110。共轭储能电感130的第一共轭线圈CL1与第二共轭线圈CL2的一端分别耦接第一二次侧绕组NS1与第二二次侧绕组NS2，且共轭储能电感130的第一共轭线圈CL1与第二共轭线圈CL2的另一端分别耦接第一整流滤波电路140与第二整流滤波电路150的输入端。此外，第一整流滤波电路140的输出端适于耦接负载LD1以对负载LD1提供第一输出电压Vout1(例如为12V)，而第二整流滤波电路150的输出端适于耦接负载LD2以对负载LD2提供第二输出电压Vout2(例如为-53V)。
在本实施例中，电源转换电路110用于将直流输入电压Vin以切换的方式输出至变压器120的一次侧绕组NP，使得变压器120的第一二次侧绕组NS1与第二二次侧绕组NS2根据一次侧绕组NP上的电压而分别感应出相应的电压，其中第一二次侧绕组NS1感应出的电压大小关联于第一二次侧绕组NS1与一次侧绕组NP的线圈匝数比，而第二二次侧绕组NS2感应出的电压大小关联于第二二次侧绕组NS2与一次侧绕组NP的线圈匝数比。第一共轭线圈CL1与第二共轭线圈CL2会分别根据第一二次侧绕组NS1与第二二次侧绕组NS2所感应的电压而充放能。第一整流滤波电路140与第二整流滤波电路150会分别对第一共轭线圈CL1与第二共轭线圈CL2充放能所产生的电压进行整流及滤波，并据以从第一整流滤波电路140的输出端提供第一输出电压Vout1至第一负载LD1，并从第二整流滤波电路150的输出端提供第二输出电压Vout2至第二负载LD2。为便于说明，在后续实施例中，由第一二次侧绕组NS1、第一共轭线圈CL1以及第一整流滤波电路140所组成的电路将以“第一输出组”简称，由第二二次侧绕组NS2、第二共轭线圈CL2以及第二整流滤波电路150所组成的电路将以“第二输出组”简称。
基于上述的电路架构及电路运作流程，本实施例的电源供应装置100即可实现利用单一变压器120来产生两组不同的输出电压Vout1与Vout2的电源供应机制。相较于利用多个变压器来分别产生不同输出电压的传统电源供应架构而言，本实施例的电源供应装置100不仅可节省整体电源供应装置100的电路布局面积，还可因省去变压器而使电源供应装置100的磁损降低，进而使供电/转换效率得以提升。
除此之外，在电源供应装置100的架构下，设计者仅需设计一组回授电路(未绘示，于后续实施例中会进一步说明)以根据两输出电压Vout1与Vout2的其中之一来对一次侧的电源转换电路110进行回授控制，即可藉由跨接在各个二次侧绕组NS1与NS2上的共轭储能电感130的互感特性(mutual inductance)，实现同时调节两输出电压Vout1与Vout2的功能。故本实施例的电源供应装置100相较于传统的电源供应装置还可节省一组回授电路的布局面积。相对的，整体的功率特性表现也会有所提升。
另一方面，为了避免利用单一变压器来产生多组不同输出电压所可能发生的输出隔离问题，本实施例的电源供应装置100采用了以下的隔离手段以令各组输出电压Vout1与Vout2之间不会互相影响：1)以绝缘线材来缠绕二次侧绕组NS1、NS2；2)以绝缘线材来缠绕共轭储能电感130的共轭线圈CL1、CL2；以及3)分别以两电性独立的参考端上的电位做为第一输出组与第二输出组的参考电位。
以下分别就上述各隔离手段进一步说明。首先，在本实施例中，变压器120的第一二次侧绕组NS1与第二二次侧绕组NS2中的至少一者可利用绝缘线材缠绕而成，其中所述绝缘线材可例如为三层绝缘线(triple insulated wire)。在一实施例中，设计者可根据第一输出电压Vout1与第二输出电压Vout2的大小(也就是根据二次侧绕组NS1与NS2的匝数)而选择以三层绝缘线缠绕成第一二次侧绕组NS1或第二二次侧绕组NS2。举例来说，若第一输出电压Vout1为12V且第二输出电压Vout2为-53V，表示第一二次侧绕组NS1的匝数小于第二二次侧绕组NS2，故此时设计者可选择以三层绝缘线缠绕成第一二次侧绕组NS1，并且以一般铜线缠绕成第二二次侧绕组NS2。于此值得一提的是，设计者亦可基于设计需求而将第一二次侧绕组NS1与第二二次侧绕组NS2皆以三层绝缘线来实施，本发明不以此为限。
另一方面，为了进一步提高两输出间的隔离效果，本实施例的共轭储能电感130亦可利用绝缘线材来实施。换言之，共轭储能电感130中的第一共轭线圈CL1与第二共轭线圈CL2中的至少一者可利用绝缘线材缠绕而成，藉以隔绝两共轭线圈CL1、CL2之间的影响。
再者，第一输出组(第一二次侧绕组NS1、第一共轭线圈CL1以及第一整流滤波电路140)与第二输出组(第二二次侧绕组NS2、第二共轭线圈CL2以及第二整流滤波电路150)分别以不同的参考端REF1与REF2上的电位作为参考电位，而上述两参考端REF1与REF2实质上相互电性独立(也就是两输出组之间不共地(common ground))，因此可令第一输出电压Vout1与第二输出电压Vout2之间的隔离度更进一步的提高。
基于上述的隔离手段，本实施例的电源供应装置100即使仅具有单一变压器120，各输出组之间也不会因隔离度不佳而产生输出电压Vout1与Vout2相互干扰的问题。
为了更清楚的说明本发明实施例，图2为本发明电源供应装置另一实施例的的示意图。请参照图2，电源供应装置200除了包括电源转换电路210、变压器220、共轭储能电感230、第一整流滤波电路240以及第二整流滤波电路250外，还包括分压电路260、回授电路270、保护电路280、电磁干扰滤波电路290、整流电路300以及功率因子校正电路310。其中，本实施例的电源转换电路210可利用控制芯片212以及脉宽调变电路214所组成的电路架构来实现(但不仅限于此)。
电源转换电路210、变压器220、共轭储能电感230、第一整流滤波电路240以及第二整流滤波电路250之间的配置关系类似于前述图1实施例，而电磁干扰滤波电路290、整流电路300以及功率因子校正电路310则是依次耦接于电源转换电路210的前级，以将交流电源Vac转换为稳定的直流输入电压Vin并提供给电源转换电路210使用。此外，本实施例的分压电路260与回授电路270是以耦接至第一整流滤波电路240的输出端为例，但本发明不仅限于此。换言之，分压电路260与回授电路270可根据设计者的设计需求而选择性地耦接至第一整流滤波电路240与第二整流滤波电路250的其中之一的输出端。
在本实施例中，电磁干扰滤波电路290是用于抑制交流电源Vac的电磁噪声，并且将抑制噪声后的交流电源提供给整流电路300。整流电路300对所接收的交流电源进行整流，并据以产生直流信号Vdc。功率因子校正电路310耦接整流电路300的输出以接收直流信号Vdc，并且受控于控制芯片212所提供的控制信号S_PFC而调整直流信号Vdc的电压-电流相位关系，从而产生直流输入电压Vin给脉宽调变电路214。脉宽调变电路214即会受控于控制芯片212所提供的控制信号S_PWM，而以切换的方式提供直流输入电压Vin至变压器220的一次侧绕组NP，以使二次侧的第一输出组及第二输出组分别在对应的输出电容Cout1与Cout2上建立第一输出电压Vout1与第二输出电压Vout2，其中输出电容Cout1耦接于节点T1(可视为第一整流滤波电路240的输出端)与参考端REF_1之间，而输出电容Cout2(可视为第二整流滤波电路250的输出端)耦接于节点T2与参考端REF_2之间。
回授电路270的输入端耦接至节点T1，且回授电路270输出端耦接至控制芯片212。在本实施例中，回授电路270会根据第一输出电压Vout1而产生一回授信号S_FB，以藉由回授信号S_FB来控制控制芯片212的运作(如调节控制信号S_PFC与S_PWM的信号频率或信号致能期间等)，并据以同时调节第一输出电压Vout1与第二输出电压Vout2的大小。
更具体地说，当控制芯片212根据回授信号S_FB而调整第一输出电压Vout1时，第二输出电压Vout2即会因为第一共轭线圈CL1与第二共轭线圈CL2之间的互感特性而产生相应的变化。基于此特性下，只要将其中一组输出电压Vout1/Vout2稳定在额定电压值，即可令另一组输出电压Vout1/Vout2同样地维持其对应的额定电压值。因此，于本实施例中，电源供应装置200仅需配置一组回授电路270即可实现同时对两组输出电压Vout1与Vout2进行回授控制的功能。
另一方面，本实施例的分压电路260是以耦接于第一整流滤波电路240的输出端的电阻R1～R3为例，其可视为输出电压回授调整。具体来说，分压电路260可在对应的负载LD1操作于重载时，进一步降低第一输出电压Vout1的电压值，以通过互感的方式连带地降低第二输出电压Vout2的电压值，使各组输出电压值(Vout1,Vout2)均能维持在正常/预设范围内。基此，藉由分压电路260的作用，电源供应装置200可在两负载LD1与LD2交替地操作于重载/轻载时，有效地降低第一输出电压Vout1与第二输出电压Vout2的电压偏移。
此外，在一实施例中，对应于分压电路(如260)的第一整流滤波电路240/第二整流滤波电路250可利用一定电压控制芯片(constant voltage control chip)或一定电流控制芯片(constant current control chip)以及对应的外挂电路来实施。以图2所绘示的架构为例，若第一整流滤波电路240采用定电压/定电流控制芯片的架构来实施，其还可藉由侦测分压电路260的分压点TD(即电阻R1与R2的共节点)上的电压以作为稳压/稳流控制的依据，藉以进一步维持负载LD1的驱动稳定性。
本实施例的保护电路280可为由过压保护(over voltage protection，OVP)电路、低压保护(under voltage protection，UVP)电路、短路保护电路(short circuitprotection，SCP)和或过载保护电路(over load protection circuit，OLP)所组成的电路。保护电路280的输入端耦接至节点T1与T2，且保护电路的输出端耦接至控制芯片212。其中，保护电路会侦测负载LD1与LD2的供电状态(如负载LD1与LD2实际接收到的电压与电流等)，并根据侦测的结果产生保护信号S_PR来控制控制芯片212的运作，藉以决定是否启动电源保护机制以停止电源转换电路210的运作(如停止产生控制信号S_PFC与S_PWM)。
除了上述各个电路单元/构件外，本实施例的电源供应装置200还可包括耦接于参考端REF_1与REF_2之间的交流安规电容CY(亦可称之为Y电容)，其可于高频时将两参考端REF_1与REF_2相互短路，藉以提升高频输出隔离稳定性及降低噪声。
综上所述，本发明实施例提出的电源供应装置，其可利用单一变压器的架构来实现多组电压输出的电源供应机制。其中，由于变压器的至少其中一组二次侧绕组以及共轭储能电感的是由三层绝缘线缠绕而成，因此可有效地隔离电源供应装置的各组输出间的影响，从而在不影响输出稳定性的条件下提高整体电源供应装置的供电效率。此外，藉由耦合在各组输出间的共轭储能电感的互感特性，电源供应装置还可实现利用单一回授电路来同时调整多组输出电压的回授控制机制，从而令整体电路设计的成本有效地降低。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (8)

1.一种电源供应装置，其特征在于，包括：
一电源转换电路；
一单一变压器，所述单一变压器具有一一次侧绕组、一第一二次侧绕组以及一第二二次侧绕组，所述一次侧绕组耦接所述电源转换电路，所述第一二次侧绕组与第二二次侧绕组根据所述一次侧绕组上的电压而分别感应出相应的电压；
一共轭储能电感，所述共轭储能电感具有相互隔离的一第一共轭线圈与一第二共轭线圈，所述第一共轭线圈耦接所述第一二次侧绕组，所述第二共轭线圈耦接所述第二二次侧绕组；
一第一整流滤波电路与一第二整流滤波电路，分别耦接所述第一共轭线圈与第二共轭线圈，所述第一共轭线圈与第二共轭线圈分别根据所述第一二次侧绕组与第二二次侧绕组所感应的电压而充放能，从而分别经由所述第一整流滤波电路与第二整流滤波电路的输出端提供一第一输出电压与一第二输出电压；
一分压电路，所述分压电路耦接于所述第一整流滤波电路或第二整流滤波电路的输出端上，所述分压电路在对应的一负载操作于重载时，降低第一输出电压或第二输出电压的电压值；以及
一单一回授电路，耦接所述第一整流滤波电路或第二整流滤波电路的输出端，所述单一回授电路依据所述分压电路降低的第一输出电压或第二输出电压的电压值控制所述电源转换电路的运作，以降低第一整流滤波电路或第二整流滤波电路的输出电压，所述共轭储能电感利用其互感降低其他组输出电压的电压值，使各组电压均维持在预设范围内；
所述第一二次侧绕组以及所述第一整流滤波电路以一第一参考端的电位作为一第一参考电位，且所述第二二次侧绕组以及所述第二整流滤波电路以一第二参考端的电位作为一第二参考电位，第一参考端与第二参考端电性独立。
2.如权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，所述第一二次侧绕组与第二二次侧绕组中的至少一者以及所述共轭储能电感是以一绝缘线材缠绕而成。
3.如权利要求2所述的电源供应装置，其特征在于，所述绝缘线材为三层绝缘线。
4.如权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，还包括：
一交流安规电容，耦接于所述第一参考端与所述第二参考端之间，其中所述第一参考端与所述第二参考端在低频时电性独立。
5.如权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，所述电源转换电路包括：
一控制芯片；以及
一脉宽调变电路，所述脉宽调变电路接收一直流输入电压，并且在所述控制芯片的控制下以切换的方式提供所述直流输入电压至所述一次侧绕组。
6.如权利要求5所述的电源供应装置，其特征在于，还包括：
一电磁干扰滤波电路，所述电磁干扰滤波电路接收一交流电源，并且用于抑制所述交流电源的电磁噪声；
一整流电路，所述整流电路耦接所述电磁干扰滤波电路以接收抑制噪声后的所述交流电源，并据以进行整流以产生一直流信号；以及
一功率因子校正电路，所述功率因子校正电路耦接所述整流电路以接收所述直流信号，并且在所述控制芯片的控制下调整所述直流信号的电压-电流相位关系，从而产生所述直流输入电压以提供给所述脉宽调变电路。
7.如权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，所述第一整流滤波电路的输出端适于耦接一第一负载且所述第二整流滤波电路的输出端适于耦接一第二负载，所述电源供应装置还包括：
一保护电路，所述保护电路耦接所述第一整流滤波电路与第二整流滤波电路的输出端，用于侦测所述第一负载与所述第二负载的供电状态，并根据侦测的结果决定是否启动一电源保护机制以停止所述电源转换电路的运作。
8.如权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，所述电源供应装置以一顺向式转换电路为基础。
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