TW202538477A - 高效率之電源供應器 - Google Patents

Abstract

一種高效率之電源供應器，包括：一橋式整流器、一升壓電感器、一功率切換器、一第一輸出級電路、一切換電路、一變壓器、一諧振電容器、一第二輸出級電路，以及一偵測及控制電路。偵測及控制電路可由功率切換器處取得一第一感測電位，並可由第二輸出級電路處取得一第二感測電位。偵測及控制電路更可根據第一感測電位和第二感測電位來產生一驅動電位組，使得切換電路能操作於一半橋模式或一全橋模式兩者擇一。

Description

高效率之電源供應器

本發明係關於一種電源供應器，特別係關於一種高效率之電源供應器。

電源供應器為筆記型電腦領域中不可或缺之元件。然而，若電源供應器之切換損耗過大，則很容易造成相關筆記型電腦之整體操作性能下滑。有鑑於此，勢必要提出一種全新之解決方案，以克服先前技術所面臨之困境。

在較佳實施例中，本發明提出一種高效率之電源供應器，包括：一橋式整流器，根據一第一輸入電位和一第二輸入電位來產生一整流電位；一升壓電感器，接收該整流電位；一功率切換器，根據一脈波寬度調變電位來選擇性地將該升壓電感器耦接至一接地電位；一第一輸出級電路，耦接至該升壓電感器，並產生一中間電位；一切換電路，根據該中間電位和一驅動電位組來產生一切換電位；一變壓器，包括一主線圈、一第一副線圈，以及一第二副線圈，其中該變壓器內建一漏電感器和一激磁電感器，而該主線圈係經由該漏電感器接收該切換電位；一諧振電容器，耦接至該激磁電感器；一第二輸出級電路，耦接至該第一副線圈和該第二副線圈，並產生一輸出電位；以及一偵測及控制電路，產生該脈波寬度調變電位，並由該功率切換器處取得一第一感測電位，且由該第二輸出級電路處取得一第二感測電位；其中該偵測及控制電路更根據該第一感測電位和該第二感測電位來產生該驅動電位組，使得該切換電路能操作於一半橋模式或一全橋模式兩者擇一。

在一些實施例中，該橋式整流器包括：一第一二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第一二極體之該陽極係耦接至一第一輸入節點以接收該第一輸入電位，而該第一二極體之該陰極係耦接至一第一節點以輸出該整流電位；一第二二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第二二極體之該陽極係耦接至一第二輸入節點以接收該第二輸入電位，而該第二二極體之該陰極係耦接至該第一節點；一第三二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第三二極體之該陽極係耦接至該接地電位，而該第三二極體之該陰極係耦接至該第一輸入節點；以及一第四二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第四二極體之該陽極係耦接至該接地電位，而該第四二極體之該陰極係耦接至該第二輸入節點；其中該升壓電感器具有一第一端和一第二端，該升壓電感器之該第一端係耦接至該第一節點以接收該整流電位，而該升壓電感器之該第二端係耦接至一第二節點。

在一些實施例中，該功率切換器包括：一第一電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第一電晶體之該控制端係用於接收該脈波寬度調變電位，該第一電晶體之該第一端係耦接至一第三節點，而該第一電晶體之該第二端係耦接至該第二節點；以及一第一電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該第一電阻器之該第一端係耦接至該第三節點以輸出該第一感測電位，而該第一電阻器之該第二端係耦接至該接地電位。

在一些實施例中，該第一輸出級電路包括：一第五二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第五二極體之該陽極係耦接至該第二節點，而該第五二極體之該陰極係耦接至一第四節點以輸出該中間電位；以及一第一電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第一電容器之該第一端係耦接至該第四節點，而該第一電容器之該第二端係耦接至該接地電位。

在一些實施例中，該驅動電位組包括一第一驅動電位、一第二驅動電位、一第三驅動電位、一第四驅動電位、一第五驅動電位、一第六驅動電位，以及一第七驅動電位，而該切換電路包括：一第二電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第二電晶體之該控制端係用於接收該第一驅動電位，該第二電晶體之該第一端係耦接至一第五節點以輸出該切換電位，而該第二電晶體之該第二端係耦接至該第四節點以接收該中間電位；一第三電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第三電晶體之該控制端係用於接收該第二驅動電位，該第三電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第三電晶體之該第二端係耦接至該第五節點；一第四電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第四電晶體之該控制端係用於接收該第三驅動電位，該第四電晶體之該第一端係耦接至該第五節點以輸出該切換電位，而該第四電晶體之該第二端係耦接至該第四節點以接收該中間電位；一第五電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第五電晶體之該控制端係用於接收該第四驅動電位，該第五電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第五電晶體之該第二端係耦接至該第五節點；一第六電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第六電晶體之該控制端係用於接收該第五驅動電位，該第六電晶體之該第一端係耦接至一第六節點，而該第六電晶體之該第二端係耦接至該第四節點；一第七電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第七電晶體之該控制端係用於接收該第六驅動電位，該第七電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第七電晶體之該第二端係耦接至該第六節點；以及一第八電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第八電晶體之該控制端係用於接收該第七驅動電位，該第八電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第八電晶體之該第二端係耦接至該第六節點。

在一些實施例中，該漏電感器具有一第一端和一第二端，該漏電感器之該第一端係耦接至該第五節點以接收該切換電位，該漏電感器之該第二端係耦接至一第七節點，該主線圈具有一第一端和一第二端，該主線圈之該第一端係耦接至該第七節點，該主線圈之該第二端係耦接至一第八節點，該激磁電感器具有一第一端和一第二端，該激磁電感器之該第一端係耦接至該第七節點，該激磁電感器之該第二端係耦接至該第八節點，該諧振電容器具有一第一端和一第二端，該諧振電容器之該第一端係耦接至該第六節點，該諧振電容器之該第二端係耦接至該第八節點，該第一副線圈具有一第一端和一第二端，該第一副線圈之該第一端係耦接至一第九節點，該第一副線圈之該第二端係耦接至一第十節點，該第二副線圈具有一第一端和一第二端，該第二副線圈之該第一端係耦接至該第十節點，而該第二副線圈之該第二端係耦接至一第十一節點。

在一些實施例中，該第二輸出級電路包括：一第六二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第六二極體之該陽極係耦接至該第九節點，而該第六二極體之該陰極係耦接至一輸出節點以輸出該輸出電位；一第七二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第七二極體之該陽極係耦接至該第十一節點，而該第七二極體之該陰極係耦接至該輸出節點；一第二電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第二電容器之該第一端係耦接至該輸出節點，而該第二電容器之該第二端係耦接至該第十節點；以及一第二電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該第二電阻器之該第一端係耦接至該第十節點以輸出該第二感測電位，而該第二電阻器之該第二端係耦接至一共同節點。

在一些實施例中，該偵測及控制電路包括：一平均電路，計算該第一感測電位之一平均值，以產生一平均電位；一第一比較器，具有一正輸入端、一負輸入端，以及一輸出端，其中該第一比較器之該正輸入端係用於接收該平均電位，該第一比較器之該負輸入端係用於接收該第二感測電位，而該第一比較器之該輸出端係用於輸出一第一比較電位；以及一第二比較器，具有一正輸入端、一負輸入端，以及一輸出端，其中該第二比較器之該正輸入端係用於接收該第二感測電位，該第二比較器之該負輸入端係用於接收一參考電位，而該第二比較器之該輸出端係用於輸出一第二比較電位。

在一些實施例中，該偵測及控制電路更包括：一脈波寬度調變積體電路，產生該脈波寬度調變電位；以及一微控制器，耦接至該脈波寬度調變積體電路，並產生該參考電位，其中該微控制器更根據該第一比較電位和該第二比較電位來產生該驅動電位組。

在一些實施例中，若該第一比較電位和該第二比較電位之每一者皆具有低邏輯位準，則該微控制器將會控制該切換電路操作於該半橋模式，而若該第一比較電位或該第二比較電位之任一者具有高邏輯位準，則該微控制器將會控制該切換電路操作於該全橋模式。

為讓本發明之目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。本領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及申請專利範圍當中所提及的「包含」及「包括」一詞為開放式的用語，故應解釋成「包含但不僅限定於」。「大致」一詞則是指在可接受的誤差範圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差範圍內解決所述技術問題，達到所述基本之技術效果。此外，「耦接」一詞在本說明書中包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接至一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電性連接至該第二裝置，或經由其它裝置或連接手段而間接地電性連接至該第二裝置。

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器100之示意圖。例如，電源供應器100可應用於桌上型電腦、筆記型電腦，或一體成形電腦。如第1圖所示，電源供應器100包括：一橋式整流器110、一升壓電感器LU、一功率切換器120、一第一輸出級電路130、一切換電路140、一變壓器150、一諧振電容器CR、一第二輸出級電路160，以及一偵測及控制電路170。必須注意的是，雖然未顯示於第1圖中，但電源供應器100更可包括其他元件，例如：一穩壓器或(且)一負回授電路。

橋式整流器110可根據一第一輸入電位VIN1和一第二輸入電位VIN2來產生一整流電位VR，其中第一輸入電位VIN1和第二輸入電位VIN2之間可形成具有任意頻率和任意振幅之一交流電壓。例如，交流電壓之頻率可約為50Hz或60Hz，而交流電壓之方均根值可約介於90V至264V之間，但亦不僅限於此。升壓電感器LU可接收整流電位VR。功率切換器120可根據一脈波寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)電位VM來選擇性地將升壓電感器LU耦接至一接地電位VSS(例如：0V)。例如，若脈波寬度調變電位VM為一高邏輯位準(亦即，邏輯「1」)，則功率切換器120可將升壓電感器LU耦接至接地電位VSS(亦即，功率切換器120可近似於一短路路徑)；反之，若脈波寬度調變電位VM為一低邏輯位準(亦即，邏輯「0」)，則功率切換器120不會將升壓電感器LU耦接至接地電位VSS(亦即，功率切換器120可近似於一斷路路徑)。第一輸出級電路130係耦接至升壓電感器LU，並可產生一中間電位VE。切換電路140可根據中間電位VE和一驅動電位組VDG來產生一切換電位VW。必須注意的是，切換電路140可具有不同操作模式。變壓器150包括一主線圈151、一第一副線圈152，以及一第二副線圈153。變壓器150更可內建一漏電感器LR和一激磁電感器LM，其中漏電感器LR、激磁電感器LM，以及主線圈151皆可位於變壓器150之同一側，而第一副線圈152和第二副線圈153則皆可位於變壓器150之相對另一側。主線圈151可經由漏電感器LR接收切換電位VW，而第一副線圈152和第二副線圈153則可回應於切換電位VW來進行操作。諧振電容器CR係耦接至激磁電感器LM。第二輸出級電路160係耦接至第一副線圈152和第二副線圈153，並可產生一輸出電位VOUT。例如，輸出電位VOUT可為一直流電位，其電位位準可介於18V至22V之間，但亦不僅限於此。偵測及控制電路170可產生脈波寬度調變電位VM。另外，偵測及控制電路170還可由功率切換器120處取得一第一感測電位VS1，並可由第二輸出級電路160處取得一第二感測電位VS2。接著，偵測及控制電路170更可根據第一感測電位VS1和第二感測電位VS2來產生驅動電位組VDG，使得切換電路140能操作於一半橋模式(Half-Bridge Mode)MD1或一全橋模式(Full-Bridge Mode)MD2兩者擇一。在此設計下，由於偵測及控制電路170可根據電源供應器100之不同負載條件來適當地選擇切換電路140之操作模式，故根據實際量測結果，電源供應器100之整體效率將能有效進行改善。

以下實施例將介紹電源供應器100之詳細結構及操作方式。必須理解的是，這些圖式和敘述僅為舉例，而非用於限制本發明之範圍。

第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器200之電路圖。在第2圖之實施例中，在第2圖之實施例中，電源供應器200具有一第一輸入節點NIN1、一第二輸入節點NIN2，以及一輸出節點NOUT，並包括：一橋式整流器210、一升壓電感器LU、一功率切換器220、一第一輸出級電路230、一切換電路240、一變壓器250、一諧振電容器CR、一第二輸出級電路260，以及一偵測及控制電路270。電源供應器200之第一輸入節點NIN1和第二輸入節點NIN2可分別由一外部輸入電源處(未顯示)接收一第一輸入電位VIN1和一第二輸入電位VIN2，而電源供應器200之輸出節點NOUT則可用於輸出一輸出電位VOUT至一外部裝置，例如：一筆記型電腦(未顯示)。

橋式整流器210包括一第一二極體D1、一第二二極體D2、一第三二極體D3，以及一第四二極體D4。第一二極體D1具有一陽極和一陰極，其中第一二極體D1之陽極係耦接至第一輸入節點NIN1，而第一二極體D1之陰極係耦接至一第一節點N1以輸出一整流電位VR。第二二極體D2具有一陽極和一陰極，其中第二二極體D2之陽極係耦接至第二輸入節點NIN2，而第二二極體D2之陰極係耦接至第一節點N1。第三二極體D3具有一陽極和一陰極，其中第三二極體D3之陽極係耦接至一接地電位VSS，而第三二極體D3之陰極係耦接至第一輸入節點NIN1。第四二極體D4具有一陽極和一陰極，其中第四二極體D4之陽極係耦接至接地電位VSS，而第四二極體D4之陰極係耦接至第二輸入節點NIN2。

升壓電感器LU具有一第一端和一第二端，其中升壓電感器LU之第一端係耦接至第一節點N1以接收整流電位VR，而升壓電感器LU之第二端係耦接至一第二節點N2。

功率切換器220包括一第一電晶體M1和一第一電阻器R1。例如，第一電晶體M1可為一N型金氧半場效電晶體(N-type Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，NMOSFET)。第一電晶體M1具有一控制端(例如：一閘極)、一第一端(例如：一源極)，以及一第二端(例如：一汲極)，其中第一電晶體M1之控制端係用於接收一脈波寬度調變電位VM，第一電晶體M1之第一端係耦接至一第三節點N3，而第一電晶體M1之第二端係耦接至第二節點N2。第一電阻器R1具有一第一端和一第二端，其中第一電阻器R1之第一端係耦接至第三節點N3以輸出一第一感測電位VS1，而第一電阻器R1之第二端係耦接至接地電位VSS。在一些實施例中，第一電阻器R1具有非常小之電阻值(例如：小於0.5Ω)。

第一輸出級電路230包括一第五二極體D5和一第一電容器C1。第五二極體D5具有一陽極和一陰極，其中第五二極體D5之陽極係耦接至第二節點N2，而第五二極體D5之陰極係耦接至一第四節點N4以輸出一中間電位VE。第一電容器C1具有一第一端和一第二端，其中第一電容器C1之第一端係耦接至第四節點N4，而第一電容器C1之第二端係耦接至接地電位VSS。

切換電路240可操作於一半橋模式MD1或一全橋模式MD2兩者擇一，其將於後續實施例中詳細作說明。切換電路240包括一第二電晶體M2、一第三電晶體M3、一第四電晶體M4、一第五電晶體M5、一第六電晶體M6、一第七電晶體M7，以及一第八電晶體M8。例如，第二電晶體M2、第三電晶體M3、第四電晶體M4、第五電晶體M5、第六電晶體M6、第七電晶體M7，以及第八電晶體M8可各自為一N型金氧半場效電晶體。

第二電晶體M2具有一控制端(例如：一閘極)、一第一端(例如：一源極)，以及一第二端(例如：一汲極)，其中第二電晶體M2之控制端係用於接收一第一驅動電位VD1，第二電晶體M2之第一端係耦接至一第五節點N5以輸出一切換電位VW，而第二電晶體M2之第二端係耦接至第四節點N4以接收中間電位VE。第三電晶體M3具有一控制端(例如：一閘極)、一第一端(例如：一源極)，以及一第二端(例如：一汲極)，其中第三電晶體M3之控制端係用於接收一第二驅動電位VD2，第三電晶體M3之第一端係耦接至接地電位VSS，而第三電晶體M3之第二端係耦接至第五節點N5。

第四電晶體M4具有一控制端(例如：一閘極)、一第一端(例如：一源極)，以及一第二端(例如：一汲極)，其中第四電晶體M4之控制端係用於接收一第三驅動電位VD3，第四電晶體M4之第一端係耦接至第五節點N5以輸出切換電位VW，而第四電晶體M4之第二端係耦接至第四節點N4以接收中間電位VE。第五電晶體M5具有一控制端(例如：一閘極)、一第一端(例如：一源極)，以及一第二端(例如：一汲極)，其中第五電晶體M5之控制端係用於接收一第四驅動電位VD4，第五電晶體M5之第一端係耦接至接地電位VSS，而第五電晶體M5之第二端係耦接至第五節點N5。第六電晶體M6具有一控制端(例如：一閘極)、一第一端(例如：一源極)，以及一第二端(例如：一汲極)，其中第六電晶體M6之控制端係用於接收一第五驅動電位VD5，第六電晶體M6之第一端係耦接至一第六節點N6，而第六電晶體M6之第二端係耦接至第四節點N4。第七電晶體M7具有一控制端(例如：一閘極)、一第一端(例如：一源極)，以及一第二端(例如：一汲極)，其中第七電晶體M7之控制端係用於接收一第六驅動電位VD6，第七電晶體M7之第一端係耦接至接地電位VSS，而第七電晶體M7之第二端係耦接至第六節點N6。

第八電晶體M8具有一控制端(例如：一閘極)、一第一端(例如：一源極)，以及一第二端(例如：一汲極)，其中第八電晶體M8之控制端係用於接收一第七驅動電位VD7，第八電晶體M8之第一端係耦接至接地電位VSS，而第八電晶體M8之第二端係耦接至第六節點N6。在一些實施例中，若第七驅動電位VD7具有高邏輯位準，則第八電晶體M8將被致能(Enabled)，使得切換電路240會操作於半橋模式MD1。在另一些實施例中，若第七驅動電位VD7具有低邏輯位準，則第八電晶體M8將被禁能(Disabled)，使得切換電路240會操作於全橋模式MD2。

變壓器250包括一主線圈251、一第一副線圈252，以及一第二副線圈253，其中變壓器250更內建一漏電感器LR和一激磁電感器LM。漏電感器LR和激磁電感器LM皆可為變壓器250製造時所附帶產生之固有元件，其並非外部獨立元件。漏電感器LR、主線圈251，以及激磁電感器LM皆可位於變壓器250之同一側(例如：一次側)，而第一副線圈252和第二副線圈253則皆可位於變壓器250之相對另一側(例如：二次側，其可與一次側互相隔離開來)。漏電感器LR具有一第一端和一第二端，其中漏電感器LR之第一端係耦接至第五節點N5以接收切換電位VW，而漏電感器LR之第二端係耦接至一第七節點N7。主線圈251具有一第一端和一第二端，其中主線圈251之第一端係耦接至第七節點N7，而主線圈251之第二端係耦接至一第八節點N8。激磁電感器LM具有一第一端和一第二端，其中激磁電感器LM之第一端係耦接至第七節點N7，而激磁電感器LM之第二端係耦接至第八節點N8。諧振電容器CR具有一第一端和一第二端，其中諧振電容器CR之第一端係耦接至第六節點N6，而諧振電容器CR之第二端係耦接至第八節點N8。例如，漏電感器LR、激磁電感器LM，以及諧振電容器CR三者可共同形成電源供應器200之一諧振槽(Resonant Tank)。第一副線圈252具有一第一端和一第二端，其中第一副線圈252之第一端係耦接至一第九節點N9，而第一副線圈252之第二端係耦接至一第十節點N10。第二副線圈253具有一第一端和一第二端，其中第二副線圈253之第一端係耦接至第十節點N10，而第二副線圈253之第二端係耦接至一第十一節點N11。

第二輸出級電路260包括一第六二極體D6、一第七二極體D7、一第二電容器C2，以及一第二電阻器R2。第六二極體D6具有一陽極和一陰極，其中第六二極體D6之陽極係耦接至第九節點N9，而第六二極體D6之陰極係耦接至輸出節點NOUT。第七二極體D7具有一陽極和一陰極，其中第七二極體D7之陽極係耦接至第十一節點N11，而第七二極體D7之陰極係耦接至輸出節點NOUT。第二電容器C2具有一第一端和一第二端，其中第二電容器C2之第一端係耦接至輸出節點NOUT，而第二電容器C2之第二端係耦接至第十節點N10。第二電阻器R2具有一第一端和一第二端，其中第二電阻器R2之第一端係耦接至第十節點N10以輸出一第二感測電位VS2，而第二電阻器R2之第二端係耦接至一共同節點NCM。例如，共同節點NCM可提供一共同電位，其可被視為另一接地電位，並可與前述之接地電位VSS相同或相異。在一些實施例中，第二電阻器R2亦具有非常小之電阻值(例如：小於0.5Ω)。

偵測及控制電路270包括：一平均電路271、一第一比較器(Comparator)273、一第二比較器275、一脈波寬度調變積體電路(Pulse Width Modulation Integrated Circuit，PWM IC)277，以及一微控制器(Microcontroller Unit，MCU)279，其功能及操作方式將如下列實施例所述。

平均電路271可計算第一感測電位VS1之一平均值，以產生一平均電位VA。例如，平均電位VA可代表第一感測電位VS1於一段既定時間內之一平均位準，但亦不僅限於此。

第一比較器273具有一正輸入端、一負輸入端，以及一輸出端，其中第一比較器273之正輸入端係用於接收平均電位VA，第一比較器273之負輸入端係用於接收第二感測電位VS2，而第一比較器273之輸出端係用於輸出一第一比較電位VB1。例如，若第二感測電位VS2低於或等於平均電位VA，則第一比較器273將可輸出具有高邏輯位準之第一比較電位VB1；反之，若第二感測電位VS2高於平均電位VA，則第一比較器273將可輸出具有低邏輯位準之第一比較電位VB1。

第二比較器275具有一正輸入端、一負輸入端，以及一輸出端，其中第二比較器275之正輸入端係用於接收第二感測電位VS2，第二比較器275之負輸入端係用於接收一參考電位VF，而第二比較器275之輸出端係用於輸出一第二比較電位VB2。例如，若第二感測電位VS2高於或等於參考電位VF，則第二比較器275將可輸出具有高邏輯位準之第二比較電位VB2；反之，若第二感測電位VS2低於參考電位VF，則第二比較器275將可輸出具有低邏輯位準之第二比較電位VB2。

脈波寬度調變積體電路277可產生脈波寬度調變電位VM。例如，脈波寬度調變電位VM於電源供應器200剛初始化時可維持於一固定電位，而在電源供應器200進入正常使用階段後則可提供週期性之時脈波形。

微控制器279係耦接至脈波寬度調變積體電路277。微控制器279可產生參考電位VF。另外，微控制器279更可根據第一比較電位VB1和第二比較電位VB2來產生一驅動電位組VDG。在一些實施例中，驅動電位組VDG包括前述之第一驅動電位VD1、第二驅動電位VD2、第三驅動電位VD3、第四驅動電位VD4、第五驅動電位VD5、第六驅動電位VD6，以及第七驅動電位VD7，其皆可施加於切換電路240。

在一些實施例中，若第二感測電位VS2相對較低，則代表電源供應器200係用於驅動一較輕負載，而第一比較器273會輸出具有高邏輯位準之第一比較電位VB1至脈波寬度調變積體電路277。回應於前述之第一比較電位VB1，脈波寬度調變積體電路277可輸出一通知電位VN至微控制器279，使得微控制器279將會控制切換電路240操作於全橋模式MD2。

在一些實施例中，若第二感測電位VS2相對較高，則代表電源供應器200係用於驅動一較重負載，而第二比較器275會輸出具有高邏輯位準之第二比較電位VB2至微控制器279。回應於前述之第二比較電位VB2，微控制器279將會控制切換電路240操作於全橋模式MD2。

在另一些實施例中，若第二感測電位VS2相對適中，則代表電源供應器200係用於驅動一中等負載。此時，第一比較電位VB1和第二比較電位VB2皆可維持於低邏輯位準，而微控制器279將會控制切換電路240操作於半橋模式MD1。

綜上所述，若第一比較電位VB1和第二比較電位VB2之每一者皆具有低邏輯位準，則切換電路240將可操作於半橋模式MD1；反之，若第一比較電位VB1或第二比較電位VB2之任一者具有高邏輯位準，則切換電路240將可操作於全橋模式MD2。然而，本發明並不僅限於此。在其他實施例中，前述之判斷機制還可依據不同需求而進行調整。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器200於切換電路240操作於半橋模式MD1時之電位波形圖，其中橫軸代表時間(s)，而縱軸代表各個電位位準(V)。如第3圖所示，在半橋模式MD1下，第一驅動電位VD1和第二驅動電位VD2兩者具有互補式(Complementary)之邏輯位準。另一方面，第三驅動電位VD3、第四驅動電位VD4、第五驅動電位VD5，以及第六驅動電位VD6皆維持於低邏輯位準，使得第四電晶體M4、第五電晶體M5、第六電晶體M6，以及第七電晶體M7皆被禁能。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器200於切換電路240操作於全橋模式MD2時之電位波形圖，其中橫軸代表時間(s)，而縱軸代表各個電位位準(V)。如第4圖所示，在全橋模式MD2下，第三驅動電位VD3和第六驅動電位VD6兩者具相同波形，而第四驅動電位VD4和第五驅動電位VD5兩者具相同波形，惟其中第三驅動電位VD3和第四驅動電位VD4兩者則具有互補式之邏輯位準，且其中第五驅動電位VD5和第六驅動電位VD6兩者亦具有互補式之邏輯位準。另一方面，第一驅動電位VD1和第二驅動電位VD2皆維持於低邏輯位準，使得第一電晶體M1和第二電晶體M2皆被禁能。一般來說，較輕負載和較重負載皆有可能導致電源供應器200承受較大之切換損耗。因此，若能選擇性地控制切換電路240進入全橋模式MD2，則電源供應器200之整體效率將能大幅提升。

本發明提出一種新穎之電源供應器。根據實際量測結果，使用前述設計之電源供應器之操作效率將可獲得有效改善，故其很適合應用於各種各式之裝置當中。

值得注意的是，以上所述之電位、電流、電阻值、電感值、電容值，以及其餘元件參數均非為本發明之限制條件。設計者可以根據不同需要調整這些設定值。本發明之電源供應器並不僅限於第1-4圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-4圖之任何一或複數個實施例之任何一或複數項特徵。換言之，並非所有圖示之特徵均須同時實施於本發明之電源供應器當中。雖然本發明之實施例係使用金氧半場效電晶體為例，但本發明並不僅限於此，本技術領域人士可改用其他種類之電晶體，例如：接面場效電晶體，或是鰭式場效電晶體等等，而不致於影響本發明之效果。

在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」、「第三」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100,200:電源供應器 110,210:橋式整流器 120,220:功率切換器 130,230:第一輸出級電路 140,240:切換電路 150,250:變壓器 151,251:主線圈 152,252:第一副線圈 153,253:第二副線圈 160,260:第二輸出級電路 170,270:偵測及控制電路 271:平均電路 273:第一比較器 275:第二比較器 277:脈波寬度調變積體電路 279:微控制器 C1:第一電容器 C2:第二電容器 CR:諧振電容器 D1:第一二極體 D2:第二二極體 D3:第三二極體 D4:第四二極體 D5:第五二極體 D6:第六二極體 D7:第七二極體 LM:激磁電感器 LR:漏電感器 LU:升壓電感器 M1:第一電晶體 M2:第二電晶體 M3:第三電晶體 M4:第四電晶體 M5:第五電晶體 M6:第六電晶體 M7:第七電晶體 M8:第八電晶體 MD1:半橋模式 MD2:全橋模式 N1:第一節點 N2:第二節點 N3:第三節點 N4:第四節點 N5:第五節點 N6:第六節點 N7:第七節點 N8:第八節點 N9:第九節點 N10:第十節點 N11:第十一節點 NCM:共同節點 NIN1:第一輸入節點 NIN2:第二輸入節點 NOUT:輸出節點 R1:第一電阻器 R2:第二電阻器 VA:平均電位 VB1:第一比較電位 VB2:第二比較電位 VD1:第一驅動電位 VD2:第二驅動電位 VD3:第三驅動電位 VD4:第四驅動電位 VD5:第五驅動電位 VD6:第六驅動電位 VD7:第七驅動電位 VDG:驅動電位組 VE:中間電位 VF:參考電位 VIN1:第一輸入電位 VIN2:第二輸入電位 VM:脈波寬度調變電位 VN:通知電位 VOUT:輸出電位 VR:整流電位 VS1:第一感測電位 VS2:第二感測電位 VSS:接地電位 VW:切換電位

第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器之示意圖。 第2圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器之電路圖。 第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器於切換電路操作於半橋模式時之電位波形圖。 第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器於切換電路操作於全橋模式時之電位波形圖。

100:電源供應器

110:橋式整流器

120:功率切換器

130:第一輸出級電路

140:切換電路

150:變壓器

151:主線圈

152:第一副線圈

153:第二副線圈

160:第二輸出級電路

170:偵測及控制電路

CR:諧振電容器

LM:激磁電感器

LR:漏電感器

LU:升壓電感器

MD1:半橋模式

MD2:全橋模式

VDG:驅動電位組

VE:中間電位

VIN1:第一輸入電位

VIN2:第二輸入電位

VM:脈波寬度調變電位

VOUT:輸出電位

VR:整流電位

VS1:第一感測電位

VS2:第二感測電位

VSS:接地電位

VW:切換電位

Claims (10)

1. 一種高效率之電源供應器，包括： 一橋式整流器，根據一第一輸入電位和一第二輸入電位來產生一整流電位； 一升壓電感器，接收該整流電位； 一功率切換器，根據一脈波寬度調變電位來選擇性地將該升壓電感器耦接至一接地電位； 一第一輸出級電路，耦接至該升壓電感器，並產生一中間電位； 一切換電路，根據該中間電位和一驅動電位組來產生一切換電位； 一變壓器，包括一主線圈、一第一副線圈，以及一第二副線圈，其中該變壓器內建一漏電感器和一激磁電感器，而該主線圈係經由該漏電感器接收該切換電位； 一諧振電容器，耦接至該激磁電感器； 一第二輸出級電路，耦接至該第一副線圈和該第二副線圈，並產生一輸出電位；以及 一偵測及控制電路，產生該脈波寬度調變電位，並由該功率切換器處取得一第一感測電位，且由該第二輸出級電路處取得一第二感測電位； 其中該偵測及控制電路更根據該第一感測電位和該第二感測電位來產生該驅動電位組，使得該切換電路能操作於一半橋模式或一全橋模式兩者擇一。
2. 如請求項1所述之電源供應器，其中該橋式整流器包括： 一第一二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第一二極體之該陽極係耦接至一第一輸入節點以接收該第一輸入電位，而該第一二極體之該陰極係耦接至一第一節點以輸出該整流電位； 一第二二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第二二極體之該陽極係耦接至一第二輸入節點以接收該第二輸入電位，而該第二二極體之該陰極係耦接至該第一節點； 一第三二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第三二極體之該陽極係耦接至該接地電位，而該第三二極體之該陰極係耦接至該第一輸入節點；以及 一第四二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第四二極體之該陽極係耦接至該接地電位，而該第四二極體之該陰極係耦接至該第二輸入節點； 其中該升壓電感器具有一第一端和一第二端，該升壓電感器之該第一端係耦接至該第一節點以接收該整流電位，而該升壓電感器之該第二端係耦接至一第二節點。
3. 如請求項2所述之電源供應器，其中該功率切換器包括： 一第一電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第一電晶體之該控制端係用於接收該脈波寬度調變電位，該第一電晶體之該第一端係耦接至一第三節點，而該第一電晶體之該第二端係耦接至該第二節點；以及 一第一電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該第一電阻器之該第一端係耦接至該第三節點以輸出該第一感測電位，而該第一電阻器之該第二端係耦接至該接地電位。
4. 如請求項2所述之電源供應器，其中該第一輸出級電路包括： 一第五二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第五二極體之該陽極係耦接至該第二節點，而該第五二極體之該陰極係耦接至一第四節點以輸出該中間電位；以及 一第一電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第一電容器之該第一端係耦接至該第四節點，而該第一電容器之該第二端係耦接至該接地電位。
5. 如請求項4所述之電源供應器，其中該驅動電位組包括一第一驅動電位、一第二驅動電位、一第三驅動電位、一第四驅動電位、一第五驅動電位、一第六驅動電位，以及一第七驅動電位，而該切換電路包括： 一第二電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第二電晶體之該控制端係用於接收該第一驅動電位，該第二電晶體之該第一端係耦接至一第五節點以輸出該切換電位，而該第二電晶體之該第二端係耦接至該第四節點以接收該中間電位； 一第三電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第三電晶體之該控制端係用於接收該第二驅動電位，該第三電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第三電晶體之該第二端係耦接至該第五節點； 一第四電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第四電晶體之該控制端係用於接收該第三驅動電位，該第四電晶體之該第一端係耦接至該第五節點以輸出該切換電位，而該第四電晶體之該第二端係耦接至該第四節點以接收該中間電位； 一第五電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第五電晶體之該控制端係用於接收該第四驅動電位，該第五電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第五電晶體之該第二端係耦接至該第五節點； 一第六電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第六電晶體之該控制端係用於接收該第五驅動電位，該第六電晶體之該第一端係耦接至一第六節點，而該第六電晶體之該第二端係耦接至該第四節點； 一第七電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第七電晶體之該控制端係用於接收該第六驅動電位，該第七電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第七電晶體之該第二端係耦接至該第六節點；以及 一第八電晶體，具有一控制端、一第一端，以及一第二端，其中該第八電晶體之該控制端係用於接收該第七驅動電位，該第八電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第八電晶體之該第二端係耦接至該第六節點。
6. 如請求項5所述之電源供應器，其中該漏電感器具有一第一端和一第二端，該漏電感器之該第一端係耦接至該第五節點以接收該切換電位，該漏電感器之該第二端係耦接至一第七節點，該主線圈具有一第一端和一第二端，該主線圈之該第一端係耦接至該第七節點，該主線圈之該第二端係耦接至一第八節點，該激磁電感器具有一第一端和一第二端，該激磁電感器之該第一端係耦接至該第七節點，該激磁電感器之該第二端係耦接至該第八節點，該諧振電容器具有一第一端和一第二端，該諧振電容器之該第一端係耦接至該第六節點，該諧振電容器之該第二端係耦接至該第八節點，該第一副線圈具有一第一端和一第二端，該第一副線圈之該第一端係耦接至一第九節點，該第一副線圈之該第二端係耦接至一第十節點，該第二副線圈具有一第一端和一第二端，該第二副線圈之該第一端係耦接至該第十節點，而該第二副線圈之該第二端係耦接至一第十一節點。
7. 如請求項6所述之電源供應器，其中該第二輸出級電路包括： 一第六二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第六二極體之該陽極係耦接至該第九節點，而該第六二極體之該陰極係耦接至一輸出節點以輸出該輸出電位； 一第七二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第七二極體之該陽極係耦接至該第十一節點，而該第七二極體之該陰極係耦接至該輸出節點； 一第二電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第二電容器之該第一端係耦接至該輸出節點，而該第二電容器之該第二端係耦接至該第十節點；以及 一第二電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該第二電阻器之該第一端係耦接至該第十節點以輸出該第二感測電位，而該第二電阻器之該第二端係耦接至一共同節點。
8. 如請求項1所述之電源供應器，其中該偵測及控制電路包括： 一平均電路，計算該第一感測電位之一平均值，以產生一平均電位； 一第一比較器，具有一正輸入端、一負輸入端，以及一輸出端，其中該第一比較器之該正輸入端係用於接收該平均電位，該第一比較器之該負輸入端係用於接收該第二感測電位，而該第一比較器之該輸出端係用於輸出一第一比較電位；以及 一第二比較器，具有一正輸入端、一負輸入端，以及一輸出端，其中該第二比較器之該正輸入端係用於接收該第二感測電位，該第二比較器之該負輸入端係用於接收一參考電位，而該第二比較器之該輸出端係用於輸出一第二比較電位。
9. 如請求項8所述之電源供應器，其中該偵測及控制電路更包括： 一脈波寬度調變積體電路，產生該脈波寬度調變電位；以及 一微控制器，耦接至該脈波寬度調變積體電路，並產生該參考電位，其中該微控制器更根據該第一比較電位和該第二比較電位來產生該驅動電位組。
10. 如請求項8所述之電源供應器，其中若該第一比較電位和該第二比較電位之每一者皆具有低邏輯位準，則該微控制器將會控制該切換電路操作於該半橋模式，而若該第一比較電位或該第二比較電位之任一者具有高邏輯位準，則該微控制器將會控制該切換電路操作於該全橋模式。