TWI479294B - 電源適配器 - Google Patents
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Description
本案是有關於一種電源適配器,且特別是有關於一種可適時切斷輸出電壓產生的電源適配器。
在可攜式電子裝置被廣泛使用的今天,用以提供電源的電源適配器的使用也越來越廣泛。而在綠色能源的要求下,電源適配器在未連接電子裝置的無載的狀態,其所可能產生的消耗功率也日益受到重視。
此外,若電源適配器未連接負載的情況下持續產生出的電壓,在當電源適配器與電子裝置連接的瞬間,有可能因瞬間端子間處面積過小,而造成電流密度過高,進以產生火花現象。這個火花現象除了可能造成人體傷害外,還會對接頭產生損傷。
在習知技術領域中,有提出一種透過由作為負載的電子裝置傳送信號至電源適配器,並藉此通知電源適配器與電子裝置的不同工作狀態(例如關機、待機、休眠或是一般運作)。這種作法需要配合可提供此類信號的電子裝置方可實施。並且,電源適配器僅能得知電子裝置的工作狀態,並無法得知電子裝置與電源
適配器不相連接的狀態。
本案提供一種電源適配器,依據負載狀態來決定是否產生輸出電壓。
本案的電源適配器,包括電壓轉換器、連接端子、第一變壓器以及控制器。電壓轉換器,接收輸入電壓,依據指示信號來決定是否轉換輸入電壓為輸出電壓。連接端子用以連接至電子裝置。第一變壓器具有一次側以及二次側。其一次側與二次側上的電壓相互耦合,且二次側上的第一及第二端點分別耦接至連接端子。控制器耦接電壓轉換器及第一變壓器。控制器依據第一變壓器的一次側上的電壓來產生指示信號。其中,連接端子用以連接至電子裝置,並在當連接端子與電子裝置電性連接時,二次側上的第一及第二端點形成短路。
本案透過在電源適配器中配置第一變壓器,並使第一變壓器的二次側連接至連接端子。基於第一變壓器二次側上端點間的電壓變化會被耦合至第一變壓器一次側的端點。因此,透過第一變壓器的一次側上的電壓變化,電源適配器可以得知連接端子有無連接至作為負載的電子裝置,並據此做為是否產生輸出電壓的依據。如此一來,在未有電子裝置連接至電源適配器的狀態下,電源適配器可以關閉輸出電壓的產生,有效節省電能的消耗。
為讓本案的上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實
施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
100‧‧‧電源適配器
110‧‧‧電壓轉換器變壓器
120‧‧‧第一變壓器
130、300‧‧‧控制器
190、490‧‧‧連接端子
VIN‧‧‧輸入電壓
IND‧‧‧指示信號
VOUT‧‧‧輸出電壓
S1‧‧‧一次側
S2‧‧‧二次側
P1
~P2
‧‧‧二次側上的第一及第二端點
P3
~P4
‧‧‧一次側上的第一及第二端點
V1‧‧‧電壓
131、310‧‧‧電源產生器
132、320‧‧‧開關電路
BPT‧‧‧備援電壓接收端
INDT‧‧‧指示信號產生端
VPP‧‧‧供應電壓
BP‧‧‧備援電壓
R11、R12、R13、R1~R5‧‧‧電阻
T1~T3‧‧‧電晶體
C1、C2、C11‧‧‧電容
DA1‧‧‧交流二極體
311‧‧‧二極體對
D1、D2、D11、D12‧‧‧二極體
GND1‧‧‧一次側的參考接地端
GND2‧‧‧二次側的參考接地端
340‧‧‧整流器
410‧‧‧插頭本體
411‧‧‧第一導體部
412‧‧‧第二導體部
413‧‧‧絕緣部
510‧‧‧濾波器
520‧‧‧整流器
540‧‧‧主體電容
550‧‧‧第二變壓器
560‧‧‧整流及濾波器
570‧‧‧回授電路
580‧‧‧切換開關
590‧‧‧切換控制器
VA‧‧‧電壓
PWM‧‧‧控制信號
VFB‧‧‧回授電壓
圖1繪示本案一實施例的電源適配器100的示意圖。
圖2繪示本案實施例的控制器130的一實施方式。
圖3繪示本案一實施例的控制器130的另一實施方式。
圖4繪示本案實施例的連接端子190的一實施方式。
圖5繪示本案實施例的電壓轉換器110的一實施方式。
請參照圖1,圖1繪示本案一實施例的電源適配器100的示意圖。電源適配器100包括電壓轉換器110、第一變壓器120以及控制器130。電壓轉換器110接收輸入電壓VIN。電壓轉換器110接收指示信號IND,並依據指示信號IND來決定是否進行轉換輸入電壓VIN為輸出電壓VOUT的轉換動作。在此,輸入電壓VIN可以是交流電壓,並且,輸出電壓VOUT則可以是直流電壓。
控制器130耦接至電壓轉換器110及第一變壓器120。第一變壓器120則具有一次側S1與二次側S2。其中,第一變壓器120的一次側S1的兩個端點P3
、P4
耦接至控制器130,而變壓器120的二次側S2的兩個端點P1
、P2
則耦接至連接端子190。
在此請注意,第一變壓器120的一次側S1的兩個端點P3
及P4
間的電壓差與第一變壓器120的二次側S2的兩個端點P1
及P2
的電壓差是會相互耦合的。也就是說,當第一變壓器120的一次側S1的兩個端點P3
及P4
間的電壓差改變時會影響到電壓差與第一變壓器120的二次側S2的兩個端點P1
及P2
的電壓差。當然,當第一變壓器120的二次側S2的兩個端點P1
及P2
間的電壓差改變時同樣會影響到電壓差與第一變壓器120的一次側S1的兩個端點P3
及P4
的電壓差。
在實際的動作方面,當電源適配器100的連接端子190與電子裝置產生連接時,端點P1
及P2
會被短路至二次側的參考接地端點,並且使得端點P1
及P2
間的電壓差等於0伏特。透過第一變壓器120的一次側S1及二次側S2間的耦合效應,第一變壓器120的一次側S1的兩個端點P3
及P4
間的電壓差會對應被立即拉低至零電位。在此同時,控制器130偵測第一變壓器120的一次側S1的兩個端點P3
及P4
間的電壓差的變化,並據此發送指示信號IND來告知電壓轉換器110,使電壓轉換器110執行轉換輸入電壓VIN以產生輸出電壓VOUT的動作。
當電源適配器100的連接端子190尚未與電子裝置產生連接時,第一變壓器120的二次側S2的兩個端點P1
及P2
是相互隔開的,並且,端點P1
及P2
中至少其中之一是浮接(floating)而沒有電壓的。因此,第一變壓器120的一次側S1的兩個端點P3
及P4
間的電壓差不會被箝制至零電壓。此時端點P3及P4兩端對於控制器130來說,是一具有電感特性的元件,控制器130對應產
生指示信號IND來使電壓轉換器110不執行轉換輸入電壓VIN以產生輸出電壓VOUT的動作。
由上述的說明可以得知,本實施例中的電源適配器100可以透過偵測知第一變壓器120的一次側S1上的電壓變化,來獲知連接端子190是否與作為負載的電子裝置產生電性連接,並據此控制電壓轉換器110的電壓轉換動作。如此一來,當電源適配器100未連接至電子裝置時,即使輸入電壓VIN持續被提供至電源適配器100,電源適配器100也不會因為進行無效的電壓轉換的動作而浪費電能。並且,在輸出電壓VOUT不會被產生的前提下,在當電源適配器100連接至電子裝置的瞬間,也不會發生火花現象。
附帶一提的,控制器130可由電壓轉換器110接收電壓V1來作為操作電源,如此一來,控制器130並不需要額外的電壓來做為操作電源。
以下請同時參照圖1及圖2,圖2繪示本案實施例的控制器130的一實施方式。控制器130包括電源產生器131、開關電路132、備援電壓接收端BPT以及指示信號產生端INDT。電源產生器131耦接至電壓轉換器110以接收依據輸入電壓VIN所產生的電壓V1,其中電壓V1可提供電源產生器131以作為操作電源。當連接端子190未接至電子裝置時,電源產生器131利用電壓V1以及第一變壓器120的一次側S1的電感特性,來產生具有脈衝的供應電壓VPP,其中供應電壓VPP具有會變動的電壓準位。供應
電壓VPP被提供至開關電路132,第一變壓器120的一次側S1的端點P4
則被耦接到一次側的參考接地端點GND1。
開關電路132並耦接至備援電壓接收端BPT以及指示信號產生端INDT。開關電路132依據供應電壓VPP的電壓狀態來決定是否導通備援電壓接收端BPT以及指示信號產生端INDT間的耦接路徑。具體來說明,當第一變壓器120的二次側S2的端點P1
及P2
保持斷開的狀態時,供應電壓VPP的脈衝電壓使開關電路132不時地導通備援電壓接收端BPT以及指示信號產生端INDT。如此一來,指示信號IND的電壓準位被維持在備援電壓BP的電壓值附近。相對的,當第一變壓器120的二次側S2的端點P1
及P2
變更為短路至二次側的參考接地端GND2的狀態時,供應電壓VPP的電壓被下拉至零電位,使得開關電路132斷開備援電壓接收端BPT以及指示信號產生端INDT。如此一來,指示信號IND的電壓準位將由於開關電路132內部的電阻的電能消耗而降低至等於一次側參考接地端GND1的電壓準位。
由上述的說明可以得知,透過判斷指示信號IND的電壓準位,電壓轉換器110可以得知連接端子190與負載的連接狀態,並依據這個連接狀態來決定是否進行電壓轉換的並產生輸出電壓VOUT的動作。
附帶一提的,備援電壓BP可以由電壓轉換器110來提供。當然,備援電壓BP與電壓V1可以是相同來源的電壓。
以下請參照圖3,圖3繪示本案一實施例的控制器130
的另一實施方式。控制器300包括電源產生器310、開關電路320、備援電壓接收端BPT以及指示信號產生端INDT。電源產生器310則包括電阻R11、R12、R13、電晶體T3、電容C11以及交流二極體DA1。電阻R11的第一端耦接至電壓轉換器110以接收依據輸入電壓VIN所產生的電壓V1,電阻R11的第二端耦接至電晶體T3的第一端。電阻R12的第一端耦接至電阻R11的第二端,電阻R12的第二端耦接至電晶體T3的控制端。電晶體T3的第二端耦接至電阻R13的第一端,電阻R13的第二端則耦接至交流二極體DA1的第一端。此外,二極體對311並耦接在電晶體T3的控制端與電阻R13的第二端間。其中,二極體對311中的二極體D11的陽極耦接至電晶體T3的控制端,二極體D12的陰極耦接至電阻R13的第二端,而二極體D11的陰極及D12的陽極則相互耦接。電容C11耦接在電阻R13的第二端與一次側的參考接地端GND1間。
交流二極體DA1的第二端產生供應電壓VPP至整流器340。整流器340耦接在開關電路320與第一變壓器120間。
在本實施方式中,整流器340包括至少一二極體D1及D2。其中,二極體D1及D2相互並連,且其陽極耦接至交流二極體DA1,其陰極耦接至電晶體T1的控制端。
開關電路320包括電晶體T1、T2、電阻R1~R5以及電容C1~C3。電晶體T1的第二端耦接至一次側的參考接地端GND1,其控制端耦接整流器340中D1及D2的陰極。電晶體T2的第一
端耦接至備援電壓接收端BPT。電阻R1串接在電晶體T2的第二端與指示信號產生端INDT間。電阻R2串接在電晶體T1的第一端與電晶體T2的控制端的耦接路徑間。電阻R3則串接在電晶體T2的第一端與控制端間。電阻R4串接在電容C1、C2的連接端與指示信號產生端INDT間。電阻R5串接在電晶體T1的控制端與一次側的參考接地端GND1間。電容C1、C2除相互耦接至電阻R4的端點外,其未耦接至電阻R4的端點分別耦接至備援電壓接收端BPT以及指示信號產生端INDT。電容C3則串接在電晶體T1的第一端與備援電壓接收端BPT間。
在具體的動作方面,當第一變壓器120的二次側S2的端點P1及P2保持斷開的狀態下,供應電壓VPP的會是一個具有脈衝成分的電壓。透過整流器340,供應電壓VPP可使電晶體T1週期性的被導通,並且使電晶體T2控制端上的電壓保持在接近一次側參考接地端GND1上的電壓(例如0V的接地電壓)的電壓準位。如此一來,電晶體T2被導通,並使備援電壓接收端BPT透過電阻R1週期性地連接至指示信號產生端INDT。透過電容C2的穩壓,使指示信號產生端INDT所傳送的指示信號IND的電壓準位被維持在備援電壓BP的電壓準位附近。
相對的,當第一變壓器120的二次側S2的端點P1
及P2
短路至二次側的參考接地端GND2的狀態下,供應電壓VPP的電壓被拉低至一次側的參考接地端GND1。如此一來,電晶體T1及電晶體T2皆無法被導通,並使備援電壓接收端BPT與指示信號
產生端INDT間的耦接路徑被斷開。由於電阻R4的電能消耗,指示信號產生端INDT所傳送的指示信號IND的電壓準位將降至一次側參考接地端GND1的電壓準位。
附帶一提的,在本實施方式中,電晶體T2、T3為雙極性接面電晶體,電晶體T1則為金氧半場效電晶體。
以下請參照圖4,圖4繪示本案實施例的連接端子190的一實施方式。在圖4中,連接端子190包括插頭本體410、第一導體部411、第二導體部412以及絕緣部413。插頭本體411具有一表面。第一導體部411配置在插頭本體410的表面上,且第一導體部與變壓器二次側上的端點P1
電性連接。第二導體部412配置在插頭本體410的表面上,且第一導體部411與變壓器的二次側上的第二端點以及二次側的參考接地端點GND2電性連接。其中,絕緣部413配置在插頭本體410的表面上並介於第一導體部411與第二導體部412間,並使第一導體部411與第二導體部412相互隔離。當然,連接端子190也包括耦接至電轉換器產生輸出電壓的端點的中心導體部(未繪示)。
當連接端子190插入至電子裝置的連接端子490時,連接端子490上連接至二次側參考接地端GND2的導體部會接觸並覆蓋第一導體部411與第二導體部412。,如此一來,第一導體部411與第二導體部412會相互短路至二次側的參考接地端GND2。
以下請參照圖5,圖5繪示本案實施例的電壓轉換器110的一實施方式。電壓轉換器110包括濾波器510、整流器520、、
主體電容540、第二變壓器550、整流及濾波器560、回授電路570、切換開關580以及切換控制器590。濾波器510接收輸入電壓VIN,整流器520耦接至濾波器510的輸出端以接收濾波後的輸入電壓VIN。整流器520所產生的電壓VA可以提供給切換控制器590。主體電容540則耦接至功因調整器530。
在此,請注意,前述實施例即實施方式中,控制器所接收的電壓V1由主體電容540與變壓器550的耦接端點來獲得。重點在於,電壓V1不需要透過電壓轉換器110執行電壓轉換動作來產生,也就是說,當電壓轉換器110的電壓轉換動作被停止時,控制器依然可以正常動作而不受影響。
變壓器550的一次側除耦接至主體電容540外,尚耦接至切換開關580。切換開關580未耦接至變壓器550的端點是耦接至一次側的參考接地端GND1,切換開關580接收控制信號PWM並受控於控制信號PWM以導通或斷開。
切換控制器590耦接至整流器520以及切換開關580。切換控制器590接收電壓VA以做為操作電源,並依據指示信號IND以及回授電壓VFB來提供控制信號PWM至切換開關580。當指示信號IND指示電壓轉換器110需執行電壓轉換動作時,控制信號PWM例如是一個脈寬調變信號,而切換開關580對應週期性的交錯被導通及斷開。相反的,當指示信號IND指示電壓轉換器110停止執行電壓轉換動作時,控制信號PWM的電壓準位例如等於接地電壓,而切換開關580則保持在被斷開的狀態。
整流及濾波電路560耦接至變壓器550的二次側,針對變壓器550的二次側上的電壓進行整流及濾波的動作,並產生輸出電壓VOUT。回授電路570則接收出電壓VOUT並據以產生回授電壓VFB。回授電壓VFB被傳送至切換控制器590,並作為切換控制器590產生控制信號PWM的多個變因的其中之一。
綜上所述,本案藉由提供第一變壓器,並透過第一變壓器二次側的端點在電源適配器與電子裝置連接時會被短路至二次側的參考接地端,以及第一變壓器二次側的電壓會耦合至第一電壓器一次側上的電壓的特性,來獲知電源適配器與電子裝置的連接狀態。並且,在電源適配器與電子裝置未產生連接的無載狀態時,電源適配器可中斷其電壓轉換器的電壓轉換動作,有效達到節省電能的效果。並且,在無載狀態下不提供輸出電壓的條件下,當電源適配器與電子裝置相互連接的瞬間不會產生火花現象,確保使用者及電子元件的安全。
100‧‧‧電源適配器
110‧‧‧電壓轉換器
120‧‧‧第一變壓器
130‧‧‧控制器
190‧‧‧連接端子
VIN‧‧‧輸入電壓
IND‧‧‧指示信號
VOUT‧‧‧輸出電壓
S1‧‧‧一次側
S2‧‧‧二次側
P1
~P2
‧‧‧二次側上的第一及第二端點
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‧‧‧一次側上的第一及第二端點
V1‧‧‧電壓
Claims (14)
- 一種電源適配器,包括:一電壓轉換器,接收一輸入電壓,依據一指示信號來決定是否轉換該輸入電壓為一輸出電壓;一連接端子,用以連接至一電子裝置;一第一變壓器,具有一一次側以及一二次側,該一次側與該二次側上的電壓相互耦合,該二次側具有一第一及一第二端點分別耦接至該連接端子;以及一控制器,耦接該第一變壓器,該控制器包括:一備援電壓接收端,耦接至該電壓轉換器以接收一備援電壓,一指示信號產生端,用以傳送該指示信號,其中根據該第一變壓器的該一次側上的電壓,該指示信號產生端與該備援電壓接收端之間耦接或斷開,其中,當該連接端子與該電子裝置電性連接時,該二次側上的第一及第二端點短路至一參考接地端點。
- 如申請專利範圍第1項所述的電源適配器,其中該控制器包括:一電源產生器,耦接該電壓轉換器及該第一變壓器,利用該輸入電壓以及該第一變壓器的該一次側的一第一端點及一第二端點的電壓狀態,來產生具有變動電壓準位的一供應電壓,其中該第 一變壓器的該一次側的第二端點耦接至一參考接地端;以及一開關電路,依據該電源產生器產生的該供應電壓之電壓準位,來導通或斷開該備援電壓接收端與該指示信號產生端的耦接路徑。
- 如申請專利範圍第2項所述的電源適配器,其中當該第一變壓器的該一次側的第一端點與第二端點間的電壓差小於一臨界值時,該開關電路斷開該備援電壓接收端與該指示信號產生端的耦接路徑。
- 如申請專利範圍第3項所述的電源適配器,其中當該第一變壓器的該一次側的第一端點與第二端點間的電壓差不小於該臨界值時,該開關電路導通該備援電壓接收端與該指示信號產生端的耦接路徑。
- 如申請專利範圍第2項所述的電源適配器,其中該開關電路包括:一第一電晶體,具有一第一端、一第二端以及一第一控制端,其第一端耦接至該參考接地端,該第一控制端耦接該第一變壓器的該一次側的第一端點;一第二電晶體,具有一第一端、一第二端以及一第二控制端,該第二控制端耦接至該第一電晶體的第二端,該第二電晶體的第一端耦接至該備援電壓接收端;以及一第一電阻,串接在該第二電晶體的第二端與該指示信號產生端間, 其中,該第一電晶體斷開時,該第二電晶體對應被斷開,該第一電晶體被導通時,該第二電晶體對應被導通。
- 如申請專利範圍第5項所述的電源適配器,其中該開關電路更包括:一第二電阻,串接在該第一電晶體的第二端與該第二電晶體的控制端的耦接路徑間;一第三電阻,串接在該第二電晶體的第二控制端及第一端間;一第四電阻,具有一第一端以及一第二端,該第四電阻的第一端耦接至該指示信號產生端;一第一電容,串接在該第四電阻的第二端與該指示信號產生端間;以及一第二電容,串接在該第四電阻的第二端與該備援電壓接收端間。
- 如申請專利範圍第5項所述的電源適配器,其中該開關電路更包括:一整流器,耦接在該第一電晶體的控制端與該第一變壓器的該一次側的第一端間。
- 如申請專利範圍第7項所述的電源適配器,其中該整流器包括:至少一二極體,其陽極耦接至該電源產生器與該第一變壓器的該一次側的耦接端點,其陰極耦接至該第一電晶體的第一控制端。
- 如申請專利範圍第5項所述的電源適配器,其中該電源產生器包括:一第一電阻,具有一第一端以及一第二端,其第一端耦接至該電壓轉換器以接收依據該輸入電壓所產生的一第一電壓;一第二電阻,具有一第一端以及一第二端,其第一端耦接至該第一電阻的第二端;一第三電晶體,具有一第一端、一第二端以及一第三控制端,該第三電晶體的第一端耦接至該第一電阻的第二端,該第三電晶體的第三控制端耦接至該第二電阻的第二端;一第三電阻,具有一第一端以及一第二端,其第一端耦接至該第三電晶體的第二端;一第一電容,具有一第一端以及一第二端,其第一端耦接至該第三電阻的第二端,該第一電容的第二端耦接至一參考接地端;以及一交流二極體,具有一第一端以及一第二端,該交流二極體的第一端耦接至該三電阻的第二端,該交流二極體的第二端耦接至該第一變壓器的該一次側。
- 如申請專利範圍第5項所述的電源適配器,其中該連接端子包括:一插頭本體,具有一表面;一第一導體部,配置在該插頭本體的該表面上,該第一導體部與該變壓器的該二次側上的第一端點電性連接;以及 一第二導體部,配置在該插頭本體的該表面上,該第一導體部與該變壓器的該二次側上的第二端點以及該參考接地端點電性連接,其中,該第一導體部與該第二導體部相互隔離。
- 如申請專利範圍第10項所述的電源適配器,其中該連接端子更包括:一絕緣部,配置在該插頭本體的該表面上並介於該第一導體部與該第二導體部間。
- 如申請專利範圍第1項所述的電源適配器,其中該電壓轉換器包括:一整流器,接收該輸入電壓以對該輸入電壓進行整流以產生一第一電壓;一第二變壓器,耦接該整流器以接收該第一電壓,並依據該第一電壓產生一第二電壓;一切換開關,耦接在該第二變壓器以及該參考接地端點間,依據一控制信號以導通或斷開;一切換控制器,耦接該整流器以及該切換開關,接收該第一電壓以作為操作電源,並依據該指示信號以及一回授電壓來提供該控制信號至該切換開關;一整流及濾波器,耦接該第二變壓器以接收該第二電壓,並針對該第二電壓進行整流及濾波動作以產生該輸出電壓;一回授電路,耦接該整流及濾波器以及該切換控制器,依據 該輸出電壓來產生該回授電壓,並傳送該回授電壓至該切換控制器;以及一主體電容,耦接在該整流器及該第二變壓器間。
- 如申請專利範圍第12項所述的電源適配器,其中該切換控制器更依據該第一電壓來產生一備援電壓。
- 如申請專利範圍第12項所述的電源適配器,其中該電壓轉換器更包括:一濾波器,耦接在該整流器接收該輸入電壓的路徑間,用以對該輸入電壓進行濾波。
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