TWI568119B - 具有過功率保護功能的電源供應裝置 - Google Patents

Description

具有過功率保護功能的電源供應裝置 【0001】

本發明係有關於一種電源供應裝置，特別是一種具有過功率保護功能的電源供應裝置。

【0002】

電源供應裝置提供電源給電子裝置，藉以驅動電子裝置。如果電源供應裝置係利用通用串列匯流排介面傳送電源，則電子裝置會通知電源供應裝置需求的電壓（例如5伏特或是20伏特）。

【0003】

電源供應裝置包含變壓器及脈波寬度調變控制器，變壓器包含初級側繞組、輔助繞組及次級側繞組；當電子裝置通知電源供應裝置需求的電壓時，脈波寬度調變控制器會改變初級側繞組的電壓，次級側繞組會感應初級側繞組的電壓而產生電壓以傳送至電子裝置；同時，輔助繞組會感應次級側繞組的電壓而產生電壓以傳送至脈波寬度調變控制器以供電予脈波寬度調變控制器。

【0004】

一般來說，當使用通用串列匯流排介面傳送電源時，電源供應裝置的輸出電流會被限制在約2安培左右；因此，電源供應裝置的輸出功率被限制住了。為了在被限制住的輸出電流的情況能提高電源供應裝置的輸出功率，電源供應裝置的輸出電壓將會被提高；例如，電源供應裝置的輸出電壓由5伏特提高至20伏特。

【0005】

一般來說，電源供應裝置的過功率保護功能是固定的（以輸出電壓5伏特或輸出電壓20伏特設計）；若電源供應裝置的過功率保護功能是以輸出電壓20伏特所設計的，則當電源供應裝置的輸出電壓為5伏特時，電源供應裝置的過功率保護功能將不能順利地運作。

【0006】

請參考圖3，其係為相關技術之電源供應裝置之過功率保護功能在輸出電壓為20伏特時之過功率保護電壓波形圖；請參考圖4，其係為相關技術之電源供應裝置之過功率保護功能在輸出電壓為5伏特時之過功率保護電壓波形圖。由於輸出電壓為5伏特的過功率保護電壓的觸發準位與輸出電壓為20伏特的過功率保護電壓的觸發準位相同，因此輸出電壓為5伏特時的輸出電流必須大於輸出電壓為20伏特時的輸出電流，以達到過功率保護電壓的觸發準位；如果輸出電流更大，則電源供應裝置中的功率元件將工作在大於額定電壓或額定電流的狀態，使得功率元件直接地造成傷害。

【0007】

為改善上述習知技術之缺點，本發明之目的在於提供一種具有過功率保護功能的電源供應裝置。

【0008】

為達成本發明之上述目的，本發明之具有過功率保護功能的電源供應裝置包含一主轉換器；一電壓疊加電路，電性連接至該主轉換器；一電壓偵測電路，電性連接至該主轉換器及該電壓疊加電路；及一脈波寬度調變控制器，電性連接至該主轉換器及該電壓偵測電路。其中該主轉換器包含一感應電阻，電性連接至該電壓偵測電路。其中該電壓偵測電路偵測該感應電阻之一感應電壓；當該具有過功率保護功能的電源供應裝置之一輸出電壓小於一預設輸出電壓時，該電壓疊加電路提供一疊加電壓至該電壓偵測電路，接著該電壓偵測電路傳送該感應電壓及該疊加電壓至該脈波寬度調變控制器；當該感應電壓加上該疊加電壓大於一過功率保護電壓時，該脈波寬度調變控制器控制該主轉換器停止工作。

【0009】

本發明之功效在於不論電源供應裝置的輸出電壓為何，電源供應裝置的過功率保護功能皆能順利地運作，且電源供應裝置所增加的電路的成本低廉且所增加的電路位於電源供應裝置的一次側。

【0048】

10‧‧‧具有過功率保護功能的電源供應裝置

【0049】

20‧‧‧交流電源供應裝置

【0050】

30‧‧‧電子裝置

【0051】

102‧‧‧主轉換器

【0052】

104‧‧‧電壓疊加電路

【0053】

106‧‧‧電壓偵測電路

【0054】

108‧‧‧脈波寬度調變控制器

【0055】

110‧‧‧變壓器

【0056】

112‧‧‧初級側繞組

【0057】

114‧‧‧次級側繞組

【0058】

116‧‧‧輔助繞組

【0059】

118‧‧‧電晶體開關

【0060】

120‧‧‧初級側濾波電路

【0061】

122‧‧‧初級側整流電路

【0062】

124‧‧‧次級側整流電路

【0063】

126‧‧‧次級側濾波電路

【0064】

128‧‧‧電磁干擾濾波器

【0065】

130‧‧‧通用串列匯流排介面

【0066】

132‧‧‧交握電路

【0067】

134‧‧‧回授電路

【0068】

10402‧‧‧第一二極體

【0069】

10404‧‧‧第一電容

【0070】

10406‧‧‧第一齊納二極體

【0071】

10408‧‧‧第一電阻

【0072】

10410‧‧‧第二電阻

【0073】

10412‧‧‧第一金屬氧化物半導體場效應電晶體

【0074】

10414‧‧‧第二金屬氧化物半導體場效應電晶體

【0075】

10416‧‧‧第三電阻

【0076】

10418‧‧‧第四電阻

【0077】

10420‧‧‧第二電容

【0078】

10422‧‧‧疊加電壓產生電路

【0079】

10424‧‧‧疊加電壓控制電路

【0080】

10602‧‧‧感應電阻

【0081】

10604‧‧‧第五電阻

【0082】

10606‧‧‧第六電阻

【0083】

10608‧‧‧第三電容

【0010】

圖1為本發明之具有過功率保護功能的電源供應裝置方塊圖。

【0011】

圖2為本發明之電壓疊加電路及電壓偵測電路之一實施例電路圖。

【0012】

圖3為相關技術之電源供應裝置之過功率保護功能在輸出電壓為20伏特時之過功率保護電壓波形圖。

【0013】

圖4為相關技術之電源供應裝置之過功率保護功能在輸出電壓為5伏特時之過功率保護電壓波形圖。

【0014】

圖5為本發明之具有過功率保護功能的電源供應裝置之過功率保護功能在輸出電壓為5伏特時之過功率保護電壓波形圖。

【0015】

請參考圖1，其係為本發明之具有過功率保護功能的電源供應裝置方塊圖；一具有過功率保護功能的電源供應裝置10係應用於一交流電源供應裝置20及一電子裝置30。

【0016】

該具有過功率保護功能的電源供應裝置10包含一主轉換器102、一電壓疊加電路104、一電壓偵測電路106、一脈波寬度調變控制器108、一初級側濾波電路120、一初級側整流電路122、一次級側整流電路124、一次級側濾波電路126、一電磁干擾濾波器128、一通用串列匯流排介面130、一交握電路（handshake circuit）132及一回授電路134。

【0017】

該主轉換器102包含一變壓器110、一電晶體開關118及一感應電阻10602；該變壓器110包含一初級側繞組112、一次級側繞組114及一輔助繞組116。該電晶體開關118可為例如但不限定為一金屬氧化物半導體場效應電晶體。

【0018】

該電壓疊加電路104電性連接至該主轉換器102；該電壓偵測電路106電性連接至該主轉換器102及該電壓疊加電路104；該脈波寬度調變控制器108電性連接至該主轉換器102及該電壓偵測電路106；該變壓器110電性連接至該電壓疊加電路104、該脈波寬度調變控制器108及該感應電阻10602；該電晶體開關118電性連接至該初級側繞組112、該電壓偵測電路106、該脈波寬度調變控制器108及該感應電阻10602；該輔助繞組116電性連接至該電壓疊加電路104。

【0019】

該初級側濾波電路120電性連接至該初級側繞組112；該初級側整流電路122電性連接至該初級側濾波電路120；該次級側整流電路124電性連接至該次級側繞組114；該次級側濾波電路126電性連接至該次級側整流電路124；該電磁干擾濾波器128電性連接至該初級側整流電路122及該交流電源供應裝置20。

【0020】

該通用串列匯流排介面130電性連接至該次級側濾波電路126及該電子裝置30；該交握電路132電性連接至該通用串列匯流排介面130；該回授電路134電性連接至該交握電路132、該次級側濾波電路126、該通用串列匯流排介面130及該脈波寬度調變控制器108；該感應電阻10602電性連接至該電壓偵測電路106。

【0021】

請參考圖2，其係為本發明之電壓疊加電路及電壓偵測電路之一實施例電路圖。該電壓疊加電路104包含一疊加電壓產生電路10422、一疊加電壓控制電路10424、一第一二極體10402及一第一電容10404；該疊加電壓產生電路10422電性連接至該電壓偵測電路106；該疊加電壓控制電路10424電性連接至該疊加電壓產生電路10422及該變壓器110之該輔助繞組116。

【0022】

當該具有過功率保護功能的電源供應裝置10之一輸出電壓小於一預設輸出電壓時，該疊加電壓控制電路10424導通該疊加電壓產生電路10422，使得該疊加電壓產生電路10422提供一疊加電壓至該電壓偵測電路106。該第一二極體10402及該第一電容10404係用作濾波器使用。

【0023】

該疊加電壓控制電路10424包含一第一齊納二極體10406、一第一電阻10408、一第二電阻10410、一第一金屬氧化物半導體場效應電晶體10412及一第三電阻10416。該疊加電壓產生電路10422包含一第二金屬氧化物半導體場效應電晶體10414、一第四電阻10418及一第二電容10420。

【0024】

該第一二極體10402電性連接至該輔助繞組116及該脈波寬度調變控制器108；該第一電容10404電性連接至該第一二極體10402及該脈波寬度調變控制器108；該第一齊納二極體10406電性連接至該第一二極體10402及該脈波寬度調變控制器108；該第一電阻10408電性連接至該第一齊納二極體10406；該第二電阻10410電性連接至該第一電阻10408；該第一金屬氧化物半導體場效應電晶體10412電性連接至該第一電阻10408；該第二金屬氧化物半導體場效應電晶體10414電性連接至該第一二極體10402、該第一金屬氧化物半導體場效應電晶體10412及該脈波寬度調變控制器108。

【0025】

該第三電阻10416電性連接至該第一二極體10402、該第一金屬氧化物半導體場效應電晶體10412、該第二金屬氧化物半導體場效應電晶體10414及該脈波寬度調變控制器108；該第四電阻10418電性連接至該第二金屬氧化物半導體場效應電晶體10414及該電壓偵測電路106；該第二電容10420電性連接至該第一二極體10402、該第二金屬氧化物半導體場效應電晶體10414及該脈波寬度調變控制器108。該第二電容10420係用以供電予該脈波寬度調變控制器108。

【0026】

換句話說，該第一二極體10402的陽極連接至該輔助繞組116；該第一二極體10402的陰極連接至該脈波寬度調變控制器108；該第一電容10404的一端連接至該第一二極體10402的陰極及該脈波寬度調變控制器108，該第一電容10404的另一端接地；該第一齊納二極體10406的陰極連接至該第一二極體10402的陰極、該第一電容10404的一端及該脈波寬度調變控制器108；該第一電阻10408的一端連接至該第一齊納二極體10406的陽極；該第二電阻10410的一端連接至該第一電阻10408的另一端；該第二電阻10410的另一端接地。

【0027】

該第一金屬氧化物半導體場效應電晶體10412的閘極連接至該第一電阻10408的另一端及該第二電阻10410的一端，該第一金屬氧化物半導體場效應電晶體10412的源極接地；該第二金屬氧化物半導體場效應電晶體10414的閘極連接至該第一金屬氧化物半導體場效應電晶體10412的汲極，該第二金屬氧化物半導體場效應電晶體10414的汲極連接至該第一二極體10402的陰極、該第一電容10404的一端、該第一齊納二極體10406的陰極及該脈波寬度調變控制器108。

【0028】

該第三電阻10416的一端連接至該第一二極體10402的陰極、該第一電容10404的一端、該第一齊納二極體10406的陰極、該第二金屬氧化物半導體場效應電晶體10414的汲極及該脈波寬度調變控制器108，該第三電阻10416的另一端連接至該第一金屬氧化物半導體場效應電晶體10412的汲極及該第二金屬氧化物半導體場效應電晶體10414的閘極；該第四電阻10418的一端連接至該第二金屬氧化物半導體場效應電晶體10414的源極，該第四電阻10418的另一端連接至該電壓偵測電路106；該第二電容10420的一端連接至該第一二極體10402的陰極、該第一電容10404的一端、該第一齊納二極體10406的陰極、該第二金屬氧化物半導體場效應電晶體10414的汲極、該第三電阻10416的一端及該脈波寬度調變控制器108，該第二電容10420的另一端接地。

【0029】

該電壓偵測電路106包含一第五電阻10604、一第六電阻10606及一第三電容10608。

【0030】

該第五電阻10604電性連接至該電晶體開關118、該第四電阻10418及該感應電阻10602；該第六電阻10606電性連接至該第四電阻10418、該第五電阻10604及該脈波寬度調變控制器108；該第三電容10608電性連接至該第六電阻10606及該脈波寬度調變控制器108。

【0031】

換句話說，該感應電阻10602的一端連接至該電晶體開關118，該感應電阻10602的另一端接地；該第五電阻10604的一端連接至該電晶體開關118及該感應電阻10602的一端，該第五電阻10604的另一端連接至該第四電阻10418的另一端；該第六電阻10606的一端連接至該第四電阻10418的另一端及該第五電阻10604的另一端，該第六電阻10606的另一端連接至該脈波寬度調變控制器108；該第三電容10608的一端連接至該脈波寬度調變控制器108及該第六電阻10606的另一端，該第三電容10608的另一端接地。

【0032】

請同時參考圖1及圖2。該電子裝置30通過該通用串列匯流排介面130、該交握電路132及該回授電路134通知該脈波寬度調變控制器108一需求的電壓（例如5伏特或是20伏特）；因此，該脈波寬度調變控制器108控制該電晶體開關118以改變該初級側繞組112的一初級側繞組電壓；其中，該主轉換器102可為例如但不限定為一返馳式轉換器，該脈波寬度調變控制器108控制該電晶體開關118以改變該初級側繞組112的該初級側繞組電壓係為一習知技術，為簡潔因素，故於此不再贅述。

【0033】

該電壓偵測電路106偵測該感應電阻10602之一感應電壓；該電壓偵測電路106通知該脈波寬度調變控制器108該感應電壓；該具有過功率保護功能的電源供應裝置10（該脈波寬度調變控制器108）的過功率保護功能係為了該需求的電壓為20伏特所設計；因此，當該需求的電壓為20伏特，過功率保護功能能夠順利地運作。

【0034】

以下將敘述當該需求的電壓為5伏特時，過功率保護功能如何也能夠順利地運作。

【0035】

當該需求的電壓為20伏特時，該輔助繞組116之一輔助繞組電壓係為例如80伏特；當該需求的電壓為5伏特時，該輔助繞組116之該輔助繞組電壓係為例如20伏特；此係為習知技術，為簡潔因素，故於此不再贅述。

【0036】

該第一齊納二極體10406的一崩潰電壓係為一預設電壓，大於20伏特但小於80伏特，例如40伏特；因此當該輔助繞組電壓為80伏特時（該需求的電壓為20伏特），該第一金屬氧化物半導體場效應電晶體10412會導通，該第二金屬氧化物半導體場效應電晶體10414不會導通，該輔助繞組電壓不會被傳送至該電壓偵測電路106。

【0037】

該電壓偵測電路106傳送該感應電壓至該脈波寬度調變控制器108；該脈波寬度調變控制器108判斷是否該啟動過功率保護功能；此係為該具有過功率保護功能的電源供應裝置10（該脈波寬度調變控制器108）原本的過功率保護功能。

【0038】

當該主轉換器102（該輔助繞組116）之該輔助繞組電壓（20伏特）小於該預設電壓（40伏特）時（該需求的電壓為5伏特），該第一金屬氧化物半導體場效應電晶體10412不會導通，該第二金屬氧化物半導體場效應電晶體10414會導通，該輔助繞組電壓會被傳送至該電壓偵測電路106。

【0039】

換句話說，該電壓疊加電路104係提供該疊加電壓（即該輔助繞組電壓）至該電壓偵測電路106，接著該電壓偵測電路106傳送該感應電壓及該疊加電壓至該脈波寬度調變控制器108；藉此，該脈波寬度調變控制器108判斷是否該啟動過電壓（功率）保護功能；亦即，當該感應電壓加上該疊加電壓大於一過功率保護電壓時，該脈波寬度調變控制器108控制該主轉換器102停止工作。

【0040】

當該需求的電壓為5伏特時，該脈波寬度調變控制器108係接收了該感應電壓及該疊加電壓（不僅僅只是該感應電壓）；該脈波寬度調變控制器108所接收的該感應電壓被墊高（被該疊加電壓墊高）以能正確地觸發過功率保護功能，因此過功率保護功能能夠順利地運作。

【0041】

亦即，當該具有過功率保護功能的電源供應裝置10之該輸出電壓（例如5伏特）小於該預設輸出電壓（例如10伏特）時，該電壓疊加電路104提供該疊加電壓至該電壓偵測電路106。

【0042】

上述實施例所述之該疊加電壓係為該輔助繞組電壓，然本發明並不以此為限；該疊加電壓亦可為來自該具有過功率保護功能的電源供應裝置10的一次側或二次側的一電壓源，該電壓源連接至該第二金屬氧化物半導體場效應電晶體10414的汲極、該第三電阻10416的一端及該第二電容10420的一端，但該電壓源不連接至該第一二極體10402的陰極、該第一電容10404的一端及該第一齊納二極體10406的陰極（亦即，圖2所示之電路必需被調整）。

【0043】

請參考圖5，其係為本發明之具有過功率保護功能的電源供應裝置之過功率保護功能在輸出電壓為5伏特時之過功率保護電壓波形圖；圖5所示的電壓的斜率與圖4所示的電壓的斜率大致相同，但圖5所示的電壓被該疊加電壓墊高了；當該具有過功率保護功能的電源供應裝置10的輸出電流提高時，可提高該第三電容10608的電壓；因此，與圖4比較，同樣皆為輸出電壓為5伏特，圖5的補償機制使得不需要更大的輸出電流即可達到與輸出電壓為20伏特時的過功率保護電壓觸發準位相同的過功率保護電壓觸發準位；亦即，即使輸出電壓為5伏特，該具有過功率保護功能的電源供應裝置10也能夠有正確適當的過功率保護機制，以避免該具有過功率保護功能的電源供應裝置10中的功率元件工作在大於額定電壓或額定電流的狀態。

【0044】

其中，雖然上述內容係針對電壓來討論，但由電壓即可求得電流，而功率係為電壓與電流之乘積，因此對本發明來說，過功率保護應與過電壓保護有類似的意義。

【0045】

本發明之優點在於不論電源供應裝置的輸出電壓為何（例如，上述之5伏特或20伏特），電源供應裝置的過功率保護功能皆能順利地運作，且電源供應裝置所增加的電路的成本低廉且所增加的電路位於電源供應裝置的一次側。

【0046】

本發明可保護該變壓器110及該電子裝置30；當該電壓偵測電路106偵測到電壓（電流）已經達到過電流保護點，該脈波寬度調變控制器108會斷開該電晶體開關118，藉此保護該具有過功率保護功能的電源供應裝置10以及該電子裝置30；亦即，依據該電壓偵測電路106所傳送至該脈波寬度調變控制器108的電壓，該脈波寬度調變控制器108會控制該電晶體開關118的導通狀態。

【0047】

綜上所述，當知本發明已具有產業利用性、新穎性與進步性，又本發明之構造亦未曾見於同類產品及公開使用，完全符合發明專利申請要件，爰依專利法提出申請。

10‧‧‧具有過功率保護功能的電源供應裝置

20‧‧‧交流電源供應裝置

30‧‧‧電子裝置

102‧‧‧主轉換器

104‧‧‧電壓疊加電路

106‧‧‧電壓偵測電路

108‧‧‧脈波寬度調變控制器

110‧‧‧變壓器

112‧‧‧初級側繞組

114‧‧‧次級側繞組

116‧‧‧輔助繞組

118‧‧‧電晶體開關

120‧‧‧初級側濾波電路

122‧‧‧初級側整流電路

124‧‧‧次級側整流電路

126‧‧‧次級側濾波電路

128‧‧‧電磁干擾濾波器

130‧‧‧通用串列匯流排介面

132‧‧‧交握電路

134‧‧‧回授電路

10602‧‧‧感應電阻

Claims (7)

1. 一種具有過功率保護功能的電源供應裝置，包含：一主轉換器；一電壓疊加電路，電性連接至該主轉換器；一電壓偵測電路，電性連接至該主轉換器及該電壓疊加電路；及一脈波寬度調變控制器，電性連接至該主轉換器及該電壓偵測電路，其中該主轉換器包含一感應電阻，電性連接至該電壓偵測電路；其中該電壓偵測電路偵測該感應電阻之一感應電壓；當該具有過功率保護功能的電源供應裝置之一輸出電壓小於一預設輸出電壓時，該電壓疊加電路提供一疊加電壓至該電壓偵測電路，接著該電壓偵測電路傳送該感應電壓及該疊加電壓至該脈波寬度調變控制器；當該感應電壓加上該疊加電壓大於一過功率保護電壓時，該脈波寬度調變控制器控制該主轉換器停止工作；其中該電壓疊加電路包含：一疊加電壓產生電路，電性連接至該電壓偵測電路；及一疊加電壓控制電路，電性連接至該疊加電壓產生電路及該變壓器，其中當該輸出電壓小於該預設輸出電壓時，該疊加電壓控制電路導通該疊加電壓產生電路，使得該疊加電壓產生電路提供該疊加電壓至該電壓偵測電路；其中該主轉換器更包含：一變壓器，電性連接至該電壓疊加電路、該脈波寬度調變控制器及該感應電阻，其中該變壓器更包含：一初級側繞組；一次級側繞組；及一輔助繞組，電性連接至該電壓疊加電路，其中該電壓疊加電路更包含：一第一二極體，電性連接至該輔助繞組及該脈波寬度調變控制器；及一第一電容，電性連接至該第一二極體及該脈波寬度調變控制器， 其中該疊加電壓控制電路包含：一第一齊納二極體，電性連接至該第一二極體及該脈波寬度調變控制器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有過功率保護功能的電源供應裝置，其中該主轉換器更包含一電晶體開關，電性連接至該初級側繞組、該電壓偵測電路及該脈波寬度調變控制器。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具有過功率保護功能的電源供應裝置，其中該疊加電壓控制電路更包含：一第一電阻，電性連接至該第一齊納二極體；一第二電阻，電性連接至該第一電阻；一第一金屬氧化物半導體場效應電晶體，電性連接至該第一電阻；及一第三電阻，電性連接至該第一二極體、該第一金屬氧化物半導體場效應電晶體及該脈波寬度調變控制器。
4. 如申請專利範圍第3項所述之具有過功率保護功能的電源供應裝置，其中該疊加電壓產生電路包含：一第二金屬氧化物半導體場效應電晶體，電性連接至該第一二極體、該第一金屬氧化物半導體場效應電晶體及該脈波寬度調變控制器；一第四電阻，電性連接至該第二金屬氧化物半導體場效應電晶體及該電壓偵測電路；及一第二電容，電性連接至該第一二極體、該第二金屬氧化物半導體場效應電晶體及該脈波寬度調變控制器。
5. 如申請專利範圍第4項所述之具有過功率保護功能的電源供應裝置，其中該電壓偵測電路包含：一第五電阻，電性連接至該電晶體開關、該第四電阻及該感應電阻；一第六電阻，電性連接至該第四電阻、該第五電阻及該脈波寬度調變控制器；及一第三電容，電性連接至該第六電阻及該脈波寬度調變控制器。
6. 如申請專利範圍第5項所述之具有過功率保護功能的電源供應裝 置，更包含：一初級側濾波電路，電性連接至該初級側繞組；一初級側整流電路，電性連接至該初級側濾波電路；一次級側整流電路，電性連接至該次級側繞組；及一次級側濾波電路，電性連接至該次級側整流電路。
7. 如申請專利範圍第6項所述之具有過功率保護功能的電源供應裝置，係應用於一交流電源供應裝置及一電子裝置，該具有過功率保護功能的電源供應裝置更包含：一電磁干擾濾波器，電性連接至該初級側整流電路及該交流電源供應裝置；一通用串列匯流排介面，電性連接至該次級側濾波電路及該電子裝置；一交握電路，電性連接至該通用串列匯流排介面；及一回授電路，電性連接至該交握電路、該次級側濾波電路、該通用串列匯流排介面及該脈波寬度調變控制器。