TWI575365B - 電源供應裝置 - Google Patents

Description

電源供應裝置

本發明是有關於電源供應技術，特別是指一種可以操作在多個模式的電源供應裝置。

一個習知的電源供應裝置接收一個直流的輸入電壓，且輸出一個關聯於輸入電壓且呈直流的輸出電壓。當輸入電壓高於一個預設的參考電壓值時，習知的電源供應裝置操作在一個第一模式，以輸出輸入電壓作為輸出電壓。當輸入電壓低於參考電壓值時，習知的電源供應裝置操作在一個第二模式，以將輸入電壓升壓轉換成輸出電壓，且穩定輸出電壓在一個預設的目標電壓值。習知的電源供應裝置從第一模式及第二模式中的一者直接切換到第一模式及第二模式中的另一者，且因此承受相對較大的電流應力。此外，習知的電源供應裝置會造成輸入電壓及輸出電壓中的每一個具有相對較大的漣波成分，導致一個使用習知的電源供應裝置的系統具有相對較短的壽命及相對較差的穩定性。

因此，本發明之目的即在提供一種電源供應裝置，該電源供應裝置可以改善先前技術的至少一個缺點。

於是，本發明電源供應裝置包含一個輸入端、一個輸出端、一個開關、一個轉換模組及一個控制模組。一個輸入電壓在該輸入端被接收。一個輸出電壓在該輸出端被輸出。該開關耦接在該輸入端及該輸出端之間，且根據一個第一控制信號在導通及不導通之間切換。當該開關導通時，該輸入電壓經由該開關被輸出作為該輸出電壓。該轉換模組耦接在該輸入端及該輸出端之間，且根據一個第二控制信號選擇性將該輸入電壓轉換成該輸出電壓。該控制模組耦接到該輸入端、該輸出端、該開關及該轉換模組，且至少根據該輸入電壓及該輸出電壓，產生該第一控制信號及該第二控制信號。該電源供應裝置可操作在一個第一模式及一個第二模式。在該第一模式中，該第一控制信號被組配，以致該開關導通，且該第二控制信號被組配，以致該轉換模組不進行轉換。在該第二模式中，該第一控制信號被組配，以致該開關不導通，且該第二控制信號根據該輸出電壓被組配，以致該轉換模組進行轉換且該輸出電壓被穩定在一個預設的目標電壓值。當該電源供應裝置操作在該第二模式且一個與該輸入電壓相關聯的第一條件成立時，該控制模組組配該第一控制信號，以致該開關不導通，且組配該第二控制信號，以致該轉換模組進行轉換且該輸出電壓朝該輸入電壓逐漸改變。

本發明之功效在於：藉由該控制模組在該電源供應裝置操作在該第二模式且該第一條件成立時所做的處理，該電源供應裝置在從該第二模式切換到該第一模式時承受相對較小的電流應力。

參閱圖1、圖2及圖3，本發明電源供應裝置的第一實施例包含一個輸入端1、一個輸出端2、一個第一開關3、一個轉換模組4、一個控制模組5及一個電容6，適用於在輸入端1接收一個直流的輸入電壓Vin及一個輸入電流Iin，且在輸出端2輸出一個直流的輸出電壓Vout。輸入電壓Vin落在從一個最小輸入電壓值Vin_min到一個最大輸入電壓值Vin_max的範圍內（即Vin_min£ Vin£Vin_max）。電容6耦接在輸出端2及一個參考節點（例如地）之間，且對輸出電壓Vout濾波。

第一開關3耦接在輸入端1及輸出端2之間，且根據一個第一控制信號CTRL1在導通及不導通之間切換。當第一開關3導通時，輸入電壓Vin經由第一開關3被輸出作為輸出電壓Vout。

轉換模組4耦接在輸入端1及輸出端2之間，且根據一個第二控制信號CTRL2選擇性將輸入電壓Vin轉換成輸出電壓Vout。在本實施例中，轉換模組4進行升壓轉換，且包括一個電感41、一個二極體42及一個第二開關43。電感41、二極體42及第二開關43在輸入端1、輸出端2及參考節點之間耦接成Y形。電感41耦接到輸入端1。二極體42的陰極耦接到輸出端2。第二開關43耦接到參考節點，且根據第二控制信號CTRL2在導通及不導通之間切換。

控制模組5耦接到輸入端1、輸出端2、第一開關3及第二開關43，且根據輸入電壓Vin及輸出電壓Vout，產生第一控制信號CTRL1及第二控制信號CTRL2。

在控制模組5的控制下，電源供應裝置可操作在一個第一模式及一個第二模式。在第一模式中，第一控制信號CTRL1被組配，以致第一開關3導通，且第二控制信號CTRL2被組配，以致第二開關43不導通（即轉換模組4不進行轉換）。在第二模式中，第一控制信號CTRL1被組配，以致第一開關3不導通，且第二控制信號CTRL2根據輸出電壓Vout被組配，以致第二開關43在導通及不導通之間交替（即轉換模組4進行轉換），且輸出電壓Vout被穩定在一個預設的目標電壓值Vtarget。在本實施例中，目標電壓值Vtarget大於最小輸入電壓值Vin_min。

如圖2所示，當電源供應裝置操作在第二模式且與輸入電壓Vin相關聯的第一條件成立時，控制模組5組配第一控制信號CTRL1，以致第一開關3不導通，且組配第二控制信號CTRL2，以致第二開關43在導通及不導通之間交替（即轉換模組4進行轉換），且輸出電壓Vout朝輸入電壓Vin逐漸改變。因此，電源供應裝置既不操作在第二模式，也不操作在第一模式。在本實施例中，第一條件是輸入電壓Vin大於參考電壓值Vref達到一段預設的延遲時間Tdelay。參考電壓值Vref大於最小輸入電壓值Vin_min，且小於最大輸入電壓值Vin_max及目標電壓值Vtarget。此外，在本實施例中，當電源供應裝置操作在第二模式且第一條件成立時，第二控制信號根據輸出電壓Vout及輸入電流Iin中的一個被組配，以致輸出電壓Vout逐漸減少而接近輸入電壓Vin。值得注意的是，在其它實施例中，第一條件可以與延遲時間Tdelay無關。

如圖2所示，當輸出電壓Vout及輸入電壓Vin之間的差異減少到一個預設的間隙電壓值Vgap時，控制模組5組配第一控制信號CTRL1及第二控制信號CTRL2，以致電源供應裝置進入第一模式。值得注意的是，圖2畫出電源供應裝置的處理時間為零時的情況。實際上，電源供應裝置的處理時間不為零，所以，當輸出電壓Vout及輸入電壓Vin之間的差異減少到間隙電壓值Vgap時，電源供應裝置不會立刻進入第一模式，且當電源供應裝置進入第一模式時，輸出電壓Vout及輸入電壓Vin之間的差異會減少到小於間隙電壓值Vgap。在本實施例中，間隙電壓值Vgap被預先設定成足以使得輸出電壓Vout及輸入電壓Vin之間的差異在電源供應裝置進入第一模式時為零。

如圖3所示，當電源供應裝置操作在第一模式且與輸入電壓Vin相關聯的第二條件成立時，控制模組5組配第一控制信號CTRL1，以致第一開關3不導通，且組配第二控制信號CTRL2，以致第二開關43在導通及不導通之間交替（即轉換模組4進行轉換），且輸出電壓Vout朝目標電壓值Vtarget逐漸改變。在本實施例中，第二條件是輸入電壓Vin小於參考電壓值Vref；且當電源供應裝置操作在第一模式且第二條件成立時，第二控制信號CTRL2根據輸出電壓Vout及輸入電流Iin中的一個被組配，以致輸出電壓Vout從一個預設的最小電壓值Vmin逐漸增加而接近目標電壓值Vtarget。最小電壓值Vmin大於或等於參考電壓值Vref，且小於目標電壓值Vtarget。

如圖3所示，當輸出電壓Vout達到目標電壓值Vtarget時，控制模組5組配第一控制信號CTRL1及第二控制信號CTRL2，以致電源供應裝置進入第二模式。

歸納上述，本實施例的電源供應裝置具有以下優點：      1.藉由控制模組5在電源供應裝置操作在第二模式且第一條件成立時所做的處理，電源供應裝置在從第二模式切換到第一模式時會在輸入端1汲取一個相對較小的湧潮電流，且因此承受相對較小的電流應力。          2.藉由控制模組5在電源供應裝置操作在第一模式且第二條件成立時所做的處理，當電源供應裝置從第一模式切換到第二模式時，輸出電壓Vout會相對較慢地增加到目標電壓值Vtarget，導致電源供應裝置承受相對較小的電流應力。     3.藉由控制模組5在電源供應裝置操作在第二模式且第一條件成立時所做的處理，及藉由控制模組5在電源供應裝置操作在第一模式且第二條件成立時所做的處理，電源供應裝置在輸入端1連續地汲取能量，導致輸入電壓Vin及輸出電壓Vout中的每一個具有相對較小的漣波成分，且因此一個使用電源供應裝置的系統具有相對較長的壽命及相對較佳的穩定性。     4. 藉由延遲時間Tdelay，可以避免電源供應裝置在輸入電壓Vin不穩定或有雜訊時非所欲地從第二模式切換到第一模式。

參閱圖4、圖5及圖6，本發明電源供應裝置的第二實施例是第一實施例的變形，且不同於第一實施例的地方在於：     1.轉換模組4’進行降壓轉換，且包括一個第二開關44、一個電感45及一個二極體46。第二開關44、電感45及二極體46在輸入端1、輸出端2及參考節點之間耦接成Y形。第二開關44耦接到輸入端1，還耦接到控制模組5’，且根據第二控制信號CTRL2在導通及不導通之間切換。電感45耦接到輸出端2。二極體46的陽極耦接到參考節點。     2.目標電壓值Vtarget小於最大輸入電壓值Vin_max。     3.第一條件是輸入電壓Vin小於預設的參考電壓值Vref達到延遲時間Tdelay。參考電壓值Vref大於最小輸入電壓值Vin_min及目標電壓值Vtarget，且小於最大輸入電壓值Vin_max。值得注意的是，在其它實施例中，第一條件可以與延遲時間Tdelay無關。     4.當電源供應裝置操作在第二模式且第一條件成立時，第二控制信號CTRL2根據輸出電壓Vout及輸入電流Iin中的一個被組配，以致輸出電壓Vout逐漸增加而接近輸入電壓Vin。     5.第二條件是輸入電壓Vin大於參考電壓值Vref。     6.當電源供應裝置操作在第一模式且第二條件成立時，第二控制信號根據輸出電壓Vout及輸入電流Iin中的一個被組配，以致輸出電壓Vout從一個預設的最大電壓值Vmax逐漸減少而接近目標電壓值Vtarget。最大電壓值Vmax小於或等於參考電壓值Vref，且大於目標電壓值Vtarget。

歸納上述，本實施例的電源供應裝置具有以下優點：      1.藉由控制模組5’在電源供應裝置操作在第二模式且第一條件成立時所做的處理，電源供應裝置在從第二模式切換到第一模式時會在輸入端1汲取一個相對較小的湧潮電流，且因此承受相對較小的電流應力。          2.藉由控制模組5’在電源供應裝置操作在第一模式且第二條件成立時所做的處理，當電源供應裝置從第一模式切換到第二模式時，輸出電壓Vout會相對較慢地減少到目標電壓值Vtarget，導致電源供應裝置承受相對較小的電流應力。     3.藉由控制模組5’在電源供應裝置操作在第二模式且第一條件成立時所做的處理，及藉由控制模組5’在電源供應裝置操作在第一模式且第二條件成立時所做的處理，電源供應裝置在輸入端1連續地汲取能量，導致輸入電壓Vin及輸出電壓Vout中的每一個具有相對較小的漣波成分，且因此一個使用電源供應裝置的系統具有相對較長的壽命及相對較佳的穩定性。     4.藉由延遲時間Tdelay，可以避免電源供應裝置在輸入電壓Vin不穩定或有雜訊時非所欲地從第二模式切換到第一模式。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧輸入端
Iin‧‧‧輸入電流
2‧‧‧輸出端
Tdelay‧‧‧延遲時間
3‧‧‧第一開關
Vgap‧‧‧間隙電壓值
4、4’‧‧‧轉換模組
Vin‧‧‧輸入電壓
41、45‧‧‧電感
Vin_max‧‧‧最大輸入電壓值
42、46‧‧‧二極體
Vin_min‧‧‧最小輸入電壓值
43、44‧‧‧第二開關
Vmax‧‧‧最大電壓值
5、5’‧‧‧控制模組
Vmin‧‧‧最小電壓值
6‧‧‧電容
Vout‧‧‧輸出電壓
CTRL1‧‧‧第一控制信號
Vref‧‧‧參考電壓值
CTRL2‧‧‧第二控制信號
Vtarget‧‧‧目標電壓值

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一個電路方塊圖，說明本發明電源供應裝置的第一實施例； 圖2是一個時序圖，說明第一實施例在從一個第二模式切換到一個第一模式時的操作； 圖3是一個時序圖，說明第一實施例在從第一模式切換到第二模式時的操作； 圖4是一個電路方塊圖，說明本發明電源供應裝置的第二實施例； 圖5是一個時序圖，說明第二實施例在從第二模式切換到第一模式時的操作；及 圖6是一個時序圖，說明第二實施例在從第一模式切換到第二模式時的操作。

Tdelay‧‧‧延遲時間

Vmax‧‧‧最大電壓值

Vgap‧‧‧間隙電壓值

Vmin‧‧‧最小電壓值

Vin‧‧‧輸入電壓

Vout‧‧‧輸出電壓

Vin_max‧‧‧最大輸入電壓值

Vref‧‧‧參考電壓值

Vin_min‧‧‧最小輸入電壓值

Vtarget‧‧‧目標電壓值

Claims (20)

1. 一種電源供應裝置，包含： 一個輸入端，一個輸入電壓在該輸入端被接收； 一個輸出端，一個輸出電壓在該輸出端被輸出； 一個第一開關，耦接在該輸入端及該輸出端之間，且根據一個第一控制信號在導通及不導通之間切換，當該第一開關導通時，該輸入電壓經由該第一開關被輸出作為該輸出電壓； 一個轉換模組，耦接在該輸入端及該輸出端之間，且根據一個第二控制信號選擇性將該輸入電壓轉換成該輸出電壓；及 一個控制模組，耦接到該輸入端、該輸出端、該第一開關及該轉換模組，且至少根據該輸入電壓及該輸出電壓，產生該第一控制信號及該第二控制信號； 該電源供應裝置可操作在一個第一模式及一個第二模式，在該第一模式中，該第一控制信號被組配，以致該第一開關導通，且該第二控制信號被組配，以致該轉換模組不進行轉換，在該第二模式中，該第一控制信號被組配，以致該第一開關不導通，且該第二控制信號根據該輸出電壓被組配，以致該轉換模組進行轉換且該輸出電壓被穩定在一個預設的目標電壓值； 當該電源供應裝置操作在該第二模式且一個與該輸入電壓相關聯的第一條件成立時，該控制模組組配該第一控制信號，以致該第一開關不導通，且組配該第二控制信號，以致該轉換模組進行轉換且該輸出電壓朝該輸入電壓逐漸改變。
2. 如請求項第1項所述的電源供應裝置，該輸入電壓落在一個從一個最小輸入電壓值到一個最大輸入電壓值的範圍內，其中，該轉換模組進行升壓轉換，該目標電壓值大於該最小輸入電壓值，且該第一條件是該輸入電壓大於一個預設的參考電壓值，該參考電壓值大於該最小輸入電壓值，且小於該最大輸入電壓值及該目標電壓值。
3. 如請求項第2項所述的電源供應裝置，其中，該第一條件是該輸入電壓大於該參考電壓值達到一段預設的延遲時間。
4. 如請求項第2項所述的電源供應裝置，其中，當該電源供應裝置操作在該第二模式且該第一條件成立時，該第二控制信號被組配，以致該輸出電壓逐漸減少而接近該輸入電壓。
5. 如請求項第2項所述的電源供應裝置，其中，該轉換模組包括： 一個電感、一個二極體及一個第二開關，在該輸入端、該輸出端及一個參考節點之間耦接成Y形，該電感耦接到該輸入端，該二極體的陰極耦接到該輸出端，該第二開關耦接到該參考節點，還耦接到該控制模組，且根據該第二控制信號在導通及不導通之間切換。
6. 如請求項第1項所述的電源供應裝置，該輸入電壓落在一個從一個最小輸入電壓值到一個最大輸入電壓值的範圍內，其中，該轉換模組進行降壓轉換，該目標電壓值小於該最大輸入電壓值，且該第一條件是該輸入電壓小於一個預設的參考電壓值，該參考電壓值大於該最小輸入電壓值及該目標電壓值，且小於該最大輸入電壓值。
7. 如請求項第6項所述的電源供應裝置，其中，該第一條件是該輸入電壓小於該參考電壓值達到一段預設的延遲時間。
8. 如請求項第6項所述的電源供應裝置，其中，當該電源供應裝置操作在該第二模式且該第一條件成立時，該第二控制信號被組配，以致該輸出電壓逐漸增加而接近該輸入電壓。
9. 如請求項第6項所述的電源供應裝置，其中，該轉換模組包括： 一個第二開關、一個電感及一個二極體，在該輸入端、該輸出端及一個參考節點之間耦接成Y形，該第二開關耦接到該輸入端，還耦接到該控制模組，且根據該第二控制信號在導通及不導通之間切換，該電感耦接到該輸出端，該二極體的陽極耦接到該參考節點。
10. 如請求項第1項所述的電源供應裝置，其中，當該輸出電壓及該輸入電壓之間的差異減少到一個預設的間隙電壓值時，該控制模組組配該第一控制信號及該第二控制信號，以致該電源供應裝置進入該第一模式。
11. 如請求項第10項所述的電源供應裝置，其中，該間隙電壓值足以使得該輸出電壓及該輸入電壓之間的差異在該電源供應裝置進入該第一模式時為零。
12. 如請求項第1項所述的電源供應裝置，其中，當該電源供應裝置操作在該第二模式且該第一條件成立時，該第二控制信號是根據該輸出電壓被組配。
13. 如請求項第1項所述的電源供應裝置，其中，一個輸入電流在該輸入端被接收，當該電源供應裝置操作在該第二模式且該第一條件成立時，該第二控制信號是根據該輸入電流被組配。
14. 如請求項第1項所述的電源供應裝置，其中： 當該電源供應裝置操作在該第一模式且一個與該輸入電壓相關聯的第二條件成立時，該控制模組組配該第一控制信號，以致該第一開關不導通，且組配該第二控制信號，以致該轉換模組進行轉換且該輸出電壓朝該目標電壓值逐漸改變； 當該輸出電壓達到該目標電壓值時，該控制模組組配該第一控制信號及該第二控制信號，以致該電源供應裝置進入該第二模式。
15. 如請求項第14項所述的電源供應裝置，該輸入電壓落在一個從一個最小輸入電壓值到一個最大輸入電壓值的範圍內，其中，該轉換模組進行升壓轉換，該目標電壓值大於該最小輸入電壓值，且該第二條件是該輸入電壓小於一個預設的參考電壓值，該參考電壓值大於該最小輸入電壓值，且小於該最大輸入電壓值及該目標電壓值。
16. 如請求項第15項所述的電源供應裝置，其中，當該電源供應裝置操作在該第一模式且該第二條件成立時，該第二控制信號被組配，以致該輸出電壓從一個預設的最小電壓值逐漸增加而接近該目標電壓值，該最小電壓值大於或等於該參考電壓值，且小於該目標電壓值。
17. 如請求項第14項所述的電源供應裝置，該輸入電壓落在一個從一個最小輸入電壓值到一個最大輸入電壓值的範圍內，其中，該轉換模組進行降壓轉換，該目標電壓值小於該最大輸入電壓值，且該第二條件是該輸入電壓大於一個預設的參考電壓值，該參考電壓值小於該最大輸入電壓值，且大於該最小輸入電壓值及該目標電壓值。
18. 如請求項第17項所述的電源供應裝置，其中，當該電源供應裝置操作在該第一模式且該第二條件成立時，該第二控制信號被組配，以致該輸出電壓從一個預設的最大電壓值逐漸減少而接近該目標電壓值，該最大電壓值小於或等於該參考電壓值，且大於該目標電壓值。
19. 如請求項第14項所述的電源供應裝置，其中，當該電源供應裝置操作在該第二模式且該第二條件成立時，該第二控制信號是根據該輸出電壓被組配。
20. 如請求項第14項所述的電源供應裝置，其中，一個輸入電流在該輸入端被接收，當該電源供應裝置操作在該第二模式且該第二條件成立時，該第二控制信號是根據該輸入電流被組配。