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TWI865371B - 高輸出穩定度之電源供應器 - Google Patents

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TWI865371B
TWI865371B TW113111401A TW113111401A TWI865371B TW I865371 B TWI865371 B TW I865371B TW 113111401 A TW113111401 A TW 113111401A TW 113111401 A TW113111401 A TW 113111401A TW I865371 B TWI865371 B TW I865371B
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宏碁股份有限公司
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Abstract

一種高輸出穩定度之電源供應器，包括：一分壓電路、一全橋整流器、一諧振電容器、一第一變壓器、一第二變壓器、一第一切換器、一第二切換器、一第三切換器、一輸出級電路，以及一偵測及控制電路。第一切換器可選擇性地將第二變壓器耦接至第一變壓器。第二切換器可選擇性地將輸出級電路耦接至第一變壓器。第三切換器可選擇性地將輸出級電路耦接至第二變壓器。偵測及控制電路可根據來自分壓電路之一分壓電位和來自諧振電容器之一電容電位來適當地控制第一切換器、第二切換器，以及第三切換器。

Description

高輸出穩定度之電源供應器
本發明係關於一種電源供應器，特別係關於一種高輸出穩定度之電源供應器。
電源供應器為筆記型電腦領域中不可或缺之元件。然而，若電源供應器之輸出穩定度不足，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，本發明提出一種高輸出穩定度之電源供應器，包括：一分壓電路，根據一輸入電位來產生一分壓電位；一全橋整流器，根據該輸入電位和一驅動電位組來產生一第一整流電位和一第二整流電位；一第一變壓器，包括一第一主線圈和一第一副線圈，其中該第一變壓器內建一漏電感器和一第一激磁電感器，而該第一主線圈係經由該漏電感器接收該第一整流電位；一諧振電容器，提供一電容電位；一第二變壓器，包括一第二主線圈和一第二副線圈，其中該第二變壓器內建一第二激磁電感器，而該第二主線圈係經由該諧振電容器接收該第二整流電位；一第一切換器，根據一第一控制電位來選擇性地將該第二激磁電感器耦接至該第一激磁電感器；一輸出級電路，產生一輸出電位；一第二切換器，根據一第二控制電位來選擇性地將該輸出級電路耦接至該第一副線圈；一第三切換器，根據一第三控制電位來選擇性地將該輸出級電路耦接至該第二副線圈；以及一偵測及控制電路，根據該分壓電位和該電容電位來產生該驅動電位組、該第一控制電位、該第二控制電位，以及該第三控制電位。
在一些實施例中，該分壓電路包括：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一輸入節點以接收該輸入電位，而該第一電阻器之該第二端係耦接至一第一節點以輸出該分壓電位；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一節點，而該第二電阻器之該第二端係耦接至一接地電位。
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，以及一第四驅動電位，而該全橋整流器包括：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第一驅動電位，該第一電晶體之該第一端係耦接至一第二節點以輸出該第一整流電位，而該第一電晶體之該第二端係耦接至該輸入節點以接收該輸入電位；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二驅動電位，該第二電晶體之該第一端係耦接至一第三節點以輸出該第二整流電位，而該第二電晶體之該第二端係耦接至該輸入節點；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三驅動電位，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二節點；以及一第四電晶體，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四驅動電位，該第四電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第四電晶體之該第二端係耦接至該第三節點。
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二節點以接收該第一整流電位，該漏電感器之該第二端係耦接至一第四節點，該第一主線圈具有一第一端和一第二端，該第一主線圈之該第一端係耦接至該第四節點，該第一主線圈之該第二端係耦接至一第五節點，該第一激磁電感器具有一第一端和一第二端，該第一激磁電感器之該第一端係耦接至該第四節點，該第一激磁電感器之該第二端係耦接至該第五節點，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六節點，而該第一副線圈之該第二端係耦接至一第七節點。
在一些實施例中，該第二主線圈具有一第一端和一第二端，該第二主線圈之該第一端係耦接至一第八節點，該第二主線圈之該第二端係耦接至一第九節點，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三節點以接收該第二整流電位，該諧振電容器之該第二端係耦接至該第九節點以輸出該電容電位，該第二激磁電感器具有一第一端和一第二端，該第二激磁電感器之該第一端係耦接至該第八節點，該第二激磁電感器之該第二端係耦接至該第九節點，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一第十節點，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，該第一切換器包括：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一控制電位，該第五電晶體之該第一端係耦接至該第八節點，而該第五電晶體之該第二端係耦接至該第五節點；其中該第二切換器包括：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二控制電位，該第六電晶體之該第一端係耦接至一第十二節點，而該第六電晶體之該第二端係耦接至該第六節點；其中該第三切換器包括：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三控制電位，該第七電晶體之該第一端係耦接至一第十三節點，而該第七電晶體之該第二端係耦接至該第十節點。
在一些實施例中，該輸出級電路包括：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該第十二節點，而該第一二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該第七節點，而該第二二極體之該陰極係耦接至該輸出節點；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一共同節點，而該第三二極體之該陰極係耦接至該第十二節點；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共同節點，而該第四二極體之該陰極係耦接至該第七節點；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十三節點，而該第五二極體之該陰極係耦接至該輸出節點；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十一節點，而該第六二極體之該陰極係耦接至該輸出節點；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共同節點，而該第七二極體之該陰極係耦接至該第十三節點；一第八二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第八二極體之該陽極係耦接至該共同節點，而該第八二極體之該陰極係耦接至該第十一節點；以及一輸出電容器，具有一第一端和一第二端，其中該輸出電容器之該第一端係耦接至該輸出節點，而該輸出電容器之該第二端係耦接至該共同節點。
在一些實施例中，該偵測及控制電路包括：一第一誤差放大器，具有一第一輸入端、一第二輸入端，以及一輸出端，其中該第一誤差放大器之該第一輸入端係用於接收該分壓電位，該第一誤差放大器之該第二輸入端係用於接收一第一參考電位，而該第一誤差放大器之該輸出端係用於輸出該第一控制電位；以及一計時器，其中回應於具有高邏輯位準之該第一控制電位，該計時器即開始計算一既定時間，而當該既定時間已屆滿時，該計時器會輸出一指示電位。
在一些實施例中，該偵測及控制電路更包括：一平均電路，計算該電容電位之一平均值，以產生一平均電位；一第二誤差放大器，具有一第一輸入端、一第二輸入端，以及一輸出端，其中該第二誤差放大器之該第一輸入端係用於接收該平均電位，該第二誤差放大器之該第二輸入端係用於接收一第二參考電位，而該第二誤差放大器之該輸出端係用於輸出一匹配電位；以及一及閘，具有一第一輸入端、一第二輸入端，以及一輸出端，其中該及閘之該第一輸入端係用於接收該匹配電位，該及閘之該第二輸入端係用於接收該指示電位，而該及閘之該輸出端係用於輸出一邏輯電位。
在一些實施例中，該偵測及控制電路更包括：一微控制器，產生該第一參考電位、該第二參考電位，以及該驅動電位組，其中該微控制器更根據該邏輯電位來產生該第二控制電位和該第三控制電位。
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：一分壓電路110、一全橋整流器(Full Bridge Rectifier)120、一諧振電容器CR、一第一變壓器130、一第二變壓器140、一第一切換器150、一第二切換器160、一第三切換器170、一輸出級電路180，以及一偵測及控制電路190。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：一升壓型功率因數校正器(Boost Power Factor Corrector)。
分壓電路110可根據一輸入電位VIN來產生一分壓電位VD。例如，輸入電位VIN可為一直流電位，其電位位準可介於360V至440V之間，但亦不僅限於此。全橋整流器120可根據輸入電位VIN和一驅動電位組VGM來產生一第一整流電位VR1和一第二整流電位VR2。第一變壓器130包括一第一主線圈131和一第一副線圈132。第一變壓器130更可內建一漏電感器LR和一第一激磁電感器LM1，其中漏電感器LR、第一激磁電感器LM1，以及第一主線圈131皆可位於第一變壓器130之同一側，而第一副線圈132則可位於第一變壓器130之相對另一側。第一主線圈131可經由漏電感器LR接收第一整流電位VR1，而第一副線圈132則可回應於第一整流電位VR1來進行操作。第二變壓器140包括一第二主線圈141和一第二副線圈142。第二變壓器140更可內建一第二激磁電感器LM2，其中第二激磁電感器LM2和第二主線圈141皆可位於第二變壓器140之同一側，而第二副線圈142則可位於第二變壓器140之相對另一側。第二主線圈141可經由諧振電容器CR接收第二整流電位VR2，而第二副線圈142則可回應於第二整流電位VR2來進行操作。諧振電容器CR更耦接至第二激磁電感器LM2，其中諧振電容器CR還可提供一電容電位VP。
第一切換器150可根據一第一控制電位VC1來選擇性地將第二激磁電感器LM2耦接至第一激磁電感器LM1。例如，若第一控制電位VC1為高邏輯位準(亦即，邏輯「1」)，則第一切換器150可將第二激磁電感器LM2耦接至第一激磁電感器LM1(亦即，第一切換器150可近似於一短路路徑)；反之，若第一控制電位VC1為低邏輯位準(亦即，邏輯「0」)，則第一切換器150不會將第二激磁電感器LM2耦接至第一激磁電感器LM1(亦即，第一切換器150可近似於一斷路路徑)。輸出級電路180可產生一輸出電位VOUT。例如，輸出電位VOUT可為另一直流電位，其電位位準可介於18V至22V之間，但亦不僅限於此。第二切換器160可根據一第二控制電位VC2來選擇性地將輸出級電路180耦接至第一副線圈132。例如，若第二控制電位VC2為高邏輯位準，則第二切換器160可將輸出級電路180耦接至第一副線圈132(亦即，第二切換器160可近似於一短路路徑)；反之，若第二控制電位VC2為低邏輯位準，則第二切換器160不會將輸出級電路180耦接至第一副線圈132(亦即，第二切換器160可近似於一斷路路徑)。第三切換器170可根據一第三控制電位VC3來選擇性地將輸出級電路180耦接至第二副線圈142。例如，若第三控制電位VC3為高邏輯位準，則第三切換器170可將輸出級電路180耦接至第二副線圈142(亦即，第三切換器170可近似於一短路路徑)；反之，若第三控制電位VC3為低邏輯位準，則第三切換器170不會將輸出級電路180耦接至第二副線圈142(亦即，第三切換器170可近似於一斷路路徑)。偵測及控制電路190可根據分壓電位VD和電容電位VP來產生驅動電位組VGM、第一控制電位VC1、第二控制電位VC2，以及第三控制電位VC3。在此設計下，由於偵測及控制電路190可將輸入能量預先儲存於第一激磁電感器LM1、第二激磁電感器LM2，以及諧振電容器CR當中，故根據實際量測結果，電源供應器100之輸出穩定度將能大幅度提升。
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具有一輸入節點NIN和一輸出節點NOUT，並包括：一分壓電路210、一全橋整流器220、一諧振電容器CR、一第一變壓器230、一第二變壓器240、一第一切換器250、一第二切換器260、一第三切換器270、一輸出級電路280，以及一偵測及控制電路290。電源供應器200之輸入節點NIN可由一升壓轉換器或一輸入電源處(未顯示)接收一輸入電位VIN，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)。
分壓電路210包括一第一電阻器R1和一第二電阻器R2。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之第一端係耦接至輸入節點NIN，而第一電阻器R1之第二端係耦接至一第一節點N1以輸出一分壓電位VD。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一節點N1，而第二電阻器R2之第二端係耦接至一接地電位VSS(例如：0V)。
全橋整流器220包括一第一電晶體M1、一第二電晶體M2、一第三電晶體M3，以及一第四電晶體M4。例如，第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3，以及第四電晶體M4可以各自為一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第一驅動電位VG1，第一電晶體M1之第一端係耦接至一第二節點N2以輸出一第一整流電位VR1，而第一電晶體M1之第二端係耦接至輸入節點NIN。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二驅動電位VG2，第二電晶體M2之第一端係耦接至一第三節點N3以輸出一第二整流電位VR2，而第二電晶體M2之第二端係耦接至輸入節點NIN。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三驅動電位VG3，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二節點N2。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四驅動電位VG4，第四電晶體M4之第一端係耦接至接地電位VSS，而第四電晶體M4之第二端係耦接至第三節點N3。
第一變壓器230包括一第一主線圈231和一第一副線圈232，其中第一變壓器230更內建一漏電感器LR和一第一激磁電感器LM1。漏電感器LR和第一激磁電感器LM1皆可為第一變壓器230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、第一主線圈231，以及第一激磁電感器LM1皆可位於第一變壓器230之同一側(例如：一次側)，而第一副線圈232則可位於第一變壓器230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二節點N2以接收第一整流電位VR1，而漏電感器LR之第二端係耦接至一第四節點N4。第一主線圈231具有一第一端和一第二端，其中第一主線圈231之第一端係耦接至第四節點N4，而第一主線圈231之第二端係耦接至一第五節點N5。第一激磁電感器LM1具有一第一端和一第二端，其中第一激磁電感器LM1之第一端係耦接至第四節點N4，而第一激磁電感器LM1之第二端係耦接至第五節點N5。第一副線圈232具有一第一端和一第二端，其中第一副線圈232之第一端係耦接至一第六節點N6，而第一副線圈232之第二端係耦接至一第七節點N7。
第二變壓器240包括一第二主線圈241和一第二副線圈242，其中第二變壓器240更內建一第二激磁電感器LM2。第二激磁電感器LM2可為第二變壓器240製造時所附帶產生之固有元件，其並非外部獨立元件。第二主線圈241和第二激磁電感器LM2皆可位於第二變壓器240之同一側(例如：一次側)，而第二副線圈242則可位於第二變壓器240之相對另一側(例如：二次側，其可與一次側互相隔離開來)。第二主線圈241具有一第一端和一第二端，其中第二主線圈241之第一端係耦接至一第八節點N8，而第二主線圈241之第二端係耦接至一第九節點N9。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三節點N3以接收第二整流電位VR2，而諧振電容器CR之第二端係耦接至第九節點N9以輸出一電容電位VP。第二激磁電感器LM2具有一第一端和一第二端，其中第二激磁電感器LM2之第一端係耦接至第八節點N8，而第二激磁電感器LM2之第二端係耦接至第九節點N9。第二副線圈242具有一第一端和一第二端，其中第二副線圈242之第一端係耦接至一第十節點N10，而第二副線圈242之第二端係耦接至一第十一節點N11。
第一切換器250包括一第五電晶體M5。例如，第五電晶體M5可為一N型金氧半場效電晶體。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一控制電位VC1，第五電晶體M5之第一端係耦接至第八節點N8，而第五電晶體M5之第二端係耦接至第五節點N5。
第二切換器260包括一第六電晶體M6。例如，第六電晶體M6可為一N型金氧半場效電晶體。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二控制電位VC2，第六電晶體M6之第一端係耦接至一第十二節點N12，而第六電晶體M6之第二端係耦接至第六節點N6。
第三切換器270包括一第七電晶體M7。例如，第七電晶體M7可為一N型金氧半場效電晶體。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三控制電位VC3，第七電晶體M7之第一端係耦接至一第十三節點N13，而第七電晶體M7之第二端係耦接至第十節點N10。
輸出級電路280包括：一第一二極體D1、一第二二極體D2、一第三二極體D3、一第四二極體D4、一第五二極體D5、一第六二極體D6、一第七二極體D7、一第八二極體D8，以及一輸出電容器CO。第一二極體D1具有一陽極和一陰極，其中第一二極體D1之陽極係耦接至第十二節點N12，而第一二極體D1之陰極係耦接至輸出節點NOUT。第二二極體D2具有一陽極和一陰極，其中第二二極體D2之陽極係耦接至第七節點N7，而第二二極體D2之陰極係耦接至輸出節點NOUT。第三二極體D3具有一陽極和一陰極，其中第三二極體D3之陽極係耦接至一共同節點NCM，而第三二極體D3之陰極係耦接至第十二節點N12。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。第四二極體D4具有一陽極和一陰極，其中第四二極體D4之陽極係耦接至共同節點NCM，而第四二極體D4之陰極係耦接至第七節點N7。第五二極體D5具有一陽極和一陰極，其中第五二極體D5之陽極係耦接至第十三節點N13，而第五二極體D5之陰極係耦接至輸出節點NOUT。第六二極體D6具有一陽極和一陰極，其中第六二極體D6之陽極係耦接至第十一節點N11，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之陽極係耦接至共同節點NCM，而第七二極體D7之陰極係耦接至第十三節點N13。第八二極體D8具有一陽極和一陰極，其中第八二極體D8之陽極係耦接至共同節點NCM，而第八二極體D8之陰極係耦接至第十一節點N11。輸出電容器CO具有一第一端和一第二端，其中輸出電容器CO之第一端係耦接至輸出節點NOUT，而輸出電容器CO之第二端係耦接至共同節點NCM。
偵測及控制電路290包括：一第一誤差放大器(Error Amplifier)291、一計時器292、一平均電路293、一第二誤差放大器294、一及閘(AND Gate)295，以及一微控制器(Microcontroller Unit，MCU)296。
第一誤差放大器291具有一第一輸入端、一第二輸入端，以及一輸出端，其中第一誤差放大器291之第一輸入端係用於接收分壓電位VD，第一誤差放大器291之第二輸入端係用於接收一第一參考電位VF1，而第一誤差放大器291之輸出端係用於輸出第一控制電位VC1。例如，若分壓電位VD係恰好等同於第一參考電位VF1，則第一誤差放大器291將可輸出具有高邏輯位準之第一控制電位VC1；反之，若分壓電位VD係相異於第一參考電位VF1，則第一誤差放大器291將可輸出具有低邏輯位準之第一控制電位VC1。
計時器292可監控第一控制電位VC1之狀態。若第一控制電位VC1維持於低邏輯位準，則計時器292不會採取任何動作。相反地，回應於具有高邏輯位準之第一控制電位VC1，計時器292即可開始計算一既定時間TD。接著，當此既定時間TD已屆滿時，計時器292亦可輸出具有高邏輯位準之一指示電位VT。在一些實施例中，前述之既定時間可介於10ms至20ms之間，例如：約16.67ms。
平均電路293可計算電容電位VP之一平均值，以產生一平均電位VA。例如，平均電位VA可代表電容電位VP於一段既定時間內之一平均位準，但亦不僅限於此。
第二誤差放大器294具有一第一輸入端、一第二輸入端，以及一輸出端，其中第二誤差放大器294之第一輸入端係用於接收平均電位VA，第二誤差放大器294之第二輸入端係用於接收一第二參考電位VF2，而第二誤差放大器294之輸出端係用於輸出一匹配電位VH。例如，若平均電位VA係恰好等同於第二參考電位VF2，則第二誤差放大器294將可輸出具有高邏輯位準之匹配電位VH；反之，若平均電位VA係相異於第二參考電位VF2，則第二誤差放大器294將可輸出具有低邏輯位準之匹配電位VH。
及閘295具有一第一輸入端、一第二輸入端，以及一輸出端，其中及閘295之第一輸入端係用於接收匹配電位VH，及閘295之第二輸入端係用於接收指示電位VT，而及閘295之輸出端係用於輸出一邏輯電位VL。例如，若匹配電位VH和指示電位VT兩者同時為高邏輯位準，則及閘295將可輸出具有高邏輯位準之邏輯電位VL；反之，若匹配電位VH和指示電位VT其中任一者為低邏輯位準，則及閘295將可輸出具有低邏輯位準之邏輯電位VL。
微控制器296可產生第一參考電位VF1、第二參考電位VF2，以及驅動電位組VGM。另外，微控制器296更可根據邏輯電位VL來產生第二控制電位VC2和第三控制電位VC3。在一些實施例中，驅動電位組VGM包括前述之第一驅動電位VG1、第二驅動電位VG2、第三驅動電位VG3，以及第四驅動電位VG4，其皆可施加於全橋整流器220。
第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器200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)。請一併參考第2、3圖以了解電源供應器200之操作原理，其可詳如下列所述。
初始時，分壓電位VD逐漸上升。於一第一時間點T1處，分壓電位VD恰好等於第一參考電位VF1，使得第一誤差放大器291輸出具有高邏輯位準之第一控制電位VC1。此時，第一切換器250會導通，而輸入能量將會儲存於第一激磁電感器LM1、第二激磁電感器LM2，以及諧振電容器CR當中。另外，計時器292亦開始計算既定時間TD。
因為輸入能量進入諧振電容器CR，所以電容電位VP和平均電位VA亦會逐漸上升。於一第二時間點T2處，平均電位VA恰好等於第二參考電位VF2，使得第二誤差放大器294輸出具有高邏輯位準之匹配電位VH。
當既定時間TD已屆滿時，於一第三時間點T3處，計時器292即輸出具有高邏輯位準之指示電位VT。此時，及閘295亦將輸出具有高邏輯位準之邏輯電位VL。回應於前述之邏輯電位VL，微控制器296會將第二控制電位VC2和第三控制電位VC3兩者皆由低邏輯位準切換至高邏輯位準。必須注意的是，在輸出級電路280被致能之前，第一激磁電感器LM1、第二激磁電感器LM2，以及諧振電容器CR已然形成一穩定諧振槽，故將不易有非理想振盪發生於電源供應器200之輸出電位VOUT上。換言之，電源供應器200之整體穩定度將能有效地獲得改善。
在輸出級電路280被致能之後，電源供應器200可交替地操作於一第一模式和一第二模式，但亦不僅限於此。例如，在第一模式下，第一電晶體M1、第四電晶體M4、第一二極體D1、第四二極體D4、第五二極體D5，以及第八二極體D8皆可被導通。另外，在第二模式下，第二電晶體M2、第三電晶體M3、第二二極體D2、第三二極體D3、第六二極體D6，以及第七二極體D7皆可被導通。
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輸出穩定度將可大幅提升，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1-3圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-3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:分壓電路 120,220:全橋整流器 130,230:第一變壓器 131,231:第一主線圈 132,232:第一副線圈 140,240:第二變壓器 141,241:第二主線圈 142,242:第二副線圈 150,250:第一切換器 160,260:第二切換器 170,270:第三切換器 180,280:輸出級電路 190,290:偵測及控制電路 291:第一誤差放大器 292:計時器 293:平均電路 294:第二誤差放大器 295:及閘 296:微控制器 CO:輸出電容器 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 D8:第八二極體 LM1:第一激磁電感器 LM2:第二激磁電感器 LR:漏電感器 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 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 N12:第十二節點 N13:第十三節點 NCM:共同節點 NIN:輸入節點 NOUT:輸出節點 R1:第一電阻器 R2:第二電阻器 T1:第一時間點 T2:第二時間點 T3:第三時間點 TD:既定時間 VA:平均電位 VC1:第一控制電位 VC2:第二控制電位 VC3:第三控制電位 VD:分壓電位 VF1:第一參考電位 VF2:第二參考電位 VG1:第一驅動電位 VG2:第二驅動電位 VG3:第三驅動電位 VG4:第四驅動電位 VGM:驅動電位組 VH:匹配電位 VIN:輸入電位 VL:邏輯電位 VOUT:輸出電位 VP:電容電位 VR1:第一整流電位 VR2:第二整流電位 VSS:接地電位 VT:指示電位
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之電位波形圖。
100:電源供應器
110:分壓電路
120:全橋整流器
130:第一變壓器
131:第一主線圈
132:第一副線圈
140:第二變壓器
141:第二主線圈
142:第二副線圈
150:第一切換器
160:第二切換器
170:第三切換器
180:輸出級電路
190:偵測及控制電路
CR:諧振電容器
LM1:第一激磁電感器
LM2:第二激磁電感器
LR:漏電感器
VC1:第一控制電位
VC2:第二控制電位
VC3:第三控制電位
VD:分壓電位
VGM:驅動電位組
VIN:輸入電位
VOUT:輸出電位
VP:電容電位
VR1:第一整流電位
VR2:第二整流電位

Claims (10)

  1. 一種高輸出穩定度之電源供應器，包括： 一分壓電路，根據一輸入電位來產生一分壓電位； 一全橋整流器，根據該輸入電位和一驅動電位組來產生一第一整流電位和一第二整流電位； 一第一變壓器，包括一第一主線圈和一第一副線圈，其中該第一變壓器內建一漏電感器和一第一激磁電感器，而該第一主線圈係經由該漏電感器接收該第一整流電位； 一諧振電容器，提供一電容電位； 一第二變壓器，包括一第二主線圈和一第二副線圈，其中該第二變壓器內建一第二激磁電感器，而該第二主線圈係經由該諧振電容器接收該第二整流電位； 一第一切換器，根據一第一控制電位來選擇性地將該第二激磁電感器耦接至該第一激磁電感器； 一輸出級電路，產生一輸出電位； 一第二切換器，根據一第二控制電位來選擇性地將該輸出級電路耦接至該第一副線圈； 一第三切換器，根據一第三控制電位來選擇性地將該輸出級電路耦接至該第二副線圈；以及 一偵測及控制電路，根據該分壓電位和該電容電位來產生該驅動電位組、該第一控制電位、該第二控制電位，以及該第三控制電位。
  2. 如請求項1所述之電源供應器，其中該分壓電路包括： 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一輸入節點以接收該輸入電位，而該第一電阻器之該第二端係耦接至一第一節點以輸出該分壓電位；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一節點，而該第二電阻器之該第二端係耦接至一接地電位。
  3. 如請求項2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，以及一第四驅動電位，而該全橋整流器包括： 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第一驅動電位，該第一電晶體之該第一端係耦接至一第二節點以輸出該第一整流電位，而該第一電晶體之該第二端係耦接至該輸入節點以接收該輸入電位； 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二驅動電位，該第二電晶體之該第一端係耦接至一第三節點以輸出該第二整流電位，而該第二電晶體之該第二端係耦接至該輸入節點； 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三驅動電位，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二節點；以及 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四驅動電位，該第四電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第四電晶體之該第二端係耦接至該第三節點。
  4. 如請求項3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二節點以接收該第一整流電位，該漏電感器之該第二端係耦接至一第四節點，該第一主線圈具有一第一端和一第二端，該第一主線圈之該第一端係耦接至該第四節點，該第一主線圈之該第二端係耦接至一第五節點，該第一激磁電感器具有一第一端和一第二端，該第一激磁電感器之該第一端係耦接至該第四節點，該第一激磁電感器之該第二端係耦接至該第五節點，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六節點，而該第一副線圈之該第二端係耦接至一第七節點。
  5. 如請求項4所述之電源供應器，其中該第二主線圈具有一第一端和一第二端，該第二主線圈之該第一端係耦接至一第八節點，該第二主線圈之該第二端係耦接至一第九節點，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三節點以接收該第二整流電位，該諧振電容器之該第二端係耦接至該第九節點以輸出該電容電位，該第二激磁電感器具有一第一端和一第二端，該第二激磁電感器之該第一端係耦接至該第八節點，該第二激磁電感器之該第二端係耦接至該第九節點，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一第十節點，而該第二副線圈之該第二端係耦接至一第十一節點。
  6. 如請求項5所述之電源供應器，其中該第一切換器包括： 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一控制電位，該第五電晶體之該第一端係耦接至該第八節點，而該第五電晶體之該第二端係耦接至該第五節點； 其中該第二切換器包括： 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二控制電位，該第六電晶體之該第一端係耦接至一第十二節點，而該第六電晶體之該第二端係耦接至該第六節點； 其中該第三切換器包括： 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三控制電位，該第七電晶體之該第一端係耦接至一第十三節點，而該第七電晶體之該第二端係耦接至該第十節點。
  7. 如請求項6所述之電源供應器，其中該輸出級電路包括： 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該第十二節點，而該第一二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該第七節點，而該第二二極體之該陰極係耦接至該輸出節點； 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一共同節點，而該第三二極體之該陰極係耦接至該第十二節點；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共同節點，而該第四二極體之該陰極係耦接至該第七節點； 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十三節點，而該第五二極體之該陰極係耦接至該輸出節點； 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十一節點，而該第六二極體之該陰極係耦接至該輸出節點； 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共同節點，而該第七二極體之該陰極係耦接至該第十三節點； 一第八二極體，具有一陽極和一陰極，其中該第八二極體之該陽極係耦接至該共同節點，而該第八二極體之該陰極係耦接至該第十一節點；以及 一輸出電容器，具有一第一端和一第二端，其中該輸出電容器之該第一端係耦接至該輸出節點，而該輸出電容器之該第二端係耦接至該共同節點。
  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： 一第一誤差放大器，具有一第一輸入端、一第二輸入端，以及一輸出端，其中該第一誤差放大器之該第一輸入端係用於接收該分壓電位，該第一誤差放大器之該第二輸入端係用於接收一第一參考電位，而該第一誤差放大器之該輸出端係用於輸出該第一控制電位；以及 一計時器，其中回應於具有高邏輯位準之該第一控制電位，該計時器即開始計算一既定時間，而當該既定時間已屆滿時，該計時器會輸出一指示電位。
  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： 一平均電路，計算該電容電位之一平均值，以產生一平均電位； 一第二誤差放大器，具有一第一輸入端、一第二輸入端，以及一輸出端，其中該第二誤差放大器之該第一輸入端係用於接收該平均電位，該第二誤差放大器之該第二輸入端係用於接收一第二參考電位，而該第二誤差放大器之該輸出端係用於輸出一匹配電位；以及 一及閘，具有一第一輸入端、一第二輸入端，以及一輸出端，其中該及閘之該第一輸入端係用於接收該匹配電位，該及閘之該第二輸入端係用於接收該指示電位，而該及閘之該輸出端係用於輸出一邏輯電位。
  10. 如請求項9所述之電源供應器，其中該偵測及控制電路更包括： 一微控制器，產生該第一參考電位、該第二參考電位，以及該驅動電位組，其中該微控制器更根據該邏輯電位來產生該第二控制電位和該第三控制電位。
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