TWI891489B - 高輸出穩定度之電源供應器 - Google Patents

Abstract

一種高輸出穩定度之電源供應器，包括：一橋式整流器、一升壓電感器、一感測電阻器、一功率切換器、一第一輸出級電路、一切換電路、一可調電感元件、一變壓器、一諧振電容器、一可調電阻元件、一第二輸出級電路，以及一偵測及控制電路。偵測及控制電路可監控跨越感測電阻器之一電位差。偵測及控制電路更可根據此電位差來控制可調電感元件和可調電阻元件。

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；一感測電阻器，耦接至該升壓電感器；一功率切換器，根據一第一驅動電位來選擇性地將該感測電阻器耦接至一接地電位；一第一輸出級電路，耦接至該感測電阻器，並產生一中間電位；一切換電路，根據該中間電位、一第二驅動電位，以及一第三驅動電位來產生一切換電位；一可調電感元件，由一第一控制電位所控制；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激磁電感器，而該主線圈係經由該可調電感元件接收該切換電位；一諧振電容器，耦接至該激磁電感器；一可調電阻元件，耦接至該激磁電感器，並由一第二控制電位所控制；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，監控跨越該感測電阻器之一電位差，並產生該第一驅動電位、該第二驅動電位，以及該第三驅動電位；其中該偵測及控制電路更根據該電位差來產生該第一控制電位和該第二控制電位。

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；其中該感測電阻器具有一第一端和一第二端，該感測電阻器之該第一端係耦接至該第二節點，而該感測電阻器之該第二端係耦接至一第三節點。

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第一驅動電位，該第一電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第一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三節點，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二驅動電位，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；以及一第三電晶體，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五節點。

在一些實施例中，該可調電感元件包括：一諧振電感器，具有一第一端和一第二端，其中該諧振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，而該諧振電感器之該第二端係耦接至一第六節點；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一控制電位，該第四電晶體之該第一端係耦接至該第六節點，而該第四電晶體之該第二端係耦接至該第五節點。

在一些實施例中，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六節點，該主線圈之該第二端係耦接至一第七節點，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六節點，該激磁電感器之該第二端係耦接至該第七節點，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七節點，該諧振電容器之該第二端係耦接至該接地電位，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八節點，該第一副線圈之該第二端係耦接至一共同節點，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共同節點，而該第二副線圈之該第二端係耦接至一第九節點。

在一些實施例中，該可調電阻元件包括：一諧振電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該諧振電阻器之該第一端係耦接至一第十節點，而該諧振電阻器之該第二端係耦接至該接地電位；以及一第五電晶體，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二控制電位，該第五電晶體之該第一端係耦接至該第十節點，而該第五電晶體之該第二端係耦接至該第七節點。

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八節點，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九節點，而該第七二極體之該陰極係耦接至該輸出節點；以及一第二電容器，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共同節點。

在一些實施例中，該偵測及控制電路包括：一微控制器，產生一第一臨界電位、一第二臨界電位、該第一驅動電位、該第二驅動電位，以及該第三驅動電位，其中該第一臨界電位係高於該第二臨界電位；一感測電路，取得跨越該感測電阻器之該電位差，以產生一感測電位；一平均電路，計算該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第一臨界電位，該第一比較器之該負輸入端係用於接收該平均電位，而該第一比較器之該輸出端係用於輸出一第一比較電位；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臨界電位，該第二比較器之該負輸入端係用於接收該平均電位，而該第二比較器之該輸出端係用於輸出一第二比較電位；一第一線性光耦合器，包括一第一發光二極體和一第一雙載子接面電晶體，其中該第一發光二極體具有一陽極和一陰極，該第一發光二極體之該陽極係用於接收該第一比較電位，該第一發光二極體之該陰極係耦接至該接地電位，該第一雙載子接面電晶體具有一集極和一射極，該第一雙載子接面電晶體之該集極係耦接至一第一內部節點以輸出一第一回授電位，而該第一雙載子接面電晶體之該射極係耦接至一共同節點；一第二線性光耦合器，包括一第二發光二極體和一第二雙載子接面電晶體，其中該第二發光二極體具有一陽極和一陰極，該第二發光二極體之該陽極係用於接收該第二比較電位，該第二發光二極體之該陰極係耦接至該接地電位，該第二雙載子接面電晶體具有一集極和一射極，該第二雙載子接面電晶體之該集極係耦接至一第二內部節點以輸出一第二回授電位，而該第二雙載子接面電晶體之該射極係耦接至該共同節點；一第三電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第三電容器之該第一端係耦接至該第一內部節點，而該第三電容器之該第二端係耦接至該共同節點；一第四電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第四電容器之該第一端係耦接至該第二內部節點，而該第四電容器之該第二端係耦接至該共同節點；一第一放大器，將該第一回授電位放大一第一增益倍率，以產生該第一控制電位；以及一第二放大器，將該第二回授電位放大一第二增益倍率，以產生該第二控制電位。

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：一橋式整流器110、一升壓電感器LU、一感測電阻器RS、一功率切換器120、一第一輸出級電路130、一切換電路140、一可調電感元件150、一變壓器160、一諧振電容器CR、一可調電阻元件170、一第二輸出級電路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。感測電阻器RS係耦接至升壓電感器LU。功率切換器120可根據一第一驅動電位VG1來選擇性地將感測電阻器RS耦接至一接地電位VSS(例如：0V)。例如，若第一驅動電位VG1具有高邏輯位準(亦即，邏輯「1」)，則功率切換器120可將感測電阻器RS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，若第一驅動電位VG1具有低邏輯位準(亦即，邏輯「0」)，則功率切換器120不會將感測電阻器RS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係耦接至感測電阻器RS，並可產生一中間電位VE。切換電路140可根據中間電位VE、一第二驅動電位VG2，以及一第三驅動電位VG3來產生一切換電位VW。

可調電感元件150係由一第一控制電位VC1所控制。例如，若第一控制電位VC1具有高邏輯位準，則可調電感元件150將可近似另一短路路徑；反之，若第一控制電位VC1具有低邏輯位準，則可調電感元件150將可提供一電感值。變壓器160包括一主線圈161、一第一副線圈162，以及一第二副線圈163。變壓器160更可內建一激磁電感器LM，其中激磁電感器LM和主線圈161皆可位於變壓器160之同一側，而第一副線圈162和第二副線圈163則皆可位於變壓器160之相對另一側。主線圈161可經由可調電感元件150接收切換電位VW，而第一副線圈162和第二副線圈163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。可調電阻元件170係耦接至激磁電感器LM，並係由一第二控制電位VC2所控制。例如，若第二控制電位VC2具有高邏輯位準，則可調電阻元件170將可提供一電阻值；反之，若第二控制電位VC2具有低邏輯位準，則可調電阻元件170將可近似另一斷路路徑。

第二輸出級電路180係耦接至第一副線圈162和第二副線圈163，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190可監控跨越感測電阻器RS之一電位差ΔV，並可產生第一驅動電位VG1、第二驅動電位VG2，以及第三驅動電位VG3。另外，偵測及控制電路190更可根據此電位差ΔV來產生第一控制電位VC1和第二控制電位VC2。在一些實施例中，基於第一控制電位VC1和第二控制電位VC2之不同組合，電源供應器100之一諧振槽(Resonant Tank)可操作於一LLC模式、一LC模式，或是一LCR模式三者擇一。根據實際量測結果，本發明所提之電源供應器100將可大幅提升其自身之輸出穩定度。

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，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、一感測電阻器RS、一功率切換器220、一第一輸出級電路230、一切換電路240、一可調電感元件250、一變壓器260、一諧振電容器CR、一可調電阻元件270、一第二輸出級電路280，以及一偵測及控制電路290。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至一系統端，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。

感測電阻器RS具有一第一端和一第二端，其中感測電阻器RS之第一端係耦接至第二節點N2，而感測電阻器RS之第二端係耦接至一第三節點N3。另外，一電感電流IL可流經感測電阻器RS，使得一電位差ΔV可形成並跨越過感測電阻器RS。必須注意的是，因為電位差ΔV係與電感電流IL兩者呈現正比關係，所以電位差ΔV還可用於指示出電源供應器200之瞬時負載狀態。

功率切換器220包括一第一電晶體M1。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第一驅動電位VG1，第一電晶體M1之第一端係耦接至接地電位VSS，而第一電晶體M1之第二端係耦接至第三節點N3。

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之陽極係耦接至第三節點N3，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包括一第二電晶體M2和一第三電晶體M3。例如，第二電晶體M2和第三電晶體M3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二驅動電位VG2，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五節點N5。

可調電感元件250包括一第四電晶體M4和一諧振電感器LR。例如，第四電晶體M4可為一N型金氧半場效電晶體。諧振電感器LR具有一第一端和一第二端，其中諧振電感器LR之第一端係耦接至第五節點N5以接收切換電位VW，而諧振電感器LR之第二端係耦接至一第六節點N6。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一控制電位VC1，第四電晶體M4之第一端係耦接至第六節點N6，而第四電晶體M4之第二端係耦接至第五節點N5。

變壓器260包括一主線圈261、一第一副線圈262，以及一第二副線圈263，其中變壓器260更內建一激磁電感器LM。激磁電感器LM可為變壓器260製造時所附帶產生之一固有元件，其並非一外部獨立元件。主線圈261和激磁電感器LM皆可位於變壓器260之同一側(例如：一次側)，而第一副線圈262和第二副線圈263則皆可位於變壓器260之相對另一側(例如：二次側，其可與一次側互相隔離開來)。主線圈261具有一第一端和一第二端，其中主線圈261之第一端係耦接至第六節點N6，而主線圈261之第二端係耦接至一第七節點N7。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六節點N6，而激磁電感器LM之第二端係耦接至第七節點N7。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七節點N7，而諧振電容器CR之第二端係耦接至接地電位VSS。第一副線圈262具有一第一端和一第二端，其中第一副線圈262之第一端係耦接至一第八節點N8，而第一副線圈262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。第二副線圈263具有一第一端和一第二端，其中第二副線圈263之第一端係耦接至共同節點NCM，而第二副線圈263之第二端係耦接至一第九節點N9。

可調電阻元件270包括一第五電晶體M5和一諧振電阻器RR。例如，第五電晶體M5可為一N型金氧半場效電晶體。諧振電阻器RR具有一第一端和一第二端，其中諧振電阻器RR之第一端係耦接至一第十節點N10，而諧振電阻器RR之第二端係耦接至接地電位VSS。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二控制電位VC2，第五電晶體M5之第一端係耦接至第十節點N10，而第五電晶體M5之第二端係耦接至第七節點N7。

第二輸出級電路280包括一第六二極體D6、一第七二極體D7，以及一第二電容器C2。第六二極體D6具有一陽極和一陰極，其中第六二極體D6之陽極係耦接至第八節點N8，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之陽極係耦接至第九節點N9，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之第二端係耦接至共同節點NCM。

偵測及控制電路290包括：一微控制器(Microcontroller Unit，MCU)291、一感測電路292、一平均電路293、一第一比較器(Comparator)294、一第二比較器295、一第一線性光耦合器(Linear Optical Coupler)296、一第二線性光耦合器297、一第一放大器(Amplifier)298、一第二放大器299、一第三電容器C3，以及一第四電容器C4。

微控制器291可產生一第一臨界電位VTH1、一第二臨界電位VTH2、第一驅動電位VG1、第二驅動電位VG2，以及第三驅動電位VG3。例如，第一驅動電位VG1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。第二驅動電位VG2和第三驅動電位VG3兩者可具有互補(Complementary)之邏輯位準。另外，第一臨界電位VTH1和第二臨界電位VTH2皆為固定直流電位，其中第一臨界電位VTH1還可高於第二臨界電位VTH2。

感測電路292可取得跨越感測電阻器RS之電位差ΔV，以產生一感測電位VS。在一些實施例中，感測電路292係藉由一輔助變壓器來實施。例如，前述之輔助變壓器可包括一第一線圈292A和一第二線圈292B，其可分別位於前述之輔助變壓器之不同側。詳細而言，第一線圈292A具有一第一端和一第二端，其中第一線圈292A之第一端係耦接至第二節點N2，而第一線圈292A之第二端係耦接至第三節點N3。第二線圈292B具有一第一端和一第二端，其中第二線圈292B之第一端係用於輸出感測電位VS，而第二線圈292B之第二端係耦接至接地電位VSS。必須理解的是，感測電位VS係與電位差ΔV兩者呈現正比關係。然而，本發明並不僅限於此。在另一些實施例中，感測電路292亦可改由互相耦合之二個電感器來實施(未顯示)。

平均電路293可計算感測電位VS之一平均值並產生一平均電位VA。例如，平均電位VA可代表感測電位VS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294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294之正輸入端係用於接收第一臨界電位VTH1，第一比較器294之負輸入端係用於接收平均電位VA，而第一比較器294之輸出端係用於輸出一第一比較電位VB1。例如，若平均電位VA低於或等於第一臨界電位VTH1，則第一比較器294將可輸出具有高邏輯位準之第一比較電位VB1；反之，若平均電位VA高於第一臨界電位VTH1，則第一比較器294將可輸出具有低邏輯位準之第一比較電位VB1。

第二比較器295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295之正輸入端係用於接收第二臨界電位VTH2，第二比較器295之負輸入端係用於接收平均電位VA，而第二比較器295之輸出端係用於輸出一第二比較電位VB2。例如，若平均電位VA低於或等於第二臨界電位VTH2，則第二比較器295將可輸出具有高邏輯位準之第二比較電位VB2；反之，若平均電位VA高於第二臨界電位VTH2，則第二比較器295將可輸出具有低邏輯位準之第二比較電位VB2。

例如，第一線性光耦合器296可藉由一PCX電子元件來實施。詳細而言，第一線性光耦合器296包括一第一發光二極體DL1和一第一雙載子接面電晶體Q1(例如：NPN型)。第一發光二極體DL1具有一陽極和一陰極，其中第一發光二極體DL1之陽極係用於接收第一比較電位VB1，而第一發光二極體DL1之陰極係耦接至接地電位VSS。第一雙載子接面電晶體Q1具有一集極和一射極，其中第一雙載子接面電晶體Q1之集極係耦接至一第一內部節點NN1以輸出一第一回授電位VF1，而第一雙載子接面電晶體Q1之射極係耦接至共同節點NCM。

第三電容器C3具有一第一端和一第二端，其中第三電容器C3之第一端係耦接至第一內部節點NN1，而第三電容器C3之第二端係耦接至共同節點NCM。另外，第一放大器298可將第一回授電位VF1放大一第一增益倍率K1，以產生前述之第一控制電位VC1。在一些實施例中，第一增益倍率K1可大於或等於5，而第一放大器298可根據下列方程式(1)來進行操作：

………………………………………(1)其中「VC1」代表第一控制電位VC1之位準，「K1」代表第一增益倍率K1之數值，而「VF1」代表第一回授電位VF1之位準。

例如，第二線性光耦合器297可藉由另一PCX電子元件來實施。詳細而言，第二線性光耦合器297包括一第二發光二極體DL2和一第二雙載子接面電晶體Q2(例如：NPN型)。第二發光二極體DL2具有一陽極和一陰極，其中第二發光二極體DL2之陽極係用於接收第二比較電位VB2，而第二發光二極體DL2之陰極係耦接至接地電位VSS。第二雙載子接面電晶體Q2具有一集極和一射極，其中第二雙載子接面電晶體Q2之集極係耦接至一第二內部節點NN2以輸出一第二回授電位VF2，而第二雙載子接面電晶體Q2之射極係耦接至共同節點NCM。

第四電容器C4具有一第一端和一第二端，其中第四電容器C4之第一端係耦接至第二內部節點NN2，而第四電容器C4之第二端係耦接至共同節點NCM。另外，第二放大器299可將第二回授電位VF2放大一第二增益倍率K2，以產生前述之第二控制電位VC2。在一些實施例中，第二增益倍率K2可大於或等於5，而第二放大器299可根據下列方程式(2)來進行操作：

………………………………………(2)其中「VC2」代表第二控制電位VC2之位準，「K2」代表第二增益倍率K2之數值，而「VF2」代表第二回授電位VF2之位準。

在一些實施例中，電源供應器200之操作原理可如下列所述。可調電感元件250、激磁電感器LM、諧振電容器CR，以及可調電阻元件270係共同形成電源供應器200之一諧振槽，其中一諧振電流IR將流經此諧振槽。在一些實施例中，若電源供應器200係用於驅動一較高負載，則其諧振槽可操作於一LLC模式以提供一較大諧振能量。抑或，若電源供應器200係用於驅動一適中負載，則其諧振槽可操作於一LC模式以提供一適中諧振能量。在另一些實施例中，若電源供應器200係用於驅動一較低負載，則其諧振槽可操作於一LCR模式以提供一較小諧振能量。為了界定出前述三種模式，第一臨界電位VTH1可基於電源供應器200之滿載輸出電流之85%來作定義，而第二臨界電位VTH2則可基於於電源供應器200之滿載輸出電流之25%來作定義。例如，第一臨界電位VTH1可約為4.25V，而第二臨界電位VTH2可約為1.25V，但亦不僅限於此。必須注意的是，由於電源供應器200之諧振槽可根據不同負載條件來動態地調整，故電源供應器200之整體輸出穩定度還能進一步被改善。

第3圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器200之諧振槽操作於LLC模式時其諧振電流IR之波形圖，其中橫軸代表時間(s)，而縱軸代表電流值(A)。若跨越感測電阻器RS之電位差ΔV相對較大，則對應之平均電位VA會高於第一臨界電位VTH1，使得電源供應器200之諧振槽將操作於LLC模式。此時，第一控制電位VC1具有低邏輯位準以禁能(Disable)第四電晶體M4，而第二控制電位VC2亦具有低邏輯位準以禁能第五電晶體M5。在LLC模式下，電源供應器200之諧振槽將由諧振電感器LR、激磁電感器LM，以及諧振電容器CR三者所構成。

第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器200之諧振槽操作於LC模式時其諧振電流IR之波形圖，其中橫軸代表時間(s)，而縱軸代表電流值(A)。若跨越感測電阻器RS之電位差ΔV相對適中，則對應之平均電位VA會介於第二臨界電位VTH2和第一臨界電位VTH1之間，使得電源供應器200之諧振槽將操作於LC模式。此時，第一控制電位VC1具有高邏輯位準以致能(Enable)第四電晶體M4，而第二控制電位VC2則具有低邏輯位準以禁能第五電晶體M5。在LC模式下，電源供應器200之諧振槽將由激磁電感器LM和諧振電容器CR兩者所構成。

第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器200之諧振槽操作於LCR模式時其諧振電流IR之波形圖，其中橫軸代表時間(s)，而縱軸代表電流值(A)。若跨越感測電阻器RS之電位差ΔV相對較小，則對應之平均電位VA會低於第二臨界電位VTH2，使得電源供應器200之諧振槽將操作於LCR模式。此時，第一控制電位VC1具有高邏輯位準以致能第四電晶體M4，而第二控制電位VC2亦具有高邏輯位準以致能第五電晶體M5。在LCR模式下，電源供應器200之諧振槽將由激磁電感器LM、諧振電容器CR，以及諧振電阻器RR三者所構成。

在一些實施例中，電源供應器200之諧振槽之前述三種操作方式可整理如下表一所述：

	平均電位 VA	第一控制電位VC1	第二控制電位VC2
LLC模式		低邏輯位準	低邏輯位準
LC模式		高邏輯位準	低邏輯位準
LCR模式		高邏輯位準	高邏輯位準

表一：電源供應器之諧振槽之不同操作模式

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度強化，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1-5圖所圖示之狀態。本發明可以僅包括第1-5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:可調電感元件 160,260:變壓器 161,261:主線圈 162,262:第一副線圈 163,263:第二副線圈 170,270:可調電阻元件 180,280:第二輸出級電路 190,290:偵測及控制電路 291:微控制器 292:感測電路 292A:第一線圈 292B:第二線圈 293:平均電路 294:第一比較器 295:第二比較器 296:第一線性光耦合器 297:第二線性光耦合器 298:第一放大器 299:第二放大器 C1:第一電容器 C2:第二電容器 C3:第三電容器 C4:第四電容器 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 DL1:第一發光二極體 DL2:第二發光二極體 IL:電感電流 IR:諧振電流 K1:第一增益倍率 K2:第二增益倍率 LM:激磁電感器 LR:諧振電感器 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 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 NCM:共同節點 NIN1:第一輸入節點 NIN2:第二輸入節點 NN1:第一內部節點 NN2:第二內部節點 NOUT:輸出節點 Q1:第一雙載子接面電晶體 Q2:第二雙載子接面電晶體 RR:諧振電阻器 RS:感測電阻器 VA:平均電位 VB1:第一比較電位 VB2:第二比較電位 VC1:第一控制電位 VC2:第二控制電位 VE:中間電位 VF1:第一回授電位 VF2:第二回授電位 VG1:第一驅動電位 VG2:第二驅動電位 VG3:第三驅動電位 VIN1:第一輸入電位 VIN2:第二輸入電位 VOUT:輸出電位 VR:整流電位 VS:感測電位 VSS:接地電位 VTH1:第一臨界電位 VTH2:第二臨界電位 VW:切換電位 ΔV:電位差

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諧振槽操作於LLC模式時其諧振電流之波形圖。 第4圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器之諧振槽操作於LC模式時其諧振電流之波形圖。 第5圖係顯示根據本發明一實施例所述之電源供應器之諧振槽操作於LCR模式時其諧振電流之波形圖。

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:可調電感元件

160:變壓器

161:主線圈

162:第一副線圈

163:第二副線圈

170:可調電阻元件

180:第二輸出級電路

190:偵測及控制電路

CR:諧振電容器

LM:激磁電感器

LU:升壓電感器

RS:感測電阻器

VC1:第一控制電位

VC2:第二控制電位

VE:中間電位

VG1:第一驅動電位

VG2:第二驅動電位

VG3:第三驅動電位

VIN1:第一輸入電位

VIN2:第二輸入電位

VOUT:輸出電位

VR:整流電位

VSS:接地電位

VW:切換電位

△V:電位差

Claims (10)

1. 一種高輸出穩定度之電源供應器，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； 一感測電阻器，耦接至該升壓電感器； 一功率切換器，根據一第一驅動電位來選擇性地將該感測電阻器耦接至一接地電位； 一第一輸出級電路，耦接至該感測電阻器，並產生一中間電位； 一切換電路，根據該中間電位、一第二驅動電位，以及一第三驅動電位來產生一切換電位； 一可調電感元件，由一第一控制電位所控制； 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激磁電感器，而該主線圈係經由該可調電感元件接收該切換電位； 一諧振電容器，耦接至該激磁電感器； 一可調電阻元件，耦接至該激磁電感器，並由一第二控制電位所控制； 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，監控跨越該感測電阻器之一電位差，並產生該第一驅動電位、該第二驅動電位，以及該第三驅動電位； 其中該偵測及控制電路更根據該電位差來產生該第一控制電位和該第二控制電位。
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； 其中該感測電阻器具有一第一端和一第二端，該感測電阻器之該第一端係耦接至該第二節點，而該感測電阻器之該第二端係耦接至一第三節點。
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第一驅動電位，該第一電晶體之該第一端係耦接至該接地電位，而該第一電晶體之該第二端係耦接至該第三節點。
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三節點，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二驅動電位，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；以及 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五節點。
6. 如請求項5所述之電源供應器，其中該可調電感元件包括： 一諧振電感器，具有一第一端和一第二端，其中該諧振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，而該諧振電感器之該第二端係耦接至一第六節點；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一控制電位，該第四電晶體之該第一端係耦接至該第六節點，而該第四電晶體之該第二端係耦接至該第五節點。
7. 如請求項6所述之電源供應器，其中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六節點，該主線圈之該第二端係耦接至一第七節點，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六節點，該激磁電感器之該第二端係耦接至該第七節點，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七節點，該諧振電容器之該第二端係耦接至該接地電位，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八節點，該第一副線圈之該第二端係耦接至一共同節點，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共同節點，而該第二副線圈之該第二端係耦接至一第九節點。
8. 如請求項7所述之電源供應器，其中該可調電阻元件包括： 一諧振電阻器，具有一第一端和一第二端，其中該諧振電阻器之該第一端係耦接至一第十節點，而該諧振電阻器之該第二端係耦接至該接地電位；以及 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二控制電位，該第五電晶體之該第一端係耦接至該第十節點，而該第五電晶體之該第二端係耦接至該第七節點。
9. 如請求項7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八節點，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九節點，而該第七二極體之該陰極係耦接至該輸出節點；以及 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共同節點。
10. 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： 一微控制器，產生一第一臨界電位、一第二臨界電位、該第一驅動電位、該第二驅動電位，以及該第三驅動電位，其中該第一臨界電位係高於該第二臨界電位； 一感測電路，取得跨越該感測電阻器之該電位差，以產生一感測電位； 一平均電路，計算該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第一臨界電位，該第一比較器之該負輸入端係用於接收該平均電位，而該第一比較器之該輸出端係用於輸出一第一比較電位； 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臨界電位，該第二比較器之該負輸入端係用於接收該平均電位，而該第二比較器之該輸出端係用於輸出一第二比較電位； 一第一線性光耦合器，包括一第一發光二極體和一第一雙載子接面電晶體，其中該第一發光二極體具有一陽極和一陰極，該第一發光二極體之該陽極係用於接收該第一比較電位，該第一發光二極體之該陰極係耦接至該接地電位，該第一雙載子接面電晶體具有一集極和一射極，該第一雙載子接面電晶體之該集極係耦接至一第一內部節點以輸出一第一回授電位，而該第一雙載子接面電晶體之該射極係耦接至一共同節點； 一第二線性光耦合器，包括一第二發光二極體和一第二雙載子接面電晶體，其中該第二發光二極體具有一陽極和一陰極，該第二發光二極體之該陽極係用於接收該第二比較電位，該第二發光二極體之該陰極係耦接至該接地電位，該第二雙載子接面電晶體具有一集極和一射極，該第二雙載子接面電晶體之該集極係耦接至一第二內部節點以輸出一第二回授電位，而該第二雙載子接面電晶體之該射極係耦接至該共同節點； 一第三電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第三電容器之該第一端係耦接至該第一內部節點，而該第三電容器之該第二端係耦接至該共同節點； 一第四電容器，具有一第一端和一第二端，其中該第四電容器之該第一端係耦接至該第二內部節點，而該第四電容器之該第二端係耦接至該共同節點； 一第一放大器，將該第一回授電位放大一第一增益倍率，以產生該第一控制電位；以及 一第二放大器，將該第二回授電位放大一第二增益倍率，以產生該第二控制電位。