对不同负载均能维持高转换效率的电源供应系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种对不同负载均能维持高转换效率的电源供应系统，包括输入级电路、前级升压电路、具有变压器的功率级电路以及电性连接前级升压电路并进行功因控制的功率因子控制器，前级升压电路将输入电压升压后输出前级电压至变压器，功率级电路产生输出电压，电源供应系统还包括侦测负载电路和电压调整装置，侦测负载电路耦接于功率级电路的变压器的一次侧以取得一与负载大小成正比的负载电压，电压调整装置根据负载电压所代表的负载高低以及输入电压高低调降或调升前级电压。与现有技术相比，本发明前级电压为自动调整式，无论在满载、轻负载或中负载时都可维持一定的转换效率，且在轻负载或中负载时相较现有技术具有更佳的转换效率。
【专利说明】对不同负载均能维持高转换效率的电源供应系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电源供应系统【技术领域】，更具体的涉及一种通过前级电路的改良设计自动调整前级电压以对不同负载均能维持高转换效率的电源供应系统。
【背景技术】
[0002]请参考图1，现有的电源供应系统900包括一输入级(Input stage)电路91、一功因调整级(Power factor correct1n stage)电路 92、一功率级(Power stage)电路 93 及一回馈级(Feedback stage)电路 94。
[0003]其中输入级电路91包括一电磁干扰滤波器911及一桥式整流器912 ;电磁干扰滤波器911用于防止连接外部装置产生的传导性电磁噪声经由电源导线而彼此互相干扰，桥式整流器912把交流电源VAC转换为直流的输入电源Vin。
[0004]功率级电路93包含一PWM驱动模块930、一功率开关931、一隔离高频变压器932、一同步整流开关933及一输出滤波器934。PWM驱动模块930用来控制功率开关931的导通与否，当功率开关931导通时，输入电源Vin会供应到隔离高频变压器932的一次侧绕组上，此时一次侧绕组上的电流逐渐增加并将能量储存于其中，同时把能量感应在隔离高频变压器932的二次侧绕组上，同步整流开关933把隔离高频变压器932的二次侧绕组上的电压转变为直流电，经输出滤波器934滤除涟波成分后输出直流输出电源Vout ;当功率开关931截止时，储存在隔离高频变压器932的一次侧绕组上的能量转移到二次侧绕组上，持续提供输出电流。
[0005]回馈级电路94包含一 PWM控制器941及一隔离变压器942，PWM控制器941截取一部分输出电压与想得到的电压做比较，误差值经隔离变压器942耦合到PWM驱动模块930，藉由改变脉波宽度来控制功率开关931的导通时间，以精确得到想要的直流输出电源Vout0
[0006]功因调整级电路92包含一 PFC控制器920、一电感921、两个二极管922和922’、一开关元件923及一电容924，其中的电感921、二极管922、922’、开关元件923及电容924组成一升压转换电路，PFC控制器920则是控制开关元件923的导通与截止。
[0007]已知功率因子调整的工作模式区分为连续电流模式(CCM)及不连续电流模式(DCM)。
[0008]请参考图2所示的一种采用连续电流模式的PFC控制器920及其周边电路，其中PFC控制器920的作用是对输入电流/输入电压进行采样以决定输入电流的增益，并藉此决定PWM工作周期的调变方式，进而控制开关元件923的启/闭，使系统的输入电流波形能追随输入电压波形，达到功率因子趋近于单位功因且稳定输出电压的目的。
[0009]再请参考图1，现有的电源供应系统900的功因调整级电路92采用升压型转换电路的设计，其输出供应给功率级电路93及PFC控制器920的为固定不变的升压电压，但是在轻载、中载或重载产生不同负载变化时，电源供应系统900的转换效率仍有加强的空间。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种对不同负载均能维持高转换效率的电源供应系统以解决上述问题。
[0011]为实现上述目的，本发明公开了一种对不同负载均能维持高转换效率的电源供应系统，包括一输入级电路、一前级升压电路、一具有一变压器的功率级电路以及一电性连接所述前级升压电路并进行功因控制的功率因子控制器，所述前级升压电路将一输入电压升压后输出一前级电压至所述功率级电路的变压器，所述功率级电路产生一输出电压。
[0012]所述电源供应系统还包括一侦测负载电路和一电压调整装置，所述侦测负载电路电性连接于所述功率级电路，所述侦测负载电路耦接于所述功率级电路的变压器的一次侧以取得一与负载大小成正比的负载电压，且根据负载的变动范围界定一重载区、一中载区及一轻载区；所述电压调整装置电性连接于所述侦测负载电路、所述前级升压电路以及所述功率因子控制器，所述电压调整装置用于根据所述侦测负载电路的所述负载电压所代表的所述负载高低以及所述输入电压高低调降或调升所述前级电压，调降或调升所述前级电压包括:当所述输入电压为低电压，且所述负载由重载区经过中载区逐渐减小至中载区低点时，调降所述前级电压；当所述负载由轻载区经过中载区逐渐增加至中载区高点时，调升所述前级电压；及当所述输入电压为高电压时，调升所述前级电压。
[0013]与现有技术相比，本发明的对不同负载均能维持高转换效率的电源供应系统的功效在于:前级电压为自动调整式，无论在满载、轻负载或中负载时都可维持一定的转换效率，且在轻负载或中负载时相较于现有技术具有更佳的转换效率。
[0014]较佳地，所述侦测负载电路包括:
[0015]一比流器，所述比流器耦接于所述功率级电路的变压器的一次侧，以取得一与负载大小成正比的电压信号；
[0016]一运算放大器，所述运算放大器用于放大所述电压信号为一放大电压；
[0017]一比较器，所述比较器电性连接于所述运算放大器并将所述放大电压与一设定电压做比较，当比较结果为低负载时输出一低准位的负载电压，当比较结果为高负载时输出一高准位的负载电压；以及
[0018]一光耦合器，所述光耦合器具有一次侧及二次侧，所述一次侧受所述负载电压驱动并将所述负载电压传送至所述二次侧。
[0019]较佳地，所述电压调整装置包括:
[0020]一比较电路，所述比较电路电性连接于所述光耦合器以接收所述负载电压，并比较所述负载电压及所述输入电压后输出一控制信号；
[0021]一分压电路，所述分压电路具有多个分压电阻；以及
[0022]一开关元件，所述开关元件电性连接于所述比较电路及所述分压电路，用于根据所述比较电路的所述控制信号而导通或截止，以切换所述分压电路的其中一分压电阻的接地或开路，进而调整所述分压电路的整体阻值以在所述输入电压为低电压且所述输出电压在轻载状态时进行降压，以及在所述输入电压为高电压或所述输出电压在重载状态时进行升压。
[0023]较佳地，所述分压电路具有一第一电阻、一第二电阻以及一第三电阻，所述第一电阻的一端、所述第二电阻的一端以及所述第三电阻的一端并联，所述第一电阻的另一端电性连接于所述前级升压电路以接收所述前级电压，所述第二电阻的另一端电性连接于所述开关元件的连接端，所述第三电阻的另一端电性连接于所述开关元件的接地端。
[0024]较佳地，所述电源供应系统还包括:
[0025]一回馈级电路，所述回馈级电路具有一 PWM控制器以及一隔离变压器，所述PWM控制器通过所述隔离变压器感应耦合所述隔离变压器的一次侧，并感应耦合所述功率级电路的变压器的二次侧以驱动所述功率级电路，且所述PWM控制器调变所述输出电压，通过改变脉波调变宽度来控制所述功率级电路的功率开关的导通时间以稳定所述输出电压。
[0026]较佳地，所述功率因子控制器处于一连续导通模式。
[0027]通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为现有技术中电源供应系统的结构框图；
[0029]图2为现有技术中连续电流模式的PFC控制器及周边电路的电路图；
[0030]图3为本发明对不同负载均能维持高转换效率的电源供应系统一较佳实施例的结构框图；
[0031]图4为本发明对不同负载均能维持高转换效率的电源供应系统的具体电路图；
[0032]图5为本发明对前级电压的迟滞控制模式的示意图；
[0033]图6为输入电流从轻负载逐渐增加到中负载以上时，前级电压从低电压逐渐转为高电压的波形图；
[0034]图7为输入电流从中负载逐渐降低到轻负载以下时，前级电压从高电压逐渐转为低电压的波形图；
[0035]图8为轻负载时，输入电压从低准位逐渐增加到高准位，前级电压从低电压逐渐转为高电压的波形图 '及
[0036]图9为轻负载时，输入电压从高准位逐渐降低到低准位，前级电压从高电压逐渐转为低电压的波形图。
[0037]【符号说明】
[0038]91输入级电路911电磁干扰滤波器
[0039]912桥式整流器92功因调整级电路
[0040]920PFC控制器93功率级电路
[0041]930PWM驱动模块931功率开关
[0042]932隔离高频变压器933同步整流开关
[0043]934输出滤波器94回馈级电路
[0044]941PWM控制器942隔离变压器
[0045]100电源供应系统10功率因子控制器
[0046]11输入级电路12前级升压电路
[0047]13功率级电路130变压器
[0048]131 一次侧132 二次侧
[0049]14回馈级电路141PWM控制器
[0050]142侦测负载装置15侦测负载电路
[0051]151比流器152运算放大器
[0052]153比较器154光耦合器
[0053]2电压调整装置21开关组件
[0054]22分压电路23比较电路
【具体实施方式】
[0055]现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。
[0056]请参考图3,本发明一较佳实施例中，一电源供应系统100具有一输入级电路11、一前级升压电路12、一具有一变压器130的功率级电路13，以及一电性连接于前级升压电路12并进行功因控制的功率因子控制器10。另外，为了使不同负载都有良好的转换效率，本发明的电源供应系统100还包括一电压调整装置2、一侦测负载电路15以及一回馈级电路14。其中各组件的工作原理介绍如下:
[0057]输入级电路11具有电磁干扰滤波器及桥式整流模块，用于将一交流电压VAC整流为一直流的输入电压VDC。
[0058]前级升压电路12根据功率因子控制器10的驱动电压Veate控制直流的输入电压Vdc,并将进行升压的直流/交流转换后输出一前级电压Vbulk至功率级电路13的变压器130。
[0059]功率级电路13的一次侧131接收前级电压Vbulk,且前级电压Vbulk经过变压器130的升压或降压后由变压器130的二次侧132产生一输出电压Vout。
[0060]侦测负载电路15电性连接于功率级电路13及电压调整装置2，具体的，侦测负载电路15耦接于功率级电路13的变压器130的一次侧131以取得一与负载大小成正比的负载电压，且根据负载的变动范围界定一重载区、一中载区及一轻载区，如图5所示为本实施例对于前级电压Vbulk的迟滞控制模式的一不例(但并非限制)，中载区的负载范围为介于55%至65%之间，轻载区的负载范围为10%?55%，重载区的负载范围为65%?100%。
[0061]电压调整装置2电性连接于侦测负载电路15、前级升压电路12及功率因子控制器10，电压调整装置2根据侦测负载电路15的负载电压高低调节前级电压Vbulk,当负载由重载区经过中载区逐渐减小至中载区的低点时，调降前级电压Vbulk,当负载由轻载区经过中载区逐渐增加至中载区高点时调升前级电压Vbulk。
[0062]以下介绍本实施例的详细电路及其工作原理。
[0063]侦测负载电路15包括一比流器(Current Transformer) 151、一运算放大器152、一比较器153及一光耦合器154。具体说明如下:
[0064]比流器151耦接于功率级电路13的变压器130的一次侧131，当变压器130的二次侧132连接的负载大小变化时，经变压器130的二次侧132感应变压器130的一次侧131的能量，而使一次侧131的电流大小跟着变动，比流器151将侦测到变压器130的一次侧131的电流变化大小，从而可以得知变压器130的二次侧132的负载变化，且将流经比流器151的一次侧大电流感应到比流器151的二次侧为微小电流信号，而经一整流电路(图未示)整流后传送至一分压电阻(图未示)取得一与负载大小成正比的电压信号。
[0065]然后，运算放大器152放大电压信号为测得的负载电压，并传给比较器153以与一设定电压做比较；其中，当负载为轻载(亦即10%?55%)时，比较器153输出一低准位信号至光耦合器154，使光耦合器154的一次侧被驱动，而感应至光耦合器154 ;而当负载为重载(亦即65%?100%)时，比较器153输出一高准位信号至光耦合器154。
[0066]亦即，比较器153的输入为负载电压及默认电压，比较器153用来比较负载电压与默认电压以判断负载为轻载或重载，输出代表轻载的低准位信号或代表重载的高准位信号，藉此来导通或截止光耦合器154 二次侧1541的开关单元231 (如图4)。
[0067]参考图3及图4，电压调整装置2包括一开关元件21、一分压电路22及一比较电路23，分压电路22具有一第一电阻221、一第二电阻222及一第三电阻223，比较电路23具有一开关单元231、一比较器232及一电压随耦器233 (voltage follower)。各组件的工作原理说明如下:
[0068]当负载为轻载(亦即10%?55%)时，光耦合器154的二次侧1541 (图4所示)接收低准位的电压信号而使二次侧1541的开关单元231导通；而当负载为重载(亦即65%?100%)时，光耦合器154的二次侧1541接收高准位的电压信号而使二次侧1541的开关单元231截止；开关元件21的控制端耦接于比较电路23的比较器232的输出端，比较器232比较两电压信号后输出一控制信号至开关元件21的控制端，而使得开关元件21导通或截止，以切换分压电路22的其中一分压电阻的接地或开路。
[0069]比较电路23的比较器232的一输入端(反相输入端(_))接收比较器153输出的负载电压准位信号以导通或截止开关单元231，比较电路23的另一输入端(电压随耦器233的同相输入端(+))接收输入电压VDC，比较电路23的输出端(比较器232的输出端)输出控制信号至开关元件21的控制端，因此，比较电路23用于接收负载电压的高/低准位信号以及输入电压Vdc，并经过比较电路23处理后输出一信号控制开关元件21的导通或截止。
[0070]电压随稱器233的同相输入端(+)用于接收输入电压Vdc而输出一电压准位信号至比较器232的同相输入端(+)，比较器232的反相输入端(_)则用于接收负载电压的准位信号。
[0071]如表I，本实施例中，电源供应系统100具有三种模式，其对应本发明的迟滞特征，而调降或调升前级电压的条件为输入电压及负载电压变化(代表轻载、中载或重载)，另将电源供应系统100的三种模式详细说明如下:
[0072]表I
[0073]
【权利要求】
1.一种对不同负载均能维持高转换效率的电源供应系统,包括一输入级电路、一前级升压电路、一具有一变压器的功率级电路以及一电性连接所述前级升压电路并进行功因控制的功率因子控制器，所述前级升压电路将一输入电压升压后输出一前级电压至所述功率级电路的变压器，所述功率级电路产生一输出电压，其特征在于，所述电源供应系统还包括: 一侦测负载电路，所述侦测负载电路电性连接于所述功率级电路，所述侦测负载电路耦接于所述功率级电路的变压器的一次侧以取得一与负载大小成正比的负载电压，且根据所述负载的变动范围界定一重载区、一中载区及一轻载区；以及 一电压调整装置，所述电压调整装置电性连接于所述侦测负载电路、所述前级升压电路以及所述功率因子控制器，所述电压调整装置用于根据所述侦测负载电路的所述负载电压所代表的所述负载高低以及所述输入电压高低调降或调升所述前级电压，调降或调升所述前级电压包括:当所述输入电压为低电压，且所述负载由重载区经过中载区逐渐减小至中载区低点时，调降所述前级电压；当所述负载由轻载区经过中载区逐渐增加至中载区高点时，调升所述前级电压；及当所述输入电压为高电压时，调升所述前级电压。
2.如权利要求1所述的对不同负载均能维持高转换效率的电源供应系统，其特征在于，所述侦测负载电路包括: 一比流器，所述比流器耦接于所述功率级电路的变压器的一次侧，以取得一与负载大小成正比的电压信号； 一运算放大器，所述运算放大器用于放大所述电压信号为一放大电压； 一比较器，所述比较器电性连接于所述运算放大器并将所述放大电压与一设定电压做比较，当比较结果为低负载时输出一低准位的负载电压，当比较结果为高负载时输出一高准位的负载电压；以及 一光耦合器，所述光耦合器具有一次侧及二次侧，所述一次侧受所述负载电压驱动并将所述负载电压传送至所述二次侧。
3.如权利要求2所述的对不同负载均能维持高转换效率的电源供应系统，其特征在于，所述电压调整装置包括: 一比较电路，所述比较电路电性连接于所述光耦合器以接收所述负载电压，并比较所述负载电压及所述输入电压后输出一控制信号； 一分压电路，所述分压电路具有多个分压电阻；以及 一开关元件，所述开关元件电性连接于所述比较电路及所述分压电路，用于根据所述比较电路的所述控制信号而导通或截止，以切换所述分压电路的其中一分压电阻的接地或开路，进而调整所述分压电路的整体阻值以在所述输入电压为低电压且所述输出电压在轻载状态时进行降压，以及在所述输入电压为高电压或所述输出电压在重载状态时进行升压。
4.如权利要求3所述的对不同负载均能维持高转换效率的电源供应系统，其特征在于，所述分压电路具有一第一电阻、一第二电阻以及一第三电阻，所述第一电阻的一端、所述第二电阻的一端以及所述第三电阻的一端并联，所述第一电阻的另一端电性连接于所述前级升压电路以接收所述前级电压，所述第二电阻的另一端电性连接于所述开关元件的连接端，所述第三电阻的另一端电性连接于所述开关元件的接地端。
5.如权利要求1至4任一项所述的对不同负载均能维持高转换效率的电源供应系统，其特征在于，所述电源供应系统还包括: 一回馈级电路，所述回馈级电路具有一 PWM控制器以及一隔离变压器，所述PWM控制器通过所述隔离变压器感应耦合所述隔离变压器的一次侧，并感应耦合所述功率级电路的变压器的二次侧以驱动所述功率级电路，且所述PWM控制器调变所述输出电压，通过改变脉波调变宽度来控制所述功率级电路的功率开关的导通时间以稳定所述输出电压。
6.如权利要求1至4任一项所述的对不同负载均能维持高转换效率的电源供应系统，其特征在于，所述功率因子控制器处于一连续导通模式。
【文档编号】H02M3/157GK104184348SQ201410216192
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2013年5月22日
【发明者】梁适安, 黄敬文, 张哲毓 申请人:全汉企业股份有限公司