專利名稱：于無載狀態(tài)降低電力消耗的電源供應器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電源供應器，特別是指一種可在無載的狀態(tài)下降低電源消耗
的電源供應器。
背景技術：
請參考圖5所示，為一現有切換式電源供應器的詳細電路圖，以下說明是以一筆 記型計算機的電源供應器(Ad即ter)為例進行說明，其主要組件包括有一整流電路200、一 功率因子調整(PFC)電路210、一隔離變壓器220、一脈波寬度調變(P麗)電路230、一回授 電路240、一整流二極管250及一輸出電容260，輸出電容260的兩端作為電源供應器的電 壓輸出端270以供負載連接。 其電路動作簡述如下整流電路200將輸入交流電源轉換為直流電源；該功率因 子調整電路210連接在整流電路200的輸出端，其目的是調整電源供應器的功率因子；通 過功率因子調整的直流電源輸出至該隔離變壓器220的一次側，使二次側能產生一感應電 壓，其中，變壓器220 —次側串接脈波寬度調變電路230，該脈波寬度調變電路230由一功率 切換開關231及一脈波寬度調變控制器232組成，而變壓器220的二次側設有該整流二極 管250與該輸出電容260 ;該回授電路240則由一光耦合器242及一三端子的分流器(sh皿t regulator) 244構成，光耦合器242輸入端通過限流電阻Rd連接該輸出電壓端270，以產生 光二極管的偏壓電流，其輸出端則是回授至該脈波寬度調變控制器232，令脈波寬度調變控 制器232根據該直流輸出電壓的狀態(tài)，調整該功率切換開關231的導通/截止周期，以獲得 一適當的直流輸出電壓，該分流器244具有一參考端、一陰極及一陽極，其中，參考端連接 由兩分壓電阻R1、R2組成的分壓電路，該分壓電路的一端連接至電源供應器的輸出端以感 測輸出電壓的強度，分流器244的陽極為接地，陰極連接該光耦合器的光二極管。 如圖6所示，當電源供應器的輸出為輕載(light load)或無載(no load)時，電 源供應器仍是持續(xù)輸出其額定電壓，但為了提升電源供應器的效率，電源管理IC會進入一 脈沖模式(Burst mode)(如Linear Technology公司所生產的LTC3410)，該功率切換開關 231的控制波形Vgs如圖所示，功率切換開關231將關閉幾個周期(cycle)，以節(jié)省電源消 耗，負載所需的電流IL僅由輸出電容260提供，此時直流輸出電壓Vout緩慢下降，但是當 直流輸出電壓Vout下降至一下限值(僅約略低于額定輸出電壓)時，該功率切換開關231 重新啟動，以維持穩(wěn)定的輸出電壓，例如用于筆記型計算機的19V輸出電壓，由圖可知，功 率切換開關231將關閉幾個周期，以節(jié)省電力，然而，縱使電源供應器的輸出端并無連接負 載，在此狀態(tài)之下仍會消耗電力以維持內部電路的基本運作并維持前述的穩(wěn)定電壓，雖然 就單一電源供應器其消耗電力不多，對額定輸出功率為90W的電源供應器(adapter)而言 僅約消耗300mw，但是以現今大量融入日常生活的筆記型計算機等其它消費性電子產品其 龐大數量來看，其整體虛耗電力不容小覷。
實用新型內容鑒于目前電源供應器在無載狀態(tài)下所實行的脈沖模式(burst mode)仍是會消耗 不少電力，節(jié)能效果有限，本實用新型的主要目的是提供一種可在無載狀態(tài)下降低輸出電 壓并延長功率切換開關的截止時間的電源供應器。 為達成前述目的，本實用新型的于無載狀態(tài)降低電力消耗的電源供應器包含 —整流電路，將一交流電壓整流成一直流電壓； —隔離變壓器，具有一次側及二次側，其一次側接收該直流電壓，并于其二次側產 生一感應電壓； —脈波寬度調變電路，包含有一功率切換開關及一脈波寬度調變控制器，其中該 功率切換開關與該隔離變壓器的一次側串連，該脈波寬度調變控制器連接功率切換開關以 調整其導通及關閉時間； —整流二極管，其正極連接該隔離變壓器其二次側的一端； —輸出電容，連接于該整流二極管的負極與接地之間； —回授電路，包含一光耦合器及一分流器，該光耦合器的光二極管的正極連接該 輸出電容以取得偏壓電流，該光耦合器的光敏晶體管輸出一回授信號至該脈波寬度調變控 制器的回授端，該分流器具有一參考端、一陰極及一陽極，該參考端經由一分壓電路連接至 電壓輸出端，該陰極連接該光耦合器的光二極管的負極，該陽極接地； —負載連接偵測開關，連接于該分流器的陰極與接地之間，并依據電源供應器有 無與負載連接而切換為開路或短路狀態(tài)。
當電源供應器未連接負載時，該負載連接偵測開關為短路狀態(tài)，令流過光耦合器
的電流提高，光耦合器因此假定輸出電壓過高，故輸出一回授信號予脈波寬度調變控制器，
令脈波寬度調變控制器延長功率切換開關的截止時間，故輸出電壓受到抑止而下降，如此
不斷循環(huán)，使輸出電壓遠低于該電源供應器的額定電壓值，從而達到節(jié)能功效。 本實用新型的另一 目的是提供一種可在無載狀態(tài)下降低輸出電壓并令多數組件
停止運作的電源供應器，為達成此目的，電源供應器包含有 —整流電路，將一交流電壓整流成一直流電壓； —隔離變壓器，具有一次側及二次側，其一次側接收該直流電壓，并于其二次側產 生一感應電壓； —脈波寬度調變電路，包含有一功率切換開關及一脈波寬度調變控制器，其中該 功率切換開關與該隔離變壓器的一次側串連，該脈波寬度調變控制器連接功率切換開關以 調整其導通及關閉時間； —整流二極管，連接該隔離變壓器其二次側的一端； —輸出電容，連接于該整流二極管與接地之間； —回授電路，包含一第一光耦合器，該第一光耦合器的光二極管的正極連接該輸 出電容以取得偏壓電流，該第一光耦合器的光敏晶體管輸出一回授信號至該脈波寬度調變 控制器的回授端； —輸出負載偵測電路，連接于該輸出電容與接地之間，包含一第二光耦合器、一二 極管、及一儲能組件，其中 該二極管的正極連接輸出電容，其負極同時連接該儲能組件與第二光耦合器其光二極管的正極； 該第二光耦合器具有一輸出端，送出一回授信號予該脈波寬調變控制器的致能端； —負載連接偵測開關，連接于該第二光耦合器其光二極管的負極與接地之間，并 依據電源供應器有無與負載連接而切換為開路或短路狀態(tài)； 其中，當電源供應器未連接負載時，該負載連接偵測開關為短路狀態(tài)，令光耦合器 輸出回授信號予脈波寬度調變控制器，藉此關閉脈波寬度調變控制器。

圖1 :本實用新型的第一實施例的詳細電路圖。 圖2 :本實用新型與常用電源供應器的波形比對圖。 圖3 :本實用新型的第二實施例的詳細電路圖。 圖4 :本實用新型的一應用示意圖。 圖5 :現有電源供應器的詳細電路圖。 圖6 :現有電源供應器其功率切換開關、輸出電壓波形及負載電流波形圖。主要組件符號說明
1電源供應器 IO整流電路 20功率因子調整電路 22功率因子調整控制器 30隔離變壓器 40脈波寬度調變電路 41功率切換開關42脈波寬度調變控制器 50回授電路 51光耦合器 52分流器 60整流二極管 70輸出電容 80電壓輸出端 90負載連接偵測開關 IOO直流輸出接頭IIO輸出負載偵測電路 112第二光耦合器114 二極管 116儲能組件 R1、R2分壓電阻 Rd、Rdl、Rd2限流電阻 200整流電路 210功率因子調整電路 220隔離變壓器230脈波寬度調變電路 231功率切換開關232脈波寬度調變控制器 240回授電路 242光耦合器 244分流器 250整流二極管 260輸出電容[0058] 270電壓輸出端具體實施方式請參考圖1所示，為本實用新型的電源供應器1第一實施例的詳細電路圖，包含有 一整流電路10、一功率因子調整(PFC)電路20、一隔離變壓器30、一脈波寬度調變(P麗)電 路40、一回授電路50、一整流二極管60及一輸出電容70及一負載連接偵測開關90，該輸出 電容70兩端作為電源供應器1的電壓輸出端80以供一直流輸出接頭100連接。 該整流電路10將一交流電壓整流成一直流電壓，其內部可包含有橋式整流電路。 該功率因子調整電路20連接于整流電路10的輸出端以調整電流波形使其具有較 佳的功率因子，若直流電壓本身的電力質量已可接受，亦可毋須設置功率因子調整電路20， 該功率因子調整電路20包含有一功率因子調整控制器22。 該隔離變壓器30具有一次側及二次側，其一次側接收由功率因子調整電路20所 輸出的直流電壓，并于二次側產生一感應電壓。 該脈波寬度調變電路40連接于該隔離變壓器30的一次側，包含有一與該隔離變 壓器30的一次側串連的功率切換開關41以及一脈波寬度調變控制器42，該脈波寬度調變 控制器42具有一輸出端及一回授端，該輸出端連接該功率切換開關41以控制其導通/截 止時間。 該整流二極管60的正極連接于該隔離變壓器30其二次側的一端，該輸出電容70 則連接整流二極管60的負極與二次側的另一端。 該回授電路50由一光耦合器51及一分流器52構成，該光耦合器包含一光二極管 與一光敏晶體管，光二極管的正極經過一限流電阻Rdl連接至電壓輸出端80以取得工作所 需的偏壓電流，光敏晶體管則提供一輸出端，此輸出端連接至該脈波寬度調變控制42的回 授端；該分流器52具有一參考端、一陰極及一陽極，其中，參考端連接由兩分壓電阻R1、 R2 組成的分壓電路，該分壓電路的一端連接至電壓輸出端80以感測輸出電壓的強度，分流器 52的陽極為接地，陰極連接該光耦合器的光二極管。 該負載連接偵測開關90根據該直流輸出接頭100有無與負載連接而改變狀態(tài)，本 實施例中，當直流輸出接頭100與負載連接時，負載連接偵測開關90為開路狀態(tài)，反之當直 流輸出接頭100未與負載連接時，負載連接偵測開關90為短路狀態(tài)，其中，負載連接偵測開 關90的一端經過一二極管而連接該分流器52的陰極，另一端為接地。 于以下電路說明中，本實用新型的電源供應器1以應用于筆記型計算機為例進行 說明，該直流輸出接頭100為連接筆記型計算機的充電插頭，負載即為筆記型計算機。 A.在正常供電模式下，直流輸出接頭IOO插入于筆記型計算機中，此時該負載連 接偵測開關90為開路狀態(tài)，隔離變壓器30的二次側穩(wěn)定輸出一額定電壓筆記型計算機。 B.請參考圖2的波形(a) 、 (b)所示，分別為本實用新型功率切換開關41的控制 波形Vgs及輸出電壓波形，在輕載的狀況下，本實用新型仍可提供如區(qū)段Tl所示的脈沖模 式(burst mode)以提供正常的輸出電壓Vol降低功率消耗。另一方面，如區(qū)段T2所示無 載節(jié)能模式，當直流輸出接頭100與筆記型計算機分離后，對電源供應器1而言處于無載狀 態(tài)，此時負載連接偵測開關90為短路狀態(tài)，導致分流器52的陰極幾乎處于接地的低準位， 同時由電源供應器1的電壓輸出端80流經過該光耦合器51的偏壓電流相對提高，故光耦合器51輸出予脈波寬度調變控制器42的回授量自然提高，令脈波寬度調變控制器42認定 目前的輸出電壓Vo是為偏高狀態(tài)，故降低或關閉該功率切換開關41的導通時間，如此不斷 循環(huán)而強迫輸出電壓下降至一極低的準位Vo2 (約1 2伏特)。當輸出電壓下降至一定的 下限準位時，將無足夠的電流足以驅動該光耦合器51中光二極管，光二極管將無法產生光 線予光敏晶體管，導致回授量下降，此頻率波寬度調變控制器42察覺輸出電壓過低，故將 提高該功率切換開關41的導通時間，以再度提升輸出電壓，然而輸出電壓亦不會完全上升 至其高準位的額定電壓Vol，僅提升到足以令光耦合器正常動作即會停止繼續(xù)上升，因此輸 出電壓Vo能持續(xù)維持于低準位Vo2。 請參考圖2中的波形(c) 、 (d)所示，分別為傳統(tǒng)功率切換開關的控制波形Vgs及 輸出電壓波形，傳統(tǒng)脈沖模式(burst mode)中的功率切換開關僅是會在相鄰導通時段中 省略數個周期的間隔時間，約為數毫秒(ms)，以確保電源供應器1的輸出電壓能約略維持 在額定輸出電壓(約19伏特)，故仍是有不少電力因此而虛耗；相對于本實用新型的波形 (a)、 (b)所示，不僅功率切換開關41其相鄰導通時段之間的停止時間(T)有效延長，電源 供應器1在無載的狀態(tài)下亦僅是輸出一低準位(約1 2伏特)的電壓，將更能有效降低 無載的電力消耗，其中該停止時間T2可由限流電阻Rdl的阻值而決定。 從前述說明配合附圖可知，本實用新型在不需大幅度變動原有的線路架構前提 下，將一負載連接偵測開關90巧妙地配合回授電路50中而創(chuàng)造出另一種工作模式，使電 源供應器在無載的狀況下大為降低其輸出電壓，能在最低的設計成本前提之下達到節(jié)能目 的。 請參考圖3所示，為本實用新型的第二實施例，其大致電路與前述第一實施例相 同，惟進一步包含一輸出負載偵測電路110，且負載連接偵測開關90改為與輸出負載偵測 電路110連接，該輸出負載偵測電路110連接在輸出電容70與接地之間，包含一第二光耦 合器112、一二極管114及一儲能組件116。 該二極管114的正極連接輸出電容70，其負極連接該儲能組件116及限流電阻 Rd2的其中一端，限流電阻Rd2的另一端連接第二光耦合器112的光二極管，光二極管的另 一端連接負載連接偵測開關90，其中第二光耦合器112具有一輸出端Vd以輸出一回授信號 予該脈波寬調變控制器42及功率因子調整控制器22的致能端。 在正常供電模式下，若直流輸出接頭100連接負載，該負載連接偵測開關90為開 路狀態(tài)，電源供應器1的電壓輸出端80的電流經過二極管114對儲能組件116持續(xù)充電， 但無電流流過該第二光耦合器112的光二極管，故光敏晶體管的輸出端Vd輸出一高準位的 信號以致能該脈波寬調變控制器42及功率因子調整控制器22，令兩者維持正常運作，電源 供應器1持續(xù)輸出一直流電壓予負載。 當直流輸出接頭100與負載分離后，該負載連接偵測開關90為短路狀態(tài)，儲能組 件116輸出電流，經過限流電阻Rd2而流經第二光耦合器112的光二極管，光敏晶體管因而 導通，使第二光耦合器112的輸出端經過光敏晶體管而轉為接地的低準位，此低準位信號 將會同時關閉(disable)該脈波寬調變控制器42及功率因子調整控制器22，令電源供應器 1進入節(jié)能模式，進而實現降低電力消耗的目的。 請參考圖4，本實用新型中的負載連接偵測開關90并非局限于特定型態(tài)，例如可 設在電源供應器1的表面上以供使用者切換操作，亦可與直流輸出接頭100整合，使直流輸出接頭100本身能依據是否與負載(如計算機)連接而輸出一控制信號。 綜上所述，本實用新型是提供一種在無載狀態(tài)下，降低電力消耗的電源供應器，藉
由偵測電源供應器是否與負載連接，可自動降低輸出電壓、延長功率切換開關其相鄰導通
時段之間的停止時間或是強迫關閉功率因素調整與脈波寬度調變電路，均可達到降低電力
消耗、節(jié)約能源的功效。
權利要求一種于無載狀態(tài)降低電力消耗的電源供應器，其特征在于，包含一整流電路，將一交流電壓整流成一直流電壓；一隔離變壓器，具有一次側及二次側，其一次側接收該直流電壓，并于其二次側產生一感應電壓；一脈波寬度調變電路，包含有一功率切換開關及一脈波寬度調變控制器，其中該功率切換開關與該隔離變壓器的一次側串連，該脈波寬度調變控制器連接功率切換開關以調整其導通及關閉時間；一整流二極管，其正極連接該隔離變壓器其二次側的一端；一輸出電容，連接于該整流二極管的負極與接地之間，該輸出電容兩端構成電壓輸出端；一回授電路，包含一光耦合器及一分流器，該光耦合器的光二極管的正極連接該電壓輸出端以獲取偏壓電流，該光耦合器的光敏晶體管輸出一回授信號至該脈波寬度調變控制器的回授端，該分流器具有一參考端、一陰極及一陽極，該參考端經由一分壓電路連接至電壓輸出端，該陰極連接該光耦合器的光二極管的負極，該陽極接地；一負載連接偵測開關，連接于該分流器的陰極與接地之間，并依據電源供應器有無與負載連接而切換為開路或短路狀態(tài)；其中，當電源供應器未連接負載時，該負載連接偵測開關為短路狀態(tài)，令光耦合器輸出一回授信號予脈波寬度調變控制器以降低功率切換開關的導通時間，使輸出電容上的電壓維持低于該電源供應器的額定電壓值。
2. 如權利要求1所述的于無載狀態(tài)降低電力消耗的電源供應器，其特征在于，該光耦 合器的光二極管的正極經過一限流電阻而連接該輸出電容。
3. 如權利要求1或2所述的于無載狀態(tài)降低電力消耗的電源供應器，其特征在于，該整 流電路與該隔離變壓器其一次側之間連接一功率因子調整電路。
4. 如權利要求3所述的于無載狀態(tài)降低電力消耗的電源供應器，其特征在于，該負載連接偵測開關經過一二極管連接至該分流器的陰極。
5. 如權利要求4所述的于無載狀態(tài)降低電力消耗的電源供應器，其特征在于，該輸出電容的兩端連接一直流輸出接頭。
6. —種于無載狀態(tài)降低電力消耗的電源供應器，其特征在于，包含 一整流電路，將一交流電壓整流成一直流電壓；一隔離變壓器，具有一次側及二次側，其一次側接收該直流電壓，并于其二次側產生一 感應電壓；一脈波寬度調變電路，包含有一功率切換開關及一脈波寬度調變控制器，其中該功率 切換開關與該隔離變壓器的一次側串連，該脈波寬度調變控制器連接功率切換開關以調整 其導通及關閉時間；一整流二極管，連接該隔離變壓器其二次側的一端；一輸出電容，連接于該整流二極管與接地之間，該輸出電容的兩端構成電壓輸出端； 一回授電路，包含一第一光耦合器及一分流器，該第一光耦合器的光二極管的正極連接該電壓輸出端以獲取偏壓電流，該第一光耦合器的光敏晶體管輸出一回授信號至該脈波寬度調變控制器的回授端；一輸出負載偵測電路，連接于該輸出電容與接地之間，包含一第二光耦合器、一二極 管、及一儲能組件，其中該二極管的正極連接輸出電容，其負極同時連接該儲能組件與第二光耦合器其光二極 管的正極；該第二光耦合器具有一輸出端，送出一回授信號予該脈波寬調變控制器的致能端； 一負載連接偵測開關，連接于該第二光耦合器其光二極管的負極與接地之間，并依據電源供應器有無與負載連接而切換為開路或短路狀態(tài)；其中，當電源供應器未連接負載時，該負載連接偵測開關為短路狀態(tài)，令光耦合器輸出回授信號予脈波寬度調變控制器，藉此關閉脈波寬度調變控制器。
7. 如權利要求6所述的于無載狀態(tài)降低電力消耗的電源供應器，其特征在于，該第二光耦合器的光二極管的正極經過一限流電阻而連接該二極管的負極。
8. 如權利要求6或7所述的于無載狀態(tài)降低電力消耗的電源供應器，其特征在于，該整 流電路與該隔離變壓器其一次側之間連接一功率因子調整電路，該功率因子調整電路包含 一功率因子調整控制器，該功率因子調整控制器的致能端連接該第二光耦合器的輸出端。
9. 如權利要求8所述的于無載狀態(tài)降低電力消耗的電源供應器，其特征在于，該輸出 電容的兩端連接一直流輸出接頭。
專利摘要本實用新型公開了一種于無載狀態(tài)降低電力消耗的電源供應器，包含一整流電路、一隔離變壓器、一脈波寬度調變電路、一回授電路、一分流電路及一負載連接偵測開關，該負載連接偵測開關與回授電路連接，并于電源供應器未連接負載時呈現短路狀態(tài)，使流經回授電路的電流提高，而令回授電路輸出一回授信號予脈波寬度調變電路，令脈波寬度調變電路調低功率切換開關的導通周期，使隔離變壓器其二次側的輸出電壓持續(xù)下降至一下限值，由于功率切換開關的截止時間延長且隔離變壓器其二次側的輸出電壓恒維持于一低壓值，故降低無載狀態(tài)下電源供應器的電力消耗。
文檔編號H02M1/42GK201499095SQ20092016151
公開日2010年6月2日 申請日期2009年7月7日 優(yōu)先權日2009年7月7日
發(fā)明者華春和, 朱俊杰, 林維亮 申請人:康舒科技股份有限公司