專利名稱：階層式能量控制器及電源供應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種適用于電源供應(yīng)器的新型電源驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)“階層式能量控制器”，可設(shè)計(jì)加入于各類型電源供應(yīng)器，以改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)計(jì)的電源供應(yīng)器，使其可具有高功率因素、高效率、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易小型化、低成本、高可靠性及較長(zhǎng)的使用壽命等上述優(yōu)點(diǎn)的組合，以提升能源使用效率符合更新的環(huán)保節(jié)能趨勢(shì)。
背景技術(shù)：
電源供應(yīng)器應(yīng)用的范圍相當(dāng)廣，例如消費(fèi)性電子產(chǎn)品、辦公設(shè)備、照明裝置、不斷電系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)、分散式再生能源與能源新利用的電力轉(zhuǎn)換等。良好的電源供應(yīng)器除滿足國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范外，還需具備高功率因素(power factor)、電路簡(jiǎn)單零件少、制造容易噪聲少、制作成本低廉等特性。上述功率因素簡(jiǎn)稱功因。傳統(tǒng)的交流/直流電源供應(yīng)器通常會(huì)采用以輸入端先行升壓的方式做功因修正， 需要使用功因修正芯片并且配合使用多個(gè)功率元件來實(shí)現(xiàn)功因提升。也就是說，功因修正與電壓調(diào)控分級(jí)完成，電路復(fù)雜零件多，成本相當(dāng)高，能源效率也較低。圖1是現(xiàn)有的一種交流/直流轉(zhuǎn)換器的示意圖。交流/直流轉(zhuǎn)換器100可分成前級(jí)101與后級(jí)102。前級(jí)101為功率因數(shù)修正級(jí)，其電路架構(gòu)通常會(huì)使用升壓型轉(zhuǎn)換架構(gòu)， 并在電流與電壓控制模式下操作來進(jìn)行功因修正。后級(jí)102為直流/直流降壓級(jí)，一般會(huì)使用前向式或返馳式轉(zhuǎn)換器電路架構(gòu)，利用脈寬調(diào)制控制器，在電流與電壓模式控制下操作。 交流/直流轉(zhuǎn)換器100因經(jīng)過兩次的電力轉(zhuǎn)換，其能源效率自然打折。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為提供一種階層式能量控制器，其控制技術(shù)可利用參考輸入端的電源電壓信號(hào)為控制基礎(chǔ)，階層式能量控制器可以用單階、兩階或多階的方式做調(diào)節(jié)控制，可提供階層式能量同步信號(hào)給脈寬調(diào)制控制器，使脈寬調(diào)制控制器能依據(jù)階層式能量同步信號(hào)并配合負(fù)載端的功率需求，控制電源驅(qū)動(dòng)電路提供能量至負(fù)載端。本發(fā)明的另一目的在于提供一種電源供應(yīng)器，以改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)計(jì)的電源供應(yīng)器，使其可具有高功率因素、高效率、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易小型化、高可靠性及較長(zhǎng)的使用壽命上述優(yōu)點(diǎn)的組合，以提升能源使用效率符合更新的環(huán)保節(jié)能趨勢(shì)。在本發(fā)明的階層式能量控制器的實(shí)施例中，階層式能量控制器適用于電源供應(yīng)器，而電源供應(yīng)器還包括橋式整流器、脈寬調(diào)制控制器以及電源驅(qū)動(dòng)電路。橋式整流器用以接收交流輸入電壓，階層式能量控制器則耦接橋式整流器并接收交流輸入電壓。脈寬調(diào)制控制器耦接階層式能量控制器并依據(jù)控制信號(hào)產(chǎn)生切換信號(hào)。電源驅(qū)動(dòng)電路耦接橋式整流器并依據(jù)橋式整流器的輸出，通過切換信號(hào)來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓。其中的階層式能量控制器包括平衡電壓產(chǎn)生器以及可調(diào)整式分壓器。平衡電壓產(chǎn)生器具有兩輸入端以接收交流輸入電壓。平衡電壓產(chǎn)生器并提供一個(gè)比例，并依據(jù)平衡電壓產(chǎn)生器的兩端電壓差及上述的比例在平衡電壓產(chǎn)生器的輸出端產(chǎn)生平衡輸出電壓。可調(diào)整式分壓器耦接平衡電壓產(chǎn)生器，以接收并依據(jù)平衡輸出電壓進(jìn)行分壓，借以產(chǎn)生控制信號(hào)。值得一提的是，在本發(fā)明的實(shí)施例中，階層式能量電源供應(yīng)器可具有下列技術(shù)與功效1.高功率因素階層式能量控制器是參考輸入端的電源電壓信號(hào)為控制基礎(chǔ)，故可輕易得到高功率因素且無需使用功因控制芯片。2.低電流強(qiáng)度階層式能量控制器可使整個(gè)電源供應(yīng)器穩(wěn)定及平均工作于低輸入電流狀態(tài)下，故可減低工作過程中可能產(chǎn)生的最大電流量的發(fā)生。3.低工作溫度因?yàn)楣ぷ鬟^程中無瞬間最大電流量的情況發(fā)生，故主回路功率晶體管及電感元件所產(chǎn)生轉(zhuǎn)換效率的損失即降低，故工作溫度即降低。4.高效率階層式能量控制器使整個(gè)電源供應(yīng)器得到高功率因素、低電流強(qiáng)度及低工作溫度狀態(tài)下，故可減低主回路功率晶體管及電感元件所產(chǎn)生的熱損失的溫升。5.改進(jìn)功率因素?zé)o需使用升壓電路設(shè)計(jì)改變電路以改進(jìn)功因的一般傳統(tǒng)作法是以電源輸入后經(jīng)過整流器件之后，使用功因控制芯片加上功率晶體管、高儲(chǔ)能電感、高壓儲(chǔ)能電容及快速整流二極管等元件所組成的升壓電路來實(shí)現(xiàn)。6.電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單無需使用升壓電路設(shè)計(jì)所需采用的主要零件，如功因控制芯片、功率晶體管、高儲(chǔ)能電感、高壓儲(chǔ)能電容及快速整流二極管等元件，而階層式能量控制器其增加的零件是非常標(biāo)準(zhǔn)、普及、小型且容易取得和低成本。所以在本發(fā)明的實(shí)施例中的階層式能量控制器是一個(gè)可使電源供應(yīng)器提升能源使用效率以更能符合新環(huán)保節(jié)能趨勢(shì)的電源驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)例如下列1.可靠性高(高功因、高效率)比傳統(tǒng)方式減少使用功因控制芯片、功率晶體管、 高儲(chǔ)能電感、高壓儲(chǔ)能電容及快速整流二極管等..元件，故可靠性提高。2.產(chǎn)品壽命長(zhǎng)(低電流強(qiáng)度、低工作溫度)因?yàn)楣ぷ鳒囟冉档鸵约翱蓽p低工作過程中可能產(chǎn)生的最大電流量的發(fā)生，故可延長(zhǎng)電子零件的使用壽命。3.小型化(電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單)因?yàn)闊o需使用升壓電路設(shè)計(jì)所需采用的主要零件，如功因控制芯片、功率晶體管、高儲(chǔ)能電感、高壓儲(chǔ)能電容及快速整流二極管等元件，故可減少電路板使用的空間。4.低成本(低零件數(shù))階層式能量控制器其增加的零件是非常標(biāo)準(zhǔn)、普及、小型且容易取得和低成本。5.采用容易無需更改原電源供應(yīng)器的主要架構(gòu)和零件，且直接適用于市電。其中，本發(fā)明所提出的階層式能量控制器適用于電源供應(yīng)器。而電源供應(yīng)器包括接收交流輸入電壓的橋式整流器、脈寬調(diào)制控制器以及電源驅(qū)動(dòng)電路。階層式能量控制器則包括平衡電壓產(chǎn)生器以及可調(diào)整式分壓器。平衡電壓產(chǎn)生器具有兩輸入端以接收交流輸入電壓。平衡電壓產(chǎn)生器提供一個(gè)比例，并依據(jù)該平衡電壓產(chǎn)生器的兩端電壓差及上述的比例在平衡電壓產(chǎn)生器的輸出端產(chǎn)生平衡輸出電壓。可調(diào)整式分壓器耦接平衡電壓產(chǎn)生器，接收并依據(jù)平衡輸出電壓進(jìn)行分壓，以產(chǎn)生控制信號(hào)。其中，脈寬調(diào)制控制器依據(jù)控制信號(hào)產(chǎn)生切換信號(hào)并通過切換信號(hào)使電源驅(qū)動(dòng)電路依據(jù)橋式整流器的輸出來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附附圖作詳細(xì)說明如下。


圖1是現(xiàn)有的一種交流/直流轉(zhuǎn)換器的示意圖。圖2為依照本發(fā)明的第一實(shí)施例的一種電源供應(yīng)器200及其階層式能量控制器 250的示意圖。圖3為依照本發(fā)明的第二實(shí)施例的一種電源供應(yīng)器300及其階層式能量控制器 350的示意圖。圖4為依照本發(fā)明的第三實(shí)施例的電源供應(yīng)器400及其階層式能量控制器450的示意圖。圖5 圖8分別為是依照本發(fā)明的其他實(shí)施例的電源供應(yīng)器及階層式能量控制器的示意圖。其中，附圖標(biāo)記說明如下100:交流/直流轉(zhuǎn)換器101 前級(jí)102:后級(jí)200、300、400 電源供應(yīng)器210、520、620、720、820 濾波保護(hù)電路220 橋式整流器230、550、650、750、850 電源驅(qū)動(dòng)電路240 脈寬調(diào)制控制器250、350、450、540、640、740、840 階層式能量控制器251、351、451 平衡電壓產(chǎn)生器252、352、452 可調(diào)整式分壓器；353、453、454 電流控制電壓調(diào)整器260、560、660、760、860 負(fù)載2101 保險(xiǎn)絲2102 突波吸收器2103、2306:電感2104、2301、2304 電容2201 2204、2302 二極管2305、Ql Q3 晶體管510、610、710、810 交流電壓源530、630、730、830 整流器570、670、770、870 電壓電流檢測(cè)器及保護(hù)電路5501、6501、7501、8501 電源切換電路5502、6502、7502、8502 頻率控制器CTRL 控制信號(hào)RL、RN、R1 R8、2307、R0 電阻GND 接地端
CONTROL、Vin, Rosc 端點(diǎn)ACIN 交流輸入電壓Pl P3 端點(diǎn)
具體實(shí)施例方式現(xiàn)有的電源供應(yīng)器利用升壓型功因控制芯片來修正功因，不但電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，而且電力需經(jīng)過二次轉(zhuǎn)換，其能源效率相當(dāng)差。反觀，本發(fā)明的實(shí)施例提供了可適用于各類型電源供應(yīng)器的階層式能量控制器。 階層式能量電源供應(yīng)器依負(fù)載端的輸出功率需求，直接從交流電源截取同步于輸入電壓的波形，并利用反饋控制原理于連續(xù)電流工作模式下，提供能量給負(fù)載，如此一來使其可具有高功率因素、高效率、易小型化、低成本、高可靠性及較長(zhǎng)的使用壽命上述優(yōu)點(diǎn)的組合，以提升能源使用效率符合更新的環(huán)保節(jié)能趨勢(shì)。下面將參考附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖舉例說明了本發(fā)明的示范實(shí)施例，其中相同標(biāo)號(hào)指示同樣或相似的元件。首先請(qǐng)參照?qǐng)D2，圖2是依照本發(fā)明的第一實(shí)施例的一種電源供應(yīng)器200及其階層式能量控制器250的示意圖。電源供應(yīng)器200接收交流輸入電壓ACIN所提供的交流電并據(jù)以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)來驅(qū)動(dòng)負(fù)載沈0。電源供應(yīng)器200包括濾波保護(hù)電路210、橋式整流器 220、電源驅(qū)動(dòng)電路230、脈寬調(diào)制控制器MO以及階層式能量控制器250、。濾波保護(hù)電路210具有濾波功能以及電路保護(hù)功能。在本實(shí)施例中，濾波保護(hù)電路210包括保險(xiǎn)絲2101、突波吸收器2102、濾波電感2103與濾波電容2104，在此請(qǐng)注意，上述濾波保護(hù)電路210的結(jié)構(gòu)僅只是一個(gè)范例，但本發(fā)明并不限制必須使用如此濾波保護(hù)電路于此。保險(xiǎn)絲2101的第一端耦接交流輸入電壓ACIN的一端，保險(xiǎn)絲301的另一端耦接突波吸收器2102的第一端與濾波電感2103的第一端。突波吸收器2102的第二端耦接交流輸入電壓ACIN的另一端。濾波電容2104的第一端與第二端分別耦接濾波電感2103的第二端以及交流輸入電壓ACIN的另一端。橋式整流器220可對(duì)交流電進(jìn)行整流。在本實(shí)施例中，橋式整流器220包括二極管2201 2204。其中利用二極管2201 2204來耦接成橋式整流器220為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的技術(shù)，以下恕不贅述。而橋式整流器220接收交流輸入電壓ACIN以為輸入，并針對(duì)交流輸入電壓ACIN進(jìn)行全波整流以產(chǎn)生直流的輸出電壓。階層式能量控制器250可用來提供與交流輸入電壓ACIN相同相位的控制信號(hào) CTRL給脈寬調(diào)制控制器M0。在本實(shí)施例中，階層式能量控制器250包括平衡電壓產(chǎn)生器 251以及可調(diào)整式分壓器252。平衡電壓產(chǎn)生器251具有兩個(gè)輸入端以接收交流輸入電壓 ACIN。平衡電壓產(chǎn)生器251提供一個(gè)比例，使平衡電壓產(chǎn)生器251依據(jù)其兩端的電壓差以及上述的比例來產(chǎn)生平衡輸出電壓。值得注意的是，上述的比例可以利用兩組不同的阻抗來獲得，簡(jiǎn)單來說，就是分別在平衡電壓產(chǎn)生器251的第一個(gè)輸入端與輸出端間提供第一阻抗，并在平衡電壓產(chǎn)生器 251的第二個(gè)輸入端與輸出端間提供第二阻抗，而利用設(shè)定第一、二阻抗的值，就可以設(shè)定這個(gè)所謂的比例。在本實(shí)施例中，平衡電壓產(chǎn)生器251包括平衡電阻RL及RN。其中的平衡電阻RL
7耦接到交流輸入電壓ACIN的正端，平衡電阻RN則耦接到交流輸入電壓ACIN的負(fù)端。若是設(shè)定平衡電阻RL及RN的電阻值相等(第一阻抗等于第二阻抗)，平衡電壓產(chǎn)生器251的輸出端的電壓將會(huì)等于交流輸入電壓ACIN跨接在平衡電壓產(chǎn)生器251的兩輸入端所產(chǎn)生電壓差的二分之一。另外，可調(diào)整式分壓器252耦接平衡電壓產(chǎn)生器251。可調(diào)整式分壓器252接收并依據(jù)平衡電壓產(chǎn)生器251所產(chǎn)生的平衡輸出電壓進(jìn)行分壓，并借以產(chǎn)生與交流輸入電壓 ACIN同相位的控制信號(hào)CTRL。在本實(shí)施例中，可調(diào)整式分壓器252包括串接的分壓電阻Rl以及R2。其中，分壓電阻Rl的一端接收平衡輸出電壓，其另一端耦接至分壓電阻R2。分壓電阻R2則串接在分壓電阻Rl及接地端GND間。為了可以使依據(jù)分壓來產(chǎn)生的控制信號(hào)CTRL可以被調(diào)整，在本實(shí)施例中的分壓電阻Rl及R2的至少其中的一個(gè)可以利用可變電阻的方式來建構(gòu)。也就是說，分壓電阻Rl或R2中的一個(gè)是可變電阻，或者是分壓電阻Rl及R2都是可變電阻。請(qǐng)注意，上述的分壓電阻Rl及R2利用可變電阻來建構(gòu)的方式可以利用多個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)的電阻配合多個(gè)開關(guān)來進(jìn)行選擇而獲得。這一類型的可變電阻可以通過電器的數(shù)字的信號(hào)來進(jìn)行阻值調(diào)制的動(dòng)作，可以不需要利用人力來調(diào)整。電源驅(qū)動(dòng)電路230可用來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)借以驅(qū)動(dòng)負(fù)載沈0。在本實(shí)施例中，負(fù)載 260以多個(gè)彼此串聯(lián)的發(fā)光二極管所構(gòu)成，但不限于此。在其他實(shí)施例中，負(fù)載沈0也可以是不同類型的電子裝置或電器裝置。另外，負(fù)載260中各元件的連接方式，也可以依照使用情況不同而進(jìn)行改變，舉例來說，多個(gè)發(fā)光二極管也可以彼此串聯(lián)及/或并聯(lián)。電源驅(qū)動(dòng)電路230包括電容2301、2304、電感2306、二極管2302、晶體管2305與電流感測(cè)電阻2307。電容2301具有穩(wěn)壓的功能。晶體管2305可依據(jù)脈寬調(diào)制控制器240所提供的脈寬調(diào)制信號(hào)而導(dǎo)通或斷開。當(dāng)晶體管2305導(dǎo)通時(shí)，電感2306會(huì)進(jìn)行儲(chǔ)能；反之， 當(dāng)晶體管2305斷開時(shí)，電感2306會(huì)通過二極管2302導(dǎo)通所提供的路徑釋放能量，借以對(duì)電容2304進(jìn)行儲(chǔ)能。電流感測(cè)電阻2307可用來檢測(cè)流經(jīng)二極管2302的電流。當(dāng)流經(jīng)電流感測(cè)電阻2307的電流愈大，電流感測(cè)電阻2307的上的跨壓也會(huì)愈大。換言之，脈寬調(diào)制控制器MO的端點(diǎn)ISEN可接收電流感測(cè)電阻2307上的跨壓，并據(jù)以判別流經(jīng)二極管2302 的電流大小。因此，脈寬調(diào)制控制器240可依據(jù)電流感測(cè)電阻2307上的跨壓來控制電源驅(qū)動(dòng)電路230的工作，借以防止過電流情形。脈寬調(diào)制控制器240的端點(diǎn)CONTROL可接收可調(diào)整式分壓器252所提供的與交流輸入電壓相同相位的控制信號(hào)CTRL。脈寬調(diào)制控制器MO的端點(diǎn)Rffic用外接震蕩電阻R0， 使脈寬調(diào)制控制器240可在其內(nèi)部自行產(chǎn)生時(shí)脈信號(hào)。脈寬調(diào)制控制器240的端點(diǎn)Vin可接收電源驅(qū)動(dòng)電路230提供給負(fù)載沈0的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(例如是驅(qū)動(dòng)電壓)。因此脈寬調(diào)制控制器240可依據(jù)上述控制信號(hào)CTRL并配合負(fù)載260的輸出功率需求，利用反饋控制原理于連續(xù)電流工作模式下提供能量給負(fù)載沈0，此間的動(dòng)作細(xì)節(jié)說明如下由于電力消耗的瞬時(shí)功率為電壓和電流的乘積，即P = VX I。電源對(duì)負(fù)載沈0所做的功(W)為瞬時(shí)功率對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分所獲得的面積。也就是說，電壓與電流無法配合的情況下，瞬時(shí)功率變化會(huì)相當(dāng)大，不但會(huì)造成電源不穩(wěn)定，電源對(duì)負(fù)載260所做的功也不理想。若可讓電壓與電流互相配合不但可獲得較佳的瞬時(shí)功率，電源對(duì)負(fù)載260所做的功也可獲得大幅提升。
以下請(qǐng)參照?qǐng)D3，圖3為依照本發(fā)明的第二實(shí)施例的一種電源供應(yīng)器300及其階層式能量控制器350的示意圖。與第一實(shí)施例不相同的，本實(shí)施例的電源供應(yīng)器300中的階層式能量控制器350中除了包括平衡電壓產(chǎn)生器351以及可調(diào)整式分壓器352外，還包括電流控制電壓調(diào)整器353。電流控制電壓調(diào)整器353串接在平衡電壓產(chǎn)生器351的輸出端與可調(diào)整式分壓器352產(chǎn)生控制信號(hào)CTRL的端點(diǎn)間。電流控制電壓調(diào)整器353接收并分壓平衡輸出電壓以產(chǎn)生分壓電壓，再依據(jù)分壓電壓產(chǎn)生參考電流，且依據(jù)參考電流產(chǎn)生控制信號(hào)CTRL。在本實(shí)施例中，電流控制電壓調(diào)整器353包括利用晶體管Ql建構(gòu)的電流源、電阻 R4、R5建構(gòu)的分壓電路以及調(diào)整電阻R3。分壓電路串接在平衡電壓產(chǎn)生器351的輸出端與接地端GND間，用以分壓平衡輸出電壓以產(chǎn)生分壓電壓。晶體管Ql的電流源受控于分壓電壓以產(chǎn)生參考電流。調(diào)整電阻R3的一端耦接電流源，另一端耦接可調(diào)整式分壓器352產(chǎn)生控制信號(hào)CTRL的端點(diǎn)。在此請(qǐng)注意，通過設(shè)定電阻R4及R5的電阻值的比例可以決定晶體管Ql的工作模式。而晶體管Ql的工作模式會(huì)決定流經(jīng)晶體管Ql的電流大小，進(jìn)而通過調(diào)整電阻R3產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)CTRL的電壓值，以輸入至脈寬調(diào)制控制器240的端點(diǎn)CONTROL。在本實(shí)施例中，端點(diǎn)P2的信號(hào)是階層式能量控制器350中的平衡電壓產(chǎn)生器351 所提供的平衡輸出電壓所進(jìn)行分壓的結(jié)果。端點(diǎn)P3的信號(hào)為用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載沈0的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。其中，端點(diǎn)P3的信號(hào)會(huì)隨著電源驅(qū)動(dòng)電路230的工作不同或是負(fù)載沈0的不同而有所變化。在此，即便端點(diǎn)P3的信號(hào)受到負(fù)載沈0中的影響，端點(diǎn)P3的相位并不會(huì)產(chǎn)生大幅度的改變。換言之，端點(diǎn)P3的信號(hào)的相位實(shí)質(zhì)上會(huì)同步于端點(diǎn)Pl的信號(hào)(平衡輸出電壓) 的相位。另外，端點(diǎn)P2的信號(hào)的相位又同步于端點(diǎn)Pl的信號(hào)的相位。因此，端點(diǎn)P2的信號(hào)的相位與端點(diǎn)P3的信號(hào)的相位也會(huì)互相匹配。以下請(qǐng)參照?qǐng)D4，圖4為依照本發(fā)明的第三實(shí)施例的電源供應(yīng)器400及其階層式能量控制器450的示意圖。與第二實(shí)施例的電源供應(yīng)器300不同的是，電源供應(yīng)器400中的階層式能量控制器450包括多級(jí)的電流控制電壓調(diào)整器453、454...。電流控制電壓調(diào)整器 453中包括由電阻R7及R8組成的分壓電路、晶體管Q2建構(gòu)的電流源以及調(diào)整電阻R6，電流控制電壓調(diào)整器妨4中則包括由電阻R4及R5組成的分壓電路、晶體管Q3建構(gòu)的電流源以及調(diào)整電阻R3。請(qǐng)注意，上述的階層式能量控制器450并不只限于如圖4所示的只有兩級(jí)電流控制電壓調(diào)整器453及454的架構(gòu)，設(shè)計(jì)者可以依據(jù)需求來選擇建構(gòu)電流控制電壓調(diào)整器的級(jí)數(shù)，依據(jù)不同工作電源及負(fù)載量調(diào)整可提高用電的效率。在上述實(shí)施例中所提的電源供應(yīng)器的類型僅是一種選擇實(shí)施例，本發(fā)明并不以此為限。在其他實(shí)施例中，階層式能量控制器也可應(yīng)用于各種類型的電源供應(yīng)器。舉例來說， 圖5是依照本發(fā)明的第四實(shí)施例的一種電源供應(yīng)器及階層式能量控制器的示意圖。在本實(shí)施例中，電源供應(yīng)器可接收交流電壓源510借以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)來驅(qū)動(dòng)負(fù)載560。電源供應(yīng)器包括濾波保護(hù)電路520、整流器530、階層式能量控制器M0、電源驅(qū)動(dòng)電路550、電壓電流檢測(cè)器及保護(hù)電路570。電源驅(qū)動(dòng)電路550包括電源切換電路5501與頻率控制器5502。圖6是依照本發(fā)明的第五實(shí)施例的一種非隔離式電源供應(yīng)器及階層式能量控制器的示意圖。在本實(shí)施例中，電源供應(yīng)器可接收交流電壓源610借以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)來驅(qū)動(dòng)負(fù)載660。電源供應(yīng)器包括濾波保護(hù)電路620、整流器630、階層式能量控制器640、非隔離式電源驅(qū)動(dòng)電路651、電壓電流檢測(cè)器及保護(hù)電路670。非隔離式電源驅(qū)動(dòng)電路651包括電源切換電路6501、頻率控制器6502、電感6503與整流濾波電路6504。圖7是依照本發(fā)明的第六實(shí)施例的一種隔離式電源供應(yīng)器及階層式能量控制器的示意圖。在本實(shí)施例中，電源供應(yīng)器可接收交流電壓源710借以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)來驅(qū)動(dòng)負(fù)載760。電源供應(yīng)器包括濾波保護(hù)電路720、整流器730、階層式能量控制器740、隔離式電源驅(qū)動(dòng)電路752、電壓電流檢測(cè)器及保護(hù)電路770。隔離式電源驅(qū)動(dòng)電路752包括電源切換電路7501、頻率控制器7502、變壓器7503與整流濾波電路7504。圖8是依照本發(fā)明的第七實(shí)施例的一種共振式電源供應(yīng)器及階層式能量控制器的示意圖。在本實(shí)施例中，電源供應(yīng)器可接收交流電壓源810借以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)來驅(qū)動(dòng)負(fù)載860。電源供應(yīng)器包括濾波保護(hù)電路820、整流器830、階層式能量控制器840、共振式電源驅(qū)動(dòng)電路853、電壓電流檢測(cè)器及保護(hù)電路870。共振式電源驅(qū)動(dòng)電路853包括共振式電源切換電路8505、頻率控制器8502與整流濾波電路8504。綜上所述，熟悉本領(lǐng)域技術(shù)者從上述所揭示的內(nèi)容應(yīng)可明白，本實(shí)施例利用階層式能量控制器50并配合脈寬調(diào)制控制器即可使電源供應(yīng)器10具有高功率因素、高效率、易小型化、低成本、高可靠性及較長(zhǎng)的使用壽命上述優(yōu)點(diǎn)的組合，以提升能源使用效率符合更新的環(huán)保節(jié)能趨勢(shì)。本實(shí)施例還具有下列優(yōu)點(diǎn)及功效1.在階層式能量控制器中配置可變電阻，可實(shí)現(xiàn)調(diào)光器的功能。2.設(shè)計(jì)有階層式能量控制器的電源供應(yīng)器，可配置一般市售調(diào)光器即可實(shí)現(xiàn)調(diào)光的功能。3.無須采用現(xiàn)有的升壓型功因控制芯片即可實(shí)現(xiàn)提升功因的效果。4.可減低主回路功率晶體管及電感元件所產(chǎn)生的熱損失而導(dǎo)致的溫升，可有效延長(zhǎng)各元件的壽命。5.可減低電源供應(yīng)器工作過程中可能產(chǎn)生的最大電流量的發(fā)生。由于瞬間最大電流量的情況發(fā)生，容易造成元件發(fā)熱，因此本實(shí)施例也具有使各元件操作在低工作溫度的優(yōu)點(diǎn)。6.電源供應(yīng)器無須在前級(jí)進(jìn)行升壓，再于后級(jí)降壓，因此能降低能源損耗。7.階層式能量控制器采用的元件數(shù)量不但少且體積小，不但可有效降低電源供應(yīng)器的元件數(shù)量還可有效縮小電源供應(yīng)器的體積。8.無需更改電源供應(yīng)器的主要零件，階層式能量控制器可適用于IlOV或 220V...等不同電壓的市電，也可適用于各類型的電源供應(yīng)器。雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，故本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
10
權(quán)利要求
1.一種階層式能量控制器，適用于一電源供應(yīng)器，該電源供應(yīng)器包括接收一交流輸入電壓的一橋式整流器、一脈寬調(diào)制控制器以及一電源驅(qū)動(dòng)電路，該階層式能量控制器包括一平衡電壓產(chǎn)生器，具有兩輸入端以接收該交流輸入電壓，該平衡電壓產(chǎn)生器提供一比例，并依據(jù)該平衡電壓產(chǎn)生器的兩輸入端電壓差及該比例在該平衡電壓產(chǎn)生器的輸出端產(chǎn)生一平衡輸出電壓；以及一可調(diào)整式分壓器，耦接該平衡電壓產(chǎn)生器，接收并依據(jù)該平衡輸出電壓進(jìn)行分壓，以產(chǎn)生一控制信號(hào)，其中，該脈寬調(diào)制控制器依據(jù)該控制信號(hào)產(chǎn)生一切換信號(hào)并通過該切換信號(hào)使該電源驅(qū)動(dòng)電路依據(jù)該橋式整流器的輸出來產(chǎn)生一驅(qū)動(dòng)電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的階層式能量控制器，其特征在于，該平衡電壓產(chǎn)生器在其一輸入端與該輸出端間提供一第一阻抗，并在該平衡電壓產(chǎn)生器另一輸入端與該輸出端間提供一第二阻抗，該比例等于該第一阻抗與該第二阻抗的比。
3.如權(quán)利要求2所述的階層式能量控制器，其特征在于，該平衡電壓產(chǎn)生器包括 一第一平衡電阻，跨接在該平衡電壓產(chǎn)生器的一輸入端與該輸出端間；以及一第二平衡電阻，跨接在該平衡電壓產(chǎn)生器的另一輸入端與該輸出端間。
4.如權(quán)利要求1所述的階層式能量控制器，其特征在于，該可調(diào)整式分壓器包括 一第一分壓電阻，其一端耦接該平衡電壓產(chǎn)生器的輸出端；以及一第二分壓電阻，串接在該第一分壓電阻的另一端與一接地端間。
5.如權(quán)利要求4所述的階層式能量控制器，其特征在于，該第一分壓電阻及第二分壓電阻中至少其中之一為可變電阻。
6.如權(quán)利要求1所述的階層式能量控制器，其特征在于，該階層式能量控制器還包括 至少一電流控制電壓調(diào)整器，串接在該平衡電壓產(chǎn)生器的輸出端與該可調(diào)整式分壓器產(chǎn)生該控制信號(hào)的端點(diǎn)間，分壓該平衡輸出電壓產(chǎn)生一分壓電壓，并依據(jù)該分壓電壓產(chǎn)生一參考電流，再依據(jù)該參考電流產(chǎn)生該控制信號(hào)。
7.如權(quán)利要求6所述的階層式能量控制器，其特征在于，該電流控制電壓調(diào)整器包括 一分壓電路，串接在該平衡電壓產(chǎn)生器的輸出端與一接地端間，用以分壓該平衡輸出電壓以產(chǎn)生該分壓電壓；一電流源，受控于該分壓電壓以產(chǎn)生該參考電流；以及一調(diào)整電阻，其一端耦接該電流源，另一端耦接該可調(diào)整式分壓器產(chǎn)生該控制信號(hào)的端點(diǎn)并產(chǎn)生該控制信號(hào)。
8.一種電源供應(yīng)器，包括一橋式整流器，接收一交流輸入電壓；一階層式能量控制器，耦接該橋式整流器并接收該交流輸入電壓，包括 一平衡電壓產(chǎn)生器，具有兩輸入端以接收該交流輸入電壓，該平衡電壓產(chǎn)生器提供一比例，并依據(jù)該平衡電壓產(chǎn)生器的兩輸入端電壓差及該比例在該平衡電壓產(chǎn)生器的輸出端產(chǎn)生一平衡輸出電壓；以及一可調(diào)整式分壓器，耦接該平衡電壓產(chǎn)生器，接收并依據(jù)該平衡輸出電壓進(jìn)行分壓，以產(chǎn)生一控制信號(hào)；一脈寬調(diào)制控制器，耦接該階層式能量控制器，依據(jù)該控制信號(hào)產(chǎn)生一切換信號(hào)；以及一電源驅(qū)動(dòng)電路，耦接該橋式整流器，依據(jù)該橋式整流器的輸出，通過該切換信號(hào)來產(chǎn)生一驅(qū)動(dòng)電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，該平衡電壓產(chǎn)生器在其一輸入端與該輸出端間提供一第一阻抗，并在該平衡電壓產(chǎn)生器的另一輸入端與該輸出端間提供一第二阻抗，該比例等于該第一阻抗與該第二組抗的比。
10.如權(quán)利要求9所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，該平衡電壓產(chǎn)生器包括一第一平衡電阻，跨接在該平衡電壓產(chǎn)生器的一輸入端與其輸出端間；以及一第二平衡電阻，跨接在該平衡電壓產(chǎn)生器的另一輸入端與其輸出端間。
11.如權(quán)利要求8所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，該可調(diào)整式分壓器包括一第一分壓電阻，其一端耦接該平衡電壓產(chǎn)生器的輸出端；以及一第二分壓電阻，串接在該第一分壓電阻的另一端與一接地端間。
12.如權(quán)利要求11所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，該第一及第二分壓電阻中至少其中之一為可變電阻。
13.如權(quán)利要求8所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，該階層式能量控制器還包括至少一電流控制電壓調(diào)整器，串接在該平衡電壓產(chǎn)生器的輸出端與該可調(diào)整式分壓器產(chǎn)生該控制信號(hào)的端點(diǎn)間，分壓該平衡輸出電壓產(chǎn)生一分壓電壓，并依據(jù)該分壓電壓產(chǎn)生一參考電流，再依據(jù)該參考電流產(chǎn)生該控制信號(hào)。
14.如權(quán)利要求13所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，該電流控制電壓調(diào)整器包括一分壓電路，串接在該平衡電壓產(chǎn)生器的輸出端與一接地端間，用以分壓該平衡輸出電壓以產(chǎn)生該分壓電壓；一電流源，受控于該分壓電壓以產(chǎn)生該參考電流；以及一調(diào)整電阻，其一端耦接該電流源，另一端耦接該可調(diào)整式分壓器產(chǎn)生該控制信號(hào)的端點(diǎn)并產(chǎn)生該控制信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效率、高功因、壽命長(zhǎng)及低成本的新式電源驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)“階層式能量控制器”，其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高且低元件數(shù)目的設(shè)計(jì)下也能具有較長(zhǎng)的使用壽命并提升能源使用效率以符合更新的環(huán)保節(jié)能趨勢(shì)。其工作原理是依負(fù)載端的功率需求，直接從交流電源截取同步于輸入電壓的波形，并利用反饋控制原理于連續(xù)電流工作模式下，提供能量給負(fù)載。如具體電路上的驗(yàn)證，只需將階層式能量控制器設(shè)計(jì)加入于一般電源供應(yīng)器就可使新設(shè)計(jì)的電源供應(yīng)器具有高功率因素、高效率、低元件數(shù)目、低電流強(qiáng)度、低工作溫度及電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等上述優(yōu)點(diǎn)的組合。
文檔編號(hào)H02M7/219GK102386793SQ201010269769
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者劉建坤, 劉旻村 申請(qǐng)人:鳳敏, 劉建坤, 劉旻村