專利名稱：具有高效率的大功率多路輸出電源結(jié)構(gòu)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
為 一種大功率開關(guān)才莫式電源(switched-mode power supply),該電源具有
負載范圍高效率，其采用多路輸出變換器與單路輸出變換器并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近來，能源危機越來越嚴重，所以如何充分利用能源，減少能源浪費變 得越來越迫切。在消費電子類產(chǎn)品中，桌上型(desktop)電腦和工作站 (workstation)電腦占據(jù)相當大的比重，而這些產(chǎn)品中開關(guān)模式電源的變換效 率不高帶來很大的能源浪費。為此，2007年7月，Energy Star已經(jīng)將桌上 型和工作站電腦中的開關(guān)模式電源從電源值20%加到100%，其負載效率大 于80%作為強制標準。因此，設(shè)計具有負載范圍相對較高效率的開關(guān)模式 電源具有重要意義。
桌上型電腦和工作站電腦中的開關(guān)模式電源，通常為多路輸出結(jié)構(gòu)，其 輸出電壓一般包括+12V,+5V,+3.3V。

圖1其是顯示一已知的桌上型電腦電 源的直流/直流變換器級(DC/DC converter stage)的電路示意圖。在圖1中， 該直流/直流變換器級1包括一逆變器、 一變壓器T,具——次側(cè)繞組Np耦 合于該逆變器、 一第一二次側(cè)繞組Nsl與一第二二次側(cè)繞組Ns2、 一整流器 耦合于該第一二次側(cè)繞組Nsl、 一第一濾波器(包括一第一電感L1與一第一 電容Cl)與一第二濾波器(包括一第二電感L2與一第二電容C2)均耦合于該 整流器，分別用于產(chǎn)生+ 12V與+5V的輸出電壓、 一后置穩(wěn)壓器(post regulator)耦合于該第一二次側(cè)繞組Nsl與該第二二次側(cè)繞組Ns2的一節(jié)點， 用于產(chǎn)生+ 3.3V的輸出電壓，以及一控制電路，耦合于該逆變器，接收該 + 12V與+5￥的輸出電壓，用以產(chǎn)生一控制信號(未顯示)。在桌上型電腦中 (如圖1所示)，直流/直流變換器級通常采用+ 12V與+ 5V通過電感耦合， 以及兩路電壓的加權(quán)反饋實現(xiàn)對兩路電壓的調(diào)節(jié)。+3.3V則通過獨立的反
7饋實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。這樣的結(jié)構(gòu)具有低成本的優(yōu)點。
工作站電腦的開關(guān)電源額定功率較高(通常大于500W),因此+12V 輸出端輸出功率較高，如果采用圖1所示的結(jié)構(gòu),將會帶來兩個問題 + 12V和+ 5V輸出的耦合電感由于寄生參數(shù)的影響，兩路電壓加權(quán)反饋無法 穩(wěn)定聯(lián)調(diào)輸出電壓，即交叉調(diào)整問題(cross regulation);②單一變壓器承 擔全部的輸出功率帶來散熱設(shè)計上的困難。
所以，工作站電腦中開關(guān)電源通常采用圖2所示結(jié)構(gòu)。圖2是顯示一已 知的工作站電腦電源的直流/直流變換器級的電路示意圖。在圖2中，該直 流/直流變換器級2包括一第一逆變器、 一第一變壓器Tl,具一第一一次側(cè) 繞組Nlp耦合于該第一逆變器、 一第一二次側(cè)繞組Nlsl與一第二二次側(cè)繞 組Nls2、 一第一整流器耦合于該第一二次側(cè)繞組Nlsl,用于產(chǎn)生+ 5V的 輸出電壓、 一后置穩(wěn)壓器(post regulator),耦合于該第一二次側(cè)繞組Nlsl與 該第二二次側(cè)繞組Nls2的一節(jié)點，用于產(chǎn)生+ 3.3V的輸出電壓、 一控制電 路，耦合于該第一逆變器，接收該+ 5V的輸出電壓，用以產(chǎn)生一第一控制 信號(未顯示)、 一第二逆變器、 一第二變壓器T2，具一第二一次側(cè)繞組N2p 耦合于該第二逆變器與一第三二次側(cè)繞組N2s、 一第二整流器耦合于該第三 二次側(cè)繞組N2s，用于產(chǎn)生+ 12V的輸出電壓，以及一第二控制電路，耦合 于該第二逆變器，接收該+12V的輸出電壓，用以產(chǎn)生一第二控制信號(未 顯示)。+12V通過獨立的變壓器、整流器實現(xiàn)閉回路(closed-loop)調(diào)節(jié)輸出 電壓；而+ 5V和+ 3.3V共用變壓器，+ 5V以閉回路反饋(closed-looped feedback)實現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定，+ 3.3V則通過另 一閉回路，調(diào)節(jié)輸出電壓。由 于三路輸出電壓具有各自獨立的閉回路反饋調(diào)節(jié)，因此輸出電壓不存在調(diào)整 率的問題。同時采用兩個變壓器可以簡化電路的散熱設(shè)計。但由于兩個變壓 器輸出電壓不同，且該兩個變壓器相互獨立，在整個負載范圍內(nèi)始終工作； 因此，輕載時很難得到很高的直流/直流變換器級效率。
因此，發(fā)明人鑒于已知技術(shù)的缺失，乃思及改良發(fā)明的意念，終能發(fā)明 出本案的"具有高效率的大功率多路輸出電源結(jié)構(gòu)及其控制方法"。

發(fā)明內(nèi)容
本案的主要目的在于提供一種大功率開關(guān)模式電源，該電源具有負載范 圍相對較高的效率，其采用多路輸出變換器與單路輸出變換器并聯(lián)結(jié)構(gòu)，有 效地提高了該電源的輕載效率，解決了變壓器的散熱問題以及多路輸出變換 器的交叉調(diào)整率問題。
本案的又一主要目的在于提供一種開關(guān)模式電源，包含一第一輸出變換 器，接收一直流輸入電壓，用以產(chǎn)生一第一高功率直流電壓輸出與至少一低 功率直流電壓輸出，以及一第二輸出變換器，接收該直流輸入電壓，產(chǎn)生一 第二高功率直流電壓輸出，且與該第一高功率直流電壓輸出耦合，以產(chǎn)生一 耦合輸出，其中當該耦合輸出的一暫態(tài)功率小于或等于該第一高功率直流電 壓輸出的一額定輸出功率時，該第一輸出變換器工作，而該第二輸出變換器 閑置，但當該耦合輸出的該暫態(tài)功率大于該額定輸出功率時，該第二輸出變 換器也開始工作。
根據(jù)上述的構(gòu)想，該電源更包括一電阻性元件，具一第一端以及一第二 端，其中該第一端耦合于該第一輸出變換器，且該第二端耦合于該第二輸出 變換器。
根據(jù)上述的構(gòu)想，當該耦合輸出功率大于該額定功率時，該第一輸出變 換器的輸出功率瞬間減小到一限流輸出功率，而該第二輸出變換器開通時， 其具有一輸出功率等于該耦合輸出功率與該限流輸出功率的一差。
根據(jù)上述的構(gòu)想，該第一輸出變換器為一多路輸出變換器，該第二輸出 變換器為一單路輸出變換器，該至少一低功率直流電壓輸出電壓包括一第一 低功率直流電壓輸出與 一第二低功率直流電壓輸出，且該多路輸出變換器包 括一控制電路，接收該第一高功率直流電壓輸出與該第一低功率直流電壓輸 出，用以產(chǎn)生一第一控制信號， 一第一逆變器，接收該直流輸入電壓與該第 一控制信號，用以產(chǎn)生一第一交流輸出電壓， 一第一變壓器，具一第一一次 側(cè)繞組、 一第一二次側(cè)繞組與一第二二次側(cè)繞組，其中該第——次側(cè)繞組耦 合于該第一逆變器，該第一與該第二二次側(cè)繞組各具一第一端與一第二端， 該第二二次側(cè)繞組的該第一端耦合于該第一二次側(cè)繞組的該第二端，且該第
二二次側(cè)繞組的該第二端接地， 一第一整流器，耦合于該第一二次側(cè)繞組的
9該第一與該第二端， 一后置穩(wěn)壓器，耦合于該第一二次側(cè)繞組的該第二端， 用以產(chǎn)生該第二低功率直流電壓輸出， 一第一濾波器，耦合于該第一整流器， 用以產(chǎn)生該第一高功率直流電壓輸出，以及一第二濾波器，耦合于該第一整 流器，用以產(chǎn)生該第一低功率直流電壓輸出。
根據(jù)上述的構(gòu)想，該第一濾波器包括一第一電容與一第一電感，該第二 濾波器包括一第二電容與一第二電感，該第一電感與該第二電感磁性耦合， 且該多路輸出變換器與該單路輸出變換器均為 一直流/直流變換器。
根據(jù)上述的構(gòu)想，該單路輸出變換器包括一第二控制電路，接收該第二 高低功率直流電壓輸出，用以產(chǎn)生一第二控制信號， 一第二逆變器，接收該 直流輸入電壓與該第二控制信號，用以產(chǎn)生一第二交流輸出電壓， 一第二變 壓器，具一第二一次側(cè)繞組與一第三二次側(cè)繞組，其中該第三二次側(cè)繞組具 一第一端與一第二端，該第二一次側(cè)繞組耦合于該第二逆變器，且該第三二 次側(cè)繞組的該第二端接地， 一第二整流器，耦合于該第三二次側(cè)繞組的該第 一端，用以產(chǎn)生該第二高功率直流電壓輸出。
根據(jù)上述的構(gòu)想，該第一與該第二逆變器均為一半橋逆變器，該第一與 該第二整流器均為 一半波整流器。
本案的次一主要目的在于提供一種開關(guān)模式電源，包含一第一輸出變換 器，接收一輸入電壓，用以產(chǎn)生一第一高功率電壓輸出，以及一第二輸出變 換器，接收該輸入電壓，產(chǎn)生一第二高功率電壓輸出，且與該第一高功率電 壓輸出耦合，以產(chǎn)生一耦合輸出，其中當該耦合輸出的一暫態(tài)功率小于或等 于該第一高功率電壓輸出的一額定輸出功率時，該第一輸出變換器工作，而 該第二輸出變換器閑置；但當該暫態(tài)功率大于該額定輸出功率時，該第二輸 出變換器也開始工作。
根據(jù)上述的構(gòu)想，該電源更包括一電阻性元件，具一第一端以及一第二 端，其中該第一端耦合于該第一輸出變換器，該第二端耦合于該第二輸出變 換器，當該耦合輸出功率大于該額定輸出功率時，該第一輸出變換器的一輸 出功率瞬間減小到一限流輸出功率，且當該第二輸出變換器開通時，其具有
一輸出功率等于該耦合輸出功率與該限流輸出功率的一差。
根據(jù)上述的構(gòu)想，該電源更包括一第 一低功率電壓輸出與一第二低功率電壓輸出，其中該第一輸出變換器為一多路輸出變換器，該第二輸出變換器 為一單路輸出變換器，且該多路輸出變換器包括一控制電路，接收該第一高 功率電壓輸出與該第一低功率電壓輸出，用以產(chǎn)生一第一控制信號， 一第一 逆變器，接收該輸入電壓與該第一控制信號，用以產(chǎn)生一第一交流輸出電壓， 一第一變壓器，具一第——次側(cè)繞組、 一第一二次側(cè)繞組與一第二二次側(cè)繞 組，其中該第——次側(cè)繞組耦合于該第一逆變器，該第一與該第二二次側(cè)繞 組各具一第一端與一第二端，該第二二次側(cè)繞組該第一端耦合于該第一二次 側(cè)繞組該第二端，且該第二二次側(cè)繞組該第二端接地， 一第一整流器，耦合 于該第一二次側(cè)繞組的該第一與該第二端， 一后置穩(wěn)壓器，耦合于該第一二 次側(cè)繞組的該第二端，用以產(chǎn)生該第二低功率電壓輸出， 一第一濾波器，耦 合于該第一整流器，用以產(chǎn)生該第一高功率電壓輸出，以及一第二濾波器， 耦合于該第一整流器，用以產(chǎn)生該第一低功率電壓輸出。
根據(jù)上述的構(gòu)想，該第一濾波器包括一第一電容與一第一電感，該第二 濾波器包括一第二電容與一第二電感，且該第一電感與該第二電感磁性耦合。
根據(jù)上述的構(gòu)想，該輸入電壓是為一直流輸入電壓，該第一與該第二高 功率電壓輸出是為一高功率直流電壓輸出，且該第一與該第二低功率電壓輸 出分別為一第一與一第二低功率直流電壓輸出。
根據(jù)上述的構(gòu)想，該單路輸出變換器包括一第二控制電路，接收該第二 高功率電壓輸出，用以產(chǎn)生一第二控制信號， 一第二逆變器，接收該輸入電 壓與該第二控制信號，用以產(chǎn)生一第二交流輸出電壓， 一第二變壓器，具一 第二一次側(cè)繞組與一第三二次側(cè)繞組，其中該第三二次側(cè)繞組具一第一端與 一第二端，該第二一次側(cè)繞組耦合于該第二逆變器，且該第三二次側(cè)繞組的 該第二端接地，以及一第二整流器，耦合于該第三二次側(cè)繞組的該第一端， 用以產(chǎn)生該第二高功率電壓輸出。
本案的下一主要目的在于提供一種用于一開關(guān)模式電源的控制方法，其 中該開關(guān)模式電源包括一第一輸出變換器，用以產(chǎn)生一第一高功率電壓輸 出，及一第二輸出變換器，產(chǎn)生一第二高功率電壓輸出，且與該第一高功率
電壓輸出耦合，以產(chǎn)生一耦合輸出，該方法包含下列的步驟當該耦合輸出
ii的一暫態(tài)功率小于或等于該第一高功率電壓輸出的一額定輸出功率時，使該 第一輸出變換器工作，而使該第二輸出變換器閑置；以及當該暫態(tài)功率大于 該額定輸出功率時，使該第二輸出變換器也開始工作。
根據(jù)上述的構(gòu)想，該開關(guān)模式電源更包括一電阻，具一第一端以及一第 二端，該第一端耦合于該第一輸出變換器，該第二端耦合于該第二輸出變換 器，該第一輸出變換器與該第二輸出變換器均接收一輸入電壓，且該方法更
包括下列的步驟使該第一輸出變換器產(chǎn)生一第一與一第二低功率電壓輸 出；當該暫態(tài)功率大于該額定輸出功率時，使該第一輸出變換器的一輸出功 率瞬間減小到一限流輸出功率；以及當該第二輸出變換器于開通時，使其具 有一輸出功率等于該耦合輸出功率與該限流輸出功率的一差。
根據(jù)上述的構(gòu)想，該輸入電壓是為一直流輸入電壓，該第一與該第二高 功率電壓輸出均為一高功率直流電壓輸出，且該第一與該第二低功率電壓輸 出分別為一第一與一第二低功率直流電壓輸出。
根據(jù)上述的構(gòu)想，該開關(guān)模式電源更包括一電阻，具一第一端以及一第 二端，該第一端耦合于該第一輸出變換器，該第二端耦合于該第二輸出變換 器，該第一輸出變換器與該第二輸出變換器均接收一輸入電壓，該第一與該 第二高功率電壓輸出均為一高功率直流電壓輸出，且該方法更包括一步驟
使該第一輸出變換器更產(chǎn)生至少一低功率直流電壓輸出。
根據(jù)上述的構(gòu)想，該輸入電壓是為一直流輸入電壓，且該至少一低功率 直流電壓輸出包括一第一與一第二低功率直流電壓輸出。
本發(fā)明提供一種大功率開關(guān)模式電源，該電源具有負載范圍相對較高的 效率，其采用多路輸出變換器與單路輸出變換器并聯(lián)結(jié)構(gòu)，有效地提高了多 路輸出的輕載效率，解決了變壓器的散熱問題以及多路輸出變換器的交叉調(diào) 整率問題。
為了讓本發(fā)明的上述目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳 實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下圖1:其是顯示一已知的桌上型電腦電源的直流/直流變換器級的電路示 意圖2:其是顯示一已知的工作站電腦電源的直流/直流變換器級的電^^示 意圖3(a):其是顯示一依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第一較佳實施例的工作站電腦電 源的直流/直流變換器級的電路示意圖3(b):其是顯示一依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第一較佳實施例的工作站電腦電 源的直流/直流變換器級的多路變換器的電路示意圖3(c):其是顯示一依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第一較佳實施例的工作站電腦電 源的直流/直流變換器級的單路變換器的電路示意圖4:其是顯示一已知的兩直流變換器并聯(lián)工作效率圖5:其是顯示一依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第一較佳實施例的控制策略下負載 范圍內(nèi)變換器工作搭配圖6:其是顯示一依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第一較佳實施例的控制策略下兩直 流變換器并聯(lián)工作效率圖；以及
圖7:其是顯示一依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第一較佳實施例的架構(gòu)與控制策略 及采用該架構(gòu)與已知技術(shù)控制策略時兩直流變換器并聯(lián)工作效率的比較圖。
具體實施例方式
本發(fā)明所提出的新的技術(shù)解決方案是針對大功率多路輸出工作站電腦 的開關(guān)模式電源，使其實現(xiàn)從滿載到極輕載具有相對的高效率，同時設(shè)計簡 單，具有低成本的特點。在工作站電腦電源中，+ 12V輸出功率所占比重很 高(通常80%左右)。本發(fā)明的第一較佳實施例如圖3(a)所示， 一工作站電 腦電源的直流/直流變換器級3由一多路輸出變換器31(其為一直流/直流變 換器)、 一單路輸出變換器32(其也為一直流/直流變換器)和一電阻性元件33 所組成。其中，該多路輸出變換器31包括一第一逆變器、 一第一變壓器Tl, 具一第——次側(cè)繞組Nlp耦合于該第一逆變器、 一第一二次側(cè)繞組Nlsl與
13一第二二次側(cè)繞組Nls2、 一第一整流器耦合于該第一二次側(cè)繞組Nlsl、 一 第一濾波器(包括一第一電感L1與一第一電容C1)與一第二濾波器(包括一第 二電感L2與一第二電容C2)均耦合于該第一整流器，分別用于產(chǎn)生+ 12V1 與+ 5V的輸出電壓、 一后置穩(wěn)壓器(postregulator)耦合于連接該第一二次側(cè) 繞組Nlsl與該第二二次側(cè)繞組Nls2的一節(jié)點，用于產(chǎn)生+ 3.3V的輸出電 壓，以及一控制電路，耦合于該第一逆變器，接收該+ 12Vl與+5V的輸出 電壓，用以產(chǎn)生一第一控制信號(未顯示)。而該單路輸出變換器32包括一 第二逆變器、 一第二變壓器T2，具一第二一次側(cè)繞組N2p耦合于該第二逆 變器與一第三二次側(cè)繞組N2s、一第二整流器耦合于該第三二次側(cè)繞組N2s, 用于產(chǎn)生+ 12V2的輸出電壓，以及一第二控制電路，耦合于該第二逆變器， 接收該+ 12V2的輸出電壓，用以產(chǎn)生一第二控制信號(未顯示)。該單^各輸出 變換器32提供絕大部分的+ 12V輸出負載功率，該多路輸出變換器31的滿 載輸出功率小于該單路輸出變換器32。該多路輸出變換器31輸出端的輸出 電壓分別為+ 12V1， +5V以及+ 3.3V,而該單路輸出變換器32單路輸出+ 12V2。 +12￥1與+ 12￥2通過電阻性元件33連接，用以產(chǎn)生一輸出功率為 +12丫的耦合輸出。
在上述本發(fā)明的第一較佳實施例中，由于運用兩個變換器31與32來傳 輸功率，使得功率得到分攤，有效的解決了現(xiàn)有技術(shù)中通過一個變換器內(nèi)的 一個變壓器傳輸功率產(chǎn)生的散熱問題。而且+12V輸出功率的大多數(shù)由單路 輸出變換器32提供+12V2，多路輸出變換器31的+12Vl與5V電壓輸出的 輸出功率相差不大，相互影響較小，用同一個控制電路，解決了交叉調(diào)整率 的問題。
重載時，該多路輸出變換器31和該單路輸出變換器32同時工作，+ 12V 輸出功率由該多路輸出變換器31的+12Vl輸出端和該單路輸出變換器32的 +12V2輸出端耦合提供，+ 5V和+ 3.3V功率由該多路輸出變換器31提供。 輕載時，只有該多路輸出變換器31工作，依然能夠提供+12V,十5V以及 十3.3V輸出；由于功率較大的該單路輸出變換器32閑置，變換器的不變損 耗(例如變壓器的鐵心損耗，開關(guān)的驅(qū)動損耗等等)顯著減少，因此直流變 換在輕載時依然維持很高的變換效率。請參看圖3(b)，其是顯示上述依據(jù)本
14發(fā)明構(gòu)想的第 一較佳實施例的工作站電腦電源的直流/直流變換器級的多路
變換器31的電路示意圖。其中該第一逆變器包括二極管Dil-Di2與開關(guān) SW1-SW2。該第一整流器包括二極管Drl-Dr4。該后置穩(wěn)壓器包括二極管 Dr5-Dr7、電感L3-L4(其中L4為一飽和電感)及電容C3,其中該二極管Dr6 接收一外來的重置信號。
而圖3(c)則是顯示一依據(jù)本發(fā)明構(gòu)想的第一較佳實施例的工作站電腦 的電源直流/直流變換器級的單路變換器32的電路示意圖。其中該第二逆變 器包括二極管Di3-Di4與開關(guān)SW3-SW4。該第二整流器包括二極管Dr7-Dr8、 電感L5及電容C4。
在本發(fā)明電路釆用現(xiàn)有技術(shù)的兩變換器并聯(lián)工作控制策略時，輕載時只 有多路輸出變換器31工作，負載從輕載增加到滿載過程中的設(shè)定負載時，該 單路輸出變換器32開始工作，該多路輸出變換器31此時工作于限流狀態(tài)， 而該單路輸出變換器32負載由零開始逐漸增加。這種控制方式下，該直流/ 直流變換器級3的效率曲線如圖4所示，在該單路輸出變換器32開始工作 時，由于單路輸出變換器32處于極輕載狀態(tài)，效率極低，參考圖4中T]2(x) 曲線，總體輸出的效率跌落很大，從而影響在整個負載范圍內(nèi)實現(xiàn)高效率， 其控制效果由圖4體現(xiàn)。在圖4中，本領(lǐng)域具一^^支藝者均知nprior(x)= (nl(x)*負載比率+ri2(x)承負載比率)/輸入功率，其中ti l(x)為該多路輸 出變換器31的效率曲線，n2(x)為該單路輸出變換器32的效率曲線，而ti prior(x)則為該直流/直流變換器級3,采用現(xiàn)有技術(shù)的控制策略的效率曲線。
本發(fā)明中采用一種新的控制策略，實現(xiàn)整個負載范圍內(nèi)的高效率。如圖 5所示，其中，橫坐標P。表示該多路輸出變換器31與該單路輸出變換器32 的一耦合輸出端B(如圖3(a)所示，其為一節(jié)點)的輸出暫態(tài)功率，P2為多路 輸出變換器31的高功率電壓輸出+12Vl的額定功率，P，為該多路輸出變換 器31的限流輸出功率。輸出端B的負載較輕時(P?！碢2)，只有該多路輸出變 換器31工作，此時該單路輸出變換器32閑置。當P。>Pjt, 該單路輸出 變換器32開始工作，此時該多路輸出變換器31輸出功率瞬間減小到Pl， 工作于限流狀態(tài)，(P^P2)從圖7顯示的效率曲線可知，多路輸出變換器輸出 功率減小到P,，而該單路輸出變換器32輸出功率為P。-Pp即該單路輸出變換器32開通時便有P2-P!的輸出功率。由于該單路輸出變換器32開始工作 時即帶有一定負載，該兩變換器31與32都工作于高效率狀態(tài)，因此由該多 路輸出變換器31工作而該單路輸出變換器32閑置，到該多路輸出變換器 31和該單路輸出變換器32同時工作，該直流/直流變換器級3的效率變化最 小。其控制效果由圖6的效率曲線體現(xiàn)。在圖6中，本領(lǐng)域具一般技藝者均 知rinew(x) = (n l(x)*負載比率+ ti 2(x) *負載比率)/輸入功率，其中r| new(x)為該直流/直流變換器級3采用本發(fā)明所提議新的控制策略的效率曲 線，當釆用本發(fā)明所提議該新的控制策略時，不會出現(xiàn)大功率變換器(單路 輸出變換器32)工作在極輕載的狀態(tài)，因而不會出現(xiàn)較大的效率跌落。
圖7為本發(fā)明的控制描述，縱座標為效率，橫座標為兩個變換器31與 32的功率之和。在圖7中的路經(jīng)E-D-C-B部分為多路輸出變換器31的+12V1 輸出的效率曲線n l(x)，其中路經(jīng)E-D-C部分與總效率曲線(11 prior(x)或ri new(x))重合。請對照圖5 —起參閱；而在圖5中，Pl為多路輸出變換器31 的+12Vl限流輸出功率，P2為多路輸出變換器31的+12Vl的額定功率。當 運用已知技術(shù)的控制方式于如圖3(a)所示的本發(fā)明架構(gòu)時，其效率曲線為n prior(x),而其效率路徑為E-D-C-A-B-F,其中在C點時，多路輸出變換器 31的+12Vl輸出功率為Pl,單路輸出變換器32的+12V2的輸出功率為0。 隨著兩個變換器31與32的功率之和PO不斷增大，橫座標的向右移動(結(jié)合 圖5與圖7),兩個變換器31與32的功率之和不斷增大，當POP1時，該 多路輸出變換器31的+12Vl電壓輸出處于限流狀態(tài)，輸出功率Pl,該單路 輸出變換器32(其效率曲線為n 2(x))的輸出功率由0開始逐步增加總體輸出 效率被瞬間拉低到A點。當運用本發(fā)明中所采取的控制方式于如圖3(a)所示 的本發(fā)明架構(gòu)時，其效率曲線為圖6(a)所示nnew(x),而其效率路徑為 E-D-C-B-F。當位于該E-D-C-B-F ^各徑中的B點時，該多路輸出變換器31 處于該+12Vl輸出功率為P2的臨界狀態(tài)，而該單路輸出變換器32處于導通 /關(guān)斷的一個臨界狀態(tài)。當該單路輸出變換器32導通時，其+12V2的輸出功 率為P2-P1，而此時該多路輸出變換器31的+12Vl輸出功率由其額定輸出 功率P2跳變到其限流輸出功率Pl。隨著兩個變換器31與32的功率之和P0 不斷增大，橫座標的向右移動，該多路輸出變換器31的+12Vl電壓輸出維 持于限流狀態(tài)，而該單路輸出變換器32輸出功率為P0-P1。從圖7中可以看到B點與A點之間的縱軸差為采用本控制方式的優(yōu)勢效率的提高。
由上述的說明可知，本發(fā)明在于提供一種大功率開關(guān)模式電源，該電源 具有負載范圍相對較高的效率，其采用多路輸出變換器與單路輸出變換器并 聯(lián)結(jié)構(gòu)，有效地提高了多路輸出的輕載效率，解決了變壓器的散熱問題以及 多路輸出變換器的交叉調(diào)整率問題。
因此，縱使本案已由上述的實施例所詳細敘述而可由熟悉本技藝的人士 任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附權(quán)利要求范圍所欲保護者。
權(quán)利要求
1. 一種開關(guān)模式電源，包含一第一輸出變換器，接收一直流輸入電壓，用以產(chǎn)生一第一高功率直流電壓輸出與至少一低功率直流電壓輸出；以及一第二輸出變換器，接收該直流輸入電壓，產(chǎn)生一第二高功率直流電壓輸出，且與該第一高功率直流電壓輸出耦合，以產(chǎn)生一耦合輸出，其中當該耦合輸出的一暫態(tài)功率小于或等于該第一高功率直流電壓輸出的一額定輸出功率時，該第一輸出變換器工作，而該第二輸出變換器閑置；但當該暫態(tài)功率大于該額定輸出功率時，該第二輸出變換器也開始工作。
2. 如權(quán)利要求1所述的電源，其中該電源更包括一電阻性元件，具一第一端以及一第二端，其中該第一端耦合于該第一輸出變換器，且該第二端耦合于該第二輸出變換器；及/或當該耦合輸出功率大于該額定功率時，該第一輸出變換器的一輸出功率瞬間減小到一限流輸出功率，當該第二輸出變換器開通時，其具有一輸出功率等于該耦合輸出功率與該限流輸出功率的一差。
3. 如權(quán)利要求1所述的電源，其中該第一輸出變換器為一多路輸出變換器，該第二輸出變換器為一單路輸出變換器，該至少一低功率直流電壓輸出包括 一 第 一 低功率直流電壓輸出與 一 第二低功率直流電壓輸出，且該多路輸出變換器包括一控制電路，接收該第 一 高功率直流電壓輸出與該第 一低功率直流電壓輸出，用以產(chǎn)生一第一控制信號；一第一逆變器，接收該直流輸入電壓與該第一控制信號，用以產(chǎn)生一第一交-充1命出電壓；一第一變壓器，具一第一一次側(cè)繞組、 一第一二次側(cè)繞組與一第二二次側(cè)繞組，其中該第——次側(cè)繞組耦合于該第一逆變器，該第一與該第二二次側(cè)繞組各具一第一端與一第二端，該第二二次側(cè)繞組的該第一端耦合于該第一二次側(cè)繞組的該第二端，且該第二二次側(cè)繞組的該第二端接地；一第一整流器，耦合于該第一二次側(cè)繞組的該第一與該第二端；一后置穩(wěn)壓器，耦合于該第一二次側(cè)繞組的該第二端，用以產(chǎn)生該第二低功率直流電壓輸出；一第一濾波器，耦合于該第一整流器，用以產(chǎn)生該第一高功率直流電壓車命出；以及一第二濾波器，耦合于該第一整流器，用以產(chǎn)生該第一低功率直流電壓輸出。
4. 如權(quán)利要求3所述的電源，其中該第一濾波器包括一第一電容與一第一電感，該第二濾波器包括一第二電容與一第二電感，該第一電感與該第二電感^P茲性耦合，且該多^4t出變^灸器與該單路輸出變換器均為 一 直流/直流變換器。
5. 如權(quán)利要求3所述的電源，其中該單路輸出變換器包括一第二控制電路，接收該第二高功率電壓輸出，用以產(chǎn)生一第二控制信—， 一第二逆變器，接收該直流輸入電壓與該第二控制信號，用以產(chǎn)生一第二交濟uir出電壓；一第二變壓器，具一第二一次側(cè)繞組與一第三二次側(cè)繞組，其中該第三二次側(cè)繞組具一第一端與一第二端，該第二一次側(cè)繞組耦合于該第二逆變器，且該第三二次側(cè)繞組的該第二端接地；一第二整流器，耦合于該第三二次側(cè)繞組的該第一端，用以產(chǎn)生該第二高功率直流電壓輸出，其中該第一與該第二逆變器均為一半橋逆變器，該第一與該第二整流器均為 一半波整流器。
6. —種開關(guān)模式電源，包含一第一輸出變換器，接收一輸入電壓，用以產(chǎn)生一第一高功率電壓輸出；以及一第二輸出變換器，接收該輸入電壓，產(chǎn)生一第二高功率電壓輸出，且與該第一高功率電壓輸出耦合，以產(chǎn)生一耦合輸出，其中當該耦合輸出的一暫態(tài)功率小于或等于該第一高功率電壓輸出的一額定輸出功率時，該第一輸出變換器工作，而該第二輸出變換器閑置；但當該暫態(tài)功率大于該額定輸出功率時，該第二輸出變換器也開始工作。
7. 如權(quán)利要求6所述的電源更包括 一 電阻性元件，具 一 第一端以及一第二端，其中該第一端耦合于該第一輸出變換器，該第二端耦合于該第二輸出變換器，當該耦合輸出功率大于該額定輸出功率時，該第 一輸出變換器的 一輸出功率瞬間減小到 一 限流輸出功率，且當該第二輸出變換器開通時，其具有一輸出功率等于該耦合輸出功率與該限流輸出功率的 一 差。
8. 如權(quán)利要求6所述的電源更包括一第 一低功率電壓輸出與一第二低功率電壓輸出，其中該第一輸出變換器為一多路輸出變換器，該第二輸出變換器為一單路輸出變換器，且該多路輸出變換器包括一控制電路，接收該第一高功率電壓輸出與該第一低功率電壓輸出，用以產(chǎn)生一第一控制信號；一第一逆變器，接收該輸入電壓與該第一控制信號，用以產(chǎn)生一第一交 敘出電壓；一第一變壓器，具一第一一次側(cè)繞組、 一第一二次側(cè)繞組與一第二二次側(cè)繞組，其中該第——次側(cè)繞組耦合于該第一逆變器，該第一與該第二二次側(cè)繞組各具一第一端與一第二端，該第二二次側(cè)繞組該第一端耦合于該第一二次側(cè)繞組該第二端，且該第二二次側(cè)繞組該第二端接地；一第一整流器，耦合于該第一二次側(cè)繞組的該第一與該第二端；一后置穩(wěn)壓器，耦合于該第一二次側(cè)繞組的該第二端，用以產(chǎn)生該第二低功率電壓輸出；一第一濾波器，耦合于該第一整流器，用以產(chǎn)生該第一高功率電壓輸出；以及一第二濾波器，耦合于該第一整流器，用以產(chǎn)生該第一低功率電壓輸出。
9. 如權(quán)利要求8所述的電源，其中該第一濾波器包括一第一電容與一第一電感，該第二濾波器包括一第二電容與一第二電感，且該第一電感與該第二電感;茲性耦合；及/或該輸入電壓是為一直流輸入電壓，該第一與該第二高功率電壓輸出均為一高功率直流電壓輸出，且該第一與該第二低功率電壓輸出分別為一第一與一第二低功率直流電壓輸出。
10. 如權(quán)利要求8所述的電源，其中該單路輸出變換器包括一第二控制電路，接收該第二高功率電壓輸出，用以產(chǎn)生一第二控制信號.一第二逆變器，接收該輸入電壓與該第二控制信號，用以產(chǎn)生一第二交;充豐ir出電壓；一第二變壓器，具一第二一次側(cè)繞組與一第三二次側(cè)繞組，其中該第三二次側(cè)繞組具一第一端與一第二端，該第二一次側(cè)繞組耦合于該第二逆變器，且該第三二次側(cè)繞組的該第二端接地；以及一第二整流器，耦合于該第三二次側(cè)繞組的該第一端，用以產(chǎn)生該第二高功率電壓輸出。
11. 一種用于一開關(guān)模式電源的控制方法，其中該開關(guān)模式電源包括一第一輸出變換器，用以產(chǎn)生一第一高功率電壓輸出，及一第二輸出變換器，產(chǎn)生一第二高功率電壓輸出，且與該第一高功率電壓輸出耦合，以產(chǎn)生一耦合輸出，該方法包含下列的步驟當該耦合輸出的一暫態(tài)功率小于或等于該第 一 高功率電壓輸出的一額定輸出功率時，使該第一輸出變換器工作，而使該第二輸出變換器閑置；以及當該暫態(tài)功率大于該額定輸出功率時，使該第二輸出變換器也開始工作。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中該開關(guān)模式電源更包括一電阻，具一第一端以及一第二端，該第一端耦合于該第一輸出變換器，該第二端耦合于該第二輸出變換器，該第一輸出變換器與該第二輸出變換器均接收一輸入電壓，且該方法更包括下列的步驟使該第 一輸出變換器產(chǎn)生一第 一與 一第二低功率電壓輸出；當該暫態(tài)功率大于該額定輸出功率時，使該第一輸出變換器的一輸出功率瞬間減小到一限流輸出功率；以及當該第二輸出變換器于開通時，使其具有一輸出功率等于該耦合輸出功率與該限流輸出功率的 一 差。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中該輸入電壓是為一直流輸入電壓，該第一與該第二高功率電壓輸出均為一高功率直流電壓輸出，且該第一與該第二低功率電壓輸出分別為一第一與一第二低功率直流電壓輸出；及/或該第一輸出變換器是為一如權(quán)利要求11所述的多路輸出變換器，且該第二輸出變換器是為一如權(quán)利要求io所述的單路輸出變換器。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中該開關(guān)模式電源更包括一電阻，具一第一端以及一第二端，該第一端耦合于該第一輸出變換器，該第二端耦合于該第二輸出變換器，該第一輸出變換器與該第二輸出變換器均接收一輸入電壓，該第 一與該第二高功率電壓輸出均為 一 高功率直流電壓輸出，且該方法更包括 一 步驟使該第一輸出變換器更產(chǎn)生至少一低功率直流電壓輸出，其中該輸入電壓是為一直流輸入電壓，且該至少一低功率直流電壓輸出包括一第一與一第二低功率直流電壓輸出；及/或該第一輸出變換器是為一如權(quán)利要求4所述的多路輸出變換器，且該第二輸出變換器是為一如權(quán)利要求5所述的單路輸出變換器。
全文摘要
本發(fā)明是揭露一種具有高效率的大功率多路輸出電源結(jié)構(gòu)及其控制方法，所述電源結(jié)構(gòu)具體為開關(guān)模式電源，包含一第一輸出變換器，用以產(chǎn)生一第一高功率電壓輸出，以及一第二輸出變換器，產(chǎn)生一第二高功率電壓輸出，且與該第一高功率電壓耦合，以產(chǎn)生一耦合輸出，其中當該耦合輸出的一暫態(tài)功率小于或等于該第一高功率電壓輸出的一額定輸出功率時，該第一輸出變換器工作，而該第二輸出變換器閑置；但當該暫態(tài)功率大于該額定輸出功率時，該第二輸出變換器也開始工作。本發(fā)明有效地提高了該電源的輕載效率，解決了變壓器的散熱問題以及多路輸出變換器的交叉調(diào)整率問題，實現(xiàn)了從滿載到極輕載具有相對的高效率，同時設(shè)計簡單，具有低成本的特點。
文檔編號H02M3/335GK101499723SQ20081000474
公開日2009年8月5日 申請日期2008年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月28日
發(fā)明者應建平, 飛 李, 甘鴻堅 申請人:臺達電子工業(yè)股份有限公司