具低输出电压保护功能的电源供应电路的制作方法

本发明是关于一种电源供应电路，特别是关于一种具低输出电压保护功能的电源供应电路。

背景技术：

电源供应器主要包含有依序连接的一次侧电路、变压器与二次侧电路，所述一次侧电路具有一控制器，所述控制器可调整所述变压器一次侧绕组的输入功率，在理想状态下，基于能量不灭定理，所述变压器一次侧绕组的输入功率与二次侧绕组的输出功率相等。所述变压器的二次侧绕组通过所述二次侧电路而连接一负载，以产生一直流电源给所述负载。此外，所述一次侧电路的控制器可与所述负载连接，以根据所述负载的用电需求而提升所述变压器一次侧绕组的输入功率，进而提高所述变压器二次侧绕组的输出功率，让所述负载能接收较高功率的直流电源。

举例而言，所述负载可为一打印机，一般来说，所述变压器一次侧绕组的输入功率为35W时即足够所述打印机执行一般打印动作，然而，当所述打印机刚开机时，或瞬间有较大的用电需求时，所述打印机将传送一控制指令给所述电源供应器的控制器，所述控制器根据所述控制指令暂时提升所述变压器一次侧绕组的输入功率，所述变压器二次侧绕组的输出功率也对应提升，使所述二次侧电路产生的直流电源符合所述打印机的用电需求。为了避免所述电源供应器本身的电路元件组件长时间操作在大输出功率而损坏，所述电源供应器具有一自我保护机制(self-protection)，举例而言，当所述变压器一次绕组的输入功率提高到85W，且其持续时间达到一门槛时间(例如760毫秒)时，所述电源供应器进入闭锁(latch-off)模式而停止输出电源；或者当所述变压器一次侧绕组的输入功率提高至110W，且其持续时间达到另一较短的门槛时间(例如250毫秒)，所述电源供应器进入闭锁模式而停止输出电源。当所述电源供应器进入闭锁模式后，因不再提供电源给所述打印机，故能避免所述电源供应器本身的电路元件因长时间操作在大输出功率而损坏。

然而，因为所述打印机的输入工作电压不变，所述变压器的二次侧绕组亦维持原本的输出电压，随着所述变压器二次侧绕组的输出功率提升，从而提升所述变压器二次侧绕组的输出电流，如此一来，所述二次侧电路的电路元件(例如二极管、输出电感、输出电容等)也将承受高输出电流，仍有损坏的风险。有鉴于此，现有电源供应器可具备一过电流保护机制(over-current protection)以提供保护点。以第一保护点与第二保护点为例，当所述变压器一次绕组的输入功率达到65W的第一保护点，且其持续时间达到一门槛时间(例如1.2～2毫秒)时，所述电源供应器进入闭锁模式而停止输出电源；或者，当所述变压器一次绕组的输入功率达到130W的第二保护点，且其持续时间达到一门槛时间(例如64毫秒)时，所述电源供应器进入闭锁模式而停止输出电源。在过电流保护机制中，其65W的第一保护点低于所述自我保护机制的85W，相对地，因所述变压器二次侧绕组的输出电压不变，故其输出电流降低，减轻二次侧电路的负担。又所述过电流保护机制还进一步提供130W的第二保护点，其容许的持续时间仅为64毫秒，远低于自我保护机制中110W的250毫秒或85W的760毫秒，更能确保所述电源供应器的二次侧电路在高功率操作下不会损坏。

基于环保诉求，当负载长时间待机时，负载会自动执行一睡眠模式，此时所述负载的输入工作电压切换为较低的电压，且所述负载关闭大部分的功能，藉此降低耗电量。以前述的打印机为例，其在一般工作模式的输入工作电压可为32V，则所述电源供应器对应提供32V的输出电压；当所述打印机进入睡眠模式时，其输入工作电压切换为12V，对应地，所述电源供应器的输出电压也对应降为12V。

以65W的第一保护点为例，当所述变压器二次侧绕组的输出电压为32V时，所述二次侧绕组的输出电流为2.03A；当所述二次侧绕组的输出电压为12V时，所述二次侧绕组的输出电流将高达5.41A。为了符合安规要求，不论所述打印机执行一般工作模式或睡眠模式，亦即不论所述变压器二次侧绕组的输出电压为高电压或低电压，所述电源供应器皆使用相同的保护点，则所述二次侧电路应采用至少能承受5.41A的高输出电流的高规格电路元件。然而，相较于一般工作模式，所述打印机执行睡眠模式的频率甚低，且当打印机执行睡眠模式时，其耗电量甚低，所述电源供应器的变压器一次侧绕组不可能提高输入功率，换言之，所述电源供应器的二次侧电路没有必要采用如此高规格电路元件，故使用所述等高规格电路元件将不符成本。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种具低输出电压保护功能的电源供应电路。

所述具低输出电压保护功能的电源供应电路包含：

一变压器；

一次侧电路，连接所述变压器的一次侧绕组，所述一次侧电路包含有一控制器，所述控制器检测所述一次侧绕组的输入功率，当所述一次侧绕组的输入功率达到一第一功率保护点或一第二功率保护点时，所述电源供应电路进入一闭锁模式而停止输出电源，其中所述第二功率保护点低于所述第一功率保护点；

二次侧电路，连接所述变压器的二次侧绕组且具有一电源输出端；当所述电源输出端为一第一电压，所述控制器执行所述第一功率保护点，当所述电源输出端为一第二电压，所述控制器执行所述第二功率保护点，其中所述第二电压低于所述第一电压。

所述变压器二次侧电路的电源输出端可连接一负载的一工作电源输入端，所述负载包含有一工作模式与一睡眠模式，当所述负载执行工作模式时，其工作电源输入端需接收一高电压，故由所述二次侧电路的电源输出端产生较高的所述第一电压给所述负载，则所述控制器执行所述第一功率保护点。当所述负载执行睡眠模式时，其工作电源输入端仅需接收一低电压，故由所述二次侧电路的电源输出端产生较低的所述第二电压给所述负载，则所述控制器执行所述第二功率保护点。由此可见，本发明的所述控制器是随着所述二次侧电路的输出电压高低而对应切换执行所述第一功率保护点或第二功率保护点，为低输出电压时提供保护功能。

举例来说，所述二次侧电路产生的输出电压可为32V，则所述第一功率保护点可设为65W，所述二次侧电路应采用能承受电流为2.03A的电路元件；另一方面，所述二次侧电路产生的输出电压可为12V，则所述第二功率保护点可设为10W，所述二次侧电路应采用能承受电流为0.83A的电路元件。综上所述，当所述二次侧电路的电源输出端产生较低的第二电压时，本发明的所述控制器对应切换执行所述第二功率保护点，在所述第二功率保护点下，所述变压器二次侧绕组的输出电流仅为0.83A，远低于现有技术所述的5.41A，换言之，不论所述二次侧电路输出较高的第一电压或较低的第二电压，只要采用能承受电流为2.03A的电路元件即可。如此一来，本发明的二次侧电路不必采用如现有技术所述的高规格电路元件，有效降低成本。

附图说明

图1为本发明的具低输出电压保护功能的电源供应电路的电路方块示意图。

图2为本发明的一次侧电路、变压器、二次侧电路与打印机的电路示意图Ⅰ。

图3为本发明中的一次侧电路、变压器、二次侧电路与打印机的电路示意图Ⅱ。

图4为本发明的具低输出电压保护功能的电源供应电路通过连接端口以连接一电子装置的电路方块示意图。

图5为本发明中的控制器内设置第一与第二电压比较器的电路示意图。

附图标号说明

10 整流器

110 控制器

111 电子开关

112 电流检测元件

11 一次侧电路

12 二次侧电路

13 变压器

131 一次侧绕组

132 二次侧绕组

133 输出绕组

14 反馈电路

140 光耦合器

141 开关元件

20 打印机

30 比较器单元

31 OR逻辑门

32 逻辑控制电路

41 第一电压比较器

42 第二电压比较器

100 电源适配器

101 电源供应电路

102 连接端口

200 电子装置

201 连接端口

具体实施方式

请参考图1，本发明的具低输出电压保护功能的电源供应电路包含有一整流器10、一次侧电路11、二次侧电路12、一变压器13与一反馈电路14。所述变压器13具有一次侧绕组131与二次侧绕组132，所述一次侧电路11连接于所述整流器10与所述变压器13的一次侧绕组131之间，所述整流器10与一次侧电路11作为一交流/直流转换电路，所述二次侧电路12连接所述变压器13的二次侧绕组132，作为一直流/直流转换电路，所述二次侧电路12包含有一电源输出端VDC，所述电源输出端VDC供连接一负载。所述整流器10的输入端VAC接收一市电电源，所述整流器10、一次侧电路11、变压器13与二次侧电路12将所述市电电源转换为一直流电源，所述直流电源从所述二次侧电路12的电源输出端VDC输出给所述负载。

请配合参考图2，本较佳实施例中，所述一次侧电路11包含有一控制器110、一电子开关111与一电流检测元件112，所述电子开关111是串接于所述变压器13的一次侧绕组131，所述控制器110的一驱动端GATE连接所述电子开关111的一控制端，以控制所述电子开关111的导通周期，所述控制器110的一电源输入端VDD连接所述变压器13的一输出绕组133以接收一直流工作电压。所述电流检测元件112可为串接于所述变压器13一次侧绕组131的一电阻，但不以此为限，所述电流检测元件112连接所述控制器110的一电流检测端CS。所述负载以一打印机20为例说明，所述打印机20包含有一工作电源输入端Vin与一模式输出端MO，所述二次侧电路12的电源输出端VDC连接所述打印机20的工作电源输入端Vin，以传送所述直流电源给所述打印机20。所述反馈电路14包含有一第一输入端a1、一第二输入端a2与一输出端a3，所述第一输入端a1连接所述二次侧电路12的电源输出端VDC，所述第二输入端a2连接所述打印机20的模式输出端MO，所述输出端a3连接所述控制器110的一反馈输入端FB，所述反馈电路14检测所述电源输出端VDC的电压，并将检测结果回传到所述控制器110，所述控制器110根据所述检测结果控制所述电子开关111的导通周期，以调整功率因数以及稳定输出电压、电流，并可判断所述电源输出端VDC的电压大小。

请参考图3所示所述反馈电路14的较佳实施例，所述反馈电路14可包含有一第一电阻R1、一第二电阻R2、一第三电阻R3、一光耦合器140、一开关元件141与一晶体管Q。所述第一电阻R1的一端连接所述第一输入端a1，所述第一电阻R1、第二电阻R2与第三电阻R3彼此串联；所述光耦合器140包含有两输入端与两输出端，所述两输出端分别连接所述控制器110的一反馈输入端FB与接地；所述开关元件141包含有一第一端b1、一第二端b2与一控制端b3，所述光耦合器140的所述两输入端分别连接所述第一输入端a1与所述开关元件141的第一端b1，所述开关元件141的第二端b2接地，所述开关元件141的控制端b3连接所述第一电阻R1与第二电阻R2的串接节点；所述晶体管Q包含有一第一端c1、一第二端c2与一控制端c3，所述第一端c1连接所述第二电阻R2与第三电阻R3的串接节点，所述第二端c2接地，所述控制端c3连接所述第二输入端a2而连接所述打印机20的模式输出端MO。本较佳实施例中，所述晶体管Q是以双极性接面晶体管(BJT)为例，但不以此为限，其第一端c1、第二端c2与控制端c3分别为集极、射极与基极。

请参考图3，所述控制器110的电流检测端CS连接所述电流检测元件112的一端，以根据所述电流检测元件112的分压检测所述一次侧绕组131的输入电流，又所述控制器110的电源输入端VDD连接所述变压器13的输出绕组133，以从所述输出绕组133接收直流工作电压，因为所述输出绕组133耦合所述一次侧绕阻131，故所述控制器110可根据所述输出绕组133的电压与所述电流检测元件112所感测到的电流计算所述一次侧绕组131的输入功率。

本发明的所述控制器110具有一自我保护机制(self-protection)与一过电流保护机制(over-current protection)，所述自我保护机制如先前技术所述，在此不赘述。所述控制器110在所述自我保护机制中执行一第一功率保护点或一第二功率保护点，所述第二功率保护点低于所述第一功率保护点，当所述电源输出端VDC为一第一电压，所述控制器110执行所述第一功率保护点，当所述电源输出端VDC为一第二电压，所述控制器110执行所述第二功率保护点，其中所述第二电压低于所述第一电压。是以，所述控制器110是随着所述二次侧电路12的电源输出端VDC的电压高低而对应切换执行所述第一功率保护点或第二功率保护点。当所述控制器110判断出所述电源输出端VDC为第一电压，且所述一次侧绕组131的输入功率达到所述第一功率保护点并持续一第一门槛时间，或判断出所述电源输出端VDC为第二电压，且所述一次侧绕组131 的输入功率达到所述第二保护点并持续一第二门槛时间，使所述电源供应电路进入一闭锁模式而停止输出电源。

举例来说，所述第一功率保护点可为65W，所述第二功率保护点可为10W。当所述打印机20执行一般工作模式时，其工作电源输入端Vin需接收32V的电压，故所述电源供应电路的二次侧电路12的电源输出端VDC产生32V的第一电压给所述打印机20，供所述打印机20执行一般工作模式；请参考图3，当所述打印机20执行一般工作模式，其模式输出端MO产生高电位，令所述反馈电路14的晶体管Q导通，所述第二电阻R2相当于接地，所述第一电阻R1与第二电阻R2之间的节点电压可导通所述开关元件141，所述光耦合器140将所述电源输出端VDC的电压耦合到所述控制器110，使所述控制器110能掌握所述电源输出端VDC的电压为32V，进而对应执行所述第一功率保护点。如此一来，当所述控制器110判断出所述一次侧绕组131的输入功率达到所述第一功率保护点，且其持续时间达到所述第一门槛时间(可为0秒或1.2～2秒)，使所述电源供应电路进入一闭锁模式而停止输出电源。

进一步地，所述控制器110还可包含有一第三功率保护点，其供所述二次侧电路12的电源输出端VDC产生所述第一电压时执行，亦即在所述打印机20的一般操作模式执行。所述第三功率保护点大于所述第一功率保护点，例如所述第三功率保护点可为130W。当所述打印机20瞬间有较大的用电量需求时，所述打印机20传送一控制指令给所述控制器110，所述控制器110根据所述控制指令暂时提升所述变压器13一次侧绕组131的输入功率，使所述变压器13二次侧绕组132的输出功率也对应提升，令所述二次侧电路12产生的直流电源符合所述打印机20瞬间的大量用电需求。此时，所述控制器110亦根据所述控制指令而从所述第一功率保护点切换执行较高的所述第三功率保护点；如此一来，当所述一次侧绕组131的输入功率达到所述第三保护点，且其持续时间达到一第三门槛时间(例如64毫秒)时，所述电源供应器进入闭锁模式而停止输出电源，藉此提供过电流保护功能。是以，根据所述第三功率保护点的设置，可避免所述一次侧绕组131的输入功率因用电需求而提高后，其先达到第一功率保护点而导致所述电源供应电路进入闭锁模式而停止输出电源，无法满足所述打印机20的瞬间大量用电需求。

当所述打印机20执行睡眠模式时，其工作电源输入端Vin仅需接收12V的电压，故所述电源供应电路的二次侧电路12的电源输出端VDC产生12V的第二电压给所述 打印机20，供所述打印机20执行睡眠模式；如图3所示，当所述打印机20执行睡眠模式时，其模式输出端MO产生低电位，令所述反馈电路14的晶体管Q截止，此时所述电源输出端VDC由32V降为12V，又所述第二电阻R2与第三电阻R3串接，使所述电源输出端VDC的第二电压在所述第二电阻R2与第三电阻R3产生的分压仍足以导通所述开关元件141，所述光耦合器140将所述电源输出端VDC的电压耦合到所述控制器110，使所述控制器110能掌握所述电源输出端VDC的电压为12V，进而对应执行所述第二功率保护点。是以，当所述控制器110判断出所述一次侧绕组131的输入功率达到所述第二功率保护点，且其持续时间达到所述第二门槛时间(可为0秒或1.2～2秒)，使所述电源供应电路进入一闭锁模式而停止输出电源。

综上所述，当所述二次侧电路12的电源输出端VDC产生32V的第一电压时，代表所述打印机20执行一般工作模式，所述打印机20有时会有较高的用电需求，故所述控制器110执行较高的65W第一功率保护点，对应地，所述二次侧电路12采用能承受电流为2.03A的电路元件。当所述二次侧电路12的电源输出端VDC产生12V的第二电压时，代表所述打印机20执行睡眠模式，所述打印机20不会有如一般工作模式的高用电需求，故所述控制器110执行较低的10W第二功率保护点，所述二次侧电路12采用能承受电流为0.83A的电路元件。是以，对于所述二次侧电路12而言，只要采用能承受电流为2.03A的电路元件，就能同时应用在所述打印机20的一般工作模式与睡眠模式，本发明的二次侧电路12不必采用如现有技术所述的高规格电路元件，有效降低成本。

请参考图4所示的具有快充功能的电源适配器100，其包含有本发明的电源供应电路101与一连接端口102，所述电源供应电路101的电源输出端VDC连接所述连接端口102，所述负载以一电子装置200为例，所述电源适配器100的连接端口102连接所述电子装置200的一连接端口201，所述电源适配器100与所述电子装置200的连接端口102、201可分别为通用串列汇流排电力传输(USB power delivery)连接端口。举例而言，本发明的所述电源供应电路101可产生20V的第一电压或5V的第二电压，且所述控制器110可执行100W的第一功率保护点或10W的第二功率保护点。当所述电子装置200是接收20V的输入工作电压，所述电源供应电路101对应输出20V的第一电压给所述电子装置200并执行100W的所述第一功率保护点，此时所述电源供应电路101应具备承受5A电流的能力；当所述电子装置200是接收5V的输入工作电压，所述电源供应电路101对应输出5V的第二电压给所述电子装置200，并改为执行10W的所述第二功率保护 点，此时所述电源供应电路101应具备承受2A电流的能力。是以，可承受电流为5A的电路元件自然可承受2A的电流，对于所述电源供应电路101而言，只要采用能承受电流为5A的电路元件，就能同时应用在20V或5V的各种不同规格的电子装置200。

于前述的较佳实施例中，是由所述控制器110通过程式判断所述变压器13一次侧绕组131的输入功率是否大于所述第一功率保护点或第二功率保护点。请参考图5，于另一实施例中，是以硬件方式实现，本发明的所述控制器110以FAN6749集成电路(IC)为例，所述FAN6749集成电路包含有一比较器单元30、OR逻辑门31与一逻辑控制电路32，所述比较器单元30的多个输入端分别连接所述控制器110的电流检测端CS与所述反馈输入端FB，所述OR逻辑门31的多个输入端分别连接所述比较器单元30的多个输出端，所述OR逻辑门31的输出端通过所述逻辑控制电路32而连接所述驱动端GATE。本发明较佳实施例是进一步设置一第一电压比较器41与一第二电压比较器42，所述等电压比较器41、42的输出端分别连接所述OR逻辑门31的两输入端，所述第一电压比较器41与第二电压比较器42的第一输入端(-)分别连接所述电流检测端CS，所述第一电压比较器41的第二输入端(+)接收一第一参考电压Vref1，所述第二电压比较器42的第二输入端(+)接收一第二参考电压Vref2，其中所述第二参考电压Vref2小于所述第一参考电压Vref1。

当所述电流检测端CS的电压低于所述第一参考电压Vref1，代表所述一次侧绕组131的输入功率未达所述第一功率保护点；当所述电流检测端CS的电压高于所述第一参考电压Vref1而低于所述第二参考电压Vref2，代表所述一次侧绕组131的输入功率达到所述第一功率保护点且未达所述第二功率保护点；当所述电流检测端CS的电压高于所述第二参考电压Vref2，代表所述一次侧绕组131的输入功率达到所述第二功率保护点。是以，所述控制器110除了根据所述反馈电源端FB检测所述电源输出端VDC的电压大小，还进一步根据所述第一电压比较器41与第二电压比较器42的比较结果驱动所述电子开关111的导通周期，以在当所述电源输出端VDC输出所述第一电压，且所述一次侧绕组131的输入功率达到所述第一功率保护点并持续所述第一门槛时间，或当所述电源输出端VDC输出所述第二电压，且所述一次侧绕组131的输入功率达到所述第二保护点并持续所述第二门槛时间，使所述电源供应电路进入一闭锁模式而停止输出电源。