電源轉換裝置及其控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種電源轉換裝置及其控制方法，所述電源轉換裝置包含：切換式轉換器，將輸入電能轉換為輸出電能，并經由供電端傳送給負載；信號注入器，產生信號；耦合電路，接收信號并將信號耦合至供電端，使耦合電路內的參數響應信號而于負載與供電端連接或分離時分別產生第一或第二變化；檢測電路，用以檢測參數；以及控制器，依據檢測電路的檢測結果控制切換式轉換器的運作；當控制器依據檢測結果判斷參數產生第一變化或第二變化時，控制切換式轉換器運作或停止運作。本發明的電源轉換裝置可于負載與供電端分離時減少電能損耗。
【專利說明】
電源轉換裝置及其控制方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種電源轉換裝置，尤其涉及一種可依據負載是否存在而對應地控制切換式轉換器內的至少一開關的運作的電源轉換裝置及其控制方法。
【背景技術】
[0002]近年來隨著科技的進步，具有各式各樣不同功能的電子產品已逐漸被研發出來，這些具有各式各樣不同功能的電子產品不但滿足了人們的各種不同需求，更融入每個人的日常生活，使得人們生活更為便利。
[0003]由于這些電子產品皆需要接收對應的電能才能進行運作，因此這些電子產品必然需要與一電源轉換裝置電連接，當電源轉換裝置接收由電池、市電或再生能源等所提供的輸入電能后，便將輸入電能轉換為電子產品所需要的特別規格的輸出電能，以當電子產品與電源轉換裝置電連接時，提供給電子產品使用。
[0004]電源轉換裝置主要包含一切換式轉換器，該切換式轉換器具有至少一開關，當切換式轉換器接收輸入電能而運作時，切換式轉換器通過開關進行導通或截止的切換而將輸入電能轉換為輸出電能，因此當電子產品利用其對應的連接端，例如插頭或是通用串行總線(Universal Serial Bus:USB)等，插接于電源轉換裝置上時，電子產品便接收輸出電能而運作。
[0005]然而當傳統電源轉換裝置接收輸入電能，但卻沒有與電子產品電連接時，傳統電源轉換裝置的切換式轉換器的開關仍會持續進行切換運作而使切換式轉換器持續輸出該輸出電能，如此一來，由于開關在切換時存在切換損耗，將導致傳統電源轉換裝置持續消耗輸入電能的能量，此耗能狀況在輸入電能是由電量有限的電源，例如電池等，所提供更為明顯。
[0006]而為了解決上述傳統電源轉換裝置所存在的耗能缺陷，有部分的業者于負載，也即電子產品的連接端上進行額外的機械式設計，例如額外增加檢測接腳等，當負載的連接端插接于電源轉換裝置時，連接端的檢測接腳便對應產生一檢測信號，使電源轉換裝置在接收到檢測信號后才控制切換式轉換器的開關開始進行切換運作，借此減少不必要的電能損耗。然而由于負載的連接端實際上皆依循既定的規格來構成而生產，因此上述需在負載的連接端進行額外的機械式設計的方式將造成負載的生產成本提高。
[0007]另外，也有部分業者則在傳統電源轉換裝置上增加可控制切換式轉換器的開關運作與否的一外部開關，當負載的連接端插接于電源轉換裝置時，使用者可打開外部開關，使切換式轉換器的開關進行運作，當負載的連接端與電源轉換裝置分離時，使用者則關閉外部開關，以使切換式轉換器的開關停止運作，借此減少不必要的電能損耗。然而上述方式由于使用者必須依據負載的連接端是否與電源轉換裝置電連接而控制該外部開關，因此不但操作較為麻煩而不便，且此不便性將可能導致使用者在負載的連接端與電源轉換裝置分離時忘記關閉該外部開關，使得電源轉換裝置仍因切換式轉換器的開關持續進行切換運作而存在電能損耗。
[0008]由上可知，目前并無較佳的方式來解決上述傳統電源轉換裝置在負載分離時所存在的電能損耗，故如何發展一種可改善上述公知技術缺陷的電源轉換裝置及其控制方法，實為相關技術領域者目前所迫切需要解決的問題。
【發明內容】
[0009]本發明的主目的為提供一種電源轉換裝置及其控制方法，其系利用信號注入器注入信號于電源轉換裝置的供電端，使電源轉換裝置內的參數可響應信號而在負載連接于供電端時或在負載與供電端分離時產生對應變化，借此依據上述的變化而對應地控制切換式轉換器內的開關的運作，俾解決傳統電源轉換裝置在達成減少不必要的電能損耗情況下存在使負載的生產成本提高或是操作較為麻煩而不便等缺陷。
[0010]為達上述目的，本發明提供一種電源轉換裝置，包含:供電端，可分離地與負載電連接；切換式轉換器，與供電端電連接，并具有至少一開關，且將輸入電能轉換為輸出電能，并經由供電端提供給該負載；信號注入器，產生信號；耦合電路，耦合電路的第一端接收信號，耦合電路的第二端將信號耦合至供電端，使第一端上的參數響應信號而于負載連接于供電端時產生第一變化，于負載與供電端分離時產生第二變化；檢測電路，檢測參數；以及控制器，與檢測電路及至少一開關電連接；其中當控制器依據檢測電路的檢測結果判斷參數產生第一變化時，控制至少一開關進行切換運作，當控制器依據檢測電路的檢測結果判斷參數產生第二變化時，控制至少一開關停止運作。
[0011]為達上述目的，本發明另提供一種控制方法，應用于電源轉換裝置，其中電源轉換裝置包含供電端、切換式轉換器、信號注入器、耦合電路、檢測電路及控制器，供電端可分離地與負載電連接，切換式轉換器與供電端電連接，并具有至少一開關，以通過至少一開關進行切換運作而將輸入電能轉換為輸出電能并輸出至供電端，耦合電路的第一端與信號注入器電連接，耦合電路的第二端與供電端電連接，檢測電路與第一端電連接，控制器與檢測電路及至少一開關電連接，控制方法包含下列步驟:(a)啟動電源轉換裝置；(b)經由信號注入器產生信號；(C)經由耦合電路將信號耦合至供電端，使第一端的一參數響應信號而依據負載是否與供電端連接產生第一變化或第二變化；(d)經由檢測電路檢測第一端的參數是否產生第一變化或第二變化；以及(e)控制器依據檢測電路的檢測結果而對應控制至少一開關的運作。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明較佳實施例的電源轉換裝置的電路結構示意圖。
[0013]圖2為本發明圖1所示的電源轉換裝置的細部電路結構示意圖。
[0014]圖3為圖1所示的電源轉換裝置的另一變化例的電路結構示意圖。
[0015]圖4為圖1所示的電源轉換裝置的控制方法流程圖。
[0016]其中，附圖標記說明如下:
[0017]1:電源轉換裝置
[0018]10:供電端
[0019]11:切換式轉換器
[0020]Q:開關
[0021]12:信號注入器
[0022]13:耦合電路
[0023]T:變壓器
[0024]Nf:初級繞組
[0025]Ns:次級繞組
[0026]C:電容
[0027]14:檢測電路
[0028]140:阻抗電路
[0029]141:電壓檢測器
[0030]15:控制器
[0031]8:輸入電源
[0032]9:負載
[0033]30:電磁干擾濾波器
[0034]Vin:輸入電能
[0035]Vciut:輸出電能
[0036]Vf:信號
[0037]SI?S5:應用于電源轉換裝置的控制方法的步驟
【具體實施方式】
[0038]體現本發明特征與優點的一些典型實施例將在后段的說明中詳細敘述。應理解的是本發明能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本發明的范圍，且其中的說明及附圖在本質上當作說明之用，而非架構于限制本發明。
[0039]請參閱圖1，其為本發明較佳實施例的電源轉換裝置的電路結構示意圖。如圖1所示，本實施例的電源轉換裝置I與一輸入電源8電連接，用以接收輸入電源8所提供的輸入電能Vin，并將輸入電能Vin轉換為輸出電能Vciut,以當一負載9與電源轉換裝置I電連接時，提供輸出電能Vciut至負載9而使負載9運作。
[0040]于一些實施例中，電源轉換裝置I可為不斷電電源供應器或是充電裝置等，但不以此為限。負載9可分離地與電源轉換裝置I電連接，且負載9可通過本身的一連接端，例如插頭或是通用串行總線等，而與電源轉換裝置I電連接。輸入電源8較佳為一電池所構成，但不以此為限，也可由市電或是再生能源等所構成。
[0041]電源轉換裝置I包含一供電端10、一切換式轉換器11、一信號注入器12、一耦合電路13、一檢測電路14及一控制器15。供電端10可分離地與負載9電連接。切換式轉換器11的輸入端與輸入電源8電連接而接收輸入電能Vin，切換式轉換器11的輸出端電連接于電源轉換裝置I的供電端10，且切換式轉換器11具有至少一開關Q，切換式轉換器11通過開關Q進行導通或截止的切換而將輸入電能Vin轉換為輸出電能V out,并輸出至供電端10。
[0042]于一些實施例中，當輸入電能Vin為交流電能時，切換式轉換器11對應地由交流/直流轉換器所構成，且此時負載9可為直流負載，而當輸入電能Vin為直流電能時，切換式轉換器11則對應地由直流/交流轉換器所構成，且此時負載9可為交流負載。
[0043]信號注入器12用以產生一信號Vf，例如一頻率信號，且該頻率信號較佳由一高頻信號所構成，但不以此為限。耦合電路13的一第一端通過例如與信號注入器12電連接而接收信號Vf，耦合電路13的一第二端則通過例如與供電端10電連接而將信號Vf耦合至供電端10。而由于負載9未電連接于供電端10上，也即負載9與供電端10分離時，供電端10實際上形成開路，故可視為供電端10與一無窮大的阻抗電連接，而當負載9電連接于供電端10時，此時供電端10則由原本與無窮大的阻抗電連接而改為與一相對較小的阻抗，也即負載9電連接，而上述因應負載9是否與供電端10電連接而產生的阻抗變化將可對應反應于耦合電路13上，因此與供電端10電連接的耦合電路13的第一端上的一參數，例如電壓等，便會響應信號Vf而于負載9電連接于供電端10時產生一第一變化，且于負載9與供電端10分離時產生一第二變化。
[0044]檢測電路14可與耦合電路13的第一端電連接而檢測耦合電路13的第一端上的參數，例如檢測參數是否產生第一變化或第二變化。
[0045]控制器15與檢測電路14及切換式轉換器11的開關Q的控制端電連接，控制器15可依據檢測電路14的檢測結果而對應地控制開關Q的切換運作，其中當控制器15依據檢測電路14的檢測結果而判斷耦合電路13的第一端上的參數產生第一變化，也即因負載9由與供電端10分離而改為與供電端10電連接時，控制器15控制開關Q進行切換運作，使切換式轉換器11輸出輸出電能Vciut，而當控制器15依據檢測電路14的檢測結果而判斷耦合電路13的第一端上的參數產生第二變化，也即因負載9由與供電端10電連接而改為與供電端10分離時，控制器15控制開關Q停止進行切換運作，使切換式轉換器11停止輸出輸出電能Vciutt3
[0046]于上述實施例中，信號注入器12、檢測電路14及控制器15可分別為獨立的元件或電路，但不以此為限，于其它實施例中，也可將信號注入器12、檢測電路14及控制器15整合而構成一數字信號處理器(Digital Signal Processor:DSP) ο
[0047]由上可知，由于本發明的電源轉換裝置I利用信號注入器12注入信號Vf，并經由耦合電路13將信號Vf耦合至電源轉換裝置I的供電端10，使電源轉換裝置I內的參數可響應信號Vf而于負載9連接于供電端時10或于負載9與供電端10分離時產生對應變化，如此一來，控制器15僅于負載9與供電端10電連接時才控制開關Q進行切換運作，而于負載9與供電端10分離時則控制開關Q停止進行切換運作，因此避免開關Q于負載9與供電端10分離時進行運作而產生切換損耗，故本發明的電源轉換裝置I便可于負載9與供電端10分離時減少電能損耗。
[0048]請參閱圖2，其為本發明圖1所示的電源轉換裝置的細部電路結構示意圖。如圖2所示，本實施例的切換式轉換器11可具有四個開關Q，其中兩個開關構成第一橋臂，另外兩個開關則構成第二橋臂，因此切換式轉換器11實際上為全橋式轉換器，但不此為限，于其它實施例中，切換式轉換器11也可具有兩個開關Q而構成半橋式轉換器。
[0049]耦合電路13包含一變壓器T及一電容C，其中變壓器T的一初級繞組Nf與信號注入器12電連接，因此初級繞組Nf實際上構成耦合電路13的第一端。電容C的一端與變壓器T的一次級繞組Ns電連接，電容C的另一端與供電端10電連接，因此電容C的另一端構成耦合電路13的第二端。另外，于一些實施例中，當信號Vf由高頻信號所構成時，則變壓器T則可對應地由高頻變壓器所構成。
[0050]檢測電路14包含一阻抗電路140及一電壓檢測器141，其中阻抗電路140的一端與變壓器T的初級繞組Nf電連接，阻抗電路140的另一端與接地端G電連接，且阻抗電路140可為但不限于由一電阻R所構成，阻抗電路140具有一阻抗，且可與由信號注入器12的輸出端上的電路等效而形成的阻抗構成分壓電路，因此當負載9由與供電端10分離而改為與供電端10電連接時，與耦合電路13的初級繞組Nf電連接的阻抗電路140的一端上的電壓便會響應信號Vf而產生第一變化，當負載9由與供電端10電連接而改為與供電端10分離時，阻抗電路140的一端上的電壓則響應信號Vf而產生第二變化。
[0051]電壓檢測器141的一端電連接于變壓器T的初級繞組Nf及阻抗電路140的一端之間，電壓檢測器141的另一端與控制器15電連接，電壓檢測器141用以檢測阻抗電路140的一端上的電壓是否產生第一變化或第二變化。
[0052]于一些實施例中，圖1所示的電源轉換電路I則可更具有一電磁干擾(EMI)濾波器，也即如圖3所示，電源轉換裝置I具有一電磁干擾濾波器30，其中電磁干擾濾波器30電連接于切換式轉換器11及供電端10之間，用以濾除輸出電能Vciut的高頻成分。
[0053]請參閱圖4，并配合圖1，其中圖4為圖1所示的電源轉換裝置的控制方法流程圖。如圖4所示，首先，執行步驟SI，啟動電源轉換裝置I。接著，執行步驟S2，經由信號注入器12產生信號Vf。然后，執行步驟S3，經由耦合電路13將信號Vf耦合至供電端10，使耦合電路13的第一端的參數響應信號Vf而依據負載9是否與供電端10連接產生第一變化或第二變化。其中于步驟S3中，當負載9連接于供電端10時，耦合電路13的第一端的參數產生第一變化，當負載9與供電端10分離時，耦合電路13的第一端的參數產生第二變化。
[0054]當執行完步驟S3后，則執行步驟S4，經由檢測電路14檢測耦合電路13的第一端的參數是否產生第一變化或第二變化。最后，執行步驟S5，控制器15依據檢測電路14的檢測結果而對應控制開關Q的運作。其中于步驟S5中，當控制器15依據檢測電路14的檢測結果判斷耦合電路13的第一端的參數產生第一變化時，控制切換式轉換器11的開關Q進行切換運作，當控制器15依據檢測電路14的檢測結果判斷耦合電路13的第一端的參數產生第二變化時，控制切換式轉換器11的開關Q停止運作。
[0055]綜上所述，本發明提供一種電源轉換裝置及其控制方法，其利用信號注入器注入信號，并經由耦合電路將信號耦合至電源轉換裝置的供電端，故電源轉換裝置內的參數，例如電壓，便可響應信號而于負載連接于供電端時或于負載與供電端分離時對應產生變化，如此一來，控制器便可依據電源轉換裝置內的參數的變化而于負載與供電端分離時控制開關停止進行切換運作，因此避免開關于負載與供電端分離時進行運作而產生切換損耗，是以本發明的電源轉換裝置便可于負載與供電端分離時減少電能損耗。
[0056]本發明得由本領域的技術人員任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫所附權利要求所欲保護者。
【主權項】
1.一種電源轉換裝置，包含: 一供電端，可分離地與一負載電連接； 一切換式轉換器，與該供電端電連接，并具有至少一開關； 一信號注入器，產生一信號； 一耦合電路，該耦合電路的一第一端接收該信號，該耦合電路的一第二端將該信號耦合至該供電端，使該第一端上的一參數響應該信號而在該負載連接于該供電端時產生一第一變化，在該負載與該供電端分離時產生一第二變化； 一檢測電路，檢測該參數；以及 一控制器，與該檢測電路及該至少一開關電連接； 其中當該控制器依據該檢測電路的檢測結果判斷該參數產生該第一變化時，控制該至少一開關進行切換運作，當該控制器依據該檢測電路的檢測結果判斷該參數產生該第二變化時，控制該至少一開關停止運作。2.如權利要求1所述的電源轉換裝置，其中該信號為一頻率信號。3.如權利要求2所述的電源轉換裝置，其中該頻率信號為一高頻信號。4.如權利要求1所述的電源轉換裝置，其中該輸入電能由一電池的電能所提供。5.如權利要求1所述的電源轉換裝置，其中該耦合電路包含: 一變壓器，該變壓器的一初級繞組與該信號注入器電連接而接收該信號，且該初級繞組構成該第一端；以及 一電容，該電容的一端與該變壓器的一次級繞組電連接，且該電容的另一端構成該第_-上山一棲。6.如權利要求5所述的電源轉換裝置，其中該變壓器由一高頻變壓器所構成。7.如權利要求5所述的電源轉換裝置，其中該檢測電路包含: 一阻抗電路，該阻抗電路的一端與該初級繞組電連接，該阻抗電路的另一端與一接地端電連接，該阻抗電路具有一阻抗，其中該阻抗電路的該一端上的一電壓構成該參數，且響應該信號而于該負載連接于該供電端時產生該第一變化，于該負載與該供電端分離時產生該第二變化；以及 一電壓檢測器，該電壓檢測器的一端電連接于該初級繞組與該阻抗電路的該一端之間，該電壓檢測器的該另一端與該控制器電連接，該電壓檢測器用以檢測該阻抗電路的該一端上的該電壓是否產生該第一變化或該第二變化。8.如權利要求7所述的電源轉換裝置，其中該阻抗電路由一電阻所構成。9.如權利要求1所述的電源轉換裝置，其中該負載為交流負載，且該切換式轉換器由一直流/交流轉換器所構成。10.如權利要求1所述的電源轉換裝置，其中該電源轉換裝置由一不斷電電源供應器或是一充電裝置所構成。11.如權利要求1所述的電源轉換裝置，其中該電源轉換裝置具有一電磁干擾濾波器，電連接于該切換式轉換器及該供電端之間，用以濾除該切換式轉換器的輸出電能的高頻成分。12.—種控制方法，應用于一電源轉換裝置，其中該電源轉換裝置包含一供電端、一切換式轉換器、一信號注入器、一親合電路、一檢測電路及一控制器，該供電端可分離地與一負載電連接，該切換式轉換器與該供電端電連接，并具有至少一開關，以通過該至少一開關進行切換運作而將一輸入電能轉換為一輸出電能并輸出至該供電端，該耦合電路的一第一端與該信號注入器電連接，該耦合電路的一第二端與該供電端電連接，該檢測電路與該第一端電連接，該控制器與該檢測電路及該至少一開關電連接，該控制方法包含下列步驟: (a)啟動該電源轉換裝置； (b)經由該信號注入器產生一信號； (C)經由該耦合電路將該信號耦合至該供電端，使該第一端的一參數響應該信號而依據該負載是否與該供電端連接產生一第一變化或一第二變化； (d)經由該檢測電路檢測該第一端的該參數是否產生該第一變化或該第二變化；以及 (e)該控制器依據該檢測電路的檢測結果而對應控制該至少一開關的運作。13.如權利要求12所述的控制方法，其中于步驟(c)中，當該負載連接于該供電端時，該參數產生該第一變化，當該負載與該供電端分離時，該參數產生該第二變化。14.如權利要求12所述的控制方法，其中于步驟(e)中，當該控制器依據該檢測電路的檢測結果判斷該參數產生該第一變化時，控制該至少一開關進行切換運作，當該控制器依據該檢測電路的檢測結果判斷該參數產生該第二變化時，控制該至少一開關停止運作。
【文檔編號】H02M1/00GK105846652SQ201510023139
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年1月16日
【發明人】李圣華
【申請人】臺達電子工業股份有限公司