CN205811867U - 电源适配器 - Google Patents

Abstract

一种电源适配器，用于提供电力使电子装置运作，电源适配器包含电压转换器、LLC转换器及控制模块。LLC转换器电连接于电压转换器并接收从电压转换器所提供的输入电压。控制模块内建有多段输出电压驱动模式，控制模块电连接于电压转换器、LLC转换器以及电子装置。控制模块依据电子装置的需求电力决定以多段输出电压驱动模式的其中之一驱动LLC转换器输出对应的输出电压，控制模块依据输出电压改变电压转换器供给LLC转换器的输入电压，使电源适配器具有固定增益。

Description

电源适配器

技术领域

本实用新型涉及一种电源适配器，特别是一种可依据电子装置的需求供电的电源适配器。

背景技术

现代电源设计中使用越来越多的LLC转换器，这归因于它们的高效率工作。一般的LLC转换器主要可依据输入电压的大小而产生不同的输出电压，然而，这样的操作却让LLC转换器在轻载时的效率不佳。

对此，而有LLC转换器采用单一恒定输出电压设计产生；然而，在这种设计中电源的输入电压范围窄，而让电源的相容性不佳。

综合上述，迄今为止未解决的需求存在于本技术领域中，以解决前述缺陷与不足。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电源适配器，用于提供电力使电子装置运作。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种电源适配器，提供电力使一电子装置运作，其中，该电源适配器包含：

一电压转换器；

一LLC转换器，电连接于该电压转换器并接收从该电压转换器所提供的一输入电压；以及

一控制模块，电连接于该电压转换器、该LLC转换器及该电子装置，该控制模块内建有多段输出电压驱动模式，以依据该电子装置的需求电力决定以该多段输出电压驱动模式的其中之一驱动该LLC转换器输出对应的一输出电压并改变该输入电压，使该电源适配器具有一固定增益。

上述的电源适配器，其中，该控制模块包含：

一用以检测需求电力的交握单元；

一依据该输出电压改变该输入电压的控制单元，电连接该交握单元、该电压转换器以及该LLC转换器，该控制单元接收该交握单元所传递的一需求电力信号后，驱动该LLC转换器提供该输出电压。

上述的电源适配器，其中，该输出电压与该输入电压之间具有一固定比值。

上述的电源适配器，其中，该固定比值范围为16-20。

上述的电源适配器，其中，该固定增益相等于该LLC转换器的一圈数比除以一半的该固定比值。

上述的电源适配器，其中，该电压转换器为升压转换器(BOOST)、降压转换器、升降压转换器或功率因数校正转换器。

本实用新型的有益功效在于：可供提供多段输出电压，以适应不同电子装置的运作需求。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1为依照本实用新型的电源适配器的电路框图；

图2为依照本实用新型的LLC转换器的电路图；

图3为LLC转换器在输入电压变动时的直流电压增益特性曲线图；

图4为LLC转换器在输入电压固定时的直流电压增益特性曲线图；及

图5为LLC转换器在固定直流电压时的直流增益特性曲线图。

其中，附图标记

10 电源适配器

100 整流器

110 电压转换器

120 LLC转换器

122 整流电路

130 控制模块

140 第一反馈器

150 第二反馈器

20 电子装置

AC_IN 交流输入电压

Cf 输出滤波器

Cr 谐振电容器

DC_OUT 直流输出电压

D1、D2 二极管

Dr1、Dr2 整流二极管

Lr 谐振电感器

Lm 激磁电感器

Q1、Q2 功率开关

S1、S2 开关组

T 变压器

Vin 输入电压

Vo 输出电压

Wp 初级绕组

Ws 次级绕组

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参阅图1，其为依照本实用新型第一实施方式的电源适配器的电路框图。电源适配器10电连接于电子装置20，用以提供电子装置20需求电压；其中，电源适配器10可供提供多段输出电压(例如介于5伏特至25伏特中的任一，并可为5伏特、12伏特、20伏特)以因应不同电子装置20的运作需求。

电源适配器10包含整流器100、电压转换器110、LLC转换器120及控制模块130。整流器100连接于市用交流电，LLC转换器120连接于电子装置20，电压转换器110设在整流器100及LLC转换器120之间，并电连接于整流器100及LLC转换器120。

整流器100用以对交流输入电压AC_IN进行转换，例如为对所接收的交流输入电压AC_IN进行全波整流，借以输出直流输出电压DC_OUT。整流器100可例如为由四个电源整流二极管所组成的桥式整流器。

电压转换器110电连接于整流器100，用以对整流器100的输出(即直流输出电压DC_OUT)进行功率因数校正及/或电压位准的调整。电压转换器110可为升压转换器(boostconverter)、降压转换器(buck converter)、升降压转换器(buck-boost converter)或功率因数校正转换器；其中，升压转换器、降压转换器及升降压转换器用以对整流器100的输出(即直流输出电压DC_OUT)进行位准的调整，功率因数校正器除了用以对整流器100的输出进行功率因数校正外，还可以将整流器100输出的直流输出电压DC_OUT转换成较高的输入电压Vin给下一级的LLC转换器120。

LLC转换器120电连接于电压转换器110，并接收电压转换器110所提供的输入电压Vin。请参阅图2，其为依照本实用新型的LLC转换器的电路图。在图2中，LLC转换器120包含开关组S1和S2、谐振电容器Cr、谐振电感器Lr、激磁电感器Lm、变压器T、整流电路122及输出滤波器Cf。

开关组S1包含并联连接的功率开关Q1及二极管D1，开关组S2包含并联连接的功率开关Q2及二极管D2。功率开关Q1和Q2可例如分别为金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。功率开关Q1的源极连接于功率开关Q2的漏极；功率开关Q1的漏极及功率开关Q2的源极分别连接于如图1所示的电压转换器110，并接受电压转换器110所提供的输入电压Vin。二极管D1的阳极连接在功率开关Q1的源极，二极管D1的阴极连接在功率开关Q1的漏极；二极管D2的阳极连接在功率开关Q2的源极，二极管D2的阴极连接在功率开关Q2的漏极。二极管D1和D2也可以为功率开关Q1和Q2的本体二极管。

功率开关Q1和Q2接收电压转换器110所提供的输入电压Vin，并依据第一反馈器140发出的信号以于导通(turn-on)或截止(turn-off)状态之间切换，并输出脉动直流信号。

谐振电容器Cr连接在功率开关Q1的源极及功率开关Q2的漏极之间，以在功率开关Q1和Q2交替导通和截止之时接收脉动直流信号。激磁电感器Lm与变压器T的初级绕组Wp并联连接。谐振电感器Lr是连接在谐振电容器Cr及激磁电感器Lm之间。谐振电容器Cr除了用以阻隔脉动直流信号的直流分量外，并与谐振电感器Lr及激磁电感器Lm形成谐振电路。

变压器T包含电磁耦合的初级绕组Wp及次级绕组Ws，变压器T为次级绕组Ws匝数(或称圈数)相等的中心抽头式变压器。整流电路122包含整流二极管Dr1和Dr2，其等分别连接于变压器T的次级绕组Ws，用以将通过变压器T的交流电压转换为具高频脉动成分的直流电压。

输出滤波器Cf连接于整流电路122，其用以滤除整流电路122输出的直流电压的高频脉动成分，进而输出平稳的直流输出电压Vo，前述输出电压Vo传递至电子装置20。

LLC转换器120的直流电压增益满足下列条件:

$M=\frac{n\×Vo}{Vin\÷2}$

其中，

M为LLC转换器120的直流电压增益；

n为变压器T的初级绕组Wp和次级绕组Ws的圈数比；

Vo为LLC转换器120的输出电压；及

Vin为电压转换器110提供给LLC转换器120的输入电压。

在前述条件下，当电压转换器110提供给LLC转换器120的输入电压Vin发生变化时，LLC转换器120的操作频率(例如：开关组S1、S2的操作频率)在图3所为的频率调节范围F-min1～F-max1内变化在维持足够的增益的条件下，LLC转换器120的操作调节频率范围宽；这使得LLC转换器120在轻载操作时(即Q＝2曲线所示)的切换损失大，进而产生效率不佳的问题。

电压转换器110的使用可以让提供给LLC转换器120的输出电压Vin固定(即恒压)，使得LLC转换器120的操作频率在图4所示的频率调节范围F-min2～F-max2内变化。由图4可见，采用恒压设计可以让LLC转换器120的操作频率范围内振荡，比图3未采用恒压设计的LLC转换器120的操作频率(即在频率调节范围F-min1～F-max1内变化)小。因此，恒压设计的LLC转换器可以有效地解决前述轻载切换损失大所产生的效率不佳的问题。然而，根据前述LLC转换器120的直流电压增益条件，当LLC转换器120的输入电压Vin固定时，其输出电压Vo亦无变动量；也就是说，当LLC转换器120的输入电压Vin为定值时，其输出电压Vo亦为定值。在恒压设计中的输入电压Vin无法相容于多组输出电压Vo，导致电源的相容性不佳。

因此，本实用新型更进一步地利用控制模块130对LLC转换器120的输出电压Vo进行侦测，并依据输出电压Vo的侦测结果以调控电压转换器110提供给LLC转换器120的输入电压Vin，以让电压适配器10具有固定增益。

更具体而言，控制模块130包含交握单元132及控制单元134，交握单元132电连接于LLC转换器120及电子装置20，控制单元134电连接于交握单元132及电压转换器110。控制模块130可内建有多段输出电压驱动模式，以让电压转换器110提供给LLC转换器120的输入电压Vi可以随着LLC转换器120的输出电压Vo变化而驱动电压转换器110产生提供给LLC转换器120的不同输入电压Vin；其中，每段输出电压驱动模式可让电源适配器10输出经设计的一恒定输出电压Vo。因此，每段输出电压驱动模块所对应到的输入电压Vi也会是恒定值。借此，可以让LLC转换器120的操作频率在图5所示的频率调节范围F-min3～F-max3内变化。

换言之，本实用新型的电源适配器能输出被选定的多组恒定输出电压，因此，相较图4仅能输出单一恒定电压的LLC转换器而言，具备高电源相容性。进一步地，相比于图3输出电压Vo完全随输入电压Vi变化(即输出电压Vo未指定)在频率调节范围F-min1～F-max1内变化，本实用新型的电源适配器10在频率调节范围F-min3～F-max3内变化的操作频率小，因此，本实用新型的电源适配器10具备高效率表现。

复参阅图1，交握单元132用以与电子装置20沟通。当电源适配器10与电子装置20连接时，交握单元132可将电源适配器10所能提供的多组输出电压提供给电子装置20，以供与电子装置20在选择多组输出电压Vo中之一，借以达到识别电子装置20的需求电压的效果。

之后，交握单元132会将具有识别结果(或称检测结果)的需求电力信号送到控制单元134，控制单元134依据前述的检测结果以选择多段输出电压驱动模式的其中之一，并依据所选择的该段输出电压驱动模式以驱动电压转换器110，让电压转换器110产生对应该段输出电压驱动模式所指定的输入电压Vi。其中，电压转换器110提供给LLC转换器120的输入电压Vin以与输出电压Vo在固定比值的条件下变化，即

Vin＝K×Vo；

其中，

Vin为电压转换器110所提供给LLC转换器120的输入电压；

Vo为LLC转换器120的输出电压；及

K为固定比值。

也就是说，控制单元134会依据所选定的输出电压驱动模式所对应到的输出电压Vo来调整电压转换器110产生的输入电压Vi，借此，电源适配器10的直流电压增益可以维持在固定值；同时，电压适配器10也可以因应电子装置20运作的需求电力提供不同的输出电压Vo。此外，电源适配器10的操作频率范围会因为控制模块130的多段输出电压模式而有不同输出电压而扩大，如图5所示。

要特别说明的是，在交流输入电压AC_IN的下限为80伏特，电源适配器10的最大输出电压为20伏特，最小输出电压为5伏特的限制下，前述的固定比值满足下列条件:

16≤K≤20。

进一步地，在固定增益下，当电源适配器10的直流电压增益为M，n为变压器T的初级绕组Wp和次级绕组Ws的圈数比，K为固定比值，满足下列条件:

$M=\frac{n}{K\÷2}.$

电源适配器10还可以包含第一反馈器140及第二反馈器150。第一反馈器140电连接于LLC转换器120，并可依据输出电压Vo进行LLC转换器120的控制。第二反馈器150电连接于电压转换器110，并以依据电压转换器110提供给LLC转换器120的输入电压Vin以进行电压转换器110的控制。

请再次参阅图1，本实用新型提供的电源适配器10可以如下揭示的增益固定方法以对电子装置20提供运作需求电压。首先，提供电源适配器10，电源适配器10内建有多段输出电压驱动模式，并可供产生与多段输出电压驱动模式相应的多段输出电压。电源适配器10包含有LLC转换器120。接着，电源适配器10会进行电子装置20的需求电压的识别；其识别方式可例如是由电源适配器10将其可提供的多段输出电压提供给电子装置20做选择。在完成电子装置20的需求电压的识别后，便可以决定电源适配器10的输出电压Vo。为了能够提供选定的输出电压Vo，LLC转换器120的输入电压Vin必须依据所选定的输出电压Vo进行调整，以让LLC转换器120具有固定直流电压增益。其中，电源适配器10要能够提供多段输出电压，LLC转换器120的输出电压Vo和输入电压Vin之间具有的固定比值可以例如是介于16至20之间。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种电源适配器，提供电力使一电子装置运作，其特征在于，该电源适配器包含：

一电压转换器；

一LLC转换器，电连接于该电压转换器并接收从该电压转换器所提供的一输入电压；以及

一控制模块，电连接于该电压转换器、该LLC转换器及该电子装置，该控制模块内建有多段输出电压驱动模式，以依据该电子装置的需求电力决定以该多段输出电压驱动模式的其中之一驱动该LLC转换器输出对应的一输出电压并改变该输入电压，使该电源适配器具有一固定增益。

2.如权利要求1所述的电源适配器，其特征在于，该控制模块包含：

一用以检测需求电力的交握单元；

一依据该输出电压改变该输入电压的控制单元，电连接该交握单元、该电压转换器以及该LLC转换器，该控制单元接收该交握单元所传递的一需求电力信号后，驱动该LLC转换器提供该输出电压。

3.如权利要求1所述的电源适配器，其特征在于，该输出电压与该输入电压之间具有一固定比值。

4.如权利要求3所述的电源适配器，其特征在于，该固定比值范围为16-20。

5.如权利要求3所述的电源适配器，其特征在于，该固定增益相等于该LLC转换器的一圈数比除以一半的该固定比值。

6.如权利要求1所述的电源适配器，其特征在于，该电压转换器为升压转换器、降压转换器、升降压转换器或功率因数校正转换器。