提供输出功率限制与取决于负载的电压调变的电源转接器转让专利
申请号 : CN200610101574.3
文献号 : CN100590955C
文献日 : 2010-02-17
发明人 : 蒋进财
申请人 : 台达电子工业股份有限公司
摘要 :
本发明揭示一种电源转接器，具有电压限制电路，其设定为当电源转接器的输出电流小于阈值电流时，限制电源转接器的输出电压在一预定值，以及功率限制电路，其设定为当电源转接器的输出电流达到阈值电流时，限制电源转接器的输出功率在一预定值，其中该电压限制电路设定为可接收自负载所传送过来的电流控制信号，并根据电流控制信号发出负载电流调整信号到该电源转接器的开关控制电路，从而通过该开关控制电路来调变该电源转换单元的输出电压。本发明的电源转接器根据负载端的需求来弹性调变输出电压与负载电流，使负载端的电源损耗大幅减少而电源效率大幅提升，并且负载端的线路设计复杂度与制造成本得以减少。
权利要求 :
1.一种电源转接器，其包含：
电源转换单元，具有开关控制电路，该电源转换单元设定将输入电源转 换成输出电源以提供给负载；
电压限制电路，耦接到该电源转换单元的输出端，其设定为通过该开关 控制电路将该电源转换单元的输出电压限制在一第一预定值；以及功率限制电路，耦接到该电源转换单元的输出端，其设定为当该电源转 换单元的输出电流达到阈值电流时，通过该开关控制电路将该电源转换单元 的输出电压与输出电流的乘积限制在一第二预定值。
2.如权利要求1所述的电源转接器，其中该电压限制电路耦接到该电源 转换单元的电压输出端。
3.如权利要求1所述的电源转接器，其中该电压限制电路包含电压限制 放大器，其设定为将该电源转换单元的输出电压与第一参考电压进行比较， 并且根据比较的结果发出误差控制信号到该开关控制电路，从而通过该开关 控制电路将该电源转换单元的输出电压限制在该第一预定值。
4.如权利要求3所述的电源转接器，其中该电压限制电路设定为接收由 负载所传送的电流控制信号，并且根据电流控制信号发出负载电流调整信号 到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路来调变该电源转换单元的输出 电压。
5.如权利要求1所述的电源转接器，其中该功率限制电路包含电流感测 装置，用以检测该电源转换单元的输出电流，以及功率限制放大器，其设定 为将代表该电流感测装置所检测的输出电流的电压与代表该阈值电流的第 二参考电压进行比较，并且当该电源转换单元的输出电流达到该阈值电流 时，发出功率限制信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将该电 源转换单元的输出功率限制在该第二预定值。
6.如权利要求5所述的电源转接器，其中该电流感测装置由电阻组成。
7.如权利要求5所述的电源转接器，还包含电流限制电路，其包含跨导 放大器，用以将代表该电流感测装置所检测的输出电流的电压与代表最大电 流的第三参考电压进行比较，并且当该电源转换单元的输出电流达到该最大 电流时，发出过电流检测信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路 将该电源转换单元的输出电流限制在该最大电流。
8.一种电源转接器，其包含：
电源转换单元，具有开关控制电路，该电源转换单元设定为将输入电源 转换成输出电源以提供给负载；
电压限制电路，耦接到该电源转换单元的输出端，其设定为通过该开关 控制电路将该电源转换单元的输出电压限制在一第一预定值；以及功率限制电路，耦接到该电源转换单元的输出端，其设定为当该电源转 换单元的输出电流达到阈值电流时，通过该开关控制电路将该电源转换单元 的输出电压与输出电流的乘积限制在一第二预定值；
其中，该电压限制电路设定为接收由负载所传送的电流控制信号，并且 根据电流控制信号发出负载电流调整信号到该开关控制电路，从而通过该开 关控制电路来调变该电源转换单元的输出电压。
9.如权利要求8所述的电源转接器，其中该功率限制电路包含电流感测 装置，用以检测该电源转换单元的输出电流，以及功率限制放大器，其设定 为代表该电流感测装置所检测的输出电流的电压与代表该阈值电流的第二 参考电压进行比较，并且当该电源转换单元的输出电流达到该阈值电流时， 发出功率限制信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将该电源转 换单元的输出功率限制在该第二预定值。
10.如权利要求9所述的电源转接器，还包含电流限制电路，其包含跨 导放大器，用以将代表该电流感测装置所检测的输出电流的电压与代表最大 电流的第三参考电压进行比较，并且当该电源转换单元的输出电流达到该最 大电流时，发出过电流检测信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电 路将该电源转换单元的输出电流限制在该最大电流。
11.一种电源转接器，其包含：
电源转换单元，具有开关控制电路，该电源转换单元设定为将输入电源 转换成输出电源以提供给负载；
电压限制电路，耦接到该电源转换单元的输出端，其设定为通过该开关 控制电路将该电源转换单元的输出电压限制在一第一预定值；
功率限制电路，耦接到该电源转换单元的输出端，其设定为当该电源转 换单元的输出电流达到阈值电流时，通过该开关控制电路将该电源转换单元 的输出电压与输出电流的乘积限制在一第二预定值；以及电流限制电路，耦接到该电源转换单元的输出端，其设定为当该电源转 换单元的输出电流达到最大电流时，通过该开关控制电路限制该电源转换单 元的输出电流在该最大电流；
其中，该电压限制电路设定为接收由负载所传送的电流控制信号，并且 根据电流控制信号发出负载电流调整信号到该开关控制电路，从而通过该开 关控制电路来调变该电源转换单元的输出电压。
12.如权利要求11所述的电源转接器，其中该电压限制电路包含电压限 制放大器，其设定为将该电源转换单元的输出电压与第一参考电压进行比 较，并且根据比较结果发出误差控制信号到该开关控制电路，从而通过该开 关控制电路将该电源转换单元的输出电压限制在该第一预定值。
13.如权利要求11所述的电源转接器，其中该功率限制电路包含电流感 测装置，用以检测该电源转换单元的输出电流，以及功率限制放大器，其设 定为将代表该电流感测装置所检测的输出电流的电压与代表该阈值电流的 第二参考电压进行比较，并且当该电源转换单元的输出电流达到该阈值电流 时，发出功率限制信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将该电 源转换单元的输出功率限制在该第二预定值。
14.如权利要求13所述的电源转接器，其中该电流限制电路包含跨导放 大器，用以将代表该电流感测装置所检测的输出电流的电压与代表最大电流 的第三参考电压进行比较，并且当该电源转换单元的输出电流达到该最大电 流时，发出过电流检测信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将 该电源转换单元的输出电流限制在该最大电流。
说明书 :
技术领域
本发明关于一种电源转接器，更特别的是本发明关于一种能够提供输出 功率限制与取决于负载的电压调变的电源转接器。
背景技术
图1为一种公知的便携式计算机(portable computer)的电源供应系统的系 统方块图。如图1所示，电源转接器(power adapter)100设定为将交流输入电 压转换成输出直流电压，该输出直流电压用来提供便携式计算机102的工作 所需的电源。便携式计算机102内部具有电池组(battery pack)104以及直流- 直流转换器(DC-DC converter)106，其中直流-直流转换器106设定为将电源 转接器100所提供的直流电压转换成便携式计算机102的内部构件所需要的 电压，而电池组104设定为当便携式计算机102并未由电源转换器100供电 时，提供电源来操作便携式计算机102。一般而言电池组104可由多个串联 连接的可充电电池(rechargeable battery)所组成，其可设定为当便携式计算机 102由电源转接器100供电时，通过电池充电器(battery charger)108将一部分 的电源转接器100的输出能量储存于其中，并且在当便携式计算机102未由 电源转换器100供电时，将其中所储存的能量经由电压线路(voltage rail)109 传送至直流-直流转换器106，借此使得直流-直流转换器106能够提供便携 式计算机102的内部构件所需要的电压。电池充电器108设定为将电源转接 器100所提供的直流电压降压成适合于用来对电池组104充电的直流电压， 以对电池组104进行充电。
图2为图1的电源转接器100的电路方块图。如图2所示，电源转接器 100包含电源转换单元110，其包含桥式整流器121、开关122、开关切换控 制器123、变压器124，以及整流滤波电路125。桥式整流器121接收输入交 流电压Vin并且将输入交流电压Vin转换成全波整流的直流电压(full-wave rectified DC voltage)。变压器124具有初级侧绕阻(primary winding)Np与次级 侧绕阻(secondary winding)Ns，其中初级侧绕阻Np与开关122串联并且设定 为当开关122导通时储存自输入交流电压Vin所接收的能量，并且当开关122 截止时将所储存的能量转移至次级侧绕阻Ns两端。整流滤波电路125由整 流二极管Dr11与滤波电容Cf11所组成，其设定为将次级侧绕阻Ns上的能 量进行整流与滤波处理以产生所想要的输出直流电压Vo。除此之外，电源 转接器还包含电压限制电路126与电流限制电路127。该电压限制电路126 包含分压器(voltage divider)，其由电阻R11与R12所组成且耦接到电源转换 单元110的输出端，其设定为产生一部分输出电压(fractional output voltage)。 该电压限制电路126还包含电压限制放大器(voltage-limiting amplifier)132， 其是将分压器(R11，R12)所提供的部分输出电压与第一参考电压Vref11进行 比较，并且根据比较的结果产生误差控制信号。该误差控制信号经由光耦合 器128传送至开关切换控制器123，以使得开关切换控制器123根据误差控 制信号来调整开关122的切换占空比(switching duty cycle)，从而将电源转换 单元110的输出电压Vo限制在一预定值上。该电流限制电路127包含电流 感测电阻Rs11，其设置在电源转换单元110的电流返回路径(current return path)上，其设定为当电源转换单元110的输出电流流经电流感测电阻Rs11 时，在电流感测电阻Rs11两端产生与输出电流成正比的感测电压(sensed voltage)。该感测电压耦接到跨导放大器(transconductance amplifier)133的反 相输入端(inverting input terminal)，而跨导放大器133的同相输入端 (non-inverting input terminal)接收第二参考电压Vref12，该第二参考电压 Vref12经由耦接到第一参考电压Vref11的分压器(R13，R14)而产生并且与最 大电流(maximum current)成正比。跨导放大器133将感测电压Vs与第二参 考电压Vref12进行比较，借此判断电源转换单元110的输出电流是否达到最 大电流。如果电源转换单元110的输出电流达到最大电流，跨导放大器133 会产生过电流检测信号(overcurrent detection signal)。该过电流检测信号经由 光耦合器128传送到开关切换控制器123，借以使得开关切换控制器123关 闭以限制电源转换单元110的输出电流在该最大电流关闭来避免过电流的情 形发生。
公知用于便携式计算机的电源转接器100一般而言为一种定电压 (constant voltage)的电源转接器。由于电源转接器100的输出电压是固定的， 电源转接器100的输出电流便可以决定其输出功率。根据电源转接器100的 定电压特性，在电源转接器100的输出电压为固定的情形下，电源转接器100 的输出电流会持续上升。电源转接器100的输出电流上升代表了电源转接器 100的输出功率增加。如果电源转接器100的输出电流超过了最大电流，则 会造成过功率(overpower)的情形发生。在这种情形下，电源转接器100容易 发生过热的问题，进而减少电源转接器100的使用寿命。
此外，当电源转接器100经由直流-直流转换器106向便携式计算机102 供电时，电源转接器100同时也会经由电池充电器108向电池组104进行充 电。当电池组104内部已经储存部分的电能时，电池组104只需要比较小的 充电电流来对其充电。电池组104的充电电流减小代表了电源转接器100传 送到电池组104的负载电流(load current)减少，亦即电池组104的输出电压 必须上升。然而，如前所述公知电源转接器100的输出电压通常都是固定不 动的。在这种情形下，会产生相当大的功率损耗(power loss)在电池充电器108 与直流-直流转换器106上，并且降低电池充电器108与直流-直流转换器106 的转换效率(conversion efficiency)。
综合以上所述，如果能够将电源转接器100的输出电压根据负载对于负 载电流调整的需求来调变，并且使得电源转接器100能够在当输出电流达到 阈值电流时限制电源转接器100的输出功率，便能够解决电源转接器100容 易发生过热的问题并且增进电池充电器108与直流-直流转换器106的转换效 率，同时减少电池充电器108与直流-直流转换器106内部所产生的功率损耗。
因此需要提出一种电源转接器，其提供输出功率限制的功能以当电源转 接器的输出电流达到阈值时限制电源转接器的输出功率于一预定值，并且能 够根据来自负载端的电流控制信号来调变其输出电压。
图2为图1的电源转接器100的电路方块图。如图2所示，电源转接器 100包含电源转换单元110，其包含桥式整流器121、开关122、开关切换控 制器123、变压器124，以及整流滤波电路125。桥式整流器121接收输入交 流电压Vin并且将输入交流电压Vin转换成全波整流的直流电压(full-wave rectified DC voltage)。变压器124具有初级侧绕阻(primary winding)Np与次级 侧绕阻(secondary winding)Ns，其中初级侧绕阻Np与开关122串联并且设定 为当开关122导通时储存自输入交流电压Vin所接收的能量，并且当开关122 截止时将所储存的能量转移至次级侧绕阻Ns两端。整流滤波电路125由整 流二极管Dr11与滤波电容Cf11所组成，其设定为将次级侧绕阻Ns上的能 量进行整流与滤波处理以产生所想要的输出直流电压Vo。除此之外，电源 转接器还包含电压限制电路126与电流限制电路127。该电压限制电路126 包含分压器(voltage divider)，其由电阻R11与R12所组成且耦接到电源转换 单元110的输出端，其设定为产生一部分输出电压(fractional output voltage)。 该电压限制电路126还包含电压限制放大器(voltage-limiting amplifier)132， 其是将分压器(R11，R12)所提供的部分输出电压与第一参考电压Vref11进行 比较，并且根据比较的结果产生误差控制信号。该误差控制信号经由光耦合 器128传送至开关切换控制器123，以使得开关切换控制器123根据误差控 制信号来调整开关122的切换占空比(switching duty cycle)，从而将电源转换 单元110的输出电压Vo限制在一预定值上。该电流限制电路127包含电流 感测电阻Rs11，其设置在电源转换单元110的电流返回路径(current return path)上，其设定为当电源转换单元110的输出电流流经电流感测电阻Rs11 时，在电流感测电阻Rs11两端产生与输出电流成正比的感测电压(sensed voltage)。该感测电压耦接到跨导放大器(transconductance amplifier)133的反 相输入端(inverting input terminal)，而跨导放大器133的同相输入端 (non-inverting input terminal)接收第二参考电压Vref12，该第二参考电压 Vref12经由耦接到第一参考电压Vref11的分压器(R13，R14)而产生并且与最 大电流(maximum current)成正比。跨导放大器133将感测电压Vs与第二参 考电压Vref12进行比较，借此判断电源转换单元110的输出电流是否达到最 大电流。如果电源转换单元110的输出电流达到最大电流，跨导放大器133 会产生过电流检测信号(overcurrent detection signal)。该过电流检测信号经由 光耦合器128传送到开关切换控制器123，借以使得开关切换控制器123关 闭以限制电源转换单元110的输出电流在该最大电流关闭来避免过电流的情 形发生。
公知用于便携式计算机的电源转接器100一般而言为一种定电压 (constant voltage)的电源转接器。由于电源转接器100的输出电压是固定的， 电源转接器100的输出电流便可以决定其输出功率。根据电源转接器100的 定电压特性，在电源转接器100的输出电压为固定的情形下，电源转接器100 的输出电流会持续上升。电源转接器100的输出电流上升代表了电源转接器 100的输出功率增加。如果电源转接器100的输出电流超过了最大电流，则 会造成过功率(overpower)的情形发生。在这种情形下，电源转接器100容易 发生过热的问题，进而减少电源转接器100的使用寿命。
此外，当电源转接器100经由直流-直流转换器106向便携式计算机102 供电时，电源转接器100同时也会经由电池充电器108向电池组104进行充 电。当电池组104内部已经储存部分的电能时，电池组104只需要比较小的 充电电流来对其充电。电池组104的充电电流减小代表了电源转接器100传 送到电池组104的负载电流(load current)减少，亦即电池组104的输出电压 必须上升。然而，如前所述公知电源转接器100的输出电压通常都是固定不 动的。在这种情形下，会产生相当大的功率损耗(power loss)在电池充电器108 与直流-直流转换器106上，并且降低电池充电器108与直流-直流转换器106 的转换效率(conversion efficiency)。
综合以上所述，如果能够将电源转接器100的输出电压根据负载对于负 载电流调整的需求来调变，并且使得电源转接器100能够在当输出电流达到 阈值电流时限制电源转接器100的输出功率，便能够解决电源转接器100容 易发生过热的问题并且增进电池充电器108与直流-直流转换器106的转换效 率，同时减少电池充电器108与直流-直流转换器106内部所产生的功率损耗。
因此需要提出一种电源转接器，其提供输出功率限制的功能以当电源转 接器的输出电流达到阈值时限制电源转接器的输出功率于一预定值，并且能 够根据来自负载端的电流控制信号来调变其输出电压。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电源转接器，其可在当电源转接器的输出电 流达到阈值时将输出功率限制在一预定值上。
本发明的另一目的在于提供一种电源转接器，其能够接受由负载端所传 送的电流控制信号并且根据电流控制信号来调变其输出电压。
根据本发明的优选实施例，其提供一种电源转接器，其包含电源转换单 元，具有开关控制电路，电源转换单元设定将输入电源，例如交流电源，转 换成输出电源，例如直流电源，以提供电源给负载；电压限制电路，耦接到 该电源转换单元的输出端，其设定为通过该开关控制电路将该电源转换单元 的输出电压限制在一第一预定值；以及功率限制电路，耦接到该电源转换单 元的输出端，其设定为当该电源转换单元的输出电流达到阈值电流时，通过 该开关控制电路将该电源转换单元的输出电压与输出电流的乘积限制在一 第二预定值。
根据所述的电源转接器，其中该电压限制电路耦接到该电源转换单元的 电压输出端。
根据所述的电源转接器，其中该电压限制电路包含电压限制放大器，其 设定为将该电源转换单元的输出电压与第一参考电压进行比较，并且根据比 较的结果发出误差控制信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将 该电源转换单元的输出电压限制在该第一预定值。
根据所述的电源转接器，其中该电压限制电路设定为接收由负载所传送 的电流控制信号，并且根据电流控制信号发出负载电流调整信号到该开关控 制电路，从而通过该开关控制电路来调变该电源转换单元的输出电压。
根据所述的电源转接器，其中该功率限制电路包含电流感测装置，用以 检测该电源转换单元的输出电流，以及功率限制放大器，其设定为将代表该 电流感测装置所检测的输出电流的电压与代表该阈值电流的第二参考电压 进行比较，并且当该电源转换单元的输出电流达到该阈值电流时，发出功率 限制信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将该电源转换单元的 输出功率限制在该第二预定值。
根据所述的电源转接器，其中该电流感测装置由电阻组成。
根据所述的电源转接器，还包含电流限制电路，其包含跨导放大器，用 以将代表该电流感测装置所检测的输出电流的电压与代表最大电流的第三 参考电压进行比较，并且当该电源转换单元的输出电流达到该最大电流时， 发出过电流检测信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将该电源 转换单元的输出电流限制在该最大电流。
本发明还提供一种电源转接器，其包含：电源转换单元，具有开关控制 电路，电源转换单元设定为将输入电源转换成输出电源以提供给负载；电 压限制电路，耦接到该电源转换单元的输出端，其设定为通过该开关控制电 路将该电源转换单元的输出电压限制在一第一预定值；以及功率限制电路， 耦接到该电源转换单元的输出端，其设定为当该电源转换单元的输出电流达 到阈值电流时，通过该开关控制电路将该电源转换单元的输出电压与输出电 流的乘积限制在一第二预定值；其中，该电压限制电路设定为接收由负载所 传送的电流控制信号，并且根据电流控制信号发出负载电流调整信号到该开 关控制电路，从而通过该开关控制电路来调变该电源转换单元的输出电压。
根据所述的电源转接器，其中该电压限制电路包含电压限制放大器，其 设定为将该电源转换单元的输出电压与第一参考电压进行比较，并且根据比 较的结果发出误差控制信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将 该电源转换单元的输出电压限制在该第一预定值。
根据所述的电源转接器，其中该功率限制电路包含电流感测装置，用以 检测该电源转换单元的输出电流，以及功率限制放大器，其设定为代表该电 流感测装置所检测的输出电流的电压与代表该阈值电流的第二参考电压进 行比较，并且当该电源转换单元的输出电流达到该阈值电流时，发出功率限 制信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将该电源转换单元的输 出功率限制在该第二预定值。
根据所述的电源转接器，还包含电流限制电路，其包含跨导放大器，用 以将代表该电流感测装置所检测的输出电流的电压与代表最大电流的第三 参考电压进行比较，并且当该电源转换单元的输出电流达到该最大电流时， 发出过电流检测信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将该电源 转换单元的输出电流限制在该最大电流。
本发明还提供一种电源转接器，其包含：电源转换单元，具有开关控制 电路，电源转换单元设定为将输入电源转换成输出电源以提供给负载；电压 限制电路，接到该电源转换单元的输出端，其设定为通过该开关控制电路将 该电源转换单元的输出电压限制在一第一预定值；功率限制电路，耦接到该 电源转换单元的输出端，其设定为当该电源转换单元的输出电流达到阈值电 流时，通过该开关控制电路限制该电源转换单元的输出电压与输出电流的乘 积限制在一第二预定值；以及电流限制电路，耦接到该电源转换单元的输出 端，其设定为当该电源转换单元的输出电流达到最大电流时，通过该开关控 制电路限制该电源转换单元的输出电流在该最大电流；其中，该电压限制 电路设定为接收由负载所传送的电流控制信号，并且根据电流控制信号发出 负载电流调整信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路来调变该电 源转换单元的输出电压。
根据所述的电源转接器，其中该电压限制电路包含电压限制放大器，其 设定为将该电源转换单元的输出电压与第一参考电压进行比较，并且根据比 较结果发出误差控制信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将该 电源转换单元的输出电压限制在该第一预定值。
根据所述的电源转接器，其中该功率限制电路包含电流感测装置，用以 检测该电源转换单元的输出电流，以及功率限制放大器，其设定为将代表该 电流感测装置所检测的输出电流的电压与代表该阈值电流的第二参考电压 进行比较，并且当该电源转换单元的输出电流达到该阈值电流时，发出功率 限制信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将该电源转换单元的 输出功率限制在该第二预定值。
根据所述的电源转接器，其中该电流限制电路包含跨导放大器，用以将 代表该电流感测装置所检测的输出电流的电压与代表最大电流的第三参考 电压进行比较，并且当该电源转换单元的输出电流达到该最大电流时，发出 过电流检测信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将该电源转换 单元的输出电流限制在该最大电流。
本发明的提供输出功率限制与取决于负载的电压调变的电源转接器与 现有技术相比其限制电路可有效管理电源转接器的输出功率，避免因为输出 电流过大而产生过功率的情形发生，并且可取决于负载端的控制来调变电源 转接器的输出电压，以调整提供到负载端的负载电流。由于本发明的电源转接 器可以根据负载端的需求来弹性调变输出电压与负载电流，使得负载端的电源损耗 大幅减少而电源效率大幅提升，并且负载端的线路设计复杂度与制造成本得以减少。
本发明的优点与特征，通过下面实施例并结合下列附图的详细说明，能 够得到更深入的了解。
本发明的另一目的在于提供一种电源转接器，其能够接受由负载端所传 送的电流控制信号并且根据电流控制信号来调变其输出电压。
根据本发明的优选实施例，其提供一种电源转接器，其包含电源转换单 元，具有开关控制电路，电源转换单元设定将输入电源，例如交流电源，转 换成输出电源，例如直流电源，以提供电源给负载；电压限制电路，耦接到 该电源转换单元的输出端，其设定为通过该开关控制电路将该电源转换单元 的输出电压限制在一第一预定值；以及功率限制电路，耦接到该电源转换单 元的输出端，其设定为当该电源转换单元的输出电流达到阈值电流时，通过 该开关控制电路将该电源转换单元的输出电压与输出电流的乘积限制在一 第二预定值。
根据所述的电源转接器，其中该电压限制电路耦接到该电源转换单元的 电压输出端。
根据所述的电源转接器，其中该电压限制电路包含电压限制放大器，其 设定为将该电源转换单元的输出电压与第一参考电压进行比较，并且根据比 较的结果发出误差控制信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将 该电源转换单元的输出电压限制在该第一预定值。
根据所述的电源转接器，其中该电压限制电路设定为接收由负载所传送 的电流控制信号，并且根据电流控制信号发出负载电流调整信号到该开关控 制电路，从而通过该开关控制电路来调变该电源转换单元的输出电压。
根据所述的电源转接器，其中该功率限制电路包含电流感测装置，用以 检测该电源转换单元的输出电流，以及功率限制放大器，其设定为将代表该 电流感测装置所检测的输出电流的电压与代表该阈值电流的第二参考电压 进行比较，并且当该电源转换单元的输出电流达到该阈值电流时，发出功率 限制信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将该电源转换单元的 输出功率限制在该第二预定值。
根据所述的电源转接器，其中该电流感测装置由电阻组成。
根据所述的电源转接器，还包含电流限制电路，其包含跨导放大器，用 以将代表该电流感测装置所检测的输出电流的电压与代表最大电流的第三 参考电压进行比较，并且当该电源转换单元的输出电流达到该最大电流时， 发出过电流检测信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将该电源 转换单元的输出电流限制在该最大电流。
本发明还提供一种电源转接器，其包含：电源转换单元，具有开关控制 电路，电源转换单元设定为将输入电源转换成输出电源以提供给负载；电 压限制电路，耦接到该电源转换单元的输出端，其设定为通过该开关控制电 路将该电源转换单元的输出电压限制在一第一预定值；以及功率限制电路， 耦接到该电源转换单元的输出端，其设定为当该电源转换单元的输出电流达 到阈值电流时，通过该开关控制电路将该电源转换单元的输出电压与输出电 流的乘积限制在一第二预定值；其中，该电压限制电路设定为接收由负载所 传送的电流控制信号，并且根据电流控制信号发出负载电流调整信号到该开 关控制电路，从而通过该开关控制电路来调变该电源转换单元的输出电压。
根据所述的电源转接器，其中该电压限制电路包含电压限制放大器，其 设定为将该电源转换单元的输出电压与第一参考电压进行比较，并且根据比 较的结果发出误差控制信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将 该电源转换单元的输出电压限制在该第一预定值。
根据所述的电源转接器，其中该功率限制电路包含电流感测装置，用以 检测该电源转换单元的输出电流，以及功率限制放大器，其设定为代表该电 流感测装置所检测的输出电流的电压与代表该阈值电流的第二参考电压进 行比较，并且当该电源转换单元的输出电流达到该阈值电流时，发出功率限 制信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将该电源转换单元的输 出功率限制在该第二预定值。
根据所述的电源转接器，还包含电流限制电路，其包含跨导放大器，用 以将代表该电流感测装置所检测的输出电流的电压与代表最大电流的第三 参考电压进行比较，并且当该电源转换单元的输出电流达到该最大电流时， 发出过电流检测信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将该电源 转换单元的输出电流限制在该最大电流。
本发明还提供一种电源转接器，其包含：电源转换单元，具有开关控制 电路，电源转换单元设定为将输入电源转换成输出电源以提供给负载；电压 限制电路，接到该电源转换单元的输出端，其设定为通过该开关控制电路将 该电源转换单元的输出电压限制在一第一预定值；功率限制电路，耦接到该 电源转换单元的输出端，其设定为当该电源转换单元的输出电流达到阈值电 流时，通过该开关控制电路限制该电源转换单元的输出电压与输出电流的乘 积限制在一第二预定值；以及电流限制电路，耦接到该电源转换单元的输出 端，其设定为当该电源转换单元的输出电流达到最大电流时，通过该开关控 制电路限制该电源转换单元的输出电流在该最大电流；其中，该电压限制 电路设定为接收由负载所传送的电流控制信号，并且根据电流控制信号发出 负载电流调整信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路来调变该电 源转换单元的输出电压。
根据所述的电源转接器，其中该电压限制电路包含电压限制放大器，其 设定为将该电源转换单元的输出电压与第一参考电压进行比较，并且根据比 较结果发出误差控制信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将该 电源转换单元的输出电压限制在该第一预定值。
根据所述的电源转接器，其中该功率限制电路包含电流感测装置，用以 检测该电源转换单元的输出电流，以及功率限制放大器，其设定为将代表该 电流感测装置所检测的输出电流的电压与代表该阈值电流的第二参考电压 进行比较，并且当该电源转换单元的输出电流达到该阈值电流时，发出功率 限制信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将该电源转换单元的 输出功率限制在该第二预定值。
根据所述的电源转接器，其中该电流限制电路包含跨导放大器，用以将 代表该电流感测装置所检测的输出电流的电压与代表最大电流的第三参考 电压进行比较，并且当该电源转换单元的输出电流达到该最大电流时，发出 过电流检测信号到该开关控制电路，从而通过该开关控制电路将该电源转换 单元的输出电流限制在该最大电流。
本发明的提供输出功率限制与取决于负载的电压调变的电源转接器与 现有技术相比其限制电路可有效管理电源转接器的输出功率，避免因为输出 电流过大而产生过功率的情形发生，并且可取决于负载端的控制来调变电源 转接器的输出电压，以调整提供到负载端的负载电流。由于本发明的电源转接 器可以根据负载端的需求来弹性调变输出电压与负载电流，使得负载端的电源损耗 大幅减少而电源效率大幅提升，并且负载端的线路设计复杂度与制造成本得以减少。
本发明的优点与特征，通过下面实施例并结合下列附图的详细说明，能 够得到更深入的了解。
附图说明
图1显示一种公知的便携式计算机的电源供应系统的系统方块图；
图2是图1的电源转接器的电路方块图；
图3显示本发明的优选实施例的便携式计算机的电源供应系统的系统方 块图；以及
图4是图3的电源转接器的电路方块图。
其中，附图标记说明如下：
图1：
100：电源转接器
102：便携式计算机
104：电池组
106：直流-直流转换器
108：电池充电器
109：电压线路
图2：
110：电源转换单元
121：桥式整流器
122：开关
123：开关切换控制器
124：变压器
125：整流滤波电路
126：电压限制电路
127：电流限制电路
128：光耦合器
132：电压限制放大器
133：跨导放大器
Rs11：电流感测电阻
图3：
300：电源转接器
302：便携式计算机
304：电池组
306：直流-直流转换器
308：电池管理器
309：电压线路
图4：
310：电源转换单元
321：桥式整流器
322：开关
323：开关切换控制器
324：变压器
325：整流滤波电路
326：电压限制电路
327：功率限制电路
328：光耦合器
329：电流限制电路
332：电压限制放大器
333：功率限制放大器
334：跨导放大器
Rs31：电流感测电阻
图2是图1的电源转接器的电路方块图；
图3显示本发明的优选实施例的便携式计算机的电源供应系统的系统方 块图；以及
图4是图3的电源转接器的电路方块图。
其中，附图标记说明如下：
图1：
100：电源转接器
102：便携式计算机
104：电池组
106：直流-直流转换器
108：电池充电器
109：电压线路
图2：
110：电源转换单元
121：桥式整流器
122：开关
123：开关切换控制器
124：变压器
125：整流滤波电路
126：电压限制电路
127：电流限制电路
128：光耦合器
132：电压限制放大器
133：跨导放大器
Rs11：电流感测电阻
图3：
300：电源转接器
302：便携式计算机
304：电池组
306：直流-直流转换器
308：电池管理器
309：电压线路
图4：
310：电源转换单元
321：桥式整流器
322：开关
323：开关切换控制器
324：变压器
325：整流滤波电路
326：电压限制电路
327：功率限制电路
328：光耦合器
329：电流限制电路
332：电压限制放大器
333：功率限制放大器
334：跨导放大器
Rs31：电流感测电阻
具体实施方式
体现本发明的特征与优点的优选实施例将在后面的说明中详细叙述。应 理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其都不脱离本发明 的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明用，而非用以限制本发明。
本发明的优选实施例显示在图3中。如图3所示，电源转接器(power adapter)300设定为将交流输入电压转换成输出直流电压，该输出直流电压用 来提供便携式计算机302的工作所需的电源。便携式计算机302内部具有电 池组(battery pack)304以及直流-直流转换器(DC-DC converter)306，其中直 流-直流转换器306设定为将电源转接器300所提供的直流电压转换成便携式 计算机302的内部构件所需要的电压，而电池组304系设定为当便携式计算 机302并未由电源转换器300供电时，提供电源来运行便携式计算机302。 一般而言电池组304可由多个串联连接的可充电电池(rechargeable battery)所 组成，其可设定为当便携式计算机由电源转接器供电时，将一部分的电源转 接器300的输出能量储存在其中，并且在当便携式计算机302未由电源转换 器300供电时，将其中所储存的能量经由电压线路(voltage rail)309传送到直 流-直流转换器306，借此使得直流-直流转换器306能够提供便携式计算机 302的内部构件所需要的电压。电池管理器(battery management controller)308 设定为监控电池组304的电池温度、电池电压、剩余容量、充电时间、充电 电压以及充电电流等相关信息，并且提供过电流保护(overcurrent protection)、 过电压保护(overvoltage protection)与不足电压保护(under-voltage protection) 等保护作用给电池组304，以控制电池组304的充电操作并且保护电池组 304。
图4为图3的电源转接器300的电路方块图。如图4所示，电源转接器 300包含电源转换单元310，其包含桥式整流器321、开关322、开关切换控 制器323、变压器324，以及整流滤波电路325。桥式整流器321接收输入交 流电压Vin并且将该输入交流电压转换成全波整流的直流电压(full-wave rectified DC voltage)。变压器324具有初级侧绕阻(primary winding)Np与次级 侧绕阻(secondary winding)Ns，其中初级侧绕阻Np与开关322串联并且设定 为当开关322导通时储存自输入交流电压Vin所接收的能量，并且当开关322 截止时将所储存的能量转移至次级侧绕阻Ns两端。整流滤波电路325由整 流二极管Dr31与滤波电容Cf31所组成，其设定为将次级侧绕阻Ns上的能 量进行整流与滤波处理以产生所想要的输出直流电压Vo。须注意的是图4 所示的电源转接器300是组态设定为返驰式拓扑结构(flyback topology)，然 而本发明的电源转接器可以采用其它种类的电源转换器拓扑来完成，例如正 向拓扑结构(forward topology)、不对称半桥拓扑结构(asymmetrical half-bridge topology)等等。除此之外，电源转接器还包含电压限制电路326与功率限制 电路327。该电压限制电路326耦接到电源转换单元310的输出端并且包含 分压器，其由电阻R35与R36所组成并且设定为产生一个部分输出电压 (fractional output voltage)。该电压限制电路326也包含分压器，其由电阻R41 与R42所组成并且耦接到第一参考电压Vref31。分压器(R41，R42)设定为用 来产生一部分第一参考电压VID。电压限制电路326还包含电压限制放大器 (voltage-limiting amplifier)332，其将分压器(R35，R36)所提供的部分输出电压 与分压器(R41，R42)所提供的部分第一参考电压VID进行比较，并且根据比 较的结果产生误差控制信号。该误差控制信号经由光耦合器328传送到开关 切换控制器323，以使得开关切换控制器323根据误差控制信号来调整开关 322的切换占空比(switching duty cycle)，从而将电源转换单元310的输出电 压Vo限制在一预定值上。
功率限制电路327耦接到电源转换单元310的输出端，其包含电流感测 电阻Rs31、电阻R31、R32、R33、R34，以及功率限制放大器(power-limiting amplifier)333。电阻R31耦接到电路节点N31与N32之间，而电阻R32耦接 到正电压输出端以及节点N32之间。由于电路节点N31与位于电源转换单 元310的电流返回路径上的电路节点N33连接到同一个接地参考端(ground reference)，节点N31上的电压可视为与节点N33上的电压相同，借此在电 路节点N32上产生一个电流信号，其由电流检测电阻Rs31两端的电压加上 一个微小的正偏压所组成，并且代表电源转换单元310的输出电流。该电流 信号耦接到功率限制放大器的反向输入端。此外，第二参考电压Vref32耦接 到功率限制放大器333的同相输入端，其经由耦接到第一参考电压Vref31 的分压器(R33，R34)所产生并且与阈值电流(threshold current)成正比。因此在 节点N35上会产生代表电流的信号，其由第二参考电压Vref32所组成。功 率限制放大器333比较代表电源转换单元310的输出电流的信号以及代表阈 值电流的信号，借此判断电源转换单元310的输出电流是否达到阈值电流。 如果电源转换单元310的输出电流达到阈值电流，功率限制放大器333会发 出功率限制信号并经由光耦合器328传送到开关切换控制器323，以使开关 切换控制器323将电源转换单元310的输出电压与输出电流的乘积(product) 限制在一预定值。因此，功率限制电路327便能够在当电源转换单元310的 输出电流达到阈值电流时，驱动开关切换控制器323将电源转换单元310的 输出功率限制在一预定值，以避免过功率的情形发生。
此外，请参见图3，电池管理器308与电池组304耦接，以便监控电池 组304的电池温度、电池电压、剩余容量、充电时间、充电电压以及充电电 流等相关信息，并提供保护作用给电池组304。此外电池管理器308可设定 为根据所量测的电池电压，发出控制信号Icontrol给电源转接器300。该电 流控制信号Icontrol是电流信号并且耦合到电压限制电路326中的电压限制 放大器332的反向输入端，如图4所示，使得电压限制放大器332的输出能 够对控制信号Icontrol作出反应，进而发出负载电流调整信号(load current regulation signal)来驱动开关切换控制器调变电源转换单元310的输出电压， 借此调整提供给电池组304的充电电流。另外，图4所示的部分第一参考电 压VID也可经由该输入/输出接口传送到电池管理器308，借此使得电池管理 器308能够了解电源转换器300的输出功率值，如图3所示。
此外，电源转接器300可选择性的包含电流限制电路329，其由电流感 测电阻Rs31与跨导放大器334所组成。电流感测电阻Rs31设置在电源转换 单元310的电流返回路径上，其设定为当电源转换单元310的输出电流流经 电流感测电阻Rs31时，在电流感测电阻Rs31两端产生与输出电流成正比的 感测电压(sensed voltage)。该感测电压耦接到跨导放大器334的反相输入端， 而跨导放大器334的同相输入端接收第三参考电压Vref33，其经由耦接到第 一参考电压Vref31的分压器(R37，R38)而产生并且与最大电流(maximum current)成正比。跨导放大器334将感测电压与第三参考电压Vref33进行比 较，借此判断电源转换单元310的输出电流是否达到最大电流。如果电源转 换单元310的输出电流达到最大电流，跨导放大器334会产生过电流检测信 号(overcurrent detection signal)。该过电流检测信号经由光耦合器328传送到 开关切换控制器323，以使开关切换控制器323限制电源转换单元310的输 出电流在该最大电流以避免过电流的情形发生。
综合以上所述，本发明提出一种电源转接器，其组态设定为在输出电流 达到阈值电流时，限制电源转接器的输出功率在一预定值，并且能够接收负 载端(电池组)的控制器所传送过来的电流控制信号来驱动电源转接器的开关 切换控制器以完成输出电压的调变，进而调整提供到负载端的负载电流(提供 给电池组的充电电流)。将本发明的电源转接器与图1的公知电源转接器相比 较可知，本发明所具体实现的功率限制电路可有效管理电源转接器的输出功 率，避免因为输出电流过大而产生过功率的情形发生，并且可取决于负载端 的控制来调变电源转接器的输出电压，以调整提供到负载端的负载电流。很 明显的，由于本发明的电源转接器可以根据负载端的需求来弹性调变输出电 压与负载电流，使得负载端的电源损耗大幅减少而电源效率大幅提升，并且 负载端的线路设计复杂度与制造成本得以减少。
本发明可由本领域的技术人员进行各种变化和修饰，然而都不脱离所附 权利要求所欲保护的范围。
本发明的优选实施例显示在图3中。如图3所示，电源转接器(power adapter)300设定为将交流输入电压转换成输出直流电压，该输出直流电压用 来提供便携式计算机302的工作所需的电源。便携式计算机302内部具有电 池组(battery pack)304以及直流-直流转换器(DC-DC converter)306，其中直 流-直流转换器306设定为将电源转接器300所提供的直流电压转换成便携式 计算机302的内部构件所需要的电压，而电池组304系设定为当便携式计算 机302并未由电源转换器300供电时，提供电源来运行便携式计算机302。 一般而言电池组304可由多个串联连接的可充电电池(rechargeable battery)所 组成，其可设定为当便携式计算机由电源转接器供电时，将一部分的电源转 接器300的输出能量储存在其中，并且在当便携式计算机302未由电源转换 器300供电时，将其中所储存的能量经由电压线路(voltage rail)309传送到直 流-直流转换器306，借此使得直流-直流转换器306能够提供便携式计算机 302的内部构件所需要的电压。电池管理器(battery management controller)308 设定为监控电池组304的电池温度、电池电压、剩余容量、充电时间、充电 电压以及充电电流等相关信息，并且提供过电流保护(overcurrent protection)、 过电压保护(overvoltage protection)与不足电压保护(under-voltage protection) 等保护作用给电池组304，以控制电池组304的充电操作并且保护电池组 304。
图4为图3的电源转接器300的电路方块图。如图4所示，电源转接器 300包含电源转换单元310，其包含桥式整流器321、开关322、开关切换控 制器323、变压器324，以及整流滤波电路325。桥式整流器321接收输入交 流电压Vin并且将该输入交流电压转换成全波整流的直流电压(full-wave rectified DC voltage)。变压器324具有初级侧绕阻(primary winding)Np与次级 侧绕阻(secondary winding)Ns，其中初级侧绕阻Np与开关322串联并且设定 为当开关322导通时储存自输入交流电压Vin所接收的能量，并且当开关322 截止时将所储存的能量转移至次级侧绕阻Ns两端。整流滤波电路325由整 流二极管Dr31与滤波电容Cf31所组成，其设定为将次级侧绕阻Ns上的能 量进行整流与滤波处理以产生所想要的输出直流电压Vo。须注意的是图4 所示的电源转接器300是组态设定为返驰式拓扑结构(flyback topology)，然 而本发明的电源转接器可以采用其它种类的电源转换器拓扑来完成，例如正 向拓扑结构(forward topology)、不对称半桥拓扑结构(asymmetrical half-bridge topology)等等。除此之外，电源转接器还包含电压限制电路326与功率限制 电路327。该电压限制电路326耦接到电源转换单元310的输出端并且包含 分压器，其由电阻R35与R36所组成并且设定为产生一个部分输出电压 (fractional output voltage)。该电压限制电路326也包含分压器，其由电阻R41 与R42所组成并且耦接到第一参考电压Vref31。分压器(R41，R42)设定为用 来产生一部分第一参考电压VID。电压限制电路326还包含电压限制放大器 (voltage-limiting amplifier)332，其将分压器(R35，R36)所提供的部分输出电压 与分压器(R41，R42)所提供的部分第一参考电压VID进行比较，并且根据比 较的结果产生误差控制信号。该误差控制信号经由光耦合器328传送到开关 切换控制器323，以使得开关切换控制器323根据误差控制信号来调整开关 322的切换占空比(switching duty cycle)，从而将电源转换单元310的输出电 压Vo限制在一预定值上。
功率限制电路327耦接到电源转换单元310的输出端，其包含电流感测 电阻Rs31、电阻R31、R32、R33、R34，以及功率限制放大器(power-limiting amplifier)333。电阻R31耦接到电路节点N31与N32之间，而电阻R32耦接 到正电压输出端以及节点N32之间。由于电路节点N31与位于电源转换单 元310的电流返回路径上的电路节点N33连接到同一个接地参考端(ground reference)，节点N31上的电压可视为与节点N33上的电压相同，借此在电 路节点N32上产生一个电流信号，其由电流检测电阻Rs31两端的电压加上 一个微小的正偏压所组成，并且代表电源转换单元310的输出电流。该电流 信号耦接到功率限制放大器的反向输入端。此外，第二参考电压Vref32耦接 到功率限制放大器333的同相输入端，其经由耦接到第一参考电压Vref31 的分压器(R33，R34)所产生并且与阈值电流(threshold current)成正比。因此在 节点N35上会产生代表电流的信号，其由第二参考电压Vref32所组成。功 率限制放大器333比较代表电源转换单元310的输出电流的信号以及代表阈 值电流的信号，借此判断电源转换单元310的输出电流是否达到阈值电流。 如果电源转换单元310的输出电流达到阈值电流，功率限制放大器333会发 出功率限制信号并经由光耦合器328传送到开关切换控制器323，以使开关 切换控制器323将电源转换单元310的输出电压与输出电流的乘积(product) 限制在一预定值。因此，功率限制电路327便能够在当电源转换单元310的 输出电流达到阈值电流时，驱动开关切换控制器323将电源转换单元310的 输出功率限制在一预定值，以避免过功率的情形发生。
此外，请参见图3，电池管理器308与电池组304耦接，以便监控电池 组304的电池温度、电池电压、剩余容量、充电时间、充电电压以及充电电 流等相关信息，并提供保护作用给电池组304。此外电池管理器308可设定 为根据所量测的电池电压，发出控制信号Icontrol给电源转接器300。该电 流控制信号Icontrol是电流信号并且耦合到电压限制电路326中的电压限制 放大器332的反向输入端，如图4所示，使得电压限制放大器332的输出能 够对控制信号Icontrol作出反应，进而发出负载电流调整信号(load current regulation signal)来驱动开关切换控制器调变电源转换单元310的输出电压， 借此调整提供给电池组304的充电电流。另外，图4所示的部分第一参考电 压VID也可经由该输入/输出接口传送到电池管理器308，借此使得电池管理 器308能够了解电源转换器300的输出功率值，如图3所示。
此外，电源转接器300可选择性的包含电流限制电路329，其由电流感 测电阻Rs31与跨导放大器334所组成。电流感测电阻Rs31设置在电源转换 单元310的电流返回路径上，其设定为当电源转换单元310的输出电流流经 电流感测电阻Rs31时，在电流感测电阻Rs31两端产生与输出电流成正比的 感测电压(sensed voltage)。该感测电压耦接到跨导放大器334的反相输入端， 而跨导放大器334的同相输入端接收第三参考电压Vref33，其经由耦接到第 一参考电压Vref31的分压器(R37，R38)而产生并且与最大电流(maximum current)成正比。跨导放大器334将感测电压与第三参考电压Vref33进行比 较，借此判断电源转换单元310的输出电流是否达到最大电流。如果电源转 换单元310的输出电流达到最大电流，跨导放大器334会产生过电流检测信 号(overcurrent detection signal)。该过电流检测信号经由光耦合器328传送到 开关切换控制器323，以使开关切换控制器323限制电源转换单元310的输 出电流在该最大电流以避免过电流的情形发生。
综合以上所述，本发明提出一种电源转接器，其组态设定为在输出电流 达到阈值电流时，限制电源转接器的输出功率在一预定值，并且能够接收负 载端(电池组)的控制器所传送过来的电流控制信号来驱动电源转接器的开关 切换控制器以完成输出电压的调变，进而调整提供到负载端的负载电流(提供 给电池组的充电电流)。将本发明的电源转接器与图1的公知电源转接器相比 较可知，本发明所具体实现的功率限制电路可有效管理电源转接器的输出功 率，避免因为输出电流过大而产生过功率的情形发生，并且可取决于负载端 的控制来调变电源转接器的输出电压，以调整提供到负载端的负载电流。很 明显的，由于本发明的电源转接器可以根据负载端的需求来弹性调变输出电 压与负载电流，使得负载端的电源损耗大幅减少而电源效率大幅提升，并且 负载端的线路设计复杂度与制造成本得以减少。
本发明可由本领域的技术人员进行各种变化和修饰，然而都不脱离所附 权利要求所欲保护的范围。