多输出的功率分配控制装置的制作方法

1.本发明有关于一种功率分配控制装置，尤其是一种多输出的功率分配控制装置。


背景技术：

2.随着电子产品广泛普及，电子产品的充电方式也越来越多元，各种不同的电子产品有不同的充电功率，因此针对不同的充电功率的电子产品就必须得准备多种输出功率的充电器，这对于使用者来说不甚便利。举例来说，以usb开发者论坛(usb if)所发布的充电规格来说，有5伏特(v)
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48v的输出电压规格，以及最高240瓦特(w)的输出功率规格。
3.因此，现有的充电器，为了能够提供宽电压调整幅度并满足240w高功率的需求，势必需要多组切换架构来做整合输出。如此一来，将导致空间利用率下降，对于携带型的充电器而言，将因为设备体积变大而不变携带使用。例如，请参阅图6所示，现有的充电器为了实现高功率且多电压输出的功能，采用并联多组的隔离式直流/直流转换器模块300、400。通常其中一组负责低电压的需求，另一组则负责高电压的需求。
4.当该充电器通过输入端口100接收到交流电时，该交流电通过整流单元200转换成直流电后，输入至该些直流/直流转换器模块300、400的一次侧单元，再由该些直流/直流转换器模块300、400的二次侧单元将转换后的直流电分别输出至高功率输出端口500及一般功率输出端口600。当中该高功率输出端口500用于输出高电压需求的充电功率对需要充电的电子产品充电，而该一般功率输出端口600则用于输出低电压需求的充电功率对需要充电的电子产品充电。
5.然而，此架构需要设置多组的隔离式直流/直流转换器模块，限制了该充电器空间利用效率，导致该充电器的体积大，不便于携带。因此，现有的充电器仍需进一步的改良。


技术实现要素：

6.有鉴于上述问题，本发明提供一种多输出的功率分配控制装置，可通过单一输出端口输出多种不同的输出功率，且无需设置多组的直流/直流转换器模块，可有效改善空间利用效率的问题。
7.该多输出的功率分配控制装置包含有：
8.一输入端口，供电连接至一电源，以接收一交流电；
9.一整流单元，电连接该输入端口，接收该交流电，并将该交流电转换成一直流电；
10.一电源转换器，包含有：
11.一一次侧单元，电连接该整流单元，以接收该直流电；
12.一第一二次侧单元，耦合该一次侧单元，以感应生成一第一直流电；
13.一第二二次侧单元，耦合该一次侧单元，以感应生成一第二直流电；
14.一第一开关单元，电连接该第一二次侧单元，接收该第一直流电；
15.一第二开关单元，电连接该第二二次侧单元，接收该第二直流电；
16.一输出端口，电连接该第一开关单元及该第二开关单元，且供电连接至一受电装
置；
17.一控制单元，电连接该输出端口、该第一开关单元、该第二开关单元、该第一二次侧单元、该第二二次侧单元及该一次侧单元；
18.其中该控制单元通过该输出端口接收该受电装置传送的一充电控制信号；
19.其中当该充电控制信号为一高压充电信号时，该控制单元控制该第一开关单元导通，并控制该第二开关单元不导通，使该输出端口输出该第一直流电，且该控制单元根据该第一直流电及该高压充电信号控制该一次侧单元；
20.其中当该充电控制信号为一低压充电信号时，该控制单元控制该第二开关单元导通，并控制该第一开关单元不导通，使该输出端口输出该第二直流电，且该控制单元根据该第二直流电及该低压充电信号控制该一次侧单元。
21.由于本发明仅有一组电源转换器，并使用了两个开关单元来切换欲输出的直流电。通过两个开关单元将输出的多组直流电分别连接至该输出端口，且借由控制单元接收该输出端口连接的该受电装置传送的该充电控制信号，判断目前欲输出的功率，借此调整该第一开关单元与该第二开关单元的启闭，以输出对应输出功率的直流电至该输出端口，提供该受电装置充电。因此，本发明提供的多输出的功率分配控制装置并不需要多组的电源转换器，能够节省一整组电源转换器所需的空间，故能够提高空间应用效率以及能够符合宽电压调整幅度的应用，大幅提升空间利用率，以达到最佳化设计的范围。
附图说明
22.图1为本发明的多输出的功率分配控制装置的系统架构示意图。
23.图2为本发明的多输出的功率分配控制装置的另一系统架构示意图。
24.图3为本发明的多输出的功率分配控制装置的电路架构示意图。
25.图4为本发明的多输出的功率分配控制装置的又一系统架构示意图。
26.图5为本发明的多输出的功率分配控制装置的另一实施例的系统架构示意图。
27.图6为现有的充电器的系统架构示意图。
具体实施方式
28.请参阅图1，本发明的多输出的功率分配控制装置包含有一输入端口10、一整流单元20、一电源转换器30、一第一开关单元40、一第二开关单元50、一输出端口60及一控制单元70。
29.该输入端口10供电连接至一电源，以接收一交流电。该整流单元20电连接该输入端口10，以接收该交流电，并将该交流电转换成一直流电。
30.该电源转换器30包含有一一次侧单元31、一第一二次侧单元32及一第二二次侧单元33。该一次侧单元31电连接该整流单元20，以接收该直流电。该第一二次侧单元32耦合该一次侧单元31，以感应生成一第一直流电。该第二二次侧单元33耦合该一次侧单元31，以感应生成一第二直流电。
31.该第一开关单元40电连接该第一二次侧单元32，接收该第一直流电。该第二开关单元50电连接该第二二次侧单元33，接收该第二直流电。
32.该输出端口60电连接该第一开关单元40及该第二开关单元50，且供电连接至一受
电装置。该控制单元70电连接该输出端口60、该第一开关单元40、该第二开关单元50、该第一二次侧单元32、该第二二次侧单元33及该一次侧单元31。
33.该控制单元70通过该输出端口60接收该受电装置传送的一充电控制信号。且当该充电控制信号为一高压充电信号时，该控制单元70控制该第一开关单元40导通，并控制该第二开关单元50不导通，使该输出端口60输出该第一直流电，且该控制单元70根据该第一直流电及该高压充电信号控制该一次侧单元31。而当该充电控制信号为一低压充电信号时，该控制单元70控制该第二开关单元50导通，并控制该第一开关单元40不导通，使该输出端口60输出该第二直流电，且该控制单元70根据该第二直流电及该低压充电信号控制该一次侧单元31。
34.由于本发明仅有一组电源转换器30，并使用了两个开关单元来切换输出的直流电，即该第一开关单元40与该第二开关单元50。借由通过该第一开关单元40及该第二开关单元50将该第一直流电或该第二直流电分别输出至该输出端口60，且该控制单元70根据该输出端口60连接的该受电装置传送的该充电控制信号判断目前欲输出的功率，借此调整该第一开关单元40与该第二开关单元50的启闭，控制对应输出功率的直流电输出至该输出端口60，进而提供该受电装置充电。因此，本发明提供的多输出的功率分配控制装置并不需要多组的电源转换器，能够节省一整组电源转换器所需的空间，故能够提高空间应用效率以及能够符合宽电压调整幅度的应用，大幅提升空间利用率，以达到最佳化设计的范围。
35.举例来说，当该控制单元70根据该充电控制信号判断该受电装置需要一高功率电源进行充电时，该控制单元70控制该第一开关单元40导通，输出高电压的该第一直流电，例如48伏特(v)的直流电，并以5安培(a)的电流对该受电装置以240瓦特(w)的高功率对该受电装置充电。而当该控制单元70根据该充电控制信号判断该受电装置需要一低功率电源进行充电时，该控制单元70控制该第二开关单元50导通，输出低电压的该第二直流电，例如5v的直流电，并以3a的电流对该受电装置以15w的低功率对该受电装置充电。
36.请参阅图2及图3所示，该多输出的功率分配控制装置进一步包含有一抗电磁干扰单元80，该抗电磁干扰单元90电连接于该输入端口10与该整流单元20之间，且该交流电通过该抗电磁干扰单元80后输出至该整流单元20。借由该抗电磁干扰单元80的设置，能够减少该交流电中的电磁干扰杂讯。在本实施例中，该整流单元20一桥式整流器，而该抗电磁干扰单元80一共模电感。
37.进一步而言，该第一开关单40元为一第一金属氧化物半导体场效晶体管(mosfet)，且该第一mosfet的一源极及一漏极电连接于该第一二次侧单元32及该输出端口60之间，而该第一mosfet的一栅极电连接至该控制单元70。
38.而该第二开关单元50为一第二mosfet，且该第二mosfet的一源极及一漏极电连接于该第二二次侧单元33及该输出端口60之间，而该第二mosfet的一栅极电连接至该控制单元70。
39.如此一来，该控制单元70便可通过控制该第一mosfet与该第二mosfet的栅极电压，控制该第一开关单元40与该第二开关单元50的导通与否。
40.而该第一二次侧单元32包含有一的一二次侧模块321及一第一同步整流控制(synchronous rectifier control)模块322。该第二二次侧单元33包含有一第二二次侧模块331及一第二同步整流控制模块332。
41.该第一二次侧模块321包含有一第一线圈3211，且该第一线圈3211与该一次侧单元31耦合，以感应生成该第一直流电。该第一同步整流控制模块322电连接该第一二次侧模块321及该第一开关单元40，以接收该第一直流电，并输出同步整流后的该第一直流电至该第一开关单元40。
42.该第二二次侧模块331包含有一第二线圈3311，且该第二线圈3311与该一次侧单元31耦合，以感应生成该第二直流电。该第二同步整流控制模块332电连接该第二二次侧模块331及该第二开关单元50，以接收该第二直流电，并输出同步整流后的该第二直流电至该第二开关单元50。在本实施例中，该第一同步整流控制模块322包含有一第一同步整流控制器3221，且该第二同步整流控制模块332包含有一第二同步整流控制器3321。而该第一同步整流控制器3221及该第二同步整流控制器3321的型号皆为mp3608gj
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z。
43.此外，该一次侧单元31包含有一一次侧线圈311及一一次侧开关312。
44.该一次侧线圈311耦合该第一二次侧单元32的该第一二次侧模块321的该第一线圈3211及该第二二次侧单元33的该第二二侧模块331的该第二线圈3311。
45.该一次侧开关312与该一次侧线圈311串连后，连接于该整流单元20的一正输出端及一负输出端之间，且该一次侧开关312的一控制端连接至该控制单元70。
46.进一步而言，该控制单元70包含有一电路控制模块71及一电源转换控制模块72。
47.该电路控制模块71电连接该输出端口60、该第一开关单元40的该第一mosfet的该栅极、该第二开关单元50的该第二mosfet的该栅极、该第一二次侧单元32及该第二二次侧单元33。该电路控制模块71通过该输出端口60接收该受电装置传送的该充电控制信号。且当该充电控制信号为该高压充电信号时，该电路控制模块71控制该第一开关单元40导通，并控制该第二开关单元50不导通，使该输出端口60输出该第一直流电。而当该充电控制信号为该低压充电信号时，该电路控制模块71控制该第二开关单元50导通，并控制该第一开关单元40不导通，使该输出端口60输出该第二直流电。
48.该电源转换控制模块72耦合该电路控制模块71，并电连接该一次侧单元31的该一次侧开关312的一控制端，且该电源转换控制模块72根据该电路控制模块71产生的一回授控制信号控制该一次侧单元31。当该第一开关单元40导通时，该电路控制模块71根据该第一直流电及该高压充电信号产生该回授控制信号。而当该第二开关单元50导通时，该电路控制模块71根据该第二直流电及该低压充电信号产生该回授控制信号。在本实施例中，该电路控制模块71的型号为wt6633f，而该电源转换控制模块72的型号为ncp12601。
49.请参阅图4所示，该电路控制模块71包含有一充电控制器711及一控制电路712。
50.该充电控制器711电连接该输出端口60、该第一开关单元40及该第二开关单元50。该充电控制器711通过该输出端口60接收该受电装置传送的该充电控制信号。当该充电控制信号为该高压充电信号时，该充电控制器711控制该第一开关单元40导通，并控制该第二开关单元50不导通，使该输出端口60输出该第一直流电。而当该充电控制信号为该低压充电信号时，该充电控制器711控制该第二开关单元50导通，并控制该第一开关单元40不导通，使该输出端口60输出该第二直流电。
51.该控制电路712电连接该第一二次侧单元32、该第二二次侧单元33及该充电控制器711，且耦合该电源转换控制模块72。当该第一开关单元40导通时，该控制电路712根据该第一直流电及该高压充电信号产生该回授控制信号。当该第二开关单元50导通时，该控制
电路712根据该第二直流电及该低压充电信号产生该回授控制信号。
52.在本实施例中，该充电控制器711一usb供电控制器(usb pd controller)，且该控制电路712光耦合至该电源转换控制模块72。而该控制电路712与该电源转换控制模块72控制该一次侧单元31的方式为一般习知的直流/直流转换器的回授控制方式，在此不再赘述。
53.而该多输出的功率分配控制装置进一步包含有一功率因数校正电路91及一功率因数控制器92。
54.该功率因数校正电路91电连接于该整流单元20与该一次侧单元31之间，且接收该直流电，并输出校正后的该直流电至该一次侧单元31。该功率因数控制器92电连接该功率因数校正电路91，且接收校正后的该直流电，并根据校正后的该直流电回授控制该功率因数校正电路91。
55.请参阅图5所示，在本发明的另一实施例中，该第一开关单元40包含有一第一开关41、一第一直流/直流(dc/dc)转换器42及一的三开关模块43。
56.该第一开关41电连接于该第一二次侧单元32与该输出端口60之间，以接收该第一直流电，且电连接至该控制单元70。该第一dc/dc转换器42电连接该第一二次侧单元32，以接收该第一直流电，并转换成一第三直流电。该第三开关43电连接于该第一dc/dc转换器与该输出端口60之间，以接收该第三直流电，且电连接至该控制单元70。
57.而该第二开关单元50包含有一第二开关51、一第二dc/dc转换器52及一的四开关53。
58.该第二开关51电连接于该第二二次侧单元33与该输出端口60之间，以接收该第二直流电，且电连接至该控制单元70。该第二dc/dc转换器电连接该第二二次侧单元33，以接收该第二直流电，并转换成一第四直流电。该第四开关43电连接于该第二dc/dc转换器52与该输出端口60之间，以接收该第四直流电，且电连接至该控制单元70。
59.当该充电控制信号为该高压充电信号时，该控制单元70控制该第一开关41导通，并控制该第二开关51、该第三开关43及该第四开关43不导通，使该输出端口60输出该第一直流电。
60.当该充电控制信号为一次高压充电信号时，该控制单元70控制该第三开关43导通，并控制该第一开关41、该第二开关51及该第四开关53不导通，使该输出端口60输出该第三直流电。
61.当该充电控制信号为该低压充电信号时，该控制单元70控制该第二开关51导通，并控制该第一开关41、该第三开关43及该第四开关53不导通，使该输出端口60输出该第二直流电。
62.当该充电控制信号为一次低压充电信号时，该控制单元70控制该第四开关53导通，并控制该第一开关41、该第二开关51及该第三开关43不导通，使该输出端口60输出该第四直流电。
63.进一步而言，该第一开关41为该第一mosfet，且该第一mosfet的一源极及一漏极电连接于该第一二次侧单元32及该输出端口60之间，而该第一mosfet的一栅极电连接至该控制单元70。
64.该第三开关43为一第三mosfet，且该第三mosfet的一源极及一漏极电连接于该第一dc/dc转换器42及该输出端口60之间，而该第三mosfet的一栅极电连接至该控制单元70。
65.该第二开关51为该第二mosfet，且该第二mosfet的一源极及一漏极电连接于该第二二次侧单元33及该输出端口60之间，而该第二mosfet的一栅极电连接至该控制单元70。
66.该第四开关53为一第四mosfet，且该第四mosfet的一源极及一漏极电连接于该第二dc/dc转换器52及该输出端口60之间，而该第四mosfet的一栅极电连接至该控制单元70。
67.在本实施中，由于该输出端口60能接收到更多种不同电压的该第一至该第四直流电，且该控制单元70根据接收到的该充电控制信号分别控制该第一至该第四开关41、43、51、53，借此让该输出端口60能输出更多种类的电压对该受电装置充电。举例来说，该第一直流电为电压48v、电流5a、输出功率为240w的电源。该第二直流电为电压20v、电流5a、输出功率为100w的电源。该第三直流电为电压36v、电流5a、输出功率为180w的电源。该第四直流电为电压5v、电流3a、输出功率为15w的电源。
68.以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。