專利名稱：軟切換開關裝置與方法及其應用的電源轉換系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種開關裝置與方法及其應用的電源轉換系統(tǒng)，尤其涉及一種具有軟 切換功能的開關裝置與方法及其應用的電源轉換系統(tǒng)。
背景技術：
一般在多個輸出的電源轉換器中，若要同時切斷或導通多個二次側的電源輸出， 例如要同時切斷或導通兩個二次側的電源輸出，需要在各個電源輸出端都設置有開關元 件，才能夠進行這些電源輸出端導通與切斷的控制。而當欲控制的電源輸出端越來越多時， 就需要額外設置相對應數(shù)量的開關元件，如此便會造成功率損耗以及成本的上升。另外，為了整體電路和接受電源輸出的裝置的穩(wěn)定性，在各個開關元件處便需要 加上線性調整器(linear regulator)，來防止因為開關元件切換時電壓或電流的急劇改變 而造成的電路或裝置的損壞。當欲控制的電源輸出端越來越多時，線性調節(jié)器也會隨著開 關元件增設，同樣會造成功率損耗以及成本的上升。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明所要解決的問題在于，通過在電源轉換器二次側的線圈處設置 開關裝置，來同時控制多個電源輸出端的導通或截止，并提供該開關裝置軟切換的機制，讓 開關裝置切換時的電壓或電流改變能夠減緩，以維持電路及裝置的穩(wěn)定性。為了達到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方案，提供一種軟切換開關裝置，包括有一主 開關單元以及一緩沖單元，其中主開關單元是軟切換開關裝置主要的開關部，其依據(jù)開關 信號來切換導通或截止，包括有一開關輸入端和一開關輸出端；緩沖單元耦接于主開關單 元，用來緩沖該主開關單元的該開關輸出端的電壓與電流。特別的是，緩沖單元可以是通過調整開關信號的電壓大小，來控制主開關單元的 內電阻，緩沖主開關單元在導通或是截止時，其開關輸出端的電壓與電流，以提供軟切換的 機制?；蛘?，緩沖單元可以與主開關單元并聯(lián)，利用該緩沖單元中的一緩沖電阻來減緩主開 關單元的開關輸出端的電壓與電流的劇烈改變。根據(jù)本發(fā)明的另一方案，提供一種電源轉換系統(tǒng)，包括一電源轉換單元以及一軟 切換開關裝置。電源轉換單元中有至少一二次側線圈，是用以將輸入電源轉換成至少一個 輸出電源，而軟切換開關裝置則耦接于該電源轉換單元的二次側線圈，以同時控制一個或 多個輸出電源的導通或截止。其中軟切換開關裝置包含主開關單元以及緩沖單元，主開關單元是軟切換開關裝 置主要的開關部，而緩沖單元則是用來緩沖該主開關單元的一開關輸出端的電壓與電流， 可以是通過調整開關信號的電壓，來在主開關切換單元導通或是切斷時，調整主開關單元 的內電阻，以提供軟切換的功能；或是提供一緩沖電阻來減緩主開關單元的開關輸出端的 電壓與電流改變，進一步提升電路及裝置的穩(wěn)定性。根據(jù)本發(fā)明的又一方案，提供一種軟切換開關方法，步驟有提供一開關信號以控制一主開關單元的開啟或關閉，并提供一緩沖單元，用來在主開關單元開啟或關閉時，通過 調制開關信號的電壓高低來改變該主開關單元的內電阻，或者是通過調整一緩沖電阻的阻 值，來減緩主開關單元的開關輸出端的電壓和電流改變，達到軟切換的目的。通過直接在電源轉換單元的二次側線圈處設置開關裝置，來同時控制多個電源輸 出，并提供該開關裝置軟切換的機制來提升電路及裝置的穩(wěn)定性。如此一來，便可減少開關 元件以及線性調節(jié)器的設置，以降低電源轉換器功率的耗損以及成本的浪費。以上的概述與接下來的實施例，都是為了進一步說明本發(fā)明的技術手段與達成功 效，所敘述的實施例與附圖僅提供參考說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。


圖1為本發(fā)明軟切換開關裝置的一種實施例的方框圖；圖2為本發(fā)明軟切換開關裝置的一種實施例的電路圖；圖3為本發(fā)明電源轉換系統(tǒng)的一種實施例的電路簡圖；圖4為本發(fā)明電源轉換系統(tǒng)的一種實施例的二次側電路圖；及圖5為本發(fā)明軟切換開關方法的一種實施例的流程圖；圖6為本發(fā)明軟切換開關裝置的另一種實施例的示意圖。上述附圖中的附圖標記說明如下10、10’、10a軟切換開關裝置ll、lla主開關單元13、13a緩沖單元15、15’輔助開關單元20電源轉換系統(tǒng)21反饋穩(wěn)壓單元23電源轉換單元S501 S505流程圖步驟說明
具體實施例方式請參照圖1，為軟切換開關裝置10的一種實施例的方框圖，包含有一主開關單元 11、一緩沖單元13以及一輔助開關單元15。軟切換開關裝置10通過主開關單元11來截止 或導通開關輸入端A到開關輸出端B的電路，而緩沖單元13是用來減緩開關輸出端B的電 壓與電流改變。在本實施例中，緩沖單元13是調整用來控制主開關單元11導通或截止的 開關信號SS的電壓，產(chǎn)生調制過后的開關信號SS’，以改變主開關單元11的內電阻，讓主開 關單元11的開關輸出端B在主開關單元11切換時不會因為電壓與電流的改變太劇烈，造 成電路的損壞。值得一提的是，主開關單元11可以是電子式開關，如晶體管等，而從晶體管的規(guī) 格中可以得知，當驅動晶體管的柵極電壓較高時，晶體管的內電阻會下降，反之，當驅動晶 體管的柵極電壓較低時，晶體管的內電阻會上升。利用上述晶體管的特性，緩沖單元13在接收到開關信號SS從低電平到高電平時 (也就是接收到要將主開關單元11導通的開關信號)，便會調整開關信號SS的電壓，讓開關信號SS的電壓以逐漸上升的方式供應給主開關單元11 (也就是產(chǎn)生調制過后的開關信 號SS’再供應給主開關單元11)。如此一來，在調制過后的開關信號SS’上升到能夠導通主 開關單元11的瞬間，因為電壓較低，所以此時主開關單元11的內電阻會較高，讓主開關單 元11的開關輸出端B的電壓與電流不會改變得太過劇烈。接著調制過后的開關信號SS’ 會慢慢上升到應該要有的電壓電平，使主開關單元11的內電阻逐漸下降到正常的數(shù)值，讓 主開關單元11的開關輸出端B的電壓與電流漸漸恢復到正常運行的狀態(tài)，以避免導通瞬間 開關輸出端B的電壓電流改變過于劇烈。反之，當緩沖單元13接收到從高電平到低電平的開關信號SS時(也就是要將主 開關單元11截止)，會同樣調整該開關信號SS，讓開關信號SS的電壓以逐漸下降的方式供 應給主開關單元11。在調制過后的開關信號SS’逐漸下降的期間，主開關單元11的內電阻 會逐漸上升，讓主開關單元11的開關輸出端B的電壓與電流逐漸下降。直到調制過后的開 關信號SS’的電壓下降到不足以導通主開關單元11時，主開關單元11才被截止，如此即可 達到軟切換的功效，以保護電路及裝置。再參照圖1，軟切換開關裝置還可包括有一輔助開關單元15，用來控制開關信號 SS從高電平到低電平(也就是要使主開關單元11截止)，或是從低電平到高電平(也就是 要使主開關單元11導通)。接著請參照圖2，為圖1軟切換開關裝置10的一種實施例的電路圖，包括主開關單 元11、緩沖單元13以及輔助開關單元15，其中主開關單元11包括有一晶體管Q1，用來控制 開關輸入端A到開關輸出端B的電路的導通或截止。如圖2中所示，當要將主開關單元11導通時，輔助開關單元15會導通光耦合器SW 讓電壓Vcc通過，以產(chǎn)生高電平的開關信號SS，開關信號SS會通過緩沖單元13的充電路 徑，也就是通過電阻Rl并對電容Cl充電。因為一開始充電時，電容Cl儲存的電力少，開關 信號SS的電壓消耗較多在電容Cl的充電上，因此傳送到晶體管Ql的調制過后的開關信號 SS'的電壓會較低，使晶體管Ql的內電阻處于較高的狀態(tài)，以減緩晶體管Ql的開關輸出端 B的電壓與電流改變。接著因為電容Cl的電力逐漸充飽，因此傳送至晶體管Ql的調制過后 的開關信號SS’的電壓會逐漸升高，使晶體管Ql的內電阻下降，讓通過晶體管Ql的電壓電 流恢復至正常的導通量，如此即可達到軟啟動的功效。而當要將主開關單元11截止時，輔助開關單元15便會關閉光耦合器SW，讓產(chǎn)生出 的開關信號SS為低電平。此時，因為緩沖單元13的電容Cl是處于充滿電的狀態(tài)，所以調 制過后的開關信號SS’就變成是由電容Cl傳送至晶體管Q1。而隨著時間經(jīng)過，電容Cl會 通過緩沖單元13的放電路徑作放電動作，也就是經(jīng)過二極管Dl并通過電阻R2將電力慢慢 消耗掉，因此開關信號SS’的電壓就會逐漸降低，所以晶體管Ql的內電阻也會逐漸升高，讓 晶體管Ql的開關輸出端B的電壓與電流降低。直到電容Cl供應的開關信號SS’的電壓下 降到不足以導通晶體管Ql時，晶體管Ql才會被截止，如此即可達到軟切換的功能以提升電 路的穩(wěn)定性。因此，通過調整緩沖單元13中電容Cl與電阻Rl和R2的數(shù)值，即可決定主開關單 元11從截止到導通所需的一開啟時間的長度，或是從導通到截止所需的一關閉時間的長 度。在一較佳的實施例中，電阻Rl和R2可以是電阻值相同的電阻，讓如此可讓電容Cl充 電和放電的時間相同，以控制開啟時間與關閉時間的長度。
請參照圖3，為電源轉換系統(tǒng)20的一種實施例的電路簡圖，其中電源轉換系統(tǒng)20 包含有一擁有多個輸出的電源轉換單元23，用來將輸入電壓Vi經(jīng)過二次側線圈Wa、Wb和 Wc轉換成輸出電壓Va、Vb和Vc。而軟切換開關裝置10’是設置在電源轉換單元23的二 次側線圈處，用來同時控制多個電源輸出端的運行與否。如圖3中所示，該軟切換開關裝置 10’可以通過其導通或是截止，來控制二次側線圈Wa和Wb的運行，進一步控制輸出電壓Va 和Vb的開啟或關閉。當然，軟切換開關裝置10’只要通過設置在不同的二次側線圈位置， 即可依需求決定哪些為可控制的電源輸出端，并依需求減少或增加可控制的電源輸出端的 個數(shù)。請參照圖4，為電源轉換系統(tǒng)20的一種實施例的二次側電路圖，包括有多個二次 側線圈Wa、ffb和Wc，以產(chǎn)生多個輸出電壓Va、Vb和Vc。軟切換開關裝置10，是設置在二次 側線圈Wb和Wc之間，如圖4中所示，用來同時開啟或關閉輸出電壓Va及Vb，包括有主開關 單元U、緩沖單元13以及輔助開關單元15’。輔助開關單元15’有兩個輸入，分別為電壓VSB以及V0N/0FF，其中電壓VSB是用 來供應輔助開關單元15’內的光耦合器SW’的發(fā)光部電力，而電壓V0N/0FF則是用來導通 晶體管Q2，使光耦合器SW’的發(fā)光部確實形成回路。在本實施例中，當電壓VSB以及電壓 V0N/0FF同時供電時，光耦合器SW’便會導通。當光耦合器SW’ 一導通，便會產(chǎn)生高電平的 開關信號，通過緩沖單元13的電阻Rl并對電容Cl充電。所以剛導通時，開關信號的電壓 消耗較多在電容Cl的充電，因此傳送到晶體管Ql的開關信號的電壓會較低，使晶體管Ql 的內電阻處于較高的狀態(tài)，讓通過晶體管Ql的電壓與電流不會改變得過于劇烈。后來因為 電容Cl的電力逐漸充飽，因此傳送至晶體管Ql的開關信號的電壓會逐漸升高，使晶體管Ql 的內電阻下降，讓通過晶體管Ql的電壓電流恢復至正常的導通量，達到軟啟動的功效。而當輔助開關單元15’的光耦合器SW’截止時，產(chǎn)生出的開關信號為低電平。此 時，緩沖單元13的電容Cl是處于充滿電的狀態(tài)，因此開關信號就變成是由電容Cl傳送至 晶體管Q1。隨著時間經(jīng)過，電容Cl的電力會經(jīng)過二極管Dl并通過電阻R2慢慢消耗掉，因 此開關信號的電壓就會逐漸降低，所以晶體管Ql的內電阻也會逐漸升高，讓通過晶體管Ql 的電壓與電流減少。直到電容Cl供應的開關信號的電壓下降到不足以導通晶體管Ql時， 晶體管Ql才會被截止，達到軟切換功效以提升電路的穩(wěn)定性。另外，再參照圖4，在電源轉換系統(tǒng)20的輸出電壓Vb反饋至輸出電壓Vc處的反饋 電路，更可加上一反饋穩(wěn)壓單元21，以使輸出電壓Vc不會因為輸出電壓Vb的反饋而導致電 壓波動，造成電路的不穩(wěn)定。反饋穩(wěn)壓單元21中包括有兩個晶體管Q3和Q4以及一齊納二 極管D2 (zener diode)，其中晶體管Q3耦接于輸出電壓Vb，而晶體管Q4則耦接于接地端。 在進行反饋時，晶體管Q3和Q4會同時導通，讓反饋信號以一反饋比例來進行反饋，不至于 影響到輸出電壓Vc的電壓電平。而其中齊納二極管D2的用途即是判斷輸出電壓Vb是否 為開啟的狀態(tài)，當判斷輸出電壓Vb大于某數(shù)值時(也就是說此時軟切換開關裝置10’是導 通的，因此輸出電壓Vb才會大于某數(shù)值)，才將晶體管Q3和Q4導通，以進行電壓的反饋動 作，而若輸出電壓Vb并未大于某數(shù)值，則晶體管Q3和Q4都不導通。請參照圖5，為軟切換開關方法的一種實施例的流程圖，方法步驟有提供開關信 號以控制主開關單元11的開啟或關閉(S501)，接著在主開關單元11開啟或關閉時，調制開 關信號的電壓大小，以改變主開關單元11的內電阻(S503)，因而緩沖主開關單元11的開關
7輸出端的電壓與電流改變，以提供軟切換的機制(S505)，來達到維持電路穩(wěn)定的目的。開關信號的電壓是由緩沖單元13來進行調制，而該主開關單元11可以設置在電 源轉換器的二次側線圈處，以同時控制一個或多個電壓輸出的導通與截止。另外，請參照圖6，為軟切換開關裝置IOa的另一種實施例的示意圖，包括有一主 開關單元Ila和一緩沖單元13a，其中緩沖單元13a中包含有一緩沖電阻Ra、以及上述的電 阻Rl和電容Cl。同樣的，經(jīng)過電阻Rl和電容Cl的充放電過程，會產(chǎn)生電壓V以控制該緩 沖電阻Ra的電阻值。在晶體管Qla要導通前，會先調整緩沖電阻Ra的阻值，讓電流與電壓 以逐漸上升的方式由開關輸入端A傳送到開關輸出端B，如此一來，開關輸出端B的電壓數(shù) 值便會以較緩慢的方式上升，當開關輸出端B的電壓電流到達一定數(shù)值之后，主開關單元 Ila導通，才讓開關輸出端B的電壓數(shù)值恢復到正常運行的情況，如此便可減緩主開關單元 Ila的開關輸出端B的電壓與電流的改變，達到穩(wěn)定電路的目的。綜上所述，本發(fā)明通過直接在電源轉換單元的二次側線圈處設置開關裝置，來同 時控制多個電源輸出，并提供該開關裝置軟切換的機制來提升電路及裝置的穩(wěn)定性。如此 一來，便可減少電源轉換器中開關元件以及線性調節(jié)器的設置，以降低電源轉換器功率的 耗損以及成本的浪費。以上所述為本發(fā)明的具體實施例的說明與附圖，而本發(fā)明的所有權利范圍應以所 附的權利要求為準，任何在本發(fā)明的領域中技術人員，可輕易思及的變化或修飾都可涵蓋 在本發(fā)明所界定的專利范圍之內。
權利要求
1.一種軟切換開關裝置，其特征在于，包括一主開關單元，依據(jù)一開關信號來切換導通或截止，包括一開關輸入端和一開關輸出 端；以及一緩沖單元，耦接于該主開關單元，以緩沖該主開關單元的該開關輸出端的電壓以及 電流。
2.如權利要求1所述的軟切換開關裝置，其特征在于，該緩沖單元通過調制該開關信 號的電壓，來改變該主開關單元的內電阻，以緩沖該開關輸出端的電壓與電流；該緩沖單元 提供一充電路徑以及一放電路徑以調制該開關信號的電壓，而該充電路徑與該放電路徑以 至少一電容及至少一電阻所組成。
3.如權利要求1所述的軟切換開關裝置，其特征在于，該緩沖單元包含一緩沖電阻，與 該主開關單元并聯(lián)，而該緩沖電阻用來在該開關信號導通該主開關單元前，作該開關輸出 端的電壓和電流的緩沖。
4.一種電源轉換系統(tǒng)，其特征在于，包括一電源轉換單元，其中包含有至少一二次側線圈，以將一輸入電源轉換成至少一輸出 電源；以及一軟切換開關裝置，耦接于該電源轉換單元的所述二次側線圈，以同時導通或截止一 個或多個所述二次側線圈，該軟切換開關裝置還包含有一主開關單元，依據(jù)一開關信號來切換導通或截止，該主開關單元包括一開關輸入端 和一開關輸出端；以及一緩沖單元，耦接于該主開關單元，以緩沖該主開關單元的該開關輸出端的電壓與電流。
5.如權利要求4所述的電源轉換系統(tǒng)，其特征在于，該緩沖單元通過調制該開關信號 的電壓，來改變該主開關單元的內電阻，以緩沖該主開關單元的該開關輸出端的電壓與電 流；該緩沖單元提供一充電路徑以及一放電路徑以調制該開關信號的電壓，而該充電路徑 及該放電路徑以至少一電容及至少一電阻組成。
6.如權利要求4所述的電源轉換系統(tǒng)，其特征在于，該緩沖單元包含一緩沖電阻，與該 主開關單元并聯(lián)，而該緩沖電阻用來在該開關信號導通該主開關單元前，作該開關輸出端 的電壓和電流的緩沖。
7.一種軟切換開關方法，其特征在于，包括以一開關信號來控制一主開關單元的導通或截止，其中該主開關單元包含有一開關輸 入端和一開關輸出端；以及提供一緩沖單元，以在該主開關單元導通或截止時，緩沖該主開關單元的該開關輸出 端的電壓與電流。
8.如權利要求7所述的軟切換開關方法，其特征在于，緩沖該主開關單元的該開關輸 出端的電壓與電流，是利用該緩沖單元調制該開關信號的電壓，來改變該主開關單元的內 電阻，以緩沖該開關輸出端的電壓與電流；該緩沖單元提供一充電路徑及一放電路徑以調 制該開關信號的電壓。
9.如權利要求7所述的軟切換開關方法，其特征在于，該緩沖單元包含一緩沖電阻，與 該主開關單元并聯(lián)，而該緩沖電阻用來在該開關信號導通該主開關單元前，作該開關輸出端的電壓和電流的緩沖。
10.如權利要求7所述的軟切換開關方法，其特征在于，該主開關單元設置于一電源轉 換單元的至少一二次側線圈處，以同時導通或截止一個或多個所述二次側線圈。
全文摘要
一種軟切換開關裝置與方法及其應用的電源轉換系統(tǒng)，其中軟切換開關裝置包括有主開關單元以及緩沖單元。緩沖單元是通過調制供應給主開關單元的開關信號的電壓，來改變主開關單元的內電阻，讓通過主開關單元的電壓和電流不會太過突然，以達到軟切換的功效，進一步增加電路以及裝置的穩(wěn)定性。本發(fā)明通過直接在電源轉換單元的二次側線圈處設置開關裝置，來同時控制多個電源輸出，并提供該開關裝置軟切換的機制來提升電路及裝置的穩(wěn)定性。如此一來，便可減少電源轉換器中開關元件以及線性調節(jié)器的設置，以降低電源轉換器功率的耗損以及成本的浪費。
文檔編號H03K17/10GK102098029SQ200910258370
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權日2009年12月14日
發(fā)明者游柏園, 陳振剛 申請人:聯(lián)昌電子企業(yè)股份有限公司