[发明专利]具有高效率的大功率多路输出电源结构及其控制方法

说明书

技术领域

为一种大功率开关模式电源(switched-mode power supply)，该电源具有负载范围高效率，其采用多路输出变换器与单路输出变换器并联结构。

背景技术

近来，能源危机越来越严重，所以如何充分利用能源，减少能源浪费变得越来越迫切。在消费电子类产品中，桌上型(desktop)电脑和工作站(workstation)电脑占据相当大的比重，而这些产品中开关模式电源的变换效率不高带来很大的能源浪费。为此，2007年7月，Energy Star已经将桌上型和工作站电脑中的开关模式电源从电源值20％加到100％，其负载效率大于80％作为强制标准。因此，设计具有负载范围相对较高效率的开关模式电源具有重要意义。

桌上型电脑和工作站电脑中的开关模式电源，通常为多路输出结构，其输出电压一般包括+12V，+5V，+3.3V。图1其是显示一已知的桌上型电脑电源的直流/直流变换器级(DC/DC converter stage)的电路示意图。在图1中，该直流/直流变换器级1包括一逆变器、一变压器T，具一一次侧绕组Np耦合于该逆变器、一第一二次侧绕组Ns1与一第二二次侧绕组Ns2、一整流器耦合于该第一二次侧绕组Ns1、一第一滤波器(包括一第一电感L1与一第一电容C1)与一第二滤波器(包括一第二电感L2与一第二电容C2)均耦合于该整流器，分别用于产生+12V与+5V的输出电压、一后置稳压器(post regulator)耦合于该第一二次侧绕组Ns1与该第二二次侧绕组Ns2的一节点，用于产生+3.3V的输出电压，以及一控制电路，耦合于该逆变器，接收该+12V与+5V的输出电压，用以产生一控制信号(未显示)。在桌上型电脑中(如图1所示)，直流/直流变换器级通常采用+12V与+5V通过电感耦合，以及两路电压的加权反馈实现对两路电压的调节。+3.3V则通过独立的反馈实现输出电压的稳定。这样的结构具有低成本的优点。

工作站电脑的开关电源额定功率较高(通常大于500W)，因此+12V输出端输出功率较高，如果采用图1所示的结构，将会带来两个问题：①+12V和+5V输出的耦合电感由于寄生参数的影响，两路电压加权反馈无法稳定联调输出电压，即交叉调整问题(cross regulation)；②单一变压器承担全部的输出功率带来散热设计上的困难。

所以，工作站电脑中开关电源通常采用图2所示结构。图2是显示一已知的工作站电脑电源的直流/直流变换器级的电路示意图。在图2中，该直流/直流变换器级2包括一第一逆变器、一第一变压器T1，具一第一一次侧绕组N1p耦合于该第一逆变器、一第一二次侧绕组N1s1与一第二二次侧绕组N1s2、一第一整流器耦合于该第一二次侧绕组N1s1，用于产生+5V的输出电压、一后置稳压器(post regulator)，耦合于该第一二次侧绕组N1s1与该第二二次侧绕组N1s2的一节点，用于产生+3.3V的输出电压、一控制电路，耦合于该第一逆变器，接收该+5V的输出电压，用以产生一第一控制信号(未显示)、一第二逆变器、一第二变压器T2，具一第二一次侧绕组N2p耦合于该第二逆变器与一第三二次侧绕组N2s、一第二整流器耦合于该第三二次侧绕组N2s，用于产生+12V的输出电压，以及一第二控制电路，耦合于该第二逆变器，接收该+12V的输出电压，用以产生一第二控制信号(未显示)。+12V通过独立的变压器、整流器实现闭回路(closed-loop)调节输出电压；而+5V和+3.3V共用变压器，+5V以闭回路反馈(closed-loopedfeedback)实现输出电压稳定，+3.3V则通过另一闭回路，调节输出电压。由于三路输出电压具有各自独立的闭回路反馈调节，因此输出电压不存在调整率的问题。同时采用两个变压器可以简化电路的散热设计。但由于两个变压器输出电压不同，且该两个变压器相互独立，在整个负载范围内始终工作；因此，轻载时很难得到很高的直流/直流变换器级效率。

因此，发明人鉴于已知技术的缺失，乃思及改良发明的意念，终能发明出本案的“具有高效率的大功率多路输出电源结构及其控制方法”。

发明内容

本案的主要目的在于提供一种大功率开关模式电源，该电源具有负载范围相对较高的效率，其采用多路输出变换器与单路输出变换器并联结构，有效地提高了该电源的轻载效率，解决了变压器的散热问题以及多路输出变换器的交叉调整率问题。