CN100347941C - 模块式电源供应系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模块化电源供应系统，包含一电源状态信号产生电路以便在一短时间内来检测输入峰值电压的电压下降。该电源状态信号产生电路主要包含一峰值检测器，其检测一输入电压的峰值，其中该峰值检测器包含一第一比较器用来比较该输入电压与一预定的参考电压，并且根据其比较结果送出一输出信号，一电阻-电容网络(RC network)，连接至该第一比较器，并且组态设定根据第一比较器的该输出信号来对电阻-电容网络的电容进行充电与放电，以及一第二比较器，连接至该电阻-电容网络，其比较该电阻-电容网络的电容的一端点电压以及该预定的参考电压，并且根据其比较结果产生一电源状态信号。

Description

模块式电源供应系统

技术领域

本发明涉及一种模块式电源供应系统(modular power supply system)，特别是关于一种模块式电源供应系统，包含一电源状态信号产生电路，其可持续监视连接至该模块式电源供应系统的一交流电源的电源供应状态，并且在短时间内检测出一输入交流峰值电压的电压下降问题。

背景技术

一个典型的模块式电源供应系统设计用来自一市电交流电源经过电力线接收交流电，再经过适当的电源调节步骤传送直流电至一个或多个负载装置。根据公知技术的一模块式电源供应系统如图1所示。图1的模块式电源供应系统10大体上包含一交流电源11、一电磁干扰滤波器12、一桥式整流器13、以及一直流-直流转换器14。交流电源11用来提供一输入交流电压，然而电磁干扰滤波器12用来将存留在输入交流电压中的电磁干扰成分给消除。桥式整流器13连接于电磁干扰滤波器12，用以将滤波的交流电压转换成所想要的输入电压，并且直流-直流转换器14组态设定自该桥式整流器13接收整流输入电压并将输入电压转换成一个所想要的直流电压，以便合适提供电力给一负载装置(未显示)。

而且，模块式电源供应系统10还包含一电源状态信号产生电路15，其可监视交流电源11的电源供应状态，并且在倘若交流电源11故障或自模块式电源供应系统10移除时，检测出交流电源11的输入峰值电压的电压下降问题。根据公知技术的电源状态信号产生电路15包含一半波整流器151、一电阻-电容充电/放电网络152、一电阻-电容滤波器153、以及一电压比较器154。由交流电源11所提供的交流电压首先由一半波整流器151来整流，而该半波整流器151通常由一个二极管组件来实现。接着，由一电容C100及一电阻R100所组成的一电阻-电容充电/放电网络(RC charging/discharging network)152，用来对电容C100执行充电/放电作业以便从横跨电容C100上的电压的角度来检测输入交流电压的峰值。一电阻-电容滤波器(RC filter)153，连接至电阻-电容充电/放电网络152，作用为一个二阶低通滤波器以便滤除并平滑横跨充电/放电电容C100上的电压。电阻-电容滤波器153的输出传送至电压比较器154的一反相输入端，并且与一参考电压Vref相比较，以决定来自交流电源11的输入交流电压的峰值是否下降至低于一预定准位。若交流电压的峰值下降至低于一预定准位，电压比较器154便会输出一电源状态信号(AC-OK信号或AC-BROWNOUT信号)以代表交流电源11正在正常工作或是交流电源11正在恶化。

如上所述，图1的电源状态信号产生电路15的主要功能为检测输入交流电压的峰值，并且决定输入交流电压的峰值是否下降至低于一预定准位。在一个典型的模块式电源供应系统中，一输入交流电压的频率估算为50Hz，意思是，输入交流电压的两个邻近峰值之间的时间应估算为20微秒(20microseconds)。若输入交流电压的峰值突然下降至低于一预定名义值，其可能会使得整个系统停止其运行或是导致整个系统误操作。为了尽可能快地检测出输入交流峰值电压的电压下降问题，电源状态信号产生电路15便必须要在一短时间内检测出输入交流峰值电压的电压下降问题，并且根据电压下降的检测发出一合适的电源状态信号以通知系统交流故障情况(AC failure condition)的发生，使得模块式电源供应系统的诊断功能能够激活以辨别错误系统运行的真正原因。

对于检测一输入交流峰值电压的设定的一个普遍的要求规定为输入交流电压的一供电周期，意思是，20微秒。然而，公知技术的电源状态信号产生电路15有一些主要的缺点使得其无法符合这些要求。这些主要缺点的其中之一起源于电阻-电容滤波器153。为了要得到更为平滑的电压波形曲线，使用于电阻-电容滤波器153中的电容通常是由一个大电容来实现。这样一来，由电阻-电容滤波器153所引起的一个严重的时间延迟量便会附加在设定于检测电压下降问题的时间上。也就是说，倘若有交流故障的问题发生，电源状态信号产生电路15无法在错误系统运行发生的瞬间判断输入交流峰值电压的电压下降问题，并且送出一合适的电源状态信号至模块式电源供应系统10，而是会延迟一段相当长的时间。在实际的操作时，这个时间延迟量测量出来的结果高达100微秒(100microseconds)。在这种情形下，模块式电源供应系统10便无法立即确认错误系统运行的真正原因。此种重大的时间延迟量有时候是无法忍受的，并且也无法符合对由交流电源11所引起的输入交流峰值电压下降的迅速下降检测的要求。

有鉴于此，便产生一种模块式电源供应系统10，包含能够对一输入交流峰值电压执行迅速下降检测的电源状态信号产生电路。

发明内容

本发明的一个主要目的在于提供一种模块式电源供应系统，包含一电源状态信号产生电路，其可检测输入交流峰值电压的电压下降问题并且送出合适的电源状态信号至模块式电源供应系统，以根据在一短时间内所检测到的电压下降问题来指出有交流故障的情形发生。

根据本发明，其揭示一种模块式电源供应系统，包含：一电源，以及一电源状态信号产生电路，连接至该电源，用以检测自该电源所接收的一输入电压的一峰值，并且产生指示该电源的一电源供应状态的一电源状态信号，其中该电源状态信号产生电路包含一峰值检测器，其检测自该电源所接收的该输入电压的峰值的一电压下降，并且其中该峰值检测器包含一第一电压比较器，其将自该电源所接收的该输入电压与一预定的参考电压相比较且根据其比较结果送出一输出信号，一电阻-电容网络，连接至该第一电压比较器，其组态设定根据该第一电压比较器的输出信号对电阻-电容网络的电容充电与放电，其中该电阻-电容网络的电容的一充电时间小于其一放电时间，以及一第二电压比较器，连接至该电阻-电容网络，其将该电容的一端点电压与该预定的参考电压相比较，并且根据其一比较结果产生该电源状态信号。

上述与本发明的其它特征及优点将由如下描述并参照附图而得到最佳的了解。

附图说明

图1为根据公知技术的一模块式电源供应系统的一系统方框图；

图2为显示用来实现根据本发明的一实施例的电源状态信号产生电路的电路结构的一平面图；

图3A为一时脉图，其显示根据本发明的一实施例，在电源状态信号为开启期间(ON period)在电源状态信号产生电路内部的电路节点所测量的数个信号波形；以及

图3B为一时脉图，其显示根据本发明的一实施例，在电源状态信号为关闭期间(OFF period)在电源状态信号产生电路内部的电路节点所测量的数个信号波形。

其中，附图标记说明如下：

10模块式电源供应系统                11交流电源

12电磁干扰滤波器                    13桥式整流器

14直流-直流转换器

15公知的电源状态信号产生电路

151半波整流器

152电阻-电容充电/放电网络

153电阻-电容滤波器                  154电压比较器

20模块式电源供应系统                21交流电源

22桥式整流器

23直流-直流转换器

24本发明的电源状态信号产生电路

242衰减器                           243峰值检测器

244磁滞电路

具体实施方式

请参照图2，其显示根据本发明的一实施例的模块式电源供应系统20的一较佳组态的电路图。图2的模块式电源供应系统20包含一交流电源21，一桥式整流器22，其经过电力线自该交流电源21接收一交流电压并提供一整流输入电压给直流-直流转换器23。桥式整流器22可选择性地组态成为一半波整流器或一全波整流器。直流-直流转换器23用来将整流输入电压调节成所想要的直流输出电压以便合适地驱动一负载装置(未显示)。而且，模块式电源供应系统20加入了一个电源状态信号产生电路24，其持续检测交流电源21的状态并且提供一个能够指示交流电源21的电源供应状态的电源状态信号。

如图2所示，电源状态信号产生电路24基本上由一衰减器242、一峰值检测器243及一磁滞电路244所组成。衰减器242用来将由桥式整流器22的一输出端所接收的全波整流的输入电压(假设在本实施例中该桥式整流器22为一全波整流器)，例如110V，等比例地调降至适合于用来执行输入交流电压的峰值电压检测的一电压准位。磁滞电路244连接于峰值检测器243及衰减器242之间，其能够由将位于峰值检测器243内部的电路节点D所输出的电源状态信号给稳定下来，而不致对电源状态信号造成跳动或反弹。关于峰值检测器243的内组结构及操作原理，将详细讨论如下。

请参照图2及图3A，其中图3A为一时脉图，其显示根据本发明的一实施例，在电源状态信号(在本实施例中AC-OK信号指定为电源状态信号)为开启期间(ON period)在电源状态信号产生电路24内部的电路节点所测量的数个信号波形。如图3A所示，在电路节点A所测量到的信号波形为提供给直流-直流转换器23的未处理过的全波整流输入电压(raw full-wave rectifiedinput voltage)，其峰值电压设定在75V的均方根值，其中由于全波整流的缘故，相较于由交流电源21所提供的原始输入交流电压而言其频率加倍成为100Hz。因此在一电源周期内，在两个邻近峰值间的周期估算为10微秒(10microseconds)。再经过衰减器242处理后，该未处理过的全波整流输入电压调降至适合用来进行峰值电压检测的一准位。

在峰值检测器243中，会提供由一双极接面晶体管(bipolar junctiontransistor)Q1所完成的一电压随耦器(voltage follower)。这个调降的电压会经过电压随耦器Q1耦接至一电压比较器U1的一反相输入端。输入至第一电压比较器U1的反相输入端的该调降电压将会与一参考电压来比较，该参考电压由供应电压VCC1及分压器R13，R14而得。电压比较器U1会根据比较结果将一电路节点上的输出信号送出至由电阻R9，R10以及一电容C1所组成的电阻-电容网络的一输入端。电阻-电容网络会根据第一电压比较器U1的输出信号对电容C1进行充电/放电作业。在电路节点C所测量到的充电/放电电容C1的一端点电压，其等于供应电压VCC1减去横跨电容C1上的电压的差数，会被传送至一第二电压比较器U2一反相输入端，以便进行与由供应电压VCC1及分压器R13，R14所得到的参考电压之间的比较作业。第二电压比较器U2会根据比较结果送出一输出信号至电路节点D，其中传送至电路节点D的第二电压比较器U2的输出信号当成电源状态信号(AC-OK signal)。

接下来，电源状态信号产生电路24的整体操作将参照图3A及图3B来解释。

请参照图3A，在t0至t2期间，输入交流电压的振幅小于峰值检测准位。因此第一电压比较器U1的输出为LOW，且电路节点C上的电压准位会驱动为HIGH。因此，在电路节点D上的电源状态信号的信号准位会驱动为LOW，而代表交流电源尚未准备好输出一全额电源。在t2至t3期间，输入交流电压的振幅大于峰值检测准位，使得电路节点B上的信号准位成为LOW。在此同时，电阻-电容网络开始经过供应电压VCC1、电容C1及电阻R10的充电回路对电容C1充电。电容C1的充电时间正比于时间常数τ(时间常数τ等于电阻R10的电阻值与电容C1的电容值的乘积(τ＝RC))，而此充电时间会变的相当地小。这是因为电阻R10的电阻值选择小到如100Ω的电阻值。因此电路节点C上的电压会驱动为LOW且低于峰值检测准位，使得电源状态信号驱动为HIGH，代表交流电源在正常工作以输出一全额电源。在t3至t4期间，输入交流电压的振幅下降至低于峰值检测准位，使得电路节点B上的信号准位回到HIGH，导致电阻-电容网络开始将电容C1所储存的能量经过电容C1及电阻R9，R10所组成的放电回路释放出去。因为放电步骤的时间常数远大于放电步骤(τ＝RC，其中此处的R为R9的电阻值(28KΩ)加上R10的电阻值(100Ω))，放电时间会比充电时间延续地比较久。然而，电路节点C上的电压准位不可能会超过峰值检测准位，并且之后的电源状态信号的信号准位会维持在HIGH。后续的操作恰好为t2至t3期间与t3至t4期间的操作的重复，因此在此不欲做详细说明。

请参照图3B，其中图3B为一时脉图，其显示根据本发明的一实施例，在电源状态信号为关闭期间(OFF period)在电源状态信号产生电路24内部的电路节点所测量的数个信号波形。在t0至t1期间，交流电源21正常工作，且输入交流电压的振幅略大于峰值检测准位，使得在电路节点B上所测量到的信号准位在当输入交流电压达到超过峰值检测准位时会被驱动，并且电容C1会重复其充电与放电作业，其中其充电时间与放电时间之间的关系相似于参照图3A所讨论出来的结果。电源状态信号的信号准位维持为HIGH，其乃是因为电路节点C上所测量出来的电压并未超过峰值检测准位。在t1至t2期间，输入交流电压的峰值系下降至低于峰值检测准位，并且电路节点B上所量测到的信号准位之后皆为HIGH。因为在电路节点B上所测量到的信号准位维持为HIGH，之后电容便会持续放电，并且因此在电路节点C上所测量到的信号准位将会指数般的上升。只要在电路节点C上所测量到的信号准位达到超过峰值检测准位，在电路节点D上所测量到的信号准位会改变成LOW。经过电路节点D所传送的输出信号，意思是，电源状态信号，将会改变其状态以表示输入交流电压的峰值已经下降至低于峰值检测准位，其显示交流电源有问题且无法提供一个全额的电源给模块式电源供应系统的其它部分。因此，模块式电源供应系统的控制器可监视与检测交流电源11的电源供应状态，并且进一步判断错误系统运行的真正原因是否起因于交流故障问题。关于设定用来检测电压下降问题的时间，考虑输入交流电压的峰值在时间t0就已经下降至低于峰值检测准位的最坏情况。在这种情形下，设定用来检测电压下降问题的时间等于输入交流电压的一供电周期(t0-t1)加上t1至t2的时间周期。也就是说，在最坏的情况下，设定用来检测电压下降问题的最大时间为10微秒加上t1至t2的一段极短的时间周期，其远小于在公知技术中设定用来检测电压下降问题的时间。

简而言之，本发明提供一种模块化电源供应系统，包含一电源状态信号产生电路，其可再短时间内监视并检测输入峰值电压的电压下降，并且产生合适的电源状态信号至模块化电源供应系统来迅速地指出有交流故障的情形发生。通过将本发明所揭示的电源状态信号产生电路加入公知的模块化电源供应系统，电源供应系统的可靠度将可轻易地大幅提升。

本发明已由上述的实施例详细叙述而可由熟悉本技术人员适当作些细微的改变及调整，然而这些依据本发明实施例在不脱离本发明的精神和范围内所作的改变及调整，均应属于本发明的权利要求书所要求保护的范围内。

Claims (6)

1.一种模块式电源供应系统，其中包含：

一电源；以及

一电源状态信号产生电路，连接至该电源，用以检测自该电源所接收的一输入电压的一峰值，并且产生指示该电源的一电源供应状态的一电源状态信号，其中该电源状态信号产生电路包含一峰值检测器，其检测自该电源所接收的该输入电压的峰值的一电压下降，并且其中该峰值检测器包含一第一电压比较器，其将自该电源所接收的该输入电压与一预定的参考电压相比较且根据其比较结果送出一输出信号，一电阻-电容网络，连接至该第一电压比较器，其组态设定根据该第一电压比较器的输出信号对电阻-电容网络的电容充电与放电，其中该电阻-电容网络的电容的一充电时间小于其一放电时间，以及一第二电压比较器，连接至该电阻-电容网络，其将该电容的一端点电压与该预定的参考电压相比较，并且根据其一比较结果产生该电源状态信号。

2.如权利要求1的模块式电源供应系统，还包含：

一桥式整流器，连接至该电源，用以将自该电源所接收的一输入电压转换成一整流电压；以及

一电源转换器，连接至该桥式整流器，用以接收该整流电压并且提供至少一恒定电压给一负载装置。

3.如权利要求2的模块式电源供应系统，其中该桥式整流器为一全波整流器或一半波整流器。

4.如权利要求2的模块式电源供应系统，其中该电源状态信号产生电路还包含一衰减器，连接至该桥式整流器，其将自该桥式整流器所接收的整流电压等比例调降。

5.如权利要求4的模块式电源供应系统，其中该电源状态信号产生电路还包含一磁滞电路，连接于该衰减器与该峰值检测器之间，用以稳定该电源状态信号。

6.如权利要求4的模块式电源供应系统，其中该电源状态信号产生电路还包含一电压随耦器，连接于该衰减器与该第一电压比较器之间，用以将自该衰减器所提供的一调降电压耦合至该第一电压比较器的一输入端。

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