CN100549910C - 用于高频交流功率分配的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于在电子系统中分配功率的方法，包括将来自计算机系统的系统电源的高频交流(AC)域中的功率发送到一个高频AC电压调节器组件。

Description

用于高频交流功率分配的方法和设备
技术领域
本发明涉及计算机系统中的功率分配领域。更具体而言，本发明涉及高频交流(AC)功率分配系统。
背景技术
一种已知的用于将功率从一个功率源分配到一个计算机系统上的部件的方法是直流(DC)功率分配系统。DC功率分配系统典型地包括一个主电源、电压调节器组件以及将主电源耦合到电压调节器组件的连接器。主电源将从电源接收的低频(大约50-60Hz)的AC功率转换成为DC功率。然后，主电源将该DC功率转换成为高频AC功率。之后，高频AC功率被逐渐降低，转换回DC功率，并在沿一个连接器发送到对应于计算机系统上的一个部件的电压调节器组件之前被滤波。在电压调节器组件，DC功率被转换成为AC功率，逐渐降低，转换成为DC功率，并且在被分发到计算机系统上的一个部件之前被滤波。
DC分配系统的一个缺点是它对功率转换电路施加了双变换。双变换为分配系统带来了复杂度以及成本和零件数。此外，双功率变换降低了分配系统的效率。另外，当前的计算机系统被设计为具有更严格的功率规范。这些规范需要增加的转换速率(电流在时间上的改变)。当前的DC分配系统经历了支持这些需求的可靠性中的困难。
发明内容
公开了一种用于在电子系统中分配功率的方法。功率在高频交流(AC)域被从计算机系统的一个系统电源发送到一个高频AC电压调节器组件。
附图说明
下面参考附图来举例但非限制地说明本发明，其中相同的参考编号指图中相似的元件，其中：
图1是传统的直流功率分配系统的框图；
图2是实现本发明的一个实施例的计算机系统的框图；
图3是根据本发明的一个实施例的倒相器系统电源的框图；
图4是根据本发明的一个实施例的高频交流电压调节器组件中的后置调节器的框图；
图5a的框图说明在一个计算机系统的底盘外的设备，它们被以菊花链拓扑结构连接在一起，并由根据本发明的一个实施例的高频交流功率分配系统供电；
图5b的框图说明在一个计算机系统的底盘外的设备，它们被以中枢结构连接在一起，并由根据本发明的一个实施例的高频交流功率分配系统供电；
图6是说明用于根据本发明的一个实施例分配功率的方法的流程图。
具体实施方式
图1说明现有技术已知的传统的直流(DC)功率分配系统100。DC功率分配系统100包括主电源110和电压调节器组件130。主电源110从一个电源(未示出)接收功率，并在将该功率发送到电压调节器组件130之前对它进行处理。主电源110包括第一整流器单元111，它从电源接收低频交流(AC)域中的功率。第一整流器单元111将AC功率转换为DC功率。第一滤波器单元112耦合到第一整流器单元111。第一滤波器单元112减少DC功率中的波纹。第一开关单元113耦合到第一滤波器单元111。第一开关单元113从第一滤波器单元112接收DC功率，并将该DC功率转换成为高频AC功率。第一变压器114耦合到第一开关单元113。第一变压器114从第一开关单元113接收高频AC功率，并将该高频AC功率逐步降低到较低的电压电平。第二整流器单元115耦合到第一变压器114。第二整流器单元115从第一变压器接收高频AC功率，并将该高频AC功率转换成为DC功率。第二滤波器单元116耦合到第二整流器单元115。第二滤波器单元116从第二整流器单元115接收DC功率，并将噪声从该DC功率中滤出，并将该DC功率发送到电压调节器组件130。
电压调节器组件130从主电源110接收DC功率，并在将该功率发送到一个计算机系统(未示出)上的部件之前对其进行调节。电压调节器组件130包括第二开关单元131。第二开关单元131从主电源110接收DC功率，并将该DC功率转换成为AC功率。第二变压器132耦合到第二开关131。第二变压器从第二开关接收AC功率，并将该AC功率逐步降低到较低电平。第三整流器单元133耦合到第二变压器。第三整流器接收AC功率并将它转换成为DC功率。第二滤波器单元134耦合到第三整流器单元133。第三滤波器单元134从第三整流器单元接收DC功率，并将波纹从该DC功率中滤出。该DC功率被从功率调节器组件130发送到一个需要功率的部件。
当多个电压调节器组件耦合到主电源110时，需要变压器114有多个绕组。主电源110中的附加的整流器和滤波器将来自变压器的附加绕组的功率连接到将功率发送到附加电压调节器组件的附加连接器。
图2说明本发明的一个实施例可以在其上实现的计算机系统200。计算机系统200包括一个处理数据信号的处理器201。处理器201可以是复杂指令集计算机(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、甚长指令字(VLIW)微处理器、实现指令集组合的处理器或其它处理器设备。图2表示实现在一个单处理器计算机系统200上的本发明的一个例子。不过，应当理解，本发明可以实现在一个多处理器计算机系统中。处理器201耦合到CPU总线210，该总线在处理器201和计算机系统200的其它部件之间传送数据信号。
计算机系统200包括存储器213。存储器213可以是动态随机存取存储器(DRAM)设备、同步直接随机存取存储器(SDRAM)设备或其它存储器设备。存储器213存储由可以被处理器201执行的数据信号表示的指令和代码。
桥接/存储器控制器211耦合到CPU总线210和存储器213。桥接/存储器控制器211在处理器201、存储器213和计算机系统200中的其它部件之间控制数据信号，并在CPU总线210、存储器213和第一I/O总线220之间桥接数据信号。
第一I/O总线220可以是单总线或者多总线组合。作为一个例子，第一I/O总线220包括一个外围部件互连(PCI)总线、个人计算机存储器卡国际协会(PCMCIA)总线、NuBus或其它总线。第一I/O总线220提供计算机系统200中的部件之间的通信链路。网络控制器221耦合到第一I/O总线220。网络控制器221将计算机系统200链接到一个计算机网(在图2中未示出)并支持机器之间的通信。显示设备控制器222耦合到第一I/O总线220。显示设备控制器222允许一个显示设备(未示出)耦合到计算机系统200并作为该显示设备和计算机系统200之间的接口。显示设备控制器222可以是单色显示适配器(MDA)卡、彩色图形适配器(CGA)卡、增强图形适配器(EGA)卡、扩充图形阵列(XGA)卡或其它显示设备控制器。显示设备可以是电视机、计算机监视器、平面显示器或其它显示设备。显示设备从处理器201通过显示设备控制器222接收数据信号，并将信息和数据信号显示给计算机系统200的用户。
第二I/O总线230可以是单总线或多总线组合。作为一个例子，第二I/O总线230包括PCI总线、PCMCIA总线、NuBus和工业标准体系结构(ISA)总线或其它总线。第二I/O总线230提供计算机系统200中的部件之间的通信链路。数据存储设备231耦合到第二I/O总线230。数据存储设备231可以是硬盘驱动器、软盘驱动器、CD-ROM设备、闪存设备或其它集中存储设备。键盘接口232耦合到第二I/O总线230。键盘接口232可以是键盘控制器或其它键盘接口。键盘接口232可以是专用设备或者能够驻留在诸如总线控制器或其它控制器的另一个设备中。键盘接口232允许一个键盘(未示出)耦合到计算机系统200，并从键盘发送数据信号到计算机系统200。音频控制器233耦合到第二I/O总线230。音频控制器233协调操作声音的记录和播放。
总线桥224将第一I/O总线220耦合到第二I/O总线230。总线桥224操作在第一I/O总线220和第二I/O总线230之间缓存和桥接数据信号。
计算机系统200包括系统电源250。系统电源250从诸如墙上灯座(未示出)的电源或其它电源接收功率。系统电源250包括倒相器单元251，它处理从电源接收的功率并在AC总线255上发送高频交流(AC)域中的功率。计算机系统200包括高频AC电压调节器组件260。高频AC电压调节器组件260耦合到AC总线255。高频AC电压调节器组件260从AC总线255接收AC域中的功率，并包括一个后置调节器单元261，该单元将功率调节成适合于处理器201的电压和电流电平。应当理解，可以在任何除了计算机系统200之外的电子系统中实现系统电源250。
图2说明具有一个耦合到AC总线255的单高频AC电压调节器组件260的计算机系统。应当理解，任何数量的高频AC电压调节器组件都可以耦合到AC总线255以提供已调节功率到计算机系统中的部件。根据本发明的一个实施例，存储器213、存储器/桥接控制器211、网络控制器221、显示设备控制器222、数据存储设备231、键盘接口232、音频控制器233和总线桥224的每一个都可以耦合到从AC总线255接收功率的高频AC电压调节器组件(未示出)。
图3是根据本发明的一个实施例的系统电源250(图2所示)中的倒相器251的框图。倒相器单元251包括一个整流器单元311。整流器单元311从一个电源(未示出)接收AC功率。整流器单元311将AC功率转换成为DC域。开关单元312耦合到整流器单元311。开关单元112从整流器单元312接收DC功率，并将该DC功率转换到高频AC域。谐振电路313耦合到开关单元312。谐振电路313从开关单元312接收高频AC功率，并在将该高频AC功率发送到AC总线255之前对其进行平滑。谐振电路313将高频AC功率中的高次谐波滤出。根据本发明的一个实施例，谐振电路313包括一个电容元件和一个电感元件。控制器单元314耦合到AC总线255和开关单元312。控制器单元314监视倒相器251的输出上的电压和电流电平，并调节开关单元312，以便通过谐振电路313发送到AC总线255上的功率在预定电平。
可以使用任何已知的电路或技术来实现整流器单元311、开关单元312、谐振电路313和控制器单元314。根据本发明的一个实施例，整流器单元311、开关单元312、谐振电路313和控制器单元314都在一个单一的半导体上。
图4是根据本发明的一个实施例的高频AC电压调节器组件260(如图2所示)中的后置调节器单元261的框图。后置调节器单元261耦合到AC总线255。后置调节器单元261包括变压器单元411。变压器单元411从AC总线255接收高频AC功率，并将该高频AC功率逐步降低到一个较低电平。整流器单元412耦合到变压器411。整流器单元412从变压器单元接收高频AC功率，并将该高频AC功率转换到DC域。滤波单元413耦合到整流器单元412。滤波单元413从整流器单元412接收DC功率，并在将该功率通过线420发送到计算机系统(未示出)上的部件之前，将波纹从该DC功率中滤出。控制器单元414耦合到线420和整流器单元412。控制器单元414监视线420上的电压和电流电平，并调整整流器单元412，以便通过滤波器413发送到线420上的功率在预定电平。根据本发明的一个实施例，后置调节器261可以只包括整流器单元412，它在将来自AC总线的高频AC功率发送到线420之前，要先将其转换到DC域。
可以使用任何已知的电路和技术实现变压器单元411、整流器单元412、滤波单元413和控制器单元414。根据本发明的一个实施例，整流器单元412、滤波单元413和控制器单元414可以都在一个单一的半导体基片上，是分立的部件或二者的组合。
系统电源250(如图2所示)和高频AC电压调节器组件260(如图2所示)允许在高频AC域中的功率分配。高频AC域中的功率分配提高了到具有高DI/DT需求的计算机系统中的部件的电压调节的可靠性。系统电源250和高频AC电源调节器组件260还消除了对于象DC功率分配系统所需要的双变换的需要。此外，使用AC总线255分配高频AC功率消除了对于多绕组晶体管和附加整流器和滤波器的需要。
应当理解，本发明的高频AC功率分配系统还被用于为外部连接在计算机系统200(如图2所示)的底盘上的设备(如打印机、扫描仪、外部存储设备、调制解调器、综合业务数字网(ISDN)设备、照相机和其它设备)供电。根据本发明的一个实施例，系统电源250可以在计算机系统200的底盘外部。系统电源250为计算机系统200以及通过被配置为如图5a所示的菊花链的单条电缆外部连接到计算机系统200的底盘的设备供电。在该实施例中，AC总线(未示出)可以在系统电源250内部，单信号总线555(如通用串行总线)可以耦合到AC总线并用于为计算机系统200、显示设备510、扫描仪511、打印机512、外部存储设备513和调制解调器514分配功率。可替代地，系统电源250为计算机系统200以及通过如图5b所示的中枢配置外部连接到计算机系统200的底盘的设备供电。在该实施例中，多个信号总线556-561(如通用串行总线)被耦合到AC总线并用于为计算机系统200、显示设备510、扫描仪511、打印机512、外部存储设备513和调制解调器514分配功率。外部连接到计算机系统200的底盘的这些设备的每一个包括一个诸如图4所示的高频AC电压调节器组件。
通过使用本发明的高频AC功率分配系统来为外部连接到计算机系统200的底盘的设备供电，这些设备就不再需要自己独立的电源了。从而减小了这些设备所需要的成本和物理空间。
图6是说明用于根据本发明的一个实施例分配功率的方法。在步骤601，AC域中的功率被从低频AC域调节到高频AC域。根据本发明的一个实施例，通过将来自AC域的功率调节到DC域，并将来自DC域的功率转换到高频AC域，AC域中的功率被调节到高频AC域。
在步骤602，将高频AC功率从系统电源发送到高频AC电压调节器组件。
在步骤603，功率被从高频AC域调节到DC域。根据本发明的一个实施例，通过逐步降低功率并将功率从高频AC域调节到DC域，将功率从高频AC域调节到DC域。
在前面的描述中，参考本发明的特定实施例描述了本发明。不过，显然在不偏离附加权利要求提出的本发明的更宽精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修改和改变。因此，本说明书和附图应当被认为是说明的而非限制的。

Claims (11)

1.一种用于在电子系统中分配功率的方法，包括：
将功率从系统电源的低频交流域调节到直流域；
将功率从直流域转换到高频交流域；以及
将来自电子系统的系统电源的高频域中的功率通过交流总线发送到高频交流电压调节器组件。
2.根据权利要求1的方法，还包括在将功率从直流域转换到高频交流域之后，对高频交流域中的功率的输出进行平滑。
3.根据权利要求1的方法，还包括在将来自电子系统的系统电源的高频域中的功率通过交流总线发送到高频交流电压调节器组件之后，将高频交流域中的功率调节到直流域。
4.根据权利要求3的方法，其中将高频交流域中的功率调节到直流域包括：
逐步降低功率；以及
将功率从高频交流域调节到直流域。
5.根据权利要求4的方法，还包括在将功率从高频交流域调节到直流域之后，对直流域中的功率的输出进行滤波。
6.一种电子系统的系统电源，包括：
倒相器，所述倒相器包括：
整流器单元，用于接收交流功率，并将交流功率转换成直流域；
开关单元，用于从所述整流器单元接收直流功率，并将所述直流功率转换到高频交流域；
谐振电路，用于从所述开关单元接收高频交流功率，并在发送所述高频交流功率之前对其进行平滑处理。
7.根据权利要求6的系统电源，其中倒相器还包括控制器单元，用于监视倒相器的输出上的电压和电流电平，并调节开关单元，以使得通过谐振电路发送的功率处于预定电平。
8.根据权利要求6的系统电源，其中谐振电路包括电容元件和电感元件。
9.一种高频交流电压调节器组件，包括：
后置调节器单元，所述后置调节器单元包括：
变压器单元，用于接收高频交流功率，并将所述高频交流功率逐步降低到较低电平；
整流器单元，用于从变压器单元接收高频交流功率，并将所述高频交流功率转换到直流域；以及
滤波单元，用于从整流器单元接收直流功率，并在发送所述直流功率之前，将波纹从所述直流功率中滤出。
10.根据权利要求9的高频交流电压调节器组件，还包括控制器单元，用于监视在滤波单元的输出上的电压和电流电平，并调整整流器单元，以使得通过滤波单元发送的功率处于预定电平。
11.一种电子系统，包括：
总线；
系统电源，它耦合到所述总线，将来自系统电源的低频交流域的功率调节到高频交流域，以在总线上发送高频交流域中的所述功率；
高频交流电压调节器组件，它耦合到所述总线，将功率从高频交流域调节到直流域；
处理器，它耦合到高频交流电压调节器组件，接收来自交流电压调节器组件的功率。
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