CN101359248A - 具有变频功能的电源供应器及其计算机系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种具有变频功能的电源供应器及其计算机系统，电源供应器连接至一主板，包含：一脉冲宽度调变控制器，产生一脉冲宽度调变信号，并具有二脚位；一直流转直流转换器，连接至脉冲宽度调变控制器与主板，接收脉冲宽度调变信号后，产生多个电压至主板；以及，一切换电阻调整电路，提供一第一电阻值与一第二电阻值于二脚位之间做切换，用以对应产生具有一第一切换频率或一第二切换频率的脉冲宽度调变信号；其中，第二电阻值大于第一电阻值且第二切换频率小于第一切换频率。本发明可增加效率或减少能耗。

Description

具有变频功能的电源供应器及其计算机系统

技术领域

本发明涉及一种具有变频功能的电源供应器及其计算机系统，尤其涉及一种使用者可针对计算机系统提供较高性能或减低能耗的需求，使得电源供应器可操作于不同切换频率的电源供应器。

背景技术

一般来说，计算机系统中会有一个电源供应器，此电源供应器可提供稳定的直流电压，例如12V或者5V，至计算机系统的主板，使得计算机系统可以运行。

请参照图1，其所示为应用于计算机系统上的已知电源供应器示意图。该电源供应器主要包括一防电磁波及桥式整流器(EMI&Bridge Rectifier)11、一有源式功率因数校正电路(Active Power Factor Collection Circuit、ActivePFC Circuit)13、一直流转直流转换器(DC-DC Converter)15、与一脉冲宽度调变控制器(Pulse Width Modulation Controller，以下简称PWM控制器)17。

首先，交流电压源连接至防电磁波及桥式整流器11。交流电压源为一般插座所送出的交流电压(AC)，可为110伏特(V)或220伏特(V)。防电磁波及桥式整流器11的主要功能为抑制交流电压源所产生的电磁波，并利用一桥式整流器将具有正负相位的交流电压整流至仅具有同一相位的交流电压。此仅具有同一相位的交流电压再被送入至有源式功率因数校正电路13。有源式功率因数校正电路13的功能主要是去调整输入交流电流输入的时间与波形，使其与输出的直流电压(DC)波形尽可能一致，让功率因数趋近于1；并将输出的直流电压提高至380伏特(V)至400伏特(V)。直流电压(380V至400V)再被送入至直流转直流转换器15。直流转直流转换器15的功能主要是将所输入的大电压小电流(380V至400V)转换为小电压大电流(+5V、+3.3V、+12V、-12V等)，并将此小电压大电流(+5V、+3.3V、+12V、-12V等)提供给计算机系统的主板30。

再者，直流转直流转换器15又连接至PWM控制器17。PWM控制器17的功能主要是控制直流转直流转换器15输出至主板30的功率(瓦特，W)。PWM控制器17可输出一脉冲宽度调变信号(以下简称PWM信号)至直流转直流转换器15，并利用PWM信号的切换频率(Switching Frequency)来控制直流转直流转换器15内的一开关的切换，使得直流转直流转换器15可输出一特定功率至主板30。也就是说，PWM信号的切换频率愈低，直流转直流转换器15内的开关的切换速度愈慢，则直流转直流转换器15所输出至主板30的功率愈低；反之，PWM信号的切换频率愈高，直流转直流转换器15内的开关的切换速度愈快，则直流转直流转换器15所输出至主板30的功率愈高。

PWM信号的切换频率是由PWM控制器17的一参考电压脚位(VrefPin，以下简称Vref脚位)、一切换电阻及切换电容脚位(RT/CT Pin，以下简称RT/CT脚位)、与一外接于Vref脚位和RT/CT脚位间的一切换电阻(RT)所决定的。借助Vref脚位所输出一参考电压(Vref)，并经由切换电阻(RT)，来对RT/CT脚位充放电，并通过控制切换电阻(RT)的大小来改变RT/CT脚位充放电的时间长短，进而产生具有不同大小的切换频率。一般来说，切换频率的高低与切换电阻(RT)的大小有关，切换电阻(RT)的电阻值越高，切换频率越低；反之，切换电阻(RT)的电阻值越低，切换频率越高。

由于电源供应器内含多个场效晶体管开关(以下简称MOS开关)，而这些MOS开关会随着切换频率而不断地导通或截止，因而造成切换损耗(SwitchLoss)，而MOS开关所产生的切换损耗的大小与切换频率的高低成正比。也就是说，较高的切换频率虽然可产生较高的功率至主板30，但是也同时造成较高的切换损耗；反之，较低的切换频率虽然可降低切换损耗，但是也可能同时造成输出至主板30功率的不足。

为了兼顾输出至主板30功率与切换损耗，现有电源供应器采用功率与切换损耗的最佳化。也就是说，现有电源供器采用具有固定值的切换频率，而此定频的切换频率可使得功率与切换损耗达到平衡。现有电源供应器其切换频率一般固定为100KHz，以此切换频率(100KHz)可使直流转直流转换器15输出一固定值的功率至主板30，一般为300瓦特(W)。当计算机系统操作于定频的切换频率(100KHz)与对主板30输出定值的功率(300瓦特)下，既可维持使用者在一般操作环境下计算机系统的效率，也可维持可接受的切换损耗。

然而，随着计算机周边装置愈来愈多，主板30所需功率也愈来愈高，借助固定切换频率(100KHz)所产生的固定值功率(300瓦特)，有时将造成计算机系统效率的降低。即使计算机系统操作于仅需较少功率的环境下，由于现有电源供应器采用定频的切换频率(100KHz)，其所消耗的切换损耗也无法降低，在节能意识高涨的今日，实为一种浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有变频功能的电源供应器及其计算机系统，以改善现有技术的缺陷。

本发明为一种具有变频功能的电源供应器，连接至一主板，包含：一脉冲宽度调变控制器，产生一脉冲宽度调变信号，并具有二脚位；一直流转直流转换器，连接至脉冲宽度调变控制器与主板，接收脉冲宽度调变信号后，产生多个电压至主板；以及，一切换电阻调整电路，提供一第一电阻值与一第二电阻值于二脚位之间做切换，用以对应产生具有一第一切换频率或一第二切换频率的脉冲宽度调变信号；其中，第二电阻值大于第一电阻值且第二切换频率小于第一切换频率。

再者，本发明为一种具有变频功能的电源供应器，连接至计算机系统的一主板，包含：一脉冲宽度调变控制器，产生一脉冲宽度调变信号，并具有二脚位；一直流转直流转换器，连接至脉冲宽度调变控制器与主板，接收脉冲宽度调变信号后，产生多个电压至主板；以及，一切换电阻调整电路，提供一第一电阻值、一第二电阻值与一第三电阻值于脉冲宽度调变控制器的二脚位之间做切换，用以对应产生具有一第一切换频率、一第二切换频率或者一第三切换频率的脉冲宽度调变信号；其中，第二电阻值大于第一电阻值，第一电阻值大于第三电阻值，且第三切换频率大于第一切换频率，第一切换频率大于第二切换频率。

再者，本发明为一种计算机系统，包含：一主板；以及，一电源供应器连接至主板可提供多个电压；其中，电源供应器包括：一脉冲宽度调变控制器，产生一脉冲宽度调变信号，并具有二脚位；一直流转直流转换器，连接至脉冲宽度调变控制器与主板，接收脉冲宽度调变信号后，产生多个电压至主板；以及，一切换电阻调整电路，提供一第一电阻值与一第二电阻值于二脚位之间做切换，用以对应产生具有一第一切换频率或一第二切换频率的脉冲宽度调变信号；其中，第二电阻值大于第一电阻值且第二切换频率小于第一切换频率。

因此，借助本发明的应用于计算机系统的具有变频功能的电源供应器，达到计算机系统操作于一般模式、节能模式、或超频模式，进而达到计算机系统的增加效率或减少能耗。

附图说明

图1所示为应用于计算机系统上的已知电源供应器示意图。

图2所示为本发明的具有变频功能的电源供应器示意图。

图3所示为本发明电源供应器内的切换电阻调整电路示意图。

具体实施方式

本发明的具有变频功能的电源供应器，主要是利用一切换电阻调整电路，使得使用者可根据对计算机系统增加效率或减少能耗等不同的需求，改变连接于PWM控制器的Vref脚位与RT/CT脚位间的切换电阻值，使得PWM控制器可产生具有不同值的切换频率，进而改变计算机系统对主板功率的输出，最终达到计算机系统的增加效率或减少能耗。

请参照图2，其所示为本发明的具有变频功能的电源供应器示意图。电源供应器主要包括一防电磁波及桥式整流器21、一有源式功率因数校正电路23、一直流转直流转换器25、一PWM控制器27、与一切换电阻调整电路29。其中，切换电阻调整电路29连接于PWM控制器27的Vref脚位与RT/CT脚位间，且切换电阻调整电路29又具有一第一开关SW1、一第二开关SW2与一第三开关SW3，而主板30连接至直流转直流转换器25用接受电源供应器输出的多个电压。

当使用者认为其将使用的计算机系统不需要电源供应器对主板30提供较大的功率时，此时使用者可压下第一开关SW1。由于第一开关(SW1)的导通，使得连接于PWM控制器27的Vref脚位与RT/CT脚位间的切换电阻调整电路29产生具有第一电阻值的切换电阻。因此，PWM控制器27即可根据具有第一电阻值的切换电阻产生相对应的切换频率，例如100KHz，并以此切换频率(100KHz)将PWM信号输出至直流转直流转换器25。直流转直流转换器25再根据所接收的PWM信号，产生相对应的功率，例如300瓦特(W)，并输出至主板30，进而达到计算机系统操作于一般模式。

当使用者认为其将使用的计算机系统可降低电源供应器对主板30提供的功率而需要考虑节能时，此时使用者可压下第二开关(SW2)。由于第二开关(SW2)的导通，使得连接于PWM控制器27的Vref脚位与RT/CT脚位间的切换电阻调整电路29产生具有第二电阻值的切换电阻，其中第二电阻值大于第一电阻值。因此，PWM控制器27根据具有第二电阻值的切换电阻产生相对应切换频率，例如80KHz，并以此切换频率(80KHz)将PWM信号输出至直流转直流转换器25。直流转直流转换器25再根据接收的PWM信号，产生相对应的功率，例如250瓦特(W)，并输出至主板30，进而达到计算机系统操作于节能模式。

或者，当使用者认定其将使用的计算机系统将操作于超频模式下，需要电源供应器提高对主板30所提供的功率，此时使用者可压下第三开关SW3。由于第三开关SW3的导通，使得连接于PWM控制器27的Vref脚位与RT/CT脚位间的切换电阻调整电路29产生具有第三电阻值的切换电阻，其中第三电阻值小于第一电阻值。因此，PWM控制器27根据具有第三电阻值的切换电阻产生相对应切换频率，例如120KHz，并以此切换频率(120KHz)将PWM信号输出至直流转直流转换器25。直流转直流转换器25再根据所接收的PWM信号，产生相对应的功率，例如350瓦特(W)，并输出至主板30，进而达到计算机系统操作于超频模式。

请参照图3，其所示为本发明电源供应器内的切换电阻调整电路示意图，其中该切换电阻调整电路29连接至PWM控制器27的Vref脚位与RT/CT脚位。再者，切换电阻调整电路29包括一第一控制电路35、一第二控制电路37、与一第三控制电路39。

根据本发明的实施例，第一开关SW1、第二开关SW2、与第三开关SW3在同一个时间仅能有一个被压下。当第一开关SW1压下时，第一控制电路35仅提供第一切换电阻RT1连接于Vref脚位与RT/CT脚位；当第二开关(SW2)压下时，第二控制电路37提供第一切换电阻RT1串联第二切换电阻RT2连接于Vref脚位与RT/CT脚位；以及，当第三开关SW3压下时，第三控制电路39提供第三切换电阻RT3并联第四切换电阻RT4连接于Vref脚位与RT/CT脚位。其中，第三切换电阻RT3并联第四切换电阻RT4的电阻值小于第一切换电阻RT1的电阻值。

众所周知，在此技术领域的研究人员可根据本发明实施例的描述而设计出许多效果相同的切换电阻调整电路29。而图3仅提出其中一种可行的电路，并不是在限定本发明。

在第一控制电路35中，当第一开关SW1尚未压下时，第一比较器C1的正端输入电压大于负端输入电压使得第一比较器C1的输出端输出一高电平(Hi level)。因此，第一BJT晶体管Q1、第一MOS晶体管M1、以及第一光耦合器P1皆不动作，导致第二BJT晶体管Q2与第三BJT晶体管Q3不动作。

当第一开关SW1压下时，第一比较器C1的正端输入电压小于负端输入电压使得第一比较器C1的输出端输出一低电平(Lo level)。因此，第一BJT晶体管Q1、第一MOS晶体管M1、以及第一光耦合器P1皆动作，使得第二BJT晶体管Q2与第三BJT晶体管Q3动作，达到第一切换电阻RT1连接于Vref脚位与RT/CT脚位。

在第二控制电路37中，当第二开关SW2尚未压下时，第二比较器C2的正端输入电压小于负端输入电压使得第二比较器C2的输出端输出一低电平(Lo level)。因此，第二MOS晶体管M2、以及第二光耦合器P2皆不动作，导致第四BJT晶体管Q4不动作。

当第二开关SW2压下时，第二比较器C2的正端输入电压大于负端输入电压使得第二比较器C2的输出端输出一高电平(Hi level)。因此，第二MOS晶体管M2、以及第二光耦合器P2皆动作，使得第四BJT晶体管Q4动作，达到串联的第一切换电阻RT1与第二切换电阻RT2连接于Vref脚位与RT/CT脚位。

在第三控制电路39中，当第三开关SW3尚未压下时，第三比较器C3的正端输入电压小于负端输入电压使得第三比较器C3的输出端输出一低电平(Lo level)。因此，第三MOS晶体管M3、以及第三光耦合器P3皆不动作，导致第五BJT晶体管Q5不动作。

当第三开关SW3压下时，第三比较器C3的正端输入电压大于负端输入电压使得第三比较器C3的输出端输出一高电平(Hi level)。因此，第三MOS晶体管M3、以及第三光耦合器P3皆动作，使得第五BJT晶体管Q5动作，达到并联的第三切换电阻RT3与第四切换电阻RT4连接于Vref脚位与RT/CT脚位。

因此，借助本发明的应用于计算机系统的具有变频功能的电源供应器，使用者可针对不同的需求，例如要求计算机系统提供更佳的性能或要求计算机系统减少更多的能耗，并经由使用者主动对电阻调整电路内的第一开关SW1、第二开关SW2、与第三开关SW3间的切换，使得切换电阻调整电路可产生具有不同电阻值，进而使得连接至切换电阻调整电路的PWM控制器可产生相对应的切换频率，并以此频率将PWM信号输出至直流转直流转换器，使得直流转直流转换器可根据不同电阻值的切换电阻相对应输出不同功率至主板30，进而达到计算机系统操作于一般模式、节能模式、或超频模式。

再者，本发明的具有变频功能的电源供应器是利用三个开关控制于一般模式、节能模式、或超频模式。在本领域的技术人员也可以利用两个开关控制具有变频功能的电源供应器使用于一般模式与节能模式或者一般模式与超频模式。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。

Claims (15)

1.一种具有变频功能的电源供应器，连接至主板，其特征是，所述具有变频功能的电源供应器包含：

脉冲宽度调变控制器，产生脉冲宽度调变信号，并具有二脚位；

直流转直流转换器，连接至所述脉冲宽度调变控制器与所述主板，接收所述脉冲宽度调变信号后，产生多个电压至所述主板；以及

切换电阻调整电路，提供第一电阻值与第二电阻值于所述二脚位之间做切换，用以对应产生具有第一切换频率或第二切换频率的所述脉冲宽度调变信号；

其中，所述第二电阻值大于所述第一电阻值且所述第二切换频率小于所述第一切换频率。

2.如权利要求1所述的具有变频功能的电源供应器，其特征是，其中所述切换电阻调整电路还包含第一开关与第二开关，所述第一开关与所述第二开关的分别压下，对应产生所述第一电阻值与所述第二电阻值。

3.如权利要求2所述的具有变频功能的电源供应器，其特征是，其中所述切换电阻调整电路还包含：

第一控制电路，连接至所述第一开关，当所述第一开关被压下时，所述第一控制电路将第一切换电阻连接于所述脉冲宽度调变控制器的所述二脚位；以及

第二控制电路，连接至所述第二开关，当所述第二开关被压下时，所述第二控制电路将第二切换电阻串联所述第一切换电阻，并连接于所述脉冲宽度调变控制器的所述二脚位。

4.如权利要求1所述的具有变频功能的电源供应器，其特征是，其中所述脉冲宽度调变控制器的所述二脚位为参考电压脚位与切换电阻电容脚位。

5.如权利要求1所述具有变频功能的电源供应器，其特征是，所述具有变频功能的电源供应器还包含防电磁波及桥式整流器与有源式功率因数校正电路，其中所述有源式功率因数校正电路连接至所述直流转直流转换器，所述防电磁波及桥式整流器连接至所述有源式功率因数校正电路。

6.一种具有变频功能的电源供应器，连接至计算机系统的主板，其特征是，所述具有变频功能的电源供应器包含：

脉冲宽度调变控制器，产生脉冲宽度调变信号，并具有二脚位；

直流转直流转换器，连接至所述脉冲宽度调变控制器与所述主板，接收所述脉冲宽度调变信号后，产生多个电压至所述主板；以及

切换电阻调整电路，提供第一电阻值、第二电阻值与第三电阻值于所述脉冲宽度调变控制器的所述二脚位之间做切换，用以对应产生具有第一切换频率、第二切换频率或者第三切换频率的所述脉冲宽度调变信号；

其中，所述第二电阻值大于所述第一电阻值，所述第一电阻值大于所述第三电阻值，且所述第三切换频率大于所述第一切换频率，所述第一切换频率大于所述第二切换频率。

7.如权利要求6所述的具有变频功能的电源供应器，其特征是，其中所述切换电阻调整电路还包含第一开关、第二开关、与第三开关，根据所述第一开关、所述第二开关、与所述第三开关的分别压下，产生所述第一电阻值、所述第二电阻值、与所述第三电阻值。

8.如权利要求7所述的具有变频功能的电源供应器，其特征是，其中所述切换电阻调整电路还包含：

第一控制电路，连接至所述第一开关，当所述第一开关被压下时，所述第一控制电路将第一切换电阻连接于所述脉冲宽度调变控制器的所述二脚位；

第二控制电路连接至所述第二开关，当所述第二开关被压下时，所述第二控制电路达到将第二切换电阻串联所述第一切换电阻，并连接于所述脉冲宽度调变控制器的所述二脚位；以及

第三控制电路，连接至所述第三开关，当所述第三开关被压下时，所述第三控制电路将第三切换电阻并联第四切换电阻，并连接于所述脉冲宽度调变控制器的所述二脚位；

其中，所述第三切换电阻并联所述第四切换电阻的等效电阻值为所述第三电阻值。

9.如权利要求6所述的具有变频功能的电源供应器，其特征是，其中所述脉冲宽度调变控制器的所述二脚位为参考电压脚位与切换电阻电容脚位。

10.如权利要求6所述的具有变频功能的电源供应器，其特征是，所述具有变频功能的电源供应器还包含防电磁波及桥式整流器与有源式功率因数校正电路，其中所述有源式功率因数校正电路连接至所述直流转直流转换器，所述防电磁波及桥式整流器连接至所述有源式功率因数校正电路。

11.一种计算机系统，其特征是，所述计算机系统包含：

主板；以及

电源供应器，连接至所述主板可提供多个电压；其中所述电源供应器包括：

脉冲宽度调变控制器，产生脉冲宽度调变信号，并具有二脚位；

直流转直流转换器，连接至所述脉冲宽度调变控制器与所述主板，接收所述脉冲宽度调变信号后，产生所述多个电压至所述主板；以及

切换电阻调整电路，提供第一电阻值与第二电阻值于所述二脚位之间做切换，用以对应产生具有第一切换频率或第二切换频率的所述脉冲宽度调变信号；

其中，所述第二电阻值大于所述第一电阻值且所述第二切换频率小于所述第一切换频率。

12.如权利要求11所述的计算机系统，其特征是，其中所述切换电阻调整电路还包含第一开关与第二开关，所述第一开关与所述第二开关的分别压下，对应产生所述第一电阻值与所述第二电阻值。

13.如权利要求12所述的计算机系统，其特征是，其中所述切换电阻调整电路还包含：

第一控制电路，连接至所述第一开关，当所述第一开关被压下时，所述第一控制电路将第一切换电阻连接于所述脉冲宽度调变控制器的所述二脚位；以及

第二控制电路，连接至所述第二开关，当所述第二开关被压下时，所述第二控制电路将第二切换电阻串联所述第一切换电阻并连接于所述脉冲宽度调变控制器的所述二脚位。

14.如权利要求11所述的计算机系统，其特征是，其中所述脉冲宽度调变控制器的所述二脚位为参考电压脚位与切换电阻电容脚位。

15.如权利要求11所述计算机系统，其特征是，所述计算机系统还包含防电磁波及桥式整流器与有源式功率因数校正电路，其中所述有源式功率因数校正电路连接至所述直流转直流转换器，所述防电磁波及桥式整流器连接至所述有源式功率因数校正电路。

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