CN101452330A - 一种带直流接口的计算机电源 - Google Patents

Abstract

一种带直流接口的计算机电源，其交流/直流电源模块直流12V输出端连接5V、3.3V、12V电源模块以及电压检测模块的输入端，并通过一晶体开关管连接电池，同时该输出端还置有外接口，该模块直流300V输出端连接辅助电源模块的输入端。辅助电源模块12VSB输出端连接直流+5VSB电源模块的输入端，并与电池相连。电压检测模块检测端分别与各电源模块输出端相连，其12VSB电源输入端连接电池，该模块信号控制端分别连接开关管、交流/直流电源模块以及主板电源的控制端。本发明具有：模块输出电压稳定；可给其他外设供电；实现直流不间断电源功能，其结构简单，可靠性高，效率高；模块可并联扩容；每个电源模块均可带有输出电流保护功能等技术效果和优点。

Description

一种带直流接口的计算机电源

【技术领域】

本发明涉及一种计算机电源，特别是一种带直流接口的计算机电源。

【背景技术】

现有技术中，计算机(PC机)电源一般为ATX电源，它是1996年推出的一种技术规范，是目前最为流行的PC专用电源。ATX电源的主变换电路是采用“双管半桥它激式”电路，脉宽调制(PWM)，控制器采用TL494控制芯片或具有类似功能的控制芯片，同时取消市电开关。图1为ATX电源系统框图。但是，ATX电源的“双管半桥它激式”电路结构还存在如下问题：

1、输出稳定性差：

开关电源的稳压过程是经反馈电路从输出端取样，将信号送到脉宽调制电路或脉宽调制器(Pulse-Width Modulation，PWM)调节开关管的导通与截止时间，从而使输出电压稳定。各种保护功能是通过对输出端的电流、电压的监控然后将信号反馈到PWM控制电路从而实现各种保护功能。图2是ATX电源的半桥电路工作流程示意图，目前ATX电源存在问题如下：

由于采用的是单芯片控制单变压器多路输出方式，稳定多路输出电压技术难度较大，因为当个别输出负载变化时，整个输出电压的稳定性将会受到影响；其现象如下：

当+12V输出负载加重，需要脉宽调制器(PWM)调宽脉冲波形，而此时+5V输出负载减轻，又需要脉宽调制器(PWM)调窄脉冲波形，两者会出现矛盾，造成输出电压稳定性变差。

当+5V输出负载加重，需要脉宽调制器(PWM)调宽脉冲波形，会造成其他路输出电压上升，使输出电压稳定性变差。

2、输出无过流保护：

当某路输出电压出现异常、输出电流大增，但反馈到电路初级的电流又不足以使保护电路动作时，过流保护电路将起不到应有的作用，而此时必有输出电压出现过压，此异常的输出电压会对主机造成损伤。目前，许多ATX电源均无过流保护电路。

3、无专用12VDC电源供电接口：

LCD液晶屏可直接用12VDC电源供电，但ATX电源12VDC由于容量及结构的限制不能直接给LCD液晶屏供电；

4、ATX电源只能外接交流UPS电源作为不间断电源供电，而交流UPS必须经过交流/直流(AC/DC)，直流/交流变换器(DC/AC)两个变换过程，故损耗大，效率低。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术中所存在的缺陷，提供一种带直流接口的计算机电源。

本发明采用了下列技术方案解决了其技术问题：一种带直流接口的计算机电源，包括交流/直流电源模块，辅助电源模块，直流5V电源模块，直流3.3V电源模块，直流-12V电源模块，直流+5VSB电源模块，电压检测模块。

其交流/直流电源模块直流12V输出端连接直流5V电源模块、直流3.3V电源模块、直流-12V电源模块以及电压检测模块的电源输入端，并通过一晶体开关管连接12V电池，该交流/直流电源模块直流12V输出端还置有可以给LCD显示器或其他外设供电的电源接口。

交流/直流电源模块直流300V输出端连接辅助电源模块的电源输入端，辅助电源模块12VSB输出端连接直流+5VSB电源模块的电源输入端，并与12V电池相连接。

其电压检测模块各电压检测端分别与各电源模块输出端相连接，其12VSB电源输入端连接12V电池，该电压检测模块的信号控制端分别连接晶体开关管控制端、交流/直流电源模块控制端以及主板电源控制端。

本发明同现有技术中ATX电源相比，具有以下技术效果以及优点：

1、将电源结构由单变压器多路输出(12V，5V，3.3V，-12V等)方式改为单变压器单路输出(12V)方式，而在其后增加多个直流变换模块，包括12V-5V，12V-3.3V，12V-12V等，使每一模块输出电压稳定度得到保证，因此从根本上解决多路输出电压稳定性及多路输出电流保护等问题。

2、增加直流12V输出接口。交流/直流电源模块的直流12V输出除给多个直流变换模块供电外，还将直流12V输出引出专门接口，从而给LCD液晶屏或其他需要供电的系统供电。直接给带12V直流接口的LCD液晶屏供电，省略一个外置适配器，这将减少一个EMC干扰源和能耗源，因为外置交流/直流适配器(50W)自身是个EMC干扰源，同时也是个发热源，其效率仅有65％，自身损耗为：17.5W；全部转为热量。而对于内置交流/直流适配器，LCD液晶屏内将有17.5W的热量，省略内置交流/直流适配器，LCD液晶屏内将减少17.5W的热量。

3、增加直流12V电池及电源输入接口。电池可以内置也可以外置，可实现直流不间断电源(UPS)功能和直流12V外供电功能。其结构简单，可靠性高，效率高。极大降低UPS电源成本(参见图12)。现有技术ATX电源结构因12V直流是多路输出的一路，故只能使用外加交流不间断电源(UPS)来实现系统不间断功能。如图11所示。

4、每一模块的功率可根据需要扩容，扩容方式为：单模块容量扩容和多模块并联扩容。由于每个电源模块都独立，则可根据每路输出负载的需要进行电源模块并联。而在现有技术ATX电源结构中并联是不可能的。

5、每个电源模块均可带有输出电流保护功能，而现有技术ATX电源结构不能实现输出电流保护功能，否则会不满足性能指标。

【附图说明】

图1为现有技术中ATX电源系统结构示意图；

图2是ATX电源的半桥电路工作流程示意图；

图3为本发明电路结构原理图；

图4为本发明中交流/直流电源模块电原理图；

图5为本发明中辅助电源模块电原理图；

图6为本发明中直流5V电源模块电原理图；

图7为本发明中直流3.3V电源模块电原理图；

图8为本发明中直流-12V电源模块电原理图；

图9为本发明中直流+5VSB电源模块电原理图；

图10为本发明中电压检测模块电原理图；

图11为原现有技术中ATX电源使用不间断电源拓扑结构图；

图12为本发明中不间断电源拓扑结构图。

图中各序号分别表示为：

1-主板电源12V端口          2-主板电源5V端口

3-主板电源3.3V端口         6-LCD显示器或外设电源接口

4-主板电源-12V端口         5-主板电源+5VSB端口

7-主板电源启动信号控制端   8-主板电源运行信号控制端

11-交流/直流电源模块       12-辅助电源模块

15-直流5V电源模块          16-直流3.3V电源模块

17-直流-12V电源模块        18-直流+5VSB电源模块

19-电压检测模块            Q1-晶体开关管

BT-电池                    GND-接地端

【具体实施方式】

以下结合实施例以及附图对本发明作进一步的描述。

参照图3，本发明包括交流/直流电源模块11，辅助电源模块12，直流5V电源模块15，直流3.3V电源模块16，直流-12V电源模块17，直流+5VSB电源模块18，电压检测模块19。

交流/直流电源模块11直流12V输出端连接直流5V电源模块15、直流3.3V电源模块16、直流-12V电源模块17以及电压检测模块19的电源输入端，并通过一晶体开关管Q1连接12V电池BT，该交流/直流电源模块11直流12V输出端还置有可以给LCD显示器或其他外设供电的电源接口6；

交流/直流电源模块11直流300V输出端连接辅助电源模块12的电源输入端，辅助电源模块12上的12VSB输出端连接直流+5VSB电源模块18的电源输入端，并与12V电池BT相连接；

电压检测模块19各电压检测端分别与各电源模块输出端相连接，其12VSB电源输入端连接12V电池BT，该电压检测模块19的信号控制端分别连接晶体开关管Q1控制端、交流/直流电源模块11控制端以及主板电源控制端。

具体地，本发明在交流/直流电源模块11上的相线端L、零线端N分别连接交流电的相线与零线；

交流/直流电源模块11上的接地端GND与所有模块的接地端GND相连，同时与12V电池BT的负极相连；

交流/直流电源模块11上的直流12V输出端与直流5V电源模块15、直流3.3V电源模块16、直流-12V电源模块17、电压检测模块19的12V电源输入端相连接，该直流12V输出端还与LCD显示器或外设电源接口6、主板电源12V端口1相连接，同时还与晶体开关管Q1的D端相连；

交流/直流电源模块11上的电源启动(PSON)信号控制端与电压检测模块19上的电源启动(PSON)信号控制端以及主板电源启动(PSON)信号控制端7相连接；

交流/直流电源模块11上的VCC1电源输入端与辅助电源模块12上的VCC1电源输出端相连接；

交流/直流电源模块11上的GND1端与辅助电源模块12上的GND1端相连接；

交流/直流电源模块11上的300V电源输出端与辅助电源模块12上的300V电源输入端相连接；

辅助电源模块12上的12VSB电源输出端与直流+5VSB电源模块18上的12VSB电源输入端相连接，同时与电压检测模块19上的12VSB电源输入端连接，同时与12V电池BT的正极相连接，同时与晶体开关管Q1的S端相连接；

直流5V电源模块15上的5V电源输出端与主板电源5V端口2相连接；

直流3.3V电源模块16上的3.3V电源输出端与主板电源3.3V端口3相连接；

直流-12V电源模块17上的-12V电源输出端与主板电源-12V端口4相连接；

直流+5VSB电源模块18上的+5VSB电源输出端与主板电源+5VSB端口5相连接；

电压检测模块19上的CTL信号控制端与晶体开关管Q1的G端相连接；

电压检测模块19上的电源运行(PW-OK)信号控制端与主板上的电源运行(PW-OK)信号控制端相连接；

电压检测模块19上的5V电压检测端与直流5V电源模块15上的5V电源输出端相连接；

电压检测模块19上的3.3V电压检测端与直流3.3V电源模块16上的3.3V电源输出端相连接；

电压检测模块19上的-12V电压检测端与直流-12V电源模块17上的-12V电源输出端相连接；

电压检测模块19的+5VSB电压检测端与直流+5VSB电源模块18上的+5VSB电源输出端相连接。

参照图4，本发明所述的交流/直流电源模块11是核心动力电路，输入为220V交流，输出1为300V直流；输出2为12V直流。内部供电负载为：直流5V电源模块15，直流3.3V电源模块16，直流-12V电源模块17，电压检测模块19，通过电源12V端口供12V。外部供电负载为：LCD显示器或外部设备，通过接口6给负载供电。

交流/直流电源模块11可采用半桥、全桥，单端正激、单端反激等拓扑结构，具体结构可根据功率的情况而定。图4中实施例拓扑结构为：半桥式，采用TL494控制芯片，脉冲变压器驱动方式。其输入为220V交流，输出1：12V直流；输出2：300V直流(整流)。图4中各电路结构均为通用电路，其详细原理此处不再赘述。

参照图5，本发明所述的辅助电源模块12采用单端反激式拓扑结构，其直流输入：通过300V，GND1端口，引入交流/直流电源模块11的300V直流(整流)；两路独立输出：

第一路：VCC1，GND，用于给交流/直流电源模块11芯片供电；例如：交流/直流电源模块11芯片采用TL494控制芯片，则VCC1：12V；

第二路：12VSB，6ND；用于给直流+5VSB电源模块18供电；同时给12V电池BT充电；12V电池BT为可充电电池，电压为：12V。

附图5中实施例采用电流型脉宽调制器UC3843，其电路结构均为通用电路，详细原理此处不再赘述。

参照图6，本发明所述的直流5V电源模块15采用非隔离式降压模块(开关电源方式)，即12V降为5V，由于非隔离式降压模块为通用电路，其详细原理此处不再赘述。本实施例中此直流5V电源模块15采用非隔离式降压同步整流方式，控制芯片为：LM2473。

参照图7，本发明所述的直流3.3V电源模块16采用非隔离式降压模块(开关电源方式)，即12V降为3.3V，由于非隔离式降压模块为通用电路，其详细原理此处不再赘述。本实施例中此直流3.3V电源模块16采用非隔离式降压同步整流方式，控制芯片为：LM2473。

参照图8，本发明所述的直流-12V电源模块17采用单端反激式拓扑结构，即输入12V输出-12V，由于单端反激式拓扑结构通用电路，其详细原理此处不再赘述。本实施例中此直流-12V电源模块17采用非隔离方式，控制芯片为：MC33063。

参照图9，本发明所述的直流+5VSB电源模块18采用非隔离式降压模块(开关电源方式或线性电源方式)，即12V降为5V，由于非隔离式降压模块为通用电路，其详细原理此处不再赘述。本实施例中此直流-12V电源模块17采用非隔离方式，控制芯片为：MC33063。

参照图10，本发明所述的电压检测模块19主要用于检测12V，-12V，5V，3.3V，+5VSB，12VSB等6路电压，根据检测到的电压情况，发出PW-OK，CTL等2路控制信号。此为通用控制电路，可采用单片机(MCU)系统或由模拟电路系统组成，单片机具有6路以上AD接口，3路以上I/O控制口。

以下阐述本发明的四工作状况：

一、市电供电工作状况：

1、系统上电过程：

交流市电进入到交流/直流电源模块11，交流/直流电源模块11经整流输出300V直流，给辅助电源模块12供电，辅助电源模块12输出两路电压：VCC1，12VSB，其中：VCC1给交流/直流电源模块11芯片供电，12VSB给直流+5VSB电源模块18供电，并同时给12V电池BT充电；此时PSON信号高有效，交流/直流电源模块11不工作无输出，系统处于待机过程。

2、系统启动及运行过程：

当给出开机信号时，PSON信号低有效，交流/直流电源模块11输出12V直流，辅助电源模块12，直流+5VSB电源模块18，直流5V电源模块15，直流3.3V电源模块16，直流-12V电源模块17等工作，此时电压检测模块19检测到所有电源模块的电压均正常时，电压检测模块19输出PW-OK高有效信号，系统处于运行状态。

3、系统关机及待机过程：

当给出关机信号时，PSON信号高有效，交流/直流电源模块11中的12V直流无输出，只有整流输出的300V直流，使辅助电源模块12，直流+5VSB电源模块18，电压检测模块19工作；而直流5V电源模块15，直流3.3V电源模块16，直流-12V电源模块17等模块无输出，系统处于待机状态。

二、电池BT供电工作状况：

1、系统上电过程：(内置电池BT已接好)：

内置电池BT的12V直流电源给直流+5VSB电源模块18供电，直流+5VSB电源模块18输出+5VSB，此时PSON信号高有效，系统处于待机过程；

2、系统启动及运行过程：

当给出开机信号时，PSON信号低有效，CTL输出信号低有效，使晶体开关管Q1开通，内置电池BT的12V直流电源通过晶体开关管Q1输出12V直流，使直流+5VSB电源模块18，直流5V电源模块15，直流3.3V电源模块16，直流-12V电源模块17等工作，电压检测模块19检测所有电源模块的电压，当均正常时，电压检测模块19输出PW-OK高有效信号，系统处于运行状态。

电压检测模块19检测所有电源模块的电压，当12VSB端检测到电池BT电压低时，CTL端输出高有效信号，使晶体开关管Q1关断，12V直流电源无输出，直流5V电源模块15，直流3.3V电源模块16，直流-12V电源模块17等模块不工作，仅直流+5VSB电源模块18，电压检测模块19工作，系统处于待机状态。

3、系统关机及待机过程：

当给出关机信号时，PSON信号高有效，CTL端输出信号高有效，使晶体开关管Q1关断，12V直流电源无输出，直流5V电源模块15，直流3.3V电源模块16，直流-12V电源模块17等模块不工作，仅电压检测模块19工作，直流+5VSB电源模块18工作，系统处于待机状态。

三、市电供电转电池BT供电工作状况：

在市电工作时，PSON信号低有效，交流/直流电源模块11输出12V直流，使辅助电源模块12，直流+5VSB电源模块18，直流5V电源模块15，直流3.3V电源模块16，直流-12V电源模块17，电压检测模块19等工作，电压检测模块19检测到所有电源模块的电压均正常时，电压检测模块19输出CTL低有效信号，PW-OK高有效信号，系统处于运行状态。

当市电中断时，由于电池BT电压正常，CTL输出低有效信号使晶体开关管Q1开通，内置电池BT的12V直流电源通过晶体开关管Q1输出12V直流，使辅助电源模块12，直流+5VSB电源模块18，直流5V电源模块15，直流3.3V电源模块16，直流-12V电源模块17等继续连续工作。PW-OK输出高有效信号，系统处于运行状态。系统由市电供电转电池BT供电工作。

电压检测模块19检测所有电源模块的电压，当12VSB端测到电池BT电压低时，CTL输出高有效信号，使晶体开关管Q1关断，12V直流电源无输出，直流5V电源模块15，直流3.3V电源模块16，直流-12V电源模块17等模块无输出，仅直流+5VSB电源模块18工作，系统处于待机状态。

四、BT供电转市电供电工作状况：

在电池BT工作时，PSON信号低有效，CTL信号低有效，使晶体开关管Q1开通，内置电池BT的12V直流电源通过晶体开关管Q1输出12V直流，使直流+5VSB电源模块18，直流5V电源模块15，直流3.3V电源模块16，直流-12V电源模块17等工作，电压检测模块19检测到所有电源模块的电压正常时，电压检测模块19输出PW-OK高有效信号，系统处于运行状态。

当系统上电时，交流市电进入到交流/直流电源模块11，交流/直流电源模块11经整流输出300V直流，给辅助电源模块12供电，辅助电源模块12输出两路电压：VCC1，12VSB，其中：VCC1给交流/直流电源模块11芯片供电，12VSB给直流+5VSB电源模块18供电并同时给12V电池BT充电；由于此时PSON信号低有效，交流/直流电源模块11输出12V直流；使辅助电源模块12，直流+5VSB电源模块18，直流5V电源模块15，直流3.3V电源模块16，直流-12V电源模块17等工作，系统由电池BT供电转为市电供电工作。

Claims (2)

1、一种带直流接口的计算机电源，包括交流/直流电源模块，辅助电源模块，直流5V电源模块，直流3.3V电源模块，直流-12V电源模块，直流+5VSB电源模块，电压检测模块，其特征在于：

交流/直流电源模块直流12V输出端连接直流5V电源模块、直流3.3V电源模块、直流-12V电源模块以及电压检测模块的电源输入端，并通过一晶体开关管连接12V电池，该交流/直流电源模块直流12V输出端还置有可以给LCD显示器或其他外设供电的电源接口；

交流/直流电源模块直流300V输出端连接辅助电源模块的电源输入端，辅助电源模块12VSB输出端连接直流+5VSB电源模块的电源输入端，并与12V电池相连接；

电压检测模块各电压检测端分别与各电源模块输出端相连接，其12VSB电源输入端连接12V电池，该电压检测模块的信号控制端分别连接晶体开关管控制端、交流/直流电源模块控制端以及主板电源控制端。

2、根据权利要求1所述的一种带直流接口的计算机电源，其特征在于：

交流/直流电源模块上的相线端(L)、零线端(N)分别连接交流电的相线与零线；

交流/直流电源模块上的接地端(GND)与所有模块的接地端(GND)相连，同时与12V电池(BT)的负极相连；

交流/直流电源模块上的直流12V输出端与直流5V电源模块、直流3.3V电源模块、直流-12V电源模块、电压检测模块的12V电源输入端相连接，该直流12V输出端还与LCD显示器或外设电源接口(6)、主板电源12V端口(1)相连接，同时还与晶体开关管(Q1)的D端相连；

交流/直流电源模块上的电源启动信号控制端与电压检测模块上的电源启动信号控制端以及主板电源启动信号控制端相连接；

交流/直流电源模块上的VCC1电源输入端与辅助电源模块上的VCC1电源输出端相连接；

交流/直流电源模块上的GND1端与辅助电源模块上的GND1端相连接；

交流/直流电源模块上的300V电源输出端与辅助电源模块上的300V电源输入端相连接；

辅助电源模块上的12VSB电源输出端与直流+5VSB电源模块上的12VSB电源输入端相连接，同时与电压检测模块上的12VSB电源输入端连接，同时与12V电池的正极相连接，同时与晶体开关管的S端相连接；

直流5V电源模块上的5V电源输出端与主板电源5V端口相连接；

直流3.3V电源模块上的3.3V电源输出端与主板电源3.3V端口相连接；

直流-12V电源模块上的-12V电源输出端与主板电源-12V端口相连接；

直流+5VSB电源模块上的+5VSB电源输出端与主板电源+5VSB端口相连接；

电压检测模块上的CTL信号控制端与晶体开关管的G端相连接；

电压检测模块上的电源运行(PW-OK)信号控制端与主板上的电源运行(PW-OK)信号控制端相连接；

电压检测模块上的5V电压检测端与直流5V电源模块上的5V电源输出端相连接；

电压检测模块上的3.3V电压检测端与直流3.3V电源模块上的3.3V电源输出端相连接；

电压检测模块上的-12V电压检测端与直流-12V电源模块上的-12V电源输出端相连接；

电压检测模块的+5VSB电压检测端与直流+5VSB电源模块上的+5VSB电源输出端相连接。

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