CN101685963B

CN101685963B - 一种供电方法、供电装置及供电系统

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Publication number: CN101685963B
Application number: CN2008102226859A
Authority: CN
Inventors: 张敏
Original assignee: Lenovo Beijing Ltd
Current assignee: Lenovo Beijing Ltd
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2028-09-22
Also published as: CN101685963A

Abstract

本发明提供了一种供电装置、供电方法及供电系统，该装置包括：第一供电单元、第二供电单元和选择单元；选择单元，用于在当前需供应的总负载电流位于第一负载供电区域时，选择启动第一供电单元供电；在当前需供应的总负载电流位于第二负载供电区域时，选择启动第二供电单元供电；当第一供电单元或第二供电单元中的一个处于供电状态时，另一个处于不工作状态。其中，对于落入第一负载供电区域的负载，第一供电单元的电源转换效率高于第二供电单元；对于落入第二负载供电区域的负载，第二供电单元的电源转换效率高于第一供电单元。利用上述技术方案，可实现在供电单元对低负载和高负载供电时都具有高转换效率。

Description

一种供电方法、供电装置及供电系统

技术领域

本发明涉及供电电源，特别是涉及一种供电方法、供电装置及供电系统。

背景技术

现有技术中，存在对负载跨度大的系统、不同负载的两个系统、或一个系统中不同负载的两个子系统供电的需求。对于这些情况，为保证系统能正常工作，现有技术通常采用一个高负载供电单元来进行供电。但是，在实现本发明的过程中，发明人发现一般的模拟控制式直流-直流电源转换器无法实现电源从低负载到高负载都保证较低转换损耗，该高负载供电单元在低负载供电区域的电源转换效率通常极低。

发明内容

本发明的实施例提供一种供电方法、供电装置及供电系统，以解决现有技术无法在对低负载和高负载供电时都具有高转换效率的技术问题。

为了实现上述目的，一方面，提供一种供电装置，用于向一个或多个负载供电，包括：

第一供电单元，具有第一供电范围，所述第一供电范围包括第一负载供电区域；

第二供电单元，具有第二供电范围，所述第二供电范围包括第二负载供电区域，所述第二负载供电区域能供应的负载电流高于所述第一负载供电区域能供应的负载电流；

当所述第二供电范围包括所述第一负载供电区域、且需供应的负载电流位于所述第一负载供电区域时，所述第一供电单元的电源转换效率高于所述第二供电单元的电源转换效率；

当所述第一供电范围包括所述第二负载供电区域、且需供应的负载电流位于所述第二负载供电区域时，所述第二供电单元的电源转换效率高于所述第一供电单元的电源转换效率；

选择单元，用于在当前需供应的总负载电流位于所述第一负载供电区域时，选择启动所述第一供电单元供电；在当前需供应的总负载电流位于所述第二负载供电区域时，选择启动所述第二供电单元向所述当前需供电的总负载供电；当所述第一供电单元或第二供电单元中的一个处于供电状态时，另一个处于不工作状态。

另一方面，提供一种供电方法，利用第一供电单元和第二供电单元向一个或多个负载供电，所述第一供电单元，具有第一供电范围，所述第一供电范围包括第一负载供电区域；所述第二供电单元，具有第二供电范围，所述第二供电范围包括第二负载供电区域，所述第二负载供电区域能供应的负载电流高于所述第一负载供电区域能供应的负载电流；

所述的方法，包括如下步骤：

检测当前需供应的总负载电流所位于的负载供电区域；

当所述需供应的总负载电流位于所述第一负载供电区域时，启动所述第一供电单元供电；

当所述需供应的总负载电流位于所述第二负载供电区域时，启动所述第二供电单元供电；

其中，当所述第一供电单元或第二供电单元中的一个处于供电状态时，另一个处于不工作状态。

又一方面，提供一种供电系统，包括：供电装置和负载，所述供电装置包括：第一供电单元，具有第一供电范围，所述第一供电范围包括第一负载供电区域；

选择单元，用于在当前需供应的总负载电流位于所述第一负载供电区域时，选择启动所述第一供电单元供电；在当前需供电的总负载位于所述第二负载供电区域时，选择启动所述第二供电单元供电；当所述第一供电单元或第二供电单元中的一个处于供电状态时，另一个处于不工作状态。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下技术效果：

利用分别对低负载和高负载具有高电源转换效率的两个供电单元来对负载供电，并根据当前需供应的总负载电流的情况从两个供电单元中选择具有更高电源转换效率的供电单元向负载供电，可以实现无论当前需供电的总负载是属于低负载的情况还是高负载的情况，通过第一、第二两个供电单元的协同工作，都能保证当前供电的供电单元工作在高转换效率区域。

附图说明

图1为本发明一实施例的供电装置的结构示意图；

图2为本发明另一实施例的供电装置的结构示意图；

图3是图2所示实施例的电压转换器1和电压转换器2的转换效率曲线图的一个例子；

图4为图3所示实施例的一个具体实现；

图5为本发明又一实施例的供电装置的结构示意图；

图6为本发明又一实施例的供电装置的结构示意图；

图7为本发明一实施例的供电方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

图1为本发明一实施例的供电装置的结构示意图。如图1，该实施例的供电装置100包括：第一供电单元101、第二供电单元102和选择单元103；其中，第一供电单元具有第一供电范围，第一供电范围包括第一负载供电区域；第二供电单元具有第二供电范围，第二供电范围包括第二负载供电区域，第二负载供电区域能供应的负载电流高于第一负载供电区域能供应的负载电流；当第二供电范围包括第一负载供电区域、且需供应的负载电流位于第一负载供电区域时，第一供电单元的电源转换效率高于第二供电单元的电源转换效率，即对于落入第一负载供电区域的负载，第一供电单元的电源转换效率高于第二供电单元的电源转换效率；当第一供电范围包括第二负载供电区域且需供应的负载电流对于位于第二负载供电区时，第二供电单元的电源转换效率高于第一供电单元的电源转换效率，即对于落入第二负载供电区域的负载，第二供电单元的电源转换效率高于第一供电单元的电源转换效率；该选择单元，用于在当前需供应的总负载电流位于第一负载供电区域时，选择启动第一供电单元供电；在当前需供应的总负载电流位于第二负载供电区域时，选择启动第二供电单元供电；当第一供电单元或第二供电单元中的一个处于供电状态时，另一个处于不工作状态。

优选地，该实施例的供电装置中，第二供电范围可以不包括第一负载供电区域。当第二供电范围不包括第一负载供电区域且需供应的负载电流位于第一负载供电区域时，由第一供电单元供电。第一供电范围可以包括第二负载供电区域。当第一供电范围不包括第二负载供电区域且需供应的负载电流位于第二负载供电区时，由第二供电单元供电。

优选地，该实施例的供电装置中，选择单元包括：切换单元，用于在当前供电的电源为第一供电单元时，如果当前需供应的总负载电流变化至位于第二负载供电区域，则将当前供电的电源切换至第二供电单元；在当前供电的电源为第二供电单元时，如果当前需供应的总负载电流变化至位于第一负载供电区域，则将当前供电的电源切换至第一供电单元。

优选地，该实施例的供电装置中，选择单元包括：使能信号发送单元，用于在当前需供应的总负载电流位于第一负载供电区域时，向第一供电单元发送第一使能信号，并向第二供电单元发送不使能信号；在当前需供应的总负载电流位于第二负载供电区域时，向第二供电单元发送第二使能信号，并向第一供电单元发送不使能信号。

本发明实施例的供电装置用于向一个或多个负载供电。该供电装置所供电的负载可以是一个从低负载到高负载可变化范围较大的负载；也可以是一个系统的两个子系统的负载；还可以是可两个不同系统的负载。

图2为本发明另一实施例的供电装置的结构示意图。该实施例中，电源需供应的负载电流可在一个较大的范围内变化。示例性地，负载电流变化范围为从很微小的几毫安量级到几十安培的较大量级。该实施例中，第一供电单元实现为电压转换器1(VR1)，第二供电单元实现为电压转换器2(VR2)。示例性地，电压转换器1是一个高效轻负载直流-直流电压转换器，如低额定电流电压转换器，其最大输出电流为I(A)。电压转换器2是一个高效高负载直流-直流电压转换器，如高额定电流电压转换器，其最大输出电流为I(B)。该实施例中，电源需供应的负载电流处于I(C)到I(D)间，其中0<I(C)<I(A)<I(D)<I(B)，因此，该实施例的包含VR1和VR2的供电装置能够向该负载供电。其中，VR1与VR2的输出电压基本相同。该实施例中，选择模块实现为一电源选择器。该电源选择器可根据当前负载的情况，动态切换VR1和VR2作为供电模块。

通常，一个电压转换器的转换效率是随着负载变化而变化的，所以系统工作在不同负载电流下时，其对应的转换效率就会有所差别。图3是该实施例的电压转换器1和电压转换器2的转换效率曲线图的一个例子。该例中，输入电压为12V，输出电压为3.3V。如图3，在需供应的负载电流为小负载电流如小于I(A)的负载时，VR1的转换效率很高，明显高于VR2在提供该小负载电流时的转换效率。但VR1的负载能力有限，如果需供应的负载电流超过其最大输出电流I(A)，则对应的负载即超出VR1的供电范围。而在需供应的负载电流为大负载电流如大于I(A)的负载电流时，VR2的转换效率很高。但是，VR2在供应低负载电流的情况下转换效率比较低，通常不能满足用户的要求。在该实施例的供电装置的供电过程中，当需供电的负载为小负载、即需供应的负载电流为小负载电流如小于等于I(A)时，则选择VR1作为当前供电电源；当需供电的负载为大负载、即需供应的负载电流为大负载电流如大于I(A)时，则选择VR2作为当前供电电源。这样，通过两个电压转换器的互补即可实现全负载的高效率应用。

该实施例中，在电源选择器已确定选择哪个供电电源作为当前供电电源后，其可通过发送使能(ENABLE)信号到相应选中的供电单元可启动该供电单元开始工作。为了保证在同一时间只有一个供电单元处于供电的工作状态，可同时向另一个未选中的供电单元发送不使能(DISABLE)信号。示例性地，如图3，可通过一反相器来实现上述同时向选中的供电单元发送使能信号和向未选中的供电单元发送不使能信号。

示例性地，该实施例的供电装置在供电时，电源选择器接收负载上报的负载功率报告，并根据该负载功率报告的当前负载的情况选择供电单元。示例性地，该负载具有不同的工作模式，如低功耗模式和高功耗模式；当负载工作在低功耗模式下时，电源需供应的负载电流落在VR1的负载供电区域，由VR1供电；当负载工作在高功耗模式下时，电源需供应的负载超出了VR1的供电范围并落在VR2的负载供电区域，所以由电源选择器向VR2发使能信号，由VR2为负载供给电源，且当VR2开始工作后，VR1随即停止工作。如图3，本发明该实施例的供电装置可在最优化的效率曲线上工作，这样可保证无论在低(轻)负载区还是高(重)负载区都可以保证电源的高效率。

如图4，在具体实现中，对于上述具有不同工作模式的负载，负载发送至电源选择器的负载功耗报告可以是负载功耗状态位信号，该负载功耗状态位信号可以作为供电单元的使能信号。负载与第一供电单元和第二供电单元相连接，以向选中的供电单元输出使能信号，启动该选中的供电单元。其中，通过反相器来实现向选中的供电单元输出使能信号的同时，向未选中的供电单元输出不使能信号。而且，VR1与负载之间设置有第一开关；VR2与负载之间设置有第二开关；在VR1工作时，第一开关打开，第二开关关闭；在VR2工作时，第一开关关闭，第二开关打开。通过第一、第二开关可防止电流在两个供电单元之间的倒灌。示例性地，该第一、第二开关可实现为由功率状态位信号控制的、动作相反的金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET，如可分别为P型MOSFET和N型MOSFET。

如图4，当负载工作在高性能即高功耗模式时，负载落在VR2的负载供电区域，它的功耗状态位输出高电位，这样使能信号2为高电位，启动了VR2，同时开启VR供电路径上的第二开关，第二开关在此实现为N型MOS管，关闭VR1供电路径上的第一开关，第一开关在此实现为P型MOS管，而由于反相器的作用，启动VR1的使能信号1为低电位，从而关闭VR1；相应地，当负载工作在低性能即低功耗时，需供应的负载电源落在VR1的负载供电区域，它的功耗状态位输出低电位，这样使能信号2为低电位，使能信号1为高电位，启动了VR1，同时开启VR1供电路径上的第一开关，关闭VR2供电路径上的第二开关，且关闭VR2。

优选地，在供电单元的切换过程中，应该注意两个电源之间互相漏电，保证负载供电的连续性，以及动态切换时的电压纹波抑制。

图5为本发明又一实施例的供电装置的结构示意图。如图5，该实施例中，供电装置用于向两个系统的负载供电。其中一个系统是功耗较低的系统1，而另外一个系统是功耗较大的系统2。这两个系统可独立工作，也可同时工作。且，该实施例的供电装置的输出电压满足两个系统的输入电压范围。

如图5，该实施例中，电压转换器1(VR1)和电压转换器2(VR2)均采用非使能信号进行使能，即通过输入低电平使能VR1，VR2，通过输入高电平使VR1，VR2停止工作。该例中，如果仅有低功耗的系统1工作，且系统1的负载落在VR1的供电范围内，则由VR1为系统1供电；该例中，可设置初始状态时由VR1供电；如果系统1工作在高功耗模式下，且需供应的负载电流已经超出VR1的供电范围，则由系统1向VR2发送使能信号，即向VR2发送低电平信号以使能VR2，且当VR2开始工作后，比较器输出高电位即高电平信号将路径中的开关如N型MOS管开启，并同时停止VR1的工作，由VR2为系统1供给电源。该例中，通过比较器输出的高电平信号来停止VR1的工作。若仅有系统2工作时，由于系统2的负载已超出VR1的供电范围，则由系统2向VR2发送低电平使能信号，启动VR2供电。同样，当VR2开始工作后，比较器输出高电位将路径中的开关开启，并同时停止VR1的工作，由VR2为系统1供给电源。若系统1和系统2同时工作时，也是仅由VR2供电，这样可以保证无论两个系统如何工作都可以保证电源系统的高效率。示例性地，该实施例中，供电装置设置在高功耗的系统2中。

优选地，该实施例中的比较器为一迟滞比较器，迟滞比较器通过采用两个不同的门限，避免了负载电流落在切换点附近而引起频繁的比较器输出变化，从而避免了供电单元切换的过于频繁，造成系统的不稳定。

图6为本发明又一实施例的供电装置的结构示意图。该实施例中，供电装置用于向一个系统的两个子系统的负载进行供电。该两个子系统，子系统1和子系统2，可独立工作，也可同时工作。两个子系统共同所需的负载变化范围较大。

如图6，该实施例中，在供电干路上添加一个电流检测装置如电流感应器，用于检测供电干路上的电流即当前电源需供应的总负载电流。该电流检测装置根据检测出的电流大小，按照正比例输出电压信号。该电压信号与比较器中预设的参考电压进行比较，并根据比较的结果对输入供电单元进行控制。在设置比较器的参考电源时，要保证满足当负载电流落在VR1的效率大于VR2的效率条件即当当前需供应的总负载电流位于VR1的转换效率更高的低负载供电区域时，比较器输出低电位，这样就可开启VR1，同时开启VR1供电路径上的第一开关，关闭VR2供电路径上的第二开关，且关闭VR2；当满足当前需供应的总负载电流落在VR2的效率大于VR1的效率条件即当当前需供电的总负载位于VR2的转换效率更高的高负载供电区域时，启动VR2，同时开启VR供电路径上的开关，关闭VR1供电路径上的第二开关，且关闭VR1。该实施例中，以比较器的输出信号作为供电单元的使能信号，并通过反相器来实现向选中供电单元输出使能信号的同时，向未选中的供电单元输出不使能信号。

优选地，该实施例中，在切换负载供电电源的过程中，应该注意两个电源之间互相漏电，保证负载供电的连续性，以及动态切换时的电压纹波抑制。

该实施例的供电装置通过上述第一、第二开关来防止在两个供电单元间发生电流倒灌，以及通过使用迟滞比较器来使得供电装置具有时序调节的功能。

图7为本发明一实施例的供电方法的流程示意图。该实施例的供电方法适用于图1所示的供电装置。如图7，该实施例的供电方法包括如下步骤：

步骤701，检测当前需供应的总负载电流所位于的负载供电区域；

步骤702，当需供应的总负载电流位于第一负载供电区域时，启动第一供电单元供电；当需供应的总负载电流位于第二负载供电区域时，启动第二供电单元供电；其中，当第一供电单元或第二供电单元中的一个处于供电状态时，另一个处于不工作状态。

优选地，该实施例的方法中，在启动第一供电单元供电的步骤后，还包括：

当所述当前需供应的总负载电流变化至位于所述第二负载供电区域时，将当前供电的电源切换至所述第二供电单元。

优选地，该实施例的方法中，在启动第二供电单元供电的步骤后，还包括：

当当前需供应的总负载电流变化至位于第一负载供电区域时，将当前供电的电源切换至第一供电单元。

优选地，该实施例的方法中，启动第一或第二供电单元的步骤包括：向欲启动的第一或第二供电单元发送使能信号。

优选地，该实施例的方法中，在向欲启动的第一或第二供电单元发送使能信号时，还包括：向第一和第二供电单元中不欲启动的另一个供电单元发送不使能信号。

优选地，该实施例的方法中，启动第一或第二供电单元的步骤还包括：开启设置在欲启动的第一或第二供电单元与需供电的负载之间的第一或第二开关，和/或关闭第一和第二供电单元中不欲启动的的另一个供电单元与需供电的负载之间的第二或第一开关。

本发明实施例还公开了一种供电系统，包括：供电装置和负载，其中，供电装置包括：第一供电单元，具有第一供电范围，第一供电范围包括第一负载供电区域；第二供电单元，具有第二供电范围，第二供电范围包括第二负载供电区域，第二负载供电区域能供应的负载电流高于第一负载供电区域能供应的负载电流；当第二供电范围包括第一负载供电区域、且需供应的负载电流位于第一负载供电区域时，第一供电单元的电源转换效率高于第二供电单元的电源转换效率；当第一供电范围包括第二负载供电区域、且需供应的负载电流位于第二负载供电区域时，第二供电单元的电源转换效率高于第一供电单元的电源转换效率；选择单元，用于在当前需供应的总负载电流位于第一负载供电区域时，选择启动第一供电单元供电；在当前需供应的总负载电流位于第二负载供电区域时，选择启动第二供电单元供电；当第一供电单元或第二供电单元中的一个处于供电状态时，另一个处于不工作状态。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述事实的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，的程序可以存储于一计算机所可读取的存储介质中，该程序在执行时，包括如下步骤：检测当前需供应的总负载电流所位于的负载供电区域；当需供应的总负载电流位于第一负载供电区域时，启动第一供电单元供电；当需供应的总负载电流位于第二负载供电区域时，启动第二供电单元供电；其中，当第一供电单元或第二供电单元中的一个处于供电状态时，另一个处于不工作状态。上述的存储介质，可以是ROM/RAM、磁盘、光盘等。

上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种供电装置，用于向一个或多个负载供电，其特征在于，包括：

选择单元，用于在当前需供应的总负载电流位于所述第一负载供电区域时，根据负载上报的负载功率报告的当前负载的情况选择启动所述第一供电单元供电；在当前需供应的总负载电流位于所述第二负载供电区域时，根据负载上报的负载功率报告的当前负载的情况选择启动所述第二供电单元向所述当前需供电的总负载供电；当所述第一供电单元或第二供电单元中的一个处于供电状态时，另一个处于不工作状态，所述选择单元还包括第一开关和/或第二开关，第一开关设置在所述第一供电单元与需供电的负载之间，在当前需供应的总负载电流位于所述第一负载供电区域时，所述第一开关开启，在当前需供应的总负载电流位于所述第二负载供电区域时，所述第一开关关闭，第二开关，设置在所述第二供电单元与需供电的负载之间，在当前需供应的总负载电流位于所述第二负载供电区域时，所述第二开关开启；在当前需供应的总负载电流位于所述第一负载供电区域时，所述第二开关关闭。

2.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，所述选择单元包括：

切换单元，用于在当前供电的电源为所述第一供电单元时，如果所述当前需供应的总负载电流变化至位于所述第二负载供电区域，则将当前供电的电源切换至所述第二供电单元；在所述当前供电的电源为所述第二供电单元时，如果所述当前需供应的总负载电流变化至位于所述第一负载供电区域，则将当前供电的电源切换至所述第一供电单元。

3.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，所述选择单元包括：

使能信号发送单元，用于在当前需供应的总负载电流位于所述第一负载供电区域时，向所述第一供电单元发送第一使能信号，并向所述第二供电单元发送不使能信号；在当前需供应的总负载电流位于所述第二负载供电区域时，向所述第二供电单元发送第二使能信号，并向所述第一供电单元发送不使能信号。

4.一种供电方法，其特征在于，利用第一供电单元和第二供电单元向一个或多个负载供电，所述第一供电单元，具有第一供电范围，所述第一供电范围包括第一负载供电区域；所述第二供电单元，具有第二供电范围，所述第二供电范围包括第二负载供电区域，所述第二负载供电区域能供应的负载电流高于所述第一负载供电区域能供应的负载电流；

所述的方法，包括如下步骤：

检测当前需供应的总负载电流所位于的负载供电区域；

当所述需供应的总负载电流位于所述第一负载供电区域时，根据负载上报的负载功率报告的当前负载的情况启动所述第一供电单元供电；

当所述需供应的总负载电流位于所述第二负载供电区域时，根据负载上报的负载功率报告的当前负载的情况启动所述第二供电单元供电；

所述启动所述第一或第二供电单元的步骤还包括：

开启设置在欲启动的所述第一或第二供电单元与需供电的负载之间的第一或第二开关，和/或关闭所述第一和第二供电单元中不欲启动的的另一个供电单元与需供电的负载之间的第二或第一开关；

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在启动所述第一供电单元供电的步骤后，还包括：

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在启动所述第二供电单元供电的步骤后，还包括：

当所述当前需供应的总负载电流变化至位于所述第一负载供电区域时，将当前供电的电源切换至所述第一供电单元。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述启动所述第一或第二供电单元的步骤包括：

向欲启动的所述第一或第二供电单元发送使能信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在向欲启动的所述第一或第二供电单元发送使能信号时，还包括：

向所述第一和第二供电单元中不欲启动的另一个供电单元发送不使能信号。

9.一种供电系统，包括：供电装置和负载，其特征在于，所述供电装置包括：第一供电单元，具有第一供电范围，所述第一供电范围包括第一负载供电区域；

选择单元，用于在当前需供应的总负载电流位于所述第一负载供电区域时，根据负载上报的负载功率报告的当前负载的情况选择启动所述第一供电单元供电；在当前需供电的总负载位于所述第二负载供电区域时，根据负载上报的负载功率报告的当前负载的情况选择启动所述第二供电单元供电；当所述第一供电单元或第二供电单元中的一个处于供电状态时，另一个处于不工作状态，所述选择单元还包括第一开关和/或第二开关，第一开关设置在所述第一供电单元与需供电的负载之间，在当前需供应的总负载电流位于所述第一负载供电区域时，所述第一开关开启，在当前需供应的总负载电流位于所述第二负载供电区域时，所述第一开关关闭，第二开关，设置在所述第二供电单元与需供电的负载之间，在当前需供应的总负载电流位于所述第二负载供电区域时，所述第二开关开启；在当前需供应的总负载电流位于所述第一负载供电区域时，所述第二开关关闭。