CN102130586B - 电源供应装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电源供应装置，包括两组并接在一起的电源供应器，藉以同时供应电子产品运作时所需的电力。本发明的电源供应装置可以稳定地/精准地输出所预期的直流输出电压给电子产品使用，且还可以在其中一组电源供应器过压时，事先提升另一组电源供应器内部所产生的主电源，藉以避免直流输出电压发生过大的电压降。

Description

电源供应装置

技术领域

本发明是涉及一种电源供应装置，且特别涉及一种具有外部过压补偿与/或电流检测并反馈补偿功能的电源供应装置。

背景技术

在某些高阶电子产品(例如伺服器、工业电脑)的应用中，常将两组规格相同且具有负反馈控制功能的电源供应器(power supply)并接在一起，藉以同时供应电子产品运作时所需的电力。当其中一组电源供应器因过压(overvoltage)而发生失效时，则利用另一组电源供应器来持续供应电力给电子产品使用。

在实际上，当其中一组电源供应器过压时，或者二组电源供应器的反馈有偏差时，由于负反馈控制的缘故，该组电源供应器内部的电压反馈控制器所产生的控制信号的工作周期会进行对应的缩减，但在缩减至极的情况下，该组电源供应器就会发生失效。此时，由于另一组电源供应器的负载加剧许多，故很有可能会造成该组电源供应器所供应的电力发生过大的电压降(voltage drop)。如果此电力突然掉到电子产品的最低电源规格以下时，则很有可能会造成电子产品无预警的关机，或者会造成电子系统非常的不稳定。

发明内容

本发明提供一种电源供应装置，用以解决现有技术的上述问题。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所提供的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本发明所提供的电源供应装置包括第一组电源供应器，用以接收一直流输入电压，并据以产生一直流输出电压。此第一组电源供应器包括主电源产生单元、第一电阻、隔离二极管、第二电阻、电压反馈控制器，以及电流检测单元。其中，主电源产生单元用以接收并转换所述直流输入电压，藉以产生一主电源。第一电阻的第一端耦接主电源产生单元以接收所述主电源。隔离二极管的阳极耦接第一电阻的第二端，而隔离二极管的阴极则用以输出所述直流输出电压。

第二电阻的第一端耦接隔离二极管的阳极。电压反馈控制器耦接第二电阻的第二端与主电源产生单元，用以依据第二电阻的第二端的电压，提供控制信号以控制主电源产生单元，从而调节所述主电源。电流检测单元耦接第一电阻的第一端与第二端，用以检测流经第一电阻的电流，藉以输出一调整信号来控制第二电阻的第二端的电压实质上等于隔离二极管的阴极的电压，从而使得第一组电源供应器稳定地输出所述直流输出电压。

在本发明的一实施例中，电源供应装置还包括第二组电源供应器，用以接收所述直流输入电压，并据以产生所述直流输出电压。其中，第一组电源供应器与第二组电源供应器所分别产生的直流输出电压同时供应给一负载使用。在此条件下，第一组电源供应器还包括过压检测单元，耦接隔离二极管的阴极与第二电阻的第二端，用以当第二组电源供应器过压时，拉低第二电阻的第二端的电压，藉以增加所述控制信号的工作周期，从而提升所述主电源。

基于上述可知，本发明所提出的电源供应装置利用电流检测单元，以控制第二电阻的第二端的电压实质上等于隔离二极管的阴极的电压，从而使得第一组电源供应器稳定地/精准地输出所预期的直流输出电压给负载(例如伺服器、工业电脑等高阶电子产品)使用。另外，本发明所提出的电源供应装置还利用过压检测单元，以在第二组电源供应器过压时，事先提升第一组电源供应器的主电源产生单元所产生的主电源，从而使得第一组电源供应器所产生的直流输出电压不因负载加剧(亦即第二组电源供应器因过压而发生失效时)而造成过大的电压降，且得以确保不低于电子产品的最低电源规格。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举多个实施例，并配合所附图式，作详细说明如下，但是上述一般描述及以下实施方式仅为例示性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。

附图说明

图1所示为本发明一实施例的电源供应装置的示意图。

图2所示为本发明一实施例的第一组电源供应器的方块图。

图3所示为本发明一实施例的第一组电源供应器的电路图。

图4所示为本发明另一实施例的第一组电源供应器的电路图。

主要元件符号说明

100：电源供应装置；            101：第一组电源供应器；

103：第二组电源供应器；        105：负载(伺服器)；

201：主电源产生单元；          203：电压反馈控制器；

205：电流检测单元；            207：过压检测单元；

D1：隔离二极管；               D2、D3：二极管；

R1～R6：第一电阻至第六电阻；   OP、OP’：运算放大器；

ZD：稳压二极管；               T：双极晶体管；

L：电感；                      C：电容；

SW：开关；                     CS：控制信号；

AS：调整信号；                 MP：主电源；

VB、VC、VD：电压；             Vref：参考电压；

Vin：直流输入电压；            Vout：直流输出电压；

GND：接地电位。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的多个实施例的详细说明中，可清楚地呈现。另外，现将详细参考本发明的实施例，并在附图中说明所述实施例的实例。再者，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的元件/构件代表相同或类似部分。

图1所示为本发明一实施例的电源供应装置100的示意图。请参照图1，电源供应装置100包括两组具有负反馈控制功能的电源供应器：第一组电源供应器101与第二组电源供应器103。在本实施例中，第一组电源供应器101与第二组电源供应器103并接在一起，且分别用以接收直流输入电压Vin，并由此产生直流输出电压Vout给负载105使用(例如伺服器，但并不限制于此，以下改称负载105为伺服器105)。换言之，第一组电源供应器101与第二组电源供应器103同时供应伺服器105运作时所需的电力。

从现有技术所提供的内容可知，当第二组电源供应器103过压时，或者第一组电源供应器101与第二组电源供应器103的反馈有偏差时(其导致的原因有可能为第一组电源供应器101与第二组电源供应器103内部反馈零件的误差，亦即：电阻阻值的误差)，由于负反馈控制的缘故，第二组电源供应器103内部的电压反馈控制器(未图示)所产生的控制信号的工作周期会进行对应的缩减，但在缩减至极的情况下，第二组电源供应器103就会发生失效。在本实施例中，虽然此时第一组电源供应器101的负载加剧许多，但是第一组电源供应器101所产生的直流输出电压Vout并不会发生过大的电压降，且能够维持在伺服器105的最低电源规格以上。如此一来，本实施例即得以解决现有技术所提及的问题。

更清楚来说，图2所示为本发明一实施例的第一组电源供应器101的方块图，而图3所示为本发明一实施例的第一组电源供应器101的电路图。请同时参照图1～图3，第一组电源供应器101包括主电源产生单元201、隔离二极管D1、第一电阻R1、电压反馈控制器203、第二电阻R2、电流检测单元205，以及过压检测单元207。

在本实施例中，主电源产生单元201为直流转直流转换器(DC-to-DCconverter)，例如为降压型转换器(bulk converter)，但并不限制于此，其余隔离型或非隔离型的升压型与/或降压型转换器皆可。主电源产生单元201用以接收并转换直流输入电压Vin，藉以产生主电源MP。第一电阻R1的第一端耦接主电源产生单元201以接收主电源MP。

隔离二极管D1的阳极(anode)耦接第一电阻R1的第二端，而隔离二极管D1的阴极(cathode)则用以输出直流输出电压Vout。第二电阻R2的第一端耦接隔离二极管D1的阳极。电压反馈控制器203耦接第二电阻R2的第二端与主电源产生单元201，用以依据第二电阻R2的第二端的电压VC，提供控制信号CS以控制主电源产生单元201，从而调节(例如提升或缩减)主电源MP。

在此先值得一提的是，在本发明的其他实施例中，亦可利用金属氧化物半导体场效应晶体管(以下简称MOSFET)的寄生二极管来实现隔离二极管D1的功效。如此一来，仅需在第一组电源供应器101内多增设一个控制机构以控制MOSFET的开或关即可。

电流检测单元205耦接第二电阻R2的第一端与第二端，用以检测流经第二电阻R2的电流，藉以输出调整信号AS来控制第二电阻R2的第二端的电压VC实质上等于隔离二极管D1的阴极的电压VB，从而使得第一组电源供应器101稳定地/精准地输出直流输出电压Vout。过压检测单元207耦接隔离二极管D1的阴极与第二电阻R2的第二端，用以当第二组电源供应器103过压时，拉低第二电阻R2的第二端的电压VC，藉以增加控制信号CS的工作周期，从而提升主电源MP。

在本实施例中，主电源产生单元201包括开关SW、二极管D2、电感L，以及电容C。其中，开关SW利用MOS晶体管得以实现，且其第一端用以接收直流输入电压Vin，而其控制端则用以接收控制信号CS。二极管D2的阳极耦接至接地电位GND，而二极管D2的阴极则耦接开关SW的第二端。电感L的第一端耦接开关SW的第二端，而电感L的第二端则耦接第一电阻R1的第一端以产生主电源MP。电容C的第一端耦接电感L的第二端，而电容C的第二端则耦接至接地电位GND。

电流检测单元205包括运算放大器(operational amplifier)OP与第三电阻R3。其中，运算放大器OP的正输入端(+)耦接第一电阻R1的第一端，而运算放大器OP的负输入端(-)则耦接第一电阻R1的第二端。第三电阻R3的第一端耦接运算放大器OP的输出端，而第三电阻R3的第二端则用以输出调整信号AS。

过压检测单元207包括稳压二极管(zener diode)ZD、第四电阻R4、NPN型双极晶体管(bipolarjunction transistor，BJT)T，以及第五电阻R5。其中，稳压二极管ZD的阴极耦接隔离二极管D1的阴极。第四电阻R4的第一端耦接稳压二极管ZD的阳极。NPN型双极晶体管T的基极(base)耦接第三电阻R3与第四电阻R4的第二端，而双极晶体管T的射极(emitter)则耦接至接地电位GND。第五电阻R5的第一端耦接第二电阻R2的第二端，而第五电阻R5的第二端则耦接NPN型双极晶体管T的集极(collector)。

在本实施例中，若第二组电源供应器103过压时，稳压二极管ZD会导通。换言之，本实施例的稳压二极管ZD仅会在第二组电源供应器103过压时而导通。此时，由于NPN型双极晶体管T也会导通，以至于第二电阻R2的第二端的电压VC会被拉低，从而增加电压反馈控制器203所提供的控制信号CS的工作周期，藉以提升主电源产生单元201所产生的主电源MP。

也亦因为此，当第二组电源供应器103因过压而发生失效时，第一组电源供应器101所产生的直流输出电压Vout并不会因负载加剧而造成过大的电压降(其原因是主电源产生单元201所产生的主电源MP在第二组电源供应器103失效前已事先被提升)，从而使得第一组电源供应器101在这瞬间所产生的直流输出电压Vout还能维持在不低于伺服器105的最低电源规格，藉以避免/防止伺服器105发生无预警的关机事件，或者避免/防止伺服器105的系统发生不稳定的现象。

另一方面，为了要使得第一组电源供应器101稳定地/精准地输出直流输出电压Vout给伺服器105使用。当第一组电源供应器101的输出电流增加时(亦即负载加重时)，隔离二极管D1的阴极的电压VB也会跟着下降，但是由于运算放大器OP会检测出流经第一电阻R1的电流已增加，故而运算放大器OP的输出端电压亦会随之上升，以至于当隔离二极管D1的阴极的电压VB下降时，运算放大器OP的输出端会经由第三电阻R3输出调整信号AS以导通NPN型双极晶体管T，从而拉低第二电阻R2的第二端的电压VC，藉以使得第二电阻R2的第二端的电压VC实质上等于隔离二极管D1的阴极的电压VB，亦即VB＝VC。

如此一来，由于电压反馈控制器203用以调节主电源MP的参考依据(亦即第二电阻R2的第二端的电压VC)实质上等于隔离二极管D1的阴极的电压VB(亦即直流输出电压Vout)，所以第一组电源供应器101便能精准地输出所预期的直流输出电压Vout给伺服器105使用，且无论第一组电源供应器101的输出电流增加多少，都不会影响第一组电源供应器101所产生的直流输出电压Vout的精准度。

除此之外，图4所示为本发明另一实施例的第一组电源供应器101的电路图。请同事参照图3与图4，图4与图3不同之处仅在于：图4的过压检测单元207是利用运算放大器OP’、第四至第六电阻R4～R6、稳压二极管ZD，以及二极管D3来得以实现。其中，稳压二极管ZD的阴极耦接隔离二极管D1的阴极。第四电阻R4的第一端耦接稳压二极管ZD的阳极。

运算放大器OP’的正输入端(+)用以接收一参考电压Vref(此参考电压Vref的电压值可依实际设计需求而决定)，而运算放大器OP’的负输入端(-)则耦接第三电阻R3的第二端与第四电阻R4的第二端。第五电阻R5的第一端耦接第二电阻R2的第二端。二极管D3的阳极耦接第五电阻R5的第二端，而二极管D3的阴极则耦接运算放大器OP’的输出端。第六电阻R6的第一端耦接运算放大器OP’的负输入端，而第六电阻R6的第二端则耦接运算放大器OP’的输出端。

相似地，为了要使得第一组电源供应器101稳定地/精准地输出直流输出电压Vout给伺服器105使用。当第一组电源供应器101的输出电流增加时(亦即负载加重时)，隔离二极管D1的阴极的电压VB也会跟着下降，但是由于运算放大器OP会检测出流经第一电阻R1的电流已增加，故而运算放大器OP的输出端电压亦会随之上升，以至于当隔离二极管D1的阴极的电压VB下降时，运算放大器OP的输出端会经由第三电阻R3输出调整信号AS以使得运算放大器OP’的输出端电压VD下降，从而拉低第二电阻R2的第二端的电压VC，藉以使得第二电阻R2的第二端的电压VC实质上等于隔离二极管D1的阴极的电压VB，亦即VB＝VC。

如此一来，由于电压反馈控制器203用以调节主电源MP的参考依据(亦即第二电阻R2的第二端的电压VC)实质上等于隔离二极管D1的阴极的电压VB(亦即直流输出电压Vout)，所以第一组电源供应器101便能精准地输出所预期的直流输出电压Vout给伺服器105使用，且无论第一组电源供应器101的输出电流增加多少，都不会影响第一组电源供应器101所产生的直流输出电压Vout的精准度。

综上所述，本发明所提出的电源供应装置利用电流检测单元，以控制第二电阻的第二端的电压实质上等于隔离二极管的阴极的电压，从而使得第一组电源供应器稳定地/精准地输出所预期的直流输出电压给负载(例如伺服器、工业电脑等高阶电子产品)使用。另外，本发明所提出的电源供应装置还利用过压检测单元，以在第二组电源供应器过压时，事先提升第一组电源供应器的主电源产生单元所产生的主电源，从而使得第一组电源供应器所产生的直流输出电压不因负载加剧(亦即第二组电源供应器因过压而发生失效时)而造成过大的电压降，且得以确保不低于电子产品的最低电源规格。

在此值得一提的是，本发明所提出的第一组电源供应器的电路架构/态样并不限制于上述实施例所举例的两组并接电源的使用状况(亦即并机)。换言之，本发明所提出的第一组电源供应器的电路架构/态样亦可应用于单一组电源的使用(亦即单机)。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电源供应装置，其特征在于，包括： 

一第一组电源供应器，用以接收一直流输入电压，并据以产生一直流输出电压，该第一组电源供应器包括： 

一主电源产生单元，用以接收并转换该直流输入电压，藉以产生一主电源； 

一第一电阻，其第一端耦接该主电源产生单元以接收该主电源； 

一隔离二极管，其阳极耦接该第一电阻的第二端，而其阴极则用以输出该直流输出电压； 

一第二电阻，其第一端耦接该隔离二极管的阳极； 

一电压反馈控制器，耦接该第二电阻的第二端与该主电源产生单元，用以依据该第二电阻的第二端的电压，提供一控制信号以控制该主电源产生单元，从而调节该主电源；以及 

一电流检测单元，耦接该第一电阻的第一端与第二端，用以检测流经该第一电阻的电流，藉以输出一调整信号来控制该第二电阻的第二端的电压实质上等于该隔离二极管的阴极的电压，从而使得该第一组电源供应器稳定地输出该直流输出电压。 

2.根据权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，还包括： 

一第二组电源供应器，用以接收该直流输入电压，并据以产生该直流输出电压， 

其中，该第一组电源供应器与该第二组电源供应器所分别产生的该直流输出电压同时供应给一负载使用。 

3.根据权利要求2所述的电源供应装置，其特征在于，其中该第一组电源供应器还包括： 

一过压检测单元，耦接该隔离二极管的阴极与该第二电阻的第二端，用以当该第二组电源供应器过压时，拉低该第二电阻的第二端的电压，藉以增 加该控制信号的工作周期，从而提升该主电源。 

4.根据权利要求3所述的电源供应装置，其特征在于，其中该电流检测单元包括： 

一第一运算放大器，其正输入端耦接该第一电阻的第一端，而其负输入端则耦接该第一电阻的第二端；以及 

一第三电阻，其第一端耦接该第一运算放大器的输出端，而其第二端则用以输出该调整信号。 

5.根据权利要求4所述的电源供应装置，其特征在于，其中该过压检测单元包括： 

一稳压二极管，其阴极耦接该隔离二极管的阴极； 

一第四电阻，其第一端耦接该稳压二极管的阳极； 

一双极晶体管，其基极耦接该第四电阻的第二端与该第三电阻的第二端，而其射极则耦接至一接地电位；以及 

一第五电阻，其第一端耦接该第二电阻的第二端，而其第二端则耦接该双极晶体管的集极。 

6.根据权利要求5所述的电源供应装置，其特征在于，其中该双极晶体管为一NPN型双极晶体管。 

7.根据权利要求4所述的电源供应装置，其特征在于，其中该过压检测单元包括： 

一稳压二极管，其阴极耦接该隔离二极管的阴极； 

一第四电阻，其第一端耦接该稳压二极管的阳极； 

一第二运算放大器，其正输入端用以接收一参考电压，而其负输入端则耦接该第三电阻的第二端与该第四电阻的第二端； 

一第五电阻，其第一端耦接该第二电阻的第二端； 

一第三二极管，其阳极耦接该第五电阻的第二端，而其阴极则耦接该第二运算放大器的输出端；以及 

一第六电阻，其第一端耦接该第二运算放大器的负输入端，而其第二端则耦接该第二运算放大器的输出端。 

8.根据权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，其中该主电源产生单元包括： 

一开关，其第一端用以接收该直流输入电压，而其控制端则用以接收该控制信号； 

一第二二极管，其阳极耦接至一接地电位，而其阴极则耦接该开关的第二端； 

一电感，其第一端耦接该开关的第二端，而其第二端则耦接该第一电阻的第一端以产生该主电源；以及 

一电容，其第一端耦接该电感的第二端，而其第二端则耦接至该接地电位。 

9.根据权利要求8所述的电源供应装置，其特征在于，其中该主电源产生单元为一直流转直流转换器。 

10.根据权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，其中该主电源产生单元包括一隔离型或非隔离型的升压型与/或降压型转换器。 

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