CN102377233B - 可自动切换待机电源供电路径的电源供应器 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种可自动切换待机电源供电路径的电源供应器，主要是在一主电源供应模块的主电源输出端及一辅助电源供应模块的待机电源输出端之间设有一供电路径切换控制电路，该供电路径切换控制电路可在主电源电压大于待机电源时，切换待机电源的供电路径，由转换效率较高的主电源供电给系统端中原由待机电源供电的装置，当系统端关机或待机时，自动恢复待机电源的供电功能，从而有效提升整体用电效率。

Description

可自动切换待机电源供电路径的电源供应器

技术领域

本发明是关于一种电源供应器，尤指一种可自动切换待机电源供电路径以提升整体用电效率的电源供应器。

背景技术

在嵌入式系统中，待机(Standby)电源算是最容易实现的省电设计，在待机(Standby)模式下，多半只是关闭嵌入式系统的周边设备，但使CPU与DRAM依然处于运行状态，而令整体耗电变得稍微低一点。

一般电脑或服务器系统与其电源供应系统的基本结构是如图6所示，图上方是揭示一电源供应器80，其包括一整流电路81、一功率因数校正电路82、一直流对直流转换电路83及一辅助电源转换电路84等；其中：

该直流对直流转换电路83包括一变压器T1、一脉宽调制控制器U1及一功率开关S2，该脉宽调制控制器U1的一控制端是与功率开关S2连接，功率开关S2则与变压器T1的一次侧连接；又直流对直流转换电路83的输出端进一步设有一反馈电路85，该反馈电路85的输入端是与直流对直流转换电路83的输出端连接，又反馈电路85的输出端则与脉宽调制控制器U1的反馈端连接；再者，该脉宽调制控制器U1具有一致能端(Enable)，用以接受来自电脑端的致能/关闭(En/Disable)指令；

该辅助电源转换电路84大多是由驰返式(flyback)转换器所构成，其包括一变压器T2，变压器T2的一次侧是与功率因数校正电路82的输出端连接，并受一控制器所控制，其二次侧则提供多组直流电源Vcc2、Vcc及VSB；其中，VSB是提供电脑端一待机(STANDBY)电源，其可为12V或5V。而前述直流对直流转换电路83的输出端是供应电脑端一主电源(Vmain)，一般为12V。

又电脑端的电源控制结构大致如图7所示，其包括一电源管理控制器90、数个切换开关91，92及数个电源稳压模块93～95；其中：各切换开关91，92分别具有两输入端及一输出端，其中一输入端是与前述电源供应器80的主电源(Vmain)连接，另一输入端则与待机电源(VSB)连接，各切换开关91，92的输出端则分别与电源稳压模块93，94连接，其中电源稳压模块94的输出端又与另一电源稳压模块95的输入端连接，从而由各电源稳压模块93～95分别供应电源给硬盘机、通讯接口(USB)、存储器及中央处理单元(CPU)等。

再者，前述电源管理控制器90是由电源供应器80的待机电源(VSB)所供应，又电源管理控制器90具有一指令输出端(En/Disable)，是与前述直流对直流转换电路83的脉宽调制控制器U1的致能端(Enable)连接。

而电源管理控制器90将执行以下的电源控制功能：

1.电脑端的电源管理控制器90获得待机电源(VSB)，但控制直流对直流转换电路83的脉宽调制控制器U1将其关闭(disable)，而等待开机或唤醒(wake up)命令。

2.当开机(power on)或收到唤醒(wake up)命令后，该电源管理控制器90即致能(Enable)直流对直流转换电路83的脉宽调制控制器U1，此时电源供应器80的主电源(Vmain)电位开始上升。

3.检查主电源(Vmain)的电位是否稳定？

4.根据使用者送出的不同指令(如开机、唤醒、待机等)，电源管理控制器90即控制切换开关91，92切换，令耗电的如中央处理单元及硬盘机等开始由主电源(Vmain)供电，或部分由主电源(Vmain)供电，其他部分由待机源(VSB)供电。

由上述可知，前述电源供应器80是提供电脑端两组电源，分别为主电源(Vmain)及待机电源(VSB)，该主电源(Vmain)只在电脑开机后供应，待机电源(VSB)则持续地供应给电脑端的电源管理控制器90，即使在开机后，电源管理控制器90的工作电源仍由待机电源(VSB)供应。但前述电源供应器80的问题在于：其用以供应待机电源(VSB)的辅助电源转换电路84一般为低功率设计，且最常采用驰返式(flyback)结构，尽管驰返式结构的成本较低，效率却不高(约80％)。

由于前述待机电源在电脑端开机后正常运行的状态下，依然持续供应给电脑端的电源管理控制器90，甚至包括风扇，因而影响了整体用电效率。

由上述可知，待机电源是易于实现的省电设计，但基于成本考量采用了驰返式结构，复以系统端开机后正常运行时，仍持续以较低的效率供电给特定装置(如电源管理控制器及风扇)，因而影响了整体用电效率；如欲保留采用驰返式结构所具备的低成本优点，则关于用电效率的提升，即有待另辟蹊径以寻求可行的解决的道。

发明内容

因此本发明的主要目的在提供一种可自动切换待机电源供电路径的电源供应器，其可在电源供应器的主电源电压大于待机电源时，切换待机电源的供电路径，由用电效率较高的主电源供电给系统端中原由待机电源供电的装置，从而有效提升整体用电效率，待系统端关机或待机时，再自动恢复待机电源的供电功能。

为达成前述目的采取的主要技术手段是令前述电源供应器包括有：

一主电源供应模块，用以将交流电源转换为直流电源，并提供一主电源输出端；

一辅助电源供应模块，具有一待机电源输出端；

一供电路径切换控制电路，是设在前述主电源输出端与待机电源输出端之间；该供电路径切换控制电路提供一电压比较手段，当主电源电压大于待机电源时，令主电源输出端切入待机电源输出端，使主电源同时经由待机电源输出端送出；

前述电源供应器仍分别提供一组主电源及一组待机电源，当电源供应器对一系统端供电时，待机电源在系统端未开机前或待机时仍正常供应，待系统端开机或被唤醒时，主电源电位开始提升，此时前述供电路径切换控制电路将自动比较主电源与待机电源，当主电源大于待机电源时，主电源除供应系统端开机后正常运行的工作电源外，也同时取代待机电源，供电给系统端中原来由待机电源供电的装置；在电源供应器的电源设计中，主电源是由直流对直流转换电路所产生，其转换效率明显高于产生待机电源的驰返式结构，但产生待机电源的辅助电源供应模块采用驰返式结构可以有效降低成本，通常是无法轻易放弃的优点；而本发明利用前述的供电路径自动切换技术，令系统端开机后，由主电源取代待机电源供电，除可保留辅助电源供应模块的低成本优点，更已进一步解决其影响整体用电效率的问题。

附图说明

图1是本发明一优选实施例的电路图。

图2是本发明供电路径切换控制电路的第一优选实施例线路图。

图3是本发明供电路径切换控制电路的第二优选实施例线路图。

图4是本发明供电路径切换控制电路的第三优选实施例线路图。

图5是本发明又一优选实施例的电路图。

图6是现有电源供应器的主电路图。

图7是现有电源供应器中所设辅助电源供应模块的电路图。

具体实施方式

以下配合附图及本发明的优选实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

关于本发明的基本结构，请参阅图1所示，主要是令一电源供应器包括一主电源供应模块10、一辅助电源供应模块20；该主电源供应模块10具有一主电源输出端Vmain，辅助电源供应模块20具有一待机电源输出端VSB，该主电源输出端Vmain与待机电源输出端VSB之间设有一供电路径切换控制电路30；其中：

该主电源供应模块10包括一整流电路11、一功率因数校正电路12及一直流对直流转换电路13等；其中：

该直流对直流转换电路13包括一变压器T1、一脉宽调制控制器U1及一功率开关S2，该脉宽调制控制器U1的一控制端是与功率开关S2连接，功率开关S2则与变压器T1的一次侧连接；又直流对直流转换电路13的输出端即为前述主电源输出端Vmain，其上进一步设有一反馈电路14，该反馈电路14的输入端是与该主电源输出端Vmain连接，又反馈电路14的输出端则与脉宽调制控制器U1的反馈端连接；再者，该脉宽调制控制器U1具有一致能端(Enable)；

该辅助电源供应模块20包括一变压器T2，变压器T2的一次侧是与功率因数校正电路12的输出端连接，并受一控制器21所控制，其二次侧则提供多组直流电源Vcc2、Vcc及VSB(待机电源)，该变压器T2二次侧与待机电源输出端VSB之间设有一二极管D1。而前述辅助电源供应模块20大多为一驰返式结构。

在本实施例中，是令主电源输出端Vmain与待机电源输出端VSB的输出电压相近(例如均约为12V)，且主电源略大于待机电源(例如主电源12.2V，待机电源11.9V)，又辅助电源供应模块20的Vcc2大于Vcc；这些电压大小可分别在主电源供应模块10及辅助电源供应模块20上进行调整。

该供电路径切换控制电路30是用以比较主电源与待机电源的电压大小，进而根据比较结果切换待机电源输出端VSB的供电路径；又供电路径切换控制电路30的一优选实施例是如图2所示，其包括：

一比较器31，具有一反相输入端、一非反相输入端、一输出端及一电源端；该电源端是连接辅助电源供应模块20提供的直流电源Vcc，该反相输入端是与前述主电源输出端Vmain连接，该非反相输入端则与前述待机电源输出端VSB连接；

一开关组32，主要是由两NMOS晶体管M1，M2组成，两晶体管M1，M2是以漏极D相接，其源极S则分别与前述主电源输出端Vmain、待机电源输出端VSB连接，而为背对背接法，如是接法可防止待机电源经由晶体管M1，M2上的本体二极管逆向流向主电源输出端Vmain，进而避免辅助电源供应模块20因无法负担主电源输出端Vmain所需能量而停机或烧毁的问题；

一第三晶体管M3，为NMOS形式，其漏极D是与开关组32上两晶体管M1，M2的栅极G连接，该漏极D并通过一电阻与辅助电源供应模块20供应的直流电源Vcc2连接，该第三晶体管M3的栅极G则与比较器31的输出端连接。

利用前述设计，当电源供应器接上AC电源后，辅助电源供应模块20的各组电源Vcc，Vcc2，VSB电位建立，故待机电源输出端VSB开始供电；但主电源供应模块10的脉宽调制控制器U1未获致能指令，故主电源输出端Vmain未供电，在此状况下，前述供电路径切换控制电路30的比较器31为非反相输入端电位大于反相输入端，该比较器31输出端即呈高电位，第三晶体管M3因而导通，并使开关组32的两晶体管M1，M2栅极G接地，两晶体管M1，M2不通，此时由待机电源输出端VSB送出的电源仍来自辅助电源供应模块20。

当主电源供应模块10的脉宽调制控制器U1接获系统端送出的致能指令时，其直流对直流转换电路13的主电源输出端Vmain电位开始上升，当主电源输出端Vmain电位上升至大于待机电源输出端VSB电位时，比较器31的反相输入端电位大于非反相输入端电位，其输出端转为低电位接地，第三晶体管M3因而截止，开关组32的两晶体管M1，M2因栅极G呈高电位而导通，又主电源输出端Vmain电位大于待机电源输出端VSB电位，如是状况下，此时由待机电源输出端VSB送出的电源是来自主电源输出端Vmain，由于主电源输出端Vmain输出的直流电源是由直流对直流转换电路13所产生，其效率远高于驰返式结构的辅助电源供应模块20，在此状况下，整体用电效率得以提高。

又前述供电路径切换控制电路30由辅助电源供应模块20供应的两组直流电源Vcc2，Vcc中，是令Vcc2大于Vcc，其效果是由Vcc2提供两晶体管M1，M2较高的VGS电压，以相对降低两晶体管M1，M2的导通电阻Rds(on)，而具有进一步提高用电效率的功效。再者，待机电源输出端VSB与变压器T2二次侧之间的二极管D1将产生逆向隔离的作用，避免主电源Vmain流向变压器T2二次侧，干扰了辅助电源供应模块20的反馈稳压控制及造成辅助电源供应模块20供应的各组直流电源Vccp，Vcc2，Vcc的不正确(因各组直流电源Vccp，Vcc2，Vcc也供应其他电路使用)。

当系统端进入待机模式或关机时，因主电源供应模块10的脉宽调制控制器U1被关闭(Disable)，其主电源输出端Vmain无电位，故供电路径切换控制电路30的比较器31输出高电位使第三晶体管M3导通，并使开关组32的两晶体管M1，M2栅极G接地而不通，此时由待机电源输出端VSB送出的电源即恢复由辅助电源供应模块20供应。

又前述供电路径切换控制电路30的又一优选实施例是如图3所示，其包括：

一比较器31，具有一反相输入端、一非反相输入端、一输出端及一电源端；该电源端是连接辅助电源供应模块20提供的直流电源Vcc，且该Vcc大于主电源(例如Vcc拉高至20V)，又该非反相输入端是与前述主电源输出端Vmain连接，该反相输入端则与前述待机电源输出端VSB连接；

一开关组32，主要是由两NMOS晶体管M1，M2组成，两晶体管M1，M2仍以漏极D相接，其源极S则分别与前述主电源输出端Vmain、待机电源输出端VSB连接，又两晶体管M1，M2的栅极G共同连接至前述比较器31的输出端。

前述实施例相较前一实施例，减少一颗第三晶体管M3，其工作方式详如以下所述：

当主电源供应模块10的脉宽调制控制器U1未获致能指令，该主电源输出端Vmain未供电，供电路径切换控制电路30的比较器31为反相输入端电位大于非反相输入端，该比较器31输出端呈低电位，进而使开关组32的两晶体管M1，M2栅极G接地，两晶体管M1，M2不通，此时由待机电源输出端VSB送出的电源仍来自辅助电源供应模块20。

当主电源供应模块10的脉宽调制控制器U1接获系统端送出的致能指令时，其直流对直流转换电路13的主电源输出端Vmain电位开始上升，当主电源输出端Vmain电位上升至大于待机电源输出端VSB电位时，比较器31的非反相输入端电位大于反相输入端电位，其输出端转为高电位，开关组32的两晶体管M1，M2因而栅极G呈高电位而导通，如是状况下，此时由待机电源输出端VSB送出的电源即切换由主电源输出端Vmain供应。

当系统端进入待机模式或关机时，因主电源供应模块10的脉宽调制控制器U1被关闭(Disable)，其主电源输出端Vmain无电位，故供电路径切换控制电路30的比较器31输出低电位使开关组32的两晶体管M1，M2栅极G接地而不通，此时由待机电源输出端VSB送出的电源即恢复由辅助电源供应模块20供应。

在前述实施例中，是令主电源输出端Vmain电位略大于待机电源输出端VSB，因而在主电源输出端Vmain上的电位建立后，经由供电路径切换控制电路30的切换控制得以将主电源输出端Vmain切入待机电源输出端VSB，并取而代的。在前述技术概念下，如图4所揭示供电路径切换控制电路30的另一实施例，在理论上亦属可行，供电路径切换控制电路30是由一顺向连接于主电源输出端Vmain与待机电源输出端VSB之间的二极管所构成，一旦主电源输出端Vmain的电位建立且大于待机电源输出端VSB的电位时，主电源输出端Vmain送出的电源即经由二极管送至待机电源输出端VSB上，但如是作法的效率偏低。

再者，前述各实施例均应用在主电源电位与待机电源电位相近的场合(例如大致为12V上下)；若系统端对于主电源与待机电源的电位要求不同(例如主电源12V，待机电源5V)时，则可如图5所示，在待机电源输出端VSB上进一步连接一降压转换单元(Buck converter)22，且供电路径切换控制电路30的输出端是与降压转换单元22的输入端连接。在此状况下，无论待机电源输出端VSB输出的电源是来自主电源供应模块10或辅助电源供应模块20，均将经由该降压转换单元22转换为较低的电压后再供应给系统端。

以上所述仅是本发明的优选实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种可自动切换待机电源供电路径的电源供应器，包括有：

一主电源供应模块，用以将交流电源转换为直流电源，并提供一主电源输出端；

一辅助电源供应模块，具有多个直流电源输出端Vcc2,Vcc及一待机电源输出端，该待机电源输出端的电位小于主电源输出端电位；

一供电路径切换控制电路，是设在所述主电源输出端与待机电源输出端之间；该供电路径切换控制电路提供一电压比较手段，当主电源电压大于待机电源时，令主电源输出端切入待机电源输出端，使主电源同时经由待机电源输出端送出；该供电路径切换控制电路包括：

一比较器，具有一反相输入端、一非反相输入端、一输出端及一电源端；该比较器的反相输入端、非反相输入端分别和主电源输出端、待机电源输出端连接；

一开关组，主要是由两NMOS晶体管M1,M2组成，两晶体管M1,M2以漏极相接，其源极分别与所述主电源输出端、待机电源输出端连接；两晶体管M1,M2的导通是受比较器的输出端控制；

该比较器的电源端是连接辅助电源供应模块的直流电源输出端Vcc。

2.根据权利要求1所述的可自动切换待机电源供电路径的电源供应器，该供电路径切换控制电路的比较器的反相输入端是与所述主电源输出端连接，该非反相输入端则与所述待机电源输出端连接；

该供电路径切换控制电路还包括一第三晶体管M3，其漏极是与开关组上两晶体管M1,M2的栅极连接，又第三晶体管M3的栅极是与比较器的输出端连接。

3.根据权利要求2所述的可自动切换待机电源供电路径的电源供应器，

该第三晶体管M3的漏极通过一电阻与辅助电源供应模块供应的一直流电源输出端Vcc2连接；其中，直流电源输出端Vcc2电压大于另一直流电源输出端Vcc的电压。

4.根据权利要求1所述的可自动切换待机电源供电路径的电源供应器，该供电路径切换控制电路的比较器的非反相输入端是与所述主电源输出端连接，该反相输入端则与所述待机电源输出端连接；

该开关组的两晶体管M1,M2的栅极共同连接到所述比较器的输出端。

5.根据权利要求4所述的可自动切换待机电源供电路径的电源供应器，该比较器的电源端是连接辅助电源供应模块的直流电源输出端Vcc，且该直流电源输出端Vcc的电压大于主电源。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的可自动切换待机电源供电路径的电源供应器，该主电源供应模块包括一整流电路、一功率因数校正电路及一直流对直流转换电路；其中：

该直流对直流转换电路包括一变压器、一脉宽调制控制器及一功率开关，该脉宽调制控制器的一控制端是与功率开关连接，功率开关与变压器的一次侧连接；又直流对直流转换电路的输出端是作为主电源输出端，其上进一步设有一反馈电路，该反馈电路的输入端是与该主电源输出端连接，又反馈电路的输出端则与脉宽调制控制器的反馈端连接；该脉宽调制控制器具有一致能端；

该辅助电源供应模块包括一变压器，变压器的一次侧是与功率因数校正电路的输出端连接，并受一控制器所控制，其二次侧设有多组直流电源输出端及该待机电源输出端，该待机电源输出端与变压器二次侧间设有一二极管。

7.根据权利要求6所述的可自动切换待机电源供电路径的电源供应器，该待机电源输出端上进一步连接一降压转换单元，该供电路径切换控制电路的输出端是与降压转换单元的输入端连接。