CN107302314B - 电源转换装置及防止电源转换装置异常关机的方法 - Google Patents

电源转换装置及防止电源转换装置异常关机的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电源转换装置及防止电源转换装置异常关机的方法，其中防止电源转换装置异常关机的方法，包含如下步骤:提供电源转换装置，包含主供电模块及待机供电模块，待机供电模块电连接于主供电模块，并提供主供电模块的多个微控制器所需的运作电压；于电源转换装置进入非待机模式且待机供电模块的待机电源转换器停止工作时，执行运作电压监测程序以监测运作电压；以及于运作电压小于最低补偿电压之前，强制启动待机电源转换器运作，以避免电源转换装置异常关机。

Description

电源转换装置及防止电源转换装置异常关机的方法
技术领域
本发明是关于电源控制方法，且特别是关于防止电源转换装置脱离待机模式时，因操作电力过低而异常关机的方法。
背景技术
电源转换装置通常是用来输送电力以满足电子装置需求的基本电力供应单元。为了在电子装置的负载能力高时，提高电源转换装置的输出功率以符合电子装置的负载能力，以及在电子装置的负载能力低时，降低电源转换装置的输出功率以节省能源。电源转换装置可经设计使具有两组电源转换模块，其中一组电源转换模块(以下称主电源转换模块)用以提供电子装置在高负载能力操作下的电力，另一组电源转换模块(以下称待机电源转换模块)则用以提供电子装置在低负载能力操作下的电力。如此的设计虽然是一个最为简便的方法，却也造成电源转换装置在电子装置由低负载能力进入高负载能力操作时，因用以提供电力的电源转换模块不同但地端却连在一起，待机电源转换模块空负载或极轻负载时易受主电源转换模块由低载进入高负载的影响，而产生异常当机。
发明内容
依据本发明提供一种防止电源转换装置异常关机的方法，包含如下步骤。提供电源转换装置，包含主供电模块及待机供电模块，待机供电模块电连接于主供电模块，并提供主供电模块的多个微控制器所需的运作电压；于电源转换装置进入非待机模式且待机供电模块的待机电源转换器停止工作时，执行运作电压监测程序以监测运作电压；以及于运作电压小于最低补偿电压之前，强制启动待机电源转换器运作，以避免电源转换装置异常关机。
依据本发明另提供一种电源转换装置，包含主供电模块及待机供电模块。主供电模块包含多个微控制器。待机供电模块用以提供微控制器的运作电压，待机供电模块包含运作电压供应单元、待机电源控制器及电压调整单元。运作电压供应单元连接于待机电源控制器，电压调整单元电连接于待机电源控制器及微控制器。待机电源控制器于待机电源转换器停止工作且运作电压小于最低补偿电压之前，强制启动待机电源转换器，以避免电源转换装置异常关机。
附图说明
图1绘示依照本发明的电源转换装置的一电路方块图；
图2绘示依照本发明的电源转换装置的另一电路方块图；以及
图3绘示依照本发明的操作电压供应单元的输出电压-时间图。
其中，附图标记：
10 电源转换装置
100 主供电模块
102 微控制器
104 初级侧整流器
106 功率因数校正器
110 主电源转换器
112 次级侧整流器
114 次级侧滤波器
120 待机供电模块
122 待机电源转换器
124 第一整流单元
126 整流元件
128 待机电源控制器
130 电压调整单元
132 桥式整流器
134 输入级滤波器
136 输出级滤波器
138 直流电容器
20 电子装置
A、B 节点
V1 待机电压
V2 回路电压
Vin 输入电源
Wa 辅助绕组
Wp 初级绕组
Ws 次级绕组
具体实施方式
请参照图1，其绘示依照本发明的电源转换装置的一电路方块图。电源转换装置10接收输入电源Vin，并提供连接于其输出端的电子装置20在不同操作状态下的电力。电子装置20可例如为个人计算机或服务器。电源转换装置10可依电子装置20的抽载电力的不同而操作于待机模式或非待机模式。一般来说，当电子装置20进入空载操作时，电源转换装置10进入待机模式，以降低功耗而提高整体效率；当电子装置20进入中载或重载操作时，电源转换装置10脱离待机模式并进入非待机模式，提高供电能力以因应电子装置20的抽载。电子装置20操作于中载或重载时的抽载电力会大于其在空载时的抽载电力。
电源转换装置10包含主供电模块100及待机供电模块120，主供电模块100及待机供电模块120分别电连接于输入电源Vin及电子装置20，待机供电模块120更电连接于主供电模块100。当电子装置20操作于待机模式时，由待机供电模块120提供电子装置20操作电力；当电子装置20操作于非待机模式时，主供电模块100及待机供电模块120可分别提供电子装置20操作电力。此外，不论电子装置20是操作在待机模式或非待机模式，待机供电模块120都供应直流运作电压给主供电模块100，以维持主供电模块100内部微控制器102(如图2所示)的运作(详见后述)。
请参阅图2，主供电模块100可包含初级侧整流器104、功率因数校正器106、主电源转换器110、次级侧整流器112及次级侧滤波器114。初级侧整流器104电连接于输入电源Vin，输入电源Vin可例如为市电交流电。功率因数校正器106电连接于初级侧整流器104及主电源转换器110之间。次级侧整流器112电连接于主电源转换器110及次级侧滤波器114之间，输出滤波器114电连接于电子装置20。
初级侧整流器104可例如为桥式整流器。当电子装置20操作于非待机模式时，输入电源Vin提供的交流电力经初级侧整流器104整流后，经功率因数校正器106进行功率校正，以及主电源转换器110的转换后，进入次级侧整流器112。次级侧整流器112可例如是同步整流器；主电源转换器110输出的电力经次级侧整流器112整流后，再经由次级侧滤波器114滤波后成为直流电力，供给电子装置20。
如图2所示，微控制器102可例如是设于功率因数校正器106、主电源转换器110及次级侧整流器112中，并依据电子装置20的抽载来控制功率因数校正器106、电源转换器110及次级侧同步整流器112中的功率开关的操作状态。
更具体来说，当电子装置20操作于中载或重载时，设于功率因数校正器106中的微控制器102会驱动功率因数校正器106进行功率因素校正功能，设于主电源转换器110中的微控制器102会驱动主电源转换器110进行电力转换，次级侧整流器112中的微控制器102会驱动次级侧整流器112进行整流，以提供具有高功率因素的电力予电子装置20。反之，当电子装置20操作于空载时，因电子装置20的操作电力由待机供电模块120提供，主供电模块100进入休眠操作，微控制器102的运作电压随之降低，故待机供电模块120只需要提供极低的电力给微控制器102，以使微控制器102能够在电子装置20脱离待机模式(即进入非待机模式)时快速地被唤醒，藉以降低电源转换装置10在空载操作时的功率损耗并达成节能功效。在此要特别说明的是，在前述状态下，待机电源控制器128可以藉由改变传递至待机电源转换器122的控制信号的占空比来调整传递至微控制器102的运作电压的位准。
请再参阅图2，待机供电模块120至少包含待机电源转换单元(未另标号)、第一整流单元124、整流元件126、待机电源控制器128及电压调整单元130。待机电源转换单元包含待机电源转换器122、初级绕组Wp、次级绕组Ws及辅助绕组Wa，次级绕组Ws及辅助绕组Wa分别与初级绕组Wp电磁耦合；藉由调整次级绕组Ws、辅助绕组Wa分别与初级绕组Wp的匝数比，可以改变待机供电模块120供给电子装置20的空载直流电力的位准，以及待机供电模块120提供给微控制器102的运作电力的位准。
待机供电模块120还可以包含设在输入电源Vin及待机电源转换器122之间的桥式整流器132及输入级滤波器134，以及设在第一整流单元124及电子装置20之间的输出级滤波器136。
待机电源转换器122连接于输入电源Vin，用以将输入电源Vin先经过桥式整流器132、输入级滤波器134及待机电源转换器120适当的转换后通过初级绕组Wp耦合至次级绕组Ws及辅助绕组Wa。耦合至次级绕组Ws的电力经第一整流单元124整流及输出级滤波器136滤波后传递至电子装置20。再者，耦合至辅助绕组Wa的电力经整流元件126整流后传递至待机电源控制器128。
电压调整单元130电连接于微控制器102及待机电源控制器128，并具有监测待机电源转换器122的工作状态(即待机电源转换器122是否停止工作)，以及强制启动待机电源转换器122的功能。在此定义初级绕组Wp、辅助绕组Wa、整流元件126及直流电容器138配合组成运作电压供应单元(未另标号)。
一般来说，电源转换装置10的主供电模块100及待机供电模块120的输出级(或称二次侧)共地，即主供电模块100及待机供电模块120分别连接至图1所示的地端GND。因此，当电源转换装置10在待机模式操作时，电子装置20由空载进入中/重载操作时而使电源转换装置10脱离待机模式并进入非待机模式时，待机供电模块120会因为电子装置20的抽载电流上升而停止工作。
更具体言之，当电子装置20由轻载进入中/重载操作时，电源转换装置10脱离待机模式，主供电模块100由休眠操作中被唤醒以供输出电子装置20抽载电力，微控制器102的运作电压随之提高。然而，因主供电模块100及待机供电模块120在输出级共地，故在电子装置20脱离待机模式时，待机供电模块120的输出电压除了原本就要输出给电子装置20的待机电压V1(如图1所示)外，更包含了主供电模块100输出电流在待机供电模块120的输出回路产生的回路电压V2(如图1所示)，即:
VSB＝V1+V2。
其中，
VSB待机供电模块120的总输出电压；
V1为待机供电模块120输出给电子装置20的待机电压；以及
V2为电源转换装置10脱离待机模式时，主供电模块100的输出电流在待机供电模块120的输出回路产生的回路电压。
在此情况下，若待机供电模块120的总输出电压VSB超过其默认最大输出电压时，待机电源控制器128便会让待机电源转换器122停止电力转换。如此一来，主供电模块100中的微控制器102在非待机模式操作下的运作电力就必须由直流电容器138提供。若直流电容器138所能提供的直流电压低于电源转换模块10的默认最低补偿电压时，便会造成电源转换装置10异常关机。
在此要特别说明的是，每个微控制器102都具有一个低封锁电压UVLO；其中，当传递至微控制器102的电压小于低封锁电压UVLO时，微控制器102便停止工作。再者，每个微控制器102的低封锁电压UVLO皆不同；在此定义所有微控制器102的低封锁电压UVLO中的最大值为UVLO(max)。当运作电压产生单元产生且传递至待机电源控制器128的电力为VA(即图2所示节点A电压)，微控制器102在非待机模式下的需求运作电压为VB(即图2所示节点B的电压)，电源转换装置10在非待机模式操作时默认的默认最低补偿电压VC，满足下列条件:
VC＝VA-(VB-UVLO(max))
为了避免电源转换装置10发生异常关机，在电源转换装置10脱离待机模式并进入非待机模式，且待机电源转换器122停止工作时，待机电源控制器128会开始执行电压监测程序以监测运作电压供应单元的输出电压。进一步地，待机电源控制器128会在直流电容器138所能提供的直流电压(即VA)不大于默认的最低补偿电压(即VC)之前(如图3时间点t0所示)，强制启动待机电源转换器122运作，进行转换后的电力经初级绕组Wp耦合至辅助绕组Wa，并经整流元件126整流后通过电压调整单元130传递至微控制器102。直流电容器138进入充电程序。藉此，电压供应单元的输出电压提高(如图3时间点t0～t1所示)。当操作电压供应单元所能提供的直流电压高于最低补偿电压(即VC)一定值时，待机电源控制器128便停止运作电压监测程序以停止强迫待机电源转换器122运作。
综上所述，本发明的防止电源转换装置异常关机的方法可由如下步骤实现:首先，提供电源转换装置10，此电源转换装置10包含主供电模块100及待机供电模块120，待机供电模块120电连接于主供电模块100。主供电模块100用以于电源转换装置10进入非待机模式时进行供电，待机供电模块120除了于电源转换装置10进入待机模式时进行供电外，更用以提供主供电模块100中的多个微控制器102运作电压。
其次，于电源转换装置10进入非待机模式且待机供电模块120的待机电源转换器122停止工作时，监测运作电压。
接着，使电源转换装置10脱离待机模式并进入非待机模式时，并于待机供电模块120中的待机电源转换器122停止工作时执行监测程序以监测运作电压，并于运作电压低于默认最低补偿电压之前，强迫待机电源转换器122运作以避免电源转换装置10异常关机。
最后，若运作电压高于最低补偿电压一定值后，停止运作电压监测程序。
此外，为了避免待机电源控制器128因操作于过高电压而使电源转换装置10异常关机，电源转换装置10还可以包含过电压保护电路(图未示)。过电压保护电路用以于操作电压输出电源的输出电压不小于待机电源控制器128的默认最大保护电压OVP时(如图3时间点t2所示)，驱使待机电源控制器128停止工作，以降低输出电压(如图3时间点t1～t2所示)，避免电源转换装置10异常关机。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (7)

1.一种防止电源转换装置异常关机的方法，其特征在于，包含:
提供一电源转换装置，包含一主供电模块及一待机供电模块，该待机供电模块电连接于该主供电模块，并提供该主供电模块的多个微控制器所需的一运作电压；
于该电源转换装置进入非待机模式且该待机供电模块的一待机电源转换器停止工作时，执行一运作电压监测程序以监测该运作电压；以及
于该运作电压小于一最低补偿电压之前，强制启动该待机电源转换器运作，以避免该电源转换装置异常关机；
其中，该待机供电模块的一输出电压为VA，多个该微控制器于非待机模式下的需求运作电压为VB，该最低补偿电压为VC，多个该微控制器的所有低封锁电压中的最大值为UVLO(max)，该最低补偿电压满足下列条件:
VC＝VA-(VB-UVLO(max))。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，更包含：
于该运作电压高于该最低补偿电压一定值后，停止该运作电压监测程序。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，多个该微控制器于待机模式操作时的该运作电压小于在非待机模式操作下的该运作电压。
4.一种电源转换装置，其特征在于，包含:
一主供电模块，包含多个微控制器；
一待机供电模块，用以提供多个该微控制器一运作电压，该待机供电模块包含一运作电压供应单元、一待机电源控制器及一电压调整单元，该运作电压供应单元连接于该待机电源控制器，该电压调整单元电连接于该待机电源控制器及多个该微控制器；
其中，该待机电源控制器于一待机电源转换器停止工作且该运作电压小于一最低补偿电压之前，强制启动该待机电源转换器，以避免该电源转换装置异常关机；
其中，运作电压供应单元的输出的该运作电压为VA，多个该微控制器在非待机模式操作下的需求运作电压为VB，该最低补偿电压为VC，多个该微控制器的所有低封锁电压中的最大值为UVLO(max)，满足下列条件:
VC＝VA-(VB-UVLO(max))。
5.如权利要求4所述的电源转换装置，其特征在于，该运作电压供应单元包含:
一待机电源转换单元，包含一初级绕组及一辅助绕组，该辅助绕组电磁耦合于该初级绕组；
一整流元件，电连接于该辅助绕组、该待机电源控制器及该电压调整单元；以及
一直流电容器，电连接于该辅助绕组、该待机电源控制器及该电压调整单元；
其中，当该待机电源控制器启动该待机电源转换器时，该运作电压经该初级绕组耦合至该辅助绕组，并经该整流元件整流后通过该电压调整单元传递至多个该微控制器，当该待机电源控制器让该待机电源转换器停止工作时，该运作电压由该直流电容器经该电压调整单元传递至多个该微控制器。
6.如权利要求4所述的电源转换装置，其特征在于，多个该微控制器设于该主供电模块的一主电源转换器及一功率因数校正器中，该功率因数校正器电连接于该主电源转换器。
7.如权利要求4所述的电源转换装置，其特征在于，当该运作电压高于该最低补偿电压一定值后，停止该运作电压监测程序。
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