CN109995225A - 可调整功耗限制的电源供应器及调整功耗限制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调整功耗限制的电源供应器及调整功耗限制的方法。所述调整功耗限制的方法包括由电源供应器的输入端接收交流电力输入，并转换为目标电压输出电流，并由电源供应器的输出端输出目标电压输出电流；检测输入端至输出端之间的电流状态；以及依据一初始限流值，于电流状态到达初始限流值时，切断输入端至输出端之间的电路，或于电流状态到达初始限流值时，将初始限流值提升为一调整限流值。

Description

可调整功耗限制的电源供应器及调整功耗限制的方法

技术领域

本发明涉及电源供应器，特别涉及可调整功耗限制的电源供应器及调整功耗限制的方法。

背景技术

电源供应器通常有很高的安全系数，也就是电源供应器实际上可以到达的最大稳定功耗，是高于规格书所标示的容许的功耗(最大总功率输出)。但是，过高的功耗，也同时会降低转换效率。为了使电源供应器符合能量转换效率的等级规范(根据80plus节能标准，市售电源供应器的电源转换效率可分为白牌、铜牌、银牌、金牌、铂金牌等等级规范)，电源供应器会被加上限流设定，而避免输出功率高时的转换效率不符各种等级规范。

然而，对于部分使用者而言，可能会有需要提升功耗的需求，例如，计算机主机的外接周边装置数量增加，或系统散热需求因为气候需要加强时，受限于电源供应器的限流设计，使得使用者必须更换容许的功耗更高的产品。即使使用者仅是短时间的大功率需求而可暂时忽略能量转换效率差的问题。

发明内容

本发明提出可调整功耗限制的电源供应器及调整功耗限制的方法，可以让使用者暂时性地提升电源供应器的功耗限定，而正常使用下又能维持良好的能量转换效率等级。

本发明提出一种可调整功耗限制的电源供应器，包括有电力转换电路、电流检测元件、限流开关以及控制单元。电力转换电路用于由输入端接收交流电力输入，并转换为目标电压输出电流，以及由输出端输出目标电压输出电流。电流检测元件设置于输入端至输出端之间，检测电流状态。限流开关设置于输入端至输出端之间，用于切断输入端至输出端之间的电路。控制单元用于控制限流开关的切换，且控制单元有至少一初始限流值，接收电流检测元件回馈的电流状态，且控制单元的工作模式包含限流模式及提升模式。

于限流模式，控制单元在电流检测元件回馈的电流状态到达初始限流值时，控制限流开关切断输入端至输出端之间的电路。

于提升模式，控制单元在电流检测元件回馈的电流状态到达初始限流值时，将初始限流值提升为调整限流值。

本发明还提出一种调整功耗限制的方法，用于本发明任一实施例所述的电源供应器，所述方法包括有：由输入端接收交流电力输入，并转换为目标电压输出电流，并由输出端输出目标电压输出电流；检测输入端至输出端之间的电流状态；以及依据一初始限流值，于电流状态到达初始限流值时，切断输入端至输出端之间的电路，或于电流状态到达初始限流值时，将初始限流值提升为一调整限流值。

通过上述技术手段，本发明可依据初始限流值限制电源供应器100的总输出功率，符合安全规范以及能源效率要求。而在需要提升总输出功率时，用户可以通过提升模式的启用，而提升电源供应器的总输出功率上限，满足输出功率的需求。因此，可调整功耗限制的电源供应器可以符合不同的使用者需求，或者是同一使用者在不同使用环境下的需求。

附图说明

图1是本发明实施例的电源供应器的电路框图示意图。

图2是本发明实施例的方法流程图。

图3是本发明实施例中，电流检测元件的电路示意图。

图4是本发明实施例中，电流检测元件的另一电路示意图。

图5是本发明实施例中，电流检测元件的又一电路示意图。

图6是本发明实施例的另一电路框图。

图7是本发明实施例中，控制单元的一实施方式示意图。

图8是本发明实施例中，控制单元的另一实施方式示意图。

其中附图标记为：

100 电源供应器

102 输入端 104 输出端

110 整流电路 120 主变压电路

122 一次侧线圈 124 二次侧线圈

130 次变压电路 140 风扇变压电路

150 散热风扇 152 温度检测元件

160 电流检测元件 162 第一电阻

162a 取样电阻 162b 晶体管开关

164 第二电阻 164a 接地电阻

164b 晶体管开关 180 控制单元

182 取样端点 184 开关

186 通讯接口 188 微控制器

AC 交流电力输入 FC 风扇驱动电

DC1 高压直流电流 DC2 低压直流电流

3.3V,5V,12V 目标电压输出电流

S110～S170 步骤

具体实施方式

请参阅图1所示，为本发明实施例所公开的一种可调整功耗限制的电源供应器100，包括有电力转换电路、一或多个散热风扇150、电流检测元件160、限流开关170以及控制单元180。

如图1所示，电力转换电路用于由输入端102接收交流电力输入AC，并转换为至少一目标电压输出电流以及风扇驱动电力FV，以及由一或多个输出端104输出目标电压输出电流。

散热风扇150接收风扇驱动电力FV而进行转动，以对电源供应器100进行强制气冷散热。电源供应器100运作会产生高热，且通常被安装在计算机机壳中，因此需要强制气冷进行冷却。并且电源供应器100需要针对发热状态调整强制气冷的耗能，以避免过高的强制气冷耗能影响整体能量效率以及产生不必要的噪音。通过风扇驱动电力FV的电流大小或是电压大小的调整，就可以调整散热风扇150的转速。

如图1所示，在一实施例中，电力转换电路包含整流电路110、主变压电路120、多个次变压电路130以及风扇变压电路140。

如图1所示，整流电路110用于由输入端102接收交流电力输入AC，并转换为高压直流电流DC1。在一具体实施例中，整流电路110可为全波整流电路110，例如桥式整流电路110；整流电路110亦可为半波整流电路110，例如以单一二极管顺向电连接于输入端102，但是半波整流电路110通常会有一半输入成为无效功率。

如图1所示，主变压电路120具有一次侧线圈122及二次侧线圈124。一次侧线圈122电连接于整流电路110，以接收高压直流电流DC1。透过二次侧线圈124与一次侧线圈122之感应，主变压电路120转换高压直流电流DC1为低压直流电流DC2，由二次侧线圈124输出低压直流电流DC2。主变压电路120也可以是其他形式的直流-直流转换器(DC-to-DCconverter)，只要操作功率以及转换效率符合规格要求即可。

如图1所示，多个次变压电路130分别电连接于主变压电路120的二次侧线圈124，分别将低压直流电流DC2转换为目标电压输出电流，以将低压直流电流DC2调整成不同输出端104(3.3V,5V,12V)输出的需求。次变压电路130通常只需要小电流输出，因此可应用非线圈型的直流-直流转换器，例如由集成电路元件(IC)再加上几个零件组成的转换器。以计算机的电源供应器100为例，输出端104至少需要3.3V,5V及12V等不同目标电压，以供周边装置以及主板本身各元件所需的电力。这些不同的电压分别有不同的电连接器作为输出端104，并且每一种目标电压对应的电连接器可能有二个以上。

如图1所示，风扇变压电路140电连接于主变压电路120的二次侧线圈124，以接收低压直流电流DC2，或风扇变压电路140也可以电连接于整流电路110，以接收高压直流电流DC1，使得风扇变压电路140将高压直流电流DC1或低压直流电流DC2转换为风扇驱动电力FV。散热风扇150则电连接于风扇变压电路140，以接收风扇驱动电力FV而进行转动。在风扇变压电路140接收低压直流电流DC2而转换为风扇驱动电力FV的一实施例中，风扇变压电路140是多个次变压电路130其中之一，输出的风扇驱动电力FV即为目标电压或目标电压输出电流，而给予散热风扇150的目标电压或输出电流则配合散热风扇150的转速需求调整。为了使实施方式的说明较为明确而易于理解，因此给予不同的命名。

如图1所示，电流检测元件160设置于输入端102至输出端104之间，用于检测电流状态。电流状态主要是用于判断电源供应器100的输出功率，电流值越大则输出功率越大，电流检测元件160的设置位置会使得输出功率与电流值的对应关系改变。不过，输出功率与电流值的对应关系是可以依据电流检测元件160所在位置来评估，通常越接近输出端104的电流检测元件160所取得的电流值及对应功率会越接近电源供应器100的总输出功率，而接近接近输入端102的电流检测元件160所取得的电流值及对应功率则会高于电源供应器100的总输出功率(因为输入端102至输出端104之间存在着功率损耗)。不论电流检测元件160所在位置为何，本领域普通技术人员都可以通过实验或简单的等效电路计算得到电流状态与电源供应器100的总输出功率的对应关系，而取得换算公式或对照表。

如图1所示，限流开关170设置于输入端102至输出端104之间，用以切断输入端102至输出端104之间的电路。控制单元180储存有至少一初始限流值，并且控制单元180用于接收电流检测元件160回馈的电流状态。控制单元180的工作模式至少具有限流模式及提升模式。

于限流模式，电源供应器100被要求有比较高的能量转换效率，因此要避免总输出功率过高而导致转换效率下降的状况发生。控制单元180依据初始限流值设定风扇驱动电力FV的电压或电流大小，以驱动散热风扇150转动。所设定的风扇驱动电力FV可以使散热风扇150的转速可以满足电源供应器100散热需求，但不会超出电源供应器100散热需求太多。

于限流模式，控制单元180并持续接收电流检测元件160回馈的电流状态，以监控电源供应器100的总输出功率。当电流检测元件160回馈的电流状态到达初始限流值时，就是代表电源供应器100的总输出功率已经到达总输出功率上限。这时候控制单元180就会控制限流开关170暂时切断输入端102至输出端104之间的电路。控制单元180可以切断全部的输出端104的输出，也可以仅切断部分输出端104的输出，而使电源供应器100的总输出功率不超过初始限流值对应的总输出功率。

于提升模式，用户允许电源供应器100的转换效率下降(接受较低的节能标准等级)而换取较大的总输出功率。控制单元180一开始同样地依据初始限流值设定风扇驱动电力FV。而在控制单元180于电流检测元件160回馈的电流状态到达初始限流值时，控制单元180将初始限流值提升为一调整限流值。此时，初始限流值暂时被停用，而以调整限流值来限制电源供应器100的输出，在这里的调整限流值会大于初始限流值，而电源供应器100的总输出功率上限可以被提升。

在电流检测元件160回馈的电流状态到达调整限流值时，电源供应器100的总输出功率已经到达调整后的总输出功率上限，控制单元180才控制限流开关170切断输入端102至输出端104之间的电路，而使得这时的电源供应器100可以有较大的功耗。同时，在电流状态超过初始限流值并且还没有到达调整限流值时，散热风扇150的转速可能会不足以满足电源供应器100散热需求，因此控制单元180同时依据调整限流值重新设定风扇驱动电力FV而提升散热风扇150的转速。对应调整限流值的散热风扇150的转速，可以通过事先实验取得，并且以窗体对应关系的方式记录，而由控制单元180进行储存。控制单元180中可以储存有多个调整限流值，以供使用者选择其中之一，也就是电源供应器100可以有多个总输出功率上限，而依据使用者的需求选择其中之一，并开关单元180的工作模式为提升模式。

参阅图1所示，电源供应器100还包括温度检测元件152，用以检测周遭温度，传输至该控制单元180，并且控制单元180储存有多个散热风扇转速值，对应于多个不同的周遭温度区间。其中，该初始限流值以及该调整限流值分别在多个不同的周遭温度区间中，具有对应的散热风扇转速值。因此，当控制单元180依据该初始限流值或该调整限流值设定散热风扇150转速时，系先判断周遭温度所在的周遭温度区间，再取得对应的散热风扇转速值，藉以调整散热风扇150转速。因此，当周遭温度降低，而控制单元180依据调整限流值进行限流设定时，散热风扇150转速仍有可能下降或是停止转动。

参阅图2，是本发明实施例所公开的一种调整功耗限制的方法，用于本发明一或多个实施例的电源供应器100。所述调整功耗限制的方法，说明如下。

首先，电源供应器100由输入端102接收交流电力输入AC，并转换为至少一目标电压输出电流以及一风扇驱动电力FV，如步骤S110所示。

电源供应器100以输出端104输出目标电压输出电流，并以风扇驱动电力FV驱动散热风扇150进行转动，如步骤S120所示。

在步骤S110中，通常会经过两次电压及电流转换。在接收交流电力输入AC之后，电源供应器100先以整流电路110将交流电力输入AC转换为一高压直流电流DC1；接着，电源供应器100再以主变压电路120将高压直流电流DC1转换为低压直流电流DC2。最后，次变压电路130以及风扇变压电路140分别电连接于主变压电路120，分别转换低压直流电流DC2为目标电压输出电流以及风扇驱动电力FV。在一些实施例中，风扇变压电路140也可以转换高压直流电流DC1为风扇驱动电力FV。

电源供应器100以电流检测元件160检测输入端102至输出端104之间的电流状态，而传送电流值至电源供应器100的控制单元180，如步骤S130所示。

依据初始限流值，控制单元180持续判断电流状态是否到达初始限流值，如步骤S140所示。

控制单元180同时也会判断电源供应器100的提升模式是否被启用，如步骤S142所示。

若，提升模式没有被启用，并且电流状态到达初始限流值时，控制单元180切断输入端102至输出端104之间的电路，从而限制电源供应器100的总输出功率，如步骤S150所示。

若，提升模式被启用，并且电流状态到达初始限流值时，则控制单元180将初始限流值提升为一调整限流值，如步骤S160所示。控制单元180同时依据调整限流值重新设定风扇驱动电力FV的电压或电流大小而提升散热风扇150的转速，如步骤S162所示。

提升模式被启用后，控制单元180会在电流状态到达调整限流值时，才会切断输入端102至输出端104之间的电路，如步骤S170及步骤S150所示，从而提升控制单元180的总输出。

如图1所示，电源供应器100还包括功率因素修正元件190(PowerFactorCorrection IC，PFC IC)，设置于电力转换电路中，用于修正功率因素，以降低电力转换电路的无效功率。

如图3所示，在一实施例中，电流检测元件160包含第一电阻162及第二电阻164。第一电阻162的一端连接于电力转换电路之中的任一点，进行电压取样，而另一端连接于控制单元180的取样端点182。第二电阻164的一端接地，而另一端连接于控制单元180的取样端点182。藉由通过第一电阻162的一端的电流、第一电阻162以及第二电阻164，可以使得控制单元180取得取样电压，藉以作为电流状态，而换算为电力转换电路的等效电流(即为电源供应器100的总功率输出)。控制单元180被触发判断过电流或到达限流值的取样电压数值可能是固定不变，但是可以控制单元180可以依据初始限流值及调整限流值调整第一电阻162以及第二电阻164的阻值比例，提升或降低对应的过电流(限流值)数值的大小(即为由初始限流值改变为调整限流值)。

如图4所示，为图3中第一电阻162以及第二电阻164的阻值比例调整的一种电路设计方式。第一电阻162可包含二取样电阻162a及一晶体管开关162b。二取样电阻162a是并连设置，但是其中一个取样电阻162a与晶体管开关162b串联。晶体管开关162b由控制单元180控制。当晶体管开关162b未导通，就会仅有单一取样电阻162a构成第一电阻162，而有较大的电阻值，使得取样端点182的取样电压相对较低。当晶体管开关162b导通，二取样电阻162a并联形成第一电阻162而有较低的电阻值，使得取样端点182的取样电压相对较高。

如图5所示，为图3中第一电阻162以及第二电阻164的阻值比例调整的一种电路设计方式。第二电阻164可包含二接地电阻164a及一晶体管开关164b。二接地电阻164a是并连设置，但是其中一个接地电阻164a与晶体管开关164b串联。晶体管开关164b由控制单元180控制。当晶体管开关164b未导通，就会仅有单一接地电阻164a构成第二电阻164，而有较大的电阻值，使得取样端点182的取样电压相对较高。当晶体管开关164b导通，二取样电阻162a并联形成第二电阻164而有较低的电阻值，使得取样端点182的取样电压相对较低。

第一电阻162以及第二电阻164其中一个的阻值设计为可调整，就可以进行阻值比例调整，也就是图4或图5的电路设计方式可以选择一种来置换图3中的第一电阻162或第二电阻164。也可以将第一电阻162以及第二电阻164的阻值都可以设计为可调整，例如将图4及图5的电路设计方式同时采用来置换图3中的第一电阻162以及第二电阻164，使得阻值比例有更多个变化，藉以用来设定多个调整限流值。

散热风扇150的转速，可透过控制单元180对风扇变压电路140的控制，改变风扇驱动电力FV。在一实施例中，控制单元180控制风扇变压电路140，直接提升或降低风扇驱动电力FV的输出电压，从而改变散热风扇150的转速。在另一实施例中，风扇驱动电力FV是脉冲宽度调制信号(PWM)，控制单元180控制风扇变压电路140，使得风扇驱动电力FV的脉宽宽度改变，而改变对散热风扇150施加的等效电流大小，从而调整散热风扇150的转速。散热风扇150的转速可以是随温度改变的值，也就是控制单元180可接收温度，在同一工作模式下依据温度而将散热风扇150的转速调整为对应的转速。

如图6及图7所示，在一实施例中，控制单元180具有完整运算以及控制功能，据以接收电流状态进行功耗检测，并将初始限流值/调整限流值与电流状态进行比对，从而自动进行切换，以改变限流值或改变散热风扇150的转速工作。电源供应器100也可包含开关184，用以进行手动设定功耗限制，亦即供使用者手动选择初始限流值/调整限流值，而改变限流值及改变散热风扇150的转速。

如图8所示，在一实施例中，控制单元180还包含通讯接口186及微控制器188，该通讯接口186可以适用USB、COM Port、网络协议、I2C总线等协议。微控制器188具有信号接收及传送功能，并且可自电流检测元件160接收电源状态，并通过通讯接口186传送到外部，例如与计算机主机的电路/主板，而结合计算机主机本身执行软件所形成的软件控制模块。软件控制模块自微控制器188接收电源状态后，将初始限流值/调整限流值与电流状态进行比对，从而将控制限流、提升限流或改变散热风扇150的转速等作业的指令通过通讯接口186传送给微控制器1880，使微控制器188驱动限流开关170以及风扇变压电路140执行作业，而达成自动功耗检测以及调整。另外，调整限流值可以是多个，而用户可以通过软件模块提供的操作接口，手动选择所需要的调整限流值(对应不同的总输出功率上限)，而进行手动设定。

在前述实施例中，是将散热风扇150集成于电源供应器100，但在其他实施例中，散热风扇也可以独立地设置在电源供应器之外，二者电连接。又或者，在其他实施例中，可以直接通过系统负压的方式对电源供应器进行散热。

通过上述技术手段，本发明的可调整功耗限制的电源供应器100出厂时，可依据初始限流值限制电源供应器100的总输出功率，符合安全规范以及能源效率要求，让一般使用者不需经过特别设定就可以当通常电源供应器100使用。而在需要提升总输出功率时，用户可以通过提升模式的启用，而提升电源供应器100的总输出功率上限，满足输出功率的需求。因此，可调整功耗限制的电源供应器100可以符合不同的使用者需求。例如，可以通过本发明的电源供应器，将铂金级(或者金牌级、银牌级等)的转换效率转变为金牌级(或者银牌级、铜牌级等)的转换效率，以满足使用者提升功耗等的需求。

Claims (10)

1.一种可调整功耗限制的电源供应器，其特征在于，包括有：

一电力转换电路，用于由一输入端接收交流电力输入，并转换为目标电压输出电流，以及由输出端输出所述目标电压输出电流；

电流检测元件，设置于所述输入端至所述输出端之间，用于检测电流状态；

限流开关，设置于所述输入端至所述输出端之间，用于切断所述输入端至所述输出端之间的电路；以及

控制单元，用于控制所述限流开关的切换，且所述控制单元有至少一初始限流值，接收所述电流检测元件回馈的电流状态，且所述控制单元的工作模式包含限流模式及提升模式；其中，

于所述限流模式，所述控制单元在所述电流检测元件回馈的所述电流状态到达所述初始限流值时，控制所述限流开关切断所述输入端至所述输出端之间的电路；

于所述提升模式，所述控制单元在所述电流检测元件回馈的所述电流状态到达所述初始限流值时，将所述初始限流值提升为调整限流值。

2.如权利要求1所述的可调整功耗限制的电源供应器，其特征在于，于所述提升模式，所述控制单元在所述电流检测元件回馈的电流状态到达所述调整限流值时，控制所述限流开关切断所述输入端至所述输出端之间的电路。

3.如权利要求1所述的可调整功耗限制的电源供应器，其特征在于，所述电力转换电路包含：

一整流电路，用于由所述输入端接收所述交流电力输入，并转换为一高压直流电流；

主变压电路，用于将所述高压直流电流转换为低压直流电流；

至少一次变压电路，分别将所述低压直流电流转换为所述目标电压输出电流，并由所述输出端输出。

4.如权利要求3所述的可调整功耗限制的电源供应器，其特征在于，还包括散热风扇；

其中，所述电力转换电路还用于将所述交流电力输入转换为风扇驱动电力，所述散热风扇用于接收所述风扇驱动电力而进行转动；

其中，于所述提升模式，所述控制单元依据所述调整限流值重新设定所述风扇驱动电力而提升所述散热风扇的转速；

其中，所述电力转换电路还包括风扇变压电路，将所述高压直流电流或低压直流电流转换为所述风扇驱动电力。

5.如权利要求4所述的可调整功耗限制的电源供应器，其特征在于，所述控制单元控制所述风扇变压电路而改变所述风扇驱动电力的电压或者电流，以改变所述散热风扇的转速；或者，所述风扇驱动电力是脉冲宽度调制信号，且所述控制单元控制所述风扇变压电路以改变所述风扇驱动电力的脉宽宽度，而改变所述风扇驱动电力的电流。

6.如权利要求4所述的可调整功耗限制的电源供应器，其特征在于，还包括温度检测元件，用于检测周遭温度，传输至所述控制单元，并且所述控制单元储存有多个散热风扇转速值，对应于多个不同的周遭温度区间；

其中，所述初始限流值以及所述调整限流值分别于所述多个不同的周遭温度区间中，具有对应的散热风扇转速值；当所述控制单元依据所述初始限流值或所述调整限流值设定散热风扇转速时，依据所述周遭温度所在的周遭温度区间，取得对应的散热风扇转速值，从而调整所述散热风扇的转速。

7.如权利要求1所述的可调整功耗限制的电源供应器，其特征在于，所述电流检测元件至少包含：

第一电阻，其一端连接于所述电力转换电路，而另一端连接于所述控制单元的一取样端点；以及

第二电阻，其一端接地，而另一端连接于所述控制单元的所述取样端点，使得所述控制单元取得一取样电压作为所述电流状态，且所述控制单元用于依据所述初始限流值及所述调整限流值调整所述第一电阻以及所述第二电阻的阻值比例。

8.如权利要求7所述的可调整功耗限制的电源供应器，其特征在于，

所述第一电阻包含二取样电阻及一晶体管开关，所述二取样电阻并连设置，所述二取样电阻中的一个与所述晶体管开关串联，并且所述晶体管开关由所述控制单元控制，而切换为导通或是未导通；和/或

所述第二电阻包含二接地电阻及一晶体管开关，所述二接地电阻并连设置，并且所述晶体管开关由所述控制单元控制，而切换为导通或是未导通。

9.一种调整功耗限制的方法，用于电源供应器，其特征在于，所述电源供应器为如权利要求1至权利要求8任一项所述的电源供应器，所述方法包括有：

由所述输入端接收所述交流电力输入，并转换为所述目标电压输出电流，并由所述输出端输出所述目标电压输出电流；

检测所述输入端至所述输出端之间的所述电流状态；以及

依据初始限流值，在所述电流状态到达所述初始限流值时，切断所述输入端至所述输出端之间的电路，或在所述电流状态到达所述初始限流值时，将所述初始限流值提升为调整限流值。

10.如权利要求9所述的调整功耗限制的方法，其特征在于，还包括在所述电流状态到达所述调整限流值时，切断所述输入端至所述输出端之间的电路；

其中，在判断所述电流状态到达所述初始限流值之后，还包括：

判断提升模式是否被启用；以及

若，所述提升模式没有被启用，切断所述输入端至所述输出端之间的电路。