CN1200506A - 一种电源单元的电路装置 - Google Patents

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Abstract

构成电源系统的电源单元,借助第1电压调节器和求平均值元件,在对构成电源系统的所有电源单元共同的并联控制总线线路上,产生用于控制产生输出电压的功率级的指令电参量。借助第2电压调节器与此指令电参量产生用于控制功率级的指令电参量。使通过上述指令电参量给出的调整范围限定在有限的窗口范围内,并且功率级即使在上述指令电参量具有最大值的情况下总是可以产生一个输出电压,此电压在一个由此电源系统驱动的设备特定的范围之内。

Description

一种电源单元的电路装置
本发明涉及一种电源单元的电路装置。
具有高数据处理性能的计算机设备或个人计算机越来越需要高性能的电源系统。付诸应用的电源系统由电源单元构成并且可以并联连接，一方面，只具有一种类型的电源单元，但是另一个方面仍然能够根据相应的要求满足供电的需求。然而仅仅满足供电的需求已经远远不够了。还应该保证这些电源单元所提供的总的电流能够对各个电流部分给出均匀的分布。这样就可以实现均匀的负载，从而保证电源单元具有尽可能长的寿命。然而此外还要求在此电源系统中具有一定的余量，以便当某一个电源单元出现故障时，此电源系统仍然可以无系统电压的中断或干扰地驱动计算机设备或个人计算机。
在专利EP 0 432 754 B1中公开了一种电源单元的电路装置。此电源单元符合上述的那些判据。此电源单元可并联连接构成一个具有一定余量的电源系统，此系统的输出电流部分均匀的分布到相应电源单元上。在此电源单元中，一个称为调整线路的部件构成了功率级，此功率级在输出线路上提供了一个输出电压。为了形成电源系统，此输出线路与总输出电压的总的连接线路连接，总的输出电压是这样产生的，即在此总的连接线路上还分别连接着此电源系统的相应的其它的电源单元的输出线路。
为了正确的调整电源单元输出电压，此调整线路与一个由电压调节器形成的第一部分元件连接，采用此电压调节器可以采集在此总输出电压与一个参考电压形式的额定输出电压之间的电压偏差。具有电阻形式的一个求平均值元件作为第二部分元件，由电压调节器采集的电压偏差，在一个对所有的形成电源系统的电源单元共同的并联控制总线线路上，产生一个显示形成平均额定电流标度的指令电参量。最后，以一个电流调节器形式的第三部分元件，用于将在输出线路上流过的实际电流调整到通过第二部分元件以指令电参量形式显示的额定电流值。为此，电流调节器以相应的方式，例如通过对在功率级中包括的开关晶体管进行脉冲占空比控制直接控制调整线路。
此电源单元的缺点在于，当构成电源系统的电源单元中有一个电源单元的电压调节器出现故障时。在总并联控制线路上的指令电参量在附加的不利的负载条件下，不再能达到对于调整作业所必要的电压值。这样，总的输出电压就离开了特定的输出电压范围。其结果是由此电源系统驱动的电器设备不再能保持正常的工作，从而导致故障。故障的产生是由于所有未失效的电源单元借助于在总并联控制总线线路上的错误调整的指令电参量，调整它们要提供的电流分量。电源系统的总输出电压将下调，以便调整通过指令电参量目前状态所给出的减小了的电流。由此电源系统驱动的电器设备将失效，尽管由于在电源系统中存在着一定的余量，未出现故障的电源单元似乎能够取代出现故障的电源单元。
因此本发明的任务在于，以如下方式改进上述类型的电源单元，即尽管在由电源单元通过并联电路构成的电源系统中，有一个电源单元的作用在并联控制总线线路上电压调节器出现故障，此电源系统驱动的设备仍保持正常的功能。
此项任务是通过本发明的一种电源单元的电路装置解决的，此电源单元与同样类型的电源单元并联连接构成一个有一定余量的电源系统，此系统将输出电流部分均匀地分配给相应的各个电源单元，此电源单元具有至少一个为了形成电源系统而与用于相应的总输出电压的所属总连接线路连接的输出线路，用于功率级产生的输出电压，为了此输出电压的调整，配置了第1部分元件用于采集相对额定输出电压的电压偏差，第2部分元件用于产生一个受所采集的电压偏差影响的、在对于构成电源系统的电源单元共同的并联控制总线线路上，形成平均额定电流标度的指令电参量，以及第3部分元件用于通过控制功率级而将在输出线路上流动的实际电流调整到平均额定电流值，这种电源单元的电路装置的特点是，在第3部分元件和功率级之间配置有第4部分元件，此第4部分元件以如下方式将第3部分元件的较宽的调整范围限定在一个有限的窗口范围(Fensterbereich)，即输出级在其调整范围内总能够提供一个输出电压，此输出电压输送到在总连接线路上的总输出电压上去，用以使连接在总连接线路上的设备正常工作。
本发明的几个优先采用的实施方案在各项从属权利要求中加以阐述。
根据本发明，属于第1部分元件的是第1电压调节器，属于第2部分元件的是第1电阻，属于第3部分元件的是一个电流调节器，并且属于第4部分元件的是用不同电路电阻组合成的第2电压调节器，此电压调节器用现有的元件，特别是各种电阻连接而成，并且对于功率级的控制在如下范围内确定了一个输出电压调整幅度，即功率级总是可以提供使所驱动的电器设备工作正常的输出电压。到现在为止负责功率级控制的电流调节器，以后不再直接确定功率级的控制和电源单元的总的输出电压，而仅仅还确定不再移至零伏的额定电压，此额定电压与电源单元在输出端的实际电压进行比较，导致通过第2电压调节器对功率级的调整。，这样就达到了所追求的目标，即功率级在其调整范围内，总能提供使其驱动的设备正常工作的输出电压。
下面借助于附图对本发明的一个实施例进一步加以阐述。
图1示出根据目前技术现状的一个电源单元的原理电路。
图2示出按照本发明一个电源单元的原理电路。
在图1中可以看到具有两个并联连接的相同电源单元SA和SB的一个电源系统。为了说明本发明，这里所采用的并联连接的电源单元的数目是不重要的，因为本发明只涉及电源单元本身，并且两个只是可能的较多数目的代表而已。此外以下的说明只限于在图1中在第1部位所示的电源单元SA的说明，因为其它的电源单元如上所述都是相同的，就是说只要是参考符号以A为结尾的，对于其它的电源单元也可以用接下去的其它字母表征。对于在图1中例如在第二部位给出的电源单元例如结尾字母为B。这也基本上适用于图2，唯一的区别在于在图2中电源单元是用参考符号NSA和NSB表示的。在这两个附图1和2之间还有一种联系，即相同的元件用相同的参考符号表示。
在图1中在第1部位给出的电源单元SA具有一个功率级LSTA，是用输入端的交流电压ACin供电的。此功率级LSTA在一个输出端与一个输出线路连接，此输出线路又通过总的连接线路与构成电源系统的其它电源单元、例如电源单元SB连接，在总的输出线路上可以获取此电源系统的总输出电压Ua。根据在此总连接线路上的电流负载情况，在输出线路上，现在又回到对电源单元SA的分析，流过一部分电流，此电流以实际电流TistA表示。所有还存在的电源单元的这些实际电流，均对在总连接线路上的总负载电流作出一部分贡献。只要是能够产生此负载电流，则由此电源系统驱动的设备就可以正常工作。
在输出线路中配置了一个退耦二极管DA，其功能在于，可以在电源系统连续工作中，将电源单元SA切换进去或切换出来。
功率级LSTA具有一个控制输入端SEA，为了进行控制可以通过此输入端输入一个指令电参量。此功率级LSTA可以与指令电参量相关地在输出线路上调整实际电流IistA。
实际电流IistA的详细调整过程是这样的，即通过第1电压调节器SPR1A在总的连接线路上获取总的输出电压Ua，并且与通过参考电压UrefA提供的额定电压进行比较。其中，将总的输出电压Ua输送到第1电压调节器的负输入端，而将参考电压UrefA输送到其正输入端。比较的结果产生一个电压，此电压通过一个电阻R1A传输至总的并联控制总线线路PSBL上。因此这里涉及的是总的并联控制总线线路，因为此线路将其它构成电源系统的电源单元的所有相应的点均连接起来并且是并联连接。
电阻R1A对于电源单元SA形成了一个求平均值元件，因为通过此电阻与构成电源系统的其它电源单元相应电阻的连接，可以在总并联控制总线线路PSBL上产生作为指令电参量的电压，此电压形成了平均额定电流的标准，借助于此平均额定电流使所有的电源单元调整其在所属输出线路上的电流部分，这样，最后所有电源单元以器件工艺所决定的容差提供相同的电流组分。
一个电流调节器STRA通过其正输入端获取此平均额定电流，并且将其与功率级LSTA的实际电流IistA进行比较。为此，电流调节器STRA经一个电流测量点SPA与功率级LSTA的输出线路相连。然后电流调节器STRA与此比较相关的产生指令电参量，此参量控制功率级LSTA以致在输出线路上流过的实际电流IistA与在总并联控制总线线路PSBL上的平均额定电流相仿。
如果现在在图1所示的电源系统上电源单元SA的第1电压调节器、例如SPR1A出现了故障，就是说它在总并联控制总线线路PSBL上的指令电参量趋于零，则其它电源单元的功率级、例如LSTB的实际电流、例如实际电流IistB由于总的平均额定电流将相应的下调。在总连接线路上的负载电流不再能够保持不变。在总连接线路上的总输出电压Ua将中断，从而导致所驱动的电气设备停止工作。
比较不同的是这样一种情况，如果第1电压调节器，例如SPR1A具有以下故障，即它在总并联控制总线线路PSBL上的指令电参量缓慢地趋近于零。在此过程中要求通过在总并联控制总线线路PSBL上的指令电参量表示的一个额定电流，此电流不等于在总联接线路上的实际负载电流，其它构成电源系统的电源单元未出现故障的电压调节器、例如SPR1B首先向上调整至其控制范围，此范围通常是限定的。在两个电源单元，例如SA和SB的情况下例如只能够达到最大电压调节器输出电压的50％作为最大的指令参量。这或许在总连接线路上要求最大负载电流的情况下是不够的，这样在总连接线路上的总输出电压仍然会中断。
为了避免在上述各种情况下电压中断，图2示出了一个具有2个新型电源单元NSA和NSB的一个电源系统，其中如上所述下面的说明主要限于电源单元NSA。在电源单元NSA上电流调节器STRA不再直接调节功率级LSTA，而是通过一个第2电压调节器SPR2A。第2电压调节器SPR2A在电流调节器STRA和功率级LSTA之间以如下方式连接着不同的电阻R2A和R3A，即由第2电压调节器SPR2A为控制功率级LSTA而产生的指令电参量STGA与具有指令电参量RSA的电流调节器STRA所包括的调整范围相比只限定在一个窗口范围。
这类新的电路细节如下，即第2电压调节器SPR2A的一个负输入端与总输出电压Ua连接，与此同时第2电压调节器SPR2A的正输入端与电阻R2A和R3A相连，其中，电阻R2A与参考电压UrefA相连，并且电阻R3A与电流调节器STRA的输出端相连。第2电压调节器SPR2A的输出端与功率级LSTA的控制输入端SEA相连。
电阻R2A和R3A就参考电压UrefA而言，形成了一个分压器，此分压器以如下方式调整，即在总并联控制总线线路PSBL上，当指令电参量为0时在第2电压调节器SPR2A的正输入端上仍然有一个电压，从而为功率级LSTA还产生了一个控制电压STGA，以致功率级LSTA还能够提供出使被驱动的设备总还能够正常工作的输出电压。
如果在总并联控制总线线路PSBL上的指令电参量由于第1电压调节器SPR1A出现故障由特定范围上调，则在此电阻R2A和R3A仍然起着分压器的作用，这样各种影响同样只具有有限的作用。
总之输出电压的变化只限定在容差窗口之内。此容差窗口应该大于所期望参考电压、输出电压分压器和调节器的容差。如果此容差窗口选择为同时小于一个特定的输出电压容差，则即使在“电压调节器1”出现故障时，也不会离开特定的输出电压范围。

Claims (3)

1.一种电源单元的电路装置，此电源单元与同样类型的电源单元并联连接构成一个有一定余量的电源系统，此系统将输出电流部分均匀地分配给相应的各个电源单元，此电源单元具有至少一个为了形成电源系统而与用于相应的总输出电压的所属总连接线路连接的输出线路，用于功率级产生的输出电压，为了此输出电压的调整，配置了第1部分元件用于采集相对额定输出电压的电压偏差，第2部分元件用于产生一个受所采集的电压偏差影响的、在对于构成电源系统的电源单元共同的并联控制总线线路上，形成平均额定电流标度的指令电参量，以及第3部分元件用于通过控制功率级而将在输出线路上流动的实际电流调整到平均额定电流值，
其特征在于，
在第3部分元件和功率级(例如LSTA)之间配置有第4部分元件，此第4部分元件以如下方式将第3部分元件的较宽的调整范围限定在一个有限的窗口范围(Fensterbereich)，即输出级(例如LSTA)在其调整范围内总能够提供一个输出电压，此输出电压输送到在总连接线路上的总输出电压上去，用以使连接在总连接线路上的设备正常工作。
2.根据权利要求1所述电路装置，其特征在于，属于第一部分元件的是具有一个负输入端和一个正输入端的第1电压调节器(例如SPR1A)，其负输入端加上总输出电压(Ua)，并且其正输入端加上作为额定输出电压标度的第1参考电压(例如UrefA)，属于第2部分元件的是第1电阻(例如R1A)，此电阻安置在第1电压调节器(例如SPR1A)和并联控制总线线路(PSBL)之间，属于第3部分元件的是一个电流调节器(例如STRA)，此电流调节器以其负输入端与功率级(例如LSTA)的输出线路连接以监视实际电流(例如IistA)，并且以其正输入端与并联控制总线线路(PSBL)相连，以及属于第4部分元件的是第2电压调节器(例如SPR2A)，此第2电压调节器在负输入端加上输出电压(Ua)，并且在正输入端经第2电阻(例如R2A)与第1电压调节器(例如SPR1A)的正输入端连接，并且经第3电阻(例如R3A)与电流调节器(例如STRA)的输出端连接，并且第2电压调节器以其输出端与功率级(例如LSTA)的控制输入端(例如SEA)连接。
3.根据权利要求2所述电路装置，其特征在于，第2和第3电阻(例如R2A和R3A)，就参考电压(例如UrefA)和一个在电流调节器(例如STRA)输出端给出的在0V和最大电压之间的最大调整范围内的调整电压(例如RSA)而言，形成了一个分压器，功率级(例如LSTA)通过第2电压调节器(例如SPR2A)，用一个控制量(例如STGA)以如下方式加以控制，即功率级(例如LSTA)在窗口范围内提供一个输出电压，此输出电压总是传输至总的输出电压上，用以保持连接在总的连接线路上的设备正常工作。
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