CN1436328A - 电源序列发生器控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种循序外加电源至多个负载的系统及方法。该系统可结合其它此种系统操作为从或主。当该系统操作为主时，一旦电源开启则系统操作且开始循序外加电源至连接至其输出信道的负载。当该系统操作为从时，该系统首先必须接收来自其所连接的主系统的致能输入信号。主/从的指令可利用开关选择；如此串联连接单元可由单一主系统配置成为多个主系统无需变更布线，反之亦然。相信本新系统经由消除同时激活全部附接负载导致的激活电流涌浪，因而减少对各组件造成的应力而提供供电网络可信度改进及成本降低的效果。

Description

电源序列发生器控制电路

技术领域

本发明涉及电源控制器，尤其涉及调节电源外加至电子电路。

背景技术

电子系统常见由若干模块组成，各个模块由一个共通来源汲取交流电源。此外，电子装备使用的电源供应器的特征为激活时需要瞬间高电流。因此同时打开全部模块可能导致激活电流的实质组合。此种同时激活造成的暂时性电流过高可能诱生强磁场及电压尖峰而可能对电子装置造成过度应力而使电子装置故障。

由于同时操作的多个装置导致的累进激活电流高于架式安装电子测试系统经常成问题。架式安装电子测试系统典型是由若干电子测试装备及仪器共同安装于一个装备架上，且插在同一个交流电源组成。测试架通常有单一主电源开关；当开关闭路时，架上全部装备一次操作。(注意于断电后复电时也可产生如同打开电源开关时相同的瞬时)。由于激活电流也称作涌入激活电流为加成性，故组合的变迁电流可能够高而造成损害。

本问题的另一例可能出在于个人计算机内部配送电源。近代个人计算机的中央处理器就操作速度以及处理能力而言皆有重大成长。但伴随着性能的改进也造成复杂度增高与耗电量加大。原先IBM个人计算机使用的CPU皆含29,000个晶体管以时钟速度仅五百万赫运转且仅需0.05安操作电流。今日的CPU例如AMD亚瑟隆(Athlon)处理器含有2千2百万个晶体管，以大于十亿赫的时钟速度运转且耗电流超过35安。计算机电源供应器不仅必须支持CPU，同时也须支持磁盘驱动器、周边电路卡、周边模块等。当计算机首次供电时，同时将多个负载的负荷加在电源供应器上供给大量涌入电流将产生大磁场及大电压尖峰。大变迁电流造成的电磁场也干扰系统的激活。

常见实务是于电子电源供应器加上保护装置例如涌浪停止器以及软激活环路。此种保护装置对于消弭电源电压涌浪影响以及降低激活电流幅度的效果有限。尽管有此等措施，尖峰激活电流常显著高于电源供应器的额定稳态电流。如前文讨论，多个电源供应器的组合激活电流够高而诱生电磁效应；此种现象干扰电源供应器或支持环路且不适合涌浪停止器等。此外，此等集合激活电流可能造成主电源以及关联的开关组件严重过载。

如前文讨论，关联的可信度问题即为成本问题。需要接受同时激活电流的电源组件需要过建。设计工程师传统「最恶劣情况」标准表示装置足够忍受电流需求，其可能远超过正常操作条件而可避免故障。不幸较大型变压器、较重载开关接触等典型成本较高。供应大涌入电流以及输出模块忍受电压及磁涌浪的电路也造成成本增高。如此需要能忍受同时激活电流所造成的电力配送组件成本的增高。

有鉴于前述多项问题，较佳有一种自动化系统可施加功率给多个负载而避免同时激活电流。系统于断电及复电时可施行有序的重新开机。若系统可以交流或直流电源操作则更佳。此外系统须阶廉方便配合于多种不同应用用途例如计算机周边、测试装备架、自动化生产线上作电源定序。

发明内容

前文列举的多项问题大半可藉电源定序系统及方法解决。此处所述系统循序连接多个负载至一主电源，如此随着时间的经过，配送激活电源而减少涌浪电流造成组件应力及干扰的可能。于初步施加电力或于断电后恢复供电时操作。系统简单、价廉、可并入多种不同产品。此外，容易制成集成电路或放置于现有IC基板上作为芯片上周边装置。

本发明提供一种电源序列发生器包含一组可控制电源开关组件及关联电路用于计时、信号配送及控制。电力开关组件透过配送电路接收逻辑变迁的进行性延迟版本。如此开关组件是以定时顺序由环路所操作，且接续连接多个负载至一个电源供应器。由于负载是以多阶段连接而非同时连接，故可避免组合激活造成的巨大电流。本设计的又一特色为串联连接多个电源序列发生器，故串联连接的各个序列发生器唯有于其前一个序列发生器已经完成其顺序后才能致能。例如假设序列发生器A及B各自支持8个负载而B是由A致能。当首次供电时，序列发生器A连续以规则间隔时间连接它的8个负载至电源。至序列发生器A的第8个负载连接之前，序列发生器B维持未操作，序列发生器B的负载与电源隔离。当序列发生器A的第8个负载连接时，序列发生器A致能序列发生器B，让序列发生器B开始循序连接它的8个负载。实际上，两个串联连接的序列发生器表现如同单一序列发生器具有16个负载容量。藉此方式可连接任意数目的序列发生器；各个序列发生器致能次一序列发生器，而本身是由前一序列发生器所致能。

于范例具体实施例中，电源序列发生器包含逻辑控制定时器以及移位寄存器，该寄存器致能一组继电器配送电源给多个负载。继电器以固定时间间隔连续致动；如此电源是分成多阶段而非全部一次外加至负载。如此导致比负载全部一次同时激活远更低的尖峰激活电流。例如于包含16个相同电负载的测试架，电源序列发生器可降低涌入电流至全部一次致能全部负载时可能导致的涌入电流的1/16。控制激活顺序的逻辑可配置成以主或从模式操作。于主模式，一旦系统操作，则激活顺序开始。它方面，于从模式，于开始定序之前要求一个致能输入信号。此种特色可形成「花圈连锁式」多个电源序列发生器用于涉及大量负载或多个负载分隔宽广的情况。

须注意虽然于某些案例，多个负载系统可以人工调整为线上，因此电源循序外加至负载，但无法保证系统不断电。当于断电后，突然复电时系统电源常发生电流涌浪。当断电时正在操作的全部装置于复电时同时重新激活，经常导致巨大组合激活电流。如此单纯实施以人工循序供电给多个负载并无法保护不发生电流涌浪。

此处所述系统可应用至交流及直流电源配送，且可有利地用于多项用途来降低电源供应器及输入电路成本以及减少EMI发射。其价廉且可定标因此容易制造低成本集成电路。如此可含括作为例如电源条产品的额外附加价值特色。

除了前述系统外，此处含括一种实施循序供电给多个负载的方法。该方法包含形成一系列电压步骤，其中于该系列的各个电压步骤就前一步骤而言是延迟一段载明的时间间隔。渐进延迟的一系列电压步骤操作的电源开关组件，而该组件又供电给各别负载。

附图说明

其它本发明的目的及优点当研读后文详细说明及参照附图时将显然自明，附图中：

第1图为此处所述电源定序系统的具体实施例的方块图；

第2图为电源序列发生器的时序图，显示时钟、移位寄存器及电源开关组件的相对时序；

第3图显示序列发生器的电源开关部分的具体实施例；

第4a图显示电源序列发生器的正面面板布局图，第4b图显示多个序列发生器以串级排列连接；以及

第5图显示当将若干电源序列发生器连接在一起时使用的从/主环路具体实施例。

虽然本发明可做多种修改及替代形式，但于附图举例显示特定具体实施例而于此处说明其细节。但须了解图式及详细说明绝非意图囿限本发明于揭示的特定形式，反而本发明涵盖如随附的权利要求界定的本发明的精髓及范围内的全部修改例、均等及替代例。

具体实施方式

后文讨论是有关此处所述用于架式安装测试系统的电源序列发生器的具体实施例。本范例具体实施例用于说明系统的基本原理，但不可视为本系统及方法的应用仅限于该具体实施例。相反地，相信该系统及方法可用于极为宽广的电力配送及控制应用范围，其若干实例将举例说明如后。

第1图显示电源序列发生器的具体实施例的方块图。图中，圈出的编号表示信号线组群亦即总线。一个总线内部的各条信号线是以总线编号后方的短横线及信号线编号表示。例如连接移位寄存器18的第八个输出至MOSFET驱动器模块26的对应输入的信号线标示为22-8。第1图的总线信号编号出现于信号线原点附近。又后文讨论中，假定逻辑信号有两种可能状态分别标示为「高」及「低」。

于第1图具体实施例中，全部电源最终是由交流线52导出。交流线连接至交-直流电源供应器10，电源供应器对电源序列发生器内部环路提供12伏。交流线也连接至继电器模块38。于本具体实施例中，继电器模块包含8对继电器而连续供电给序列发生器输出总线40及42的8条负载信道。依据特定用途，继电器可为习知电机装置或某种形式的固态继电器。交流-直流电源供应器10的12伏输出藉线性调节器或直流-直流开关电源供应器12向下调节至5伏且配送给逻辑。本具体实施例中时钟产生器16作为序列发生器的时序来源，可为晶体振荡器、多个振动器或可供给适当时序信号的相似装置。时钟产生器16提供信号线17上的脉冲信号给移位寄存器18及20，其于本具体实施例作为配送网络。移位寄存器为数字逻辑设计上常用的时钟驱动多阶段式装置。移位寄存器的输入端提供的逻辑位准是以组队方式循序通过其各阶段。以移位寄存器18及20为例，输出线关联各个阶段；如此输入状态由移位寄存器所延迟及配送。移位寄存器18及20藉控制逻辑14维持于复置态。当复置时可忽略来自时钟产生器的脉冲，其输出线22及24皆为低。控制逻辑14维持复置态的时间长度是依据电源序列发生器是作为主或作为从决定，而作为主或作为从是由从/主模式信号线44的态决定。若序列发生器是作为主操作，则于电源开关46开启之后于短暂的初始化期间之后复置态升高。但若序列发生器是操作为从，则复置态维持直至主模式经过从致能发送48，以及从致能返回50的线路发送致能输出信号为止。此种操作模式让若干电源序列发生器以串级连接，因而可依序操作的较大量负载，或位在远程的负载。由于致能信号对从主而言为直流隔离，故对一个主模式所能驱动的从系统数目并无特殊限制。

移位寄存器18及20于本具体实施例含有8阶段，于各时钟变迁时经由连续各阶段传播存在于其输入端的逻辑位准。于各阶段的逻辑位准是于各接脚带出，换言之总线22及24。本例中，第一移位寄存器18的串联输入是硬接线至高逻辑位准，以及第二移位寄存器20的输入端是连接至前一移位寄存器18的最末阶段。因此一旦去除复置条件，移位寄存器18及20响应于时钟产生器，传播逻辑高循序通过第一移位寄存器18的各阶段，然后以相同方式循序传播通过第二移位寄存器20的各阶段。移位寄存器18及20的输出端由MOSFET模块26及28所缓冲，于继电模块38操作继电。此事件顺序以时序图显示于第2图。

第1图具体实施例所提供的若干信号的逻辑态以时间的函数关系显示于第2图。注意各轨线的项目编号是将对应信号的项目编号加100标示。例如说明信号22-3变迁的轨线(移位寄存器18之三输出)标示为122-3。全部时序是相对于时钟117，变迁(任意)假设发生于时钟的上升缘；垂直虚线表示重叠。本具体实施例中，时钟时间约0.5秒。如此例如轨线140-2及140-4的上升缘间隔1.0秒。但依据用途而定时钟时间可由0.1秒至数小时的范围。

第2图轨线122-1至122-8说明逻辑高如何传播通过移位寄存器18各阶段，重合时钟117周期。此点对移位寄存器20亦为真，如轨线124-1至124-8可证。注意移位寄存器20的第一状态变化至移位寄存器18的最末阶段(第8阶段)变迁态之前不会发生；如此反应出移位寄存器串联连接的事实。容后详述，各排序器的主输出信道包含双极连接。换言之，二开关组件关联各负载需要闭合二者来连接负载至电源。例如第1图的输出信道3包含信号线40-5及40-6；40-5连接负载至电源高段，以及40-6连接负载至低段。如此电路藉第二继电器完成。显示于第2图时钟轨线117与轨线140-2、140-4及142-8间的关系。例如移位寄存器18(信号线22-1)的第一输出由MOSFET(信号线32-1)缓冲，且操作关联输出信道1(信号线40-1)的二继电器之一。同理，移位寄存器18(信号线22-2)的第二输出由MOSFET(信号线32-2)缓冲，且操作的其它继电器(信号线40-2)，如此完成输出信道1的连接。如此于第2图以虚线连接140-2的上升缘与122-2的上升缘表示。

第1图的MOSFET驱动器模块26及28各自包含8个MOSFET晶体管。此等MOSFET可为不同装置或组合成为一个集成电路。另一具体实施例中，可使用其它类型可驱动继电线圈的电流放大装置，例如双极晶体管。各移位寄存器透过总线22及24连接至MOSFET栅极。当移位寄存器阶段走高时，对应输出线驱动各别MOSFET的栅极为高而导通之。各MOSFET的漏极是连接至模块38的继电器线圈，对各个负载有二MOSFET及二继电器。LED模块34及36也耦合至MOSFET驱动器，故有一个LED关联各个负载信道，当对应信道被激励时(亦即当关联MOSFET导通时)，各LED点亮。如此例如模块34的LED 3可藉NOR闸驱动，输入端连接至线32-5及32-6，故当二线走低时，LED3发亮；用来指示关联输出信道3的二继电器关闭。

举例言之，关联继电模块38及MOSFET驱动器模块28的第8个输出信道的环路显示于第3图。注意220VAC线52的二相位的各相位是连接至一个继电器；□1于线52-1连接至上继电器58，以及□2于线52-2是连接至下继电器60。当继电器关闭时，继电器透过输出线42-7或42-8连接其关联相位至输出插座62。如前述，MOSFET驱动器模块对继电器模块38的各个继电器含有一个MOSFET。第3图所示两个MOSFET54及56是由第8对移位寄存器输出端24-7及24-8驱动。上继电器58透过总线线30-7连接至MOSFET54，下继电器60透过总线线30-8连接至MOSFET56。当任一MOSFET打通时，MOSFET经由其各别继电线圈接收电流。如此造成正常为开的继电器接点关闭，连接220VAC线的二相位之一至负载。本具体实施例中，因二继电器须闭路而完成连接至负载，故操作的一个负载与操作的下一个负载间的时间间隔为1.0秒。显然于另一具体实施例中，线路电压为110VAC或直流数值，则时间间隔可缩小或加大。

电源序列发生器的具体实施例的面板显示于第4a图。设置电源开关64及66而将整个单元开或关，以及设置模式开关68及70俾配置成主或从(容后详述)。一列LED 72指示输出端是否被激活。也存在有一对模块式RJ-11插口(于壁面电话插口相同类型)，其中之一插口74为输入端而另一插口76为输出端。连接各插口的LED 78及80指示对应输入端或输出端是否被激活。

电源序列发生器方便组合来扩大输出能力。两个或两个以上的电源序列发生器可使用RJ-11，或其它连接器互连(相信RJ-11连接器特别廉价且方便易得)。电源序列发生器如第4b图所示，可经由连接指定为主的输出端至指定为从的输入端而连接成为从主关系。当激活时，主是以前文说明的方式循序外加电源给其输出端。但从保持断开至主完成其整个顺序为止，此时才开始循序激活其输出端。如此从/主组合的操作相当于单一序列发生器但带有两倍信道。此外，多个电源序列发生器可以此种方式串级，而各个序列发生器用来致能下一个序列发生器。如此将单一电源序列发生器的容量扩充至任意多数负载。除了第4b图说明的架构之外，多个序列发生器的组合操作要求各个序列发生器适当配置为主或从。如前述，于第4b图的具体实施例是使用面板上的模式开关达成。注意，虽然可串级任何数目的电源序列发生器，但该串行中唯有第一者作为主；其余序列发生器全部皆配置为从。如此允许致能输出信号由主所发出然后依序由各从所中继。模式开关将电源序列发生器重新配置为主或从的能力极其有利。例如复杂系统可由100个串联连接的电源序列发生器组成，一者为主而99者为从。使用模式开关，此种系统方便再度配置为50个主及50个从而布线未改变。

从主连接的主要特色为其对噪声具有高度免疫力。电源序列发生器的从输入与序列发生器环路的其余部分隔离；因此串联连接序列发生器的各序列发生器与其它环路隔离。此外要求相对高信号位准来致能从。结果可串级的电源序列发生器数目不会由累加的噪声所限，环境噪声不太可能伪触发从模式。藉此完成的环路的具体实施例显示于第5图。

第5图显示第1图所示部分主82，包含得自MOSFET模块38内部的MOSFET86。此种MOSFET88的负载为求简单是显示为电阻器，但实际上包括继电一次电路(如第3图所示)及其它组件。此外MOSFET86驱动从84的致能继电器90。主82与从84间的连接为二导体缆线，其中一导体92供给12伏给致能继电器90，其返回路径94经由MOSFET86接受继电电流。由于此种从主界面具有高噪声免疫力，故此种缆线长度典型可达100呎。并联其名目负载88及从模式的致能继电器90，MOSFET86也驱动关联主输出插口76的LED80。此种发光二极管指示从致能输出线被激活。同理，关联从输入插口74的LED78是并联连接致能继电器90，用于指示从接收来自主的致能输入信号。注意于第5图，继电器90将主82与从84隔离；结果二者间的电干扰可忽略。又噪声敏感度不会随着加上更多从系统而恶化。

本系统及方法的用途非仅限于此处讨论的具体实施例。显然易知电源序列发生器可调整配合多种电力配送的应用用途。例如此项技术于大型多组件式电路信号有利，如此显著激活电流可随着时间的经过而配送，如此减轻对开关及线路造成的应力。也提供计算机及其它电子装备的电源供应器成本上的节省；经由免除需要同时激活多个负载，可无需使用强劲昂贵的组件。由于设计上简单及成本低，故本设计可进行量产。

此处所述电源序列发生器的具体实施例是由分开不同组件或模块组成。但本系统及方法非仅限于此种实务，反而适合藉多种不同执行装置实施。例如逻辑及控制功能也可于可程序逻辑实施，或使用低成本通用用途微控制器实施；如此导致成本降低、空间节省以及制造能力改善。

相信大部分电源序列发生器电路可组合成为一个集成电路。对于高功率用途而言，例外为实际电源开关组件。但于许多涉及中等功率位准的情况，半导体开关可取代电机继电器；随后让整个序列发生器作为单一IC或混成电路。如此让电源序列发生器IC可廉价提升多种现有制品例如供电条或膝上型计算机。

业界人士显然易知此处揭示发明的效果是呈现一种定序供电给多个电气负载的系统及方法。熟谙技艺人士鉴于此处说明显然易知本发明的多种特征方面的进一步修改及替代具体实施例。此处所述例如电源输出信道数目及顺序，以及负载激活时间间隔的细节是供举例说明特定具体实施例。

工业实用性

本发明适用于多种工业应用，包括为电路供电。业界人士易知此处揭示发明是呈现一种定序供电给多个电气负载的系统及方法。该系统可以作为从属来接收致能信号，或者作为主控而产生致能信号，两种方式都是用于消除同时为多个电路负载加电而产生的电涌。意图如本发明权利要求范围涵盖全部修改及变化，如此本说明书及附图仅供举例说明之用而非限制性。

Claims (10)

1.一种连接多个负载至电源的方法，其特征在于该方法包含：

经由第一连接电路，以规定时间间隔接续连接各第一多数负载至电源，其中各时间间隔为一个时钟周期的倍数；以及

与连接多个负载的最末负载至电源同时，发送一个致能输出信号给第二连接电路，用以连接第二多个负载至电源。

2.如权利要求1所述的方法，其中连接第一多个负载至电源被延迟至电源激活后一段载明的时间。

3.如权利要求1所述的方法，其中该第一连接电路可配置成唯有于接收来自第三连接电路的致能输入信号时才连接第一多个负载至电源。

4.如权利要求1所述的方法，其中负载包含可由电源操作的装置或系统。

5.一种连接多个负载至电源的系统，其特征在于该系统包含：

时序信号源；

配送网络，适合接收时序信号，以及配送多个渐进延迟的时序信号版本；

多个可控制式电源开关组件，各个组件可由多个延迟时序信号之一激活；以及

控制环路，适合于全部可控制式电源开关组件皆激活时产生致能输出信号，以及进一步适合于接收致能输入信号。

6.如权利要求5所述的系统，其中该控制环路可配置成主或从，以及其中若控制环路配置为从，则该控制环路适合抑制配送网络操作直到接收致能输入信号为止。

7.如权利要求5所述的系统其中该控制环路适合于电源初步激励之后抑制配送网络的操作经历一段载明的时间。

8.如权利要求5所述的系统其中该配送网络包含具有串联输入端及并联输出端的移位寄存器。

9.如权利要求5所述的系统其中该可控制式电源开关组件包含机电或固态继电器。

10.如权利要求5所述的系统，其中该配送网络包括可激励电源开关组件的电流放大装置。

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