CN1925297A - 供电设备和供电方法 - Google Patents

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Abstract

一种根据多个交流电输入选择性地进行操作的电源免于异常操作。电源包括可切换的整流器以及电压到电压的转换器。如果已整流的电压超过预定电压值和/或通过转换器的电流超过预定的电流值，保护电路切断整流器和转换器中的至少一个。保护电路包括闭锁电路以便防止循环操作。

Description

供电设备和供电方法
本申请要求2005年8月29日向韩国知识产权局递交的韩国专利No.2005-79524的优先权，其公开在此一并包括作为参考。
技术领域
本发明涉及一种供电设备和一种供电方法，更具体地，涉及一种安全地保护电路以避免过压和过流的供电设备和供电方法。
背景技术
供电设备提供适当的电能，以便操作诸如计算机系统的电路设备。此类电路设备通常需要直流电作为电源，因此供电设备对输入的交流电进行整流并输出直流电。
在供电设备使用商用交流电源作为输入的情况下，输入电压可以是诸如110V或220V的电压。因此，为了适应110V和220V的输入电压，供电设备“不再改变”地使用输入的220V电压，并且将输入的110V输入加倍。在图1中示出了此种常规的供电设备。
在图1中示出的供电设备包括：整流部分12、电压选择器13以及平滑部分15。整流部分12包括二极管12a、12b、13c、和12d，并且对输入的交流电源11进行整流。平滑部分15包括例如与输入110V和220V的输入功率相对应的电容器15a和15b，并且将由整流部分12整流的电能充电至电容器15a和15b的每个中。
电压选择器13位于整流部分12和平滑部分15之间的预定电流通路中，并且用作通过或阻断(interrupt)电流的开关。如图1中所示，如果电压选择器13断开，与输入功率的幅度成比例的电压被充电至电容器15a和15b的串联组合中。然而，如果电压选择器13闭合，与输入功率的幅度成比例的电压被充电至两个电容器15a和15b的每个中。在这种情况下，与输入电压的两倍相对应的电压被充电至电容器15a和15b的串联组合。即，在输入电压是110V的情况下，供电设备输出与输入电压的两倍成比例的直流电压。
然而，尽管输入电压是220V，由于用户的过失或者设备的不正确的操作，电压选择器13也可能被闭合。在这种情况下，由于向每个电容器15a和15b施加了1.4倍的220V电压，可能损坏电容器15a和15b。
供电设备1一般使用在效率方面有利的开关模式电源(SMPS)。开关模式的供电设备1还包括：MOSFET 17a、变压器18、以及二极管19a和19b。供电设备1使用脉宽调制(PWM)来导通或截止MOSFET 17a，将由平滑部分15提供给变压器18的电压的幅度转换为输出电压Vo。
根据开关模式的供电设备1，如果由于用户的过失而闭合电压选择器13，并且提供220V的输入电压，可能在MOSFET 17a中导致过流，有可能导致爆炸。另外，即使与电压选择器13的位置一致地施加输入电压，如果在操作PWM时发生与反馈回路相关联的问题，或者由于PWM控制器IC的退化而在MOSFET 17a中出现栅极导通时间，也可能损坏MOSFET 17a。
发明内容
因此，本发明的一个方面是提供一种具有避免过压和过流的良好稳定性的供电设备和供电方法。
本发明总的发明概念的其他方面及优点将在下述的描述中部分地提出，部分概念将从描述中显而易见，或者可从本发明的实践中学习到。
本发明的前述和/或其他方面可通过提出一种供电设备来实现，该供电设备包括：整流部分，对输入的交流电进行整流以便输出直流电；平滑部分，可在多个电流通路中与整流部分相连，并且平滑通过每个电流通路从整流部分输入的直流电的电压；电压选择部分，通过控制多个电流通路中的至少一个，来选择已平滑的电压的幅度；以及平滑保护部分，估计已平滑的电压的幅度，并且如果确定电压的估计幅度大于预定电压值，则暂停从整流部分输出的直流电。
根据本发明的一个方面，平滑保护部分包括第一操作保持部分，保持输出的直流电的暂停。
根据本发明的一个方面，供电设备还包括：变压部分，转换已平滑的电压的幅度以便输出另一个电压；切换部分，通过控制输入变压部分的电流来确定另一个电压的幅度；以及切换保护部分，估计在切换部分中流动的电流幅度，并且如果电流的估计幅度大于预定值，则暂停切换部分的操作。
根据本发明的一个方面，切换保护部分包括第二操作保持部分，保持切换部分的暂停。
根据本发明的一个方面，切换保护部分估计在切换部分中流动的电流的幅度，并且如果在切换部分中流动的电流的估计幅度大于预定电流值，则暂停从整流部分输出的直流电。
根据本发明的一个方面，平滑保护部分估计已平滑的电压的幅度，并且如果已平滑的电压的估计幅度大于预定电压值，则暂停切换部分的操作。
本发明的前述和/或其他方面可以通过提出一种供电设备来实现，该供电设备包括：整流部分，对输入的交流电进行整流以便输出直流电；平滑部分，可在多个电流通路中与整流部分相连，并且平滑从整流部分输入的直流电的电压；电压选择部分，通过控制多个电流通路中的至少一个，来选择已平滑的电压的幅度；变压部分，转换已平滑的电压的幅度以便输出另一个电压；切换部分，通过控制流入变压部分的电流，来确定另一个电压的幅度；以及切换保护部分，估计在切换部分中流动的电流的幅度，并且如果确定在切换部分中流动的电流的估计幅度大于预定值，则暂停切换部分的操作。
根据本发明的一个方面，切换保护部分包括操作保持部分，保持切换部分的暂停。
本发明的前述和/或其他方面可以通过提出一种操作供电设备的方法来实现，所述供电设备包括：整流部分，对输入的交流电进行整流以便输出直流电；平滑部分，可在多个电流通路中与整流部分相连，并且平滑从整流部分输入的直流电的电压；电压选择部分，通过控制多个电流通路中的至少一个，来选择已平滑的电压的幅度，所述方法包括：估计已平滑的电压的幅度；以及如果估计的电压幅度大于预定电压值，则暂停从整流部分输出直流电。
根据本发明的一个方面，暂停直流电的输出的步骤包括：保持直流电输出的暂停。
根据本发明的一个方面，供电设备还包括：变压部分，转换已平滑的电压的幅度以便输出另一个电压；切换部分，通过控制输入变压部分的电流，来确定另一个电压的幅度，供电方法还包括：估计在切换部分中流动的电流的幅度；以及如果电流的估计幅度大于预定电流值，则暂停切换部分的操作。
根据本发明的一个方面，暂停切换部分的操作的步骤包括：保持切换部分的暂停。
根据本发明的一个方面，供电方法还包括：如果在切换部分中流动的电流的幅度大于预定电流值，则暂停从整流部分输出的直流电。
根据本发明的一个方面，供电方法还包括：如果已平滑的电压的幅度大于预定电压值，则暂停切换部分的操作。
本发明的前述和/或其他方面可以通过提供一种操作供电设备的方法来实现，所述供电设备包括：整流部分，对输入的交流电进行整流以便输出直流电；平滑部分，可在多个电流通路中与整流部分相连，用于平滑从整流部分输入的直流电的电压；电压选择部分，通过控制多个电流通路中的至少一个，来选择已平滑的电压的幅度；变压部分，转换已平滑的电压的幅度以便输出另一个电压；以及切换部分，通过控制输入变压部分的电流，来确定另一个电压的幅度，所述方法包括：估计在切换部分中流动的电流的幅度；以及如果估计的电流幅度大于预定值，则暂停切换部分的操作。
根据本发明的一个方面，暂停切换部分的操作的步骤包括：保持切换部分的暂停。
本发明的前述和/或其他方面可以通过提出一种供电设备来实现，该供电设备包括：第一电压转换器，根据多个输入交流电压选择性地进行操作，并且输出第一直流电压；第二电压转换器，将第一直流电压转换成第二直流电压；保护电路，如果第一直流电压超过预定电压和/或通过第二电压转换器的电流超过预定电流，则切断第一电压转换器和/或第二电压转换器。
根据本发明的一个方面，保护电路包括锁存器，使第一电压转换器保持为切断。
根据本发明的一个方面，保护电路包括锁存器，使第二电压转换器保持为切断。
根据本发明的一个方面，第一电压转换器包括：多个SCR(可控硅整流器)，对输入的直流电压进行整流；以及如果第一直流电压超过预定电压值和/或通过第二电压转换器的电流超过预定电流值，则保护电路输出控制信号以关闭SCR。
根据本发明的一个方面，第二电压转换器包括：开关，用于切换通过第二电压转换器的电流以便输出第二直流电压；以及如果第一直流电压超过预定值和/或通过第二电压转换器的电流超过预定电流值，则保护电路输出控制信号以便禁用开关的切换。
根据本发明的一个方面，第一电压转换器包括：多个SCR，对输入的直流电压进行整流；第二电压转换器包括：开关，切换通过第二电压转换器的电流以便输出第二直流电压；以及如果第一直流电压超过预定电压值和/或通过第二电压转换器的电流超过预定电流值，则保护电路输出第一控制信号以便关闭SCR，以及如果第一直流电压超过预定电压值和/或通过第二电压转换器的电流超过预定电流值，则输出第二控制信号以便禁用开关的切换。
附图说明
结合附图，从下述实施例的描述中，本发明的前述和/或其他方面和优点将变得显而易见，并且更易于被理解，其中：
图1是示出了使用使输入电压加倍的方法的常规供电设备的结构的示意图；
图2是示出了根据本发明实施例的供电设备的结构的方框图；
图3是示出了实现图2中示出的供电设备的电路的电路图；
图4是示出了图2和3中示出的供电设备的操作的流程图。
具体实施方式
现在详细参考本发明的实施例，在附图中示出了本发明的范例，全部附图中相同的参考数字表示相同的元件。为解释本发明，下面通过参考附图来描述实施例。
图2是示出了根据本发明实施例的供电设备100的结构的方框图。供电设备100向例如计算机系统的电子设备供电。供电设备100包括整流部分120、电压选择部分130、平滑部分150、平滑保护部分151、切换部分170以及变压部分180。交流电被输入整流部分120，在整流部分120中交流电被整流并输出为直流电。平滑部分150在多个电流通路中与整流部分120相连，用于平滑从整流部分120输入的直流电的电压。电压选择部分130通过控制整流部分120和平滑部分150之间的多个电流通路，选择由平滑部分150平滑的电压的幅度。变压部分180转换由平滑部分150平滑的电压的幅度，并且输出转换的电压。切换部分170通过控制输入变压部分180的电流，来确定转换的电压的幅度。平滑保护部分151可以估计由平滑部分150平滑的电压的幅度，并且如果确定电压的估计幅度大于预定电压值，则暂停从整流部分120输出直流电。供电设备100还可以包括切换保护部分171，用于估计输入变压部分180的电流的幅度，并且如果确定输入变压部分的电流大于预定电流值，则暂停转换电压的输出。
图3是示出了实现供电设备100的示例电路的电路图。整流部分120包括SCR 120a和120b以及二极管120c和120d，并且对输入交流电源110进行整流以便输出直流电。平滑部分150包括电容器150a和150b，并且将由整流部分120整流的电能充电至电容器150a和510b的每个中。
电压选择部分130位于整流部分120和平滑部分150之间的预定电流通路中，并且用作通过或阻断电流的开关。如图3所示，如果电压选择部分130断开，则与输入功率的幅度成比例的电压被充电至电容器15a和15b的串联组合中。如果电压选择部分130闭合，则与输入功率的大小成比例的电压被充电至电容器150a和150b的每个中。在电压选择部分闭合的情况下，与输入电压的两倍相对应的电压被充电至电容器150a和150b的串联组合中。也就是，在电压选择部分130闭合并且110V的输入电压的情况下，电容器150a和150b两端的电压大约与在电压选择部分断开、220V的输入电压的情况下的电压相同。
供电设备100以开关模式的方式进行操作，并且还包括：MOSFET170a、变压部分180、以及二极管190a和190b。MOSFET 170a是图2中示出的切换部分170的范例。供电设备100使用诸如脉宽调制的切换技术来导通或截止MOSFET 170a，将由平滑部分150提供给变压部分180的电压的幅度转换为输出电压Vo。
平滑保护部分151包括：电阻器151a和151b，感测电容器150a和150b的两端电压；电阻器151e和稳压二极管151c(Zener diode)，提供参考电压；比较器151d，具有电阻器151b两端的电压和由稳压二极管151c提供的参考电压分别被施加到的输入端；以及二极管151f，用于确定比较器151d中的输出的电流方向。比较器151d的输出通过二极管151f与SCR120a和120b的各个触发输入端相连。供电设备100还包括Vcc提供部分111a、二极管111b以及电阻器111c，用于给平滑保护部分151和切换保护部分171提供电压Vcc。
根据电容器150a和150b的两端的额定电压相应地设置稳压二极管151c的参考电压。设置电阻器151a和151b的电阻值，使得当供电设备100工作正常时电阻器151b两端的电压低于稳压二极管151c的参考电压，并且在这种情况下，比较器151d的输出为高，因此使SCR 120a和120b作为二极管工作，导致正常的整流操作。
如果供电设备100工作异常，例如在电压选择部分130被闭合并且220V的输入电压的情况下，电阻器151b两端的电压将高于稳压二极管151c的参考电压，并且在这种情况下，比较器151d的输出为低，从而使SCR120a和120b关闭，阻断由整流部分120输出的电流。因此，避免将过压充电至电容器150a和150b中。
平滑保护部分151还包括锁定(latch up)电路，用于使比较器151的输出保持为低。锁定电路包括晶体管151h和电阻器151i。锁定电路避免异常操作和保护操作发生循环。没有锁定电路，则平滑保护部分151操作阻断在整流部分120中流动的电流，降低充电至电容器150b中的电压，使得平滑保护部分151终止保护操作，充电至电容器150b中的电压升高，并且平滑保护部分151再次执行保护操作。
供电设备100还可以包括：切换保护部分171，估计在切换部分170中流动的电流的幅度，并且如果确定估计的电流幅度大于预定值，则暂停切换部分170的操作。切换保护部分171包括：电阻器170b，检测在MOSFET 170a的漏极和源极中流动的电流；电阻器171d和171e，提供过流保护电路的参考电压；比较器171c，具有电阻器171e两端的过流保护参考电压和电阻器170b两端的电压分别被输入到的输入端；以及二极管171f，确定流入MOSFET 170a的栅极电压信号的电流。供电设备100还包括PWM控制器(未示出)，给MOSFET 170a提供栅极电压信号。
根据电阻器170b的电阻值和MOSFET 170a的参考电流，相应地设置电阻器171d和171e的电阻值。如果供电设备正常工作，电阻器170b两端的电压被设置为低于过流保护参考电压，在这种情况下，比较器171c的输出为高，并且从PWM控制器(未示出)至MOSFET 170a的栅极电压信号被提供给MOSFET 170a的栅极，并且开关部分170正常工作。
如果在220V输入电压的情况下电压选择部分130被闭合，或者供电设备工作异常，例如在发生与PWM操作的反馈回路或PWM控制器IC的退化相关联的问题的情况下，电阻器171b两端的电压变得高于过流保护参考电压，并且在这种情况下，比较器151d的输出为低，从而导致由比较器171c的输出阻断了通过二极管171f来自PWM控制器的栅极电压信号。因此，MOSFET 170a的操作被暂停以便阻断通过MOSFET 170a的漏极和源极的电流，因此保护了MOSFET 170a。
切换保护部分171还包括锁定电路，用于使比较器171c的输出保持为低。切换保护部分171的锁定电路可以包括晶体管171a和电阻器171b。切换保护部分171的锁定电路以与平滑保护部分151的锁定电路避免循环操作的方式类似的方式，避免异常操作和保护操作发生循环。
比较器151d的输出和比较器171c的输出彼此相连。因此，在比较器151d和比较器171c中任意一个为低的情况下，平滑部分150和切换部分170均被保护。
图4是示出了供电设备100的操作的流程图。在操作S110中，向供电设备100供电，在操作S111中，检测电容器150a和150b的两端的电压电平。在操作S112中，确定检测到的电压电平是否大于参考电压，以及如果检测到的电压电平大于参考电压，则在操作S113中，将比较器151d的输出设置为低，从而在操作S114中使SCR 120a和120b关闭。因此，在操作S115中，阻断了电容器150a和150b的两端的过压。
如果电容器150a和150b两端的检测到的电压电平不大于参考电压，则在操作S116中确定在MOSFET 170a中流动的电流是否大于参考电流。如果流过MOSFET 170a的电流大于参考电流，则在操作S117中，将比较器171c的输出设置为低，从而在操作S118中，阻断MOSFET 170a的栅极电压信号。因此，避免了过流流入MOSFET 170a中。
如上所述，本发明提出了一种具有避免过压和过流的良好稳定性的供电设备和供电方法。
尽管已示出和描述了本发明的一些实施例，本领域的技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以在这些实施例中进行改变，在所附权利要求及其等效物中限定本发明的范围。

Claims (22)

1.一种供电设备，包括：
整流部分，对输入的交流电进行整流以便输出直流电；
平滑部分，可在多个电流通路中与整流部分相连，平滑通过每个电流通路从整流部分输入的直流电的电压；
电压选择部分，通过控制多个电流通路中的至少一个，来选择已平滑的电压的幅度；以及
平滑保护部分，估计已平滑的电压的幅度，并且如果已平滑的电压的估计幅度大于预定电压值，则暂停从整流部分输出的直流电。
2.如权利要求1所述的供电设备，其中，所述平滑保护部分包括第一操作保持部分，保持暂停输出的直流电的操作。
3.如权利要求1所述的供电设备，还包括：
变压部分，转换已平滑的电压的幅度以便输出另一个电压；
切换部分，通过控制输入变压部分的电流来确定另一个电压的幅度；以及
切换保护部分，估计在切换部分中流动的电流的幅度，并且如果流过切换部分的电流的估计幅度大于预定值，则暂停切换部分的操作。
4.如权利要求3所述的供电设备，其中，所述切换保护部分包括第二操作保持部分，保持切换部分的暂停。
5.如权利要求3所述的供电设备，其中，如果流过切换部分的电流的估计幅度大于预定电流值，则暂停从整流部分输出的直流电。
6.如权利要求3所述的供电设备，其中，如果已平滑的电压的估计幅度大于预定电压值，则平滑保护部分暂停切换部分的操作。
7.一种供电设备，包括：
整流部分，对输入的交流电进行整流以便输出直流电；
平滑部分，可在多个电流通路中与整流部分相连，并且平滑直流电的电压；
电压选择部分，通过控制多个电流通路中的至少一个，来选择已平滑的电压的幅度；
变压部分，转换已平滑的电压的幅度以便输出另一个电压；
切换部分，通过控制输入变压部分的电流，来确定另一个电压的幅度；以及
切换保护部分，估计在切换部分中流动的电流的幅度，并且如果电流的估计幅度大于预定值，则暂停切换部分的操作。
8.如权利要求7所述的供电设备，其中，切换保护部分包括操作保持部分，保持切换部分的暂停。
9.一种操作供电设备的方法，所述供电设备包括：整流部分，对输入的交流电进行整流以便输出直流电；平滑部分，可在多个电流通路中与整流部分相连，并且平滑从整流部分输入的直流电的电压；电压选择部分，通过控制多个电流通路中的至少一个，来选择已平滑的电压的幅度，所述方法包括：
估计已平滑的电压的幅度；以及
如果已平滑的电压的估计幅度大于预定电压值，则暂停从整流部分输出的直流电。
10.如权利要求9所述的供电方法，其中，暂停输出的直流电的步骤包括保持暂停输出的直流电。
11.如权利要求9所述的供电方法，其中，所述供电设备还包括：变压部分，转换已平滑的电压的幅度以便输出另一个电压；切换部分，通过控制输入变压部分的电流，来确定另一个电压的幅度，所述供电方法还包括：
估计在切换部分中流动的电流的幅度，以及
如果估计幅度大于预定电流值，则暂停切换部分的操作。
12.如权利要求11所述的供电方法，其中，暂停切换部分的操作的步骤包括保持暂停切换部分的操作。
13.如权利要求11所述的供电方法，还包括：如果在切换部分中流动的电流的幅度大于预定电流值，则暂停从整流部分输出的直流电。
14.如权利要求11所述的供电方法，还包括：如果已平滑的电压的幅度大于预定电压值，则暂停切换部分的操作。
15.一种操作供电设备的方法，所述供电设备包括：整流部分，对输入的交流电进行整流以便输出直流电；平滑部分，可在多个电流通路中与整流部分相连，平滑直流电的电压；电压选择部分，通过控制多个电流通路中的至少一个，来选择已平滑的电压的幅度；变压部分，转换已平滑的电压的幅度以便输出另一个电压；以及切换部分：通过控制输入变压部分的电流，来确定另一个电压的幅度，所述方法包括：
估计在切换部分中流动的电流的幅度；以及
如果流过切换部分的电流的估计幅度大于预定值，则暂停切换部分的操作。
16.如权利要求15所述的供电方法，其中，暂停切换部分的操作的步骤包括保持暂停切换部分。
17.一种供电设备，包括：
第一电压转换器，根据多个输入交流电压选择性地进行操作，并且输出第一直流电压；
第二电压转换器，将第一直流电压转换成第二直流电压；
保护电路，如果第一直流电压超过的预定电压和/或通过第二电压转换器的电流超过预定电流，则切断第一电压转换器和/或第二电压转换器。
18.如权利要求17所述的供电设备，其中，保护电路包括锁存器，使第一电压转换器保持为切断。
19.如权利要求17所述的供电设备，其中，保护电路包括锁存器，使第二电压转换器保持为切断。
20.如权利要求17所述的供电设备，其中：
第一电压转换器包括对输入的直流电压进行整流的多个SCR；以及
如果第一直流电压超过预定电压值和/或通过第二电压转换器的电流超过预定电流值，则保护电路输出控制信号以便关闭SCR。
21.如权利要求17所述的供电设备，其中：
第二电压转换器包括开关，用以切换通过第二电压转换器的电流以便输出第二直流电压；以及
如果第一直流电压超过预定电压值和/或通过第二电压转换器的电流超过预定电流值，则保护电路输出控制信号以便禁用开关的切换。
22.如权利要求17所述的供电设备，其中：
第一电压转换器，包括整流输入的直流电压的多个SCR；
第二电压转换器，包括开关，用以切换通过第二电压转换器的电流以便输出第二直流电压；以及
如果第一直流电压超过预定电压值和/或通过第二电压转换器的电流超过预定电流值，则保护电路输出第一控制信号以便关闭SCR，以及如果第一直流电压超过预定电压值和/或通过第二电压转换器的电流超过预定电流值，则输出第二控制信号以便禁用开关的切换。
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