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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stromversorgungslastauswahlkontrollschaltkreis
und insbesondere bezieht sie sich auf einen Lastauswahlkontrollschaltkreis,
der so ausgebildet ist, dass er in einer Stromversorgung bzw. in
einem Netzteil verwendet werden kann, die ein maximales Nutzleistungslimit
aufweist, um Benutzer in die Lage zu versetzen, selektiv auszuwählen und
definieren zu können,
welches maximale Nutzleistungslimit sie benötigen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Heutzutage
steigt der Bedarf an Leistung von Computersystemen, die von Benutzern
abgefragt wird, konstant. Die Stromversorgung der System-CPU und
der Peripheriegeräte
bedarf ebenfalls einer größeren Leistung.
Das Design der Stromversorgung hat ebenfalls in Betracht zu ziehen,
welche Auswirkungen Stromschläge
oder andere Effekte der Elektrizität auf den menschlichen Körper haben.
Daher gibt es eine begrenzte Leistungsempfehlung für die Ausgabeleistung
(das Maximum der Ausgabeleistung (Max VA) der Stromversorgung liegt
häufig bei
240VA gemäß den aktuellen
Spezifikationen. Hieraus ergibt sich, dass bei einer Spannung von 12V
der maximale Ausgangsstrom auf 20A limitiert ist). So gibt es z.
B. Energierisikostandards, in SSI oder im UL Standard für die Stromversorgung
von elektrischen Geräten.
Diese limitieren die maximale Ausgangsleistung der Stromversorgung
auf 240VA, um die Sicherheit der Computerbenutzer sicher zu stellen.
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Aus
der Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit der Computersysteme ergibt
sich, dass die Anzahl der angeschlossenen Geräten ebenfalls steigt. Um die
Bedürfnisse
von High-End-Benutzern zufrieden zu stellen, werden mehr Ausgänge für elektrischen
Output benötigt.
Jedem dieser elektrischen Output-Anschlüsse ist ein Stromschutzsschaltkreis zuzuordnen.
Dies erzeugt Probleme bei der Herstellung der Stromversorgung, da
das Design des Leistungsschutzschaltkreises schwierig ist. Hieraus
ergibt sich, dass unterschiedliche Typen von Geräten aufgrund unterschiedlicher
Leistungen unterschiedliche Designs für die Stromschutzkreisläufe benötigen. Dies
wird zu einer sehr schwierigen Aufgabe für die Hersteller von Stromversorgungen.
Zusätzlich
ist für
die High-End-Benutzer der Strombedarf für die High-End-Peripherie-Geräte oftmals
größer als
der Schutzstandard. Hieraus ergibt sich, dass viele High-End-Benutzer eine Stromversorgung
ohne Schutzfunktion bevorzugen. In der Folge müssen viele Hersteller Stromversorgungen
designen und bereitstellen, die eine große Leistung aber keine Schutzfunktion
aufweisen, um den Anforderungen des Marktes gerecht zu werden. Dies
erhöht
ebenfalls die Design- und Herstellungskosten. Dies ist nicht ökonomisch.
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Überblick über die
Erfindung
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Deshalb
liegt das Ziel der vorliegenden Erfindung darin, die vorher genannten
Nachteile zu lösen. Die
Erfindung zielt darauf ab, einen Stromversorgungslastauswahlkontrollschaltkreis
bereitzustellen, der es dem Benutzer ermöglicht, seinem Leistungsbedarf
angepasste Stromlimitschutzfunktionen zu bestimmen. Daraus ergibt
sich, dass Hersteller von Stromversorgungen einen einzigen Typ eines
uniformen Produktes basierend auf der gewünschten Leistung produzieren
können,
und der Benutzer kann Hochleistungs-Peripheriegeräte betreiebn,
ohne unterschiedliche Typen von Stromversorgungen zu wechseln.
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Um
das vorgenannte Ziel zu erreichen, ist die Erfindung so angepasst,
dass sie mit einer Stromversorgung verwendet wird, die ein maximales
Stromnutzungslimit aufweist. Der Leistungsschutzschaltkreis gemäß der vorliegenden
Erfindung stellt einen beschränkten
Stromwert durch einen Differenzschaltkreis zur Verfügung. Der
begrenzte Stromwert wird bestimmt und ausgewählt durch Referenzelemente
im Differenzschaltkreis, die unterschiedliche Leistungsreferencewerte
erzeugen und mit einem Schalter, der elektrisch mit dem Differenzschaltkreis verbunden
ist. Der Benutzer kann den Leistungsbegrenzungswert gemäß den Lastanforderungen
bestimmen, um die Leistung der Stromversorgung zu optimieren und
den Schutzansprüchen
zu entsprechen.
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Die
vorher genannten, genauso wie zusätzliche Gegenstände, Merkmale
und Vorteile der Erfindung werden wesentlich deutlicher durch die
folgende detaillierte Beschreibung, die im Folgenden auf die beiden
Zeichnungen Bezug nimmt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Schaltungsdiagramm einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
eine schematische Ansicht der Schalterkonfiguration der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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3 ist
ein Schaltungsdiagramm einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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4 ist
eine schematische Ansicht der Schalterkonfiguration der zweiten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Die 1 und 2 zeigen
ein Schaltungsdiagramm der vorliegenden Erfindung. Die Erfindung enthält einen
Auswahlkontrollschaltkreis für
die Lasten L1 – L3
der Stromversorgung. Die Stromversorgung umfasst zumindest einen
elektrischen Wandlerschaltkreis 10, der Gleichstrom ausgibt,
um zumindest eine der Lasten L1 – L3 zu treiben (in einer Ausführungsform,
die in den Zeichnungen dargestellt ist, werden drei Sätze von
Gleichstromausgängen
verwendet, um die drei Lasten L1 – L3 anzutreiben) und ein Leistungsschutzschaltkreis 20,
der elektrisch mit dem Wandlerschaltkreis 10 verbunden
ist. Der Gleichstrom, der die Lasten L1 – L3 treibt, hat einen Nutzleistungswert
V2, der mit einem Begrenzungsleistungswert V3 durch den Leistungsschutzschaltkreis 20 verglichen
wird, um ein Schutzsignal auszugeben. Der Begrenzungsleistungswert
V3 des Leistungsschutzschaltkreises 20 wird durch einen
Differenzelementschaltkreis 30 bereitgestellt. Der Differenzelementschaltkreis 30 umfasst
eine elektrische Quelle 31, die eine Referenzelektrizität ausgibt,
eine Vielzahl von Differenzelementen, die mit der elektrischen Quelle 31 verbunden
sind, um eine Vielzahl von Grenzstromwerten V3 zu stellen, und einen Schalter 32,
der elektrisch mit dem Differenzelementschaltkreis 30 verbunden
ist, um den Begrenzungsleistungswert V3 festzulegen. Der in den
Leistungsschutzschaltkreis 20 einfließt.
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Der
Differenzelementschaltkreis 30 für die elektrische Quelle 31 gemäß der vorliegenden
Erfindung, nimmt eine konstante Spannung an. Der Differenzelementschaltkreis 30 ist
aus dem Stand der Technik bekannt und hat viele Auswahlmöglichkeiten.
Die Erfindung wählt
eine von ihnen, wie z. B. eine elektrische Quelle 31 mit
einem konstanten Strom oder einem Differenzelementschaltkreis 30 mit
einem äquivalenten
Schaltkreis. In einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung umfasst der Leistungsschutzschaltkreis 20 einen
Signalverstärker 21 (unter der
Voraussetzung, dass dieser eine 35-fache Verstärkung des Signales erzeugt)
und einen Leistungsvergleicher 22 gemäß dem jeweiligen Gleichstromoutput
(unter der Voraussetzung, dass dieser 12V erzeugt), um die Lastschaltkreise
L1 – L3
zu treiben. Die Schaltkreise weisen Reihenwiderstände RS1 – RS3 auf
(unter der Voraussetzung, dass diese einen durchschnittlichen Widerstand
von 0,002Ω aufweisen).
Sobald der Gleichstrom durch die Widerstände RS1 – RS3 fließt, wird eine Potentialdifferenz
erzeugt. Die Potentialdifferenz wird mit den + – Enden des Signalverstärkers 21 verbunden
und wird verstärkt,
um eine detektierte Spannung V1 zu erhalten. Durch Abtastwiderstände RA1 – RA3 (vorausgesetzt diese
weisen 2KΩ auf)
und durch eine dividierte Spannung von geerdet dividierten Widerständen RV1 – RV3 (es
wird angenommen, diese haben 15KΩ)
wird ein Leistungswert V2 erlangt. Der Leistungswert V2 wird mit
einem V+ Ende des Leistungsvergleichers 22 verbunden, um
als Inputsignal verwendet zu werden. Der Leistungsvergleicher 22 weist
ein V- Ende auf, das mit dem Differenzelementschaltkreis 30 verbunden
ist. Der Differenzelementschaltkreis 30 der Erfindung umfasst
eine elektrische Quelle 31 (es wird angenommen, dass diese
2,5VDC aufweist), die durch den Leistungswiderstand RL1 und RL2
passieren (zwei maximumleistungslimitierende Modi mit einem maximalen
Stromlimit von 20A für
RL1 = 1KΩ und
einem maximalen Stromlimit von 30A für RL2 = 510KΩ vorausgesetzt),
und ein dividierter Spannungswiderstand Rs (es wird angenommen,
dass dieser 1KΩ aufweist,
der dividierte Spannungswiderstand Rs kann ein einziger Stromwiderstand
sein oder miteinander verbundene Widerstände. Es ist ein äquivalenter
Schaltkreis. Die folgende Diskussion basiert auf zwei Leistungswiderständen RL1
und RL2, die parallel geschaltet sind). Das Inputsignal des limitiereten
Leistungswertes V3, das in das V- Ende des Leistungsvergleichers 22 eingeführt wird,
wird durch den Schalter 32 bestimmt. Der Schalter 32 kann
manuell oder automatisch durch eine entsprechende Softwaredefinition
kontrolliert werden. Für
die manuelle Kontrolle wird ein externer Schalter 71 zur
Verfügung
gestellt. Der Schalter 71 ist auf der Oberflächenabdeckung 70 der
Stromversorgung angebracht. Es gibt zwei Anzeigeleuchten 72 an
zwei Seiten des Schalters 71, um die Stromzustände nach
dem Umschalten anzuzeigen. Für
das automatische Schalten durch eine Softwaredefinition kann der
Schalter 32 ein Transistor sein. Der Leistungsschutzschaltkreis 20 und
der Differenzelementschaltkreis 30 der vorliegenden Erfindung
können
in ein IC integriert sein. Dies ist ein Design eines äquivalenten
Schaltkreises, dessen Details hier ausgelassen werden.
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Beispiel 1:
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Es
werden die oben genannten Werte vorausgesetzt. Falls ein Benutzer
als maximalen Arbeitsstrom 20A unter Berücksichtigung der Lasten L1 – L3 als
das benötigte
Leistungsschutzlimit wählt,
wobei der Schalter 32 in einem offenen Zustand ist, passiert
die Inputelektrizität
der elektrischen Quelle 31 im wesentlichen durch RL1, ohne
durch RL2 zu passieren. Das Inputsignal des limitierten Leistungswerts V3
am empfangenen Ende V- des Leistungsvergleichers 22 kann
dann wie folgt berechnet werden:
V3 = konstante Spannung (2,5V) × (Leistungswiderstand
RL1 = 1KΩ/Leistungswiderstand
RL1 = 1KΩ + dividierten
Spannungswiderstand Rs = 1KΩ)
= 1,25V.
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Das
Inputsignal des Nutzleistungswerts V2 am empfangenden Ende V+ des
Leistungsvergleichers 22 können wie folgt berechnet werden:
V1
= Reihenwiderstand RS1 (0,0022Ω) × Arbeitsstrom
(20A) Verstärkungsfaktor
(35) = 1,4V.
V2 = V1 × (RA1/RA1 + RV1) = 1,4 × (15k/15k
+ 2k) = 1,235V.
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Basierend
auf den oben genannten Berechnungen ergibt sich, wenn der Arbeitsstrom
gleich oder kleiner als 20A ist, ein Inputsignal (1,235V) des Leistungswertes
V2 am empfangenden Ende V+ des Leistungsvergleichers 22,
das kleiner ist als das Inputsignal (1,25V) des begrenzten Leistungswertes V3
am empfangenden Ende V- des Leistungsvergleichers 22. Und
das Outputsignal des Leistungsvergleichers 22 ist LOW und
aktiviert somit nicht den Schutzschaltkreis der Stromversorgung.
Hieraus ergibt sich, dass die Stromversorgung weiter arbeitet.
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Beispiel 2:
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Verglichen
mit Beispiel 1, falls der Ausgangsarbeitsstrom 20A aufgrund von
unnormalen Zuständen
in der Stromversorgung übersteigt
wie z. B. 20,25A, dann ist V1 = 1,4175V, und V2 = 1,2507V; und das
Inputsignal (1,2507V) des Leistungswertes V2 am empfangenden Ende
V+ des Leistungsvergleichers 22 ist größer als das Inputsignal (1,25V) des
limitierten Leistungswertes V3 am empfangenden Ende V- des Leistungsvergleichers 22.
Das Outputsignal des Leistungsvergleichers 22 ist HIGH
und aktiviert den Schutzschaltkreis der Stromversorgung. Die Stromversorgung
stoppt die Arbeit und vermeidet so die Entstehung von Sicherheitsrisiken.
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Beispiel 3:
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Es
werden die vorher genannten Werte angenommen, falls ein Benutzer
den maximalen Arbeitsstrom 30A als das benötigte Leistungsschutzlimit
wählt,
in Betrachtziehung der Lasten L1 – L3, dann ist der Schalter 32 in
einem geschlossenen Zustand. Die Eingangselektrizität der elektrischen
Quelle 31 passiert durch die RL2 und RL1 zum gleichen Zeitpunkt
und das Inputsignal des limitierten Leistungswertes V3 am empfangenden
Ende V- des Leistungsvergleichers 22 kann wie folgt errechnet
werden:
V3 = konstante Spannung (2,5V) × (paralleler Leistungswiderstand
RL1 // RL2 = 337,75Ω /
Leistungswiderstand RL1 = 1KΩ +
dividierten Spannungswiderstand Rs = 1KΩ) = 1,869V.
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Das
Inputsignal des Leistungswertes V2 am empfangenden Ende V+ des Leistungsvergleichers 22 können wie
folgt berechnet werden:
V1 = Reihenwiderstand RS1 (0,002Ω) × Arbeitsstrom (30A) × Verstärkungsfaktor
(35) = 2,1V.
V2 = V1 × (RA1 / RA1 + RV1) = 2,1 × (15k /
15k + 2k) = 1,853V.
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Basierend
auf den oben genannten Rechnungen ergibt sich, dass wenn der Arbeitsstrom gleich
oder kleiner als 30A ist, so ist das Inputsignal (1,853V) des Leistungswertes
V2 am empfangenden Ende V+ des Leistungsvergleichers 22 kleiner
als das Inputsignal (1,869V) des limitierten Leistungswertes V3
am empfangenden Ende V- des Leistungsvergleichers 22. Und
das Outputsignal des Leistungsvergleichers 22 ist LOW und
aktiviert nicht den Schutzkreislauf der Stromversorgung. Hieraus
ergibt sich, dass die Stromversorgung kontinuierlich weiterarbeitet.
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Beispiel 4:
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Im
Vergleich zu Beispiel 1, falls der ausgegebene Arbeitsstrom 30A
aufgrund von unnormalen Zuständen
der Stromversorgung übersteigt,
wie z. B. 30,28A und V1 = 2,1196V, und V2 = 1,87V; dann ist das
Inputsignal (1,87V) des verwendeten Leistungswertes V2 am empfangenden
Ende V+ des Leistungsvergleichers 22 größer als das Inputsignal (1,869V)
des limitierten Leistungswertes V3 am empfangenden Ende V- des Leistungsvergleichers 22. Das
Outputsignal des Leistungsvergleichers 22 ist HIGH und
aktiviert den Schutzschaltkreis der Stromversorgung. Die Stromversorgung
beendet ihre Arbeit, um die Entstehung von Sicherheitsrisiken zu vermeiden.
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Gemäß den diskutierten
Beispielen ist es offensichtlich, dass der Benutzer die maximalen
Leistungsschutzmechanismen selbst steuern kann, indem er die Leistungsbedürfnisse
der Lasten L1 - L3 durch den Schalter 32 bestimmt. Hieraus
ergibt sich, dass es nicht notwendig ist, eine Vielzahl von Spezifikationen
für die
Stromversorgung zu erstellen.
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Die 3 und 4 zeigen
eine andere Ausführungsform
der Erfindung. Sie unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsformen
durch die Verwendung eines Leistungsdifferenzschaltkreises 30 in
jedem Leistungsschutzschaltkreis 20. Der Benutzer kann
hierbei individuelle Schutzmechanismen gemäß der Arbeitskreisläufe von
jedem Satz von Lasten L1 – L3
bestimmen. Die Frontplatte 70 der Stromversorgung hat ein
Anzeigelicht 72 und einen externen Schalter 71 für jeden
Arbeitsschaltkreis, um dem Benutzer die Auswahl des Schutzmechanismusses
zu erleichtern.
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
wurden verwendet, um die Erfindung zu offenbaren, wobei Veränderungen
der offenbarten Ausführungsformen, genauso
wie andere Ausführungen
davon, für
den Fachmann nahe liegen können.
Entsprechend versuchen die Ansprüche
alle Ausführungsformen,
die nicht vom Geist und vom Schutzumfang der Erfindung abweichen,
abzudecken.