KR100232811B1

KR100232811B1 - 다중 분리 레귤레이터와 분리 모드를 구비한 전원 장치

Info

Publication number: KR100232811B1
Application number: KR1019960026050A
Authority: KR
Inventors: 제이. 김블 크리스토퍼; 케이. 에건 패트릭
Original assignee: 포만 제프리 엘; 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
Priority date: 1995-07-14
Filing date: 1996-06-29
Publication date: 1999-12-01
Also published as: US5659208A; KR970007577A

Abstract

2개 이상의 변환기가, 변환기를 분리시키고 변환기의 출력이 진단 목적으로 개별적으로 테스트되도록 하는 별개의 다이오드를 통해, 공통 출력 노드에 각각 접속되는 잉여 전원의 작동 방법에 관한 것이다. 다이오드들은 각각 다이오드 양단에 P채널 MOS 전계효과트랜지스터의 드레인과 소스를 접속시켜 선택적으로 바이패스된다. 진단모드로 동작하는 동안 제어기는 MOS 트랜지스터를 정지시켜 다이오드가 변환기를 분리시키도록 한다. 바이패스 모드로 동작하는 동안 트랜지스터가 제어기에 의해 온(ON)되어 다이오드는 바이패스되고 그들의 순방향 전압 강하는 회로에 나타나지 않아 전력낭비는 줄어든다. P채널 MOS 트랜지스터는 그의 진성 PN 접합 다이오드가 분리 다이오드와 병렬로 순방향 통전되도록 접속되어 진단 모드 동안 분리되지 않는다. 제어기는 진단 절차가 완료될 수 있는 지연 기간이 경과한 후에 진단모드에서 바이패스 모드로 전환시킨다.

Description

다중 분리 레귤레이터와 분리 모드를 구비한 전원 장치

제1도는 본 발명의 일 실시예의 특징을 이용하는 잉여 보조 전원을 구비한 컴퓨터 시스템의 블록도.

제2도는 본 발명의 실시예에 따른 제1도의 시스템에서 전원 제어기에 의해 수행되는 동작 흐름도.

제3도는 본 발명의 실시예의 특징을 이용하는 제1도의 컴퓨터 시스템용 잉여 보조 전원이 전기적인 상세 블록도.

제4도는 본 발명에 따라 제1도의 시스템의 전원 제어기에 의해 수행되는 제2도동작의 상세 흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : 전원 13 : 예비 밧데리

14 : CPU 15 : 주메모리

16 : 디스크 17 : 제어기

18 : 변환기

본 발명은 컴퓨터 등에 사용하는 전원 회로에 관한 것으로 특히 공통 부하에 전원 공급을 하기 위해 두개 이상의 분리된 잉여 레귤레이터(또는 밧데리와 같은 전원)를 사용하고 진단 모드로 동작하는 동안 각각의 레귤레이터를 분리(차단)시키는 수단을 구비한 전원회로에 관한 것이다.

대행 컴퓨터 시스템들은 보조 전원을 구비하여 주 전원(보통 AC 선 전류)이 정지되는 경우에도 컴퓨터가 그 상태를 저장하기에 충분한 시간동안 작동되도록 한다. 보조 전력이 들어오면 컴퓨터는 데이타의 손실 없이 재 시동될 수 있다. 컴퓨터가 꺼져 있는 동안, 전원 꺼짐 모드(power-down mode)와 같은 예비 상태로 시스템 일부를 유지시켜 예를 들어 주메모리의 내용을 보존하다. 이런 예비 전력을 공급하기 위하여 일반적으로 밧데리가 사용되며 대형 시스템에서는 밧데리 요구사항이 필수적이다. 주메모리는 통상적인 동작 전류보다 작은 전류에서도 유지될 수 있으며 이 주기 동안 전력 소비를 줄일 수 있다. 예를 들면 주메모리로 사용되는 DRAM은 연장클럭모드와 회복기간에 놓여질 수 있다. 다수의 변환기를 구비하여 하나의 변환기가 꺼져도 대기 시스템 전체가 충격을 받지 않도록 하는 것이 바람직한다. 대기모드로 들어간 경우, 즉 주 AC 전력이 차단된 직후 진단 절차를 수행하여 각각의 변환기가 적절히 동작하는지를 확인하고 그렇지 않은 변환기들을 각각 차단시켜 결함있는 변환기로 인한 부하의 오동작을 방지하도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 이유 때문에, 변화기들의 출력은 다이오드에 의해 서로 분리된다. 불행히도, 다이오드는 진단 절차가 수행된 후에도 회로 내에 존재하며, 순방향 전압강하가 실질적인 전력낭비로 나타나 긴 밧데리 수명에 역효과를 낸다. 저전압 상태에서 이 다이오드들의 순방향 전압 강하는 예비 또는 보조모드로 사용된 밧데리의 총 전력사용의 상당부분을 차지한다.

본 발명의 한 목적은 컴퓨터 시스템에 사용되는 개량된 예비 전원 구성에 관한 것으로 특히 잉여 보조 전원을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 컴퓨터 시스템에 사용되는 개량된 밧데리 보조 시스템 및 그 방법을 제공하려는 것으로서, 시험하는 동안 잉여 전원을 분리하는데 필요한 직렬 접속 다이오드로 인하여 밧데리 수명이 과도하게 떨어지지 않도록 하려는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 두개 이상의 변환기 (또는 밧데리 같은 전원장치)가 이들 변환기를 분리시키는 다이오드를 통하여 공통 출력 노드에 각각 접속되어 그 출력들이 진단 목적으로 각각 테스트되도록 하는 잉여 전원의 작동 방법을 제공한다. 다이오드는 각각 다이오드 양단이 P채널 MOS 전계효과 트랜지스터의 드레인 소스간에 접속되어 선택적으로 바이패스된다. 진단모드로 동작하는 동안, 제어기는 MOS 트랜지스터를 차단시키어, 다이오드가 변환기를 분리시키는데 효과적이다. 바이패스 모드로 동작 동안, 트랜지스터가 제어기에 의해 온(ON)되어 다이오드는 바이패스되고 그들의 순방향 전압 강하는 회로에 나타나지 않아 전력낭비가 줄어든다. P채널 MOS 트랜지스터는 그의 진성 PN 접합 다이오드가 분리 다이오드와 병렬로 순방향 통전되도록 접속되어 진단 모드 동안 분리되지 않는다. 제어기는 진단 절차가 완료되는 일정 지연 기간이 경과한 후에 진단모드에서 바이패스 모드로 전환한다.

본 발명의 특징인 새로운 구성은 첨부된 청구 범위에 기재한다. 본 발명의 바람직한 사용 양태, 목적 및 장점들은 첨부된 도면과 상세한 설명을 참조하여 이해할 수 있을 것이다.

제1도를 참조하면, 컴퓨터 시스템(10)은, CPU(14)로 동작 전압을 공급하기 위하여 AC 전선(12)으로부터의 전력을 사용하는 전원 장치(11)과 예비 밧데리(13), 주 메모리(15), 및 디스크 드라이브(16)와 같은 주변 장치로 구성된다. 주메모리는 1GB의 대형이고 정상 동작 상태와 전력 절약 상태를 가진 DRAM으로 만들어진다. 정상 동작동안, 컴퓨터느 AC전선(12)으로부터 전력을 공급받아 전원(11) 내의 변환기는 적당한 동작전압인 3.5V 직류로 만들어, CPU(14), 메모리(15) 및 주변장치(16)의 다양한 부품에 공급한다. 전원 장치(11)는 AC전력이 떨어질 때 순서에 따라 절차가 수행되도록 프로그램이 되어 있는데, (1) AC전력이 떨어지는 것을 인식하고, (2) CPU에 CPU내의 정지 프로세스를 개시할 것을 통지하여 복구될 상태가 디스크(16)의 영구 저장 장치에 저장되도록 하고, (3) 순차적인 정지와 상태 저장을 위해 짧은 시간동안 전체 CPU에 충분한 전력(즉, 3.5V)을 공급하고 난후, (4) 최소 복구 모드 상태에 있는 주메모리의 DRAM을 제외한 모든 컴퓨터 부품에 전력공급을 차단한다. 이러한 최소 복구 모드에서 DRAM에 대한 클럭과 복구율은 천천히 떨어지고, 3.5V의 최소 동작 전압만이 DRAM칩에 공급되어 전력을 보존한다. AC전력이 회복된후, 컴퓨터의 동작은 전체 메모리 상태가 재생되어야 하는 경우보다 더욱 빨리 복구 될 수 있으며, 또한 메모리 상태를 저장하면, 차단전 디스크에 전체 내용을 기록하는데 필요한 시간이 없어지게된다.

제2도에서, 전원 제어기(17)에 의해 실행되는 프로세스가 흐름도로 도시되어 있다. 제어기는 계속적으로 AC전력이 켜졌는지를 검사하고, AC전력이 켜진 상태이면, 루프(19)에 도시된 바와 같이 밧데리(13)를 충전시킨다. AC전력이 켜진 상태가 아니면, 블록(20)에서, 정지를 개시하라는 메시지가 CPU에 전송된다. 블록(21)에서, 충분히 전력이 유지되는 시간을 정하기 위해 타임-아웃(time-out)(예를 들어 1분)이 시작된다. 그후, 블록(22)에서와 같이, 본 발명에 따라 밧데리 변환기에 대한 진단 절차로 들어간다. 이 절차는 두개 또는 모든 나머지 DC변환기가 적당히 동작하여 저 전류 유지 레벨이 확실하게 유지되는지 검사하고, 그렇지 않으면 각각의 DC 변환기는 각각 오프-라인(off-line)상태가 되어 하나의 변환기가 다른 변환기의 기능을 손상시키지 않도록 한다. 판단 블록(23)에서, 선택된 시간, 즉, 타임아웃이 종료되는지를 체크하고, 종료되지 않았으면 블록(24)에서 충분한 전력을 유지하고 종료 루프를 계속 진행한다. 타임-아웃이 종료되면, 제어기(17)는 주메모리의 DRAM으로 제어 신호를 보내어 블록(25)에서 전력 절약 복구 모드로 들어간다. 여기서, 제어기는 DC변환기로 신호를 보내어 후술하는 바와 같이, 정상 장치의 분리 다이오드를 바이패스시키는데, 이러한 동작은 제2도의 블록(26)에서 설명된다. 그후, DRAM은 AC전력이 루프(28)에서처럼 복구될 때까지 블록(27)에 도시된 바와 같이 저 전력 모드로 유지된다. AC전력이 회복되면, 메세지가 CPU로 송신되고 바이패스 장치들은 블록(29)에서 오프(OFF)되고, 개시 상태가 흐름도의 경로(30)를 통하여 다시 들어가게 된다.

제3도에서, 제어기(17)와 변화기 장치(18)의 다욱 상세한 흐름도가 본발명에 따라 도시된다. 본 예에서, 다수의 DC-DC변환기(31, 32 및 33)를 포함하는데, 각각은 밧데리(13)(또는 AC-DC변환기)로부터 DC입력을 수신하고 노드(34, 35 및 36)에서 각각 DC출력을 발생시킨다. 변환기(31, 32 및 33)는 선(37, 38, 및 39)을 통하여 제어기(17)에 의해 각각 온, 오프되어 온라인 또는 오프라인 될 수 있다. 또한, 제어기는 검출기(40, 41 및 42)에 의해 도시된 바와 같이 각각의 제어기 출력에서 일정한 동작 상태를 검출할 수 있으며, 이러한 상태들은 변환기가 차단되게 되는 상태를 표시하는 미달전압, 초과 전압 및 초과 전류가 된다. 검출된 정보가 선(43)을 통해 제어기(17)에 피드백된다 변환기(31, 32 및 33)의 출력노드(34, 35 및 36)는 다이오드(44, 45 및 46)를 통해 공통노드(47)에 연결되고 그 노드는 부하(48)[메모리(15)내 DRAM]에 접속된다. 다이오드(44, 45 및 46)는 변화기 출력 노드(34, 35 및 36)를 서로 분리시키는데 필요하다. 다이오드가 없다면, (예를 들어) 하나의 변환기에 오류가 발생하여 미달 전압이 발생하거나 전압이 발생하거나 전압이 발생하지 않은 경우에도, 다른 1개 이상의 변환기로부터의 전압이 공통노드(47)로부터 검출기에 다시 연결되기 때문에, 변환기에 대한 오류는 검출기(40, 41 및 42)에 의해 검출되지 않는다. 그래서, 다이오드(44, 45 및 46)는 상이한 변환기 출력들(34, 35, 및 36)이 검출기(40, 41, 및 42)와 선(43)을 통하여 제어기(17)에 의해 각각 독립적으로 송신되도록 한다. 문제는 부하(47)의 부하전압에 비해 다이오드(44, 45 및 46)가 순방향으로 매우 큰 전압 강하가 일어난다는 것이다. 예를 들어, 쇼트키 다이오드 또는 PN 접합 다이오드는 3.5V의 상당부분인 약 0.5V 정도의 순방향 전압 강하나 일어나, 다이오드내 전력낭비가 총 전력낭비의 매우 큰 비율을 차지한다. 중요한 점은 밧데리 수명인데, 컴퓨터 시스템(10)은 충분한 전력으로 온라인 상태로 복귀할 때까지 주메모리의 내용을 손실하지 않고 정지상태를 유지해야 된다. 따라서, 정지 상태에서 최소한의 복구 모드로 가능한한 전력낭비를 최소화하는 것이 목적이다.

본 발명의 중요한 특징에 따르면, 바이패스 배열을 이용하여, 분리 소자로서 기능이 완료된 다이오드(44, 45, 또는 46)를 분리시킨다. 이를 위해,

P채널 MOS 전계 효과트랜지스터(50, 51, 및 52) 형태의 바이패스 소자들은 다이오드(44, 45 및 46)와 각각 병렬로 접속되고, 이 MOS 트랜지스터들의 게이트들은 제어기(17)로부터 선(53)을 통하여 출력을 수선하도록 접속된다. 중요한 것은, P채널 MOS 트랜지스터(50, 51 및 52)는, MOS 트랜지스터의 기생 PN접합 다이오드가 바이패스되는 순방향과 같은 방향으로 도통되도록 전극이 배치되어 접속된다는 것이다. 즉, P채널 MOS 트랜지스터의 P형 드레인 영역은 밧데리측 노드(34등)에 접속되어 “애노드”로서 동작하고, 소스 영역은 “캐소드”로 동작하고 대응 다이오드(44) 등의 캐소드 또는 부하측에 접속된다. P채널 MOS 트랜지스터가 실질적을 온된 후 게이트 전압에 의해 바이어스 걸릴 때, P채널 MOS 트랜지스터의 드레인-소스 경로 양단의 순방향 전압 강하는 다이오드의 순방향 강하보다 작아서 전력 소비는 현저하게 줄어든다. 검출기(40, 41, 및 42)가 오류를 검출하면, 제어기(17)는 P채널 MOS 트랜지스터(50, 51 및 52)를 제어선(53)에 각각 연결시킨 상태로 유지할 것이다.

제3도에서, 제어기(17)는 AC-DC변환기(58)의 출력부에서의 검출기(55)에서 AC입력(12)의 출력을 감지하여, 변환기(58)를 온 또는 오프시킨다. 변환기(58)의 출력은 충전기(56)를 통해 밧데리를 충전시키고, 컴퓨터 시스템(10)의 주 버스 전압인 노드(59)(즉, 32V)에 주 전압을 공급한다.

제4도에서, 제3도의 DC-DC변환기에 대하여 제어기(17)에 의해 수행되는 진단 및 제어 프로세스(22)가 일 실시예에 따라 설명된다. 제1단계는 블록(60)에 표시된 바와 같이, 각각의 변환기를 온 시킨 후에, 블록(61)에 표시된 바와 같이 각각의 변환기 출력(34, 35 및 36)에 미달 전압 상태가 존재하는지를 알아보기위해 각각 테스트 한다. 미달 전압 상태가 존재한다면, 각 변환기(31, 32, 및 33)는 정지되고(62), 블럭(63)으로 빠져나가도록 제어된다. 미달 전압 상태가 없으면, 각각의 경우에 대해, 블럭(63)에 프로세스가 종료된다.

본 발명의 상기 실시예를 개량하면, N채널 MOS트랜지스터를 P채널 트랜지스터(50, 51, 및 52) 대신에 사용할 수 있다. 또한 NPN 또는 PNP 쌍극 트랜지스터 또는 릴레이 또는 다른 바이패스 소자를 사용할 수 있다. 게다가 바이패스 소자로서, 이산 다이오드(44, 45, 및 46) 대신에 진정 다이오드를 사용할 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 상기 설명된 유사한 전원과 같은 시스템에 한정하지 않는다. 예를 들면, 전원 시스템은 다른 레귤레이터를 대신하여 전력 레귤레이터의 출력이 밧데리와 같이 보조 역할을 하도록 사용할 수 있다. 여기서 설명된 바와 같이, 블록킹 다이오드, 바이패스 소자, 및 제어방법은 밧데리의 효율을 개선시키기 위하여 밧데리용 블록킹 다이오드를 바이패스하는데 사용될 수 있다.

따라서, 본 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었으나, 실시예의 다양한 개량은 해당 분야의 전문가에 의해 쉽게 이해될 수 있으며, 다른 실시예들과 다양한 변형은 본 발명의 사상과 범위 내에 있다.

Claims

가) 제1 및 제2 단일 방향 수단(unidirectional means)을 통하여 공통 출력 노드에 각각 접속되는 제1 및 제2전원과, 나) 상기 단일 방향 수단에 각각 포함되는 제1 및 제2 바이패스 소자와, 다) 진단 모드 동작과 바이패스 모드 동작을 제공하기 위해 상기 제1 및 제2 바이패스 소자를 제어하기 위한 수단 상기 제어수단은 상기 진단 모드 동작이 개시된 시점으로부터 선정된 지연이 경과한 이후에 상기 진단 모드 동작에서 상기 바이패스 모드 동작으로 전환시키며, 상기 진단 모드 동작 동안에는 상기 제1 및 제2 바이패스 소자가 비도통(nonconductive) 상태이고 상기 바이패스 모드 동작 동안에는 상기 제1 및 제2 바이패스 소자가 도통 상태임을 포함하는 전원회로.
제1항에 있어서, 상기 단일 방향 수단은 다이오드를 포함하고 상기 바이패스 소자는 드레인-소스가 상기 다이오드 양단에 개별 접속되는 드레인-소스 경로를 갖는 MOS 트랜지스터인 전원 회로.
제2항에 있어서, 상기 전원은 DC-DC 변환기인 전원 회로.
제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2 단일 방향 수단은 상기 제1 및 제2 변환기로부터 각각 상기 공통 전원 노드로의 순방향으로 도통되도록 각각 접속되는 전원 회로.
제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 MOS 트랜지스터 각각은 상기 제1 및 제2 변환기 각각으로부터 상기 공통 전원노드에 이르는 순방향으로 도통되도록 접속된 진성 PN 접합인 전원 회로.
제1항에 있어서, 상기 단일 방향 수단은 각각 상기 제1 및 제2 전원 각각으로 부터 순방향으로 도통되도록 접속된 진성 PN접합 MOS트랜지스터를 각각 포함하고, 다이오드로서 기능하는 전원 회로.
제1항에 있어서, 상기 바이패스 소자는, P채널 MOS트랜지스터, N채널 MOS 트랜지스터, NPN 쌍극 트랜지스터, PNP 쌍극 트랜지스터, 및 릴레이로 구성된 그룹에서 선택된 회로 요소인 전원 회로.
전원 작동 방법에 있어서, 가) 제1 및 제2 다이오드 각각을 통하여 제1 및 제2 변화기를 공통 출력 노드에 각각 접속하는 단계, 나) 제1 및 제2 MOS 트랜지스터의 드레인-소스 경로를 상기 제1 및 제2 다이오드 양단에 각각 접속하는 단계, 다) 진단 모드 동작, 상기 제1 및 제2 MOS 트랜지스터의 상기 드레인-소스 경로가 도통되지 않도록 제어하는 단계, 라)상기 진단 모드 동작이 개시된 시점으로부터 선정된 지연이 경과한 이후에 상기 진단 모드 동작에서 상기 바이패스 모드 동작으로 전환하는 단계, 및 마) 상기 바이패스 모드 동작 동안, 상기 제1 및 제2 MOS 트랜지스터의 상기 드레인-소스 경로가 도통되도록 제어하는 단계를 포함하는 전원 작동 방법.
제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2 다이오드는 상기 제1 및 제2 변환기 각각으로부터 상기 공통 전원 노드로의 순방향으로 도통되도록 각각 접속되는 전원 작동 방법.
제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 MOS 트랜지스터 각각은 상기 제1 및 제2 변환기 각각으로부터 상기 공통 전원노드로의 순방향으로 도통되도록 접속된 진성 PN 접합인 전원 작동 방법.
제8항에 있어서, 상기 MOS 트랜지스터는 P채널 트랜지스터인 전원 작동 방법.
전원 작동 방법에 있어서, 가) 개별 다이오드를 통하여 공통 전원 노드로 개별적으로 각각 접속하는 다수의 변환기와, 나) 다수의 트랜지스터- 상기 다수의 트랜지스터 각각은 드레인-소스 경로가 상기 제1 및 제2 다이오드 양단에 개별 접속됨과, 다) 진단 모드 동작과 바이패스 모드 동작을 제공하기 위하여 상기 다수의 트랜지스터를 개별적으로 제어하기 위한 수단 상기 제어 수단은 상기 진단모드 동작이 개시된 시점으로부터 선정된 지연이 경과한 후에 상기 진단 모드 동작에서 상기 바이패스 모드 동작으로 전환시키며, 상기 진단 모드 동작 동안에는 상기 다수의 트랜지스터들의 상기 드레인-소스 경로가 도통되지 않고, 상기 바이패스 모드 동작동안에는 상기 다수의 트랜지스터들의 상기 ㅡ드레인 소스 경로가 도통됨을 포함하는 전원 회로.
제12항에 있어서, 상기 개별 다이오드는 각각 상기 변환기로부터 상기 공통 전원 노드로의 순방향으로 도통되도록 각각 접속되는 전원 회로.
제13항에 있어서, 상기 트랜지스터 각각은 상기 변환기 각각으로부터 상기 공통 전원노드로 역방향으로 도통되도록 접속된 PN 접합인 전원 회로.
제14항에 있어서, 상기 트랜지스터는 P채널 전계 효과 트랜지스터인 전원 회로.