TW200410064A - Power supply system and method of controlling the same - Google Patents

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Description

200410064 五、發明說明（1) ^本發明宣告南韓專利申請案號20 02-079 1 66之優先 榷’此案在南韓智財局之申請曰為西元2002年12月12日， 此案内容在此一併做為參考。 登明所屬之技術 f I明是有關於一種電源供應系統及其控制方法，且 特別疋有關於寿重電源供應系統，包括··供應直流(D。）電 源=電源供應單元，以及具有複數相處理單元之DC/DC轉 ，器名DC/DC轉換器利用該些相處理單元將該電源供應 早二所供應之DC電源轉換成電腦系統之各元件所需之不同 電壓之各別電源，該些相處理單元將該電源供應系統所供 應之DC分成複數相電流以處理該些相電流。 先前技#ί 一般來說，電子或電性裝置需要此電源供應單元以將 AC電源轉換成能讓電子裝置操作之Dc電壓。對於該…電源 供應單元，.主要使用輕薄短小且具高效率之開關式電源供 應（switching mode power supply ，SMPS)。 在傳統電腦系統中，該電源供應系統所供應之DC電源 係供應至主機板上之電腦系統元件。甚至，該電源供應系 統所供應之該DC電源係限制成比如為5V、3. 3V A12V之⑽ 電壓’為此’為適應性產生該主機板上之各別元件（比如 CPU ’晶片組’記憶體等）所需之電位，在該主機板内具有 一DC/DC轉換器。該DC/DC轉換器接收該電源供應系統所供 應之DC電壓並將該電源供應系統所輸出之DC電壓降壓成適 當的DC電位。
200410064 五、發明說明（2) 如第1圖所示，一DC/DC轉換器120係設計成符合各元 件所需之瓦特數。比如，在應用pentium—IV之電腦系統 中’該CPU需要約90W的最大功率（1.5V，60A)。甚至，該 電腦系統接收由包括複數相處理單元1 2 2，1 2 4與1 2 6之該 DC/DC轉換器1 20所轉換之電位。因為一般的DC/DC轉換器 1 2 0受限於最大電流為2 〇 A，使用具三個相處理單元1 2 2， 124與126之該DC/DC轉換器120，其中係設計成使得流經各 相處理單元1 22，1 24與1 26之最大相電流為2〇A。甚至，該 DC電源係被該DC/DC轉換器12〇分割成三相，且其適當電壓 係供應至該CPU，比如該負載單元丨4〇(參考第}圖）。 畐该電源供應系統内之此三個相處理單元丨2 2，i 2 4與 126之有某一單元受損時，將無法等效分佈電流。然而，〃 在傳統電源供應系統中’該電腦系統無法立即辨別出此種 問題，即使在電流分佈不均勻且cpu連續操 致對其他未受損相處理單元產生額外應用， 因而導致该電腦系統之操作問題。 發明内容 因此’本發明之觀點之一县择 豆批制古土 甘士丄.、 ^ ^么、一種電源供應系統及
其控制方法，其中當流經各相處理單元 勻時，立即辨認電流分佈不均勻電机刀佈不句 損害。 Ί 了保護電腦糸統免於受到 本發明之其他觀點及/或優 而部份可由描述得知或可由實# 伤k出於底下描述 L .、丄、t 、 乂 J田貝作本發明而學習。 上述及/或觀點可由提供一 ’、種電源供應系統，包括：
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根據本發明之觀點之一，該既定參考電壓係為 該相處理單元之最大相容電流之一 vv。 、 關於 上述及/或觀點可由提供一種控制一電源供應系統之 方法’該電源供應系統包括一電源供應單元，供應D C電 源；以及一DC/DC轉換器，具複數相處理單元，將該電源 供應單元所供應之該DC電源分割成複數相電流以處理該些
^f®)0-PI-〇39.ptd 第7頁 200410064
相電流，該DC/DC轉換器將該DC電湄 / 々 > 此仏中 电你轉換成一電腦系統之 各兀件所而之不同複數電壓之各 、目丨丨夂相声w > ⑴電源’該方法包括：感 »扣贵a a a r ϋ奴有關於各相處理單兀之 该相電、飢之一電壓及一既定參考雷 电 # 士扣 又少可尾壓；以及對於比較結 果，虽有關於任一相電流之該電壓高於該參考電壓，控制 該電源供應單a以中_該電源供應單元供應電源。 :據本發明之觀點之一’該方法更包括：放大橫跨於 泫電源供應早兀及該相處理單元間之一電源線上之一電感 之第一與第二端間之一感應電壓以產生該既定參考電壓。 根據本發明之觀點之一，該既定參考電壓係為有關於 該相處理單元之最大相容電流之一 vv。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 實施方式 現將詳細參考本發明實施例，其例係繪示於附圖中， 其中相似參考符號代表相似元件。參考附圖，底下實施例 係用以解釋本發明。 第2圖是根據本發明實施例電源供應系統之方塊圖。 如第2圖所示，該電源供應系統包括當成電源供應單元之 一 SMPS10 ;以及一 DC/DC轉換器24，將該SMPS10所供應之 DC電源轉換成一電腦系統之各元件所需之複數電位。 該SMPS10將外部AC電源整流成DC電源並將整流後Dc電 源轉換為既定電位，接著輸出具既定電位之電壓。
200410064 五、發明說明（5) 該DC/DC轉換器24接收該SMPS1 〇所輸出之DC電壓並將 之降壓，以將該既定電位之電壓供應至一負載單元4〇，且 該DC/DC轉換器24包括複數相處理單元12，14與16以提供 高功率電腦系統之各元件（比如，C P U，晶片組，記憶體 等）所需之最大瓦特。本實施例所應用之該])c / D C轉換器2 4 具二個相處理單元12，14與16，但也可使用更多或更少的 相處理單元。 該SMPS10所供應iDC電源係供應至各相處理單元12， 14與16，回應於連接至各相處理單元12，丨^與丨^之一 PWM(脈衝 1 度调變 pulse width 控制器 第 3圖）所產生之PWM波形，供應至各相處理單元丨2，丨4與1 6 ，電=壓係被各相處理單元12，14與16之開關操作降 相處之—’對有關於流經各 …：及及二= 定參考電壓至該比較器20。 干 伢應3 % 5亥比較器2 0對有關私々 考電壓進行比車交，相電流之電壓以及該既定參 壓高於該既定參考電：時唬，使得在相電流之電 至，必需建立該比;上:之：斷該=1°供應電源。甚 相電流是否均勻分佈：指;该既定參考電壓以當成顯示各 將 > 考第3圖之電路圖來詳細描述本發明實施例之 200410064 五、發明說明（6) 該電源供應系統。 该D C / D C轉換器2 4具複數相處理單元1 2，1 4與1 6，該 些相處理單元將該SMPS1 0所供應之電源分割複數相電流以 處理該些相電流。各相處理單元丨2，丨4與丨6分別包括：一 FET(場效電晶體），當成開關元件；一電感（L2，L3或[4) 以及一電容（Cl，C2或C3)。用於控制該FET(FET —high， FET一 low)導通/關閉之該PWM控制器26係包括於該DC/DC轉 換器24内。該PWM控制器26輸出既定PWM信號至各 FET(FET —high，FET—low)以初始該FET(FET_high， FET—low)之開關操作。藉由該FET(FET_high，FET—low)之
開關操作，可輸出既定電壓至該負載單元4 〇。 H 藉由透過連接至FET(FET —high，FET—low)之電感L2， L3與L4來放電各電容C1，C2與C3，可在各電容C1，以與㈡ 之各別第一與第二端點之間產生電壓。各電gC1，C2與㈡ 之各別第一與第二端點間之電壓能使得感應電壓產生於連 接各組FET(FET —high，FET_low)之共同節點。因此，對於 各組FET，因為該PWM控制器26控制FET一high為關閉且使得 FET—low為導通，橫跨各FET—low之端點之感應電壓代表各 相處理單元12，14與16内之電流量。當FET一low為導通 時’該感應電壓係感測成橫跨連接於FET_jow之源極端與f >及極端間之電阻值為（r d s _ ο η )之電阻上之一電壓。因此， 各相處理單元1 2，1 4與1 6内之相電流係輸出至該比較器 20。 ％ 各感測相電流，被該電阻值（Rds_on)感測為電壓，係
.Jj_6C)0-PI -039. ptd 200410064
輸入至該比較器20之非反相輪入端（+ )，因而造成電位 差，且該電壓係相比於輸入至該比較器2〇之反相輸入端 (-）之該參考電壓。甚至，該參考電壓係定義成能允許位 於該SMPS10及相處理單元12，14與16間之一電源線上之該 電感L1之第一與苐一端之感應電壓能透過一放大器μ而輸 出之二電壓。14是可以的，因為設計係根據從電源流向相 處理單元1 2 ’ 1 4與1 6之電流。亦即，該SMPS1 0可減少誤 差，因為該DC/DC轉換器24具複數相處理單元12，14與 16，將從該SMPS10流出之電流分佈成複數相並將該些相電 流供應至该負載單元4 〇。該放大器2 8之放大率係使得該參 考電壓大約符合於各相處理單元12，14與16所需之最大電 流之相關電壓值。 δ亥比較為2 0相較有關於各相電流之一電壓及該參考電
壓。如果相電流之電壓高於該參考電壓，該比較器2〇輸出 一高電位信號。如果相電流之電壓低於該參考電壓，該比 較為20輸出一低電位信號。該輸出信號係當成ps_〇N信號 而至輸入至該SMPS10。亦即，因為該比較器2〇之輸出線係 連接至用於連接該S Μ P S1 0與主機板之一連接器之幕多接腳 中之接收PS —ON信號之PS一0Ν接腳，該比較器之輸出信號係 輸入成PS — 0N信號。 ’、 當電腦系統之電源開關導通時，該pS一ON信號從該主 機板内之一條件感測電路輸出，並輸入至該SMPS1 〇，因而 使得該SMPS10能供應電源至該主機板内之各元件。一般來 說，當輸入至該SMPS1 0之該比較器20之輸出信號是低電位
11J50.0-PI -039. ptd
200410064 五、發明說明（8) 時’才會供應電源 如果該比較器20之輸出信號ps〜〇N是高電位時，該 SMPS之輸出電源係被中斷。如果該比較器2〇之輸出信號是 低電位時，正常進行電源供應。 現將描述建立參考電壓之原則與該比較器2 〇之操作。 在使用FET之例中，當電腦系統導通時，該邝丁之電阻值 (Rds-on)約1〇111 Ω，20mV的電位差係橫跨於最大相電流為 20A之該FET(FET—low)之第一與第二端點之間。這是當成 該參考電壓。亦即，當位於該SMPSl〇與該相處理單元12， 1 4與1 6間之該電感l 1之第一與第二端點間所產生並被該放 大器28所輸出之電位差為2〇 mv。
•在相處理單元1 2，1 4與1 6皆為正常操作時，該SMPS1 0 輸出之電流係分別被各相處理單元1 2，1 4與1 6分佈3 3 %， 且分佈後電流係輸入至該負載單元4 〇 ;因而，有關於各相 電*之電壓係均勻且低於2 〇 m v。然而，如有任一相處理單 元1 2 ’ 1 4與1 6未正常操作時，其他兩個相處理單元分別分 佈該SMPS10之電流之50%，而非相處理單元12，14與16之 剩餘兩單元分佈3 3 %，並將分佈後電流輸入至該負載單元 40。因此’有關於剩餘相電流之電壓會高於2〇inV。在此例 下’該比較器2 0輸出高電位信號以中斷電源供應至該負載 單元40。 ' 關於分佈相電位之問題，在任一相電流過量時，該電 源供應系統可直接感測此過量電流並中斷電源供應，因而 月匕女全地保護糸統免於受損。
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200410064 . 五、發明說明（10) 在本發明實施例中，該比較器20之輸出信號係輸入至 該SMPS10以中斷該SMPS10供應電源。然而，在比較有關於 流經各相處理單元12，14與16之相電流之電壓及該既定參 考電壓後’在相電流之相關電壓高於該既定參考電壓時， 電源供應之中斷可由微電腦程式實施以控制該SMpsi 〇。 在本發明實施例中，係以具三個相一屢理單元12，14盥 16之該DC/DC轉換器24當成一例。然而’本發明可應用且、 複數相，理單元之任何類型DC/DC轉換器，無論相處理單 元之數量為何。 各相ΐΪί測Ϊ經具複數相處理單元^C/DC轉換器内之 害到電腦系統之元件。 个止㊉刀佈而知 本發明提供電源供應系統及並 測流經各相處理單元之電流之不均=法；其中立即感 統受到損害。 勺勺刀佈，可避免電腦系 雖然本發明已以一鲂袢垂 以限定本發明，任何孰習揭，’然其並非用 護範圍當視後附之申請專利範者=本發明之保
200410064 圖式簡單說明 第1圖是傳統電源供應系統之方塊圖； 第2圖是根據本發明實施例電源供應系統之方塊圖； 第3圖是第2圖之詳細電路圖；以及 第4圖是根據本發明實施例之控制電源供應系統方法 之流程圖。 圖式標示說明：
10 ， 110 : SMPS 12 ， 14 ， 16 ， 122 ， 124 ， 126 :相處理單元 2 0 :比較器 22 :參考電壓供應單元 24，120 : DC/DC 轉換器 26 : PWM控制器 2 8 :放大器 4 0，1 4 0 :負載單元 FET — high，FET—low :場效電晶體 L2 ， L3 ， L4 :電感
Cl ， C2 ， C3 :電容
Ua)p-PI-039.ptd 第15頁

Claims (1)

  1. 200410064 六、申請專利範圍 1 · 種電源供應系統，包括： 一電源供應單元，供應DC電源； σ —DC/DC轉換器，具複數相處理單元，將該電源供應 單凡所供應之該DC電源分割成複數相電流以處理該些相電 流’該DC/DC轉換器將該DC電源轉換成一電腦系統之各元 件所需之不同複數電壓之各別電源；以及 一控制器，感測該此/DC轉換器之各相處理單元之該 2流’在有關於任一相電流之一電壓高於一既定參考電 ί:庙該控制器控制該電源供應單元以中斷該電源供應單 儿供應該DC電源。 括：2.如申請專利範圍第丄項所述之電源供應系統，更包 —參考電壓供應單元’供應該既定參考電壓。 土如申請專利範圍第2項所述之電 §亥芩考電壓供應單元包括： 愿糸、、死，、甲 —電感，位於該電源供應單元及 — 電源線上；以及 夂忒相處理早兀間之一 端間既定率放大橫跨該電感之第-與第二 括 •如申請專利範圍第3項所述之電源供應 1統，更包
    电丨且興一 t E Ί 接地側上之兮FPT々 ^ t ’该電阻係連接於其 伐也側上之5亥FET之一源極端與一汲極“ 提供於各相處理單元内，豆中 a〜早兀係 内”中。亥電阻係用以感測有關於各
    200410064 六、申請專利範圍 別相處理單元之相電流之該電壓。 5. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，其中 該既定參考電壓係有關於該相處理單元之最大相容電流。 6. 如申請專利範圍第2項所述之電源供應系統，其中 該既定參考電壓係有關於該相處理單元之最大相容電流。 7 ·如申請專利範圍第3項所述之電源供應系統，其中 該既定參考電壓係有關於該相處理單元之最大相容電流。 8. 如申請專利範圍第4項所述之電源供應系統，其中 該既定參考電壓係有關於該相處理單元之最大相容電流。 9. 一種控制一電源供應系統之方法，該電源供應系統 包括一電源供應單元，供應DC電源；以及一DC/DC轉換 器，具複數相處理單元，將該電源供應單元所供應之該DC 電源分割成複數相電流以處理該些相電流，該DC/DC轉換 器將該DC電源轉換成一電腦系統之各元件所需之不同複數 電壓之各別電源，該方法包括： 感測各相處理早元之該相電流， 比較有關於各相處理單元之該相電流之一電壓及一既 定參考電壓；以及 對於比較結果，當有關於任一相電流之該電壓高於該 參考電壓，控制該電源供應單元以中斷該電源供應單元供 應電源。 1 0.如申請專利範圍第9項所述之方法，更包括： 放大橫跨於該電源供應單元及該相處理單元間之一電 源線上之一電感之第一與第二端間之一感應電壓以產生該
    l.J^Qp-PI-039.p.td 第17頁 200410064 六、申請專利範圍 既定參考電壓。 1 1.如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該既定參 考電壓係有關於該相處理單元之最大相容電流。 1 2.如申請專利範圍第1 〇項所述之方法，其中該既定 參考電壓係有關於該相處理單元之最大相容電流。 1 3. —種内部具有一 DC電源供應之電源供應系統，包 括： 一DC/DC轉換器，接收該DC電源供應所供應之DC電源 且包括： 複數相處理單元，分別供應複數相電流，使得該些相 處理單元將該DC電源轉換成複數之不同電壓；以及 一控制器，感測有關於各相處理單元之該相電流之一 電壓，當有關於任一相電流之一電壓高於一既定參考電壓 時，該控制器中斷該DC電源供應。 1 4.如申請專利範圍第1 3項所述之電源供應系統，更 包括： 一參考電壓供應單元，供應該既定參考電壓。 1 5.如申請專利範圍第1 4項所述之電源供應系統，其 中該參考電壓供應單元包括： 一電感，位於該電源供應單元及該相處理單元間之一 電源線上；以及 一放大器，以一既定率放大橫跨於該電感之第一與第 二端間之一感應電壓。 1 6 ·如申請專利範圍第1 3項所述之電源供應系統，更
    116p〇-PI-039.ptd 第18頁 200410064
    第19頁 200410064 六、申請專利範圍 一開關單元，連接至該DC電源供應之一輸出端並根據 該控制器輸出之一控制信號來中斷該DC電源供應。 2 2.如申請專利範圍第1 3項所述之電源供應系統，其 中： 該DC電源供應是一SMPS ;以及 該控制器包括： 一比較器，輸出一控制信號至該SMPS以中斷該SMPS之 電源供應。 2 3.如申請專利範圍第1 3項所述之電源供應系統，其 中： 該DC電源供應是一SMPS ;以及 該控制器包括： 一微電腦，在比較根據流經各相處理單元内之該相電 流而產生之該電壓及該既定參考電壓後，當有關於該相電 流之該電壓高於該既定參考電壓時，該微電腦控制該 SMPS ° 4
    4d600-PI-039.ptd 第20頁
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