TW200934084A - Power converting system and its converting method - Google Patents

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200934084 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種電源轉換系統及其轉換方法，特別 是關於一種可動態調整PWM訊號之相位之電源轉換系統 及其轉換方法。 【先前技術】 目前’隨著脈波寬度調變技術（Pulse Width Modulation, PWM)、脈波頻率調變技術（Pulse Frequency Modulation, PFM)的發展成熟，同步電源輸出系統被廣泛 的應用在各種直流、交流的電源分配機制之中。舉例而 言，請參考第1圖’其為習知技藝之同步電源輸出系統 之結構示意圖。圖中，輸入單元1〇〇提供一輸入電壓電 流110予複數個PWM單元140〜142,且複數個PWM單 元140〜142分別輸出相對應輸入電壓電流11〇之PWM 訊號130〜132,轉換單元150-152將PWM訊號130〜132 轉換成各自負載170〜172所需的工作電壓電流 120〜122。在實務上，輸入電壓電流丨1〇進入複數個PWM 單元140〜142前必需先經過一各自獨立的電容 160〜162，以緩和其漣波（Rippie)。以日常生活中最常見 的電腦而言’電源供應器將市電110V、頻率60Hz的交 流電經過降壓、整流、濾波後形成所謂的直流電，但是 這種直流電本身帶有些微的漣波狀起伏；在實務上，濾 波時所用的電容容量越高，則直流電的漣波現象就越不 明顯。當此直流電饋入電腦之後，電腦透過脈波寬度調 5 200934084 變技術將之分配到各個需要用電的單位。 舉例而言，複數個PWM單元140〜142可分別供應 中央處理單元（CPU)、風扇、南橋及北橋晶片等。眾所週 知，這些需要用電的單位隨著工作量的高低，例如風扇 轉速變化、CPU使用量變化，所需要用到的工作電壓電 流並非一固定值。因此，複數個PWM單元140〜142分 別依據其相對應的PWM訊號130〜132來轉換其所需求 之工作電壓電流，進而自直流電之中轉換成各自所需的 ® 功率。然而，在實務上，輸入漣波電流本身為漣波狀起 伏，當輸出工作量增加時，輸出電流隨之變大，則輸入 漣波電流亦會跟隨變大。為了維持系統整體供電能力的 穩定，降低漣波現象，輸出電流越大則所需的輸入電容 越大。在實務設計上，習知技術需要使用大容量的電容 160〜161來緩和漣波。 當電源輸出系統連接越多的負載，則需要輸出越大 的電流，而系統亦需要較大的電容來維持系統穩定。然 ® 而，越大電容所需的體積及成本亦越高。目前雖然有非 同步電源輸出系統，其所需之電容較小，但是其可連接 的負載數目固定，有擴充性不佳的缺點。 有鑒於習知技藝之各項問題，為了能夠兼顧解決 之，本發明人基於多年研究開發與諸多實務經驗，提供 一種電源轉換系統及其轉換方法，以作為改善上述缺點 之實現方式與依據。 6 200934084 【發明内容】 有鑑於此，本發明之目的係提供一種電源轉換系統 及其轉換方法，以解決習知技藝之電源輸出系統中隨著 負載增加而明顯惡化之漣波現象及擴充性不足的問題。 本發明之目的’提供一種電源轉換系統，其包含一 輸入單元、一控制單元、複數個脈波寬度調變（pulse Width Modulation, PWM)單元及複數個轉換單元。輸入單元係用 以提供一輸入電壓電流，複數個PWM單元各自連接於輸 入單元用以接收輸入電壓電流，並各自輸出對應輸入電 壓電流之PWM訊號。控制單元分別連接於複數個pWM 單元，係用以計數PWM單元之數目及偵測PWM單元之 排列順序。PWM單元依據控制單元所計數之pwM數目 及順序，以計算PWM訊號之相位。複數個轉換單元分別 連接各自對應之PWM單元，各自根據該pWM信號產生 複數個相對應的工作電壓電流。 此外，本發明更提供一種電源轉換方法，以將一輸 入電壓電流轉換成複數個工作電壓電流，該電源轉換方 法包含下列步驟’首先，設置複數個脈波寬度調變（pwM) 單7G ’用以輸出複數個對應於輸人電壓電流之PWM訊 號，接著’计數該PWM單元之數目及^貞測排列順序，繼 之’該PWM單兀依據數目及排列順序，計算各pwM訊 號之相位’最後，產生相對應各pwM訊號之卫作電壓電 流。 承上所述’轉明電源轉換系統及其轉換方法，可 200934084 對應不同負載數目，以動態調整PWM單元數目，達到輸 出彼此相位非同步的PWM訊號，此系統可有效地降低所 需的電容量，減少電磁干擾(EMI)。 茲為使貴審查委員對本發明之技術特徵及所達到 之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例 及配合詳細之說明如後。 【實施方式】 以下將參照相關圖不，說明依·本發明較佳實施例之 電源轉換系統及其轉換方法。為了便於理解，下述實施 例之相同元件係以相同符號標示說明。 凊參閱第2圖及第3圖，其為本發明之電源轉換系 統之示意方塊圖及之實施方塊圖。在第2圖中，電源轉 換系統包含一輸入單元100、複數個脈波寬度調變單元 (PWM) 240〜242、一控制單元270及複數個轉換單元 150〜152。輸入單元100分別連接複數個pwM單元 240〜242，輸入電壓電流110經由輸入單元1〇〇傳送到複 數個PWM單元240〜242。複數個PWM單元240〜242係 分別輸出一對應於輸入電壓電流110的PWM訊號 230〜232。控制單元270分別連接複數個PWM單元 240〜242，用以計數PWM單元240〜242的數目及偵測其 排列順序。該PWM單元240〜242根據控制單元270所偵 測的排列順序與計數的數目，計算PWM訊號230〜232 的相位及相位順序，致使PWM訊號230〜232的相位非同 步。其中，在本發明一較佳實施例中，該PWM訊號 8 200934084 230〜232的相位計算方式係以360。除以控制單元270所 計數之PWM單元數目。 該轉換單元150〜152分別連接相對應之PWM單元 240〜242 ’用以產生對應PWM訊號230〜232之各工作電 壓電流220〜222。其中，在本實施例中，該轉換單元 150〜152係以一濾波器實現，而控制單元270則為一獨立 元件’例如一微處理器或一嵌入式控制器（Embedded Controller，EC )。 Ο 在第3圖中’其為本發明之電源轉換系統之實施方 塊圖。該電源轉換系統包含一輸入單元100、複數個輸入 電容360〜362、複數個PWM訊號產生器340〜342、一微 處理器370及複數個濾波器350〜352。輸入單元100分別 連結複數個PWM訊號產生器340〜342，而輸入電壓電流 110經由輸入單元100分別傳送到PWM訊號產生器 340〜342。輸入電容360〜362連接於輸入單元100及PWM 訊號產生器340〜342之間，用以減少漣波（Ripple)現象。 ® PWM訊號產生器340〜342係產生對應輸入電壓電流110 的PWM訊號230〜232，且當PWM訊號產生器340〜342 啟動時，會分別輸出電源良好訊號(Power Good，PGD)。 微處理器370分別連接於複數個PWM訊號產生器 340〜342,以接收PWM訊號產生器340〜342所輸出的PGD 訊號PGD1〜PGD3。微處理器370根據PGD訊號 PGD1〜PGD3計數PWM訊號產生器340〜342的數目及決 定PWM訊號產生器340〜342的排列順序。微處理器370 9 200934084 再透過資料訊號380傳送經計數後之數目與排列順序的 資料給PWM訊號產生器340〜342。 當PWM訊號產生器340〜342接收到微處理器370 傳送的資料訊號380 ’ PWM訊號產生器340〜342根據公 式（360°/數目）及排列順序，決定PWM訊號230〜232的相 位與相位順序，致使PWM訊號230〜232的相位非同步。 例如，如第5A圖所示，當本發明之非同步電源轉換系統 設置3個PWM訊號產生器時，則此些PWM訊號產生器 ❹將產生3個相位分別為〇°、120°及240°的PWM訊號 500〜502。如第5B圖所示，當本發明之非同步電源轉換 系統設置4個PWM單元時，則此些PWM訊號產生器將 產生4個相位分別為〇°、90°、180°及270°的PWM訊號 503〜506。濾波器350〜352將輸出分別對應於PWM訊號 230〜231的工作電壓電流220〜222,以驅動負載170〜172。 請參閱第4圖’其為本發明電源轉換系統之第二實 施例之方塊圖。圖中，電源轉換系統包含一輸入單元 ® 100、複數個輸入電容360〜362、複數個PWM訊號產生 器440〜442及複數個濾波器350〜352。第二實施例與第一 實施例不同之處在於，在第二實施例中’複數個控制單 元470〜472分別與PWM訊號產生器440〜442整合在一 起，且控制單元470〜472係彼此電性連接。當複數個PWM 訊號產生器440〜442啟動後’控制單元470〜472透過資 料訊號480互相溝通’以計數PWM訊號產生器440〜442 的數目及偵測排列順序。 200934084 當複數個PWM訊號產生器440〜442從輸入單元100 接收到輸入電壓電流110後，PWM訊號產生器440〜442 各自產生對應於該輸入電壓電流11〇的PWM訊號 230〜232。且根據公式（360。/數目）及排列順序，計算PWM 訊號230〜232的相位與相位順序，致使Pwm訊號 230〜232的相位非同步。而濾波器35〇〜352輸出分別對應 於PWM訊號230〜231的工作電壓電流220〜222，以驅動 負載170〜172。由於PWM訊號230〜232相位非同步，減 ©少漣波（Ripple)現象’所需輸入電容360〜362的尺寸與 PCB板上所占的面積大大地降低，亦減少電磁干擾 (EMI) °此外，以上相位計算方法述僅為舉例，但並不以 此為限，凡是由PWM單元產生不同步的相位，皆在本發 明之保護範圍内。 本發明之特點在於，轉換系統會根據使用者設置 PWM單元的數目，自動調整pwM訊號之相位。例如， 應用於主機板模組設計時，當主機板模組增加或減少元 〇件負載’系統設計者根據其負載數量’調整PWM訊號產 生器的數量’本發明之電源轉換系統即可動態調整pWM 訊號之相位，以因應新的主機板模組。 由於PWM訊號230〜232相位非同步，減少漣波

(Ripple)現象，所需輸入電容36〇〜362的成本、尺寸與pCB 板上所占的面積大大地降低，亦減少電磁干擾（EMI)。此 外’上述相位計算方法僅為舉例’但不以此為限，凡是 由PWM單元產生非同步的相位，皆在本發明之保護範圍 内。 11 200934084 請參閱第6圖，其為本發明電源轉換方法之實施步 驟流程圖。圖中，該電源轉換方法用以將一輸入電壓電 流轉成複數個工作電壓電流，其包含下列步驟： 步驟61 :設置複數個PWM單元，用以輸出複數個對 應於該輸入電壓電流之PWM訊號； 步驟62: 計數該PWM單元之數目； 步驟63 :偵測該PWM單元之排列順序；其中，步驟 ❹ 62及步驟63可由單一控制元件來執行， 例如一微處理器或一嵌入式控制器；或是 在每一 PWM單元中皆整合一控制元件，且 所有控制元件彼此相連接，而步驟62及步 驟63係由所有的控制元件來執行。 步驟64 :依據該PWM單元之數目及排列順序，該 PWM單元計算PWM訊號之相位；其中， 相位之計算以360 °除以數目之方式計 〇 算，且PWM訊號之相位非同步。 步驟65 :產生相對應該PWM訊號之該工作電壓電 流。其中，步驟65以一濾波器執行。 以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫 離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變 更，均應包含於後附之申請專利範圍中。 12 200934084 【圖式簡單說明】 ' 第1圖係為習知同步電源輸出系統之結構方塊圖； 第2圖係為本發明電源轉換系統之示意方塊圖； 第3圖係為本發明電源轉換系統之實施方塊圖； 第4圖係為本發明電源轉換系統之第二實施方塊圖； 第5A圖係為本發明電源轉換系統之PWM訊號之範 例之示意圖； 第5B圖係為本發明電源轉換系統之PWM訊號之範例 之示意圖；以及 第6圖係為本發明電源轉換方法之實施步驟流程圖。 【主要元件符號說明】 100 :輸入單元； 110 :輸入電壓電流； 120〜122、220〜222 :工作電壓電流； 130〜132、230〜232、500〜506 : PWM 訊號； 140〜142、240〜242 : PWM 單元； 150〜152 :轉換單元； 160〜162、360〜362 :電容； 170〜172 :負載； 270、470〜472 :控制單元； 340〜342、440〜442 : PWM訊號產生器； 350〜352 :濾波器； 13 200934084 370 :微處理器； 380、480 :資料訊號； ?001〜？003:電源良好（？〇\¥6犷0〇〇幻訊號；以及 61〜65 :步驟流程。

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Claims (1)

1. 200934084 十、申請專利範圍： 1. 一種電源轉換系統，其包含·· 一輸入單70，係用於提供一輪入電壓電流； 複數個脈波寬度調變單元（Pulse Width Modulation， PWM) ’各自連接於該輸入單元以接收該輸入電壓電流 ，並輸=複數個對應於該輸入電壓電流之pwM訊號； 一控制單元，分別連接於該複數個PWM單元，用以計數 該PWM單元之數目及俄測排列順序；以及 ❹ 複數個轉換單元，分別連接於該PWM單元，以分別根據 該PWM信號產生複數個相對應的工作電壓電流； 其中，該PWM單元依據該控制單元計數之數目及偵測之 順序’計算該PWM訊號之相位。 2·如申請專利範圍第1項所述之電源轉換系統，其中該pwM 訊號之相位計算為360。除以該控制單元所計數之數目。 3.如申請專利範圍第丨項所述之電源轉換系統，其中該複 數個PWM訊號之相位非同步。 ❹4·如申請專利範圍第1項所述之電源轉換系統，其中該控 制器係一獨立單元。 5·如申請專利範圍第1項所述之電源轉換系統，其中該控 制器係可整合於該PWM單元。 6. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換系統，其中該轉 換單元為一滤波器。 7. —種電源轉換方法，以將一輸入電壓電流轉成複數個工作 電壓電流，該方法包含下列步驟： 設置複數個PWM單元，該PWM單元將輸出複數個對應 15 200934084 於該輸入電壓電流之脈波寬度調變（PWM)訊號； 計數該PWM單元之數目； 偵測該PWM單元之排列順序； 由該PWM單元依據該數目及該排列順序，計算該PWM訊 號之相位；以及 產生相對應該PWM訊號之該工作電壓電流。 8.如申請專利範圍第7項所述之電源轉換方法，其中該PWM 訊號之相位計算為360°除以該控制單元所計數之數目。 Ο 9.如申請專利範圍第7項所述之電源轉換方法，其中該PWM 訊號之相位非同步。 10. 如申請專利範圍第7項所述之電源轉換方法，其中 產生該工作電壓電流之步驟係以一濾波器實現。