TW201025815A - Apparatus, system, and method for an integrated bias and standby power supply circuit - Google Patents

Description

201025815 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於電力供應器，且更特定言之制於藉由利 用-整合式偏壓及待機電力供應電路來改良電力系統之效 率。 【先前技術】 電力供應ϋ(有時稱為電力供應單元或psu)為—供應電 能或其他類型能量至一負載或負載群組的設備或系統。在 -些實施例中，電力供應器可經組態以將—種形式之電力 轉換成另-形式，諸如將交流（「Ac」）電力轉換成直流 (「DC」）電力。通常藉由併人電路以將電力供應器之輸出 電壓及/或電流緊緊控制至一特定值來進行電力供應器之 調節。即使呈現給電力供應器之輸出的負載發生變化或電 力供應器之輸入處發生任何適當電壓變化，該特定值通常 仍得以緊密地維持。 舉例而。纟諸如電腦之電子設備中，電力供應器通常 經設計以將諸如傳統上由習知壁裝插口提供之AC電壓輸 入轉換成若干低電壓Dc電力輸出以供傳輸至電子設備之 内部組件。通常在可包括各種級（諸如整流級、諸如主動 式m皮n之預調節級、調節器/削波器級，等等）的級 中執打轉換。該等級可組態成各種拓撲（諸如，升壓級、 降壓級（buck stage)或其他派生拓樸）。 除提供主電力輸出至各種電子設備外，電力供應器常常 經組態以提供輔助及待機電力至電子設備内之背景:系統及 142883.doc 201025815 子系統。舉例而言，即使在電子設備未完全運作（或斷開） 時。仍需要電力來供電給系統時鐘、系統控制器、系統監 視器及其類似者。習知電力供應器通常包括若干電力轉換 級以便提供主電力以及待機及輔助電力。在一些實施例 中，電力供應器自身可能需要輔助電力以便使電力供應器 内之控制及驅動電路運作。此通常藉由利用一返馳級 (flyback stage)以建立偏壓電壓來實現。通常藉由實施額 φ 外轉換級而自主輸出電壓得到此等偏壓電壓，實施額外轉 換級可能實施起來昂貴且降低電力供應器之效率。 舉例而言，在提供12伏特主輸出電壓之一電力供應器 中，DC至DC調節器可用以將該12伏特輸出轉換成3·3伏特 輸出以提供電力至待機電路。額外DC至DC調節器導致一 顯著額外電力損失且可能實施起來成本高。此實施例係效 率低的，因為效率低下係複合的，其中3·3伏特電力被多 次轉換且在每一級處發生損失。在一些實施例中，可能需 # 要若干額外DC至DC調節器以產生在輔助及待機電路中可 能需要之額外電壓位準。提供待機及輔助電力之此等習知 方法的最終結果為電力系統總效率較低且成本較高。 【發明内容】 自前文之論述，應瞭解存在對於整合偏壓及待機電力供 應電路以更有效地提供待機及輔助電力之裝置、系統及方 法的需要。有利地’此裝置、系統及方法將經由電力供應 器之第一級中的電感器產生偏壓電壓以提供待機及輔助電 力而不過度使用返馳轉換器或額外DC至DC轉換器。多數 142883.doe 201025815 電力供應器包括用於調節電力之一第一級，該第一級包括 作為拓樸之部分的一電感器。舉例而言，一常見拓撲為一 升壓轉換器，其包括電感器、開關、二極體及電容器◎根 據本發明，次級繞組可與第一級之電感器轉接以提供一偏 壓輸出電壓，該偏壓輸出電麼可用以供電給諸如電力供應 器之控制電路的辅助電路。藉由利用經由第一級之電感器 所產生的電麼，可自電力供應器消除習知申聯連接之返触 及DC至DC轉換器，藉此改良效率並降低成本。 已回應於此項技術之目前狀態且詳言之回應於此項技術 中尚未被當前可用之電力供應器完全解決的問題及需要而 開發出本發明。相應地，已開發本發明以提供一種以有效 低成本方式提供偏壓電壓之裝置、系統及方法，其克服此 項技術中的許多或所有以上所述之缺點。 以有效低成本方式提供偏壓電壓之裝置具備複數個模組 及級，包括第一切換調節器級、第二切換調節器級及次級 偏壓模組。 〜該第一切換調節器級接收一輸入電壓並提供一中間經調 :輸出電壓作為一輸出，且該第一切換調節器級包括至少 一電感器。該第二切換調節器級將來自該第一切換調節器 =之該中間經調節輸出電壓作為輸入來接收並輸出一經調 郎主輸出電壓。該第二切換調節器級包括至少一開關控制 ^ ^夕開關控制器提供一或多個信號至該第二切換 令Ρ器級中之《多個開關以調節該第二調節器級之該主 輸出電壓。該次級偏壓模組利用與該第一調節器級之電感 I42883.doc 201025815 盗耗接的—次級繞組來提供-次級偏壓輸出電壓至一 :換調即器級之該開關控制器。該次級偏壓輸出電壓參 該第一切換調節器級之該主輸出電壓。 • 纟實施例中’該次級偏壓輸出電壓與該第二切換 - 翰出電壓參考一共同接地。在另-實施例中，該 -切換調節器級包括—變壓器，且該變壓器包括一 =組’該主輸出電壓源於該次級繞組1共同接地㈣變 ❿」器之次級繞組側。在又—實施例中，該變壓器亦包括一 第二次級繞组，一輔助輸出電麼源於該第二次級繞組。該 辅助輸出電壓係由第二切換調節器級之開關控制器所控制 的一或多個開關來調節。 工 。該裝置亦可包括-待機模組，其回應於接收到—待機信 號而切斷第二切換調節器級之一或多個開關的切換，使得 主輸出電壓被切斷，該一或多個開關之切換調節主輸出電 塵。在此實施例中，仍可經由變壓器之第二次級繞組來提 ❹供辅助電力。在一實施例中，該次級偏壓模組進一步包括 用於調節次級偏壓輸出電壓之一線性調節器。 在一實施例中，該第一切換調節器級包括一開關控制 益，該開關控制器提供-或多個信號至第一切換調節器級 中的一或多個開關以調節中間經調節電壓。亦可提供一初 級偏壓模組，該初級偏壓模組利用與第一調節器級之電感 器麵接的一第二次級繞組來提供一初級偏壓輸出電壓至該 第一切換調節器級之開關控制器。該初級偏壓模組可包括 用於調節初級偏壓輸出電壓之一線性調節器。以此方式， 142883.doc 201025815 切換調節器級與第二切換調節器 電㈣當地參考該等級中 可將偏壓電壓提供至第一 級兩者之開關控制器，其 之每一者内的節點。 亦提出本發明之系統以提供偏壓 括上文關於該裝置所描述之實施例。該系統== ::應器、第-切換調節器級、第二切換調節器級=級電 偏壓模組來體現。 人級 類似於該裝置，該第一切換 担你^ 7換凋即器級接收一輸入電壓且 鍉供-中間經調節輸出電壓提供作為一輸出，# 一 ㈣調節器級包含至少-電感器。電力供應器之第：切換 調郎器級將來自該第—切換調節器級的中間經㈣輸、 壓料輸人來接收並輸出—經調節主輸出電壓。該第 換調節器級包括至少—開關控 炸w 制器該至少一開關控制器 R-或夕個信號至該第二切換調節器級中之一或多個開 關以調節第二調節器級之主輪出電麼。該次級偏壓模组利 用與第-Mu級之電感器耦接的—次級繞組來提供…欠 級偏壓輸出電壓至該第二切換調節器級之開關控制器。次 級偏壓輸出電壓較佳參老兮笛_ '^第一切換調節器級之主輸出電 壓。 該系統可進一步包括自兮 +77 4A· 目这切換式電力供應器接收經調節 電力的—或多個電子設備。在-實施例中，該-或多個電 子設備中之至少-者包含刀鋒伺服器W)、周邊 組件互連（「PCI」）卡、個人電腦、膝上型電腦、路由 器、開關、個人數位助理、 電氣設備及數位媒體播放器中 142883.doc 201025815 之一者。 在-實施例中，該第二切換調節器級包括一變廢器。該 變壓盗包括-次級繞組，該主輸出電磨源於該次級繞組。 j另-實施例中，該變㈣進—步包含—第二次級繞组， 一補助輸出電壓源於該第二次級繞組，該輔助輸㈣㈣ 由第二切換調節器級之開關控制器所控制的一或多個開關 來調節。 _ 在其他實施财，該第—切換調節器級包括一開關控制 該開關控制器提供—或多個信號至第一切換調節器級 之或多個開關以調節令間經調節電屬。亦可提供一初 級偏麗模組，該初級偏塵模組利用與第一調節器級之電感 Μ接的-第二次級繞組來提供一初級偏編電塵至第 一切換_1!級之„控制器n級偏 於調節初級偏㈣出電虔之一線性調節器。 "括用 :提出用於有效提供偏愿電虔的本發明之方法。所揭示 貫施例中之該方法實f上包括執行上文關於所 :之運作所提出之功能所必需的步驟。在-實施财彳 二括糟由—第一切換調節器級接收-輸入電塵及提供 器級包含至少-電4# μ -以第-切換調節 … 感該方法亦可包括將來自第-切拖 調即器級之中間經調節輸出電壓、 的一铪入杰& ~王罘一切換調節器級 ㈣-彡收及提供-經調節主輸出電壓作為一輸出。 …-切換調節器級包括至少一開關控 開關控制器提供-或多個信號至第二切換調節器It 142883.doc 201025815 或多個開關以調節第二調節器級之主輸出電壓。該方法亦 可包括利用與第一調節器級之電感器耦接的一次級繞組來 知：供一次級偏壓輸出電壓至第一切換調節器級之開關控制 器。次級偏壓輸出電壓較佳參考第二切換調節器級之主輸 出電壓。 在該方法之另一實施例中，該第二切換調節器級進一步 包含一變壓器。該變壓器包括一次級繞組，該主輪出電壓 源於該次級繞組。該變壓器亦可包括一第二次級繞組，一 輔助輸出電壓源於該第二次級繞組。可由第二切換調節器 級之開關控制器所控制的一或多個開關來調節該輔助輸出 電壓，由經由第一調節級之電感器而得到的偏壓電壓來供 電給該第二切換調節器級之開關控制器。 在另一實施例中，該方法包括回應於接收到一待機信號 :切斷該第二切換調節器級之該—或多個開關的切換，使 得主輸出電壓被切斷，該一或多個開關的切換調節主輸出 電壓。 #貫穿此說明書對特徵、優點之提及或類似語言並不意味 著可藉由本發明實現之所有特徵及優點均應存在於或均存 在於本發明之任何單—實施财。實情為，將提及特 優點之語言理解為意謂結合-實施例描述之特定特徵、優 點或特性包括於本發明之至少一實施例中。因此，貫穿此 s曰對特徵及優點之論述以及類似語言可（但不必）係指 同一實施例。 此外，可在一或多個實施例中以任何合適之方式來組合 142883.doc 201025815 本發月之所述特徵、優點及特性。熟習相關技術者將認識 到’可在無特定實施例之特定特徵或優點中的一或多者的 情況下來實踐本發明。在其他情況下，可在某些實施例中 〜識到未在本發明之所有實施例中提出之額外特徵及優 點。 本發明之此等特徵及優點將自以下描述及隨附中請專利 範圍而變得更完全地顯而易見，或可藉由如下文所陳述之 Φ 對本發明的實踐來習得此等特徵及優點。 【實施方式】 為使本發明之優點將易於理解，將藉由參考隨附圖式中 說明之特定實施例來提供上文簡要描述的本發明之更特定 描述。應理解，此等圖式僅描繪本發明之典型實施例且因 此不應認為限制其範疇，將藉由使用隨附圖式以額外特徵 及細節來描述並解釋本發明。 本說明書中描述之許多功能單元已標記為模組，以便更 ❿特定地強調其實施獨立性。舉例而言，模組可實施為包含 客製化VLSI電路或閘陣列之硬體電路、諸如邏輯晶片之現 成半導體、電晶體或其他離散組件。模組亦可實施於諸如 場可程式化閘陣列、可程式化陣列邏輯、可程式化邏輯設 備或其類似者之可程式化硬體設備中。 模組亦可實施於軟體中以供由各種類型之處理器執行。 可執行碼之經識別模組可（例如）包含電腦指令之一戋多個 實體或邏輯區塊，其可（例如）被組織為物件、程序戋函 式。然而，經識別模組的可執行碼無需在實體上 142883.doc • 11 · 201025815 起，而可包含儲存在不同位置的全異指令，當邏輯上接合 在起時，其包含該模組且達成該模組之規定目的。 事實上，具有可執行碼之模組可為單一指令或許多指 V且甚至可分散於若干不同石馬段上、位於不同程式間或 在右干5己憶體设備上。類似地，在本文中，操作資料可識 別並說月於模組内，且可以任何合適之形式體現且組織成 任何合適類型之資料結構。操作資料可經收集以作為單一 資料集合或可分散於不同位置上（包括在不同儲存設備上） 且可至少部分地僅作為電子信號存在於系統或網路上。當 模組或模組之部分實施於軟體中時，軟體部分儲存於一或 多個電腦可讀媒體上。 在本說明書中提及「一 實施例」或類似語言意謂結合該 實施例而描述之特定特徵、結構或特性包括於本發明之至 少-實施例中。因,匕’貫穿本說明書中之措辭「在一實施 例中」及類似語言的出現可(但未必)全部指同一實施例。 對電腦可㈣社提及可㈣㈣將制可讀指令儲存 於數位處理裝置上的任何形式。電腦可讀媒體可由傳輸 (線、緊=光碟、數位視訊碟片、磁帶、貝努里驅動器 (UIldrive)、磁碟、打孔卡、快閃記憶體、積體電 路’或其他數位處理裝置記憶體設備來體現。 可在-或多個實施例中以任何合適之方式來組合 本發明之所述㈣、結構或純。在町料巾，提供眾 多特定細節（諸如程式化、軟體模組、使用者選擇、網路 異動'資料庫查詢、資料庫結構、硬體模組、硬趙電路、 142883.doc 201025815 硬體晶片等之實例)以提供對本發明之實施例的透徹理 $。然而，熟習相關技術者將認識到’可在無該等特定細 :p中之-或多者的情況下’或可以其他方法、組件、材料 =實踐本發明。在其他情況τ，未詳細展示或描述熟知 之結構、材料或操作以避免混淆本發明之態樣。 大體作為邏輯流程圖來陳述本文所包括之示意性流程 圖。同樣，所描緣之次序及所標記之步驟指示所提出之方 ❹ &的-實施例。可構想在功能、邏輯或效應上等效於所說 明之方法的一或多個步驟或其部分的其他步驟及方法。另 卜所使用之格式及符號經提供以解釋該方法之邏輯步驟 且應理解為並非限制該方法之範轉。雖然可在流程圖中使 用各種箭頭類型及線條類型，但其應理解為並不限制相應 ’之範4 _實上’可使用―些箭頭或其他連接符來僅 僅指示方法之邏輯流程。舉例而言’箭頭可指示所描繪方 法之所列步驟之間具有未指定之持續時間的等待或監視 ❹_。另外，特定方法發生的次序可或可不嚴格遵守所展示 之相應步驟的次序。 圖1為說明根據本發明之具有整合式偏壓及待機電力供 •應電路之系統1GG的-實施例之示意性方塊圖。系統1〇〇包 .括電力ί、應器1 〇2、電子設備J 〇4、經調節匯流排⑽及負 載106。 ' 電力供應器102提供經調節電力至電子設備1〇4以供電給 電子成備104内之各種電子系統及子系統。電力供應器通 常藉由經調節匯流排108或類似設備連接至電子設備104。 142883.doc •13· 201025815 經調節匯流排108及電力供應器1〇2可經組態以提供一或多 個不同電壓及電流至電子設備1〇4。舉例而言，在典型電 力供應器中，通常提供+ 12 v、+5 v、+33 ¥及_12 v之電 壓。較㈣’電力供應器102為一切換式電力供應器。如 熟習此項技術者將認識到，切換式電力供應器或切換模式 電力供應器（「SMPS」）為併有切換調節器之電力供應器。 切換調節器藉由以可變工作循環開啟或關掉一電晶體或其 他開關來調節電力以產生所要之輸出信號。 在各種實施例中，電子設備丨〇4可為電腦系統，諸如， 桌上型電腦、膝上型電腦或伺服器，且電力供應器〗可 經組態以提供電力至電腦系統之各種組件。在其他實施例 中，電子設備104可包括諸如刀鋒伺服器、周邊組件互連 (「pci」）卡、路由器、個人數位助理（PDA)、開關、電氣 設備、數位媒體播放器、顯示器之設備或如熟習此項技術 者所認識到的其他電子設備。在一實施例中，電力供應器 102可與電子設備1〇4實施於相同外殼内，諸如實施於電腦 塔式機箱（computer tower case)内。在其他實施例中，電力 供應器102可實施於電子設備1〇4外部且可經由諸如電線 (cord)、電欖之連接構件或諸如刀鋒伺服器中心内之匯流 排而連接至電子設備1〇4。 電子sx備1〇4使負載1〇6施加至電力供應器1〇2。負載1〇6 之量可影響電力供應器102之效能。電力供應器1〇2較佳經 組態以結合指定負載1〇6而有效運作。在一實施例中，負 載106可取決於電子設備104之運作特性而改變，且電力供 142883.doc 201025815 應器102可經組態以相應地調整。舉例而言，電力供應器 1〇2可包括用於回應於負載1〇6之變化而調整電力供應= 1〇2之電力輸出特性的一回饋信號。通常，電力供應器⑽ 在經調節匯流排1〇8上調節電壓，以便在變化負載之狀況 • 下提供實質上恆定之電壓位準至電子設備104。在各種實 施例中，負載106可在電子設備1〇4内部，在電子設備外部 或可在電子設備104内部與在電子設備外部兩者。 φ 根據本發明，系統100較佳經組態而以一有效且具成本 效益之方式提供偏壓、輔助及待機電壓。典型電力供應器 102可包括用於轉換並調節電壓及電流之各種不同級。各 種類型之級可包括（例如）降麼轉換器、升壓轉換器、返驰 轉換器等以及此等類型級之多個變體。調節級通常利用電 感器連同二極體、電容器及開關之某一組態來提供經調節 之電源。 在一特定常見組態中，整流級可用以對如通常自壁裝插 #座提供的傳入交流（「Ac」）信號進行整流。在—實施例 中，可提供升璧調節器或升麼轉換器以接收經整流之信號 並將其轉換成-經升M之直流（「DC」）電屢信號（通常約 彻伏特）。H在各種實施財，可提供處於其他電塵 位準的經升麼之電麼。接著將經升壓之信號提供至一或多 個次級階級，其進一步將該信號轉換成所要格式（諸如， 12伏特、5伏特及3.3伏特信號）。常常需要眾多額外級以獲 得所有所需要的所要偏塵、輔助及待機電力信號。此導致 大的電力知失及效率低下，且額外級可能建構及實施起來 142883.doc 201025815 昂貴。 本發明藉由利用耦接至第—調節器級中之電感器的次級 繞組來提供適當偏壓電壓至電力初級控制 電路及電力次級 控制電路而減小電力損失及高成本。第二調節器級中之變 壓器亦可經修改以藉由利用如下文將詳細描述的變壓器之 第二次級繞組來更有效地提供待機及輔助電壓。 圖2為說明根據本發明之提供偏壓電壓的電力供應器 實施例200之示意性方塊圖。如熟習此項技術者將認 識到圖2描繪電力供應器102之簡化實施例2〇〇。在此實 施例中，電力供應器102包括第一切換調節器級2〇2、第二 切換調節器級204及次級偏壓模組2〇6。 第一切換調節器202包括至少一電感器Ll。在各種實施 例中，電感HL1可與其他組件—起用於果多組態及拓樸中 (諸如’降壓或升壓拓樸中）。第一切換調節器搬通常亦包 括切換電路（通常為-或多個電晶體），其可以特定工作循 環開啟及關掉以提供所要之中間經調節輸出電壓21〇。第 7刀換調節器2〇2接收一輸入電壓且利用切換調節器電路 '產生所要的中間經調節輸出信號2〗〇。 第二切換調節器級綱將來自第一切換調節器級2〇2 ^經調節輸出電㈣0作為輸人來接收。在各種實施例 中’可：用如熟習此項技術者將認識到的各種拓樸來實施 全節器級2G4°—些常見拓樸包括半橋轉換器、 :橋:換器，轉換器、升麼轉換器或此等拓 在圖3中可見，全橋轉換器通常利用具有四個開關 142883.doc 201025815 或電晶體之組態以使電流在交替方向中通過變壓器。

第二切換調節器級204較佳包括用以調節主輸出電磨加 之至少-開_(諸如電晶體）。主輸出電壓212通常為自 電力供應器H)2供應至電子設備1〇4的主電力。其他類型電 力可包括通常用以供電給電子設備之背景及控制系統的辅 助^待機電力。第二切換調節器級2〇4受控於提供開關控 制㈣至第二切換調節器級中之一開關Qi之開關控制器 2〇8。開關控制信號經組態以接通或斷開開關卩丨，使得主 輸出電壓212經調節至一所要位準。 在習知系統中，藉由通常將主輸出電壓212轉換成不同 電壓以供開關控制器208及其他控制系統使用的額外調節 器級或返馳級供電給開關控制器2〇8。根據本發明，提供 次級偏壓模組206以利用與第一調節器級2〇2之電感器耦接 之一次級繞組wi來提供一次級偏壓輸出電壓214至至少該 第二切換調節器級204之開關控制器208。藉由利用與第一 切換調節器級202之電感器L1耦接之繞組wi，成本高的額 外調節器級得以消除，且電力供應器1〇2變得更具能量效 益0 切換第一切換調節器級202中之一或多個開關以調節中 間輸出電壓210亦操作以使電流流過電感器li，電感器L1 又使電流流過次級繞組W1。經過電感器L1之電流通常具 有AC分量’其引起變壓器動作，使得次級繞組W1產生藉 由電感器L1與次級繞組wi的匝比而與經過電感器L1之電 流有關的電流。此使得能夠在不需要額外調節器級之情況 142883.doc • 17· 201025815 下產生偏壓輸出電壓214。 次級偏壓模組206通常包括諸如二極體及電容器之電路 以維持適當偏壓輸出電壓214。在一些實施例中，線性調 節器亦可用以進一步調節偏壓輸出電壓214。較佳地，欠 級偏壓輸出電壓214參考主輸出電壓212或其他共同參考電 壓或接地，以確保如自第一切換調節器級2〇2之電感器。 得到的次級偏壓輸出電壓214相對於第二切換調節器級2〇4 之組件及開關控制器208適當地運作。 圖3為說明根據本發明之提供偏壓電壓之電力供應器1〇2 之一詳細實施例的示意性方塊圖。在此實施例中，將輸入 電壓Vin提供至輸入整流器及EMC濾波器3〇2。通常在輸入 電壓Vin為AC電壓信號之情況下使用輸入整流器3〇2。輸 入整流器302將AC電壓信號Vin轉換成Dc電壓信號並將DC 電壓信號作為輸入電壓提供至第一切換調節器級2〇4。 在所描繪之實施例中，第一切換調節器級2〇4實施為一 升壓轉換器。該升壓轉換器包括電感器“連同開關Q1、 一極體D1及電容器C1。如熟習此項技術者將認識到，升 壓轉換器藉由開啟及關掉開關Q1而運作以提供電力至電容 窃C1。當開關Qi接通時，能量儲存於電感器li中。在預 疋時間段後，開關Q1斷開，且儲存於電感器中之能量經由 二極體D1而傳遞至電容器C1。此實施例中之中間輸出電 [210為在電谷器ci上維持的電壓。藉由開關⑴之工作循 環來調節中間輸出電壓2 1 〇。 如所描繪，第二切換調節器級2〇4以一全橋轉換器拓樸 142883.doc -18- 201025815 來實施。第二切換調節器級204包括四個全橋開關Q3、 Q4、Q5、Q6及兩個額外開關Q7、Q8。在此實施例中，第 二切換調節器級204亦包括另一電感器L2及電容器C3以用 於濾波及調節主輸出電壓212。 全橋藉由交替地接通及斷開開關對Q3、Q6及Q4、Q5而 操作以控制經過變壓器T1之初級繞組的電流流動之方向。 實際上’全橋操作以對中間輸出電壓21〇進行「削波」。將 0 經削波之電壓施加至變壓器T1之初級繞組並藉由變壓器T1 將其轉移至次級側。在變壓器τι之次級側上，電壓藉由額 外開關Q7、Q8之切換來整流並藉由電感器L2及電容器C3 來濾波以提供經調節之主輸出電壓212。 開關Q7、Q8受控於接收來自次級偏壓模組2〇6之電力的 開關控制器208。在此實施例中，次級偏壓模組包括一次 級繞組W1、二極體D2、電容器C2及線性調節器304。繞組 W1與來自第一調節器級202之電感器以耦接以將電力自第 Ο 一調節器級202傳至次級偏壓模組200。在電容器C2上維持 偏壓輸出電壓214，且可使偏壓輸出電壓214通過線性調節 器304以供電給諸如開關控制器2〇8之各種組件及電路。在 常見組態中，輸出偏壓電壓214維持在約5伏特。 圖4為說明根據本發明之用於提供偏壓電壓之電力供應 器102之另一實施例的示意性方塊圖。在此實施例中，電 力供應器102實質上類似於圖3中所描繪之電力供應器而運 作，其中添加某一電路以提供初級偏壓電壓至第一調節器 級204之開關控制器4〇4，用以提供用於供電給電子設傷 142883.doc •19· 201025815 204中之輔助系統的一輔助輸出電壓4〇8，並提供用於在需 要時切斷主電力的一待機模組4〇2。 在此實施例中，第一切換調節器級2〇4利用一第二開關 控制器404，該第二開關控制器4〇4提供一或多個信號至第 一切換調節器級202中之一或多個開關Q1以調節申間經調 即電壓210。第二開關控制器4〇4操作以接通及斷開開關 以調節電容器c 1上之電壓。初級偏壓模組403經提供以提 供電力至開關控制器404。除初級偏壓模組403提供電力至 第二開關控制器404外，初級偏壓模組4〇3包括與上文關於 -人級偏廢模組206所描述之功能性實質上相同的功能性。 類似於次級偏壓模組2〇6，初級偏壓模組4〇3可包括二極體 D3、電容器C5及線性調節器4〇6。 初級偏壓模組403利用與第一調節器級204之電感器。耦 接的第二次級繞組W2來在電容器C5上提供一初級偏壓輸 出電壓414。初級偏壓輸出電壓414接著可用以提供電力至 開關控制器404。 在所描繪之實施例中，第二切換調節器級2〇4包括額外 電路以提供一輔助輸出電壓408以用於提供電力至辅助系 統及子系統。通常提供3 3伏特之輔助輸出電壓4〇8。在習 知系統中’可能需要額外轉換器級或返驰級以提供辅助電 力’但根據本發明，第二次級繞組與變壓器T1耦接以在不 使用額外轉換器級或返驰級之情況下得到輔助輸出電壓 408 °如所描繪，藉由使用兩個額外開關Q9及Q10以整流 一藉由全橋開關Q3、q4、Q5、Q6削波且通過變壓器T1的 142883.doc -20- 201025815 所接收k號而產生辅助輸出電壓4〇8。 在由開關Q9、Qi〇整流後，藉由電感器£3及電容器以以 對於主輸出電覆212所描述之相同之方式來對輔助輸出電 . $ 進行濾波。可藉由變III T1之第二次級繞組中的繞 組之數目來判定電壓位準。 額外輔助開關Q9、Q1G較佳受控於控制主電M開關Q7、 Q8的同-開關控制器細。通常，基於加權平均值來調節 參開關Q7 Q8、Q9、Q10。以此方式，可在不使用獨立返驰 電力供應器及/或獨立額外轉換器級的情況下產生輔助及/ 或待機電壓。 待機模短402操作以增加效率且允許電力供應器ι〇2即使 在斷開主電力212時仍持續提供輔助及待機電力。在一實 施例中，待機模組回應於接收到一待機信號或其他信號而 刀斷第切換調節器級2〇4之該一或多個主電麼開關q?、 Q8的切換，使得主輸出電壓212被切斷，但其中持續提供 輔助輸出電壓408。 舉例而言’諸如電腦系狀電子設備可斷電以運作於待 機或；眠模式中，在待機或冬眠模式中無需主輸出電力， 但仍需要輔助電力。Λ 刀在習知系統中，開關Q7、Q8必須持 續開啟及關掉以提供電力至產生輔助電力所需的額外隨後 轉換器級。然而，根據本發明，主電力開關Q7、Q8可被 斷開’藉此消除彼等開關之切換損失，同時仍經由變壓器 T1之第二次級繞組提供輔助輸出電壓408。 圖5為說明根據本發明之用於提供偏壓電壓的方法_之 142883.doc -21· 201025815 一實施例的示意性流程圖。該方法则包括與上文關於系 統100及電力供應器102所描述之實施例實質上相同的實施 例0 該方法始於第—切換調節器級202接收（502)一輸入電壓 及提供一中間經調節輸出電壓21〇作為輸出。第一切換調 節器級202包括至少一電感器L1。第二切換調節器級2〇4將 來自第切換調節器級202之中間經調節輸出電麼2丨〇作為 輸入來接收（504)且提供經經調節主輸出電壓212作為輸 出第一切換調節器級204較佳包括至少一開關控制器 208 °亥至）一開關控制器208提供一或多個信號至第二切 換調節器級204中之一或多個開關Q7、Q8以調節第二調節 器級204之主輸出電壓212。 第二切換調節器級204利用（5〇6)耦接至第一切換調節器 級202之電感器£1的次級繞組來提供一次級偏壓輸出電壓 2 14至第二切換調節器級2〇4之開關控制器2〇8。次級偏壓 輸出電壓214較佳參考主輸出電壓212或第二切換調節器級 204之接地。 在一實施例中，待機模組402回應於接收到一待機信號 而切斷主輸出電壓開關q7、Q8之切換。較佳地，在此實 施例中，提供額外電路以經由變壓器T1之第二次級繞組產 生一輔助輸出電壓408。在此組態中，可持續（51〇)經由變 壓器T1之第二次級繞組提供輔助電力以提供電力至辅助及 待機系統’即使主輸出電壓212被斷開亦如此。以此方 式’電力供應器102變得更有效且較不昂貴。方法5〇〇妗 142883.doc -22- 201025815 束。 在不偏離本發明之精神或本質特性的情況下可以其他特 定形式來體現本發明。所描述實施例在所有方面皆應理解 • 輸系說明性而非限制性的。因此，本發明之範疇由隨附 , 巾請專利範圍而非由前述描述來指示。屬於中請專利範圍 之等效物之意義及範圍内的所有改變應包含於其範疇内。 【圖式簡單說明】 ❿”圖1為說明根據本發明之以有效低成本方式提供偏壓電 壓之系統的一實施例之示意性方塊圖； 圖2為說明根據本發明之提供偏壓電壓之電力供應器的 一貫施例之示意性方塊圖； 圖3為說明根據本發明之提供偏壓電壓之電力供應器的 一詳細實施例之示意性方塊圖； 圖4為說明根據本發明之用於提供偏壓電壓之電力供應 器的另—實施例之示意性方塊圖；及 ® 圖5為說明根據本發明之用於提供偏壓電壓之方法的一 實施例之示意性流程圖； 【主要元件符號說明】 1〇〇 系統 102 電力供應器 104 電子設備 106 負載 108 經調節匯流排 2〇〇 電力供應器之簡化實施例 142883.doc -23-

201025815 202 204 206 208 210 212 214 302 304 402 403 404 406 408 414 Cl C2 C3 C4 C5 D1 D2 D3 LI 第一切換調節器級 第二切換調節器級 次級偏壓模組 開關控制器 中間經調節輸出電壓 主輸出電壓 次級偏壓輸出電壓 輸入整流器及EMC濾波器 線性調節器 待機模組 初級偏壓模組 開關控制器 線性調節器 輔助輸出電壓 初級偏壓輸出電壓 電容器 電容器 電容器 電容器 電容器 二極體 二極體 二極體 電感器 142883.doc -24- 201025815 L2 電 感 器 L3 電 感 器 Q1 開 關 Q2 開 關 Q3 開 關 Q4 開 關 Q5 開 關 Q6 開 關 Q7 開 關 Q8 開 關 Q9 開 關 Q10 開 關 T1 變 壓 器 W1 次級 繞組

142883.doc •25

Claims (1)

1. 201025815 七、申請專利範圍： 1’種以一有效低成本方式提供偏壓電壓之裝置，該裝置 包含： . 第切換調節器級，其接收一輸入電壓並提供一中 1、二調碎輪出電壓作為一輸出，其中該第一切換調節器 •級包含至少一電感器； 第一切換調節器級，其將來自該第一切換調節器級 Φ 2該中間經調節輸出電壓作為輸入來接收且輸出一經調 即，輪出電壓’該第二切換調節器級包含至少一開關控 制器，該至少一開關控制器提供一或多個信號至該第二 切換調節器級中之一或多個開關以調節該第二調節器級 之該主輪出電壓；及 。—次級偏壓模組，其利用與該第一調節器級之該電感 : 接的人級繞組來提供一次級偏麼輸出電塵至該第 一切換調節n級之該開關控制器，該次級偏壓輸出電壓 Φ 參考該第一切換調節器級之該主輸出電壓。 如明求項1之裝置’其中該次級偏壓輸出電壓及該第二 切換調知器級之該主輸出電塵參考一共同接地。 3. 2明求項2之裝置，其中該第二切換調節器級進一步包 變壓器，s亥變壓器包含一次級繞組，該主輸出電壓 源於該次級繞組’該共同接地參考該變壓器之該次級繞 組側。 4. 如：求項3之裝置’其中該變壓器進一步包含一第二次 級繞組，一輔助輪出電壓源於該第二次級繞組，該輔助 142883.doc 201025815 =出電壓係由該第二切換調節器級之該開關控制器所控 制的一或多個開關來調節。 二 5. 求項4之裝置’其進一步包含—待機模組，該待機 核組回應於接收到一待機信號而切斷該第二切換調節器 級之该—或多個開關之切換，使得該主輸出電壓被切 斷/該—或多個開關之切換調節該主輸出電壓。 6. 如凊求項5之裝置，其中持續經由該變壓器之該第二次 級繞組來提供該辅助輸出電壓。 7·如4求項1之裝置’其中該次級偏壓模組進—步包含用 於調節該次級偏壓輸出電壓之一線性調節器。 8·如=求項R裝置’其中該第一切換調節器級進一步包 含一開關控制器’該開關控制器提供—或多個信號至該 第一切換調節器級中之-或多個開關以調節該中間經調 節電壓。 9. 、月求項8之裝置，其進一步包含一初級偏壓模組，該 :級偏壓模組利用與該第一調節器級之該電感器耦接的 第一-人級繞組來提供一初級偏壓輸出電壓至該第一切 換調節器級之該開關控制器。 10·如请求項9之裝置，其中該初級偏壓模組進一步包含用 於調節該初級偏壓輸出電壓之一線性調節器。 11· 一種以一有效低成本方式提供偏壓電壓之系統該系統 包含： 一切換式電力供應器； 該電力供應器之一第一切換調節器級，其接收一輸入 i42883.doc 201025815 電麼並提供一中間經調節輸出電壓作為-輸出，其中該 第-切換調節器級包含至少一電感器； 一。電力供應器之一第二切換調節器級’其將來自該第 切換n級之該巾間經㈣輸出電壓作為輸入來接 a亚輸出-經調節主輸出電璧，該第二切換調節器級包 3至少—開關控制器，該至少-開關控制器提供一或多 ❹ 12 13 14. 15. :::號至該第二切換調節器級中之一或多個開關以調節 口乂第—調節器級之該主輸出電壓；及 :次級偏_組，其利用與該第—調節器級之該電感 輕接的—次級繞組來提供—次級偏壓輸出電壓至該第 一切換調節器級之該開關控制器，該次級偏壓輸出電壓 參考該第二切換調節器級之該主輸出電壓。 ·=求項11之系統，其進__步包含自該切換式電力供應 器接收經調節電力的—或多個電子設備。 h求項12之系統，其中該—或多個電子設備中之至少 者匕3 一刀鋒伺服器、周邊組件互連（「PCI」）卡、個 人電腦、膝上型雷腦、々丄 — 路由崙、開關、個人數位助理、 電氣設備及數位媒體播放器中之一者。 如-月求項11之系統，其中該第二切換調節器級進一步包 變壓斋亥變壓器包含一次級繞組，該主輸出電壓 源於該次級繞組。 如續求項14之系統，其中該變壓器進一步包含一第二次 級繞組…輔助輸出電_於該第m组，該辅助 輸出電屋係由該第二切換調節器級之該開關控制器所控 142883.doc 201025815 制的一或多個開關來調節。 16. 17. 18. 19. 如凊求項11之系統，其中該第一切換調節器級進一步包 含一開關控制器，該開關控制器提供一或多個信號至該 第一切換調節器級中之一或多個開關以調節該中間經調 節電壓。 如請求項16之系統，其進一步包含一初級偏壓模組，該 初級偏壓模組利用與該第一調節器級之該電感器耦接的

   一第二次級繞組來提供一初級偏壓輸出電壓至該第一切 換調節器級之該開關控制器。 如睛求項17之系統，其中該初級偏壓模組進一步包含用 於調節該初級偏壓輸出電壓之一線性調節器。 一種用於以一有效低成本方式提供偏壓電壓之方法，該 方法包含： 藉由一第一切換調節器級接收一輸入電壓且提供一中 間經調節輸出電壓作為一輸出，其中該第一切換調節器 級包含至少一電感器；

   將來自該第-切換調節器級之該中間經調節輸出電壓 作^至―第二切換調節器級的-輸人來接收且提供一經 調節主輸出電壓作為_輸出，該第二切換調節器級包含 至少-開關控制器’該至少一開關控制器提供—或多個 信號至該第二切換調節器級中之一或多個開關以調節該 第二調節器級之該主輸出電壓；及 利用與該第一調節器 來提供一次級偏壓輪出 級之該電感器耦接的—次級繞組 電壓至該第二切換調節器級之該 142883.doc -4- 201025815 開關控制器’該次級㈣輸出電壓參 器級之該主輸出電壓。 換調即 20·:ΓΓ—有效低成本方式提供偏㈣屋之電力供應器， 該電力供應器包含： 一第一切換㈣H級，其接收—輸人電職提供—中 間經調節輸出電麼，其中該第一切換調節器級包 一電感器； 參 -第二切換調節器級，其將來自該第一切換調節器級 ^亥中間經調節輸出電㈣為輸入來接收且輸出一經調 即主輸出電壓’該第二切換調節器級包含至少一開關控 制器’該至少-開關控制器提供—或多個信號至該第二 切換調節器級中之一或多個開關以調節該第二調節器級 之該主輸出電壓； „一次級偏壓模組，其制與該第-調節器級之該電感 f輕接的纟級繞組來提供—次級偏壓輸出電壓至該第 換調節器級之該開關控制器，該次級偏壓輸出電壓 參考该第二切換調節器級之該主輸出電壓； 其中"亥第_切換調節器級進一步包含一變壓器，該變 i器匕3 —次級繞組，該主輸出電壓源於該次級繞組； 其中该變壓器進一步包含一第二次級繞組，-輔助輸 出電壓源於該第二次級繞組，該輔助輸出電壓由該第二 、調節器級之該開關控制器所控制的一或多個開關來 調節；及 待機模組，其回應於接收到一待機信號而切斷該第 142883.doc 201025815 二切換調節器級之該一或多個開關的切換，使得該主輸 出電壓被切斷，該一或多個開關的切換調節該主輸出電 壓。 142883.doc