TW201424222A - 供電控制裝置 - Google Patents

Abstract

一種供電控制裝置，包括降壓電路、電源供應單元、峰值偵測電路、緩衝電路以及邏輯電路，所述峰值偵測電路用以偵測降壓電路的負載電壓，所述緩衝電路連接至降壓電路，用以防止所述降壓電路處於重載供電狀態下工作時受損，所述緩衝電路通過邏輯電路選擇性的連接至降壓電路，所述邏輯電路根據峰值偵測電路檢測的負載電壓判斷降壓電路是否處於重載狀態，並對應降壓電路處於重載狀態時邏輯電路將緩衝電路連接至降壓電路；對應降壓電路處於輕載狀態時，邏輯電路斷開緩衝電路與降壓電路的連接。

Description

供電控制裝置

本發明涉及一種供電控制裝置，尤其涉及一種具有緩衝電路的供電控制裝置。

目前的筆記本電腦、伺服器等供電控制裝置通常包括電源供應單元(Power supply unit, PSU)以及降壓電路，所述PSU用以將從外界接入的交流電轉換為直流電，所述降壓電路用以將PSU轉換的直流電的電壓降低至預設的電壓值，供應至伺服器系統等受電端。現有的降壓電路通常包括脈衝寬度調製（Pulse-Width Modulation，PWM）晶片等控制器、依次串接於PSU以及地之間的第一開關、第二開關、相串接後並聯至第二開關相對兩端的輸出電感以及儲能電容，伺服器系統等受電端則並聯至儲能電容的相對兩端，並通過控制器控制所述第一開關以及第二開關依次導通或斷開而將PSU輸出的電壓轉換成預設的電壓供應至受電端。然而，當所述供電控制裝置輸出至負載的電壓較高時(即該降壓電路處於重載狀態)，在所述第二開關從導通狀態切換至斷開狀態的瞬間，該第二開關上的電壓可能會因PSU供應的電壓的作用而突然增大，從而燒壞所述第二開關。對此，現有的作業方式是在第二開關以及輸出電感之間串接由電阻及電容組成的緩衝電路，以抑制所述第二開關斷開時瞬間電壓過高的現象。然而，上述緩衝電路雖然可在供電控制裝置處於重載(輸出的電壓較高)時有效防止第二開關被燒壞，但是該緩衝電路在供電控制裝置處於輕載狀態下而無需保護第二開關時，則會閒置而增加該供電控制裝置的功率損耗。

鑒於以上內容，有必要提供一種供電控制裝置，用以對受電端供電，該供電控制裝置包括降壓電路、電源供應單元及緩衝電路，所述電源供應單元用以供應直流電至所述降壓電路，該降壓電路將所述直流電的電壓轉換成一預設的電壓供應至受電端，所述緩衝電路連接至降壓電路，用以防止所述降壓電路處於重載供電狀態下工作時受損。

該供電控制裝置還包括峰值偵測電路及邏輯電路，所述峰值偵測電路用以偵測降壓電路的負載電壓，所述邏輯電路一端連接至峰值偵測電路及另一端連接至緩衝電路，所述緩衝電路與降壓電路連接，所述邏輯電路根據峰值偵測電路檢測的負載電壓判斷降壓電路是否處於重載狀態，當判斷降壓電路處於重載狀態時，所述邏輯電路控制緩衝電路處於工作狀態而使得該緩衝電路對降壓電路進行保護；當判斷降壓電路處於輕載狀態時，所述邏輯電路控制緩衝電路處於不工作狀態。

所述供電控制裝置於所述降壓電路處於重載狀態而可能受損時，控制所述緩衝電路連接至降壓電路，以有效保護該降壓電路；而當降壓電路處於輕載狀態不會損壞而無需緩衝電路提供保護時，所述供電控制裝置斷開所述緩衝電路與降壓電路的連接，以消除該緩衝電路產生的功率損耗，使該供電控制裝置的供電效率更高。

下面結合附圖及較佳實施方式對本發明作進一步詳細描述：

請一併參閱圖1及圖2，本發明的供電控制裝置100用以對伺服器系統等受電端200供電。該供電控制裝置100包括電源供應單元12、降壓電路10、峰值偵測電路30、緩衝電路50以及邏輯電路70。所述電源供應單元提供電源電壓Vin給降壓電路10。所述降壓電路10通過該控制器11給受電端200提供穩定的工作電壓，該工作電壓為受電端200正常工作所需的電壓。所述峰值偵測電路30連接至降壓電路10以及邏輯電路70。所述峰值偵測電路30用以即時偵測降壓電路10的負載電壓Vx，該負載電壓Vx為降壓電路10提供給受電端200負載的電壓。所述負載電壓Vx跟隨受電端200負載的變化而變化。所述緩衝電路50與所述降壓電路10連接。所述邏輯電路70還連接至緩衝電路50，用以根據峰值偵測電路30偵測的負載電壓Vx與邏輯電路70預設的基準電壓值進行比較及根據比較結果控制所述緩衝電路50處於工作或不工作狀態。

當該峰值偵測電路30偵測到降壓電路10輸出的負載電壓Vx較高時，該邏輯電路70判斷所述降壓電路10處於重載狀態，控制所述緩衝電路50處於工作狀態，以保護該降壓電路10；當該峰值偵測電路30偵測到降壓電路10輸出的負載電壓Vx較小時，該邏輯電路70判斷所述降壓電路10處於輕載狀態下而無需保護該降壓電路10時，控制所述緩衝電路50處於不工作狀態，消除該緩衝電路50產生的功率損耗。

所述降壓電路10包括控制器11、第一開關Q1、第二開關Q2、輸出電感L以及儲能電容C1。所述控制器11連接至第一開關Q1以及第二開關Q2，用以根據該降壓電路10輸出至受電端200的電壓值依次控制所述第一開關Q1以及第二開關Q2導通或斷開。於本發明實施方式中，所述控制器11為一脈衝寬度調製晶片，並通過調節發送至第一開關Q1以及第二開關Q2的脈衝寬度調製信號的佔空比來調節所述第一開關Q1以及第二開關Q2的導通時長，相應調節該降壓電路10輸出的電壓值的大小。

所述第一開關Q1以及第二開關Q2依次串接於電源供應單元以及地之間，產生所述負載電壓Vx的負載電壓端13位於第一開關Q1與第二開關Q2之間，所述輸出電感L以及儲能電容C1相串連後，儲能電容C1的另一端連接於第一開關Q1與第二開關Q2之間，輸出電感L的另一端接地。所述受電端200並聯至儲能電容C1的相對兩端。如此，當所述控制器11導通第一開關Q1、斷開第二開關Q2時，電源供應單元12的輸出端Vin提供的電能將從第一開關Q1、輸出電感L供應至受電端200以及儲能電容C1，以於對受電端200供電的同時通過儲能電容C1存儲電能；當所述控制器11斷開第一開關Q1時，則電源供應單元停止對該降壓電路10供電，而由儲能電容C1釋放其存儲的能量對受電端200供電。於本發明實施方式中，所述第一開關Q1以及第二開關Q2均為一場效應管，且所述第一開關Q1的柵極連接至控制器11，漏極與電源供應單元12連接，源極連接至第二開關Q2的漏極。所述第二開關Q2的柵極連接至控制器11，源極接地。

所述第一開關Q1的源極與第二開關Q2的漏極的連接節點構成了該降壓電路10的負載電壓端13，該負載電壓端13的電壓即為該負載電壓Vx。而由於該第一開關Q1交替導通截止，使得電源供應單元12輸出的電壓轉換為如圖2所示的脈寬調製信號。

所述峰值偵測電路30包括有偵測端301以及輸出端302，該偵測端301連接至降壓電路10的負載電壓端13，用於偵測該負載電壓Vx。該輸出端302連接至邏輯電路70。所述峰值偵測電路30用以將偵測端301偵測的不規則波形電壓轉換為規則的鋸齒波形電壓Vout並通過輸出端302輸出。在本實施方式中，該鋸齒波形電壓Vout的峰值之差很小，相當於一恒定的電壓。即，所述峰值偵測電路30將偵測的電壓轉換為直流電壓，該所述峰值偵測電路30轉換的鋸齒波電壓Vout的大小與該負載電壓Vx的峰值成正比，從而當負載電壓Vx的峰值變大時，該鋸齒波電壓Vout也增大。所述邏輯電路70將峰值偵測電路30輸出的近似於直流電壓的鋸齒波電壓Vout與一基準電壓Vref比較來檢測所述降壓電路10是處於重載狀態還是輕載狀態。

如圖2所示，所述峰值偵測電路30包括一跟隨器31、一放大器32和一RC電路33。所述RC電路33由電阻Ra和電容Ca並聯組成，為一積分電路。所述跟隨器31跟隨峰值偵測電路30偵測的降壓電路10的矩形波形式的負載電壓Vx，通過RC電路33積分而輸出該近似於直流電壓的鋸齒波電壓Vout到邏輯電路70。

如圖1所示，所述邏輯電路70包括比較器71以及邏輯開關73。所述比較器71包括第一輸入端701、第二輸入端702以及輸出端703。所述邏輯開關73包括受控端731、第一導通端732以及第二導通端733。該比較器71的第一輸入端701電連接至峰值偵測電路30的輸出端302，第二輸入端702電連接至基準電壓Vref，輸出端703連接至邏輯開關73的受控端731。所述邏輯開關73的第一導通端732連接至緩衝電容C2，第二導通端733接地。

所述緩衝電路50包括一電阻R以及一緩衝電容C2，所述電阻R以及緩衝電容C2串聯於第二開關Q2以及輸出電感L之間，另一端通過邏輯電路70接地。

所述比較器71比較在峰值偵測電路30輸出的電壓以及該基準電壓Vref，該比較器71比較該峰值偵測電路30輸出的電壓大於該基準電壓Vref時，控制該邏輯開關73導通，從而將緩衝電路50所在的電流支路導通而使得緩衝電路50處於工作狀態而保護該降壓電路10。該比較器71比較該峰值偵測電路30輸出的電壓小於該基準電壓Vref時，控制邏輯開關73截止，從而將緩衝電路50所在的電流支路而使得緩衝電路處於不工作狀態，從而避免了功率損耗。

在本實施方式中，該比較器71的第一輸入端701為正相輸入端，第二輸入端702為反相輸入端，該邏輯開關73為一高電平導通開關，具體為一NMOS管。該比較器71比較該峰值偵測電路30輸出的電壓大於該基準電壓Vref時輸出高電平信號而控制該邏輯開關73導通，比較該峰值偵測電路30輸出的電壓小於該參考電壓Vref時輸出低電平信號而控制該邏輯開關73截止。

從而，當該邏輯電路70檢測到所述降壓電路10處於重載狀態時，緩衝電路50所在支路導通而處於工作狀態；當該邏輯電路70檢測到所述降壓電路10處於輕載狀態時，緩衝電路50所在支路斷開而處於不工作狀態。於本發明實施方式中，所述比較器71連接的基準電壓Vref為預先設定，例如通過該電源供應單元12預先提供。若所述降壓電路10處於重載狀態，則該峰值偵測電路30輸出至邏輯電路70的電壓值超出預設的基準電壓Vref，即比較器71比較該峰值偵測電路30輸出的電壓值大於該基準電壓Vref。若所述降壓電路10處於輕載狀態，則峰值偵測電路30輸出至邏輯電路70的電壓值低於預設的基準電壓Vref，即比較器71比較該峰值偵測電路30輸出的電壓值小於該基準電壓。

因此，本發明的供電控制裝置100於所述降壓電路10處於重載狀態時，控制所述緩衝電路50處於工作狀態，以防止第二開關Q2由導通切換至斷開狀態的瞬間電壓過大而被燒壞，有效保護該降壓電路10；該降壓電路10處於輕載狀態時，第二開關Q2不會因為剛斷開時的電壓過大而受損而無需緩衝電路50提供保護時，所述供電控制裝置100控制所述緩衝電路50處於不工作狀態，消除該緩衝電路50產生的功率損耗，使該供電控制裝置100的供電效率更高。

儘管對本發明的優選實施方式進行了說明和描述，但是本領域的技術人員將領悟到，可以作出各種不同的變化和改進，這些都不超出本發明的真正範圍。因此期望，本發明並不局限於所公開的作為實現本發明所設想的最佳模式的具體實施方式，本發明包括的所有實施方式都有所附權利要求書的保護範圍內。

100．．．供電控制裝置

10．．．降壓電路

11．．．控制器

12．．．電源供應單元

13．．．負載電壓

Q1．．．第一開關

Q2．．．第二開關

L．．．輸出電感

C1．．．儲能電容

30．．．峰值偵測電路

31．．．比較器

32．．．放大器

33．．．RC電路

50．．．緩衝電路

R．．．電阻

C2．．．緩衝電容

70．．．邏輯電路

71．．．比較器

73．．．邏輯開關

200．．．受電端

301．．．偵測端

302．．．輸出端

701．．．第一輸入端

702．．．第二輸入端

703．．．輸出端

731．．．受控端

732．．．第一導通端

733．．．第二導通端

圖1是本發明供電控制裝置對受電端供電的電路原理圖。

圖2是圖1的供電控制裝置的峰值偵測電路的電路原理圖。

100．．．供電控制裝置

10．．．降壓電路

11．．．控制器

12．．．電源供應單元

13．．．負載電壓

Q1．．．第一開關

Q2．．．第二開關

L．．．輸出電感

C1．．．儲能電容

30．．．峰值偵測電路

50．．．緩衝電路

R．．．電阻

C2．．．緩衝電容

70．．．邏輯電路

71．．．比較器

73．．．邏輯開關

200．．．受電端

301．．．偵測端

302．．．輸出端

701．．．第一輸入端

702．．．第二輸入端

703．．．輸出端

731．．．受控端

732．．．第一導通端

733．．．第二導通端

Claims (10)

1. 一種供電控制裝置，用以對受電端供電，該供電控制裝置包括降壓電路、電源供應單元及緩衝電路，所述電源供應單元用以供應直流電至所述降壓電路，該降壓電路將所述直流電的電壓轉換成一預設的電壓供應至受電端，所述緩衝電路連接至降壓電路，用以防止所述降壓電路處於重載供電狀態下工作時受損，其改良在於：
   該供電控制裝置還包括峰值偵測電路及邏輯電路，所述峰值偵測電路用以偵測降壓電路的負載電壓，所述邏輯電路一端連接至峰值偵測電路及另一端連接至緩衝電路，所述緩衝電路與降壓電路連接，所述邏輯電路根據峰值偵測電路檢測的負載電壓判斷降壓電路是否處於重載狀態，當判斷降壓電路處於重載狀態時，所述邏輯電路控制緩衝電路處於工作狀態而使得該緩衝電路對降壓電路進行保護；當判斷降壓電路處於輕載狀態時，所述邏輯電路控制緩衝電路處於不工作狀態。
2. 如申請專利範圍第1項所述的供電控制裝置，其中：所述峰值偵測電路用以將偵測的矩形波電壓轉換為規則的鋸齒波電壓。
3. 如申請專利範圍第2項所述的供電控制裝置，其中：所述峰值偵測電路包括一跟隨器、一放大器和一RC電路，所述RC電路由電阻R和電容C並聯組成，為一積分電路，所述跟隨器跟隨峰值偵測電路偵測的降壓電路的負載電壓，通過RC電路積分輸出鋸齒波電壓到邏輯電路。
4. 如申請專利範圍第1項所述的供電控制裝置，其中：所述邏輯電路預設一基準電壓，並判斷所述峰值偵測電路檢測降壓電路的負載電壓是否超出所述預設的基準電壓，若所述降壓電路的負載電壓超出預設的基準電壓則判定所述降壓電路處於重載狀態，若所述降壓電路的負載電壓低於預設的基準電壓則判定所述降壓電路處於輕載狀態。
5. 如申請專利範圍第2項所述的供電控制裝置，其中：所述邏輯電路預設一基準電壓，所述邏輯電路包括比較器及邏輯開關，所述邏輯電路通過邏輯開關連接至緩衝電路，所述比較器比較峰值偵測電路輸出的鋸齒波電壓與一基準電壓，並根據比較結果控制邏輯開關的導通或者斷開，相應地控制所述緩衝電路處於工作狀態，或者控制所述緩衝電路處於不工作狀態。
6. 如申請專利範圍第5項所述的供電控制裝置，其中：所述比較器包括第一輸入端、第二輸入端以及輸出端，所述邏輯開關包括受控端、第一導通端以及第二導通端，該比較器的第一輸入端電連接至峰值偵測電路的輸出端，第二輸入端電連接至基準電壓，輸出端連接至邏輯開關的受控端，所述邏輯開關的第一導通端連接至緩衝電路，第二導通端接地。
7. 如申請專利範圍第5項所述的供電控制裝置，其中：所述緩衝電路包括一電阻以及一緩衝電容，所述緩衝電路通過緩衝電容連接至邏輯開關，並通過電阻連接至降壓電路。
8. 如申請專利範圍第1項所述的供電控制裝置，其中：所述降壓電路包括控制器、第一開關、第二開關、輸出電感以及儲能電容，所述控制器連接至第一開關Q1以及第二開關Q2，用以根據該降壓電路輸出至受電端的電壓值依次控制所述第一開關Q1以及第二開關Q2導通或斷開，所述第一開關Q1以及第二開關Q2依次串接於電源供應單元以及地之間，所述第一開關Q1與第二開關Q2之間的節點構成負載電壓端而輸出該負載電壓，所述輸出電感以及儲能電容相串連後，儲能電容的另一端連接於第一開關Q1與第二開關Q2之間，輸出電感的另一端接地，所述受電端並聯至儲能電容的相對兩端。
9. 如申請專利範圍第8項所述的供電控制裝置，其中：所述控制器為一脈衝寬度調製晶片，並通過調節發送至第一開關Q1以及第二開關Q2的脈衝寬度調製信號的佔空比來調節所述第一開關Q1以及第二開關Q2的導通時長，相應調節該降壓電路輸出的電壓值的大小。
10. 如申請專利範圍第8項所述的供電控制裝置，其中：當所述控制器導通第一開關Q1、斷開第二開關Q2時，電源供應單元的輸出端提供的電能將從第一開關Q1、輸出電感供應至受電端以及儲能電容，以於對受電端供電的同時通過儲能電容存儲電能；當所述控制器斷開第一開關Q1時，則電源供應單元停止對該降壓電路供電，而由儲能電容C1釋放其存儲的能量對受電端供電。