TW202019076A - 用於延長電源供應器的保持時間之系統與方法、以及非暫態電腦可讀儲存媒體 - Google Patents

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Abstract

本案提供一種在計算系統中對電源供應器(power supply unit, PSU)的能量罐電容器(energy-tank capacitor)進行充電和放電的系統與方法。電源供應器包括順向式轉換器(forward converter)、降壓型轉換器(buck converter)、開關盒(switch box)和選項盒(option box)。順向式轉換器包括變壓器(transformer)。變壓器的初級繞組(primary winding)與次級繞組(secondary winding)分別耦接到電源供應器的輸入與輸出。順向式轉換器的兩個或更多元件與降壓型轉換器共享，以在啟用時支援降壓型轉換器的功能。開關盒包括電源開關與連接到順向式轉換器的控制器開關。在保持(hold-up)時間內，當電源供應器的輸入電源被中斷(interrupted)時，儲存在能量罐電容器上的能量能支援伺服器系統的功耗(power consumption)。

Description

用於延長電源供應器的保持時間之系統與方法
本揭露是有關於電腦伺服器系統(computer server systems)，特別是有關於電腦伺服器系統的電源供應(power supplies)。
現代伺服器農場(Modern server farms)或數據中心(data centers)通常使用大量伺服器來處理各種應用服務的處理需求。每個伺服器處理各種操作，並且需要一定程度的功耗(power consumption)來維持這些操作。其中一些操作是“關鍵任務(mission critical)”操作，且這些操作的中斷(interruptions)可能導致與這些操作相關的用戶之重大安全漏洞(significant security breach)或收入損失(revenue losses)。
然而，AC電源至數據中心的暫態波動(transient fluctuations)可以是不可預測的(unpredictable)。例如，電源中斷(power interruptions)可以源自商業電網(commercial power grids)，其通常使用易受(vulnerable)天氣條件(例如暴風雨(storms)和洪水(flooding))、設備故障(failure)以及主要切換操作(major switching operations)影響的長傳輸線(long transmission)。
因此，當輸入電源被中斷時，在保持時間(hold-up time)內伺服器系統中的電源供應(power supplies)需要維持具有特定(specific)電壓範圍的輸出。保持時間是在輸入電源中斷期間，伺服器系統無需重置(resetting)或重新啟動(rebooting)而可繼續運行的時間。
在傳統的電源供應器(power supply unit, PSU)中，有兩個轉換器級(converter stages)；一個是昇壓型轉換器(boost converter)，而第二個是接續型轉換器(following converter)。第一昇壓型轉換器(first boost converter)將輸入源(input source)轉換為穩定的(stable)、較高的電壓源(voltage source)。較高的電壓源對作為初級電容罐(primary capacitance tank)的初級電容器(primary capacitor)進行充電(charges)，以在保持時間內進行供電。接續型轉換器級將高壓電(high voltage)轉換為電力系統(power system)所需的低壓輸出電壓源(low voltage output voltage source)。一旦輸入源關閉，儲存在初級能量罐電容器(primary energy tank capacitor)上的能量(U=C(dV2)/2)可以在保持時間內支援對應的伺服器系統。然而，昇壓型轉換器不僅降低了電源供應器的整體效率(overall efficiency)，而且初級能量罐電容器也需要大的高壓電容(high voltage capacitance)，其佔據了(occupies)電源供應器中之有限空間的大部分。此外，高壓電容是昂貴的。最後，由於初級電容器可能僅輸出其電容儲存容量的30％來作為輸出常駐電源需求(output resident power requirement)，所以初級電容器為低效的(inefficient)。
根據本揭露的各種示例之系統與方法，藉由將改進的電源供應器(improved power supply unit, PSU)提供至伺服器系統(server system)來解決上述問題。電源供應器包括順向式轉換器(forward converter)、降壓型轉換器(buck converter)、開關盒(switch box)和選項盒(option box)。順向式轉換器包括變壓器(transformer)。變壓器的初級繞組(primary winding)耦接到電源供應器的輸入，而變壓器的次級繞組(secondary winding)耦接到電源供應器的輸出。順向式轉換器的兩個或更多元件與降壓型轉換器共享(shared)，以在啟用(enabled)時支援降壓型轉換器的功能。當電源供應器的輸入電源(input power)被中斷(interrupted)時，儲存在電壓器的次級繞組側(secondary winding side)上之次級能量罐電容器(secondary energy-tank capacitor)上的能量能夠在保持(hold-up)時間內支援伺服器系統(server system)的功耗(power consumption)。
在一些實施方式中，降壓型轉換器包括耦接到變壓器的次級繞組之第一次級側電晶體(first secondary-side transistor)、功率電晶體(power transistor)、電感器(inductor)、輸出電容器(output capacitor)和降壓型控制器(buck controller)(例如脈衝寬度調變(pulse-width-modulation, PWM)控制器)。第一電晶體(first transistor)、電感器以及輸出電容器與順向式轉換器共享。降壓型轉換器將變壓器的次級繞組側上之次級能量罐電容器轉換為電源供應器的輸出電壓。電容器罐可藉由降壓型轉換器來提供90％的功率量。
在一些實施方式中，開關盒還包括控制器開關(controller switch)。控制器開關連接到降壓型轉換器的降壓型控制器，並且用以回應於確定電源供應器的輸入電壓被中斷，啟用降壓型轉換器。已啟用的降壓型轉換器啟用次級能量罐電容器與電源供應器輸出之間的放電路徑(discharging path)。它可以將次級能量罐電容器轉換為電源供應器的穩定輸出電壓(例如12V)。
在一些實施方式中，順向式轉換器還包括連接到變壓器的初級繞組之第一初級側電晶體(first primary-side transistor)、連接到變壓器的次級繞組之第二次級側電晶體(second secondary-side transistor)以及與降壓型轉換器一起共享元件的順向式控制器(forward controller)(例如PWM控制器)。共享元件包括電感器、第一次級側電晶體和輸出電容器。
在一些實施方式中，開關盒的控制器開關可以確定電源供應器的輸入電壓是否為正常狀態。在一些實施方式中，順向式控制器可以確定電源供應器的輸入電壓是否正常操作，並且將判定(determination)發送到控制器開關。
根據本揭露的一個方面，提供了一種用於對電源供應器的次級能量罐電容器進行充電(charging)和放電(discharging)的方法。電腦實現(computer-implemented)方法的步驟包括：監視(monitoring)電源供應器的輸入電壓，電源供應器包括了具有變壓器的順向式轉換器、降壓型轉換器以及開關盒，該開關盒包括控制器開關以及耦接到變壓器的次級繞組之次級能量罐電容器。在輸入電壓為正常狀態的情況下，電腦實現的方法禁用(disenables)耦接到能量罐的降壓型轉換器，並且藉由輔助電源供應(auxiliary supply)，次級能量罐電容器途經充電路徑(charging path)而充電到選項盒。如果輔助電源供應直接提供高壓電(high voltage)，則選項盒可以是開關，或是若輔助電源供應提供低電壓，則選項盒可以是低功率昇壓型轉換器(low power boost converter)。在輸入電壓為中斷狀態的情況下，該方法啟用耦接到次級能量罐的降壓型轉換器，並且經由降壓型轉換器來將次級能量罐電容器放電到電源供應器的輸出。
根據本揭露的另一方面，提供了一種儲存指令(instructions)的非暫時電腦可讀儲存媒體(non-transitory computer-readable storage medium)。當由計算系統的處理器來執行指令時，指令使處理器執行的操作包括：監視計算系統的電源供應器的輸入電壓，電源供應器包括了具有變壓器的順向式轉換器、降壓型轉換器以及開關盒，該開關盒包括控制器開關以及耦接到變壓器的次級繞組之次級能量罐電容器。在輸入電壓為正常狀態的情況下，電腦實現的方法禁用耦接到次級能量罐的降壓型轉換器，並且藉由輔助電源供應，次級能量罐電容器途經充電路徑(charging path)而充電到選項盒。如果輔助電源供應直接提供高壓電，則選項盒可包括開關，或者若輔助電源供應提供低電壓，則選項盒可包括低功率昇壓型轉換器。在輸入電壓為中斷狀態的情況下，該方法啟用耦接到次級能量罐的降壓型轉換器，並且經由降壓型轉換器來將次級能量罐電容器放電到電源供應器的輸出。
本揭露之額外特徵及優點將被闡述於以下敘述，並且部分將從描述中顯而易見，或者可以通過實踐本文揭露的原理而學習。本揭露之額外特徵及優點可以藉由於申請專利範圍特別指出的手段及組合而被實現及取得。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
本發明可以以許多不同的形式來實施。代表性實施例係繪示於所附圖式中，並且將在此處被詳細說明，請理解這些實施例是本揭露原理的範例或說明，但不意於限制本揭露的廣泛方面。就此而言，例如在摘要、發明內容、及實施方式的部分中揭露但在請求項中未明確闡述的要素和限制，不應該通過暗示、推斷或以其他方式而單獨或集體併入到申請範例範圍中。除非明確否認，本詳細描述的目的：單數包括複數，反之亦然；而“包括”一詞的意思是“包括但不限於”。此外，此處所使用約莫的字詞例如“大約”、“幾乎”、“實質上”、“近似”等類似詞語，可表示“位於、接近、或接近於”或在3-5%之內”、“或在可接受的製造公差內”、或其任何邏輯組合。
本揭露的各種範例提供了用於在計算系統(computing system)中對電源供應器(power supply unit, PSU)的次級能量罐電容器(secondary energy-tank capacitor)進行充電(charging)和放電(discharging)的系統和方法。電源供應器包括順向式轉換器(forward converter)、降壓型轉換器(buck converter)、開關盒(switch box)和選項盒(option box)。順向式轉換器包括變壓器。變壓器的初級繞組(primary winding)耦接到電源供應器的輸入，而變壓器的次級繞組(secondary winding)耦接到電源供應器的輸出。順向式轉換器的兩個或更多元件與降壓型轉換器共享(shared)，以在啟用(enabled)時支援降壓型轉換器的功能。開關盒包括電源開關以及連接到順向式轉換控制器的控制器。如果輔助電源供應(auxiliary-supply)直接提供高壓電，則選項盒可以是開關，或者若輔助電源供應提供低電壓，則選項盒可以是低功率昇壓型轉換器(low power boost converter)。
第1B圖繪示依照本揭露的一實施方式之具有選項盒的次級能量罐電容器C5之範例性電源供應器(PSU)100B之區塊示意圖，該選項盒提供來自於輔助(auxiliary)或外部電源供應(external power supply)的電壓。在此範例中，電源供應器100B包括連接到輸入電源101的輸入電容器C4、順向式轉換器105、降壓型轉換器106、開關盒107和選項盒108。不同於第1圖的傳統的電源供應器100A，電源供應器100B不需要昇壓型轉換器102以及連接到電源供應器100A的順向式轉換器104之昂貴的能量罐103，其中昇壓型轉換器102包括電容器C1、電感器L1、電晶體Q1、昇壓型控制器X1以及二極體D2，能量罐103包括電容器C2，順向式轉換器104包括電容器C3、電感器L2、電晶體Q2、電晶體Q3、電晶體Q4、變壓器T1以及順向式控制器X2，且電晶體Q1、電晶體Q2、電晶體Q3、電晶體Q4具有閘極G、汲極D以及源極S。因此，與傳統的電源供應器100A相比，範例性電源供應器100B提供了更有效與更便宜的解決方案。
在第1B圖的範例中，開關盒107包括連接到降壓型轉換器106的控制器開關X4，且開關盒107連接到選項盒108的次級能量罐電容器C5與選項盒控制器X5。控制器開關X4包括控制器和電源開關(未顯示)。控制器接收來自於順向式轉換器105的信號以導通/截止(turn on/off)控制器開關X4的電源開關。當控制器開關X4的電源開關導通時，來自於次級能量罐電容器C5的能量經過降壓型轉換器106而傳遞至電源供應器100B的輸出。
藉由經過選項盒108的輔助或外部電源供應，將次級能量罐電容器C5充電為較高電壓。如果輔助電源供應直接提供高壓電，則選項盒可以是開關，或者若輔助電源供應提供低電壓，則選項盒可以是低功率昇壓型轉換器。因此，低功率昇壓型轉換器將來自於這種輔助電源供應的低電壓轉換為高壓電，以對次級能量罐電容器C5進行充電。
順向式轉換器105包括變壓器T2、連接到變壓器T2的初級繞組之第一初級側電晶體(first primary-side transistor)Q5、連接到變壓器T2的次級繞組之第二次級側電晶體(second secondary-side transistor)Q7以及與降壓型轉換器106一起共享元件之順向式控制器(forward controller)X2 (例如PWM控制器)，共享元件包括電感器(inductor)L3、第一次級側電晶體(first secondary-side transistor)Q8和輸出電容器C6。順向式控制器X2連接到第一初級側電晶體Q5、第一次級側電晶體Q8、第二次級側電晶體Q7和控制器開關X4。其中第一初級側電晶體Q5、第二次級側電晶體Q7與第一次級側電晶體Q8皆具有閘極G、汲極D以及源極S。
降壓型轉換器106包括連接到第一次級側電晶體Q8與第二次級側電晶體Q7的功率電晶體(power transistor)Q6以及降壓型控制器(buck controller)X3 (例如脈衝寬度調變控制器(pulse-width-modulation(PWM) controller))；與順向式轉換器105一起共享的元件包括電感器L3、第一次級側電晶體Q8和輸出電容器C6。降壓型控制器X3連接到控制器開關X4。功率電晶體Q6為次級能量罐電容器C5提供到電源供應器100B的輸出之放電路徑(discharging path)。其中功率電晶體Q6具有閘極G、汲極D以及源極S。
在此範例中，控制器開關X4連接到順向式轉換器105的順向式控制器X2，並且可以確定輸入電源101是否正常操作。在輸入電源101正常操作的情況下，控制器開關X4可以禁用(disenable)降壓控制器X3，並阻斷(block)次級能量罐電容器C5、第二次級側電晶體Q7和功率電晶體Q6。
然而，在輸入電源101異常操作的情況下，控制器開關X4可以啟用降壓型轉換器106。已啟用的降壓型轉換器106為次級能量罐電容器C5提供到電源供應器100B的輸出之放電路徑，該放電路徑包括功率電晶體Q6、第一次級側電晶體Q8、電感器L3以及輸出電容器C6。經由放電路徑，次級能量罐電容器C5可以轉換為電源供應器100B的低輸出電壓(例如12V)。
如上所示的第1B圖中，改進的(improved)電源供應器100B不需要任何高功率昇壓型轉換器(high power boost converter)，也不需要連接到變壓器的初級繞組之高容量(high volume)與高壓電的昂貴能量罐，並且可以在保持時間內為對應的計算系統提供高效(highly efficient)與低成本(low cost)的解決方案。
第2圖是依照本揭露的一實施方式之用於在計算系統中對電源供應器的次級能量罐電容器進行充電和放電之範例性方法。應當理解，範例性方法200僅為了說明性目的而呈現，並且根據本揭露的其他方法可包括以類似指令或替代指令或並行的方式所執行的附加、更少或替代(alternative)步驟。藉由監視(monitoring)如第1B圖所示之電源供應器輸入的輸入電壓，範例性方法200從步驟202開始。在一些實施方式中，電源供應器包括順向式轉換器、降壓型轉換器和開關盒。順向式轉換器包括變壓器、連接到變壓器的初級繞組之第一初級側電晶體、連接到變壓器的次級繞組之第二次級側電晶體以及與降壓型轉換器一起共享元件的順向式控制器，共享元件包括電感器、第一次級側電晶體和輸出電容器。變壓器的初級繞組耦接到電源供應器的輸入，而變壓器的次級繞組耦接到電源供應器的輸出。開關盒包括電源開關和連接到順向式轉換控制器的控制器。如果輔助電源供應直接提供高壓電，則選項盒可以是開關；如果輔助電源供應提供低電壓，則選項盒可以是低功率昇壓型轉換器。
在步驟204，控制器開關可以確定電源供應器的輸入電壓是否為正常狀態，如第1B圖所示。在一些實施方式中，順向式控制器可以確定電源供應器的輸入電壓是否正常操作，然後將判定發送至控制器開關。
在步驟206，在輸入電壓為正常狀態的情況下，控制器開關可以禁用耦接到次級能量罐電容器之電源供應器的降壓轉換器。在步驟208，順向式轉換器105經由選項盒的輔助或外部電源供應而能將所需電源傳送到輸出，並且對次級能量罐電容器進行充電，如第1B圖所示。
在步驟210，在輸入電壓為異常(abnormal)狀態的情況下。 在步驟212，控制器開關可以啟用電源供應器的降壓型轉換器。在步驟214，控制器開關可經由降壓轉換器而將次級能量罐電容器放電到電源供應器的輸出，如第1B圖所示。
本發明揭露了如第3-4圖所示之範例性系統與網路的簡要介紹性描述。在闡述各種範例時，本揭露應該要描述這些變化。現在本揭露轉到第3圖。
第3圖繪示範例性系統300，其中該系統的元件彼此之間利用系統匯流排(system bus)302來電性通信(electrical communication)。系統300包括處理器330(CPU)以及耦接到各種系統元件的系統匯流排302。系統元件包括記憶體304(例如唯讀記憶體(read only memory, ROM)306與隨機存取記憶體(random access memory, RAM)308)和處理器330。系統300可包括與處理器330直接連接、靠近(close proximity)之或是整合為(integrated)處理器330一部份之高速記憶體(high-speed memory)的快取(cache)。系統300可從記憶體304和/或儲存裝置312來將數據複製到快取328，以由處理器330來快速存取。這種方式中，當在等待數據時，快取可以為處理器330提供性能的提升(performance boost)。這些與其他模組(modules)可以控制或是架構成控制處理器330以執行各種動作。其他記憶體304也可以使用。記憶體304可包括具有不同性能特徵(performance characteristics)之多種不同類型的記憶體。處理器330可以包括任何通用處理器(general purpose processor)和硬體模組(hardware module)或軟體模組(software module)，例如嵌入(embedded)於儲存裝置312的模組1 314、模塊2 316以及模組3 318。硬體模組或軟體模組架構成控制處理器330與專用處理器(special-purpose processor)，其中軟體指令(software instructions)包含(incorporated)於實際處理器設計中。處理器330本質上(essentially)可以是完全獨立(self-contained)的計算系統，其包含多核(cores)或處理器、匯流排、記憶體控制器、快取等。多核處理器(multi-core processor)可以是對稱的(symmetric)或是非對稱的(asymmetric)。
為了使用戶(user)能與系統300進行互動(interaction)，提供輸入裝置320作為輸入機制(input mechanism)。輸入裝置320可包括用於語音(speech)的麥克風(microphone)，用於手勢(gesture)或圖形輸入的觸摸螢幕(touch-sensitive screen)、鍵盤(keyboard)、滑鼠(mouse)，動作輸入等。在一些情況下，多模式系統(multimodal systems)可以使用戶能夠提供多種類型的輸入以與系統300進行通信。在此範例中，還提供了輸出裝置322。通信介面(communications interface)324可以管理(govern)用戶輸入和系統輸出。
儲存裝置312可以是非揮發性記憶體(non-volatile memory)，以儲存由電腦所存取的數據。儲存裝置312可以是磁帶盒(magnetic cassettes)、快閃記憶卡(flash memory cards)、固態記憶體裝置(solid state memory devices)、數位多功能影音光碟(digital versatile disks)、盒式磁帶(cartridges)、隨機存取記憶體308、唯讀記憶體306及其混合(hybrids)。
控制器310可以是系統300上的專用微控制器(specialized microcontroller)或處理器，如BMC(基板管理控制器(baseboard management controller))。在一些情況下，控制器310可以是智能平台管理介面(Intelligent Platform Management Interface, IPMI)的一部分。此外，在一些情況下，控制器310可以嵌入在系統300的主板(motherboard)或主電路板上。控制器310可以管理系統管理軟體(system management software)與平台硬體(platform hardware)之間的介面。控制器310還可以與各種系統裝置和元件(內部和/或外部)進行通信，如控制器或周邊(peripheral)元件，如下文所進一步描述的。
控制器310可以產生對於通知(notifications)、警報(alerts)和/或事件的具體回應(specific responses)，並且與遠端裝置(remote devices)或元件(例如電子郵件訊息(electronic mail message)、網路訊息等)進行通信以產生用於自動硬體修復程序(automatic hardware recovery procedures)的指令或命令(command)。管理員(administrator)也可以與控制器310進行遠端通信以啟動(initiate)或執行特定(specific)硬體修復程序或操作，如下文所進一步描述的。
控制器310也可包括用於管理與保留事件、警報以及通知的系統事件日誌控制器(system event log controller)和/或儲存器，並且由控制器310來接收。例如，控制器310或系統事件日誌控制器可以接收來自於一或多個裝置與元件的警報或通知，並且將警報或通知保留在系統事件日誌儲存元件中。
快閃記憶體332可以是電子非揮發性電腦儲存媒體(electronic non-volatile computer storage medium)或芯片(chip)，其可以由系統300來用於儲存和/或數據傳輸。快閃記憶體332可以被電性擦除(electrically erased)和/或重新編程(reprogrammed)。例如，快閃記憶體332可包括EPROM(可抹除可編程唯讀記憶體(erasable programmable read-only memory))、EEPROM(電子擦除式可複寫唯讀記憶體(electrically erasable programmable read-only memory))、ROM、NVRAM或CMOS(互補式金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide semiconductor))。例如，當系統300隨著一套配置所指定的韌體(firmware)334而首次通電時，快閃記憶體332也可儲存由韌體334所使用的配置。
韌體334可以包括基本輸入/輸出系統或相等物(equivalents)，如EFI(可延伸韌體介面(Extensible Firmware Interface))或UEFI(統一可延伸韌體介面(Unified Extensible Firmware Interface))。每次啟動系統300時，韌體334可加載(loaded)與執行為序列程序(sequence program)。根據配置的設定，韌體334可辨識(recognize)、初始化(initialize)以及系統300中所存在的測試硬體。韌體334可以在系統300上執行自檢(self-test)，例如POST(加電自檢(Power-on-Self-Test))。自檢可以測試各種硬體元件的功能，如硬碟(hard disk drives)、光學(optical)讀取裝置、冷卻裝置、記憶體模組、擴充卡(expansion cards)等。韌體334可在記憶體304、唯讀記憶體 306、隨機存取記憶體 308和/或儲存裝置312中找出(address)與分配區域，以儲存操作系統(operating system, OS)。韌體334可以加載啟動程式(boot loader)和/或OS，並且將系統300的控制權提供給OS。
系統300的韌體334可包括韌體配置(firmware configuration)，其定義韌體334該如何控制系統300中的各種硬體元件。韌體配置可以確定系統300中的各種硬體元件之啟動順序(order)。韌體334可提供允許各種不同參數進行設定的介面，如UEFI，該介面的參數可不同於韌體默認配置(firmware default configuration)中的參數。例如，用戶(例如管理員)可以使用韌體334以指定(specify)時鐘和匯流排速度；限定哪些周邊裝置連接到系統300；設定操作參數的閾值(thresholds)(例如風扇(fan)速度和CPU溫度限制)；和/或提供影響系統300的整體性能與功率使用之各種其他參數。雖然韌體334被示為儲存在快閃記憶體332中，但是本領域技術人員將容易識別出(recognize)韌體334可以儲存在其他記憶體元件中，如記憶體304或唯讀記憶體306。
系統300可包括一或多個感測器(sensors)326。例如，一或多個感測器326可包括一或多個溫度感測器、熱感測器(thermal sensors)、氧氣感測器(oxygen sensors)、化學感測器(chemical sensors)、聲音感測器(noise sensors)、熱量感測器(heat sensors)、電流感測器(current sensors)、電壓檢測器(voltage detectors)、空氣流量感測器(air flow sensors)、流量感測器(flow sensors)、紅外線溫度計(infrared thermometers)、熱通量感測器(heat flux sensors)、溫度計(thermometers)、高溫計(pyrometers)等。例如，一或多個感測器326可經由系統匯流排302來與處理器330、快取328、快閃記憶體332、通信介面324、記憶體304、唯讀記憶體306、隨機存取記憶體 308、控制器310和儲存裝置312進行通信。一或多個感測器326還可以經由一或多個不同手段(means)來與系統中的其他元件進行通信，例如內部積體電路(inter-integrated circuit)(12C)，通用型輸出(general purpose output)(GPO)等。系統300上的不同類型感測器(例如感測器326)還可以在參數上向控制器310進行報告，如冷卻風扇速度(cooling fan speeds)、電源狀態、操作系統（OS）狀態、硬體狀態等。可由系統300來使用顯示器(display)336，以提供關於應用程式(applications)的圖形，該圖形由控制器310和/或處理器330來執行。
第4圖繪示具有晶片組結構(chipset architecture)的範例性系統400，該晶片組結構可用於執行本揭露所描述的方法或操作，以及用於產生和顯示圖形使用者介面(graphical user interface)(GUI)。系統400可包括能用於實現本揭露所公開的技術之電腦硬體、軟體和韌體。系統400可包括處理器410，處理器410是能執行軟體、韌體和硬體之各種物理(physically)和/或邏輯相異資源(logically distinct resources)的代表。處理器410所執行的軟體、韌體和硬體架構成執行已確定的(identified)計算。處理器410可以與晶片組402進行通信，晶片組402可以控制到處理器410的輸入以及來自於處理器410的輸出。在此範例中，晶片組402將資訊輸出到輸出裝置414，如顯示器；且晶片組402可以對儲存裝置416進行資訊的讀取與寫入。譬如說，儲存裝置416可包括磁性媒體(magnetic media)和固態媒體(solid state media)。晶片組402還可以從隨機存取記憶體418來讀取數據以及將數據寫入至隨機存取記憶體418。用於與各種使用者介面元件406進行連接(interfacing)的橋接器(bridge)404可提供與晶片組402的連接。使用者介面元件406可包括鍵盤、麥克風、觸摸辨識與處理電路(touch detection and processing circuitry)以及指示裝置(pointing device)，如滑鼠。
晶片組402還可以與一或多個通信介面408進行連接，通信介面408可具有不同的物理介面。這種通信介面可包括用於有線與無線局域網(wired and wireless local area networks)的介面、用於寬頻無線網路(broadband wireless networks)的介面以及用於個人區域網路的介面。此外，機器可經由使用者介面元件406而從使用者接收輸入並執行適當功能，例如藉由利用處理器410所解讀(interpreting)的這些輸入來瀏覽(browsing)功能。
此外，晶片組402也可以與韌體412進行通信，韌體412可以在通電時由系統400來執行。根據一組韌體配置，韌體412可識別、初始化以及檢測在系統400中所存在的硬體。韌體412可以在系統400上執行自檢，例如POST。自檢可檢測各種硬體元件402-418的功能。韌體412可在記憶體418中找出與分配區域，以儲存OS。韌體412可以加載啟動程式和/或OS，並將系統400的控制權提供給OS。在一些情況下，韌體412可以與硬體元件402-410以及414-418來進行通信。這裡，韌體412可透過晶片組402和/或是一或多個其他元件來與硬體元件402-410以及414-418進行通信。在一些情況下，韌體412可以直接與硬體元件402-410以及414-418來進行通信。
可以理解，第3圖的範例性系統300與第4圖的400可具有多於一個處理器(例如330、410)，或是一起聯網(networked together)的計算裝置之組或集群的部分，以提供更好的處理能力。
如本發明所使用的術語”元件”、”模組”、”系統”等通常是指電腦相關的實體(entity)，其為硬體(例如電路)、硬體與軟體的組合、軟體，或是與具有一或多個特定功能的操作機器相關的實體。例如，元件可以是在處理器(例如數位信號處理器)上所運行的進程(process)，但不限於是處理器、物體、對象、可執行文件、執行的線程(thread)、程序和/或電腦。作為說明，運行在控制器上的應用程序和控制器都可以是元件。一或多個元件可以駐留(reside)在進程和/或執行的線程內，且元件可位於一電腦上和/或分佈在兩個或更多電腦之間。此外，“設備”可以有專門設計的硬體形式；藉由其軟體執行所專門製造的通用硬體(generalized hardware)使硬體能夠執行特定功能、儲存在電腦可讀取媒體上的軟體，或其組合。
此處所使用的術語僅用於描述特定實施例的目的，而不意圖於限制本發明。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否則單數形式“一”、“一個”和“該” 也意於包括複數形式。此外，就在詳細描述及/或申請專利範圍中使用術語“包括”、“包含”、“具”、“具有”、“有”或其變體的範圍而言，這些術語用意在於以類似於術語“包括”的方式概括。
除非另外定義，否則此處使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與本發明所屬領域的具有通常知識者通常理解的相同含義。應進一步理解的是，例如在常用字典中定義的那些術語應解釋為具有與其在相關領域的上下文中的含義一致的含義，並且不會理解為理想化或過度形式化的意義，除非明確如此定義。
雖然以上已經描述了本發明的各種實施例，應理解的是，它們僅作為示例呈現，而不是限制。儘管本發明已參照一個或多個實施方式作說明和描述，但是本領域具有通常知識者在閱讀和理解本說明書和附圖後將能思及等效的改變和修改。再者，雖然本發明的特定特徵可能僅已參照多個實施方式中的其中一個揭露，但是這樣的特徵可以與其他實現的一個或多個其他特徵組合，以期望於或有助於任何給定的或特定的應用。因此，本發明的廣度和範圍不應該受到任何上述實施例的限制。相反，本發明的範圍應根據以下申請專利範圍及其均等物來定義。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100A、100B:電源供應器 101:輸入電源 102:昇壓型轉換器 103:能量罐 104、105:順向式轉換器 106:降壓型轉換器 107:開關盒 108:選項盒 200:方法 300、400:系統 402:晶片組 404:橋接器 406:使用者介面元件 302:系統匯流排 304:記憶體 306:唯讀記憶體 308、418:隨機存取記憶體 310:控制器 312、416:儲存裝置 314:模組1 316:模組2 318:模組3 320:輸入裝置 322、414:輸出裝置 324、408:通信介面 326:感測器 328:快取 330、410:處理器 332:快閃記憶體 334、412:韌體 336:顯示器 202、204、206、208、210、212、214:步驟 C1、C2、C3:電容器 L1、L2:電感器 Q1、Q2、Q3、Q4:電晶體 X1:昇壓型控制器 D2:二極體 X2:順向式控制器 T1、T2:變壓器 G:閘極 D:汲極 S:源極 C4:輸入電容器 Q5:第一初級側電晶體 Q7:第二次級側電晶體 Q8:第一次級側電晶體 L3:電感器 C6:輸出電容器 Q6:功率電晶體 X3:降壓型控制器 X4:控制器開關 X5:選項盒控制器 C5:次級能量罐電容器
從下文所描述的範例性實施例與所附圖式之共同參考，將更佳的理解本揭露與其優點和圖式。這些圖式僅描繪了範例性實施例，因此不應被視為對各種實施例或申請專利範圍之範圍上的限制： 第1A圖繪示傳統的電源供應器之區塊示意圖。 第1B圖繪示依照本揭露的一實施方式之具有耦接到電源供應器的變壓器的次級繞組之次級能量罐電容器之範例性電源供應器的區塊示意圖。 第2圖是依照本揭露的一實施方式之用於在計算系統中對電源供應器的次級能量罐電容器進行充電和放電之範例性方法。 第3圖和第4圖繪示依照本揭露的各種示例之範例性系統。
100B:電源供應器
101:輸入電源
105:順向式轉換器
106:降壓型轉換器
107:開關盒
108:選項盒
C4:輸入電容器
Q5:第一初級側電晶體
T2:變壓器
X2:順向式控制器
Q7:第二次級側電晶體
Q8:第一次級側電晶體
L3:電感器
C6:輸出電容器
Q6:功率電晶體
X3:降壓型控制器
X4:控制器開關
X5:選項盒控制器
C5:次級能量罐電容器
G:閘極
D:汲極
S:源極

Claims (10)

  1. 一種電源供應器，包括： 一順向式轉換器，包括： 一變壓器； 一第一初級側電晶體，連接到該變壓器的一初級繞組； 一第二次級側電晶體，連接到該變壓器的一次級繞組； 一順向式控制器；以及 複數個共享元件，包含一第一次級側電晶體、一電感器和一輸出電容器； 一降壓型轉換器，包括： 一功率電晶體； 一降壓型控制器；以及 該些共享元件，包含該第一次級側電晶體、該電感器和該輸出電容器； 一開關盒，包括： 一電源開關；以及 一控制器開關，連接到該順向式控制器；以及 一選項盒，包括： 一開關或一低功率昇壓型轉換器；以及 一次級能量罐電容器，連接到該開關盒； 其中，該變壓器的該初級繞組耦接到該電源供應器的一輸入，而該變壓器的該次級繞組耦接到該電源供應器的一輸出。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應器，其中該順向式控制器架構成確定該電源供應器的一輸入電壓是否正常操作，並且將一判定發送至該控制器開關。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電源供應器，其中該控制器開關架構成確定該電源供應器的該輸入電壓是否正常操作。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電源供應器，其中該控制器開關還架構成禁用該降壓型轉換器，以回應於確定該電源供應器的該輸入電壓為一正常狀態。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電源供應器，其中該控制器開關還架構成經由一充電路徑來對該次級能量罐電容器進行充電，該充電路徑包括： 該選項盒，包括： 該開關或該低功率昇壓型轉換器；以及 該次級能量罐電容器，連接到該開關盒。
  6. 一種用於對一電源供應器的一能量罐進行充電和放電的方法，包括： 監測該電源供應器的一輸入電壓，該電源供應器包括一順向式轉換器，該順向式轉換器包括一變壓器、一降壓型轉換器和一開關盒，該開關盒包括一控制器開關和耦接到一選項盒的一功率電晶體，該選項盒包括一次級能量罐電容器； 在該輸入電壓為一異常狀態的情況下，啟用耦接到該次級能量罐電容器的該降壓型轉換器；以及 經由一放電路徑，將該次級能量罐電容器放電到該電源供應器的一輸出。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該順向式轉換器還包括： 一第一初級側電晶體，連接到該變壓器的一初級繞組； 一第二次級側電晶體，連接到該變壓器的一次級繞組； 一順向式控制器；以及 複數個共享元件，包含一第一次級側電晶體、一電感器和一輸出電容器。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之方法，還包括： 在該輸入電壓為一正常狀態的情況下，禁用耦接到該次級能量罐電容器的該降壓轉換器；以及 經由該選項盒的一充電路徑，對該次級能量罐電容器進行充電。
  9. 一種非暫態電腦可讀儲存媒體，包括複數個指令，當由一計算系統之至少其中之一處理器來執行時，使該計算系統執行複數個操作，該些操作包括： 監視一電源供應器的一輸入電壓，該電源供應器包括一順向式轉換器，該順向式轉換器包括一變壓器、一降壓型轉換器、一開關盒和一選項盒，該選項盒包括一控制器開關和耦接到一輔助或外部電源供應的一次級能量罐電容器； 在該輸入電壓為一異常狀態的情況下，啟用耦接到該次級能量罐電容器的該降壓型轉換器；以及 經由一放電路徑，將該次級能量罐電容器放電到該電源供應器的一輸出，該放電路徑包括該降壓型轉換器。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之非暫態電腦可讀儲存媒體，其中該順向式轉換器還包括： 一第一初級側電晶體，連接到該變壓器的一初級繞組； 一第二次級側電晶體，連接到該變壓器的一次級繞組； 一順向式控制器；以及 複數個共享元件，包括一第一次級側電晶體、一電感器和一輸出電容器；並且其中該降壓型轉換器包括一功率電晶體、一降壓型控制器以及包含了該第一次級側電晶體、該電感器和該輸出電容器的該些共享元件。
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