TW202042011A - 電子系統及其操作方法和電子電路 - Google Patents

電子系統及其操作方法和電子電路 Download PDF

Info

Publication number
TW202042011A
TW202042011A TW108123509A TW108123509A TW202042011A TW 202042011 A TW202042011 A TW 202042011A TW 108123509 A TW108123509 A TW 108123509A TW 108123509 A TW108123509 A TW 108123509A TW 202042011 A TW202042011 A TW 202042011A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
power
energy storage
power supply
storage unit
supply unit
Prior art date
Application number
TW108123509A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI715098B (zh
Inventor
歐陽光華
許國展
施雲騰
Original Assignee
廣達電腦股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 廣達電腦股份有限公司 filed Critical 廣達電腦股份有限公司
Publication of TW202042011A publication Critical patent/TW202042011A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI715098B publication Critical patent/TWI715098B/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/28—Supervision thereof, e.g. detecting power-supply failure by out of limits supervision
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/263—Arrangements for using multiple switchable power supplies, e.g. battery and AC
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0068—Battery or charger load switching, e.g. concurrent charging and load supply
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/32—Means for saving power
    • G06F1/3203—Power management, i.e. event-based initiation of a power-saving mode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0063—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with circuits adapted for supplying loads from the battery
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

電子系統及其操作方法對連接負載提供額外功率。此系統包括電源供應單元和耦接至電源供應單元的能量儲存單元。開關具有耦接至電源供應單元的輸入端。功率輸出對負載提供功率。功率輸出耦接至開關的輸出端和能量儲存單元。控制器可操作以提供充電週期，其中在充電週期中，開關被開啟以對功率輸出提供功率。控制器提供升壓週期，其中在升壓週期中，透過脈衝寬度調變訊號控制開關，以在升壓週期期間，當開關啟動時，將電源供應單元連接能量儲存單元，以對負載提供功率，並且在開關關閉時，使用能量儲存單元對負載提供功率。

Description

電子系統及其操作方法和電子電路
本揭露一般涉及用於計算裝置的電子系統。更具體來說，本揭露涉及一種能夠使能量儲存單元放電，以為了提升部件(例如處理器)效能的系統。
目前應用的伺服器以處理裝置(例如中央處理器(central processing unit；CPU))和專用處理器(例如繪圖處理器(graphic processing unit；GPU))為中心。伺服器將具有多個中央處理器和繪圖處理器晶片。這種伺服器的計算能力(computing capability)取決於通用處理器或專用處理器的數量和計算力(computing power)。隨著處理器的改進以提高速度和性能，亦增加更多功率需求。
通常來說，中央處理器和繪圖處理器晶片隨著其處理速度和性能的增加而需要越來越多的功率(power)。因此，供應的功率越大，這種晶片的效能越高。這種晶片被設計為具有用於最大效能的峰值功率模式。當不在峰值功率模式時，這些晶片的效能可能會降低。提供更低功率可以節省系統的功率消耗(power budget)。通常藉由計算在系統中的所有部件的功率需求來確定功率消耗。這允許為系統選擇合適的電源供應單元(power supply unit；PSU)。通常來說，率預算是基於系統的最大功率，而不是系統的峰值功率。因此，所選定的電源供應單元(PSU)通常會付出低效能的代價。然而，當需要最大效能時，設計者可以提供更高功率的電源供應單元以支持這種芯片所求的峰值功率。這種更高功率的電源供應單元更昂貴，並且在主板(mother board)上需要更多的佔用空間(footprint space)。此外，在不需要峰值處理能力的週期中，可能不需要更高的功率。在這種情況下，較高功率的電源供應單元未得到充分利用。
因此需要一種為處理器晶片提供功率的突波(surge)以提供更高效能的系統。更需要一種能夠為處理器晶片提供更大功率而仍然節省電源供應單元的功率消耗的系統。還需要一種允許在能量儲存單元中使用較小電容以用於功率提升(power boost)的系統。
本揭露提供一種用於對連接的負載提供額外功率的電子系統。此電子系統包括電源供應單元(PSU)和耦接至電源供應單元的能量儲存單元。開關具有耦接至電源供應單元的輸入端。功率輸出對負載提供功率。功率輸出耦接至開關的輸出端和能量儲存單元。控制器可操作以控制開關，並且啟用和禁止連接至能量儲存單元的充電電路。
本揭露提供一種電子系統操作方法，以對在電子系統中的負載提供功率提升。在充電週期中透過電源供應單元對負載提供功率。在充電週期中透過電源供應單元對能量儲存單元充電。控制開關以啟用和禁止能量儲存單元對負載的連接。
本揭露提供一種對系統負載提供功率提升的電子電路。此電子電路包括電源供應單元和耦接至電源供應單元的分流電阻。此電子電路包括透過分流電阻耦接至電源供應單元的能量儲存單元。能量儲存單元藉由電源供應單元來充電。開關具有耦接至電源供應單元的輸入端。功率輸出對系統負載提供功率。功率輸出耦接至開關的輸出端和能量儲存單元。降壓轉換器耦接在能量儲存單元與功率輸出之間。降壓轉換器允許從能量儲存單元將所儲存的功率放電到功率輸出。控制器可操作以提供充電週期，其中在充電週期中，開關被開啟以對功率輸出提供功率。控制器可操作以提供升壓週期，其中在升壓週期中，透過脈衝寬度調變訊號控制開關。在升壓週期期間，脈衝寬度調變訊號在開關開啟時將電源供應單元與能量儲存單元連接，以對負載提供功率；並且在開關關閉時，使用能量儲存單元對負載提供功率。
以上內容非旨在代表本揭露的每個實施例或每個觀點。具體來說，前述內容僅提供於此所述之一些新穎觀點及特徵的範例。結合圖式及所附申請專利範圍，從實行本發明的的代表性實施例和模式的後續詳細說明中，可以顯而易見本揭露的上述特徵和優點以及其他特徵和優點。
本揭露可呈現以多種不同實施形式。其表現於圖式並於此進行詳述。本揭露之代表具體實施例係為用來瞭解本揭露原理之範例或圖式，並且不限制本揭露所揭露範圍。舉例來說，揭露於摘要、先前技術、發明內容(但無明確設於申請專利範圍)之範圍、要素及限制，該範圍、要素及限制不應單獨地或集體地以暗示、推論或其他方式體現在申請專利範圍。為本揭露內容之詳述目的，除非特定否認，單數詞包含複數詞，反之亦然。並且字詞“包含”其意為“非限制性地包含”。此外，進似性的(approximation)用語例如“大約”、“幾乎”、“相當地”、“大概”等，可用於本發明實施例，其意義上如“在、接近或接近在”或“在3至5%內”或“在可接受製造公差內”或任意邏輯上之組合。
本揭露是一種提供週期性的功率提升以最大化部件(例如處理器)的效能的計算機系統。本揭露之計算機系統使用脈衝寬度調變(pulse width modulation；PWM)訊號來控制開關(例如金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor；MOSFET))，以從能量儲存單元週期性地增加功率，以對部件提供比起藉由單獨電源供應單元所提供的最大功率更大的功率。在其他週期，計算機系統允許對能量儲存單元充電。此計算機系統允許節省電源供應單元的功率消耗，同時保持電源供應單元對系統負載的效能。另外，電源供應單元效用(PSU utility)可以被保持在輕負載週期(light load period)。
第1圖是具有週期性地產生更大功率的能力的計算機系統100的示意圖。計算機系統100包括電源供應單元110，電源供應單元110對部件(例如系統負載120)提供功率。系統負載120可以是部件(例如中央處理器(CPU))或專用處理器(例如繪圖處理器(GPU))。系統負載120可以根據提供給系統負載120的功率以操作在不同的效能準位(performance level)。舉例來說，如果系統負載120是繪圖處理器，則繪圖處理器可以在被供應更高的功率準位時允許更快的處理。
計算機系統100包括升壓(boost)電路130。升壓電路130包括耦接至電源供應單元110的輸出端的分流電阻132。分流電阻132耦接至升壓轉換器134和MOSFET(金屬氧化物半導體場效電晶體)136(亦可稱為熱插拔(hotswap)MOSFET)的輸入端。升壓轉換器134連接至能量儲存單元140。在此實施例中，能量儲存單元140包括一個電容或多個電容，其可以儲存足夠的功率以對系統負載120提供功率。能量儲存單元140耦接至降壓轉換器142，降壓轉換器142耦接至二極體144的一個端點。控制器150感測來自分流電阻132的電流，並且將控制訊號提供至升壓轉換器134和MOSFET 136的控制輸入端。測量分流電阻132的電流以確定電源供應單元110的輸出功率是否已達到最大功率。如下面所述，當能量儲存單元140的充電循環(charging cycle)完成時，電源供應單元110達到最大功率，並且可以啟動升壓循環(boost cycle)。
升壓電路130包括連接至電源供應單元110的輸入端152和連接至系統負載120的輸出端154。二極體144的另一端點連接至輸出端154，以從能量儲存單元140提供額外的升壓功率。MOSFET 136的輸出端連接到輸出端154。如下面所述，升壓電路130可以對系統負載120提供週期性的功率提升以增加效能，而不增加來自電源供應單元110的能量輸出。
第2圖顯示了當系統負載120需要小於電源供應單元110的最大電流輸出時的在第1圖中的系統100。在此充電狀態中，系統負載120所需的電流和到能量儲存單元140的充電電流的組合小於來自電源供應單元110的最大電流輸出。能量儲存單元140的電容達到完全充電，並且被保持直到下一個峰值電流事件發生。
來自電源供應單元110的額外能量可用於對能量儲存單元140中的電容​​充電，如虛線200所示。電源供應單元110的輸出的一部分透過分流電阻器132路由(route)到升壓轉換器134，以對能量儲存單元140充電。當能量儲存單元140未被充電時，控制器150啟用(enable)升壓轉換器134的輸出。控制器150可基於系統的功率需求來調整與電源供應單元110連接的升壓轉換器134的輸出。舉例來說，電源供應單元110可具有800W的最大功率，並且能量儲存充電電路的最大功率為100W。如果系統負載為400W，則能量儲存電路可以充電至完全充電100W並停止。電源供應單元110在此時提供500W。如果系統負載為450W，則在此時直到完全充電的期間，能量儲存電路可以充電至最大50W。電源供應單元110在此時可提供800W，一旦電源供應單元110在提供超過880W，則控制器將停止對能量儲存電路充電，並且能量儲存電路用作系統電源放電。當啟用時，升壓轉換器134提供功率以對能量儲存單元140的電容充電。在此模式中，降壓轉換器142由控制器150關閉，並因此不對二極管144提供功率。因此，沒有額外的功率從能量儲存單元140提供至輸出端154。
控制器150用於充電狀態的週期中開啟MOSFET 136。因此，由電源供應單元110提供的功率也被路由通過MOSFET 136的一個輸入端，如虛線202所示。由於MOSFET 136開啟(on)，所以功率被路由通過MOSFET 136的另一個輸入端至系統負載120，如虛線204所示。
第3圖顯示了當系統負載120需要比起電源供應單元110通常提供的功率更多的功率時的在第1圖中的系統100。在此模式中，系統負載120的所需電流大於電源供應單元110的最大電流。這可能發生在當系統負載120的最大效能需要大於電源供應單元110的最大電流。在這種情況下，升壓電路130被禁用(disable)，並且降壓轉換器142連接能量儲存單元140中的電容的輸出端以用峰值功率放電，以提供給系統負載120。來自能量儲存單元140的功率的流動可以由虛線300看到。因此，控制器150藉由施加脈衝寬度調變訊號來透過MOSFET 136熱插拔電源供應單元110，以開啟和關閉MOSFET 136。因此，當MOSFET 136開啟時，電源供應單元110以一定準位對系統負載120提供功率。當MOSFET 136開啟時，來自PSU 110的電流流到MOSFET 136的輸入端，如虛線302所示； 並且通過MOSFET 136的輸出端到輸出端154，如虛線304所示。這導致對系統負載120提供大於最大功率的功率。當MOSFET 136關閉(off)時，電源供應單元110與輸出端154斷開。因此，能量儲存單元140單獨供應給系統負載120，如虛線300所示。因此，當MOSFET 136關閉時，功率從最大輸出下降。
來自能量儲存單元140的升壓持續直到電容放電。一旦發生這種情況，計算機系統100就返回至第2圖所示的充電模式。如上面所述，在充電模式下的系統負載電流和充電電流小於來自電源供應單元110的最大電流。因此，電源供應單元110對能量儲存單元140充電。這一直被保持直到下一個峰值電流事件發生。
第4A圖和第4B圖是在功率提升和充電循環期間的在第1圖至第3圖中所示的部件的訊號的電壓圖。如上面關於第2圖所述，在充電模式期間，系統負載120僅由電源供應單元110提供功率。在功率提升模式期間，如第3圖所示，系統負載120僅由能量儲存單元140和由能量儲存單元140與電源供應單元110的組合被交替提供功率。第4A圖和第4B圖包括表示電源供應單元110的最大電流的第一水平虛線400。第二水平虛線402表示電源供應單元110的最大電流的90％。第三水平虛線404表示電源供應單元110的最大電流的110％。第四水平虛線406表示電源供應單元110的最大電流的120％。軌跡410表示提供給系統負載120的功率的輸出。在升壓週期412期間(第一時間週期)，可以將提供給系統負載120的功率提升到電源供應單元110的最大電流的110％。接著在充電週期414(第二時間週期)期間，將功率減小到電源供應單元110的最大電流的90％以下。因此，總循環週期416是升壓週期412(第一時間週期)和充電週期414(第二時間週期)。
如軌跡410所示，在充電週期414期間所提供的功率低於最大電流的90％。由於能量儲存單元140提供的額外功率，在升壓週期412期間，到系統負載120的功率訊號在當MOSFET 136關閉時的電源供應單元110的最大電流的90％與當MOSFET 136開啟時的電源供應單元110的最大電流110％之間交替。跡線410的鋸齒信號形狀是由於來自能量儲存單元140的週期性升壓。因此，當MOSFET 136開啟時，電源供應單元110和能量儲存單元140都提供功率。功率因此增加到第三水平虛線404，在第三水平虛線404的電流是電源供應單元110的最大電流的110％。此時，MOSFET 136關閉，從而關斷電源供應單元110。功率因此僅由能量儲存單元140提供。功率準位因此下降直到其達到第三水平虛線402，在第三水平虛線402的電流是電源供應單元110的最大電流的90％。此時，MOSFET 136再次開啟。
來自控制器150的到MOSFET 136的控制訊號被示為軌跡420。軌跡420在整個充電週期414期間開啟(on)，因此來自電源供應單元110的功率通過MOSFET 136直接提供至系統負載120，如第2圖所示。在升壓週期412期間，根據由控制器150所產生的脈衝寬度調變控制訊號422，軌跡420在開啟(on)和關閉(off)之間切換。在這種情況下，如第3圖所示，當MOSFET 136開啟時，電源供應單元110和能量儲存單元140對系統負載120提供功率，並且當MOSFET 136關閉時，能量儲存單元140單獨對系統負載120提供功率。
軌跡430顯示了來自能量儲存單元140的輸出功率。在充電週期414期間，輸出功率為零，因為降壓轉換器142被停用，並因此能量儲存單元140未連接至輸出端154。在升壓週期412期間，功率輸出在此實施例中在峰值電流的110％的低點和峰值電流的90％的高點之間振盪。峰值電流可被調整。
軌跡440顯示了系統輸入電壓。在充電週期414期間，標稱電壓輸入(nominal voltage input)處於高準位。在升壓週期412期間，電壓輸入在低電壓和另一準位之間振盪。這是由於來自電源供應單元110的系統輸入路徑具有恆定的電阻(功率平面(Power Plane) + MOSFET Rds(on))非常小，當系統電流I增加時，這將導致壓降(voltage drop) = I× R。
軌跡450顯示了來自能量儲存單元140的電容放電。在充電週期414期間，電容正被充電，因此放電準位從零開始，並且指數地增加直到該準位達到完全充電。一旦升壓週期412發生，電容就開始線性放電，直到它們的電量耗盡。
功率輸出W可以表示為W = 1/2 * C * V2 ，其中C是能量儲存單元140的電容的電容值，並且V是到能量儲存單元140的輸入電壓。計算機系統100的優點在於輸入電壓的增加導致由能量儲存單元140所儲存的指數級較大能量(exponentially larger energy)。舉例來說，如果輸入電壓從12V升壓到48V，則可以將大約16倍的能量儲存在具有相同電容值的輸入電容中。當諸如中央處理器或繪圖處理器的系統負載可以在藉由增加CPU或GPU的功率而激活的超頻模式(turbo mode)下操作時，輸入電容可以從相同的有限電源提供更多能量。因此，計算機系統100可以在短時間內提供更多的額外電流，以允許中央處理器或繪圖處理器在該時間週期內以超頻模式操作。
舉例來說，如果電源供應單元110的功率為800W，電源供應單元110的輸出電壓為12.2V，並且系統標稱輸入電壓為12V，則電源供應單元110的功率的110％為800 * 110％ = 880W。因此，電源供應單元110的功率的90％為720W。系統峰值功率為1000W，並且在此實施例中系統峰值電流時間t = 2ms。系統峰值電流和時序通常由系統負載(例如中央處理器/繪圖處理器)定義。因此，不同的中央處理器和繪圖處理器具有不同的峰值電流和時序。
在此實施例中，施加到MOSFET 136的脈衝寬度調變控制訊號的佔空比(duty cycle)為20％開啟(on)和80％關閉(off)。因此，能量儲存單元140在MOSFET 136開啟時需要提供120W，並且在MOSFET 136關閉期間需要提供280W功率。在此實施例中，能量儲存單元140的平均功率是200W。電源供應單元110的平均功率為800W。升壓轉換器134用於將輸入電壓升壓至48V，以對能量儲存單元140的電容充電。
確定能量儲存單元140所需的電容值的過程如下： 能量 = 功率 * 維持時間(holdup_time) / 1000 Vcap_capacitance = 1000 * 2 * 能量 / (Vcap2 -  Vout2 ) 因此，在此實施例中，電容需要至少0.37mF的電容值。
相較之下，如果不使用上面所述的MOSFET，則能量儲存單元將需要單獨處理1000W的放電功率。這將需要一個至少1.85mF的非常大的電容。因此，使用上面所述的升壓電路的MOSFET 136，可以節省五倍的電容值以提供相同的功率提升。
如在此處所使用的術語“部件”、“模組”、“系統”等等，其通常是與電腦相關的實體，硬體(例如：電路)、硬體與軟體的組合、軟體、或與具有一或多個特定功能的操作機器相關的實體。舉例來說，部件可以是運作在處理器上的程序、處理器、物件、執行檔、執行線程、程式及/或電腦。舉例而言，在控制器上運作的應用以及控制器都可以是部件。一或多個部件可以駐留在程序及/或執行線程內，並且部件可以位於一台電腦及/或分佈在兩台或多台電腦之間。另外，“裝置”可以透過特別設計的硬體；藉由在其上執行軟體使硬體可以執行特定功能而特別製造的通用硬體；儲存在電腦可讀媒體上的軟體；或上述之組合的形式呈現。
此處所使用的術語僅用於描述特定實施例的目的，並且不限制本發明。如此處所使用的，除非上下文另外清楚的指出，否則單數形式“一”、“一個”以及“該”意旨在也包括複數形式。此外，就被用於詳細描述及/或申請專利範圍中的“囊括”、“包含”、“具有”、“有”、“含”或其變體的術語來說，這些術語旨在以相似於“包括”的方式而具有包容性。
除非另外定義，否則此處所使用的所有術語(包括技術和科學術語)具有與所屬技術領域具有通常知識者通常理解的相同含義。此外，諸如在通用字典中定義的那些術語應該被解釋為具有與其在相關領域的上下文中的含義中相同的含義，並且不會被理解為理想化或過度正式，除非在此處有明確地如此定義。
儘管上面以描述了本揭露的各種實施例，但應該理解它們僅作為範例呈現，而不是限制在此。雖然本揭露已由一或多個實施例來呈現和描述，但是在閱讀和理解本說明書及附圖後，所屬技術領域具有通常知識者將會想到等價的變化和修改。另外，儘管本揭露的一個特定特徵可能已揭露在僅僅幾個實施例中的一者，但這種特徵可以與其他實施例的一或多個其他特徵組合，此對於任何給定或特定應用可能為需要的或有利的。因此，本揭露的廣度及範圍不應受到任何上述實施例的限制。具體來說，本揭露的範圍應根據以下申請專利範圍以及其等價物來定義。
100:計算機系統 110:電源供應單元 120:系統負載 130:升壓電路 132:分流電阻 134:升壓轉換器 136:金屬氧化物半導體場效電晶體/MOSFET 140:能量儲存單元 142:降壓轉換器 144:二極體 150:控制器 152:輸入端 154:輸出端 200:虛線 202:虛線 204:虛線 300:虛線 302:虛線 304:虛線 400:第一水平虛線 402:第二水平虛線 404:第三水平虛線 406:第四水平虛線 410:軌跡 412:升壓週期 414:充電週期 416:總循環週期 420:軌跡 422:脈衝寬度調變控制訊號 430:軌跡 440:軌跡 450:軌跡
從後續實施例的說明以及參考所附圖式，本揭露將可以更好地被理解，其中： 第1圖是對部件(例如處理器)提供功率的突波的計算機系統的示意圖； 第2圖是當電容被充電時到部件的功率流的在第1圖中的計算機系統的示意圖； 第3圖是當電容完全充電時到部件的功率流，以最大化效能的在第1圖中的計算機系統的示意圖；以及 第4A圖和第4B圖是用於在第1圖的部件的控制訊號和到系統負載的得到的功率輸出訊號的時序圖。 本揭露容許各種修改以及替代形式，並且一些代表性實施例已透過在圖式中的範例顯示，並且將在本文中詳細說明。應理解此處發明不限於特定揭露形式。具體來說，本揭露涵蓋如所附申請專利範圍定義的本發明的精神及範圍內的所有修改、等價及替代形式。
100:計算機系統
110:電源供應單元
120:系統負載
130:升壓電路
132:分流電阻
134:升壓轉換器
136:金屬氧化物半導體場效電晶體/MOSFET
140:能量儲存單元
142:降壓轉換器
144:二極體
150:控制器
152:輸入端
154:輸出端

Claims (10)

  1. 一種電子系統，用於對一負載提供額外功率，此電子系統包括： 一電源供應單元； 一能量儲存單元，耦接至上述電源供應單元； 一開關，具有耦接至上述電源供應單元的一輸入端； 一功率輸出，對上述負載提供功率，上述功率輸出耦接至上述開關的一輸出端和上述能量儲存單元；以及 一控制器，可操作以控制上述開關，並且啟用和禁止一充電電路，上述充電電路連接至上述能量儲存單元。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電子系統，其中上述控制器可操作以提供一充電週期，其中在上述充電週期中，上述開關被開啟以對上述功率輸出提供功率，並且上述控制器提供一升壓週期，其中在上述升壓週期中，透過一脈衝寬度調變訊號控制上述開關，以在上述升壓週期期間，當上述開關啟動時，連接上述電源供應單元和上述能量儲存單元以對上述負載提供功率，並且在上述開關關閉時，上述能量儲存單元對上述負載提供功率。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電子系統，其中上述充電電路包括： 一分流電阻，耦接在上述電源供應單元與上述能量儲存單元之間；以及 一降壓轉換器電路，耦接在上述能量儲存單元與上述功率輸出之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電子系統，其中上述控制器可操作以確定通過上述分流電阻的電流。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電子系統，其中上述電源供應單元被設定在一電流，上述電流小於上述電源供應單元的一最大電流。
  6. 一種電子系統操作方法，對在上述電子系統中的一負載提供功率提升，上述電子系統操作方法包括： 在一充電週期中透過一電源供應單元對上述負載提供功率； 在上述充電週期中透過上述電源供應單元對一能量儲存單元充電；以及 控制一開關以啟用和禁止上述能量儲存單元對上述負載的連接。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電子系統操作方法，其中在上述升壓週期中，上述開關透過一脈衝寬度調變訊號交替切換上述開關來控制，以在上述開關啟動時，將上述電源供應單元連接上述能量儲存單元以對上述負載提供功率，並且在上述開關關閉時，使用上述能量儲存單元對上述負載提供功率。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之電子系統操作方法，其中一分流電阻耦接在上述電源供應單元與上述能量儲存單元之間；並且一降壓轉換器電路耦接在上述能量儲存單元與一功率輸出之間。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之電子系統操作方法，其中上述電源供應單元被設定在一電流，上述電流小於上述電源供應單元的一最大電流。
  10. 一種電子電路，對一系統負載提供功率提升，上述電子電路包括： 一電源供應單元； 一分流電阻，耦接至上述電源供應單元； 一能量儲存單元，透過上述分流電阻耦接至上述電源供應單元，其中上述能量儲存單元藉由上述電源供應單元來充電； 一開關，具有耦接至上述電源供應單元的一輸入端； 一功率輸出，對上述系統負載提供功率，上述功率輸出耦接至上述開關的一輸出端和上述能量儲存單元； 一降壓轉換器，耦接在上述能量儲存單元與上述功率輸出之間，上述降壓轉換器允許從上述能量儲存單元將所儲存的功率放電到上述功率輸出；以及 一控制器，可操作以提供一充電週期，其中在上述充電週期中，上述開關被開啟以對上述功率輸出提供功率，並且上述控制器提供一升壓週期，其中在上述升壓週期中，透過一脈衝寬度調變訊號控制上述開關，以在上述升壓週期期間，當上述開關啟動時，將上述電源供應單元連接上述能量儲存單元，以對上述負載提供功率，並且在上述開關關閉時，使用上述能量儲存單元對上述負載提供功率。
TW108123509A 2019-05-13 2019-07-04 電子系統及其操作方法和電子電路 TWI715098B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/410,844 2019-05-13
US16/410,844 US10698465B1 (en) 2019-05-13 2019-05-13 System and method for efficient energy distribution for surge power

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202042011A true TW202042011A (zh) 2020-11-16
TWI715098B TWI715098B (zh) 2021-01-01

Family

ID=67514282

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108123509A TWI715098B (zh) 2019-05-13 2019-07-04 電子系統及其操作方法和電子電路

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10698465B1 (zh)
EP (1) EP3739428A1 (zh)
JP (1) JP6882445B2 (zh)
CN (1) CN111934370A (zh)
TW (1) TWI715098B (zh)

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5601741A (en) * 1994-11-18 1997-02-11 Illinois Tool Works, Inc. Method and apparatus for receiving a universal input voltage in a welding power source
US5714863A (en) 1996-02-20 1998-02-03 Motorola, Inc. Circuit for enhancing power delivery of an energy source
JP3224756B2 (ja) * 1997-04-16 2001-11-05 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 内部ａｃアダプタ付き電源装置、及び携帯型電子機器
DE19732854B4 (de) * 1997-07-30 2006-04-20 Mitsubishi Denki K.K. Steuervorrichtung zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine
US6104737A (en) * 1998-06-03 2000-08-15 Uniphase Corporation Universal laser power controller in a gas ion laser system
US7348760B2 (en) * 2000-09-21 2008-03-25 O2Micro International Limited Power management topologies
US20110121653A1 (en) * 2005-02-18 2011-05-26 O2Micro International Limited Parallel powering of portable electrical devices
CA2632385C (en) * 2005-12-20 2015-02-24 Tir Technology Lp Method and apparatus for controlling current supplied to electronic devices
TWI334258B (en) * 2006-12-08 2010-12-01 Delta Networks Inc Homeplug apparatus and surge protecitng circuit thereof
US7977926B2 (en) * 2007-07-06 2011-07-12 Advanced Analogic Technologies, Inc. Boost and up-down switching regulator with synchronous freewheeling MOSFET
US7888907B2 (en) * 2007-10-30 2011-02-15 Bose Corporation Controlled charging and use of power source
WO2010118944A1 (de) * 2009-04-14 2010-10-21 Tridonic Gmbh & Co Kg Leistungsregelung von led, mittels mittelwert des led-stroms und bidirektionaler zähler
US20100318814A1 (en) * 2009-06-10 2010-12-16 Quanta Computer Inc. Power management device and point of sales terminal apparatus using thereof
JP5456495B2 (ja) * 2010-01-19 2014-03-26 スパンション エルエルシー 昇降圧型のスイッチング電源の制御回路、昇降圧型のスイッチング電源、及び昇降圧型のスイッチング電源の制御方法
DE102010028544A1 (de) * 2010-05-04 2011-11-10 Robert Bosch Gmbh Steuergerät für einen Betrieb eines Sicherheitssystems für ein Fahrzeug und Verfahren für einen Betrieb eines solchen Sicherheitssystems für ein Fahrzeug
DE102010028556A1 (de) * 2010-05-04 2011-11-10 Robert Bosch Gmbh Steuergerät für einen Betrieb eines Sicherheitssystems für ein Fahrzeug und Verfahren für einen Betrieb eines solchen Sicherheitssystems für ein Fahrzeug
US9054385B2 (en) * 2010-07-26 2015-06-09 Energyor Technologies, Inc Passive power management and battery charging for a hybrid fuel cell / battery system
TWI475348B (zh) * 2010-10-04 2015-03-01 Int Rectifier Corp 電源供應器中之動態控制參數調整的方法
US20120086276A1 (en) 2010-10-12 2012-04-12 Sawyers Thomas P Supplying Power To An Electronic Device Using Multiple Power Sources
US8410766B2 (en) * 2011-02-08 2013-04-02 Nxp B.V. Power supply circuit with scalable performance and method for operating the power supply circuit
US9301375B2 (en) * 2011-04-29 2016-03-29 Osram Sylvania Inc. Multiple strike ballast with lamp protection for electrodeless lamp
PL2740324T3 (pl) * 2011-08-01 2017-10-31 Philips Lighting Holding Bv Urządzenie sterownika i sposób sterowania do sterowania ładunkiem, w szczególności jednostki led
EP2807716B1 (en) * 2012-01-26 2022-04-20 Cameron, D. Kevin Circuit for transferring power between a direct current line and an alternating-current line
KR101387717B1 (ko) * 2012-02-06 2014-04-24 엘지전자 주식회사 전기 자동차의 배터리 충전 장치 및 이를 포함한 전기 자동차
US20130264879A1 (en) * 2012-04-04 2013-10-10 Tsun-Te Shih Low power consumption backup power system
US8836240B2 (en) * 2012-06-30 2014-09-16 Osram Sylvania Inc. Dim mode start for electrodeless lamp ballast
US9142974B2 (en) * 2012-09-26 2015-09-22 Energy Pass Incorporation Configurable power supply system
US9141123B2 (en) * 2012-10-16 2015-09-22 Volterra Semiconductor LLC Maximum power point tracking controllers and associated systems and methods
GB2510395A (en) * 2013-02-01 2014-08-06 Nujira Ltd Voltage supply stage for an envelope tracking modulated power supply
TWI491858B (zh) * 2013-03-15 2015-07-11 Richtek Technology Corp 溫度偵測電路及其方法
US9431915B2 (en) * 2013-03-19 2016-08-30 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion apparatus and refrigeration air-conditioning apparatus
US9780601B2 (en) * 2013-06-04 2017-10-03 Seagate Technology Llc Battery assisted power
TWI514745B (zh) * 2013-10-30 2015-12-21 Novatek Microelectronics Corp 交流直流轉換裝置及其操作方法
US9634512B1 (en) * 2013-12-03 2017-04-25 Google Inc. Battery backup with bi-directional converter
JP6193292B2 (ja) * 2015-04-15 2017-09-06 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の点火制御システム
US9684348B2 (en) * 2015-04-28 2017-06-20 Quanta Computer, Inc. Method and system for boosting power supply
DE102016208375B3 (de) * 2016-05-17 2017-10-12 Continental Automotive Gmbh Vorrichtung zum Laden und Entladen einer kapazitiven Last
US10186891B2 (en) * 2016-10-03 2019-01-22 Intel Corporation Method to reuse the pulse discharge energy during Li-ion fast charging for better power flow efficiency
TWI635379B (zh) * 2017-03-09 2018-09-11 財團法人工業技術研究院 能量管理裝置及方法
US10191121B2 (en) * 2017-05-31 2019-01-29 Quanta Computer Inc. System and method for voltage regulator self-burn-in test
US10311685B1 (en) * 2018-06-29 2019-06-04 Logitech Europe S.A. Doorbell system with pulse-driven boost rectifier

Also Published As

Publication number Publication date
JP6882445B2 (ja) 2021-06-02
JP2020188672A (ja) 2020-11-19
TWI715098B (zh) 2021-01-01
CN111934370A (zh) 2020-11-13
US10698465B1 (en) 2020-06-30
EP3739428A1 (en) 2020-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8151128B2 (en) Computer system power source with improved light-load efficiency
US9037884B2 (en) System and method for multi-phase voltage regulation
US9639102B2 (en) Predictive current sensing
TWI419448B (zh) 適應性調整輸入之電源供應電路與電源供應方法
US20160204604A1 (en) Systems and methods for managing a voltage regulator
US9287778B2 (en) Current parking response to transient load demands
US9577505B1 (en) Bootstrap controller for switching power supply
JP2013545431A (ja) ハイブリッド電力バッテリー充電器制御装置及び方法
US20070260898A1 (en) Voltage regulator with suspend mode
TW200414654A (en) Semiconductor device
TW201621542A (zh) 帶有電容管理之電力供應拓樸結構
US20100017636A1 (en) Power supply system
US9395738B2 (en) Current-parking switching regulator with a split inductor
US11295787B1 (en) Reducing SRAM leakage using scalable switched capacitor regulators
CN110323937B (zh) 用于具有改进的性能的功率转换器的装置及相关的方法
US20140159691A1 (en) Switching power source device
US11063512B1 (en) Power conversion system
TW201919317A (zh) 轉換器及其驅動及控制方法
US8497719B2 (en) Slew rate PWM controlled charge pump for limited in-rush current switch driving
US20090134858A1 (en) Voltage regulating apparatus and method and voltage regulator thereof
US9484815B2 (en) Energy-based control of a switching regulator
TWI715098B (zh) 電子系統及其操作方法和電子電路
US11393521B2 (en) Power module and a memory device
KR100647746B1 (ko) Ｃｐｕ 서지 감소 및 보호를 위한 장치 및 방법
WO2017157113A1 (zh) Dc-dc调节器及其软启动的控制方法、控制器