TWI398757B - 電子設備及其電源連接模組 - Google Patents

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電子設備及其電源連接模組
本發明係關於一種電子設備及其電源連接模組。
電源是電子設備(臺式電腦、筆記型電腦及伺服器等)之功率部件，電子設備中每一個部件之電能都來自於電源，它是保證電子設備硬體正常運作最基本之前提。
習知技術中之電子設備大都採用單一之電源裝置為系統提供電源，但隨著科技之飛躍發展，電子設備之功能日益強勁，其可接入之週邊設備種類及數目不斷增多，所消耗之功率亦隨之增加，以致使原有之單一電源裝置輸出之額定功率不能滿足電子設備之實際用電需求，此時，用戶一般會購置功率更高之新電源裝置以替換原有電源裝置，原有電源裝置則廢置不用。這樣在電子設備中接入一個新的高功耗週邊設備就可能要更換一次電源裝置，既浪費了資源，又污染了環境，也造成了成本之增加。
鑒於以上內容，有必要提供一種成本較低之電子設備，使其不必更換電源裝置就能滿足其不同之用電需求。
還有必要提供一種應用於上述電子設備之電源連接模組。
一種電子設備，包括一第一及一第二電源供應器，該第一及第二電源供應器之間設有一監控電路，該監控電路用於即時監測該第一電源供應器之輸出功率，並將該輸出功率與該第一電源供應器之額定功率相比較，以判斷該第一電源供應器當前之輸出功率能否滿足一負載之用電需求，在該輸出功率不滿足該負載之用電需求時，接入該第二電源供應器輸出之電源。
一種電源連接模組，包括一背板、一第一及一第二電源供應器，該背板上設置有兩個用於分別連接該第一及第二電源供應器之輸入連接器及一個用於連接一負載之電源介面之輸出連接器，該兩個輸入連接器之間設有一監控電路，該監控電路用於即時監測該第一電源供應器之輸出功率，並將該輸出功率與該第一電源供應器之額定功率相比較，以判斷該第一電源供應器當前之輸出功率能否滿足該負載之用電需求，在該輸出功率不滿足該負載之用電需求時，接入該第二電源供應器輸出之電源。
上述電子設備及電源連接模組透過在兩個電源供應器之間設置一監控電路，用以對該負載之用電需求進行即時監測，再根據監測結果對接入之電源供應器之數目進行及時調整，以達到不必更換電源裝置就能滿足負載不同用電需求之目的，故既充分利用了資源，又降低了成本。
10‧‧‧背板
12-14‧‧‧輸入連接器
16‧‧‧輸出連接器
20‧‧‧主電源供應器
30、40‧‧‧擴充電源供應器
52‧‧‧偵測模組
54‧‧‧類比/數位轉換模組
56‧‧‧微控制器
58‧‧‧開關模組
100‧‧‧電源連接模組
C1、C2‧‧‧電容
D1、D2‧‧‧二極體
Q1‧‧‧第一電子開關
Q2‧‧‧第二電子開關
R1-R8‧‧‧電阻
U1‧‧‧第一電流檢測器
U1‧‧‧第一電流檢測器
U3‧‧‧第一類比/數位轉換器
U4‧‧‧第二類比/數位轉換器
圖1係本發明電子設備較佳實施方式之局部示意圖。
圖2係本發明電源連接模組連接複數電源供應器之電路圖。
請參閱1，本發明電子設備之較佳實施方式包括一電源連接模組100，該電源連接模組100包括一背板10，該背板10之一面設有三個輸入連接器12-14，該輸入連接器12-14分別用於連接一個電源供應器20-40，該背板10之另一面設有一輸出連接器16，該輸出連接器16用於連接一負載(如臺式電腦，筆記型電腦及伺服器等)之電源介面(圖未示)，以給該負載提供電源。該電源供應器20-40之構造相同，且均用於將接入之外部電源轉換成該負載所需之電源。其中，一個為主電源供應器，其餘均為擴充電源供應器，在本實施方式中，該電源供應器20為主電源供應器，該電源供應器30及40均為擴充電源供應器。該背板10為一電路板，其對設置在其上之元件產生電器連接及支撐固定之作用。在其他實施方式中，該電源供應器之數量可根據實際需要相應地增加或減少，該背板10上輸入連接器之具體數量則可根據電源供應器之數量來設置。
請繼續參閱2，該背板10中每兩相鄰之輸入連接器與該輸出連接器16之間均設有一監控電路，用於監測前一電源供應器輸出之額定功率能否滿足該負載之用電需求，並根據偵測結果來決定是否接入後一電源供應器所提供之電源。每一監控電路包括一偵測模組52、一類比/數位轉換模組54及一開關 模組58，且所有監控電路共用一微控制器56。在本實施方式中，僅以該輸入連接器12，13與該輸出連接器16之間之監控電路為例來進行說明。
該偵測模組52包括一第一電流檢測器U1、一第二電流檢測器U2及六個電阻R1-R3及R5-R7，該類比/數位轉換模組54包括一第一類比/數位轉換器U3、一第二類比/數位轉換器U4及兩電阻R4及R8，該開關模組58包括一第一電子開關Q1、一第二電子開關Q2、兩電容C1及C2及兩二極體D1及D2。其中，該第一電流檢測器U1及第二電流檢測器U2均為型號為MAX472之電流檢測放大器晶片，該第一類比/數位轉換器U3及第二類比/數位轉換器U4均為型號為TLC549之8位元類比數位轉換器晶片，該第一電子開關Q1及第二電子開關Q2均為NMOS場效應電晶體，該電容C1及C2為濾波電容，該二極體D1及D2為穩壓二極體。其中，電流檢測器、類比/數位轉換器及電子開關之數量可根據電源供應器中輸出電源之數量相應地增加或減少。在本實施方式中，該主電源供應器20輸出5V及12V兩組電源，故電流檢測器、類比數位轉換器及電子開關之數量均為兩個。
該電阻R3之一端透過該輸入連接器12與該主電源供應器20之5V電源引腳相連，還透過該電阻R1與該電流檢測器U1之第一增益電阻引腳RG1相連，該電阻R3之另一端與該輸出連接器16之5V電源引腳相連，還透過該電阻R2與該電流檢測器U1之第二增益電阻引腳RG2相連。該電阻R7之一端透過該輸入連 接器12與該主電源供應器20之12V電源引腳相連，還透過該電阻R5與該電流檢測器U2之第一增益電阻引腳RG1相連，該電阻R7之另一端與該輸出連接器16之12V電源引腳相連，還透過該電阻R6與該電流檢測器U2之第二增益電阻引腳RG2相連。
該第一類比/數位轉換器U3之類比訊號輸入引腳AI與該第一電流檢測器U1之輸出引腳OUT相連，並透過該電阻R4接地；該第一類比/數位轉換器U3之負基準電壓引腳REF-接地；該第一類比/數位轉換器U3之正基準電壓引腳REF+與該電阻R3之另一端相連；該第一類比/數位轉換器U3之數位訊號輸出引腳DO、晶片選擇訊號引腳CS及時鐘訊號引腳SCL分別與該微控制器56之I/O引腳P1.0、P1.1及P1.2相連。該第二類比/數位轉換器U4之類比訊號輸入引腳AI與該第二電流檢測器U2之輸出引腳OUT相連，並透過該電阻R8接地；該第二類比/數位轉換器U4之負基準電壓引腳REF-接地；該第二類比/數位轉換器U4之正基準電壓引腳REF+與該電阻R7之另一端相連；該第二類比/數位轉換器U4之數位訊號輸出引腳DO、晶片選擇訊號引腳CS及時鐘訊號引腳SCL分別與該微控制器56之I/O引腳P1.3、P1.4及P1.5相連。
該微控制器56之I/O引腳P1.6及P1.7分別與該NMOS場效應電晶體Q1及Q2之閘極相連。該NMOS場效應電晶體Q1之汲極透過該輸入連接器13與該擴充電源供應器30之5V電源引腳相連，源極與該輸出連接器16之5V電源引腳相連，並與該二極體D1 之陽極相連，還透過該電容C1接地，該二極體D1之陰極接地。該NMOS場效應電晶體Q2之汲極透過該輸入連接器13與該擴充電源供應器30之12V電源引腳相連，並與該二極體D2之陽極相連，還透過該電容C2接地，該二極體D2之陰極接地。
由電腦電源規範可知，電腦正常工作所需之各種電源(如5V_SB電源、5V_SYS電源及3.3V_SYS電源等)均由5V及12V直流電源經相應電路轉換而成，所以只要能了解5V及12V直流電源所消耗功率之狀況，就可知曉電源供應器提供之輸出功率能否滿足電腦之用電需求。當5V及12V直流電源所消耗功率大於其額定功率，說明該電源供應器處於超負荷狀態，其提供之輸出功率不能滿足電腦之用電需求，需要新增擴展電源供應器。
該第一電流檢測器U1用於接收該輸入連接器12之5V電源引腳輸出之工作電流，並將該工作電流轉換為一電壓訊號，該電壓訊號之數值與該工作電流之數值成線性關係。在本較佳實施方式中，該電壓訊號之數值與該工作電流之數值大小相等。該電壓訊號被傳送入該第一類比/數位轉換器U3進行類比數位轉換，產生一表示該電壓訊號大小之數位訊號。由於該電壓訊號之數值與該工作電流之數值大小相等，所以該數位訊號也表示該輸入連接器12之5V電源引腳輸出之工作電流之大小。該第一類比/數位轉換器U3產生之數位訊號被傳送入該微控制器56。因為該主電源供應器輸出之5V電源之電壓值是恆定的，該微控制器56透過編程將5V電源之電壓值與接收 之該第一類比/數位轉換器U3產生之數位訊號相乘即可得到此時該主電源供應器20輸出之5V電源消耗之功率，再將該5V電源消耗之功率與該微控制器56中之預設值相比較，該預設值為5V電源之額定功率，若該5V電源消耗之功率不大於其額定功率，則說明該主電源供應器20之5V電源之輸出功率已滿足該負載之用電需求，該微控制器56之引腳P1.6輸出低電平訊號，該NMOS場效應電晶體Q1截止；若該5V電源消耗之功率大於其額定功率，則說明該主電源供應器20之5V電源之輸出功率不能滿足該負載之用電需求，該微控制器56之引腳P1.6輸出高電平訊號，該NMOS場效應電晶體Q1導通，該擴展電源供應器30之5V電源透過該輸入連接器13及該NMOS場效應電晶體Q1輸出給該輸出連接器16之5V電源引腳。
該第二電流檢測器U2、該第二類比/數位轉換器U4、該微控制器56及該NMOS場效應電晶體Q2配合工作，以實現監測該主電源供應器20之12V電源之輸出功率能否滿足負載之用電需求，並根據監測結果來決定是否將該擴展電源供應器30之12V電源接入。其原理及過程與上述工作原理及過程相同，這裡不再贅述。
上述電子設備及其電源連接模組透過在該背板10上設置複數輸入連接器，用以連接複數電源供應器，並在每兩輸入連接器與該輸出連接器之間設置一監控電路，用以對該負載之用電需求進行即時監測，再根據監測結果對接入電源供應器之數目進行及時調整，以達到不必更換電源裝置就能滿足負載 不同用電需求之目的，故既充分利用了資源，又降低了成本。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。
12、13‧‧‧輸入連接器
16‧‧‧輸出連接器
20‧‧‧主電源供應器
30‧‧‧擴充電源供應器
52‧‧‧偵測模組
54‧‧‧類比/數位轉換模組
56‧‧‧微控制器
58‧‧‧開關模組
C1、C2‧‧‧電容
D1、D2‧‧‧二極體
Q1‧‧‧第一電子開關
Q2‧‧‧第二電子開關
R1-R8‧‧‧電阻
U1‧‧‧第一電流檢測器
U2‧‧‧第二電流檢測器
U3‧‧‧第一類比/數位轉換器
U4‧‧‧第二類比/數位轉換器

Claims (12)

  1. 一種電子設備，包括一第一及一第二電源供應器，該第一及第二電源供應器之間設有一監控電路，該監控電路用於即時監測該第一電源供應器之輸出功率，並將該輸出功率與該第一電源供應器之額定功率相比較，以判斷該第一電源供應器當前之輸出功率能否滿足一負載之用電需求，在該輸出功率不滿足該負載之用電需求時，接入該第二電源供應器輸出之電源，該監控電路包括一偵測模組、一類比/數位轉換模組、一微控制器及一開關模組，該偵測模組用於接收該第一電源供應器之工作電流，並將該工作電流轉換為一電壓訊號，該類比/數位轉換模組將該電壓訊號進行類比數位轉換後產生一數位訊號，該微控制器根據該數位訊號計算出該第一電源供應器之輸出功率，並將該輸出功率與該第一電源供應器之額定功率相比較，若該輸出功率大於該額定功率，該微控制器開啟該開關模組，以接入該第二電源供應器輸出之電源。
  2. 如專利申請範圍第1項所述之電子設備，其中該偵測模組包括一電流檢測器，該電流檢測器之第一增益電阻引腳透過一第一電阻與該第一電源供應器之一電源引腳相連，該電流檢測器之第二增益電阻引腳依次透過一第二電阻及一第三電阻與該第一電源供應器之該電源引腳相連，並透過該第二電阻與該電子設備之一電源介面相連，該電流檢測器之輸出引腳 與該類比/數位轉換模組相連。
  3. 如專利申請範圍第2項所述之電子設備，其中該類比/數位轉換模組包括一類比/數位轉換器，該類比/數位轉換器之類比訊號輸入引腳與該電流檢測器之輸出引腳相連，並透過一第四電阻接地，該類比/數位轉換器之負基準電壓引腳接地，該類比/數位轉換器之正基準電壓引腳與該第二電阻及第三電阻之間之節點相連，該類比/數位轉換器之數位訊號輸出引腳、晶片選擇訊號引腳及時鐘訊號引腳分別與該微控制器之一個I/O引腳相連。
  4. 如專利申請範圍第2項所述之電子設備，其中該開關模組包括一電子開關，該電子開關之第一端與該微控制器之一I/O引腳相連，該電子開關之第二端與該第二電源供應器之一電源引腳相連，該電子開關之第三端與該電源介面相連，當該第一電源供應器之輸出功率大於該額定功率時，該電子開關導通使該開關模組開啟。
  5. 如專利申請範圍第4項所述之電子設備，其中該電子開關之第三端還與一二極體之陽極相連，並透過一電容接地，該二極體之陰極接地。
  6. 如專利申請範圍第4或5項所述之電子設備，其中該電子開關為一NMOS場效應電晶體，其第一、第二及第三端分別為閘極、汲極及源極。
  7. 一種電源連接模組，包括一背板、一第一及一第二電源供應器，該背板上設置有兩個用於分別連接該第一及第二電源供應器之輸入連接器及一個用於連接一負載之電源介面之輸出 連接器，該兩個輸入連接器之間設有一監控電路，該監控電路用於即時監測該第一電源供應器之輸出功率，並將該輸出功率與該第一電源供應器之額定功率相比較，以判斷該第一電源供應器當前之輸出功率能否滿足該負載之用電需求，在該輸出功率不滿足該負載之用電需求時，接入該第二電源供應器輸出之電源，該監控電路包括一偵測模組、一類比/數位轉換模組、一微控制器及一開關模組，該偵測模組用於接收該第一電源供應器之工作電流，並將該工作電流轉換為一電壓訊號，該類比/數位轉換模組將該電壓訊號進行類比數位轉換後產生一數位訊號，該微控制器根據該數位訊號計算出該第一電源供應器之輸出功率，並將該輸出功率與該第一電源供應器之額定功率相比較，若該輸出功率大於該額定功率，該微控制器開啟該開關模組，以接入該第二電源供應器輸出之電源。
  8. 如專利申請範圍第7項所述之電源連接模組，其中該偵測模組包括一電流檢測器，該電流檢測器之第一增益電阻引腳透過一第一電阻與該第一電源供應器之一電源引腳相連，該電流檢測器之第二增益電阻引腳依次透過一第二電阻及一第三電阻與該第一電源供應器之該電源引腳相連，並透過該第二電阻與該輸出連接器之一對應電源引腳相連，該電流檢測器之輸出引腳與該類比/數位轉換模組相連。
  9. 如專利申請範圍第8項所述之電源連接模組，其中該類比/數位轉換模組包括一類比/數位轉換器，該類比/數位轉換器之類比訊號輸入引腳與該電流檢測器之輸出引腳相連，並透過 一第四電阻接地，該類比/數位轉換器之負基準電壓引腳接地，該類比/數位轉換器之正基準電壓引腳與該第二電阻及第三電阻之間之節點相連，該類比/數位轉換器之數位訊號輸出引腳、晶片選擇訊號引腳及時鐘訊號引腳分別與該微控制器之一個I/O引腳相連。
  10. 如專利申請範圍第7項所述之電源連接模組，其中該開關模組包括一電子開關，該電子開關之第一端與該微控制器之一I/O引腳相連，該電子開關之第二端與該第二電源供應器之一電源引腳相連，該電子開關之第三端與該輸出連接器之電源引腳相連，當該第一電源供應器之輸出功率大於該額定功率時，該電子開關導通使該開關模組開啟。
  11. 如專利申請範圍第10項所述之電源連接模組，其中該電子開關之第三端還與一二極體之陽極相連，並透過一電容接地，該二極體之陰極接地。
  12. 如專利申請範圍第10或11項所述之電源連接模組，其中該電子開關為一NMOS場效應電晶體，其第一、第二及第三端分別為閘極、汲極及源極。
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