TWI446154B - 電源供應系統及方法 - Google Patents

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Chun Jen Chen
Duen Yi Ho
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Hon Hai Prec Ind Co Ltd
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電源供應系統及方法
本發明係關於一種電源供應系統及方法。
電腦中主機板的主要電源，如12V、5V和3.3V等均由外接的電源供應器來提供。習知之大型電腦伺服器工作站中，電源供應器一般透過子板(Daughter board)的電源連接器與主機板的電源連接器相連。子板用來作為電源供應器或各種I/O訊號的轉接板。當主機板有較大電流需求時，經常透過兩個以上的電源連接器將電源供應器提供的電流提供給主機板上的各負載，以降低過大的電流透過單一電源連接器所造成的溫升。
然，當主機板有複數電源連接器時，因各個電源連接器與負載在主機板上的相對位置不同，而電流一般又以最短的路徑流至負載，故造成與負載最近的電源連接器承受過大的電流，而流經其餘的電源連接器的電流過小，從而使得電流過大的電源連接器溫升過高，影響供電品質，甚至燒毀電源連接器或損壞主機板。
鑒於前述內容，有必要提供一種使電流均衡流經主機板上各電源連接器的電源供應系統及方法。
一種電源供應系統，包括：
一電源供應器，用於提供一工作電壓；
一子板，包括一第一VRM連接器、一第二VRM連接器、一第一電源連接器及一第二電源連接器，該第一VRM連接器及第二VRM連接器與該電源供應器相連以接收該工作電壓，該第一VRM連接器與第一電源連接器透過一第一銅箔相連，該第二VRM連接器與第二電源連接器透過一第二銅箔相連；以及
一主機板，包括一第三電源連接器、一第四電源連接器以及複數負載，該第三電源連接器透過一第三銅箔與第四電源連接器連接，該第三電源連接器與第四電源連接器分別與該子板上的第一電源連接器及第二電源連接器相連以接收該工作電壓，其中，該第一銅箔及第二銅箔的等效阻抗的差值等於主機板上的第三電源連接器、第四電源連接器的電位差除以兩者輸出電流的平均值。
一種使用一電源供應器透過一子板給一主機板供電的電源供應方法，該子板包括一第一VRM連接器、一第二VRM連接器、一第一電源連接器及一第二電源連接器，該主機板包括一第三電源連接器、一第四電源連接器以及複數負載，該第一VRM連接器以及第二VRM連接器與該電源供應器相連以接收一工作電壓，該主機板上第三電源連接器與第四電源連接器分別與該子板上的第一電源連接器及第二電源連接器相連以接收該工作電壓為該等負載供電，該第一VRM連接器與第一電源連接器透過一第一銅箔相連，該第二VRM連接器與第二電源連接器透過一第二銅箔相連，該第三電源連接器透過一第三銅箔與第四電源連接器連接，該電源供電方法包括：
透過類比仿真提供該工作電壓給該主機板上的第三電源連接器、第四電源連接器以得到該第三及第四電源連接器的輸出電流；
根據該第三電源連接器、第四電源連接器的輸出電流求出平均電流；
透過模擬仿真求出該主機板上的第三銅箔的等效阻抗；
將該主機板上的第三銅箔的等效阻抗乘以該第三電源連接器、第四電源連接器的輸出電流與平均電流的差值，從而求出第三電源連接器、第四電源連接器之間的電壓差；
定義該第三電源連接器的電壓值，將該電源供應器提供的工作電壓與該第三電源連接器的電壓值的差值除以該平均電流，從而得出該子板上第一電源連接器與第一VRM連接器之間第一銅箔的等效阻抗；以及
將所定義的第三電源連接器的電壓值減去第三電源連接器、第四電源連接器之間的電壓差求出該第四電源連接器的電壓值，將該電源供應器提供的工作電壓與第四電源連接器的電壓值的差值除以該平均電流，從而得出該子板上第二電源連接器與第二VRM連接器之間第二銅箔的等效阻抗。
本發明電源供應系統及方法透過類比仿真求出主機板上各電源連接器的輸出電流及相互間銅箔的等效阻抗，並定義其中一個電源連接器的電壓值，從而透過計算分別求出子板上的各電源連接器和與之相連的VRM連接器之間銅箔的等效阻抗，以此設計該子板使得流經主機板上的各電源連接器的電流相等。
請參閱圖1，本發明電源供應系統100的較佳實施方式包括一電源供應器10、一子板20以及一主機板30。該子板20包括一第一VRM(Voltage Regulator Module，電壓調整模塊)連接器VRC1、一第二VRM連接器VRC2、一第一電源連接器PWC1及一第二電源連接器PWC2。該主機板30包括一第三電源連接器PWC3、一第四電源連接器PWC4及四個負載L1、L2、L3和L4。
該子板20透過第一VRM連接器VRC1、第二VRM連接器VRC2與該電源供應器10相連。該子板20的第一電源連接器PWC1、第二電源連接器PWC2對應與該主機板30的第三電源連接器PWC3、第四電源連接器PWC4相連。該電源供應器10透過第一VRM連接器VRC1、第二VRM連接器VRC2、第一電源連接器PWC1、第二電源連接器PWC2、第三電源連接器PWC3及第四電源連接器PWC4為該主機板30上的負載L1-L4供電。
其中，該子板20上的第一VRM連接器VRC1透過第一銅箔21與第一電源連接器PWC1相連，該第二VRM連接器VRC2透過第二銅箔22與第二電源連接器PWC2相連。該第一銅箔21的等效阻抗為R1，該第二銅箔22的等效阻抗為R2。該第三電源連接器PWC3、第四電源連接器PWC4透過第三銅箔31相連，該第三銅箔31的等效阻抗為RC。
本發明透過設定子板20上第一銅箔21的等效阻抗R1以及第二銅箔22的等效阻抗R2，使得該子板20上的第一電源連接器PWC1及第二電源連接器PWC2的輸出電流相等，從而使得流經該主機板30上的第三電源連接器PWC3和第四電源連接器PWC4的電流相等，避免主機板30上的第三電源連接器PWC3與第四電源連接器PWC4流經的電流相差過大。
如圖2所示，本發明提供一種電源供電方法，該方法以反推的方式詳細闡述了如何得到第一銅箔21及第二銅箔22的等效阻抗R1及R2的值，從而使得流經該PWC3及PWC4的電流相等，該電源供電方法包括以下步驟。
步驟S1：如圖3所示，透過類比仿真軟體仿真該主機板30的第三電源連接器PWC3及第四電源連接器PW4均加入12V工作電壓。本實施方式中，設定負載L1-L4的額定工作電流均為20.6A、額定工作電壓均為12V。該電源供應器10提供的工作電壓為12V。
由此，透過仿真軟體可得到此時該第三電源連接器PWC3的輸出電流為I1=33.7A，第四電源連接器PWC4的輸出電流為I2=48.7A。由於必須使得流經該第三電源連接器PWC3及第四電源連接器PWC4相等，故流經該第三電源連接器PWC3、第四電源連接器PWC4的電流即為該第三電源連接器PWC3的輸出電流I1和第四電源連接器PWC4的輸出電流I2的平均電流I=（I1+I2）/2=(33.7A+48.7A)/2=41.2A。此時，可得到該第三電源連接器PWC3流向該第四電源連接器PWC4的電流IC=41.2-33.7=48.7-41.2=7.5A。
步驟S2：透過類比仿真軟體得到該第三電源連接器PWC3及第四電源連接器PWC4之間第三銅箔31的等效阻抗RC=0.634422mΩ。故，該第三電源連接器PWC3與該第四電源連接器PWC4之間的電壓差V=RC*IC=0.634422 mΩ*7.5A=4.758165mV。
步驟S3：取該第三電源連接器PWC3的電壓V1為11.92V。理論上，該第三電源連接器PWC3的電壓V1應該等於負載L1-L4的額定工作電壓12V，然，由於電源供應器10提供的工作電壓12V經過子板20時會存在電壓降，故，該第三電源連接器PWC3的實際電壓V1將會小於12V，本實施方式中，該第三電源連接器PWC3的電壓V1取11.92V，其他實施方式中亦可設定其他值。由此，可求得子板20上的第一電源連接器PWC1與第一VRM連接器VRC1之間的第一銅箔21的等效阻抗R1=(12V-V1)/I=(12V-11.92)/41.2A=1.94175 mΩ。
步驟S4：該主機板30上第四電源連接器PWC4的電壓值V2=V1-V=11.92V-4.758165mV=11.915242V，故子板20上的第二電源連接器PWC2與第二VRM連接器VRC2之間第二銅箔22的等效阻抗R2= (12V-V2)/I =(12V-11.915242V)/41.2A=2.057234 mΩ。
如此，將子板20上的第一電源連接器PWC1與VRM1連接器VRC1之間的第一銅箔21的等效阻抗R1設定為1.94175mΩ，將第二電源連接器PWC4與VRM2連接器VRC2之間的第二銅箔22的等效阻抗R2設定為2.057234 mΩ，可使得流經主機板30上的第三電源連接器PWC3及第四電源連接器PWC4的電流均為41.2A。
在其他實施方式中，上述電源供應方法的步驟可以調換，而不局限於上述次序。比如，可先透過類比仿真軟體得到主機板30上第三電源連接器PWC3和第四電源連接器PWC4之間第三銅箔31的等效阻抗RC，或先設定主機板30上第三電源連接器PWC上的電壓值V1，之後透過類比仿真軟體得出主機板30上第三電源連接器PWC3和第四電源連接器PWC4的輸出電流I1、I2，最後透過計算求出子板20上第一電源連接器PWC1與第一VRM連接器VRC1之間第一銅箔21的等效阻抗R1以及第二電源連接器PWC2與第二VRM連接器VRC2之間第二銅箔22的等效阻抗R2。
另，亦可得到子板20上第一銅箔21的等效阻抗R1與第二銅箔22的等效阻抗R2的關係為R2-R1=V/I，即子板20上第一銅箔21的等效阻抗R1與第二銅箔22的等效阻抗R2的差值等於主機板30上的電源連接器PWC3、PWC4的電位差除以輸出電流I1、I2的平均電流I。
另，根據R2-R1=V/I=（IC*RC）/I=[I2-（I1+I2）/2]*2RC/(I1+I2)，即當主機板30上第三電源連接器PWC3的電壓值V1取值確定後，透過模擬仿真得到主機板30上第三電源連接器PWC3和第四電源連接器PWC4的輸出電流I1、I2及兩者間第三銅箔31的等效阻抗RC後便可透過上述方法設計子板20。
當該主機板30上的電源連接器多於兩個時，該子板20上的電源連接器與VRM連接器之間銅箔的等效阻抗亦可依據上述方法進行設定，使得流經該主機板30上的電源連接器的電流相等，避免主機板30上的某個電源連接器承受過大的電流而使該電源連接器燒毀或損壞主機板。
本發明電源供電系統100及方法透過模擬仿真得到主機板30上的各個電源連接器輸出電流及相互間銅箔的等效阻抗，並定義其中一個電源連接器的電壓值，從而透過計算分別求出子板20上的各個電源連接器和與之相連的VRM連接器之間銅箔的等效阻抗，以此設計該子板20使得流經主機板30上的各個電源連接器的電流相等。
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。
100‧‧‧電源供應系統
10‧‧‧電源供應器
20‧‧‧子板
30‧‧‧主機板
21‧‧‧第一銅箔
22‧‧‧第二銅箔
31‧‧‧第三銅箔
圖1是本發明電源供應系統的較佳實施方式的方框圖。
圖2是本發明電源供應方法的較佳實施方式的流程圖。
圖3是本發明電源供應系統類比仿真時的等效電路圖。
100‧‧‧電源供應系統
10‧‧‧電源供應器
20‧‧‧子板
30‧‧‧主機板
21‧‧‧第一銅箔
22‧‧‧第二銅箔
31‧‧‧第三銅箔

Claims (8)

  1. 一種電源供應系統，包括：
    一電源供應器，用於提供一工作電壓；
    一子板，包括一第一VRM連接器、一第二VRM連接器、一第一電源連接器及一第二電源連接器，該第一VRM連接器及第二VRM連接器與該電源供應器相連以接收該工作電壓，該第一VRM連接器與第一電源連接器透過一第一銅箔相連，該第二VRM連接器與第二電源連接器透過一第二銅箔相連；以及
    一主機板，包括一第三電源連接器、一第四電源連接器以及複數負載，該第三電源連接器透過一第三銅箔與第四電源連接器連接，該第三電源連接器與第四電源連接器分別與該子板上的第一電源連接器及第二電源連接器相連以接收該工作電壓，其中，該第一銅箔及第二銅箔的等效阻抗的差值等於主機板上的第三電源連接器、第四電源連接器的電位差除以兩者輸出電流的平均值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，其中該主機板上的第三電源連接器、第四電源連接器的電位差等於兩者輸出電流之一與兩者輸出電流的平均值的差值乘以第三銅箔的等效阻抗。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電源供應系統，其中該第三電源連接器、第四電源連接器的輸出電流以及兩者間第三銅箔的等效阻抗均透過模擬仿真求出。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電源供應系統，其中該第一銅箔的等效阻抗為1.94175 mΩ。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電源供應系統，其中該第二銅箔的等效阻抗為2.057234 mΩ。
  6. 一種使用一電源供應器透過一子板給一主機板供電的電源供應方法，該子板包括一第一VRM連接器、一第二VRM連接器、一第一電源連接器及一第二電源連接器，該主機板包括一第三電源連接器、一第四電源連接器以及複數負載，該第一VRM連接器以及第二VRM連接器與該電源供應器相連以接收一工作電壓，該主機板上第三電源連接器與第四電源連接器分別與該子板上的第一電源連接器及第二電源連接器相連以接收該工作電壓為該若干負載供電，該第一VRM連接器與第一電源連接器透過一第一銅箔相連，該第二VRM連接器與第二電源連接器透過一第二銅箔相連，該第三電源連接器透過一第三銅箔與第四電源連接器連接，該電源供電方法包括：
    透過類比仿真提供該工作電壓給該主機板上的第三電源連接器、第四電源連接器以得到該第三及第四電源連接器的輸出電流；
    根據該第三電源連接器、第四電源連接器的輸出電流求出平均電流；
    透過模擬仿真求出該主機板上的第三銅箔的等效阻抗；
    將該主機板上的第三銅箔的的等效阻抗乘以該第三電源連接器、第四電源連接器的輸出電流與平均電流的差值，從而求出第三電源連接器、第四電源連接器之間的電壓差；
    定義該第三電源連接器的電壓值，將該電源供應器提供的工作電壓與該第三電源連接器的電壓值的差值除以該平均電流，從而得出該子板上第一電源連接器與第一VRM連接器之間第一銅箔的等效阻抗；以及
    將所定義的第三電源連接器的電壓值減去第三電源連接器、第四電源連接器之間的電壓差求出該第四電源連接器的電壓值，將該電源供應器提供的工作電壓與第四電源連接器的電壓值的差值除以該平均電流，從而得出該子板上第二電源連接器與第二VRM連接器之間第二銅箔的等效阻抗。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電源供應方法，其中該第一銅箔的等效阻抗為1.94175 mΩ。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電源供應方法，其中該第二銅箔的等效阻抗為2.057234 mΩ。
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