TWI523360B - 電源保護裝置及方法 - Google Patents

Description

電源保護裝置及方法

本發明是有關一種電路保護技術，且特別是有關於一種電源保護裝置與電源保護方法。

電源供應對伺服器系統之重要性不言而喻，伺服器系統當中通常需要多種待開機電源供給，例如p12v_stby、p5v_stby與p3v3_stby等，也需要多種直流電源供給，例如p12v、p5v與p3v3等，因此系統當中電壓轉換電路，便是維持系統正常穩定運作的重要因素之一。除了供應正確的電壓至系統以外，電壓輸出的時間點控制亦是不可或缺的一環；若在錯誤的時間點供應電壓，可能導致漏電、運作錯誤，甚至對整個系統造成不可回復的損壞，因此控制電壓輸出的時間點以保護系統成為該相關領域重要的課題。

為了對電壓輸出進行控制，本發明之一態樣是提供一種電源保護裝置，其包含電源供應器、電源管理單元 與信號發送單元。電源供應器，提供直流輸入電壓。電源管理單元，接收該直流輸入電壓；當該直流輸入電壓對應之一判斷電壓大於一設定電壓時，該電源管理單元進入啟動狀態，輸出一供應電壓並開始計算一賦能時間。信號發送單元，接收來自該電源管理單元之該供應電壓作為電源，當在該賦能時間內發送一控制信號至該電源管理單元，則該電源管理單元將該直流輸入電壓轉換為一待開機電源輸出電壓，並且提供該待開機電源輸出電壓；當該電源管理單元未在該賦能時間之內接收到該控制信號時，則進入關閉狀態。

本發明之一實施例中，該電源管理單元為一電子熔絲(Efuse)電路；該信號發送單元為複雜型可程式邏輯裝置。

本發明之一實施例中，電源保護裝置更包含分壓電路，與該電源管理單元耦接，以決定該設定電壓。

本發明之一實施例中，該設定電壓為5.5伏特。

本發明之一實施例中，電源保護裝置更包含預備信號發送單元，發送一預備信號至該複雜型可程式邏輯裝置。該複雜型可程式邏輯裝置，接收該預備信號發送單元發送之一預備信號以進入預備狀態；該複雜型可程式邏輯裝置未進入預備狀態時，停止接收該供應電壓與發送該控制信號。

本發明之另一態樣是提供一種電源保護方法，其包含以下步驟：(a)接收一電源供應器提供之一直流輸入電壓；(b)當該直流輸入電壓對應之一判斷電壓大於一 設定電壓時，進入啟動狀態，輸出一供應電壓至一信號發送單元並開始計算一賦能時間；(c)當在該賦能時間內接收到該信號發送單元發送之一控制信號，則將該直流輸入電壓轉換為一待開機電源輸出電壓，並且提供一待開機電源輸出電壓；(d)當未在該賦能時間之內接收到該控制信號時，則進入關閉狀態。

本發明之一實施例中，電源保護方法更包含：透過一電子熔絲電路將該直流輸入電壓轉換為該待開機電源輸出電壓；其中該信號發送單元為一複雜型可程式邏輯裝置。

本發明之一實施例中，電源保護方法更包含：藉由分壓方式以決定該設定電壓。

本發明之一實施例中，該設定電壓為5.5伏特。

本發明之一實施例中，電源保護方法更包含：經由一預備信號發送單元發送一預備信號；透過該複雜型可程式邏輯裝置接收一預備信號以進入預備狀態；當該複雜型可程式邏輯裝置未進入預備狀態時，停止接收該供應電壓與發送該控制信號。

綜上所述，本發明係以改善電壓輸出方式出發點，以一賦能時間內發出之控制信號或者進一步再配合一預備信號以決定是否提供待開機電源輸出電壓，避免直流輸入電壓達某一定值之後立即提供待開機電源輸出電壓至負載可能造成的系統損壞。

以下將以實施方式對上述之說明作詳細的描述，並對本發明之技術方案提供更進一步的解釋。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附符號之說明如下：

100‧‧‧電源保護裝置

110‧‧‧電源供應器

112‧‧‧直流輸入電壓

120‧‧‧電源管理單元

122‧‧‧供應電壓

124‧‧‧待開機電源輸出電壓

130‧‧‧信號發送單元

132‧‧‧控制信號

140‧‧‧負載

200‧‧‧電源保護裝置

230‧‧‧複雜型可程式邏輯裝置

250‧‧‧分壓電路

30~31‧‧‧節點

322‧‧‧比較器電路

324‧‧‧邏輯電路

352‧‧‧第一電阻器

354‧‧‧第二電阻器

356‧‧‧第三電阻器

400‧‧‧電源保護裝置

450‧‧‧預備信號發送單元

452‧‧‧預備信號

500‧‧‧電源保護方法

S502~S510‧‧‧步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖示之說明如下：〔圖1〕係說明本發明第一實施例之電路保護裝置示意圖；〔圖2〕係說明本發明第二實施例之電路保護裝置示意圖；〔圖3〕係說明本發明第二實施例之分壓電路耦接至電源管理單元示意圖；〔圖4〕係說明本發明第三實施例之電路保護裝置示意圖；以及〔圖5〕係說明本發明第四實施例之電路保護方法流程圖。

為了使本揭示內容之敘述更加詳盡與完備，可參照附圖及以下所述之各種實施例。但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍；步驟的描述亦非用以限制其執行之順序，任何由重新組合，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。

請參考圖1，其係繪示本發明之第一實施例之電源保護裝置100。電源保護裝置100包含電源供應器110、電源管理單元120與信號發送單元130。實作上，電源供應器110包含直流電壓供應電路或其他可供應直流電壓之裝 置。電源管理單元120包含多種電路組合而成，例如電子熔絲電路、直流轉交流電路、交流轉直流電路、變壓電路、邏輯電路、比較器電路等，並且可包含至少一個輸入端與至少一個輸出端，並且可整合為交換控制器晶片組(Swap controller chipset)。信號發送單元130可為信號產生器、震盪電路、邏輯電路，或者是可程式化控制的積體電路元件如可程式邏輯閘陣列(Field-programmable gate array,FPGA)、複雜型可程式邏輯裝置(Complex programmable logic device,CPLD)等。

電源供應器110提供直流輸入電壓112至電源 管理單元120。電源管理單元120接收來自電源供應器110之直流輸入電壓112，直流輸入電壓112可同時用以供應電源管理單元120正常運作以及作為電源保護的判斷電壓來源。當直流輸入電壓112經過裝置內部電路元件轉換之一判斷電壓大於一設定電壓時，電源管理單元120即進入啟動狀態，並且輸出一供應電壓122至信號發送單元130以供應信號發送單元130運作所需電壓。信號發送單元130接收來自該電源管理單元120之供應電壓122作為電源之後，即具備發送一控制信號132的功能。若進入啟動狀態的電源管理單元120在一賦能時間之內接收到來自信號發送單元130的控制信號132，則可將該直流輸入電壓112轉換為一待開機電源輸出電壓124，並且提供該待開機電源輸出電壓124至一負載140。本實施例中，直流輸入電壓112為p12v，待開機電源輸出電壓124為p12v_stby。控制信號132發送電源管 理單元120的條件可依使用者需求彈性設計，以控制電源管理單元120提供待開機電源輸出電壓124至負載140的正確時間點，避免在錯誤時間提供待開機電源輸出電壓124造成系統損壞。此外，當電源管理單元120進入啟動狀態之後，經過一賦能時間仍未接收到控制信號132時，電源管理單元120即進入關閉狀態，亦避免非預期的控制信號132造成錯誤的時間點提供待開機電源輸出電壓124，導致系統損壞。 此時若需提供待開機電源輸出電壓124，電源管理單元120必須重新進入啟動狀態，並且在賦能時間之內接收來自信號發送單元130的控制信號132，才可順利提供待開機電源輸出電壓124。本實施例中，賦能時間約0.5秒，可透過一電容耦接至電源管理單元120以決定賦能時間之數值，電容之電容值與賦能時間的關係式為：賦能時間=電容值*1s/μF。

於一實施例中，電源管理單元為一電子熔絲電 路，將直流輸入電壓112轉換為待開機電源輸出電壓124，其中待開機電源輸出電壓124可依實際需求透過電子熔絲電路彈性設計。信號發送單元130為一複雜型可程式邏輯裝置。當複雜型可程式邏輯裝置接收來自電源管理單元120之供應電壓122時，即可正常運作並執行使用者設計之CPLD程式以在正確的時間提供待開機電源輸出電壓124至負載。本實施例中，直流輸入電壓112為p12v，待開機電源輸出電壓124為p12v_stby，供應電壓122為p6v_stby，透過電壓轉換電路轉為p3v3_stby並連接至複雜型可程式邏輯裝置230，提供其運作所需之電源。

為了對本發明的設定電壓作進一步的闡述，請 參照圖2，其係繪示本發明之第二實施例之電源保護裝置200，除了複雜型可程式邏輯裝置230、分壓電路250以外，其餘硬體與圖1的電源保護裝置100實質上相同。分壓電路250耦接至電源管理單元120，用以決定設定電壓的數值，定義電源管理單元120進入啟動狀態的條件。具體而言，如圖3所示，分壓電路250包含三個串聯的電阻器352、354、356，耦接至電源管理單元120內的比較器電路322，比較器電路322再耦接至邏輯電路324，以定義進入啟動狀態的條件，即設定電壓。本實施例中，第一電阻器352的電阻值為34.8k歐姆，第二電阻器354的電阻值為10k歐姆，第三電阻器356的電阻值為0歐姆，配合比較器電路322，所造成之設定電壓約5.5伏特。當直流輸入電壓112由節點30輸入，透過此分壓電路250產生之判斷電壓，即電源管理單元之節點31電壓，大於設定電壓5.5伏特時，邏輯電路324判斷電源管理單元120進入啟動狀態並輸出供應電壓122。或者，分壓電路250與電源管理單元120也可整合至同一單元中，達到面積縮小化的效果。

或者，複雜型可程式邏輯裝置230亦可藉由一 預備信號發送單元450發送之一預備信號452控制其運作，請參照圖4，其係繪示本發明之第三實施例之電源保護裝置400，圖4的電源保護裝置400除了複雜型可程式邏輯裝置230、預備信號發送單元450以外，其餘硬體與圖1的電源保護裝置100實質上相同。

本發明第三實施例揭示兩段式開啟之電源保護 裝置400，提供更加嚴謹的電路保護功能。當複雜型可程式邏輯裝置230接收來自電源管理單元120之供應電壓122時，複雜型可程式邏輯裝置230之輸出端亦同時具有一電壓位準(voltage level)，亦即控制信號132位於非零之電壓位準；為避免控制信號132誤輸出可能導致之漏電、運作錯誤或者不可回復的損壞，透過預備信號發送單元450之預備信號452控制複雜型可程式邏輯裝置230是否進入可接收供應電壓122之預備狀態。當複雜型可程式邏輯裝置230未進入預備狀態時，停止接收供應電壓122，亦停止發送控制信號132。具體而言，在複雜型可程式邏輯裝置230初始化完成之後，預備信號發送單元450發送該預備信號452至複雜型可程式邏輯裝置230，使其進入預備狀態。本實施例中，預備信號發送單元450為可程式邏輯閘陣列。當複雜型可程式邏輯裝置230初始化完成之前，可程式邏輯閘陣列不會發送預備信號452至複雜型可程式邏輯裝置230，此時複雜型可程式邏輯裝置230並非處於預備狀態，即使電源管理單元120已進入啟動狀態並輸出供應電壓122，複雜型可程式邏輯裝置230亦停止接收供應電壓122以避免錯誤電壓輸出的情況發生。當複雜型可程式邏輯裝置230初始化完成之後，可程式邏輯閘陣列發送預備信號452至複雜型可程式邏輯裝置230以使複雜型可程式邏輯裝置進入預備狀態(第一段開啟)，複雜型可程式邏輯裝置230接收來自電源管理單元120之供應電壓122並依照使用者設計之CPLD程式輸出控 制信號132至電源管理單元120；電源管理單元120供給待開機電源輸出電壓124至負載140(第二段開啟)。

請參考圖5，其係繪製本發明之第四實施例之電 路保護方法500的流程圖。電源保護方法包括多個步驟S502~S510。然熟習本案之技藝者應瞭解到，在本實施例中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行。至於實施些步驟的硬體裝置，由於以上實施例已具體揭露，因此不再重複贅述之。

首先，在步驟S502中，接收一電源供應器提供 之一直流輸入電壓，該直流輸入電壓可同時作為供應電源與電源保護的判斷電壓來源。接著，步驟S504中，當直流輸入電壓經過裝置內部電路元件轉換之一判斷電壓大於一設定電壓時，即進入啟動狀態，輸出一供應電壓至信號發送單元，並且開始計算賦能時間。信號發送單元接收供應電壓之後，即具備發送一控制信號的功能。然後，步驟S506中，若在賦能時間之內接收到信號發送單元發送之控制信號，則可將該直流輸入電壓轉換為一待開機電源輸出電壓，並且提供待開機電源輸出電壓(步驟S508)。本實施例中，直流輸入電壓112為p12v，待開機電源輸出電壓124為p12v_stby。控制信號發送的條件可依使用者需求彈性設計，以控制提供待開機電源輸出電壓的正確時間點，避免在錯誤時間提供待開機電源輸出電壓造成系統損壞。另一方面，當進入啟動狀態之後，經過賦能時間仍未接收到控制信 號時，即進入關閉狀態(步驟S510)，亦避免非預期的控制信號造成錯誤的時間點提供待開機電源輸出電壓，造成系統損壞的情形。此時若需提供待開機電源輸出電壓，必須重新進入啟動狀態，並且在賦能時間之內接收控制信號，才可順利提供待開機電源輸出電壓。本實施例中，賦能時間約0.5秒，可透過一電容決定賦能時間數值，電容之電容值與賦能時間的關係式為：賦能時間=電容值*1s/μF。

於一實施例中，該直流輸入電壓轉換為該待開 機電源輸出電壓透過電子熔絲電路進行，其中待開機電源輸出電壓可依實際需求彈性設計。信號發送單元為複雜型可程式邏輯裝置。複雜型可程式邏輯裝置接收供應電壓之後，即可正常運作並執行使用者設計之CPLD程式以在正確的時間提供待開機電源輸出電壓至負載。本實施例中，直流輸入電壓為p12v，待開機電源輸出電壓為p12v_stby，供應電壓為p6v_stby，透過電壓轉換電路轉為p3v3_stby並連接至複雜型可程式邏輯裝置，提供其運作所需之電源。

其中，上述之設定電壓可藉由分壓方式決定， 以定義進入啟動狀態的條件。具體而言，如圖3所示，透過一分壓電路250進行分壓，分壓電路250包含三個串聯的電阻器352、354、356以定義進入啟動狀態的條件，即設定電壓。本實施例中，第一電阻器352的電阻值為34.8k歐姆，第二電阻器354的電阻值為10k歐姆，第三電阻器356的電阻值為0歐姆，造成之設定電壓約5.5伏特。當直流輸入電 壓透過此分壓電路250產生一判斷電壓大於設定電壓5.5伏特時，便進入啟動狀態並輸出供應電壓。

本發明亦可設計為兩段式開啟之電源保護方法 以提供更加嚴謹的電路保護功能。為避免控制信號誤輸出可能導致之漏電、運作錯誤或者不可回復的損壞，經由一預備信號發送單元發送一預備信號控制複雜型可程式邏輯裝置是否進入可接收供應電壓之預備狀態。當複雜型可程式邏輯裝置未進入預備狀態時，停止接收供應電壓，亦停止發送控制信號。具體而言，在複雜型可程式邏輯裝置初始化完成之後，預備信號發送單元發送預備信號以進入預備狀態。本實施例中，預備信號由可程式邏輯閘陣列發送出。當複雜型可程式邏輯裝置初始化完成之前，可程式邏輯閘陣列不會發送預備信號，此時複雜型可程式邏輯裝置並非處於預備狀態，停止接收供應電壓以避免錯誤電壓輸出的情況發生。當複雜型可程式邏輯裝置初始化完成之後，可程式邏輯閘陣列發送預備信號至複雜型可程式邏輯裝置以使複雜型可程式邏輯裝置進入預備狀態(第一段開啟)，複雜型可程式邏輯裝置可接收供應電壓與依照使用者設計之CPLD程式輸出控制信號以供給待開機電源輸出電壓至負載(第二段開啟)。

綜上所述，本發明得以透過上述之實施例改善 電壓輸出方式，以一賦能時間內發出之控制信號或者進一步再配合一預備信號以決定是否提供待開機電源輸出電壓，避免直流輸入電壓達某一定值之後立即提供待開機電源輸出 電壓至負載可能造成的漏電、運作錯誤，甚至對整個系統造成不可回復的損壞。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，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申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧電源保護裝置

110‧‧‧電源供應器

112‧‧‧直流輸入電壓

120‧‧‧電源管理單元

122‧‧‧供應電壓

124‧‧‧待開機電源輸出電壓

130‧‧‧信號發送單元

132‧‧‧控制信號

140‧‧‧負載

Claims (6)

1. 一種電源保護裝置，包含：一電源供應器，提供一直流輸入電壓；一電子熔絲(Efuse)電路，接收該直流輸入電壓；當該直流輸入電壓對應之一判斷電壓大於一設定電壓時，該電子熔絲電路進入啟動狀態，輸出一供應電壓並開始計算一賦能時間；一複雜型可程式邏輯裝置，接收來自該電子熔絲電路之該供應電壓作為電源，當在該賦能時間內發送一控制信號至該電子熔絲電路，則該電子熔絲電路將該直流輸入電壓轉換為一待開機電源輸出電壓，並且提供該待開機電源輸出電壓；當該電子熔絲電路未在該賦能時間之內接收到該控制信號時，則進入關閉狀態；以及一預備信號發送單元，發送一預備信號至該複雜型可程式邏輯裝置；其中該複雜型可程式邏輯裝置，接收該預備信號以進入預備狀態；該複雜型可程式邏輯裝置未進入預備狀態時，停止接收該供應電壓與發送該控制信號。
2. 如請求項1所述之電源保護裝置，更包含一分壓電路，與該電子熔絲電路耦接，以決定該設定電壓。
3. 如請求項2所述之電源保護裝置，該設定電壓為5.5伏特。
4. 一種電源保護方法，包含下列步驟：(a)接收一電源供應器提供之一直流輸入電壓；(b)當該直流輸入電壓對應之一判斷電壓大於一設定電壓時，進入啟動狀態，輸出一供應電壓至一複雜型可程式邏輯裝置並開始計算一賦能時間；(c)當在該賦能時間內接收到該複雜型可程式邏輯裝置發送之一控制信號，則透過一電子熔絲(Efuse)電路將該直流輸入電壓轉換為一待開機電源輸出電壓，並且提供該待開機電源輸出電壓；(d)當未在該賦能時間之內接收到該控制信號時，則進入關閉狀態；(e)經由一預備信號發送單元發送一預備信號；(f)透過該複雜型可程式邏輯裝置接收該預備信號以進入預備狀態；以及(g)當該複雜型可程式邏輯裝置未進入預備狀態時，停止接收該供應電壓與發送該控制信號。
5. 如請求項4所述之電源保護方法，更包含：藉由分壓方式以決定該設定電壓。
6. 如請求項5所述之電源保護方法，該設定電壓為5.5伏特。