TWI599155B - 電源供應裝置以及電源供應方法 - Google Patents

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Description

電源供應裝置以及電源供應方法 【相關申請案的交叉參考】
本申請案根據35 U.S.C.§119(a)主張2012年11月9日在韓國智慧財產局申請的韓國專利申請案第10-2012-0126915號的優先權，所述專利申請案的全部揭露內容以引用的方式併入本文中。
本揭露是關於電子裝置、電源供應裝置以及電源供應方法，且更特別是關於可經由在具有高整合度多相電壓調節器模組(Voltage Regulator Module，VRM)的電子裝置(例如，電腦或伺服器)中感測及使用短路時刻，從而防止切換部件的燒毀或電源關閉的電子裝置、電源供應裝置以及電源供應方法。
由於表示為資訊技術(Information Technlogies，IT)元件的電子元件的功能強、速度高且規模大，所以需要大容量的電源供應器。特別是在個人電腦或通訊元件中，已設計低電壓的中 央處理單元(Central Processing Unit，CPU)，且需要低電壓且高電流的電源供應器。目前提出一種由多相轉換器電路構成的電源供應器以作為實現低電壓、高電流以及高速度的電源供應器。
先前技術中的此種電源供應器包括相位調整電路以及直流轉直流(DC/DC)轉換器。相位調整電路以相等間隔設定各別DC/DC轉換器的切換相位，使藉由合成各別DC/DC轉換器的輸出電流所獲得的電流流至負載，以改良所述負載的鏈波率(ripple rate)。
在當前用作CPU或繪圖處理單元(graphics processing unit，GPU)核心電源供應器或晶片組電源供應器的電源供應電路中，已使用高效能場效電晶體(Field Effect Transistor，FET)或DrMOS以控制大電流。在此狀況下，為了減小配置空間，配置於轉換器附近的濾波器組件設計得較小，且切換頻率速度升高至1兆赫茲。因此，切換器可能惡化而導致其發生問題，且其使用壽命可能縮短。亦即，隨著切換器的阻抗值變大，則劣勢(inferiority)會進一步增加而導致此些問題。
另一方面，雖然在實際的現有技術中在內部執行穩定的驅動(例如，死型(dead type)或柔性切換(soft switching))，但若執行約1兆赫茲(MHz)的高速度切換或延長閘極與源極之間的返回路徑時，則由於寄生電感或閘極米勒效應(gate miller effect)而在切換FET的閘極端子處產生不良電壓。
在此狀況下，當上側及下側FET同時接通時，則會發生 短路持續數十或數百奈秒(nanoseconds)，且此導致出現劣勢(例如，FET的損壞)。當發生此瞬時短路時，FET可取決於其容許度(tolerance)而忍受短路，但隨著此種差條件持續，切換FET部件會惡化而損壞或燒毀。
最近，行動元件、個人電腦(PC)或伺服器中的大多數產品可靠性(Product Liability，PL)事故的發生是歸因於電源切換部件的惡化所引起的上述劣勢。
本揭露至少解決上述問題及/或優點，且至少提供如下所述的特徵及效用。因此，本揭露提供電子裝置、電源供應裝置以及電源供應方法，其可經由在具有高整合度多相VRM的電子裝置(例如，電腦或伺服器)中感測及使用短路時刻，從而防止切換部件的燒毀或電源關閉。
本發明概念的額外特徵以及效用將部分闡述於下文的描述中，而部分內容將因所述描述而顯而易見，或可藉由實踐本發明概念而獲悉。
本揭露的例示性實施例提供一種電子裝置，包括控制器，所述控制器用以提供用於經由輸入電源的轉換而產生多相訊號的控制訊號，並接收使用所述多相訊號而產生的輸出電壓的反饋；以及電源供應器，所述電源供應器包括具有半橋或全橋類型的上方切換部件及下方切換部件的多個單位轉換器，由所述控制 訊號操作，並用以根據由所述多個單位轉換器驅動所產生的所述多相訊號以提供所述輸出電壓，其中所述電源供應器偵測所述上方切換部件及所述下方切換部件在所述多個單位轉換器中是否同時接通，並根據偵測結果而切斷所述單位轉換器的操作。
根據本揭露的實施例的電子裝置可更包括介面，用以傳送根據所述偵測結果所產生的所述電源供應器的電源操作狀態資訊，以向系統管理員通知所述單位轉換器的故障。
所述電源供應器可更包括電源輸入器，用以接通/切斷待由單位轉換器所提供的所述輸入電源，並切斷處於接通狀態的所述電源輸入器以切斷所述單位轉換器的所述操作。
所述電源供應器可停用所述上方切換部件及所述下方切換部件以切斷所述單位轉換器的所述操作。
所述電源供應器可更包括電源輸入器，用以接通/切斷由單位轉換器提供的所述輸入電源，其中所述控制器藉由使用自所述電源供應器提供的所述偵測結果而產生的控制訊號，以切斷處於接通狀態的所述電源輸入器以切斷所述單位轉換器的所述操作。
所述控制器可藉由使用自所述電源供應器提供的所述偵測結果而產生的控制訊號，以停用所述上方切換部件及所述下方切換部件以切斷所述單位轉換器的所述操作。
所述電源供應器可包括電壓轉換器，所述電壓轉換器包括多個單位轉換器，用以將所述輸入電源轉換為所述多相訊號， 並產生且提供所述所轉換的多相訊號作為所述輸出電壓；以及短路偵測器，用以偵測所述上方切換部件及所述下方切換部件在所述多個單位轉換器中是否同時接通並提供所述偵測結果。
所述短路偵測器可包括參考電壓提供器，用以提供用於判定所述上方切換部件及所述下方切換部件的短路的參考電壓；以及比較器，用以產生所述上方切換部件及所述下方切換部件的中間節點電壓與所述各別參考電壓的比較結果，並提供所述所產生的比較結果以切斷所述單位轉換器的所述操作。
所述短路偵測器可更包括操作偵測器，用以在所述上方切換部件及所述下方切換部件同時接通時，將所述中間節點電壓提供至所述比較器，以區分所述上方切換部件及所述下方切換部件的故障。
本揭露的例示性實施例亦提供一種電源供應裝置，用以提供使用多相訊號而產生的輸出電壓，所述電源供應裝置包括電壓轉換器，所述電壓轉換器包括具有半橋或全橋類型的上方切換部件及下方切換部件的多個單位轉換器，且所述電壓轉換器用以根據所述多個單位轉換器的驅動而產生所述多相訊號；以及短路偵測器，用以偵測所述上方切換部件及所述下方切換部件在所述多個單位轉換器中是否同時接通，並根據偵測結果而切斷所述單位轉換器的操作。
所述電壓轉換器可更包括電源輸入器，用以接通/切斷待由單位轉換器提供的輸入電源，其中所述短路偵測器切斷處於接 通狀態的所述電源輸入器以切斷所述單位轉換器的所述操作。
所述短路偵測器可停用所述上方切換部件及所述下方切換部件，以切斷所述單位轉換器的所述操作。
所述短路偵測器可包括參考電壓提供器，用以提供用於判定所述上方切換部件及所述下方切換部件的短路的參考電壓；以及比較器，用以產生所述上方切換部件及所述下方切換部件的中間節點電壓與所述各別參考電壓的比較結果，並輸出所述所產生的比較結果以切斷所述單位轉換器的所述操作。
所述短路偵測器可更包括操作偵測器，用以在所述上方切換部件及所述下方切換部件同時接通時，將所述中間節點電壓提供至所述比較器以區分所述上方切換部件及所述下方切換部件的故障。
所述短路偵測器可包括邏輯電路，用以使用施加至所述上方切換部件及所述下方切換部件的控制訊號以偵測所述上方切換部件及所述下方切換部件是否同時接通；以及切換器，用以在所述上方切換部件及所述下方切換部件中發生所述短路時回應於來自所述邏輯電路的偵測訊號而操作，以輸出所述中間節點電壓。
所述比較器可包括第一比較器，用以比較在所述下方切換部件中發生所述短路時提供的所述中間節點電壓與所述參考電壓，以判定所述下方切換部件中的短路發生以輸出所述比較結果；以及第二比較器，用以比較在所述上方切換部件中發生所述短路時提供的所述中間節點電壓與所述參考電壓，以判定所述上 方切換部件中的短路發生以輸出所述比較結果。
所述短路偵測器可更包括訊號輸出器，用以提供經由所述第一比較器及所述第二比較器的所述比較結果的邏輯組合所產生的輸出結果作為所述偵測結果。
所述短路偵測器可更包括放大器，用以放大所述中間節點電壓，並將所述經放大的中間節點電壓提供至所述比較器。
所述短路偵測器可更包括濾波器，用以移除所述中間節點電壓的雜訊，並將所述經移除雜訊的中間節點電壓提供至所述放大器。
本揭露的例示性實施例亦提供一種電源供應方法，包括藉由包括用於產生多相訊號的多個單位偵測器的電壓轉換器經由輸入電源的轉換而產生所述多相訊號，並藉由所述所產生的多相訊號而產生且提供輸出電壓；偵測所述單位轉換器中半橋或全橋類型的上方切換部件及下方切換部件是否同時接通；以及根據偵測結果而切斷所述單位轉換器的操作。
切斷所述單位轉換器的所述操作可攔截輸入至所述單位轉換器的所述輸入電源。
切斷所述單位轉換器的所述操作可停用所述上方切換部件及所述下方切換部件。
90‧‧‧電子裝置
100‧‧‧介面
110‧‧‧控制器
120‧‧‧電源供應器
200‧‧‧電壓轉換器
200_1‧‧‧電源輸入器
200_2‧‧‧轉換器
200_3‧‧‧電壓輸出器
210‧‧‧短路偵測器
210_1~210_N‧‧‧短路偵測器
400‧‧‧訊號輸出器
410‧‧‧比較器
410_1‧‧‧第一比較器
410_2‧‧‧第二比較器
420‧‧‧參考電壓提供器
420_1‧‧‧第一參考電壓提供器
420_2‧‧‧第二參考電壓提供器
430‧‧‧操作偵測器
430_1‧‧‧第一操作偵測器
430_2‧‧‧第二操作偵測器
800‧‧‧電源輸入器
810‧‧‧半橋類型的單位轉換器
820‧‧‧電壓輸出器
900‧‧‧邏輯電路
910‧‧‧比較器
920‧‧‧參考電壓提供器
930‧‧‧偵測器
940‧‧‧放大器
950‧‧‧濾波器
Fault_FB 1~N‧‧‧偵測訊號
Fault_High‧‧‧偵測訊號
Fault_Low‧‧‧偵測訊號
M1A~M4N‧‧‧控制訊號
S1‧‧‧切換部件
S2‧‧‧切換部件
S1000、S1010、S1020‧‧‧操作
SW‧‧‧中間節點電壓
VIN‧‧‧輸入電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
本發明概念的此等及/或其他特徵以及效用在結合附圖與 以下實施例的描述後，將變得顯而易見且更容易瞭解。
圖1為說明根據本揭露的實施例的電子裝置的組態的方塊圖。
圖2為說明圖1中的電源供應器的詳細組態的方塊圖。
圖3為說明圖1中的控制器以及電源供應器的範例的電路圖。
圖4為說明圖3中的子短路(sub-short)偵測器的範例的電路圖。
圖5A至圖5C為解釋圖4的子短路偵測器的操作的波形圖。
圖6及圖7為說明經由模擬而獲得的圖5中的比較器的電壓波形以及訊號輸出器的偵測訊號波形的示意圖。
圖8為說明圖3中的單位電壓轉換器的經修改範例的電路圖。
圖9為說明圖4的子短路偵測器的經修改範例的電路圖。
圖10為說明根據本揭露的實施例的電源供應方法的流程圖。
現將詳細參考本發明概念的實施例，所述實施例的範例說明於附圖中，其中相似參考數字在全文中指示相似部件。下文描述所述實施例以便在參照圖式的同時解釋本發明概念。
圖1為說明根據本揭露的實施例的電子裝置的組態的方塊圖，而圖2為說明圖1中的電源供應器(或電源供應元件)的詳細組態的方塊圖。
如圖1及圖2所說明，根據本揭露的例示性實施例的電 子裝置90為一種(例如電腦、影像顯示元件或伺服器)的裝置，且可包括介面100、控制器110以及電源供應器120中的一部分或全部。
此處，上述包括一部分或全部意謂可省略部分構成部件(例如，介面100)或可將部分構成部件整合至另一構成部件中以組態特定電子裝置。為了全面理解本揭露，本揭露所描述的電子裝置包括上述所有構成部件。
介面100可包括通訊介面或使用者介面。通訊介面為與外部元件連結的一部分，且可用以傳送電源操作狀態資訊，以使得可經由外部元件(例如，系統管理員所使用的PC)而即時地監視電源供應器120的電源操作狀態。此外，使用者介面可包括輸入器，用於使使用者能夠經由按鈕或類似者而輸入命令；以及顯示器，用於在螢幕上顯示特定資訊。使用者命令可為經由觸碰顯示器而進行輸入。
控制器110負責構成電子裝置90的介面100以及電源供應器120的總體控制。舉例而言，控制器110可控制介面100將關於自電源供應器120提供的偵測訊號(或偵測結果)的電源操作狀態資訊傳送至外部元件。此外，雖然稍後將詳細描述控制器110，但控制器110可操作以基於自電源供應器120所提供的偵測訊號而停止(亦即，切斷)特定單位轉換器的操作。此處，此單位轉換器可為用於產生多相訊號的多個單位轉換器中的一者，而停止操作可包括僅在單位轉換器的切換部件中發生短路的時刻停 止執行單位轉換器。
根據本揭露的實施例的電源供應器120可接收並轉換外部輸入電源，並將大電流的所轉換的電源作為反饋提供至控制器110。換句話說，電源供應器120可將輸入電源轉換為多相訊號，並將使用所轉換的多相訊號而產生的高電流的電壓提供至控制器110。因為亦可將高電流的電壓提供至除控制器110之外的周邊元件而沒有限制，所以本揭露不限於控制器110接收高電流的電壓作為反饋的狀況。
此外，根據本揭露的實施例的電源供應器120包括電壓轉換器200，其可包括產生多相訊號的多個單位轉換器。電源供應器120可更包括以下各者中的一部分或全部電源輸入器，用以接通/切斷由單位轉換器提供的輸入電源；以及電壓輸出器，用以經由多相訊號(例如，電流)的合成而輸出高電流的電壓。根據本揭露的實施例，電源輸入器以及電壓輸出器可包括於單位轉換器中。根據本揭露的實施例的單位轉換器為，例如是DC/DC轉換器，且可包括半橋或全橋類型的上方切換部件及下方切換部件。在此狀況下，半橋類型的上方切換部件及下方切換部件可稱為電極(pole)。
根據本揭露的實施例的電源供應器120更包括短路偵測器210，其用以偵測單位轉換器的切換部件中發生短路的時刻。舉例而言，當在特定單位轉換器中發生短路時，電源供應器120可經由短路偵測器210以直接控制電源輸入器，或可直接停用單位 轉換器中的切換部件。在此狀況下，可僅在發生短路的時刻執行電源輸入器的控制以及切換部件的停用操作。此外，電源供應器120可將短路偵測器210的偵測訊號提供至控制器110，以使得在控制器110的控制下控制電源輸入器，且可停用單位轉換器中的切換部件。
此外，電源供應器120可經由短路偵測器210以有區別地偵測上方切換部件及下方切換部件的故障(亦即，短路)。換句話說，在短路偵測方法中，僅在上方切換部件操作(或在下方切換部件中發生短路)時或僅在下方切換部件操作(或在上方切換部件中發生短路)時，方可有區別地偵測切換部件的故障。如上所區別的故障的電源操作狀態資訊可傳送至外部管理器以在電源系統的修復期間被有效地使用。
直至現在，描述了電源供應器120組態為電子裝置90的一部分。然而，本揭露不限於此，但電源供應器120可形成獨立電源供應元件而沒有限制。舉例而言，電源供應元件可包括IC晶片或諸如電源供應器的元件。就此而言，圖2中的電壓轉換器200以及短路偵測器210可為電源供應元件的組態。
圖3為說明圖1中的控制器以及電源供應器的範例的電路圖。
參照圖1、圖2及圖3，將以圖2中的短路偵測器210經由將偵測訊號Fault_FB 1~N提供至控制器110而控制電壓轉換器200的狀況作為範例加以描述。
如上所述，在短路偵測器210直接控制電壓轉換器200而無需控制器110的幫助的狀況下，可省略控制器110。在此狀況下，因為短路偵測器210直接控制電壓轉換器200，所以可迅速停止短路發生。
更具體來說，作為如圖3所示的多相控制器，控制器110可產生用於控制構成單位轉換器的多個切換部件的多個控制訊號M1A至M4N，並將所產生的控制訊號提供至電壓轉換器200。此外，控制器110可接收自電壓轉換器200輸出的高電流的輸出電壓VOUT作為反饋，且可基於自短路偵測器210提供的偵測訊號Fault_FB 1~N而控制電壓轉換器200的電源輸入器200_1，並停用單位轉換器中的切換部件。
電壓轉換器200可包括電源輸入器200_1、轉換器200_2以及電壓輸出器200_3中的一部分或全部。此處，一部分或全部的包括與上文所述的含義相同。
電源輸入器200_1可包括電容器，用於對輸入電源充電；切換部件，用於控制轉換器200_2的單位轉換器的輸入電源；以及電阻器，用於恆定地將接通電壓Vgs供應至切換部件。在此狀況下，取決於本揭露的實施例下可省略切換部件。舉例而言，在圖2的短路偵測器210直接控制電壓轉換器200的狀況下，可省略切換部件。
此外，轉換器200_2包括多個單位轉換器。如自圖3所見，單位轉換器可包括全橋類型的上方切換部件及下方切換部 件，且可更包括用於控制電源輸入器200_1的切換部件以及邏輯閘。此處，在不必控制輸入至單位轉換器的輸入電源的狀況下，切換部件以及邏輯閘可設計為被省略的，且切換部件以及邏輯閘中的至少一者可組態為短路偵測器210的一部分。
電壓輸出器200_3可包括用於穩定地提供輸出電壓的多個電感器及一電容器。電感器的一端連接至半橋類型的上方切換部件及下方切換部件的中間節點，且另一端連接至電容器的一側，而電容器的另一側接地。電壓輸出器200_3的輸出電壓為電容器的兩個端子之間的電壓。
短路偵測器210可包括N個短路偵測器210_1至210_N。在此狀況下，短路偵測器1 210_1至短路偵測器N 210_N可稱為單位短路偵測器，且在單位轉換器為如圖3所示的全橋類型的狀況下，可設置用於控制半橋類型的切換部件的子短路偵測器。換句話說，根據本揭露的實施例，單位轉換器可至少包括半橋類型的上方切換部件及下方切換部件，且較佳的是，子短路偵測器控制上方切換部件及下方切換部件。藉此，各別短路偵測器210_1至210_N可偵測半橋類型的上方切換部件及下方切換部件的短路狀態，並將偵測訊號提供至控制器110。在此狀況下，各別短路偵測器210_1至210_N可使用施加至上方切換部件及下方切換部件的控制訊號M1A至M4N以偵測切換部件的短路狀態。此外，短路偵測器210可僅在發生短路(其中，處於切斷狀態的上方切換部件及下方切換部件由於短路而接通)時經由故障的偵測以有區 別地偵測地上方切換部件及下方切換部件的故障。此處，在上方切換部件及下方切換部件被設定為DrMOS類型時，各別短路偵測器210_1至210_N(或偵測訊號)可與過熱保護(Over Temperature Protection，OTP)進行「或」運算，或可用以獨立操作。
根據上述組態，控制器110提供用於互補地操作電壓轉換器200中(且更準確來說，單位轉換器中)的全橋類型的切換部件的多個控制訊號，且電壓轉換器200使用所述多個控制訊號以操作多個單位轉換器，以經由輸入電源的轉換而產生多相訊號，並提供藉由合成多相訊號而獲得的高電流的輸出電壓。在此狀況下，短路偵測器210偵測單位轉換器的切換部件中是否發生短路或偵測發生短路的時刻，並將偵測訊號提供至控制器110。控制器110基於短路偵測器210的偵測訊號而切斷單位轉換器的操作。舉例而言，如圖3所示，控制器110可經由電源輸入器200_1的切換部件的控制而攔截輸入至單位轉換器的輸入電源。在此狀況下，輸入電源的攔截可繼續直至解決了短路問題或短路問題可為暫時性短路問題為止。
圖4為說明圖3中的子短路偵測器的範例的電路圖，且圖5A至圖5C為解釋圖4的子短路偵測器的操作的波形圖。圖6及圖7為說明經由模擬而獲得的圖5中的比較器的電壓波形以及訊號輸出器的偵測訊號波形的圖式。
如圖4所說明，圖3中的短路偵測器201_N(或單位短路偵測器)，更準確來說，子短路偵測器可包括訊號輸出器400、 比較器410、參考電壓提供器420以及操作偵測器430中的一部分或全部。
訊號輸出器400包括，例如是或閘。訊號輸出器400執行比較器410中的第一比較器410_1及第二比較器410_2的比較結果的邏輯組合(亦即，邏輯和)。在此狀況下，輸出訊號(或偵測結果)可提供至控制器110，如圖3所示。
比較器410包括第一比較器410_1及第二比較器410_2。此處，第一比較器410_1接收並比較半橋類型的上方切換部件及下方切換部件的中間節點電壓與自第一參考電壓提供器420_1提供的參考電壓，並將比較結果提供至訊號輸出器400。此外，第二比較器410_2接收且比較半橋類型的上方切換部件及下方切換部件的中間節點電壓與自第二參考電壓提供器420_2提供的參考電壓，並將比較結果提供至訊號輸出器400。在此狀況下，中間節點電壓可為對應於輸入電壓VIN的1/2的電壓。此處，比較器可為對抗雜訊等而強健地設計比較器的一般類型或反向類型的磁滯比較器(hysteresis comparator)。
參考電壓提供器420包括第一參考電壓提供器420_1及第二參考電壓提供器420_2。第一參考電壓提供器420_1在下方切換部件的短路期間提供恆定參考電壓，而第二參考電壓提供器420_2在上方切換部件的短路期間提供恆定參考電壓。此時，自第一參考電壓提供器420_1提供的參考電壓可為對應於輸入電壓VIN的2/3的電壓，且自第二參考電壓提供器420_2提供的參考電 壓可為對應於輸入電壓VIN的1/3的電壓。此等電壓可最初由系統設計師設定以加以提供。在提供如上所述而設定的參考電壓的狀況下，可促進電源IC的設計實施。自第一參考電壓提供器420_1及第二參考電壓提供器420_2提供的參考電壓可為藉由感測下方切換部件及上方切換部件的兩個端子而獲得的所感測的電壓。
操作偵測器430包括第一操作偵測器430_1及第二操作偵測器430_2。第一操作偵測器430_1接收上方切換部件及下方切換部件的控制電壓並偵測下方切換部件的短路。舉例而言，下方切換部件正常保持於低狀態，但下方切換部件可能由於短路而保持於高狀態。此時，第一操作偵測器430_1將中間節點電壓提供至第一比較器410_1。舉例而言，若自第一操作偵測器430_1的反或閘輸出高位準訊號，則切換部件S1可提供中間節點電壓。另一方面，第二操作偵測器430_2接收上方切換部件及下方切換部件的控制電壓並偵測上方切換部件的短路。舉例而言，上方切換部件正常保持於低狀態，但，上方切換部件可能由於短路發生保持於高狀態。此時，第二操作偵測器430_2將中間節點電壓提供至第二比較器410_2。換句話說，若自第二操作偵測器430_2的反或閘輸出高位準訊號，則切換部件S2可提供中間節點電壓。
參照圖5A至圖7，若如圖5A所示高位準訊號施加至半橋類型的上方切換部件且低電壓位準施加至下方切換部件，亦即，若上方切換部件及下方切換部件互補地操作，則中間節點電壓SW保持於正常位準。
在此程序中，若在上方切換部件中發生短路，則上方切換部件正常保持於低位準，但在上方切換部件的一些區段中保持於高位準。因此，上方切換部件及下方切換部件同時接通以導致短路的發生。此時，中間節點電壓SW保持於圖5B所示的形式。換句話說，當在上方切換部件及下方切換部件中發生短路時，極大的電流自輸入電源傳遞到接地，且由於切換部件的阻抗而出現恆定電壓。
若在下方切換部件中發生短路，則下方切換部件正常保持於低位準，但在下方切換部件的一些區段中保持於高位準。因此，上方切換部件及下方切換部件同時接通，且中間節點電壓SW保持於如圖5C所示的形式。
如上所述，若上方切換部件及下方切換部件同時接通以導致短路的發生，更準確而言，若在下方切換部件中發生短路，則圖4的第一比較器410_1經由其反相端子及非反相端子而接收如圖6的下方部分所示的電壓的輸入，且訊號輸出器400輸出如圖6的上方部分所示的電壓，亦即，偵測訊號Fault_High。此時，輸入至反相端子的電壓成為中間節點電壓，而輸入至非反相端子的電壓成為參考電壓。此處，若輸入至非反相端子的參考電壓(其對應於2/3×VIN)高於中間節點電壓(其對應於1/2×VIN)，則可輸出偵測訊號Fault_High。
若在上方切換部件中發生短路，則圖4的第二比較器410_2經由其反相端子及非反相端子而接收如圖7的下方部分所 示的電壓的輸入。接著，訊號輸出器400輸出如圖7的上方部分所示的偵測訊號Fault_Low。此時，若輸入至非反相端子的參考電壓(其對應於1/3×VIN)低於中間節點電壓(其對應於1/2×VIN)，則可輸出偵測訊號Fault_Low。
圖8為說明圖3中的單位電壓轉換器的經修改範例的電路圖。
如圖8所說明，根據本揭露的實施例的圖2的電壓轉換器200可包括電源輸入器800、半橋類型的單位轉換器810以及電壓輸出器820中的一部分或全部。
若單位轉換器在圖3的電壓轉換器200中以全橋類型組態，則圖8的單位轉換器與圖3的單位轉換器的不同之處在於如下要點圖8的單位轉換器包括半橋類型的上方切換部件及下方切換部件。
除此要點外，與電源輸入器800、單位轉換器810以及電壓輸出器820相關的內容並不與圖3的電源輸入器200_1、轉換器200_2以及電壓輸出器200_3的內容大幅不同，並將省略相同內容的描述。
圖9為說明圖4的子短路偵測器的經修改範例的電路圖。
圖9的單位短路偵測器210_N(更準確句話說，子短路偵測器)可包括邏輯電路900、比較器910、參考電壓提供器920、偵測器930、放大器940以及濾波器950中的一部分或全部。此處，一部分或全部的包括意謂包括放大器940以及濾波器950中的至 少一者。
取決於切換部件的組態以及故障條件，中間節點電壓可具有極低位準。在此狀況下，放大器940放大所輸入的中間節點電壓並將所放大的中間節點電壓施加至比較器910。
濾波器950用以移除中間節點電壓的雜訊。此後，經移除雜訊的中間節點電壓可提供至放大器940。
除上述要點外，訊號輸出器900、比較器910、參考電壓提供器920以及偵測器930的技術內容並不與訊號輸出器400、比較器410、參考電壓提供器420以及偵測器430的內容大幅不同，並將省略其描述。
如上文所組態的根據本揭露的實施例的電子裝置或電源供應裝置可準確地偵測在數十奈秒內發生短路的時刻，且因此系統可穩定地操作。
圖10為說明根據本揭露的實施例的電源供應方法的流程圖。
為便於解釋，參照圖10與圖2及圖3，根據本揭露的實施例的電源供應裝置，其包括多個單位轉換器的電壓轉換器200經由輸入電源的轉換而產生多相訊號，且經由所產生的多相訊號的合成而輸出高電流的電壓(操作S1000)。此處，單位轉換器可包括半橋或全橋類型的上方切換部件及下方切換部件。
電源供應裝置藉由單位轉換器以判定上方切換部件及下方切換部件是否同時接通，亦即，發生短路(操作S1010)。此判 定程序可經由比較參考電壓與上方切換部件及下方切換部件的中間節點電壓以執行，而參考電壓是藉由在發生短路時感測上方切換部件或下方切換部件的兩個端子之間的電壓或在系統的設計期間預定預期電壓而獲得。在此程序期間，電源供應裝置有區別地判定上方切換部件及下方切換部件的故障，並根據判定結果而輸出偵測訊號。因為已全面描述與此相關的操作，所以將省略其進一步描述。
若判定在特定單位轉換器中發生短路，則電源供應裝置切斷對應單位轉換器的操作(操作S1020)。此處，切斷單位轉換器的操作包括攔截輸入至單位轉換器的輸入電源以及停用上方切換部件及下方切換部件。
藉由根據本揭露的實施例的上述故障切換(failover)操作(或設計)，所述電源系統可穩定地操作。
雖然已展示並描述了本發明概念的若干實施例，但本領域具有通常知識者將瞭解，而在不偏離本發明概念的原理以及精神下可對此等實施例中進行改變，本發明概念的範疇定義於隨附申請專利範圍及其等效物中。
120‧‧‧電源供應器
200‧‧‧電壓轉換器
210‧‧‧短路偵測器
VIN‧‧‧輸入電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
FaultFB 1~N‧‧‧偵測訊號

Claims (12)

  1. 一種電源供應裝置，用以提供使用多相訊號而產生的輸出電壓，包括：電壓轉換器，包括具有半橋或全橋類型的上方切換部件及下方切換部件的多個單位轉換器，並用以根據所述多個單位轉換器驅動而產生所述多相訊號；以及短路偵測器，用以偵測所述上方切換部件及所述下方切換部件在所述多個單位轉換器中是否同時接通，並根據偵測結果而切斷各所述單位轉換器中的操作；其中所述短路偵測器更包括操作偵測器及比較器，所述操作偵測器用以在所述上方切換部件及所述下方切換部件同時接通時，將所述上方切換部件及所述下方切換部件的中間節點電壓提供至所述比較器以區分所述上方切換部件及所述下方切換部件的故障。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電源供應裝置，其中所述電壓轉換器更包括：電源輸入器，用以接通/切斷待分別提供至單位轉換器的輸入電源，其中所述短路偵測器切斷處於接通狀態的所述電源輸入器，以切斷各所述單位轉換器中的所述操作。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電源供應裝置，其中所述短路偵測器停用所述上方切換部件及所述下方切換部件，以切斷各 所述單位轉換器中的所述操作。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電源供應裝置，其中所述短路偵測器包括：參考電壓提供器，用以分別提供參考電壓以判定所述上方切換部件及所述下方切換部件的短路；以及所述比較器，用以產生所述中間節點電壓與所述參考電壓的比較結果，並輸出所述所產生的比較結果以切斷所述單位轉換器的所述操作。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的電源供應裝置，其中所述短路偵測器包括：邏輯電路，用以使用施加至所述上方切換部件及所述下方切換部件的控制訊號，以偵測所述上方切換部件及所述下方切換部件是否同時接通；以及切換器，用以藉由在所述上方切換部件及所述下方切換部件中發生所述短路時，回應於來自所述邏輯電路的偵測訊號而操作，以輸出所述中間節點電壓。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的電源供應裝置，其中所述比較器包括：第一比較器，用以比較在所述下方切換部件中發生所述短路時提供的所述中間節點電壓與所述參考電壓，以判定所述下方切換部件中的短路發生以輸出所述比較結果；以及第二比較器，用以比較在所述上方切換部件中發生所述短路 時提供的所述中間節點電壓與所述參考電壓，以判定所述上方切換部件中的短路發生以輸出所述比較結果。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的電源供應裝置，其中所述短路偵測器更包括：訊號輸出器，用以提供經由所述第一比較器及所述第二比較器的所述比較結果的邏輯組合所產生的輸出結果作為所述偵測結果。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的電源供應裝置，其中所述短路偵測器更包括：放大器，用以放大所述中間節點電壓，並將所述經放大的中間節點電壓提供至所述比較器。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的電源供應裝置，其中所述短路偵測器更包括：濾波器，用以移除所述中間節點電壓的雜訊，並將所述經移除雜訊的中間節點電壓提供至所述放大器。
  10. 一種電源供應方法，包括：藉由包括用以產生多相訊號的多個單位轉換器的電壓轉換器經由輸入電源的轉換而產生所述多相訊號，並藉由所述所產生的多相訊號而產生且提供輸出電壓；偵測各所述單位轉換器的半橋或全橋類型的上方切換部件及下方切換部件是否同時接通，以產生一偵測結果；在所述上方切換部件及所述下方切換部件同時接通時，將所 述上方切換部件及所述下方切換部件的中間節點電壓提供至比較器以區分所述上方切換部件及所述下方切換部件的故障；以及根據所述偵測結果而切斷各所述單位轉換器的操作。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的電源供應方法，其中所述切斷各所述單位轉換器的所述操作阻斷輸入至各所述單位轉換器的所述輸入電源。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的電源供應方法，其中所述切斷各所述單位轉換器的所述操作停用所述上方切換部件及所述下方切換部件。
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