整合式偏壓及待機電力供應電路的製作方法
2023-05-28 14:42:36
專利名稱：整合式偏壓及待機電力供應電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力供應器，且更特定言之涉及通過利用整合式偏壓及待機電力供應電路來改良電力系統的效率。
背景技術：
電力供應器、有時稱為電力供應單元或PSU為供應電能或其他類型能量至負載或負載群組的設備或系統。在一些實施例中，電力供應器可被配置以將一種形式的電力轉換成另一形式，諸如將交流(「AC」)電力轉換成直流(「DC」)電力。通常通過併入電路以將電力供應器的輸出電壓及/或電流緊緊控制至特定值來進行電力供應器的調節。即使呈現給電力供應器的輸出的負載發生變化或電力供應器的輸入處發生任何適當電壓變化，該特定值通常仍得以緊密地維持。例如，在諸如計算機的電子設備中，電力供應器通常被設計以將諸如傳統上由傳統牆壁插口(wall socket)提供的AC電壓輸入轉換成若干低電壓DC電力輸出用於傳輸至電子設備的內部組件。通常在可包括各種級、諸如整流級、諸如主動式諧波濾波器的預調節級、調節器/削波器(chopper)級等等的級中執行轉換。這些級可被配置成各種拓樸，諸如， 升壓級、降壓級(buck stage)或其他派生拓樸。除提供主電力輸出至各種電子設備外，電力供應器常常被配置以提供輔助及待機電力至電子設備內的後臺系統及子系統。例如，即使在電子設備未完全運作或斷開時，可能仍需要電力來供電給系統時鐘、系統控制器、系統監視器等等。傳統電力供應器通常包括若干電力轉換級以便提供主電力以及待機及輔助電力。在一些實施例中，電力供應器自身可能需要輔助電力以便使電力供應器內的控制及驅動電路運作。此通常通過利用反激級 (flyback stage)以建立偏壓電壓來實現。通常通過實施額外轉換級而從主輸出電壓得到這種偏壓電壓，實施額外轉換級可能實施起來昂貴且降低電力供應器的效率。例如，在提供12伏特主輸出電壓的電力供應器中，DC至DC調節器可用以將該12 伏特輸出轉換成3. 3伏特輸出以提供電力至待機電路。額外DC至DC調節器導致顯著額外電力損失且可能實施起來成本高。此實施例是效率低的，因為效率低下是複合的，其中3. 3 伏特電力被多次轉換且在每一級處發生損失。在一些實施例中，可能需要若干額外DC至DC 調節器以產生在輔助及待機電路中可能需要的額外電壓電平。提供待機及輔助電力的這種傳統方法的最終結果是電力系統總效率較低且成本較高。
發明內容
從前文的論述，應了解存在對於整合偏壓及待機電力供應電路以更有效地提供待機及輔助電力的裝置、系統及方法的需要。有利地，此裝置、系統及方法將經由電力供應器的第一級中的電感器產生偏壓電壓以提供待機及輔助電力而不過度使用反激轉換器或額外DC至DC轉換器。多數電力供應器包括用於調節電力的第一級，該第一級包括作為拓樸的部分的電感器。例如，常見拓樸是升壓轉換器，其包括電感器、開關、二極體及電容器。根據本發明，次級繞組(secondary winding)可與第一級的電感器耦接以提供偏壓輸出電壓， 該偏壓輸出電壓可用於供電給諸如電力供應器的控制電路的輔助電路。通過利用經由第一級的電感器所產生的電壓，可從電力供應器消除傳統串聯連接的反激及DC至DC轉換器，由此改良效率並降低成本。已回應於此項技術的目前狀態且具體地回應於此項技術中尚未被當前可用的電力供應器完全解決的問題及需要而開發出本發明。相應地，已開發本發明以提供一種以有效低成本方式提供偏壓電壓的裝置、系統及方法，其克服此項技術中的許多或所有以上所述的缺點。以有效低成本方式提供偏壓電壓的裝置具備多個模塊及級，包括第一切換調節器級、第二切換調節器級及次級偏壓模塊。該第一切換調節器級接收輸入電壓並提供中間已調節輸出電壓作為輸出，且該第一切換調節器級包括至少一個電感器。該第二切換調節器級接收來自該第一切換調節器級的該中間已調節輸出電壓作為輸入並輸出已調節主輸出電壓。該第二切換調節器級包括至少一個開關控制器，該至少一個開關控制器提供一個或多個信號至該第二切換調節器級中的一個或多個開關以調節該第二調節器級的該主輸出電壓。該次級偏壓模塊利用與該第一調節器級的電感器耦接的次級繞組來提供次級偏壓輸出電壓至該第二切換調節器級的該開關控制器。該次級偏壓輸出電壓參考該第二切換調節器級的該主輸出電壓。在一實施例中，該次級偏壓輸出電壓與該第二切換調節器級的主輸出電壓參考共同的地。在另一實施例中，該第二切換調節器級包括變壓器，且該變壓器包括次級繞組，該主輸出電壓源於該次級繞組。該共同的地參考變壓器的次級繞組側。在又一實施例中，該變壓器也包括第二次級繞組，輔助輸出電壓源於該第二次級繞組。該輔助輸出電壓由第二切換調節器級的開關控制器所控制的一個或多個開關來調節。該裝置也可包括待機模塊，其回應於接收到待機信號而切斷第二切換調節器級中的一個或多個開關的切換，使得主輸出電壓被切斷，該一個或多個開關調節主輸出電壓。在此實施例中，仍可經由變壓器的第二次級繞組來提供輔助電力。在一實施例中，該次級偏壓模塊進一步包括用於調節次級偏壓輸出電壓的線性調節器。在一實施例中，該第一切換調節器級包括開關控制器，該開關控制器提供一個或多個信號至第一切換調節器級中的一個或多個開關以調節中間已調節電壓。也可提供初級偏壓模塊，該初級偏壓模塊利用與第一調節器級的電感器耦接的第二次級繞組來提供初級偏壓輸出電壓至該第一切換調節器級的開關控制器。該初級偏壓模塊可包括用於調節初級偏壓輸出電壓的線性調節器。以此方式，可將偏壓電壓提供至第一切換調節器級與第二切換調節器級兩者的開關控制器，其中偏壓電壓適當地參考該等級中的每一者內的節點。也提出本發明的系統以提供偏壓電壓。該系統實質上包括上文關於該裝置所描述的實施例。該系統可以切換式電力供應器、第一切換調節器級、第二切換調節器級及次級偏壓模塊來體現。 類似於該裝置，該第一切換調節器級接收輸入電壓且提供中間已調節輸出電壓提供作為輸出，其中該第一切換調節器級包含至少一個電感器。電力供應器的第二切換調節器級接收來自該第一切換調節器級的中間已調節輸出電壓作為輸入並輸出已調節主輸出電壓。該第二切換調節器級包括至少一個開關控制器，該至少一個開關控制器提供一個或多個信號至該第二切換調節器級中的一個或多個開關以調節第二調節器級的主輸出電壓。 該次級偏壓模塊利用與第一調節器級的電感器耦接的次級繞組來提供次級偏壓輸出電壓至該第二切換調節器級的開關控制器。次級偏壓輸出電壓較佳參考該第二切換調節器級的主輸出電壓。該系統可進一步包括從該切換式電力供應器接收已調節電力的一個或多個電子設備。在一實施例中，該一個或多個電子設備中的至少一個者包含刀片伺服器(blade server)、外圍組件互連(「PCI」)卡、個人計算機、膝上型計算機、路由器、開關、個人數字助理、電氣設備及數字媒體播放器中之一者。在一實施例中，該第二切換調節器級包括變壓器。該變壓器包括次級繞組，該主輸出電壓源於該次級繞組。在另一實施例中，該變壓器進一步包含第二次級繞組，輔助輸出電壓源於該第二次級繞組，該輔助輸出電壓系由第二切換調節器級的開關控制器所控制的一個或多個開關來調節。在其他實施例中，該第一切換調節器級包括開關控制器，該開關控制器提供一個或多個信號至第一切換調節器級中的一個或多個開關以調節中間已調節電壓。也可提供初級偏壓模塊，該初級偏壓模塊利用與第一調節器級的電感器耦接的第二次級繞組來提供初級偏壓輸出電壓至第一切換調節器級的開關控制器。該初級偏壓模塊可包括用於調節初級偏壓輸出電壓的線性調節器。也提出用於有效提供偏壓電壓的本發明的方法。所揭示實施例中的該方法實質上包括執行上文關於所述裝置及系統的運作所提出的功能所必需的步驟。在一實施例中，該方法包括通過第一切換調節器級接收輸入電壓及提供中間已調節輸出電壓作為輸出，其中該第一切換調節器級包含至少一個電感器。該方法也可包括接收來自第一切換調節器級之中間已調節輸出電壓作為至第二切換調節器級的輸入及提供已調節主輸出電壓作為輸出。該第二切換調節器級包括至少一個開關控制器，該至少一個開關控制器提供一個或多個信號至第二切換調節器級中的一個或多個開關以調節第二調節器級的主輸出電壓。 該方法也可包括利用與第一調節器級的電感器耦接的次級繞組來提供次級偏壓輸出電壓至第二切換調節器級的開關控制器。次級偏壓輸出電壓較佳參考第二切換調節器級的主輸出電壓。在該方法的另一實施例中，該第二切換調節器級進一步包含變壓器。該變壓器包括次級繞組，該主輸出電壓源於該次級繞組。該變壓器也可包括第二次級繞組，輔助輸出電壓源於該第二次級繞組。可由第二切換調節器級的開關控制器所控制的一個或多個開關來調節該輔助輸出電壓，由經由第一調節級的電感器而得到的偏壓電壓來供電給該第二切換調節器級的開關控制器。在另一實施例中，該方法包括回應於接收到一待機信號而切斷該第二切換調節器級的該一個或多個開關的切換，使得主輸出電壓被切斷，該一個或多個開關調節主輸出電壓。貫穿此說明書對特徵、優點的提及或類似語言並不意味著可通過本發明實現的所有特徵及優點均應存在於或均存在於本發明的任何單一實施例中。實際上，將提及特徵及優點的語言理解為意味著結合一實施例描述的特定特徵、優點或特性包括於本發明的至少一個實施例中。因此，貫穿此說明書對特徵及優點的論述以及類似語言可、但不必指同一實施例。此外，可在一個或多個實施例中以任何合適的方式來組合本發明的所述特徵、 優點及特性。本領域技術人員將認識到，可在無特定實施例的特定特徵或優點中的一或多者的情況下來實踐本發明。在其他情況下，可在某些實施例中認識到未在本發明的所有實施例中提出的額外特徵及優點。本發明的這種特徵及優點將自以下描述及隨附權利要求而變得更完全地顯而易見，或可通過如下文所陳述的對本發明的實踐來得知這種特徵及優點。
為了容易地理解本發明的優點，將通過參考附圖中所示的具體實施例來呈現上述簡要描述的發明的更具體的描述。理解，這些附圖僅描述了本發明的典型實施例，而不因此被認為限制其範圍，將通過使用附圖來更詳細和具體地描述和說明本發明，在附圖中圖1是說明根據本發明的以有效低成本方式提供偏壓電壓的系統的一實施例的示意性方塊圖；圖2是說明根據本發明的提供偏壓電壓的電力供應器的一實施例的示意性方塊圖；圖3是說明根據本發明的提供偏壓電壓的電力供應器的一詳細實施例的示意性方塊圖；圖4是說明根據本發明的用於提供偏壓電壓的電力供應器的另一實施例的示意性方塊圖；以及圖5是說明根據本發明的用於提供偏壓電壓的方法的一實施例的示意性流程圖。
具體實施例方式本說明書中描述的許多功能單元已標記為模塊，以便更特定地強調其實施獨立性。例如，模塊可實施為包含定製VLSI電路或門陣列的硬體電路、諸如邏輯晶片的現成半導體、電晶體或其他離散組件。模塊也可實施於諸如場可編程門陣列、可編程陣列邏輯、可編程邏輯設備等等的可編程硬體設備中。模塊也可實施於軟體中用於由各種類型的處理器執行。例如，可執行碼的被識別模塊可包含計算機指令中的一個或多個物理或邏輯塊，其可例如被組織為對象、程序或函數。然而，被識別模塊的可執行碼無需在物理上置於一起，而可包含存儲在不同位置的各異指令，當邏輯上接合在一起時，其包含該模塊且達成該模塊的規定目的。事實上，具有可執行碼的模塊可以是單一指令或許多指令，且甚至可分散於若干不同碼段上、位於不同程序間或在若干存儲器設備上。類似地，在本文中，操作數據可被識別並說明於模塊內，且可以任何合適的形式體現且組織成任何合適類型的數據結構。操作數據可被收集以作為單一數據集合或可分散於不同位置上，包括在不同存儲設備上，且可至少部分地僅作為電子信號存在於系統或網絡上。當模塊或模塊的部分實施於軟體中時， 軟體部分存儲於一個或多個計算機可讀介質上。在本說明書中提及「一實施例」或類似語言意味著結合該實施例而描述的特定特徵、結構或特性包括於本發明的至少一個實施例中。因此，貫穿本說明書中的措辭「在一實施例中」及類似語言的出現可、但未必全部指同一實施例。對計算機可讀介質的提及可採用能夠將機器可讀指令存儲於數字處理裝置上的任何形式。計算機可讀介質可由傳輸線、光碟、數字視頻盤、磁帶、貝努裡盤(Bernoulli drive)、磁碟、打孔卡、快閃記憶體、集成電路，或其他數字處理裝置存儲器設備來體現。此外，可在一個或多個實施例中以任何合適的方式來組合本發明的所述特徵、結構或特性。在以下描述中，提供眾多特定細節、諸如編程、軟體模塊、使用者選擇、網絡業務、 資料庫查詢、資料庫結構、硬體模塊、硬體電路、硬體晶片等的實例，以提供對本發明的實施例的透徹理解。然而，本領域技術人員將認識到，可在無這些特定細節中之一或多者的情況下，或可以其他方法、組件、材料等來實踐本發明。在其他情況下，未詳細展示或描述公知結構、材料或操作以避免混淆本發明的方面。大體作為邏輯流程圖來陳述本文所包括的示意性流程圖。同樣，所描繪的次序及所標記的步驟指示所提出的方法的一實施例。可構想在功能、邏輯或效果上等效於所說明的方法的一個或多個步驟或其部分的其他步驟及方法。另外，所使用的格式及符號被提供以解釋該方法的邏輯步驟且應理解為並非限制該方法的範圍。雖然可在流程圖中使用各種箭頭類型及線條類型，但其應理解為並不限制相應方法的範圍。事實上，可使用一些箭頭或其他連接符來僅僅指示方法的邏輯流程。例如，箭頭可指示所描繪方法的所列步驟之間具有未指定的持續時間的等待或監視期。另外，特定方法發生的次序可或可不嚴格遵守所展示的相應步驟的次序。圖1是說明根據本發明的具有整合式偏壓及待機電力供應電路的系統100的一實施例的示意性方塊圖。系統100包括電力供應器102、電子設備104、已調節總線108及負載 106。電力供應器102提供已調節電力至電子設備104用於供電給電子設備104內的各種電子系統及子系統。電力供應器通常通過已調節總線108或類似設備連接至電子設備 104。已調節總線108及電力供應器102可被配置以提供一個或多個不同電壓及電流至電子設備104。例如，在典型電力供應器中，通常提供+12v、+5v、+3.3v及-12v的電壓。較佳地，電力供應器102是切換式電力供應器。如本領域技術人員將認識到，切換式電力供應器或切換模式電力供應器(「SMPS」)是併入了切換調節器的電力供應器。切換調節器通過以可變工作循環(duty cycle)接通和斷開電晶體或其他開關來調節電力以產生所期望的輸出信號。在各種實施例中，電子設備104可以是計算機系統，諸如，桌上型計算機、膝上型計算機或伺服器，且電力供應器102可被配置以提供電力至計算機系統的各種組件。在其他實施例中，電子設備104可包括諸如刀片伺服器、外圍組件互連(「PCI」)卡、路由器、個人數字助理(PDA)、開關、電氣設備、數字媒體播放器、顯示器的設備或如本領域技術人員所認識到的其他電子設備。在一實施例中，電力供應器102可與電子設備104實施於相同外殼內，諸如實施於計算機塔式機箱(computer tower case)內。在其他實施例中，電力供應器102可實施於電子設備104外部且可經由諸如電線(cord)、電纜的連接構件或諸如刀片伺服器中心內的總線而連接至電子設備104。電子設備104使負載106施加至電力供應器102。負載106的量可影響電力供應器102的效能。電力供應器102較佳被配置以結合指定負載106而有效運作。在一實施例中，負載106可取決於電子設備104的運作特性而改變，且電力供應器102可被配置以相應地調整。例如，電力供應器102可包括用於回應於負載106的變化而調整電力供應器102 的電力輸出特性的反饋信號。通常，電力供應器102在已調節總線108上調節電壓，以便在變化負載的狀況下提供實質上恆定的電壓電平至電子設備104。在各種實施例中，負載106 可在電子設備104內部，在電子設備外部或可在電子設備104內部與在電子設備外部兩者。根據本發明，系 統100較佳被配置而以有效且具成本效益的方式提供偏壓、輔助及待機電壓。典型電力供應器102可包括用於轉換並調節電壓及電流的各種不同級。各種類型的級可包括例如降壓轉換器、升壓轉換器、反激(flyback)轉換器等以及這種類型的級的多個變體。調節級通常利用電感器連同二極體、電容器及開關的某一配置來提供已調節的電源。在一特定常見配置中，整流級可用以對如通常自牆壁插座提供的傳入交流(「AC」) 信號進行整流。在一實施例中，可提供升壓調節器或升壓轉換器以接收經整流的信號並將其轉換成被升壓的直流(「DC」)電壓信號，通常約400伏特。當然，在各種實施例中，可提供處於其他電壓電平的被升壓的電壓。接著將被升壓的信號提供至一個或多個次級級，其進一步將該信號轉換成所期望的格式，諸如，12伏特、5伏特及3. 3伏特信號。常常需要眾多額外級以獲得所有所需要的所期望的偏壓、輔助及待機電力信號。此導致大的電力損失及效率低下，且額外的級可能建構及實施起來昂貴。本發明通過利用耦接至第一調節器級中的電感器的次級繞組來提供適當偏壓電壓至電力初級控制電路及電力次級控制電路而減小電力損失及高成本。第二調節器級中的變壓器也可被修改以通過利用如下文將詳細描述的變壓器的第二次級繞組來更有效地提供待機及輔助電壓。圖2是說明根據本發明的提供偏壓電壓的電力供應器102的一實施例200的示意性方塊圖。如本領域技術人員將認識到，圖2描繪電力供應器102的簡化實施例200。在此實施例中，電力供應器102包括第一切換調節器級202、第二切換調節器級204及次級偏壓模塊206。第一切換調節器202包括至少一個電感器Ll。在各種實施例中，電感器Ll可與其他組件一起用於眾多配置及拓樸中，諸如，降壓或升壓拓樸中。第一切換調節器202通常也包括切換電路，通常為一個或多個電晶體，其可用特定工作循環被接通及斷開以提供所期望的中間已調節輸出電壓210。第一切換調節器202接收輸入電壓且利用切換調節器電路來產生所期望的中間已調節輸出信號210。第二切換調節器級204將來自第一切換調節器級202的中間已調節輸出電壓210 作為輸入來接收。在各種實施例中，可利用如本領域技術人員將認識到的各種拓樸來實施第二切換調節器級204。一些常見拓樸包括半橋轉換器、全橋轉換器、降壓轉換器、升壓轉換器或這種拓樸的變體。如在圖3中可見，全橋轉換器通常利用具有四個開關或電晶體的配置以使電流在交替方向中經過變壓器。第二切換調節器級204較佳包括用以調節主輸出電壓212的至少一個開關Q1、諸如電晶體。主輸出電壓212通常是從電力供應器102供應至電子設備104的主電力。其他類型電力可包括通常用於供電給電子設備的後臺及控制系統的輔助及待機電力。第二切換調節器級204受控於提供開關控制信號至第二切換調節器級中的開關Ql的開關控制器208。開關控制信號被配置以接通或斷開開關Q1，使得主輸出電壓212被調節至所期望的電平。在傳統系統中，通過通常將主輸出電壓212轉換成不同電壓用於開關控制器208 及其他控制系統使用的額外調節器級或反激級來供電給開關控制器208。根據本發明，提供次級偏壓模塊206以利用與第一調節器級202的電感器耦接的次級繞組Wl來提供次級偏壓輸出電壓214至至少該第二切換調節器級204的開關控制器208。通過利用與第一切換調節器級202的電感器Ll耦接的繞組W1，成本高的額外調節器級得以消除，且電力供應器 102變得更具能量效益。切換第一切換調節器級202中的一個或多個開關以調節中間輸出電壓210還操作以使電流流過電感器Li，電感器Ll又使電流流過次級繞組W1。經過電感器Ll的電流通常具有AC分量，其引起變壓器動作，使得次級繞組Wl產生通過電感器Ll與次級繞組Wl的匝比(turns ratio)而與經過電感器Ll的電流有關的電流。此使得能夠在不需要額外調節器級的情況下產生偏壓輸出電壓214。次級偏壓模塊206通常包括諸如二極體及電容器的電路以維持適當偏壓輸出電壓214。在一些實施例中，線性調節器也可用以進一步調節偏壓輸出電壓214。較佳地，次級偏壓輸出電壓214參考主輸出電壓212或其他共同參考電壓或地，以確保如從第一切換調節器級202的電感器Ll得到的次級偏壓輸出電壓214相對於第二切換調節器級204的組件及開關控制器208而適當地運作。圖3是說明根據本發明的提供偏壓電壓的電力供應器102的一詳細實施例的示意性方塊圖。在此實施例中，將輸入電壓Vin提供至輸入整流器及EMC濾波器302。通常在輸入電壓Vin是AC電壓信號的情況下使用輸入整流器302。輸入整流器302將AC電壓信號 Vin轉換成DC電壓信號並將DC電壓信號作為輸入電壓提供至第一切換調節器級204。在所描繪的實施例中，第一切換調節器級204實施為升壓轉換器。該升壓轉換器包括電感器Ll連同開關Q1、二極體Dl及電容器Cl。如本領域技術人員將認識到，升壓轉換器通過接通及斷開開關Ql而運作以提供電力至電容器Cl。當開關Ql接通時，能量存儲於電感器Ll中。在預定時間段後，開關Ql斷開，且存儲於電感器中的能量經由二極體Dl 而傳遞至電容器Cl。此實施例中的中間輸出電壓210是在電容器Cl上維持的電壓。通過開關Ql的工作循環來調節中間輸出電壓210。如所描繪，第二切換調節器級204以全橋轉換器拓樸來實施。第二切換調節器級 204包括四個全橋開關Q3、Q4、Q5、Q6及兩個額外開關Q7、Q8。在此實施例中，第二切換調節器級204也包括另一電感器L2及電容器C3以用於濾波及調節主輸出電壓212。全橋通過交替地接通及斷開Q3、Q6及Q4、Q5的開關對而操作以控制經過變壓器 Tl的初級繞組的電流流動的方向。實際上，全橋操作以對中間輸出電壓210進行「削波 (chop) 」。將被削波的電壓施加至變壓器Tl的初級繞組並通過變壓器Tl將其轉移至次級側。在變壓器Tl的次級側上，電壓通過額外開關Q7、Q8的切換來整流並通過電感器L2及電容器C3來濾波以提供已調節的主輸出電壓212。開關Q7、Q8受控於接收來自次級偏壓模塊206的電力的開關控制器208。在此實施例中，次級偏壓模塊包括次級繞組W1、二極體D2、電容器C2及線性調節器304。繞組Wl 與來自第一調節器級202的電感器Ll耦接以將電力處第一調節器級202傳至次級偏壓模塊206。在電容器C2上維持偏壓輸出電壓214，且可使偏壓輸出電壓214通過線性調節器 304用於供電給諸如開關控制器208的各種組件及電路。在常見配置中，輸出偏壓電壓214 維持在約5伏特。圖4是說明根據本發明的用於提供偏壓電壓的電力供應器102的另一實施例的示意性方塊圖。在此實施例中，電力供應器102實質上類似於圖3中所描繪的電力供應器而運作，其中添加某一電路以提供初級偏壓電壓至第一調節器級204的開關控制器404，用以提供用於供電給電子設備204中的輔助系統的輔助輸出電壓408，並提供用於在需要時切斷主電力的待機模塊402。在此實施例中，第一切換調節器級204利用第二開關控制器404，該第二開關控制器404提供一個或多個信號至第一切換調節器級202中的一個或多個開關Ql以調節中間已調節電壓210。第二開關控制器404操作以接通及斷開開關Ql以調節電容器Cl上的電壓。初級偏壓模塊403被提供以提供電力至開關控制器404。除初級偏壓模塊403提供電力至第二開關控制器404外，初級偏壓模塊403包括與上文關於次級偏壓模塊206所描述的功能性實質上相同的功能性。類似於次級偏壓模塊206，初級偏壓模塊403可包括二極體 D3、電容器C5及線性調節器406。初級偏壓模塊403利用與第一調節器級204的電感器Ll耦接的第二次級繞組W2 來在電容器C5上提供初級偏壓輸出電壓414。初級偏壓輸出電壓414接著可用以提供電力至開關控制器404。在所描繪的實施例中，第二切換調節器級204包括額外電路以提供輔助輸出電壓 408以用於提供電力至輔助系統及子系統。通常提供3. 3伏特的輔助輸出電壓408。在傳統系統中，可能需要額外轉換器級或反激級以提供輔助電力，但根據本發明，第二次級繞組與變壓器Tl耦接以在不使用額外轉換器級或反激級的情況下得到輔助輸出電壓408。如所描繪，通過使用兩個額外開關Q9及QlO以整流通過全橋開關Q3、Q4、Q5、Q6削波且經過變壓器Tl的所接收信號而產生輔助輸出電壓408。在由開關Q9、Q10整流後，通過電感器L3及電容器C4以對於主輸出電壓212所描述的相同的方式來對輔助輸出電壓408進行濾波。可通過變壓器Tl的第二次級繞組中的繞組的數目來判定電壓電平。額外輔助開關Q9、QlO較佳地受控於控制主電壓開關Q7、Q8的相同開關控制器 208。通常，基於加權平均值來調節開關Q7、Q8、Q9、Q10。以此方式，可在不使用單獨的反激電力供應器及/或單獨的額外轉換器級的情況下產生輔助及/或待機電壓。待機模塊402操作以增加效率且允許電力供應器102即使在斷開主電力212時仍持續提供輔助及待機電力。在一實施例中，待機模塊回應於接收到待機信號或其他信號而切斷第二切換調節器級204的該一個或多個主電壓開關Q7、Q8的切換，使得主輸出電壓212 被切斷，但其中持續提供輔助輸出電壓408。例如，諸如計算機系統的電子設備可斷電以運作於待 機或冬眠模式中，在待機或冬眠模式中無需主輸出電力，但仍需要輔助電力。在傳統系統中，開關Q7、Q8必須持續接通及斷開以提供電力至產生輔助電力所需的額外隨後轉換器級。然而，根據本發明，主電力開關Q7、Q8可被斷開，由此消除那些開關的切換損失，同時仍經由變壓器Tl的第二次級繞組提供輔助輸出電壓408。
圖5是說明根據本發明的用於提供偏壓電壓的方法500的一實施例的示意性流程圖。該方法500包括與上文關於系統100及電力供應器102所描述的實施例實質上相同的實施例。該方法始於第一切換調節器級202接收502輸入電壓及提供中間已調節輸出電壓 210作為輸出。第一切換調節器級202包括至少一個電感器Li。第二切換調節器級204將來自第一切換調節器級202的中間已調節輸出電壓210作為輸入來接收504且提供經已調節主輸出電壓212作為輸出。第二切換調節器級204較佳包括至少一個開關控制器208，該至少一個開關控制器208提供一個或多個信號至第二切換調節器級204中的一個或多個開關Q7、Q8以調節第二調節器級204的主輸出電壓212。第二切換調節器級204利用506耦接至第一切換調節器級202的電感器Ll的次級繞組來提供次級偏壓輸出電壓214至第二切換調節器級204的開關控制器208。次級偏壓輸出電壓214較佳參考主輸出電壓212或第二切換調節器級204的接地。在一實施例中，待機模塊402回應於接收到待機信號而切斷主輸出電壓開關Q7、 Q8的切換。較佳地，在此實施例中，提供額外電路以經由變壓器Tl的第二次級繞組產生輔助輸出電壓408。在此配置中，可持續510經由變壓器Tl的第二次級繞組提供輔助電力以提供電力至輔助及待機系統，即使主輸出電壓212被斷開也如此。以此方式，電力供應器 102變得更有效且較不昂貴。方法500結束。
權利要求
1.一種提供偏壓電壓的裝置，該裝置包含第一切換調節器級，其接收輸入電壓並提供中間已調節輸出電壓作為輸出，其中該第一切換調節器級包含至少一個電感器；第二切換調節器級，其接收來自該第一切換調節器級的該中間已調節輸出電壓作為輸入，並且輸出已調節主輸出電壓，該第二切換調節器級包含至少一個開關控制器，該至少一個開關控制器提供一個或多個信號至該第二切換調節器級中的一個或多個開關以調節該第二調節器級的該主輸出電壓；以及次級偏壓模塊，其利用與該第一調節器級的該電感器耦接的次級繞組來提供次級偏壓輸出電壓至該第二切換調節器級的該開關控制器，該次級偏壓輸出電壓參考該第二切換調節器級的該主輸出電壓。
2.如權利要求1的裝置，其中該次級偏壓輸出電壓及該第二切換調節器級的該主輸出電壓參考共同的地。
3.如權利要求2的裝置，其中該第二切換調節器級進一步包含變壓器，該變壓器包含次級繞組，該主輸出電壓源於該次級繞組，該共同的地參考該變壓器的該次級繞組側。
4.如權利要求3的裝置，其中該變壓器進一步包含第二次級繞組，輔助輸出電壓源於該第二次級繞組，該輔助輸出電壓由該第二切換調節器級的該開關控制器所控制的一個或多個開關來調節。
5.如權利要求4的裝置，其進一步包含待機模塊，該待機模塊回應於接收到一待機信號而切斷該第二切換調節器級的該一個或多個開關的切換，使得該主輸出電壓被切斷，該一個或多個開關調節該主輸出電壓。
6.如權利要求5的裝置，其中持續經由該變壓器的該第二次級繞組來提供該輔助輸出電壓。
7.如權利要求1的裝置，其中該次級偏壓模塊進一步包含用於調節該次級偏壓輸出電壓的線性調節器。
8.如權利要求1的裝置，其中該第一切換調節器級進一步包含開關控制器，該開關控制器提供一個或多個信號至該第一切換調節器級中的一個或多個開關以調節該中間已調節電壓。
9.如權利要求8的裝置，其進一步包含初級偏壓模塊，該初級偏壓模塊利用與該第一調節器級的該電感器耦接的第二次級繞組來提供初級偏壓輸出電壓至該第一切換調節器級的該開關控制器。
10.如權利要求9的裝置，其中該初級偏壓模塊進一步包含用於調節該初級偏壓輸出電壓的線性調節器。
11.一種用於以有效低成本方式提供偏壓電壓的方法，該方法包含通過第一切換調節器級接收輸入電壓且提供中間已調節輸出電壓作為輸出，其中該第一切換調節器級包含至少一個電感器；接收來自該第一切換調節器級的該中間已調節輸出電壓作為至第二切換調節器級的輸入且提供已調節主輸出電壓作為輸出，該第二切換調節器級包含至少一個開關控制器， 該至少一個開關控制器提供一個或多個信號至該第二切換調節器級中的一個或多個開關以調節該第二調節器級的該主輸出電壓；以及利用與該第一調節器級的該電感器耦接的次級繞組來 提供次級偏壓輸出電壓至該第二切換調節器級的該開關控制器，該次級偏壓輸出電壓參考該第二切換調節器級的該主輸出電壓。
全文摘要
本發明揭示一種用於有效提供偏壓電壓的裝置、系統及方法。包括電感器的第一切換調節器級接收輸入電壓並提供中間已調節輸出電壓作為輸出。第二切換調節器級接收該中間已調節輸出電壓作為輸入，並且輸出已調節主輸出電壓。該第二切換調節器級包括至少一個開關控制器，該至少一個開關控制器提供一個或多個信號至該第二切換調節器級中的一個或多個開關以調節該第二調節器級的該主輸出電壓。次級偏壓模塊利用與該第一調節器級的該電感器耦接的次級繞組來提供次級偏壓輸出電壓至該第二切換調節器級的該開關控制器。該次級偏壓輸出電壓參考該第二切換調節器級的該主輸出電壓。
文檔編號H02J9/00GK102171625SQ200980138717
公開日2011年8月31日 申請日期2009年10月21日 優先權日2008年10月27日
發明者蘭德希爾.S.馬利克, 塞西爾.C.迪什曼, 林振清 申請人:國際商業機器公司