具有提高的系統效率的電源的製作方法

2023-07-30 10:52:56

專利名稱：具有提高的系統效率的電源的製作方法
技術領域：
本發明涉及可應用於伺服器的電源，具體涉及通過使用主電壓提供備用電壓來提高備用電壓供給系統的系統效率的電源。
背景技術：
為了產生備用電壓，傳統的用於伺服器的電源通常使用具有簡單結構的回掃轉換器(flykick converter)。然而，由於高電壓應力和硬開關，導致這類回掃轉換器效率較低。傳統的用於伺服器的電源被設計為以便備用級使用來自功率因數校正(PFC)單元的直流電壓來提供操作電壓和備用電壓，而直流/直流級被供給來自備用級的操作電壓並使用來自PFC單元的直流電壓產生主電壓。在傳統的用於伺服器的電源中，備用級通常使用回掃轉換器，並且當對其輸入約 230Vac的輸入電壓且其負荷為50%時，PFC單元、直流/直流級和備用級的效率分別約為 98%、96%禾口 80%。在傳統的用於伺服器的電源中，即使與主電壓供給單元相比備用級的權重較低， 備用級的效率也很低。結果是，電源所應用於的整個伺服器系統的效率將會降低。

發明內容
根據本發明的一方面，提供了一種通過使用主電壓提供備用電壓來提高備用電壓供給系統的效率的電源。根據本發明的一方面，提供了一種具有提高的系統效率的電源，包括備用級，其將直流電壓轉換為具有預置幅值的操作電壓和第一備用電壓，並將所述第一備用電壓提供給備用輸出端；直流/直流級，其被提供來自所述備用級的所述操作電壓，將所述直流電壓轉換為具有預置幅值的主電壓，並將所述主電壓提供給主輸出端；以及主/備用級，其將來自所述直流/直流級的所述主電壓轉換為具有預置幅值的第二備用電壓，並將所述第二備用電壓提供給所述備用輸出端。根據本發明的另一方面，提供了一種具有提高的系統效率的電源，包括功率因數校正(PFC)單元，其將交流電壓轉換為具有預置幅值的直流電壓；備用級，其將來自所述 PFC單元的所述直流電壓轉換為具有預置幅值的操作電壓和第一備用電壓，並將所述第一備用電壓提供給備用輸出端；直流/直流級，其被提供來自所述備用級的所述操作電壓，將所述直流電壓轉換為具有預置幅值的主電壓，並將所述主電壓提供給主輸出端；以及主/ 備用級，其將來自所述直流/直流級的所述主電壓轉換為具有預置幅值的第二備用電壓， 並將所述第二備用電壓提供給所述備用輸出端。
根據本發明的另一方面，提供了一種具有提高的系統效率的電源，包括備用級， 其將直流電壓轉換為具有預置幅值的操作電壓和第一備用電壓，並將所述第一備用電壓提供給備用輸出端；直流/直流級，其被提供來自所述備用級的所述操作電壓，將所述直流電壓轉換為具有預置幅值的主電壓，並將所述主電壓提供給主輸出端；主/備用級，其將來自所述直流/直流級的所述主電壓轉換為具有預置幅值的第二備用電壓，並將所述第二備用電壓提供給所述備用輸出端；以及保護電路單元，其連接在所述備用級的輸出端和所述備用輸出端之間，並使得連接到所述備用級的所述輸出端的電壓供給線路開路。所述電源可以進一步包括功率因數校正(PFC)單元，其將交流電壓轉換為所述直流電壓，並將所述直流電壓提供給所述直流/直流級和所述備用級。所述主/備用級可以包括具有連接到所述主輸出端的正極和連接到所述備用輸出端的負極的第一二極體，所述第一二極體利用來自所述直流/直流級的主電壓導通，並將所述第二備用電壓提供給所述備用輸出端。所述保護電路單元可以包括具有連接到所述備用級的所述輸出端的正極和連接到所述備用輸出端的負極的保護二極體，當提供所述第二備用電壓時，所述保護二極體截止。所述保護電路單元可以包括連接在所述備用級的所述輸出端和所述備用輸出端之間的保護開關元件，當提供所述第二備用電壓時，所述保護開關元件斷開。所述主/備用級可以包括在所述主輸出端和所述備用輸出端之間連接的第一開關元件，所述第一開關元件由第一開關控制信號導通，並將來自所述直流/直流級的所述主電壓提供給所述備用輸出端。所述保護電路單元可以包括具有連接到所述備用級的所述輸出端的正極和連接到所述備用輸出端的負極的保護二極體，當提供所述第二備用電壓時，所述保護二極體截止。所述保護電路單元可以包括連接在所述備用級的所述輸出端和所述備用輸出端之間的保護開關元件，當提供所述第二備用電壓時，所述保護開關元件斷開。所述主/備用級可以包括電壓調節器，其將來自所述直流/直流級的所述主電壓轉換為預置電壓；以及具有連接到所述電壓調節器的輸出端的正極和連接到所述備用輸出端的負極的第二二極體，所述第二二極體由所述電壓調節器的輸出電壓導通，並將所述第二備用電壓提供給所述備用輸出端。所述保護電路單元可以包括具有連接到所述備用級的所述輸出端的正極和連接到所述備用輸出端的負極的保護二極體，當提供所述第二備用電壓時，所述保護二極體截止。所述保護電路單元可以包括連接在所述備用級的所述輸出端和所述備用輸出端之間的保護開關元件，當提供所述第二備用電壓時，所述保護開關元件斷開。


通過結合附圖所進行的以下具體描述，本發明的上述和其他方面、特徵和其他優點將更易於理解，其中圖1是根據本發明實施例的具有提高的系統效率的電源的框圖2是根據本發明的第一實施的主/備用級的示例性圖示；圖3是根據本發明的第二實施的主/備用級的示例性圖示；圖4是根據本發明的第三實施的主/備用級的示例性圖示；圖5是根據本發明第一修改的具有提高的系統效率的電源的示例性圖示；圖6是根據本發明第二修改的具有提高的系統效率的電源的示例性圖示；並且圖7是根據本發明實施例的具有提高的系統效率的電源的操作流程圖。
具體實施例方式現在將參照附圖，具體描述本發明的示例性實施例。然而，本發明可以用很多不同的形式來實現，並且不應被解釋為受限於本文闡述的實施例。而是，提供這些實施例將使得本公開更加完全和徹底，並將把本發明的範圍完整傳達給本領域的技術人員。在附圖中，為了清楚，對於分層的厚度和區域有所誇大。在附圖中，相同的附圖標記指示相同的元件，因此將省略對它們的描述。圖1是根據本發明實施例的具有提高的系統效率的電源的框圖。參照圖1，根據本發明的實施例的具有提高的效率的電源包括備用級200、直流/ 直流級300和主/備用級400。備用級200將直流電壓Vdc轉換為具有預置幅值的操作電壓Vcc和第一備用電壓Vstbl，並將第一備用電壓Vstbl提供給備用輸出端OUTstb。將來自備用級200的操作電壓Vcc提供給直流/直流級300，且該直流/直流級300將直流電壓 Vdc轉換為具有預置幅值的主電壓Vmain，並將主電壓Vmain提供給主輸出端OUTmain。主 /備用級400將來自直流/直流級300的主電壓Vmain轉換為具有預置幅值的第二備用電壓Vstb2，並將第二備用電壓VstM提供給備用輸出端OUTstb。另外，根據本發明的實施例的電源可以進一步包括功率因數校正(PFC)單元，其將交流電壓轉換為具有預置幅值的直流電壓，並將該直流電壓提供給直流/直流級300和備用級200。圖2是根據本發明的第一實施的主/備用級的示例性圖示。參考圖2，主/備用級400可以包括具有連接到主輸出端OUTmain的正極和連接到備用輸出端OUTstb的負極的第一二極體Dl。第一二極體D可以被配置為通過來自直流/直流級300的主電壓Vmain導通，並將第二備用電壓VStl32提供給備用輸出端OUTstb。圖3是根據本發明的第二實施的主/備用級的示例性圖示。參考圖3，主/備用級400可以包括連接在主輸出端OUTmain和備用輸出端OUTstb 之間的第一開關元件SW1。第一開關元件SWl可以被配置為由第一開關控制信號接通，並將來自直流/直流級300的主電壓Vmain提供給備用輸出OOTstb。圖4是根據本發明的第三實施的主/備用級的示例性圖示。參考圖4，主/備用級400可以包括電壓調節器410和第二二極體D2。電壓調節器410將來自直流/直流級的主電壓Vmain轉換為預置電壓。第二二極體D2具有連接到電壓調節器410的輸出端的正極和連接到備用輸出端OUTstb的負極。第二二極體D2可以被配置為由電壓調節器410的輸出電壓導通，並將第二備用電壓VstM提供給備用輸出端OUTstb。圖5是根據本發明第一修改的具有提高的系統效率的電源的示例性圖示。參考圖5，根據本發明的第一修改的電源可以包括保護電路單元500，其連接在備用級200的輸出端和備用輸出端OUTstb之間，並且在提供第二備用電壓Vstb2時，使得連接到備用級200的輸出端的電壓供給線路開路。保護電路單元500可以包括具有連接到備用級200的輸出端的正極和連接到備用輸出端OUTstb的負極的保護二極體D5。保護二極體D5可以被配置為當提供第二備用電壓VStl32時截止。圖6是根據本發明第二修改的具有提高的系統效率的電源的示例性圖示。參考圖6，保護電路單元500可以包括連接在備用級200的輸出端和備用輸出端 OUTstb之間的保護開關元件SW2。可以將保護開關元件SW2配置為當提供第二備用電壓VStl32時截止。圖7是根據本發明實施例的具有提高的系統效率的電源的操作流程圖。在圖7中， SlOO是其中PFC單元100執行PFC操作的處理，而S200是其中備用級200產生並提供第一備用電壓Vstbl和操作電壓Vec的處理。S300是其中直流/直流級300執行直流/直流轉換操作的處理，而S400是其中主/備用級400操作以使用主電壓Vmain提供第二備用電壓 Vstb2的處理。 以下將參照附圖描述本發明的操作和效果。以下將參照圖1至7，描述根據本發明實施例的具有提高的系統效率的電源。首先，在圖1所示的電源中，PFC單元100可以將90-266Vac的交流電壓轉換為預置直流電壓 (例如，380Vdc)，以及將該直流電壓提供給直流/直流級300和備用級200 (圖7的S 100)。備用級200可以將來自PFC單元100的直流電壓Vdc轉換為操作電壓Vcc (例如， IOVdc)和第一備用電壓Vstbl (例如，IOVdc)，並將該第一備用電壓Vstbl提供給備用輸出端OUTstb (圖7的S200)。在該情形中，第一備用電壓Vstbl變為備用電壓Vstb。
另外，可以將來自備用級200的操作電壓Vcc提供給直流/直流級300，以操作其內部電路。由此，直流/直流級300可以將直流電壓Vdc轉換為預置主電壓Vmain(例如， 12Vdc)，並將主電壓Vmain (例如，12Vdc)提供給主輸出端OUTmain (圖7的S300)。主/備用級400可以將來自直流/直流級300的主電壓Vmain轉換為預置第二備用電壓VStl32 (例如，10V)，並將第二備用電壓VStl32提供給備用輸出端OUTstb (圖7的 S400)。在該情形中，第二備用電壓VStl32變為備用電壓Vstb。參考圖2，在主電壓Vmain等於備用電壓Vstb的情形中，主/備用級400可以包括第一二極體Dl作為第一實施。第一二極體Dl可以由來自直流/直流級300的主電壓 Vmain導通，並將第二備用電壓Vstl^提供給備用輸出端OUTstb。參考圖3，在主電壓Vmain等於備用電壓Vstb的情形中，主/備用級400可以包括第一開關元件SWl作為第二實施。第一開關元件SWl可以由第一開關控制信號接通，並將來自直流/直流級300的主電壓Vmain提供給備用輸出端OUTstb。例如，在從直流/直流級300提供主電壓Vmain的情形中，可以將電源配置為提供第一開關控制信號。在該情形中，第一開關元件SWl可以由第一開關控制信號斷開。參考圖4，在主電壓Vmain不等於備用電壓Vstb的情形中，主/備用級400可以包括電壓調節器410和第二二極體D2作為第三實施。 電壓調節器410可以將來自直流/直流級300的主電壓Vmain轉換為預置電壓。
第二二極體D2可以由電壓調節器410的輸出電壓導通，並將第二備用電壓VStl32 提供給備用輸出端OUTstb。如圖5所示，根據第一修改的具有提高的系統效率的電源可以包括保護電路單元 500。保護電路單元500連接在備用級200的輸出端和備用輸出端OUTstb之間，並且在提供第二備用電壓VStl32時，使得連接到備用級200的輸出端的電壓供給線路開路。因此， 可以防止第二備用電壓VStl32被引入到備用級200，從而保護備用級200。作為示例，在保護電路單元500包括保護二極體D5的情形中，當提供第二備用電壓VstM時，可以使保護二極體D5截止。例如，當第一備用電壓Vstbl和第二備用電壓VstM是IOVdc時，在保護二極體D5 中啟動抵消(offset)狀態。如圖6所示，根據第二修改的具有提高的系統效率的電源的保護電路單元500可以包括保護開關元件SW2。當提供第二備用電壓Vstb2時，可以使保護開關元件SW2截止。例如，當提供第二備用電壓VStl32時，可以將電源配置為提供保護開關控制信號。 在該情形中，保護開關元件SW2可以由保護開關控制信號斷開。如上所述，當直流/直流級300不操作時，可以通過備用級200從PFC單元100的
輸出電壓獲取輸出電壓。當直流/直流級300操作時，可以通過直流/直流級300和主/ 備用級400得到輸出電壓。另外，當交流輸入電壓約為230Vac並且其負荷為50%時，PFC單元100、直流/直流級300以及備用級200的效率分別約為98%、96%和80%，並且主/備用級400的電壓調節器410的效率約為92%。因此，直流/直流級300和電壓調節器410的效率為88%，與通過備用級獲取備用電壓的情形相比，這提高了約8%。具體而言，當備用電壓等於主電壓時，可以移除主/備用級的電壓調節器。在該情形中，電源的效率可以提高約16%。如上所述，根據本發明的示例性實施例，通過使用主電壓提供備用電壓，可以提高備用電壓供給系統的效率。儘管已經結合示範性實施例示出和描述了本發明，但是對於本領域的技術人員來說，顯然在不偏離如所附權利要求定義的本發明的精神和範圍的前提下，可以進行修改和變化。
權利要求
1.一種具有提高的系統效率的電源，包括備用級，其將直流電壓轉換為具有預置幅值的操作電壓和第一備用電壓，並將所述第一備用電壓提供給備用輸出端；直流/直流級，其被提供來自所述備用級的所述操作電壓，將所述直流電壓轉換為具有預置幅值的主電壓，並將所述主電壓提供給主輸出端；以及主/備用級，其將來自所述直流/直流級的所述主電壓轉換為具有預置幅值的第二備用電壓，並將所述第二備用電壓提供給所述備用輸出端。
2.如權利要求1所述的電源，其中所述主/備用級包括具有連接到所述主輸出端的正極和連接到所述備用輸出端的負極的第一二極體，所述第一二極體由來自所述直流/直流級的主電壓導通，並將所述第二備用電壓提供給所述備用輸出端。
3.如權利要求1所述的電源，其中所述主/備用級包括連接在所述主輸出端和所述備用輸出端之間的第一開關元件，所述第一開關元件由第一開關控制信號導通，並將來自所述直流/直流級的所述主電壓提供給所述備用輸出端。
4.如權利要求1所述的電源，其中所述主/備用級包括電壓調節器，其將來自所述直流/直流級的所述主電壓轉換為預置電壓；以及具有連接到所述電壓調節器的輸出端的正極和連接到所述備用輸出端的負極的第二二極體，所述第二二極體由所述電壓調節器的輸出電壓導通，並將所述第二備用電壓提供給所述備用輸出端。
5.一種具有提高的系統效率的電源，包括功率因數校正(PFC)單元，其將交流電壓轉換為具有預置幅值的直流電壓； 備用級，其將來自所述PFC單元的所述直流電壓轉換為具有預置幅值的操作電壓和第一備用電壓，並將所述第一備用電壓提供給備用輸出端；直流/直流級，其被提供來自所述備用級的所述操作電壓，將所述直流電壓轉換為具有預置幅值的主電壓，並將所述主電壓提供給主輸出端；以及主/備用級，其將來自所述直流/直流級的所述主電壓轉換為具有預置幅值的第二備用電壓，並將所述第二備用電壓提供給所述備用輸出端。
6.如權利要求5所述的電源，其中所述主/備用級包括具有連接到所述主輸出端的正極和連接到所述備用輸出端的負極的第一二極體，所述第一二極體由來自所述直流/直流級的主電壓導通，並將所述第二備用電壓提供給所述備用輸出端。
7.如權利要求5所述的電源，其中所述主/備用級包括連接在所述主輸出端和所述備用輸出端之間的第一開關元件，所述第一開關元件由第一開關控制信號導通，並將來自所述直流/直流級的所述主電壓提供給所述備用輸出端。
8.如權利要求5所述的電源，其中所述主/備用級包括電壓調節器，其將來自所述直流/直流級的所述主電壓轉換為預置電壓；以及具有連接到所述電壓調節器的輸出端的正極和連接到所述備用輸出端的負極的第二二極體，所述第二二極體由所述電壓調節器的輸出電壓導通，並將所述第二備用電壓提供給所述備用輸出端。
9.一種具有提高的系統效率的電源，包括備用級，其將直流電壓轉換為具有預置幅值的操作電壓和第一備用電壓，並將所述第一備用電壓提供給備用輸出端；直流/直流級，其被提供來自所述備用級的所述操作電壓，將所述直流電壓轉換為具有預置幅值的主電壓，並將所述主電壓提供給主輸出端；主/備用級，其將來自所述直流/直流級的所述主電壓轉換為具有預置幅值的第二備用電壓，並將所述第二備用電壓提供給所述備用輸出端；以及保護電路單元，其連接在所述備用級的輸出端和所述備用輸出端之間，並使得連接到所述備用級的所述輸出端的電壓供給線路開路。
10.如權利要求9所述的電源，進一步包括功率因數校正(PFC)單元，其將交流電壓轉換為所述直流電壓，並將所述直流電壓提供給所述直流/直流級和所述備用級。
11.如權利要求9所述的電源，其中所述主/備用級包括具有連接到所述主輸出端的正極和連接到所述備用輸出端的負極的第一二極體，所述第一二極體由來自所述直流/直流級的主電壓導通，並將所述第二備用電壓提供給所述備用輸出端。
12.如權利要求11所述的電源，其中所述保護電路單元包括具有連接到所述備用級的所述輸出端的正極和連接到所述備用輸出端的負極的保護二極體，當提供所述第二備用電壓時，所述保護二極體截止。
13.如權利要求11所述的電源，其中所述保護電路單元包括連接在所述備用級的所述輸出端和所述備用輸出端之間的保護開關元件，當提供所述第二備用電壓時，所述保護開關元件斷開。
14.如權利要求9所述的電源，其中所述主/備用級包括連接在所述主輸出端和所述備用輸出端之間的第一開關元件，所述第一開關元件由第一開關控制信號導通，並將來自所述直流/直流級的所述主電壓提供給所述備用輸出端。
15.如權利要求14所述的電源，其中所述保護電路單元包括具有連接到所述備用級的所述輸出端的正極和連接到所述備用輸出端的負極的保護二極體，當提供所述第二備用電壓時，所述保護二極體截止。
16.如權利要求14所述的電源，其中所述保護電路單元包括連接在所述備用級的所述輸出端和所述備用輸出端之間的保護開關元件，當提供所述第二備用電壓時，所述保護開關元件斷開。
17.如權利要求9所述的電源，其中所述主/備用級包括電壓調節器，其將來自所述直流/直流級的所述主電壓轉換為預置電壓；以及具有連接到所述電壓調節器的輸出端的正極和連接到所述備用輸出端的負極的第二二極體，所述第二二極體由所述電壓調節器的輸出電壓導通，並將所述第二備用電壓提供給所述備用輸出端。
18.如權利要求17所述的電源，其中所述保護電路單元包括具有連接到所述備用級的所述輸出端的正極和連接到所述備用輸出端的負極的保護二極體，當提供所述第二備用電壓時，所述保護二極體截止。
19.如權利要求17所述的電源，其中所述保護電路單元包括連接在所述備用級的所述輸出端和所述備用輸出端之間的保護開關元件，當提供所述第二備用電壓時，所述保護開關元件斷開。
全文摘要
一種具有提高的系統效率的電源，包括備用級，其將直流電壓轉換為具有預置幅值的操作電壓和第一備用電壓，並將所述第一備用電壓提供給備用輸出端；直流/直流級，其被提供來自所述備用級的所述操作電壓，將所述直流電壓轉換為具有預置幅值的主電壓，並將所述主電壓提供給主輸出端；以及主/備用級，其將來自所述直流/直流級的所述主電壓轉換為具有預置幅值的第二備用電壓，並將所述第二備用電壓提供給所述備用輸出端。
文檔編號H02M7/02GK102377351SQ20111004970
公開日2012年3月14日 申請日期2011年2月28日 優先權日2010年8月18日
發明者鄭然浩, 金敦植, 金正恩, 金鐘弼 申請人:三星電機株式會社