CN102063171A - 一种提高计算机用电源效率的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种提高计算机用电源效率的装置及方法，所述装置包括二个二极管或功率开关管。所述方法如下：当开关电源处于待机状态时，所述开关电源直流-直流变换器不工作，开关电源的主输出为0，此时辅助电源的最终输出为辅助电源的原输出电压与第二二极管或功率开关管的电压差；当开关电源处于正常工作时，所述开关电源直流-直流变换器工作，使开关电源的某路主输出电压大于辅助电源的原输出电压，此时辅助电源为开关电源的某路主输出电压与第一二极管或功率开关管的电压差。本发明不但可以提高辅助电源的效率，而且不需要增加复杂的控制电路以及额外的器件。

Description

一种提高计算机用电源效率的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种提高计算机用电源效率的装置及方法，属于提高开关电源效率的装置及方法。

背景技术

应用于PC，服务器的多路输出开关电源都需要一个辅助电源来给电源本身和系统的控制电路供电.目前的电源规格要求辅助电压为5V，电流最大4A左右，由于辅助电源(flyback)结构简单，控制简单的特点，所以目前的解决方案大都采用辅助电源将整流后的直流母线电压转化成所需的5V辅助电压。

TOPSwitch将高压MOSFET、PWM控制器、故障保护电路及其他控制电路集成到单个CMOS芯片上。只需搭配极少数的外部器件即可组成一个辅助电源.TOPSwitch成为目前追求高功率密度的开关电源的首选。[1]

图1是用TOPSwitch实现的一个5V输出的辅助电源.R1，C1和D1构成吸收电路，吸收漏感的能量，从而避免高压MOSFET承受大的电压尖峰.整流二极管D2可使用肖特基二极管，肖特基二极管正向压降小，可减小导通损耗，而且反向恢复时间很短，反向恢复损耗可大大减小。

众所周知，辅助电源因为自身的高电压应力，吸收漏感能量的损耗性吸收器等特性，特别是硬开关特性导致其效率很低，典型值不大于80％，这成为多路输出开关电源轻载效率提高的瓶颈.后来，一些相对高效的改善性辅助电源被提出，1.输出二极管用同步整流管代替，这种方法对重载效率有改善，但是轻载效率改善甚微，而且因为同步整流管以及同步整流管的驱动IC导致成本大大提高.2.准谐振软开关辅助电源，他的主要优点是利用开关MOSFET的输出电容与变压器的原边电感产生谐振，通过适当控制实现了电压的谷底电压开通，减小了开关损耗，提高了整个负载范围的效率.虽然这个电路可以实现效率的改善，但是相比TOPSwitch，需要一个独立IC，和独立的高压MOSFET，还需要复杂的外围控制电路和保护电路。

参考文献：

[1]http://www.powerint.com

[2]Laszlo Balogh，“Design review：140W multi-output high power density DC-DC converter”Unitrode Power Supply Seminar，1997.

[3]Zhanghe Nan，Ming Xu，“Novel DC-DC Architecture for High Efficiency SMPS withMultiple Outputs”IEEE，ECCE，pp.3719-3726，2010

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种提高计算机用电源效率的装置及方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明一种提高计算机用电源效率的装置，包括两个二极管，其中第一二极管的阳极接开关电源的某路主输出端，第二二极管的阳极接辅助电源的原输出端，第一、第二二极管的阴极连接作为辅助电源的最终输出端。

一种提高计算机用电源效率的装置，包括两个功率开关管，其中第一功率开关管的一端接开关电源的某路主输出端，第二功率开关管的一端接辅助电源的原输出端，第一、第二功率开关管的另一端连接作为辅助电源的最终输出端。

所述辅助电源由TOPSwitch反激电路构成。

一种提高计算机用电源效率的装置的方法如下：

当开关电源处于待机状态时，所述开关电源的直流-直流变换器不工作，开关电源的主输出为0，此时辅助电源的最终输出为辅助电源的原输出电压与第二二极管的电压差；

当开关电源处于正常工作时，所述开关电源的直流-直流变换器工作，使开关电源的输出电压大于辅助电源的原输出电压，此时辅助电源的最终输出为开关电源的输出电压与第一二极管的电压差。

一种提高计算机用电源效率的装置的方法如下：

当开关电源处于待机状态时，所述开关电源的直流-直流变换器不工作，开关电源的主输出为0，此时辅助电源的最终输出为辅助电源的原输出电压与第二功率开关管的电压差；

当开关电源处于正常工作时，所述开关电源的直流-直流变换器工作，使开关电源的输出电压大于辅助电源的原输出电压，此时辅助电源的最终输出为开关电源的输出电压与第一功率开关管的电压差。

本发明不但可以提高辅助电源的效率，而且不需要增加复杂的控制电路以及额外的器件。以最低的成本实现了高效率的辅助电源，适用于多路输出开关电源，如PC电源，服务器电源等。

附图说明

图1：传统的TOPSwitch反激电路。

图2：典型的开关电源架构。

图3：利用二极管来实现主输出与反激电路的输出的切换原理图。

图4：利用MOSFET来实现主输出与反激电路的输出的切换原理图。

具体实施方式

本发明提出的高效辅助电源解的决方案的是当电源正常工作时，利用多路输出电路中的主输出来代替传统反激电路的输出作为辅助电源。多路输出电源的主输出具有比较高的效率，目前的白金PC电源5V输出具有96％的效率[1]，而传统反激电路的效率低于80％。

图2所示是一个标准的多路输出架构，电网电压经过EMI，bridge，PFC产生400V的直流电压，隔离的多路输出直流-直流变换器将400V转换成12V，5V和3.3V。隔离的多路输出直流-直流变换器的拓扑在[2]中有详细的分类，[3]中提出的LLC+DAB架构是目前最高效的解决方案，450W ATX白金PC电源就采用了这种架构.

如图1所示，利用传统的TOPSwitch反激电路产生辅助电源5VSB1。

图3所示为本文所提出的技术方法的实施方案。

5VSB1作为二极管D3的输入，5V作为二极管D4的输入，D3和D4的输出即为5VSB，当电路处于待机状态时，直流-直流变换器不工作，5V输出为0，这样5VSB＝5VSB1-VD4。当直流-直流变换器工作时，通过适当设计(电源的规格允许电源的输出有一定的误差，以5VSB为例，允许误差为±5％，即最大电压为5.25V，最小电压为4.75V，所以可以让主输出的5V偏向上限5.25V，反激电路的输出5VSB1经过二极管后的电压偏下限4.75V，以达到5VSB的功率完全或者大部分由主输出5V来供给)，使主输出5V大于5VSB1，这样辅助电压5VSB＝5V-VD3，TOPSwitch构成的反激电路工作于空载模式，TOPSwitch-JX系列可做到230VAC输入时空载损耗为70mW。因为直流-直流变换器的高效率，所以本文提出的新方法可以大大降低辅助电源电路的损耗，从而提高整个电源的效率。

图4所示为此技术方案的延伸实现方式，使用开关管Q1和Q2来代替图三的D3，D4，开关电源工作于待机模式时，5V输出为0，打开Q2，关断Q1，使5VSB＝5VSB1，当开关电源工作于正常模式时，开通Q1，关断Q2，使5VSB＝5V.

Claims (5)

1.一种提高计算机用电源效率的装置，其特征在于包括两个二极管，其中第一二极管的阳极接开关电源的某路主输出端，第二二极管的阳极接辅助电源的原输出端，第一、第二二极管的阴极连接作为辅助电源的最终输出端。

2.一种提高计算机用电源效率的装置，其特征在于包括两个功率开关管，其中第一功率开关管的一端接开关电源的某路主输出端，第二功率开关管的一端接辅助电源的原输出端，第一、第二功率开关管的另一端连接作为辅助电源的最终输出端。

3.根据权利要求1或2所述的一种提高计算机用电源效率的装置，其特征在于所述辅助电源由TOPSwitch反激电路构成。

4.一种基于权利要求1所述一种提高计算机用电源效率的装置的方法，其特征在于所述方法如下：

当开关电源处于待机状态时，所述开关电源的直流-直流变换器不工作，开关电源的主输出为0，此时辅助电源的最终输出为辅助电源的原输出电压与第二二极管的电压差；

当开关电源处于正常工作时，所述开关电源的直流-直流变换器工作，使开关电源的输出电压大于辅助电源的原输出电压，此时辅助电源的最终输出为开关电源的输出电压与第一二极管的电压差。

5.一种基于权利要求2所述一种提高计算机用电源效率的装置的方法，其特征在于所述方法如下：

当开关电源处于待机状态时，所述开关电源的直流-直流变换器不工作，开关电源的主输出为0，此时辅助电源的最终输出为辅助电源的原输出电压与第二功率开关管的电压差；

当开关电源处于正常工作时，所述开关电源的直流-直流变换器工作，使开关电源的输出电压大于辅助电源的原输出电压，此时辅助电源的最终输出为开关电源的输出电压与第一功率开关管的电压差。

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