TWI443500B

TWI443500B - 並聯式電源供應器系統、電腦及其電源供應方法

Info

Publication number: TWI443500B
Application number: TW097124590A
Authority: TW
Inventors: Chih Wei Lin; Chih Wan Hsu; Nung Te Huang
Original assignee: Asustek Comp Inc
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2008-06-30
Publication date: 2014-07-01
Also published as: US20090327770A1; TW201001150A

Description

並聯式電源供應器系統、電腦及其電源供應方法

本案係為一種電腦的電源供應器系統，尤指一種採用並聯雙組電源供應器之電源供應器系統及其電源供應方法。

為了提供電腦內部電路元件所需的工作電源，電腦內的主機板都會連接至電源供應器(Power Supply)，而電源供應器可以將交流電轉換為直流電後提供至電腦的主機板及其週邊裝置。請參照第一圖，其所繪示為習知電源供應器系統對電腦主機板(Motherboard)供電示意圖。該系統主要包括：一組電源供應器80與一主機板90。如第一圖所示，電源供應器80具有一組腳位，該組腳位包含一24腳位(24 pin)、一4腳位(4 pin)、一顯示卡腳位(VGA pin)、與一硬碟腳位(HD pin)。而上述的腳位透過傳輸線個別連接至一24腳位插頭(24 pin plug)82、一4腳位插頭(4 pin plug)84、一顯示卡插頭(VGA plug)86、與一硬碟插頭(HD plug)88。而主機板90上亦有相對映之24腳位插座(24 pin jack)92、一4腳位插座(4 pin jack)94、一顯示卡插座(VGA jack)96、與一硬碟插座(HD jack)98。

因此，電源供應器80的插頭與主機板90的插座彼此連接時，電源供應器80即可提供+3V、+5V、+5VSB(+5V Stand-By-Power)、+12V等不同準位的電壓至主機板90，進而達成電源供應器80對主機板90上不同元件所需不同準位電壓的供電。

一般使用者在電腦系統關機後，並不會將電源供應器的總開關給關閉，因此電源供應器仍會持續不斷的提供主機板待命電源，如+5VSB。長期下來，由於電源供應器中待命電源的電路以及其他電路的使用時間不同，會造成電源供應器中待命電源的相關電路會比較容易損壞。也就是說，當電源供應器中的其他電路還可以使用時，待命電源的電路已經損毀。因此，使用者必須更換新的電源供應器。

本案為一種並聯式電源供應器系統，應用於一主機板上，包含：一第一電源供應器，具有一第一電壓輸出端；一第二電源供應器，具有一第二電壓輸出端；一第一開關電路的一輸入端連接至第一電壓輸出端；一第二開關電路一輸入端連接至第二電壓輸出端；一插頭具有一第一腳位同時連接至第一開關電路的一輸出端以及第二開關電路的一輸出端，其中插頭更包括一第二腳位用以接收一主機板產生的一啟動信號，插頭並將啟動信號傳遞至第一電源供應器與第二電源供應器；一邏輯閘，其中邏輯閘具有兩輸入端，分別連接第一電源供應器與第二電源供應器，並具有一輸出端連接插頭之一第三腳位；以及其中，第一電壓輸出端與第二電壓輸出端輸出相同的電壓，第一開關電路、第二開關電路設置於一電源轉接板。

本案更提出一種具有並聯式電源供應器系統的電腦，包含：一第一電源供應器，具有一第一電壓輸出端；一第二電源供應器，具有一第二電壓輸出端；一第一開關電路的一輸入端連接至第一電壓輸出端；一第二開關電路的一輸入端連接至該第二電壓輸出端；一插頭，具有一第一腳位同時連接至第一開關電路的一輸出端以及第二開關電路的一輸出端，其中插頭包括一第二腳位連接至插座的一第二腳位用以接收一主機板產生的一啟動信號，插頭並將啟動信號傳遞至第一電源供應器與第二電源供應器；一主機板，具有一插座可與插頭連接使得插座上的一第一腳位連接至插頭的第一腳位；一邏輯閘，其中邏輯閘具有兩輸入端，分別連接第一電源供應器與第二電源供應器，並具有一輸出端連接該插頭之一第三腳位並經由插座的一第三腳位信號傳遞至主機板；以及其中，第一電壓輸出端與第二電壓輸出端輸出相同的電壓，第一開關電路、第二開關電路設置於一電源轉接板。

本案更提出一種電源供應器系統的電源供應方法，應用於一第一電源供應器與一第二電源供應器提供一第一電壓至一主機板，包含下列步驟：偵測第一電源供應器是否開始建立第一電壓；當第一電源供應器的第一電壓開始建立時，將第一電源供應器建立的第一電壓連接至一第一腳位；偵測第二電源供應器是否開始建立第一電壓；當第二電源供應器的第一電壓開始建立時，將第二電源供應器建立的第一電壓連接至第一腳位；當第一電源供應器或第二電源供應器的第一電壓到達一穩態時，輸出一電源完好信號至主機板；利用第一腳位提供第一電壓至主機板；以及其中，該第一電源供應器與一第二電源供應器更可接收一啟動信號而開始建立該第一電壓，第一電源供應器輸出之第一電壓與第二電源供應器輸出之第一電壓相同。

請參照第二圖，其所繪示為本發明之並聯雙組電源供應器系統應用於主機板之示意圖。電源供應器系統主要包括：一電源供應器A、一電源供應器B及一電源轉接板140(Power Translate Board)，電源供應器系統並與一主機板142連接。如圖所示，電源供應器A具有其自身一組腳位(24腳位A、4腳位A、VGA腳位A、HD腳位A)；電源供應器B亦具有其自身一組腳位(24腳位B、4腳位B、VGA腳位B、HD腳位B)。

再者，電源供應器A的一組腳位連接至一第一開關組(first switch set)158，而電源供應器B的一組腳位連接至一第二開關組(second switch set)168，再者，第一開關組158與第二開關組168相互連接達成電源供應器A與電源供應器B輸出電壓的並聯。再者並聯後的24腳位、4腳位、VGA腳位、與HD腳位分別連接至24腳位插頭82、一4腳位插頭84、一VGA插頭86、與一HD插頭88。而主機板142上亦有相對應連接的24腳位插座92、一4腳位插座94、一顯示卡插座96、與一硬碟插座98。

首先，在主機板142尚未啟動狀態下，電源供應器A、B僅會提供主機板基本待命電源，如+5VSB。當主機板的開關壓下後電源供應器A、B隨即啟動，此時電源供應器A、B的腳位中會有多個電壓輸出端，這些電壓輸出端將建立主機板142所需不同準位的電壓(+3V、+5V、+5VSB、+12V)。電源供應器A所產生之不同準位電壓將先由其自身之一組腳位輸出，再經由電源轉接板140傳送至主機板142。同理，電源供應器B所產生之不同準位電壓將先由其自身之一腳位輸出，再經由電源轉接板140傳送至主機板142。由於電源供應器A、B是採用並聯方式，當電源供應器A、B其中只要有一組成功啟動並開始建立不同準位的電壓後，主機板142即可對電源轉接板140之腳位進行輸出電壓的接收，進而完成電源供應器A、B對主機板142的供電。

請參照第三圖，其所繪示為本發明之並聯雙組電源供應器系統內之電源轉接板方塊示意圖。如圖可知，電源轉接板140的24腳位C、4腳位C、VGA腳位C、HD腳位C對應連接至電源供應器A的24腳位A、4腳位A、VGA腳位A、HD腳位A；以及電源轉接板140的24腳位D、4腳位D、 VGA腳位D、HD腳位D對應連接至電源供應器B的24腳位B、4腳位B、VGA腳位B、HD腳位B。再者，第一開關組158包括七個開關電路，而第二開關組168包括七個開關電路。

其中，24腳位C中的+3V輸出端經由開關電路A1(SW-A1)連接至24腳位插頭82，+5V輸出端經由開關電路A2(SW-A2)連接至24腳位插頭82，+12V輸出端經由開關電路A3(SW-A3)連接至24腳位插頭82，+5VSB輸出端經由開關電路A4(SW-A4)連接至24腳位插頭82；4腳位C中的+12V輸出端經由開關電路A5(SW-A5)連接至4腳位插頭84；VGA腳位C中的+12V輸出端經由開關電路A6(SW-A6)連接至VGA腳位插頭86；以及HD腳位C中的+12V輸出端經由開關電路A7(SW-A7)連接至HD腳位插頭88。

同理，24腳位D中的+3V輸出端經由開關電路B1(SW-B1)連接至24腳位插頭82，+5V輸出端經由開關電路B2(SW-B2)連接至24腳位插頭82，+12V輸出端經由開關電路B3(SW-B3)連接至24腳位插頭82，+5VSB輸出端經由開關電路B4(SW-B4)連接至24腳位插頭82；4腳位D中的+12V輸出端經由開關電路B5(SW-B5)連接至4腳位插頭84；VGA腳位D中的+12V輸出端經由開關電路B6(SW-B6)連接至VGA腳位插頭86；以及HD腳位D中的+12V輸出端經由開關電路B7(SW-B7)連接至HD腳位插頭88。

當使用者按下電腦的電源按鈕時，主機板可產生啟動信號(power switch on signal，PSON)，經由第二圖主機板的24腳位插座92傳遞至電源轉接板140的24腳位插頭82。電源轉接板140再透過24腳位C與24腳位D將啟動信號(PSON)分別傳遞至電源供應器A的24腳位A以及電源供應器B的24腳位B，使得電源供應器A以及電源供應器B可根據啟動信號(PSON)來啟動。

當電源供應器A以及電源供應器B啟動完成，代表電源供應器A以及電源供應器B所有的輸出電壓已經到達穩態。此時，電源供應器A以及電源供應器B會分別輸出一電源完好信號(power good signal，PG)。也就是說，電源供應器A到達穩態時會輸出電源A完好信號(PG-A)，電源供應器B到達穩態時會輸出電源B完好信號(PG-B)。

根據本發明的實施例，電源A完好信號(PG-A)與電源B完好信號(PG-B)會連接至一或閘(OR gate)162的輸入端，而或閘162的輸出端連接至24腳位插頭82。也就是說，當任一個電源供應器到達穩態時，或閘162的輸出端即可產生電源完好信號(PG)並傳遞至主機板。因此，主機板即可以根據電源完好信號(PG)來得知電源供應器系統(包括電源供應器A以及電源供應器B)的電壓已經到達穩態。當然本發明也可以將或閘162改成及閘(AND gate)，即所有的電源供應器皆到達穩態時，及閘的輸出端即可產生電源完好信號(PG)並傳遞至主機板。

再者，請參照第四圖，其所繪示為本發明開關電路示意圖。根據本發明的實施例，所有的開關電路構造皆相同。該開關電路包括：一開關200以及一偵測電路210。其中，開關200的一輸入端(Si)與一輸出端(So)可經由偵測電路210輸出的控制信號(C)來達成輸入端(Si)與輸出端(So)連接與不連接。而偵測電路有二偵測端(D1、D2)分別連接至開關200的輸入端(Si)與輸出端(So)。當第一偵測端(D1)的電壓大於第二偵測端(D2)的電壓時，則控制信號(C)控制開關達成連接；反之，當第一偵測端(D1)的電壓不大於第二偵測端(D2)的電壓時，則控制信號(C)控制開關達成不連接。再者，開關的輸入端(Si)皆連接至相電源供應器A或B側(power supply side)的相對應腳位，而開關的輸出端(So)皆連接至插頭側(plug side)的相對應腳位。

請參照第五圖，其所繪示為本發明開關電路的實際電路圖。其中開關200包括兩個電晶體(MOSFET)背對背的連接組態，亦即兩個電晶體的基體(Body)相連，如此，透過電晶體內部本身所產生的二極體(Body Diode)，可以雙方面擋住由電源供應器A或B漏電給主機板或是由主機板端漏電給電源供應器A或B，確保當正常工作時，電源的流向是一致輸出給主機板端，並不會因為當某組電源供應器關閉時，還有路徑讓多餘電流入電源供應器。再者，為了保證偵測電路210可順利控制開關，該控制信號為+24V。而為了要達到+24V，偵測電路210中可包括一升壓電路(voltage booster)用以將+5V待機電壓(+5VSB)提升至+24V(+24VSB)，使得偵測電路210可選擇性地將+24V輸出至開關200。再者，由於升壓電路已經應用於習知許多的控制電路，因此，本發明不再詳加描述。

為了具體說明電源轉接板內開關之工作原理，將以電源供應器所提供之+5V電壓，經由開關電路的控制，最終傳送至主機板端來做說明。由第五圖可知電源供應器側可提供之+5V電壓至開關200的輸入端(Si)，而開關200的輸出端(So)連接至24腳位插頭82側。

由於偵測電路的二偵測端(D1、D2)分別連接至開關200的輸入端(Si)與輸出端(So)。當第一偵測端(D1)的電壓大於第二偵測端(D2)的電壓時，則控制信號(C)為+24V並控制開關200達成連接使得+5V電壓可由電源供應器側輸出至24腳位插頭82側；反之，當第一偵測端(D1)的電壓不大於第二偵測端(D2)的電壓時，則控制信號(C)不為+24V並控制開關200達成不連接使得+5V電壓無法由電源供應器側輸出至24腳位插頭82側。

也就是說，當使用者按下電腦的電源按鈕時，主機板產生啟動信號(PSON)使得電源供應器A以及電源供應器B啟動。於電源供應器A以及電源供應器B的啟動過程，所有的電壓輸出端(+3V、+5V、+12V)的電壓開始上升。再者，而於電壓上升的過程，所有開關電路中的偵測電路偵210測出開關200的輸入端(Si)電壓大於輸出端(So)電壓，因此，所有開關電路皆達成連接。最後，當電源供應器A或者電源供應器B輸出電源A完好信號(PG-A)或電源B完好信號(PG-B)時，主機板即可接收到電源完好信號(PG)而使得主機板順利開機。

再者，假設電源供應器系統中電源供應器A的+5V輸出端故障而無法正常輸出+5V，例如僅能輸出1.5V。很明顯地，電源供應器A側的電壓(1.5V)小於24腳位插頭82側(5V)，此時，開關電路SW-A1達成不連接並使得電源供應器A側無法供給電壓至主機板。而此時僅有電源供應器B的+5V輸出端可經由開關電路SW-B1輸出電壓至主機板。同理，其他的電壓端也是利用相同的原理來運作，因此不在詳述。

請參照第六圖，其所繪示為本發明之並聯雙組電源供應器系統動作流程圖(以電源供應器A為例)。當使用者尚未按下電腦的電源按鈕時，電源供應器維持在待命狀態(歩驟652)。此時，電源供應器提供主機板+5VSB，而偵測電路中的升壓電路將+5VSB升至+24V(歩驟654)。

在歩驟656時，若使用者尚未按下電腦的電源按鈕時，主機板並未產生啟動信號(PSON)，回到步驟654。反之，若使用者按下電腦的電源按鈕時，主機板產生啟動信號(PSON)(歩驟656)。

之後，電源供應器開始建立電壓，亦即電源供應器所有的電壓輸出端(+3V、+5V、+12V)的電壓開始上升(歩驟658)；在電壓開始上升的過程，所有開關電路中的偵測電路偵測出開關的輸入端(Si)電壓大於輸出端(So)電壓，因此，所有開關電路皆達成連接(歩驟660)並且主機板接收電源轉接板之輸出電壓(歩驟662)。而上述的步驟658、步驟660、步驟662幾乎是在同一時間發生。

最後，當電源供應器已經穩定地輸出電壓(+3V、+5V、+12V)後，即可輸出電源完好信號(PG-A)通知主機板(歩驟664)。

由以上實施例可知，藉由本發明並聯雙組電源供應器系統內之電源轉接板，只要兩組電源供應器中之其中一組能正常啟動並建立主機板所需電壓，該組電源供應器即可對主機板供電；此外，藉由開關中電晶體(PQ1、PQ2)的背對背連接組態，亦能保證當電源供應器對主機板供電時，電流是一致輸出給主機板端，而不會產生漏電流；此外，藉由開關中偵測電路對開關的連接或不連接的控制，即使其中一電源供應器突然損壞，仍可以輸出正常的電壓至主機板。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，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，當可作各種更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

本案圖式中所包含之各元件列示如下：

80‧‧‧電源供應器

90、142‧‧‧主機板

82‧‧‧24腳位插頭

84‧‧‧4腳位插頭

86‧‧‧VGA插頭

88‧‧‧HD插頭

92‧‧‧24腳位元插座

94‧‧‧4腳位元插座

96‧‧‧VGA插座

98‧‧‧HD插座

140‧‧‧電源轉接板

158‧‧‧第一開關組

168‧‧‧第二開關組

162‧‧‧或閘

200‧‧‧開關

210‧‧‧偵測電路

本案得藉由下列圖式及詳細說明，俾得一更深入之了解：第一圖所繪示為習知電源供應器系統對電腦主機板供電示意圖。

第二圖所繪示為本發明之並聯雙組電源供應器系統應用於主機板之示意圖。

第三圖所繪示為本發明之並聯雙組電源供應器系統內之電源轉接板方塊示意圖。

第四圖所繪示為本發明開關電路示意圖。

第五圖所繪示為本發明開關電路的實際電路圖。

第六圖所繪示為本發明開關電路的動作流程圖。