專利名稱：供電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的特征的供電設(shè)備。
較高數(shù)據(jù)處理能力的計(jì)算機(jī)設(shè)備或塔式個(gè)人計(jì)算機(jī)(Tower-PCs)要求有較高功率的供電設(shè)備。由多個(gè)相同的單個(gè)電源組件組成的供電設(shè)備指定作為較高功率的供電設(shè)備使用。這些單個(gè)電源組件彼此非耦合地并聯(lián)在一起。它們能夠以下述方式建立，即它們產(chǎn)生耦合的輸出電壓，其中一個(gè)輸出電壓通過控制占空系數(shù)，其它輸出電壓通過線性再調(diào)整進(jìn)行調(diào)節(jié)。線性再調(diào)整伴隨有功率損耗，輸入的待調(diào)整電壓和輸出的已調(diào)整電壓之間的超前量越多，則功率損耗必定越大。
除了較高功率的要求之外，對(duì)這類供電設(shè)備的故障保護(hù)也有更高的要求。要求有一定多余度的供電設(shè)備，在單個(gè)電源組件出現(xiàn)故障時(shí)，該設(shè)備能夠無故障或無干擾地繼續(xù)給計(jì)算機(jī)提供系統(tǒng)電壓。
對(duì)供電設(shè)備的另一要求是在計(jì)算機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)下能夠沒有電壓干擾地對(duì)出現(xiàn)故障的單個(gè)電源組件進(jìn)行更換，這種措施也以“工作中插件板更換”(hot board replacement)的概念廣為人知。
最后，應(yīng)當(dāng)保證在各單個(gè)電源組件上有均勻的電流分配。
大家知道電子控制電流的均勻分配。還知道每一輸出電壓使用各自的電源設(shè)備電路。大家也知道為了在有毛病的單個(gè)電源組件輸出短路時(shí)獲得多余度，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電壓輸入端用肖特基二極管與輸出去耦合。進(jìn)而大家知道選擇并聯(lián)的單個(gè)電源組件數(shù)要比實(shí)際需要數(shù)多用一個(gè)，以便因此獲得具有多余度的供電設(shè)備，在運(yùn)行期間能夠?qū)⒂忻〉膯蝹€(gè)電源組件更換掉。
大家知道也有一種途徑，使具有耦合輸出電壓的單個(gè)電源組件并聯(lián)。具有最高輸出電流的輸出電壓通過控制脈沖占空系數(shù)來調(diào)節(jié)，以獲得均勻的電流分配。某個(gè)或幾個(gè)耦合輸出通過一個(gè)晶體管元件作為輸出線路內(nèi)的調(diào)整部件來調(diào)節(jié)，以獲得均勻的電流分配。這時(shí)電流分配的調(diào)節(jié)總是以相同方式實(shí)現(xiàn)中央調(diào)整塊讓每一輸出電壓?jiǎn)为?dú)與額定值進(jìn)行比較。相對(duì)于額定值的偏離值將進(jìn)行放大并作為各自的輸出額定電流用。測(cè)量實(shí)際電流，與額定電流進(jìn)行比較，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
不過這種處理方法有缺點(diǎn)，雖然耦合的單個(gè)電源組件的均勻電流分配得到保障，但是通過這類調(diào)整產(chǎn)生的損耗高于絕對(duì)必須的損耗，其原因是應(yīng)用了不變的調(diào)準(zhǔn)的輸出電壓額定值，該值與實(shí)際存在的輸出電壓不適配。
從美國專利US-A-5 038 265可以獲悉一種供電設(shè)備，如上所述。
從德國專利DE-3 941 052 C1可獲悉用于供電單元并聯(lián)的電路裝置，該電路裝置是為了保障在與電源組件并聯(lián)的供電單元上有均勻的負(fù)載分配，而這些供電單元配備有電壓調(diào)整設(shè)備，外加隸屬工作的電流調(diào)整設(shè)備，相同的電阻轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)作為求平均值裝置總是安排在電壓調(diào)整設(shè)備和電流調(diào)整設(shè)備之間，它們至少經(jīng)過一條雙向控制線(控制電路)彼此相連，并且對(duì)所有供電單元求信號(hào)共同的平均值，該信號(hào)對(duì)各供電單元而言，是作為提供輸出功率的一種量度。
本發(fā)明的任務(wù)是在本文一開始所述類型的供電設(shè)備中，保證在最低功率損耗下調(diào)整輸出電壓，同時(shí)保證在并聯(lián)的單個(gè)電源組件上有均勻電流分配。
根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)任務(wù)是通過權(quán)利要求1特征部分中給出的特征予以解決的。
基于這些特征的并聯(lián)耦合輸出的調(diào)整不再進(jìn)行輸出電壓-額定值/實(shí)際值比較，以便獲得電流額定值。而是通過所有電流實(shí)際值取平均求得電流額定值。
它通過額定電流/實(shí)際電流比較器內(nèi)允許的偏差使得作為調(diào)整部件的各調(diào)整晶體管完全導(dǎo)通全部斷路。為了使電流分配機(jī)制仍然起作用，通過降壓器(Senke)可導(dǎo)致各額定電流/實(shí)際電流比較器有意的失諧。因此一開始各調(diào)整晶體管完全導(dǎo)通。在具有最低輸出電壓的單個(gè)電源組件中電流并因而共同的電流額定值一直下降到共同的電流額定值能補(bǔ)償其余的額定電流/實(shí)際電流比較器有意的失諧為止。因此，其余的調(diào)整晶體管進(jìn)入調(diào)整區(qū)，通過受失諧制約，以微小偏差建立起調(diào)節(jié)均勻的電流分配。在合適的選擇參數(shù)情況下，這種偏差可被忽略。因?yàn)榫哂凶畹洼敵鲭妷旱恼{(diào)整晶體管繼續(xù)保持完全導(dǎo)通，所以所有單個(gè)電源組件可調(diào)節(jié)到可能最低的功率損耗。
本發(fā)明有益的擴(kuò)展在從屬權(quán)利要求中說明。
因?yàn)樯鲜龅恼{(diào)整保證在調(diào)整晶體管上有盡可能低的剩余電壓，所以去耦二極管和調(diào)整晶體管的任務(wù)能夠由一只共用的部件承擔(dān)即由一只n溝道MOSFET晶體管承擔(dān)，其漏極-二極管指向輸出電流流動(dòng)方向。然后，導(dǎo)通的調(diào)整晶體管的剩余電壓和漏極-二極管剩余電壓的大約0.5伏的電壓差用于調(diào)整并聯(lián)單個(gè)電源組件的輸出電壓的偏差。
為了實(shí)施單個(gè)電源組件之間的去耦，MOSFET調(diào)整晶體管可按如下方式安排，即其漏極-二極管安排在供電設(shè)備輸出的相反方向，而去耦二極管這樣安排，它對(duì)反向電流而言反向接入。采用如下方法也可達(dá)到同樣的效果MOSFET調(diào)整晶體管按如下方式連接，即其漏極-二極管安排在供電設(shè)備的輸出方向。這樣原先必須的去耦-二極管能夠節(jié)省掉。在單個(gè)電源組件輸出短路的情況下，在反向電流流動(dòng)時(shí)有關(guān)的MOSFET調(diào)整晶體管必須主動(dòng)斷路。為此例如只需一個(gè)附加的運(yùn)算放大器。雖然如此這種替代方案仍然有優(yōu)點(diǎn)由于省掉了例如必須能處理如5A電流的去耦二極管和為此必須的冷卻，因此也就省掉了冷卻裝置及其所需的裝配件。
實(shí)現(xiàn)失諧的一種途徑由分壓器提供，分壓器的兩電阻之一用于降壓器，為降壓器配備齊納二極管的電路元件也是想象中可能的。
把失諧與負(fù)輔助電壓相連系來實(shí)現(xiàn)失諧，其優(yōu)點(diǎn)是臨界狀態(tài)受到控制，在臨界狀態(tài)下根本不讓電流從所屬的單個(gè)電源組件通過。
本發(fā)明的實(shí)施例依靠附圖詳細(xì)說明如下其中，

圖1原理性示意圖示出具有耦合輸出電壓的、通過二極管去耦的單個(gè)電源組件的并聯(lián)電路以及圖2根據(jù)本發(fā)明所述的電流調(diào)整的原理圖。
圖1表示配備有多個(gè)相同的單個(gè)電源組件ENTa，ENTb，ENTc的供電設(shè)備。單個(gè)電源組件ENTa，ENTb，ENTc產(chǎn)生以地GND為參考電位的耦合輸出電壓Uout1a，Uout2a；Uout1b，Uout2b；Uout1c，Uout2c。輸出電壓Uout1a，Uout1b，Uout1c涉及的是例如5伏電壓，這個(gè)電壓可以通過控制占空系數(shù)來調(diào)節(jié)。輸出電壓Uout2a，Uout2b，Uout2c涉及的是例如12伏電壓。
單個(gè)電源組件ENTa，ENTb，ENTc在輸入一側(cè)并聯(lián)，并連接到輸入電網(wǎng)交流電壓ACin上。在輸出一側(cè)ENTa，ENTb，ENTc按產(chǎn)生的輸出電壓也都并聯(lián)。通過并聯(lián)的5伏總線IBUS5V，單個(gè)電源組件按5V輸出電壓并聯(lián)。經(jīng)過對(duì)5V輸出電流或初級(jí)輸入電流的控制，對(duì)5V總線IBUS5V求平均值以及按照在5V總線IBUS5V上的電壓調(diào)整初級(jí)占空系數(shù)來實(shí)現(xiàn)在單個(gè)電源組件ENTa，ENTb，ENTc上的均勻電流分配(參照本文一開始提及的專利文件DE3 941 052 C1)。單個(gè)電源組件對(duì)5V輸出電壓的去耦需在單個(gè)電源組件柜內(nèi)采用。對(duì)圖1中5伏輸出電壓并未專門示出此去耦。經(jīng)過輸出電容器C1對(duì)5伏輸出電壓平滑化形成供電設(shè)備輸出電壓UOUT1。
類似地也適合于單個(gè)電源組件ENTa，ENTb，ENTc的12伏輸出電壓的情況，經(jīng)過輸出電容器C2對(duì)12伏輸出電壓平滑化形成供電設(shè)備輸出電壓UOUT2。其差別僅在于12伏輸出電壓耦合到5伏輸出電壓上。精密的調(diào)節(jié)通過線性調(diào)整實(shí)現(xiàn)。
單個(gè)電源組件ENTa，ENTb，ENTc的12伏電壓分別在并聯(lián)之前經(jīng)過線性調(diào)整單元如上所述進(jìn)行調(diào)整。線性調(diào)整單元配備線性可控制的調(diào)整裝置Qa，Qb，Qc。這些調(diào)整裝置Qa，Qb，Qc與去耦二極管Da，Db，Dc串聯(lián)。去耦二極管Da，Db，Dc以供電設(shè)備的輸出方向?yàn)閷?dǎo)通方向接入。
在圖1中表示為方框的電路部分屬于一個(gè)調(diào)整單元，其內(nèi)容在圖2內(nèi)詳細(xì)示出?？傊?，待調(diào)整的輸出電流經(jīng)過分路電路導(dǎo)向表示為方框的電路部分。這種導(dǎo)入線經(jīng)引線Ia，Ib，lc實(shí)現(xiàn)。分路能夠藉助于分路電阻實(shí)現(xiàn)。
調(diào)整裝置Qa，Qb，Qc經(jīng)引線Ga，Gb，Gc由各一有關(guān)方框開始控制。一個(gè)總線IBUS把調(diào)整單元的各個(gè)方框連到一起。
在圖2示例性地詳細(xì)示出了屬于圖1以ENTa表示的單個(gè)電源組件的方框的構(gòu)成。這種圖示類似地可以套用到圖1以ENTb，ENTc表示的單個(gè)電源組件的方框。
在詳細(xì)給出的方框中可以看到比較器Va，為了消除振蕩傾向，該比較器配備補(bǔ)償器COMP。比較器Va涉及具有負(fù)輸出端和正輸出端的運(yùn)算放大器。補(bǔ)償器COMP連接在比較器Va的負(fù)輸入端和輸出端之間。
比較器Va的輸出端與導(dǎo)線Ga連接。比較器Va的負(fù)輸入端是經(jīng)一電阻Ra接到一負(fù)電位上。在實(shí)施例中這負(fù)電位是-12伏。
降壓器Uoffseta接到比較器Va的負(fù)輸入端。該連接端是經(jīng)過降壓器連接邊之一實(shí)現(xiàn)的。降壓器Uoffseta的另一連接邊與電阻元件RSa的一個(gè)連接邊和與導(dǎo)線Ia相連接。
電阻RSa的另一連接邊與比較器Va的正輸入端和與總線IBUS相連接。
降壓器Uoffseta例如可由電阻組成，該電阻與電阻Ra共同組成一分壓器。但降壓器Uoffseta也可以例如由一只齊納二極管和二只電阻組成。
比較器Va對(duì)額定電流與實(shí)際電流進(jìn)行比較。額定電流處于比較器Va的正輸入端而實(shí)際電流處于比較器Va的負(fù)輸入端。
為避免重復(fù)，有關(guān)圖1和圖2給出的供電設(shè)備工作原理的描述請(qǐng)參閱本資料引言部分。
權(quán)利要求
1.供電設(shè)備包括彼此去耦、并聯(lián)、相同的單個(gè)電源組件(ENTa，ENTb，ENTc)，這些電源組件，配備有為耦合輸出電壓(例如ENTaUout1a，Uout2a)用的輸出端，其中總有一個(gè)輸出電壓(例如Uout1a)通過控制占空系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而其它輸出電壓(例如Uout2a)通過具有線性可控制的調(diào)整部件(例如Qa)，以及一個(gè)和調(diào)整部件(例如Qa)的控制輸入端相連接的比較器(例如Va)的線性調(diào)整單元進(jìn)行調(diào)整，該比較器把電額定量與電實(shí)際量進(jìn)行比較，并且根據(jù)比較結(jié)果相應(yīng)地控制調(diào)整部件(例如Qa)，其特征為對(duì)置于每一線性可控制的調(diào)整部件(例如Qa)前的每一單個(gè)電源組件(例如ENTa)，為了分流一個(gè)歸入調(diào)整部件(例如Qa)的耦合輸出電流(例如Uout2a)作為電實(shí)際量設(shè)置一個(gè)分路電路，此分路電路同時(shí)與一個(gè)電阻元件(例如RSa)和一個(gè)降壓器(例如Uoffseta)的各第一連接邊相連接，其中降壓器(例如Uoffseta)用一個(gè)第二連接邊與比較器(Va)實(shí)際量輸入端相連接，電阻元件(例如RSa)用一個(gè)第二連接邊與比較器(例如Va)額定量輸入端相連接，同時(shí)與匯流線(IBUS)相連接，該匯流線同時(shí)與各另外的并聯(lián)單個(gè)電源組件(例如ENTb，ENTc)的調(diào)整單元的電阻元件(RSb，RSc)各第二連接邊相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述供電設(shè)備，其特征為調(diào)整部件(例如Qa)由MOSFET晶體管組成，其漏極-二極管以對(duì)供電設(shè)備輸出方向相反的方向安置；單個(gè)電源組件(ENTa，ENTb，ENTc)對(duì)每一彼此相同的輸出電壓(例如Uout2a，Uout2b，Uout2c)相互去耦通過去耦二極管(例如Da，Db，Dc)形成，它們接入到各附屬輸出電流的流動(dòng)方向上，并且在輸出邊一起連接到給出總輸出電壓(例如Uout2)的總輸出端上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述供電設(shè)備，其特征為調(diào)整部件(例如Qa)由MOSFET晶體管組成，其漏極-二極管安置在供電設(shè)備輸出方向；為每一單個(gè)電源組件(ENTa，ENTb，ENTc)相同輸出電壓(例如Uout2a，Uout2b，Uout2c)用的調(diào)整部件(例如Qa，Qb，Qc)在輸出邊一起接到給出總輸出電壓(例如UOUT2)的總輸出端上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3所述供電設(shè)備，其特征為對(duì)分流的電實(shí)際量(例如Uout2a)的降壓器(例如Uoffseta)由一電阻(例如Ra)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～3所述供電設(shè)備，其特征為對(duì)分流的電實(shí)際量(例如Uout2a)的降壓器(例如Uoffseta)至少由一只齊納二極管組成。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述供電設(shè)備，其特征為通過以下方式安排多余量，即比應(yīng)用必須的單個(gè)電源組件(例如ENTa，ENTb)的數(shù)目多一個(gè)單個(gè)電源組件(例如ENTc)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種供電設(shè)備,該供電設(shè)備配備有多個(gè)相同的彼此非耦合、并聯(lián)的單個(gè)電源組件。這些單個(gè)電源組件產(chǎn)生耦合的輸出電壓,其中一個(gè)輸出電壓通過控制占空系數(shù)來調(diào)節(jié),其它的進(jìn)行線性調(diào)整。線性調(diào)整是這樣進(jìn)行的:省掉輸出電壓額定值/實(shí)際值比較,實(shí)現(xiàn)對(duì)所有電流實(shí)際值求平均值和對(duì)各額定電流/實(shí)際電流比較的失諧,達(dá)到在任何情況下單個(gè)電源組件上均勻電流分配、低損耗功率和通過可能的多余度以及可能的“工作中插件板更換”的故障保護(hù)。
文檔編號(hào)G05F1/46GK1176025SQ96192073
公開日1998年3月11日 申請(qǐng)日期1996年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月23日
發(fā)明者P·布斯赫 申請(qǐng)人:西門子尼克斯多夫資訊系統(tǒng)公開股份有限公司