專利名稱：個人計算機電源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明與個人計算機有關，尤其是為處理和存貯數字數據的電子元件供電的個人計算機電源有關。
通常的計算機系統(tǒng)特別是IBM的個人計算機在當今社會的許多部門已經得到廣泛使用。個人計算機系統(tǒng)通常分為臺式的、落地式的和輕便的微型計算機，這種微型計算機包括一個具有單獨系統(tǒng)處理器和與之連接的易失性和非易失性存貯器的系統(tǒng)單元，一個顯示監(jiān)視器，一個鍵盤，一個或幾個磁盤驅動器，一個固定磁盤存儲器，以及一個可選用的打印機等幾個部分。這些系統(tǒng)的一個顯著特點是用母板或者系統(tǒng)板使各元件之間相互電聯(lián)接。這些系統(tǒng)的設計首先是為單個用戶提供獨立的計算能力，另外價格不能太貴，使得個人或小的企業(yè)能夠購買。這樣的個人計算機系統(tǒng)有IBM公司的PC-AT機和PS-2型25，30，50，55，60，65，70和80。
這些系統(tǒng)能分成兩個系列。第一種系列稱為系列Ⅰ(Family Ⅰ)，使用IBM的PC-AT或其他IBM兼客機為示例的總線結構。第二種系列稱為系列Ⅱ(Family Ⅱ)，使用IBM的PS-2型50到80機型為示例的IBM的微通道總線結構。系列Ⅰ使用流行的INTEL8088或者8086微處理器作為系統(tǒng)處理器。這些處理器有一兆字節(jié)的存貯器尋址能力。系列Ⅱ使用高速INTEL80286，80386及80486微處理器，這種處理器能工作在實址方式以模擬較低速度的INTEL8086微處理器或者工作在保護方式，此時對于某些型號尋址范圍從一兆字節(jié)擴展到4千兆字節(jié)。實質上80286，80386和80486處理器的實址方式性能提供了與為8086和8088微處理器寫的軟件兼客的硬件。這種個人計算機的元件由電源供電，該電源使用控制邏輯，開關晶體管，電力變壓器，整流器和滬波器將從市電上來的電壓和電流(在美國為110V60HE)轉換成個人計算機工作所需要的直流電壓和電流。通常用開關加到這個電源的電壓來控制這類電源的工作。在所給出的例子中，這種開、關是通過接通和斷開110V.60HE市電電流來實現(xiàn)的。正如將要了解的那樣，這種通常提供的工作電壓的通、斷需要用開關，與和個人計算機工作元件一起使用的非常低的電壓和電流的開關相比，這種開關是相當大的。
至今已經提出(Summerlin美國專利4，723，269中)利用一個低電平電壓來控制個人計算機電源的工作。有興趣的讀者可以參考Summerlin所透露的關于一個電話振鈴波器通過光學連接的半導體設備動作去控制相對比較高的電壓源的電流通道。然而，這種電路還是需要在由相對比較高的電壓開關操作的待使用的計算機電源上人工控制。
考慮到上述討論，本發(fā)明的一個目的就是保護個人計算機的使用者以免直接接觸給計算機供電的電源中相對比較高的電壓。為了實現(xiàn)本發(fā)明的這個目的，采取了可以人工地或者間接地控制的低電壓信號輸送的措施，以控制電源中的一個脈寬調制器控制元件而不必提供光學隔離的高電壓或者機電開關去直接控制干線電壓。
本發(fā)明還有一個目的就是用邏輯電平電壓、低電流的電信號來控制個人計算機的工作。為了實現(xiàn)這個目的，用與操作者采用的人工控制一致的方式對計算機工作元件供電進行遙控是可能的。
本發(fā)明的一些目的已經指出了，其他目的在參照附圖作繼續(xù)說明的過程中將會提到。附圖中

圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的個人計算機的透視圖;
圖2是圖1的個人計算機的某些組成部分(包括一個底架、一個外殼、一個機電直接存取存儲裝置和一塊系統(tǒng)母板)的分解透視圖，示出了這些部分之間的一些關系。
圖3是圖1和圖2的個人計算機的某些元件的示意圖;
圖4是圖1到圖3的個人計算機中使用的電源和控制元件的電路圖。
當對本發(fā)明在下文中參照，展示了本發(fā)明的一個優(yōu)選的具體實例的附圖作更充分的敘述時，一開始就可明白精于這門技藝的人們可以修改在此敘述的本發(fā)明而似能獲得本發(fā)明的良好的結果。因此，下面的敘述是針對精于這門技藝的人們所作的概括性的啟示說明，而不是對本發(fā)明的限制。
現(xiàn)在詳細參考附圖，所示為一個體現(xiàn)本發(fā)明的微計算機10(圖1)。如上所述，計算機10有一個與之結合的監(jiān)視器11，一個鍵盤12和打印機或繪圖機14。計算機10有一個外殼15，它由一個裝飾性的外構件16和一個內屏蔽件18組成(圖2)，內屏蔽件18與底架19相配合以構成一個密封的屏蔽空間，用以接納處理和存貯數字數據的電子數據處理和存貯元件。這些元件中至少有些是裝在母板20上，該母板裝在底架19上，提供了一個用于計算機10的元件內部電連接的裝置，這些元件有上面已確定的那些以及其他的有關元件，如軟盤驅動器、各種直接存取存貯設備和輔助卡或板等等。
底架19有一底座22前面板24以及后面板25(圖2)。前面板24上至少開有一個窗口(圖中開四個窗口)用來裝入數據存貯設備(例如磁盤或光盤驅動器)、一個磁帶備用機或其他類似的設備。圖例中，有一對上面的窗口26、28和一對下面的窗口29、30、上面的窗口26、28適合于裝第一種尺寸的外圍驅動器(例如5.25英寸的驅動器)，而下面的兩個窗口適合于裝另一種尺寸的驅動器(例如3.5英寸的驅動器)。
在敘述本發(fā)明的上述結構之前，先簡要的回顧一下個人計算機系統(tǒng)10的一般工作情況。參照圖3，圖3是個人計算機系統(tǒng)的方框圖，圖中畫出了計算機系統(tǒng)(例如按照本發(fā)明的系統(tǒng)10)的各種元件，包括裝在母板20上的元件和母板與I/O槽以及個人計算機系統(tǒng)其它硬件的連接關系。由一個微處理器組成的系統(tǒng)處理器32與母板相連，微處理器通過總線控制定時單元35由高速CPU局部總線34連到一個存貯器控制單元36，而存貯器控制單元36連到一個易失性的隨機存取存貯器(RAM)38。任何合適的微處理器都能用，一種適合的微處理器就是英特爾(INTEL)公司的80386。
在下面參考圖3系統(tǒng)框圖對本發(fā)明詳細敘述時，一開始就可理解到按照本發(fā)明的設備和方法可以配用母板的其他硬件結構。例如，系統(tǒng)處理器可以是Intel80286或者80386微處理器以及系統(tǒng)總線可以是微通道型的或者是AT型的。
現(xiàn)在回到圖3，CPU局部總線34(包括數據、地址和控制總線)將微處理器32與一個數學協(xié)處理器39、一個高速緩沖存貯控制器40和一個高速緩沖存貯器41相連。緩沖器42本身與一個低速(與CPU局部總線相比)系統(tǒng)總線44相連，該總線同樣包括地址，數據和控制總線系統(tǒng)總線44一直延伸到另一個緩沖器51。系統(tǒng)總線44還與總線控制與定時單元35以及DMA單元48相連。DMA單元48由中央仲裁單元49和DMA控制器50組成。緩沖器51為系統(tǒng)總線與任選特性總線(例如微通道總線52)之間提供了一個接口。與總線52相連的是一組I/O槽54，用來接納可以進一步與I/O裝置存貯器連接的微通道適配插件。
仲裁控制總線55將DMA控制器50和中央仲裁單元49連到I/O槽54和一個磁盤適配器56上。與系統(tǒng)總線44相連的還有一個存貯器控制單元36，該單元由存貯器控制器59、地址多路轉換器60和數據緩沖器61組成。存貯器控制單元36還與隨機存取存貯器(以RAM模塊表示)38相連。存貯器控制器36包括微處理器32與RAM38的特定區(qū)域之間的地址變換邏輯。此邏輯用來恢復先前被基本輸入輸出系統(tǒng)(BIOS)占據的RAM。存貯器控制器36還產生一個ROM選擇信號(ROMSEL)，此信號用以啟動或屏蔽ROM64。
雖然上述微處理系統(tǒng)10用1兆字節(jié)的基本RAM模塊，應該知道，它還能附加連接任選的存貯器(如圖3中的65到67的存貯器模塊)。只是作為一個圖例，在敘述本發(fā)明的時候以一兆字節(jié)的基本存貯器模塊38為參考。
另一個緩沖器68接在系統(tǒng)總線44和母板I/O總線69之間。母板I/O總線69包括地址、數據和控制總線。沿該母板I/O總線69連接的有各種I/O適配器和其他元件，例如，顯示適配器70，(它是用來驅動監(jiān)視器11的)，一個時鐘72，一個非易失的RAM74(以下以NVRAM表示)，一個RS232適配器76，一個并行適配器78，一組定時器80，一個磁盤適配器56，一個中斷控制器84和一個只讀存貯器64。
只讀存貯器64包括BIOS，它用作I/O和微處理器32的操作系統(tǒng)之間的接口。存在ROM64中的BIOS能夠拷貝到RAM38中以減少BIOS的執(zhí)行時間。ROM64還通過ROMSEL信號對存貯器控制器36作出響應。如果ROM64被存貯器控制器36啟動，則BIOS就從ROM讀出執(zhí)行。如果ROM64被存貯器控制器36屏蔽，ROM對從微處理器32來的地址詢問不響應(即BIOS從RAM讀出執(zhí)行)。
時鐘72用作為日計算的時間(time of day Calculation)而NVRAM用來儲存系統(tǒng)配置數據。也就是，NVRAM將裝有一些描述系統(tǒng)的當前配置的值。例如，NVRAM裝有描述固定磁盤或磁盤的容量的信息、顯示的類型、存貯器的量、時間、日期等等。尤其重要的是NVRAM裝有存貯器控制器36用來確定BIOS是從ROM還是從RAM讀出運行的數據和是否恢復BIOSRAM想要用的那個RAM的數據(該數據占一位)。此外，每當執(zhí)行一個專門的配置程序(例如SET配置)，就將這些數據存儲于NVRAM中。SET配置程序的目的是將表征系統(tǒng)的配置的值存于NVRAM中。
裝入屏蔽外殼中并與計算機10的上述元件組合在一起的還有一個電源(在圖2中標為90)，該電源為計算機10的各元件供電。在個人計算機領域所應用的電源90是眾所周知的脈寬調制開關電源，該電源將供電主干線的交流電變換成向計算機的數據處理和存貯元件提供的直流電能，以使它們能夠工作。這種電源已有人講述過了，例如，1989年紐約出版的“The Winn Rosch Hardware Bible”中就曾講過，開關型電源是很有效的并且與其他電源相比是便宜的。雖然各種設計有所不同，然而典型的開關電源首先將輸入的60赫市電變換成20千赫左右頻率相當高的脈沖。在電流頻率增加的同時，電流由通稱脈寬調制的數字技術控制每個電源脈沖的寬度隨所加的計算機電路的需要而變化。脈沖的寬度通過采用電子技術使電流的通和斷加以控制，因此就有了這項技術的這個名稱。用為開關功能而設計的專用芯片與許多其他元件一起產生電流的通和斷。這里不再敘述和表示了。在此省略這種敘述是因為相信諸位對有關技藝已經熟知。脈沖的電壓由變壓器降壓，再由整流器和滬波器轉換成純直流。
開關電源用兩種方式帶來高效率和低價格，開關調整是非常有效的，因為只有很少的功率轉變成熱。開關調整器將全部電流接通或斷開并不消耗能量。此外，高的頻率只需要較小的、并且不太貴的變壓器和滬波電路。幾乎當今所有的個人計算機都使用開關電源。
在一般的開關電源中，如上所述，電壓是否要加到計算機的工作元件上是通過接通和斷開市電來實行控制的。在美國，市電是110V，60HE的交流電。對一個可能的使用者的危險和諸如保險實驗室(Underwrters Laboratories)這些團體推行的安全條例都是個人計算機設計者所熟知的。
按照本發(fā)明，此電源包括一個可以控制的元件，用于通過控制脈寬調制器的“on”或“off”狀態(tài)使數據處理和存貯元件供電的開始和截止對低電壓直流電信號的存在和不存在作出響應;和一個與可控元件和交流市電有效連接的信號產生電路，用于從市電產生一個傳送到所述的可控元件的可控低壓直流信號。由于這種內部連接，一個計算機使用者通過控制將從信號產生電路的一個低壓直流信號加到可控元件來控制數據處理和存貯元件通電。在圖示的具體實施例中，可控元件是脈寬調制器控制電路(上文中提到過，在圖4中標為91)，它可以是普通的從莫托羅拉(Motorola)買得到的SG 1525A/1527A系列。信號產生電路包括一些元件，其中有一個比較器92和將信號加到比較器去的第一和第二信號電路。
比較器92接收來自第一信號電路的一個低壓直流參考信號，該信號由適當的小變壓器96將市電變換和整流后加到分壓器94、95上，經分壓器分壓后形成。比較器92還接收一個在第一電壓和第二電壓(高壓)之間變化的受控低壓啟動/截止信號。此啟動/截止信號是由電阻98和一個與之相連的齊納二極管99構成的穩(wěn)壓分壓電路產生的，與二極管連接的還有一個開關形成的電流泄放裝置，用來使電阻與二極管之間的連接點可通過開關接地，該開關裝置工作于一個與市電電壓(典型值約為100V或更高)不同的低的邏輯電平電壓(典型值為5V)上。該開關裝置可以是手工操作開關100的形式或是是計算機邏輯操作開關101的形式。在任何一種情況中，開關100或101的作用是選擇啟動/截止信號是第一還是第二電壓。根據所加信號電壓的不同，比較器92或者向前傳送一個信號到控制電路91的一個“關閉”或“禁止”管腳上，或者并不傳送信號出去，因而控制了計算機數據處理和存貯元件供電。計算機邏輯操作開關101比如可以與遠距離通信設備聯(lián)合從而遙控計算機10的電源接通與電源斷開狀態(tài)。
應該注意到，控制是次級或者輸出端進行的，而脈寬調制器是接在電源變壓器的初級的，所以使用者與危險電壓是隔離的。
正如所了解的那樣，計算機10的使用者通過操作手動開關100就可以接通或斷開電路，從而避免了暴露于電力公司提供的高壓下使用計算機。在附圖和詳細說明中已經陳述了本發(fā)明的一個具體實例，雖然使用了一些專門的術語，但是用這些術語作出的說明只是一般的意義并不是為了限制本發(fā)明。
權利要求
1.一個微計算機包括電子數據處理和存貯元件，用來處理和存貯數據；一個脈寬調制開關電源，與交流市電相連，用來向所述的數據處理和存貯元件提供直流電源以便使它們能工作，所述的微計算機其特征為所述直流電源包括一個可控元件，根據低壓直流信號存在和不存在對所述數據處理和存貯元件供電或不供電；一個與所述可控元件和交流市電有效地連接的信號產生電路，用于從市電取得一個傳送到所述可控元件的可控低壓直流信號，從而使一個微機使用者通過控制從所述信號產生電路加到所述可控元件的所述低壓直流信號可以控制數據處理和存貯元件的通電。
2.按照權利要求1的一個微計算機，其特征為所述的可控元件包括一個脈寬調制器控制電路。
3.按照權利要求1的微計算機，其特征為所述的信號產生電路包括一個比較器、一個將一低壓直流參考信號如到比較器上的第一信號電路、和一個將一在第一電壓和第二電壓(高電壓)之間變化的低壓啟動/截止信號可控地加到比較器上的可控第二信號電路;當所述的比較器加上所述的參考信號和所述的具有所述第一電壓值的啟動/截止信號時，比較器將所述的最初提到的信號傳送到所述可控元件，
4.按照權利要求3的一個微計算機，其特征為所述第一信號電路包括一個產生予選的電壓電平作為所述參考信號的分壓器。
5.按照權利要求3的一個微計算機，其特征為所述第二信號電路包括一個產生予選的、穩(wěn)壓的電平的穩(wěn)壓分壓器和電流泄放設備，用來產生所述的啟動/截止信號。
6.按照權利要求5的一個微計算機，其特征為所述的第二信號電路包括一個手動操作開關，用來選擇第一或第二電壓，作為啟動/截止信號，從而控制了傳送到所述數據處理和存貯元件的電源。
7.按照權利要求5的一個微計算機，其特征為所述的第二信號電路包括一個計算機邏輯操作的開關，用來選擇第一或第二電壓，作為啟動/截止信號，從而控制了傳送到所述數據處理和存貯元件的電源。
8.一個微計算機包括電子數據處理和存貯元件，用于處理和存貯數據，一個脈寬調制開關電源，用于連接交流市電并向所述的數據處理和存貯元件提供直流電源以便使它們工作。所述的微計算機的特征為所述直流電源包括一個可控的脈寬調制器，它根據低壓直流信號存在和不存在對所述的數據處理和存貯元件供電和不供電，一個與所述可控元件和交流市電有效地連接的信號產生電路，用于從市電取得一個傳送到所述可控元件的低壓直流信號，所述信號產生電路包括一個比較器、一個將一低壓直流參考信號加到比較器上的第一信號電路、和一個將一或是第一電壓或是第二電壓(高電壓)的低壓啟動/截止信號可控地加到比較器上的可控第二信號電路;當所述的比較器加上所述參考信號和所述具有所述第一電壓值的啟動/截止信號時，比較器將所述的最初提到的信號傳送到所述可控元件。從而一個微機使用者通過控制由所述信號產生電路加到所述可控元件的所述低壓直流信號可以控制所述電子數據處理和存貯元件的通電。
9.按照權利要求8的一個微計算機，其特征為所述第二信號電路包括一個產生予選的、穩(wěn)壓的電平的穩(wěn)壓分壓器和電流泄放裝置，用來產生所述的啟動/截止信號，以及一個手動操作開關用于選擇第一或第二電壓作為啟動/截止信號，從而控制了傳送到所述電子數據處理和存貯元件的電源。
10.一個具有高速系統(tǒng)處理器的個人計算機系統(tǒng)，它與為在低速系統(tǒng)處理器上執(zhí)行而設計的應用程序和操作系統(tǒng)軟件相兼容，所述的個人計算機系統(tǒng)包括一個具有實工作模式和保護工作模式并與高速數據總線相連的高速微處理器;與一個低速數據總線有電連接的非易失的存儲器;一個在高速數據總線和低速數據總線之間提供通訊的總線控制器;對高速數據總線響應的易失存儲器;與所述易失存儲器和所述非易失存儲器相連的一個存儲器控制器，所述存儲器控制器在所述的易失存儲器和所述高速微處理器之間調整通訊;一個脈寬調制開關電源，用來連接交流市電并向所述的數據處理和存貯元件提供直流電源以便使它們能工作，所述的微計算機其特征為所述直流電源包括一個可控的脈寬調制器，它根據低壓直流信號存在或不存在對所述的數據處理和存貯元件進行或不進行供電，一個與所述可控元件和交流市電有效地連接的信號產生電路，用于從市電取得一個傳送到所述可控元件的低壓直流信號，所述信號產生電路包括一個比較器;一個將一低壓直流參考信號加到比較器上的第一信號電路和一個將一個或是第一電壓或是第二電壓(高電壓)的低壓啟動/截止信號可控地加到比較器上的可控第二信號電路;當所述的比較器加上所述參考信號和所述具有所述第一電壓值的啟動/截止信號時，比較器將所述的最初提到的信號傳送到所述可控元件，從而一個微機使用者通過控制從所述信號產生電路加到所述可控元件的所述低壓直流信號可以控制所述電子數據處理和存貯元件的通電。
全文摘要
本發(fā)明與個人計算機有關，尤其與為處理和存貯數字數據的電子元件供電的個人計算機電源有關。該電源具有一個可控元件，它根據一個低壓直流信號的存在或不存在對數據處理和存貯元件進行或不進行供電；和一個與可控元件和交流市電有效地連接的信號產生電路，用于從市電取得一個傳送到可控元件的低壓直流信號，從而一個微機使用者通過控制從信號產生電路加到可控元件的低壓直流信號可以控制數據處理和存貯元件的通電。
文檔編號G06F15/78GK1057529SQ9110312
公開日1992年1月1日 申請日期1991年5月14日 優(yōu)先權日1990年6月14日
發(fā)明者羅格爾·朗愣茨·考克斯, 米歇爾·約瑟夫·蒂勞葉, 羅伯特·李·瑪亞斯 申請人:國際商業(yè)機器公司