專利名稱：帶有本地負(fù)載線的供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及開關(guān)電源供電系統(tǒng)，特別涉及帶有負(fù)載線的開關(guān)電源供電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中，如何為各種電路板卡上的不同處理器，如圖形卡上的圖形處理器(GPU)或主板上的中央處理器(CPU)等進(jìn)行供電是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。在現(xiàn)有技術(shù)中通常使用電壓調(diào)節(jié)器(VR)用于將計(jì)算機(jī)的電源電壓轉(zhuǎn)化為各個(gè)處理器所需的電壓為處理器進(jìn)行供電。負(fù)載線電源是一種常見的供電電源方式，其原理如圖l所示。圖la示出了負(fù)載線電源為GPU供電的電路圖，圖中的Vl為一恒壓源，在恒壓源Vl的輸出端串聯(lián)一負(fù)載線電阻R1， GPU為工作負(fù)載。根據(jù)圖la的電路，輸出到GPU上的電壓Vout與GPU上的負(fù)載電流Iout之間的關(guān)系如圖lb所示。由于具有負(fù)載線電阻Rl，當(dāng)GPU的工作負(fù)載增大時(shí)，其負(fù)載電流lout也會(huì)隨之增大，例如從L增大到I2。由于VI是恒壓源，因此負(fù)載線電阻Rl上的壓降也會(huì)隨之增大，從而使得輸入到GPU上的電壓Vout減小，即從仏較小到U2。因此，如圖lb所示，作為負(fù)載的GPU所獲得的供電電壓將隨著GPU上的負(fù)載電流的增大而減小。負(fù)載線電阻R1的大小即為Vout隨lout變化的曲線斜率，即Rl = AU/AI。在實(shí)際應(yīng)用中，負(fù)載線電阻R1的大小通常為毫歐的量級(jí)，例如lmQ。這種負(fù)載線供電帶來的好處是由于電源輸出的電壓隨著負(fù)載電流的增大而降低，這就會(huì)降低電源在高負(fù)載工況下的功率，從而降低電源的功耗。此外，在沒有負(fù)載線的供電電路中，在負(fù)載啟動(dòng)或關(guān)閉的瞬間負(fù)載上的電流lout會(huì)立即發(fā)生跳變，例如在^和t2時(shí)刻發(fā)生的跳變，這會(huì)導(dǎo)致輸出電壓在負(fù)載電流跳變的瞬間產(chǎn)生尖峰噪聲，如圖2所示。而負(fù)載線電路由于輸出電壓Vout隨著電流的增大而減小，因此可以降低這種交流峰_峰噪聲。 常見的開關(guān)電源中帶有脈寬調(diào)制電路(P麗)，為了使開關(guān)電源能實(shí)現(xiàn)帶有負(fù)載線的輸出電壓特性，P麗電路需要通過感測(cè)開關(guān)電源的輸出電感或是下M0S上的壓降而獲知輸出電流的大小，從而獲知輸出電流與負(fù)載之間的關(guān)系，并根據(jù)該關(guān)系調(diào)整輸出電壓與輸出電流之間的關(guān)系，最終達(dá)到所需的負(fù)載線效果。然而，低端的P麗電路不具有感測(cè)輸出電流大小的管腳，因此無法感測(cè)輸出電流，從而無法使開關(guān)電源具有負(fù)載線的輸出電壓特性。因此，需要為這種不具電流感測(cè)功能的低端P麗設(shè)計(jì)一種供電系統(tǒng)，使其能實(shí)現(xiàn)帶有負(fù)載線的輸出電壓特性。
實(shí)用新型內(nèi)容在實(shí)用新型內(nèi)容部分中引入了一系列簡(jiǎn)化形式的概念，這將在具體實(shí)施方式
部分中進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實(shí)用新型的實(shí)用新型內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。 根據(jù)本實(shí)用新型，提供了一種帶有本地負(fù)載線的供電系統(tǒng)，所述供電系統(tǒng)包含電源，所述電源具有一供電輸出端口，用于輸出供電電壓為負(fù)載進(jìn)行供電，并具有一恒定電壓輸出端；負(fù)載線電阻，連接在所述電源的供電輸出端口和負(fù)載之間；交流響應(yīng)感測(cè)單元，連接在所述電源的恒定電壓輸出端和負(fù)載的供電電壓輸入感測(cè)端之間，用于感測(cè)提供給負(fù)載的交流電壓響應(yīng)；以及直流響應(yīng)感測(cè)單元，連接在所述電源的恒定電壓輸出端和所述電源的供電輸出端口之間，用于感測(cè)所述電源輸出電壓的直流響應(yīng)。 根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，所述負(fù)載線電阻為電路板寄生電阻，其阻值大小是可變的，例如為lmQ。 其他特征和實(shí)施方式將在下文中進(jìn)行描述。
本實(shí)用新型的下列附圖在此作為本實(shí)用新型的一部分用于理解本實(shí)用新型。附圖中示出了本實(shí)用新型的實(shí)施例及其描述，用來解釋本實(shí)用新型的原理。在附圖中，[0009] 圖la和圖lb示出了負(fù)載線供電電路的原理圖； 圖2示出了不具有負(fù)載線的供電電路的輸出電壓與負(fù)載電流隨時(shí)間變化的波形圖； 圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型的第一實(shí)施方式的帶有負(fù)載線的供電系統(tǒng)電路圖；[0012] 圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型的第一實(shí)施方式的供電電路的輸出電壓與負(fù)載電流隨時(shí)間變化的波形圖； 圖5示出了根據(jù)本實(shí)用新型的第二實(shí)施方式的帶有負(fù)載線的供電系統(tǒng)電路圖；[0014] 圖6示出了根據(jù)本實(shí)用新型的第二實(shí)施方式的供電電路的輸出電壓與負(fù)載電流隨時(shí)間變化的波形圖； 圖7示出了根據(jù)本實(shí)用新型的第三實(shí)施方式的帶有負(fù)載線的供電系統(tǒng)電路圖。
具體實(shí)施方式
在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本實(shí)用新型更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本實(shí)用新型可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本實(shí)用新型發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。 圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型的第一實(shí)施方式的帶有負(fù)載線的電路圖。如圖3所示，開關(guān)電源300用于輸出負(fù)載電路所需的電壓從而為負(fù)載電路進(jìn)行供電，在實(shí)施例中負(fù)載電路為GPU 302。開關(guān)電源300中包含脈寬調(diào)制電路(P麗)301，脈寬調(diào)制電路301接收在開關(guān)電源300外部采集到的流經(jīng)GPU 302的負(fù)載電流信號(hào)，并經(jīng)過開關(guān)電源300內(nèi)部的運(yùn)放電路進(jìn)行反饋，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓Vout的調(diào)節(jié)。在本實(shí)施方式中的脈寬調(diào)制電路301不具有檢測(cè)GPU 302的負(fù)載電流的功能。開關(guān)電源300在端口 FB輸出動(dòng)態(tài)恒定的電壓，在端口 SPout輸出用于為負(fù)載GPU 302供電的電壓，該電壓經(jīng)過負(fù)載線電阻R1后通過GPU 302的Vout端口輸入到GPU 302中為其供電。電容C3和電阻R3串聯(lián)連接所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)連接在端口 Spout和端口 FB之間，用來感測(cè)開關(guān)電源300從Spout端口輸出的交流電壓，從而得到交流瞬態(tài)響應(yīng)。電阻Rt設(shè)置在恒壓輸出端口 FB和開關(guān)電源300的輸出端口 Spout之間，用來感測(cè)從開關(guān)電源300輸出的直流電壓，從而獲得直流響應(yīng)。電容C2與電阻R2串聯(lián)后再與電容C1并聯(lián)，所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)連接在恒壓輸出端FB和開關(guān)電源300內(nèi)部的比較器輸入端comp之間，用來防止脈寬調(diào)制電路301發(fā)生自激振蕩。在該實(shí)施方式中，負(fù)載線電阻Rl連接在開關(guān)電源300的輸出端口 SPout和GPU 302的供電端口 Vout之間，這里的負(fù)載線電阻R1采用了電路板上的寄生直流電阻R1作為負(fù)載線，而無須單獨(dú)設(shè)置負(fù)載線電阻。這樣，就利用電路板上的寄生電阻實(shí)現(xiàn)了帶有本地負(fù)載線的開關(guān)電源。 根據(jù)該實(shí)施方式的開關(guān)電源的輸出電壓與負(fù)載電流隨時(shí)間變化的波形圖如圖4所示，其中l(wèi)out表示流經(jīng)作為負(fù)載的GPU 302的負(fù)載電流，Vout為GPU 302的供電電壓。從圖4中可以看到，由于具有了負(fù)載線Rl，因此GPU 302的供電電壓會(huì)隨著負(fù)載電流lout的增大而減小，當(dāng)負(fù)載電流lout在tl時(shí)刻瞬間增大時(shí)，Vout會(huì)由于負(fù)載線Rl的分壓作用而減小。同理，當(dāng)負(fù)載電流和t2時(shí)刻發(fā)生跳變時(shí)，Vout會(huì)由于負(fù)載線Rl的分壓作用而增大。因此消除了如圖2所示的尖峰噪聲。 然而，根據(jù)圖3所示的電路，R3和C3網(wǎng)絡(luò)感測(cè)的是開關(guān)電源300直接輸出的電壓，而非實(shí)際輸入到負(fù)載GPU 302上的供電電壓，因此在圖4所示的Vout波形中，在^和t2時(shí)刻電壓Vout跟隨負(fù)載電流lout的變化會(huì)略有滯后的現(xiàn)象，在A點(diǎn)和B點(diǎn)處仍會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很小的尖峰噪聲。為了消除這一噪聲，對(duì)圖3所示的電路進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的電路如圖5所示。 圖5示出了根據(jù)本實(shí)用新型的第二實(shí)施方式的帶有負(fù)載線的電路圖。在圖5所示的電路中，R3和C3構(gòu)成的交流感測(cè)網(wǎng)絡(luò)直接測(cè)量GPU 502的供電電壓。GPU 502帶有一輸出端口 Vout sense，該端口在GPU 502的內(nèi)部與GPU 502的供電端口 Vout直接連通，因此Vout sense端口輸出的即為實(shí)時(shí)供應(yīng)給GPU 502的電壓。R3和C3構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)因此可以得到及時(shí)快速的供電電壓交流瞬態(tài)響應(yīng)。 圖6示出了根據(jù)圖5所示的第二實(shí)施方式的供電電路的輸出電壓與負(fù)載電流隨時(shí)間變化的波形圖。如圖6所示，由于負(fù)載供電電壓Vout較第一實(shí)施方式可以更為及時(shí)的響應(yīng)負(fù)載電流lout的變化，因此消除了圖4中在負(fù)載電流lout跳變的時(shí)刻^和t2處Vout產(chǎn)生的尖峰噪聲。 圖7示出了根據(jù)本實(shí)用新型的第三實(shí)施方式的帶有負(fù)載線的電路圖。由于負(fù)載線電阻Rl取自電路板上的寄生電阻，因此可以根據(jù)開關(guān)電源和負(fù)載的不同需要選擇不同大小的Rl，即，即Rl設(shè)置為阻值可調(diào)節(jié)的電阻。如圖7所示，用于感測(cè)輸出電壓直流響應(yīng)的電阻Rt連接在恒壓輸出端FB和負(fù)載線電阻Rl的可變端之間。這樣，負(fù)載線Rl的電阻阻值可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇和調(diào)節(jié)。在一個(gè)實(shí)施方式中，負(fù)載線R1的電阻值例如為lmQ。[0023] 本實(shí)用新型的上述具體實(shí)施例在此用于描述本實(shí)用新型，而非意在將窮盡本實(shí)用新型或?qū)⒈緦?shí)用新型限制在這里所披露的某些具體的實(shí)施方式上。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以明白的是，根據(jù)本實(shí)用新型的教導(dǎo)可以有多種變型或改變。例如，開關(guān)電源所供電的負(fù)載不限于實(shí)施方式中所示的GPU，還可以是中央處理單元(CPU)或其他元件。選擇這些實(shí)施例只是為了更好地解釋本實(shí)用新型的原理及其實(shí)際應(yīng)用，由此使得本領(lǐng)域其他技術(shù)人員可以更好地利用本實(shí)用新型?？梢栽O(shè)想，具有各種變化形式的各種實(shí)施例都是適合于這一應(yīng)用的。本實(shí)用新型的范圍由附屬的權(quán)利要求及其等效物所限定。
權(quán)利要求一種帶有本地負(fù)載線的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述供電系統(tǒng)包含電源，所述電源具有一供電輸出端口，用于輸出供電電壓為負(fù)載進(jìn)行供電，并具有一恒定電壓輸出端；負(fù)載線電阻，連接在所述電源的供電輸出端口和負(fù)載之間；交流響應(yīng)感測(cè)單元，連接在所述電源的恒定電壓輸出端和負(fù)載的供電電壓輸入感測(cè)端之間，用于感測(cè)提供給負(fù)載的交流電壓響應(yīng)；直流響應(yīng)感測(cè)單元，連接在所述電源的恒定電壓輸出端和所述電源的供電輸出端口之間，用于感測(cè)所述電源輸出電壓的直流響應(yīng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)載線電阻為電路板寄生電阻。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)載線電阻的阻值大小是可變的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)載線電阻的阻值大小為lmQ。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述交流響應(yīng)感測(cè)單元由串聯(lián)連接 的第一電阻和第一電容構(gòu)成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述直流響應(yīng)感測(cè)單元由第二電阻 構(gòu)成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述電源中包含脈寬調(diào)制電路。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述供電系統(tǒng)還包括用于消除所述 脈寬調(diào)制電路自激振蕩的網(wǎng)絡(luò)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)載為圖形處理單元或中央處 理單元。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種帶有本地負(fù)載線的供電系統(tǒng)，所述供電系統(tǒng)包含電源，所述電源具有一供電輸出端口，用于輸出供電電壓為負(fù)載進(jìn)行供電，并具有一恒定電壓輸出端；負(fù)載線電阻，連接在所述電源的供電輸出端口和負(fù)載之間；交流響應(yīng)感測(cè)單元，連接在所述電源的恒定電壓輸出端和負(fù)載的供電電壓輸入感測(cè)端之間，用于感測(cè)提供給負(fù)載的交流電壓響應(yīng)；以及直流響應(yīng)感測(cè)單元，連接在所述電源的恒定電壓輸出端和所述電源的供電輸出端口之間，用于感測(cè)所述電源輸出電壓的直流響應(yīng)。根據(jù)本實(shí)用新型的這種供電系統(tǒng)可以為不具電流感測(cè)功能的低端PWM提供實(shí)現(xiàn)帶有負(fù)載線的輸出電壓特性。
文檔編號(hào)H02M5/00GK201438290SQ20092016435
公開日2010年4月14日 申請(qǐng)日期2009年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月1日
發(fā)明者徐爽 申請(qǐng)人:輝達(dá)公司