TWI492471B - 多電源供電裝置 - Google Patents

Description

多電源供電裝置

本發明是有關於一種供電裝置，且特別是有關於一種多電源供電裝置。

可編程晶片因其可以編程調整的靈活性，於是在伺服器系統設計中被廣泛地應用，其中可編程晶片例如複雜可編程邏輯裝置(complex programmable logic device,CPLD)、場可編程閘陣列(field programmable gate array，FPGA)等。在傳統的設計中，可編程晶片的供電都是穩定且唯一的。但是隨著系統複雜程度的不斷增加，造成了可編程晶片可能有多個供電電源，且要在多個供電電源中進行選擇並切換一個作為供電電源。

本發明提供一種多電源供電裝置，可自動選擇多個電源供應單元所輸出的一個工作電壓。

本發明提出一種多電源供電裝置，包括用電單元、多個電源供應單元及多個開關單元。用電單元具有電源端及多個偵測端。這些偵測端分別接收多個電源就緒信號，用電單元依據這些電源就緒信號輸出多個電源控制信號。這些電源供應單元用以分別輸出多個工作電壓，並且這些電源供應單元於輸出這些工作電壓時對應地輸出這些電源就緒信號。這些開關單元耦接用電單元，以及分別耦接這些電源供應單元。當用電單元處於工作狀態且這些電源就緒信號其中之一為致能時，用電單元致能對應的電源控制信號，這些開關單元依據致能的電源控制信號傳送對應的工作電壓至用電單元。當用電單元處於工作狀態且部分的這些電源就緒信號為致能時，用電單元致能上述致能的電源就緒信號所對應的電源控制信號的其中之一，這些開關單元依據致能的電源控制信號傳送對應的工作電壓至用電單元。

在本發明之一實施例中，當用電單元未啟動且這些電源供應單元其中之一輸出工作電壓時，接收到工作電壓的開關單元輸出啟動電壓至用電單元。當用電單元未啟動且部分的這些電源供應單元輸出這些工作電壓時，接收到這些工作電壓的開關單元的其中之一輸出啟動電壓至用電單元。

在本發明之一實施例中，上述之開關單元包括開關及二極體。開關的第一端耦接對應的電源供應單元，開關的第二端耦接用電單元的電源端，開關的控制端接收對應的電源控制信號。二極體順向耦接於開關的第一端與第二端之間。當用電單元未啟動且這些電源供應單元其中之一輸出工作電壓時，這些開關單元中對應的二極體會順向導通，並依據工作電壓輸出一啟動電壓並傳送至用電單元的電源端，以使用電單元啟動進入工作狀態。當用電單元未啟動且部分的電源供應單元輸出這些工作電壓時，這些開關單元中的這些二極體中先接收到工作電壓者會順向導通，並依據所接收的工作電壓輸出該啟動電壓並傳送至用電單元的電源端，以使用電單元啟動進入工作狀態。當用電單元處於工作狀態且這些電源就緒信號其中之一為致能時，則致能對應的電源控制信號，以導通這些開關單元中對應的開關，並且透過導通的開關將工作電壓提供至用電單元的電源端。當用電單元處於工作狀態且部分的電源就緒信號為致能時，則對應地致能這些電源控制信號的其中之一，以導通這些開關單元中對應的開關，並且透過導通的開關將工作電壓提供至用電單元的電源端。

在本發明之一實施例中，當用電單元未啟動時，這些電源就緒信號全部禁能，這些開關全部斷開。

在本發明之一實施例中，當這些二極體其中之一順向導通時，其他的這些二極體全部截止。

在本發明之一實施例中，上述之啟動電壓小於工作電壓。

在本發明之一實施例中，上述之這些開關分別為一PMOS電晶體。

在本發明之一實施例中，上述之這些電源供應單元分別為多個電源供應器。

在本發明之一實施例中，上述之這些電源供應單元分別為多個電源轉換器。

在本發明之一實施例中，上述之用電單元為可編程晶片，並且上述之用電單元為複雜可編程邏輯裝置或場可編程閘陣列。

基於上述，本發明的多電源供電裝置，用電單元會依據電源就緒信號，自動選擇其中一個電源供應單元所輸出的工作電壓。在用電單元啟動之前，開關單元的其中之一會依據這些電源供應單元所輸出的一個工作電壓產生啟動電壓並傳送至用電單元。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

在現在，由於系統複雜程度的不斷增加，造成了一顆可編程晶片可能被多個主機板所共用，以致於可編程晶片可能要在多個電壓中進行選擇並切換工作電壓為其中一個電壓。在一個多主機板的系統中，在帶有可編程晶片的擴充卡同時被這些主機板使用時，由於這些主機板可能開啟其中一個或多個，並且開啟的主機板並非固定的，因此在應用可編程晶片的電路的設計需求為：在任何一塊主機板工作時，可編程晶片可以此主機板的電壓為工作電壓；在多個主機板同時工作時，可編程晶片以對應其中一個工作的主機板的電壓為工作電壓。

圖1為依據本發明一實施例的多電源供電裝置的系統示意圖。請參照圖1，多電源供電裝置100包括用電單元110、多個電源供應單元(如120_1、120_2、…等)及多個開關單元(如130_1、130_2、…等)。其中，用電單元110可以為可編程晶片，並且可以為複雜可編程邏輯裝置(CPLD)或場可編程閘陣列(FPGA)。電源供應單元120_1、120_2、…等輸出電壓(如V1、V2、…等)，並且於輸出電壓時輸出電源就緒信號(如PGD1、PGD2、…等)，其中電壓V1、V2、…等的電壓會大致相同。

用電單元110具有電源端PWD、多個偵測端(如PD1、PD2、…等)及多個輸出端(如O1、O2、…等)。電源端PWD用以接收工作電壓VCC，以使用電單元110工作。偵測端PD1、PD2、…等分別接收電源就緒信號PGD1、PGD2、…等，而用電單元110依據電源就緒信號PGD1、PGD2、…等分別於輸出端如O1、O2、…等輸出多個電源控制信號(如PCL1、PCL2、…等)。開關單元如130_1、130_2、…等耦接用電單元110，並且分別耦接電源供應單元120_1、120_2、…等。

當用電單元110處於工作狀態且這些電源就緒信號PGD1、PGD2、…等其中之一為致能時，用電單元110致能對應的電源控制信號(如PCL1、PCL2、…等)，開關單元130_1、130_2、…等則依據致能的電源控制信號(如PCL1、PCL2、…等)傳送對應的電壓(如V1、V2、…等)至用電單元110，以作為用電單元110的工作電壓VCC，其中工作電壓VCC約相等於電壓V1或V2。當用電單元110處於工作狀態且部分的電源就緒信號PGD1、PGD2、…等為致能時，用電單元110致能上述致能的電源就緒信號(如PGD1、PGD2、…等)所對應的電源控制信號(如PCL1、PCL2、…等)的其中之一，開關單元130_1、130_2、…等則依據致能的電源控制信號(如PCL1、PCL2、…等)傳送對應的電壓(如V1、V2、…等)至用電單元110，以作為用電單元110的工作電壓VCC。

舉例來說，當用電單元110處於工作狀態且電源供應單元120_1輸出電壓V1時，則電源就緒信號PGD1會致能。此時，用電單元110會致能電源控制信號PCL1，而開關單元130_1會依據致能的電源控制信號PCL1將電壓V1傳送至用電單元110的電源端PWD，以作為用電單元110的工作電壓VCC。當用電單元110處於工作狀態且電源供應單元120_1及120_2分別輸出電壓V1及V2時，則電源就緒信號PGD1及PGD2會致能。此時，用電單元110會致能電源控制信號PCL1及PCL2的其中之一，致使開關單元130_1及130_2的其中之一會依據致能的電源控制信號(PCL1或PCL2)將電壓(V1或V2)傳送至用電單元110的電源端PWD，以作為用電單元110的工作電壓VCC。

此外，當用電單元110未啟動且電源供應單元120_1、120_2、…等其中之一輸出電壓(如V1、V2、…等)時，接收到電壓(如V1、V2、…等)的開關單元(如130_1、130_2、…等)會依據所接收到的電壓(如V1、V2、…等)輸出啟動電壓VST並傳送至用電單元110，以啟動用電單元110。當用電單元110未啟動且部分的電源供應單元120_1、120_2、…等輸出電壓(如V1、V2、…等)時，接收到電壓(如V1、V2、…等)的開關單元(如130_1、130_2、…等)的其中之一會依據所接收到的電壓(如V1、V2、…等)輸出啟動電壓VST並傳送至用電單元110，以啟動用電單元110。其中，啟動電壓VST小於工作電壓VCC。

舉例來說，當用電單元110未啟動且電源供應單元120_1輸出待機電壓V1時，則開關單元130_1會依據機電壓V1輸出啟動電壓VST並傳送至用電單元110的電源端PWD，以啟動用電單元110。當用電單元110未啟動且電源供應單元120_1及120_2分別輸出電壓V1及V2時，則開關單元130_1及130_2的其中之一會依據電壓(V1或V2)輸出啟動電壓VST並傳送至用電單元110的電源端PWD，以啟動用電單元110，並且另一開關單元則不動作。

圖2為依據本發明一實施例的多電源供電裝置的電路示意圖。請參照圖1及圖2，在本實施例中，電源供應單元120_1、120_2、…等以電源供應器120_1、120_2、…等為例，但在其他實施例中，電源供應單元可以為電源轉換器。並且，開關單元130_1包括電晶體M1及二極體D1，開關單元130_2包括電晶體M2及二極體D2，其餘開關單元的結構相同於開關單元130_1及130_2，在此則不再贅述。而電晶體M1、M2、…等在此以PMOS電晶體為例，並且每一電晶體可視為一開關。

電晶體M1的源極(即第一端)耦接電源供應器120_1以接收電壓V1，電晶體M1的汲極(即第二端)耦接用電單元110的電源端PWD以輸出工作電壓VCC至用電單元110的電源端PWD，電晶體M1的閘極(即控制端)接收電源控制信號PCL1。二極體D1順向耦接於電晶體M1的汲極與源極之間，亦即二極體D1的陽極耦接電晶體M1的源極，二極體D1的陰極耦接電晶體M1的汲極。

電晶體M2的源極耦接電源供應器120_2以接收電壓V2，電晶體M2的汲極耦接用電單元110的電源端PWD以輸出工作電壓VCC至用電單元110的電源端PWD，電晶體M2的閘極接收電源控制信號PCL2。二極體D2順向耦接於電晶體M2的汲極與源極之間，亦即二極體D2的陽極耦接電晶體M2的源極，二極體D2的陰極耦接電晶體M2的汲極。其餘則以此類推，在此則不再贅述。

當電源供應器120_1、120_2、…等皆未開啟時，則代表所有的主機板皆未開啟。此時，電源供應器120_1、120_2、…等無法提供電壓V1、V2、…等，並且電源就緒信號PGD1、PGD2、…等會呈現禁能(例如為低電壓準位)，以致於電晶體M1、M2、…等會呈現未導通(即等同於開關斷開)及二極體D1、D2、…等會截止。由於電壓V1、V2、…等無法傳送至用電單元110的電源端PWD以作為工作電壓VCC，以及二極體D1、D2、…等無法依據電壓V1、V2、…等產生啟動電壓VST，因此用電單元110處於未啟動狀態。

當電源供應器120_1、120_2、…等其中之一開啟時，則表示對應的主機板被開啟。假設開啟的電源供應器為電則表示對應的主機板被開啟。假設開啟的電源供應器為電源供應器120_1，則電源供應器120_1會提供電壓V1，並且電源就緒信號PGD1會呈現致能(例如為高電壓準位)。此時，二極體D1會接收到順向偏壓而順向導通，並且將電壓V1會降低一個臨界電壓後傳送至用電單元110的電源端PWD作為啟動電壓VST，亦即二極體D1會依據電壓V1輸出啟動電壓VST，其中啟動電壓VST會小於電壓V1。

在用電單元110的電源端PWD在接收到啟動電壓VST或工作電壓VCC之前，用電單元110會呈現未啟動狀態，因此輸出端O1、O2、…等會呈現浮接狀態。由於電晶體M1、M2、…等的閘極的沒有接收任何電壓，以致於電晶體M1、M2、…等會呈現不導通(等同於開關斷開)。

在用電單元110的電源端PWD在接收到啟動電壓VST之後，用電單元110會處於工作狀態。由於電源就緒信號PGD1呈現致能，因此用電單元110會致能電源控制信號PCL1，亦即將電源控制信號PCL1由高電壓準位切換為低電壓準位。此時，電晶體M1的閘極的電壓會遠小於電晶體M1的源極的電壓，以致於電晶體M1會導通，並且將電壓V1傳送至用電單元110的電源端PWD作為工作電壓VCC，其中工作電壓VCC會約等於電壓V1。並且，由於工作電壓VCC會約等於電壓V1，因此二極體D1會因為順向偏壓不足而截止。

另一方面，當電源供應器120_1、120_2、…等其中二個以上開啟時，則表示對應的主機板被開啟。假設開啟的電源供應器為電源供應器120_1及120_2，則電源供應器120_1會提供電壓V1，電源供應器120_2會提供待機電壓V2，並且電源就緒信號PGD1及PGD2會呈現致能。此時，二極體D1及D2會接收到順向偏壓，並且二極體D1及D2中先接收到電壓(V1或V2)者會先導通，並且依據電壓(V1或V2)輸出啟動電壓VST至用電單元110的電源端PWD，而另一顆二極體則會即截止。由於二極體D1及D2為順向導通元件，藉此可避免電源供應器120_1及120_2之間相互連通，以避免出現電源反灌或不平衡的狀況。假設導通的二極體為二極體D2，因此會二極體D2依據電壓V2產生啟動電壓VST並傳送至用電單元110的電源端PWD。

在用電單元110的電源端PWD在接收到啟動電壓VST及工作電壓VCC之前，用電單元110會處於未啟動狀態，因此輸出端O1、O2、…等會呈現浮接狀態。由於電晶體M1、M2、…等的閘極的沒有接收任何電壓，以致於電晶體M1、M2、…等會呈現不導通。在用電單元110的電源端PWD在接收到啟動電壓VST之後，用電單元110會處於工作狀態。由於電源就緒信號PGD1及PGD2呈現致能，因此用電單元110會致能電源控制信號PCL1及PCL2其中之一，其中選擇的方式可以為依照順序或隨機，此可依據本領域通常知識者自行設計，且本發明不以此為限。在此假設致能電源控制信號PCL2，則電晶體M2會導通，並且將電壓V2傳送至用電單元110的電源端PWD作為工作電壓VCC，其中工作電壓VCC會約等於電壓V2。並且，由於工作電壓VCC會約等於電壓V2，因此二極體D1及D2會因為順向偏壓不足而截止。

綜上所述，本發明實施例的多電源供電裝置，在用電單元工作之前，先接收到電壓的二極體會導通，並透過導通的二極體輸出啟動電壓至用電單元以啟動用電單元。在用電單元處於工作狀態時，用電單元可依據電源供應器的電源就緒信號，自動選擇所接收的電壓作為工作電壓。並且，由於二極體會順向導通元件，藉此可避免電源供應器之間相互連通，進而避免出現電源反灌或不平衡的狀況。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。

100．．．多電源供電裝置

110．．．用電單元

130_1、130_2．．．開關單元

D1、D2．．．二極體

M1、M2．．．電晶體

O1、O2．．．輸出端

PCL1、PCL2．．．電源控制信號

PD1、PD2．．．偵測端

PGD1、PGD2．．．電源就緒信號

PWD．．．電源端

VCC．．．工作電壓

V1、V2．．．電壓

VST．．．啟動電壓

圖1為依據本發明一實施例的多電源供電裝置耦接多個電源供應器的系統示意圖。

圖2為依據本發明一實施例的多電源供電裝置的電路示意圖。

100．．．多電源供電裝置

110．．．用電單元

120_1、120_2．．．電源供應單元

130_1、130_2．．．開關單元

O1、O2．．．輸出端

PCL1、PCL2．．．電源控制信號

PD1、PD2．．．偵測端

PGD1、PGD2．．．電源就緒信號

PWD．．．電源端

VCC．．．工作電壓

V1、V2．．．電壓

VST．．．啟動電壓

Claims (9)

1. 一種多電源供電裝置，包括：一用電單元，具有一電源端及多個偵測端，該些偵測端分別接收多個電源就緒信號，該用電單元依據該些電源就緒信號輸出多個電源控制信號；多個電源供應單元，用以分別輸出多個工作電壓，並且該些電源供應單元於輸出該些工作電壓時對應地輸出該些電源就緒信號；以及多個開關單元，耦接該用電單元，以及分別耦接該些電源供應單元；其中，當該用電單元未啟動且該些電源供應單元其中之一輸出該工作電壓時，接收到該工作電壓的開關單元輸出一啟動電壓至該用電單元，使該用電單元啟動進入工作狀態，當該用電單元未啟動且部分的該些電源供應單元輸出該些工作電壓時，接收到該些工作電壓的該開關單元的其中之一輸出該啟動電壓至該用電單元；其中，當該用電單元處於工作狀態且該些電源就緒信號其中之一為致能時，該用電單元致能對應的電源控制信號，該些開關單元依據致能的電源控制信號傳送對應的工作電壓至該用電單元，當該用電單元處於工作狀態且部分的該些電源就緒信號為致能時，該用電單元致能上述致能的電源就緒信號所對應的電源控制信號的其中之一，該些開關單元依據致能的電源控制信號傳送對應的工作電壓至該用電單元。
2. 如申請專利範圍第1項所述之多電源供電裝置，其中每一該開關單元包括：一開關，該開關的第一端耦接對應的電源供應單元，該開關的第二端耦接該用電單元的該電源端，該開關的控制端接收對應的電源控制信號；以及一二極體，分別順向耦接於該開關的第一端與第二端之間；其中，當該用電單元未啟動且該些電源供應單元其中之一輸出該工作電壓時，該些開關單元中對應的二極體會順向導通，並依據該工作電壓輸出該啟動電壓並傳送至該用電單元的該電源端，以使該用電單元啟動進入工作狀態，當該用電單元未啟動且部分的該些電源供應單元輸出該些工作電壓時，該些開關單元中的該些二極體中先接收到工作電壓者會順向導通，並依據所接收的工作電壓輸出該啟動電壓並傳送至該用電單元的該電源端，以使該用電單元啟動進入工作狀態，當該用電單元處於工作狀態且該些電源就緒信號其中之一為致能時，則致能對應的電源控制信號，以導通該些開關單元中對應的開關，並且透過導通的開關將該工作電壓傳送至該用電單元的該電源端，當該用電單元處於工作狀態且部分的該些電源就緒信號為致能時，則對應地致能該些電源控制信號的其中之一，以導通該些開關單元中對應的開關，並且透過導通的開關將該工作電壓傳送至該用電單元的該電源端。
3. 如申請專利範圍第2項所述之多電源供電裝置，其 中當該用電單元未啟動時，該些電源就緒信號全部禁能，該些開關全部斷開。
4. 如申請專利範圍第2項所述之多電源供電裝置，其中當該些二極體其中之一順向導通時，其他的該些二極體全部截止。
5. 如申請專利範圍第1項所述之多電源供電裝置，其中該啟動電壓小於該工作電壓。
6. 如申請專利範圍第1項所述之多電源供電裝置，其中該些開關分別為一PMOS電晶體。
7. 如申請專利範圍第1項所述之多電源供電裝置，其中該些電源供應單元分別為多個電源供應器。
8. 如申請專利範圍第4項所述之多電源供電裝置，其中該些電源供應單元分別為多個電源轉換器。
9. 如申請專利範圍第1項所述之多電源供電裝置，其中該用電單元為一可編程晶片，並且該用電單元為一複雜可編程邏輯裝置或一場可編程閘陣列。