TWI411911B - Improve the standby power consumption of the power circuit - Google Patents

Description

改善待機耗能的電源電路

一種改善待機耗能的電源電路，特別是透過一電源啟閉訊號決定是否連接一虛擬負載，而在待機狀態下避免虛擬負載消耗功率的電源。

現今使用於電腦中的電源供應器普遍的支援ATX主機板架構，ATX主機板架構在電源上的改革在於電腦的開機按鈕不直接連接電源供應器，而是將該開機按鈕接到主機板上，再由主機板喚醒待機中的電源供應器，使該電源供應器提供電腦配備所需的運作電力，更進一步的，ATX主機板架構可實現遠端開/關機（Remote ON/OFF）的功能。為了要配合ATX主機板架構，電源供應器必需在電腦未開機時提供一常備電力供應電源供應器本體以及主機板處於待機狀態，當開機按鈕或遠端開機訊號觸發該主機板時，該主機板再透過一電源啟動訊號（Ps on/off訊號）觸發該電源供應器供應一主輸出電力，以驅動電腦所有配備運作。為了達到此功能，支援ATX主機板架構的電源供應器都具備了提供該常備電力的一常備電力系統以及提供該主輸出電力的主電力系統，令該電源供應器取得外部電力後即輸出該常備電力。

而該電源供應器的更具體運作如圖1所示，該電源供應器大致上包含一濾波單元11、一整流單元12、一常備電力系統2、一功因校正電路3、一主電力系統4。其中該濾波單元11連接一電力源8取得一輸入電力，該常備電力系統2取得經過濾波與整流後的輸入電力，並經過轉換而輸出一常備電力91。另一方面，在該整流單元12後端另連接該功因校正電路3取得濾波與整流後的輸入電力，該功因校正電路3透過改變電流與電壓的波形而改善電力的功率因數，經過該功因校正電路3後輸出之電力定義為一調變電力，該調變電力直接導入該主電力系統4以轉換為一主輸出電力93。然而，該功因校正電路3與該主電力系統4還需受一控制單元5所驅動（也有可能是功因校正電路3與主電力系統4分別具有獨立的控制單元），而控制單元5包含了微控制晶片或可程式化編碼器的數位元件作為控制、驅動用途，而該些數位元件必須取得偏壓電力才可運作，因此該控制單元5是否啟動取決於是否取得該常備電力91以及是否受一電源啟動訊號92（Ps on/off訊號）觸發啟動。該控制單元5尚未啟動時，該功因校正電路3與該主電力系統4無法啟動，形成該主電力系統4停止運作、僅常備電力系統2運作的待機狀態。在使用者按下電腦主機上的開機按鈕後，會產生一電訊號至該電腦主機內的主機板，該主機板再產生一電源啟動訊號92（Ps on/off訊號）送至電源供應器中以觸發該控制單元5，此時該控制單元5則需要取得該常備電力91而啟動，進一步驅動該功因校正電路3與主電力系統4運作。

然而常備電力系統2在待機狀態中若無任何負載，在該控制單元5啟動時，對該常備電力系統2而言瞬間增加負載，在該常備電力系統2尚未調整輸出功率之前，造成控制單元5取得的電壓過低，可能造成控制單元5無法啟動。為了確保所有依靠該常備電力91運作的數位元件可正常啟動，該常備電力系統2的輸出端併接了一虛擬負載6，透過該虛擬負載6常態的提高該常備電力系統2的電流，因此該控制單元5啟動時所造成的電壓下降不致於影響控制單元5的啟動。但，常態的連接該虛擬負載6造成常態的功率虛耗。現今各廠牌電源供應器不斷朝節能的方向努力，並且電源供應器除了要通過「80PLUS」的認證以外，更細分為「80PLUS」金、銀、銅多個等級。因此，前述虛擬負載6常態耗能的情況必須改善，以達到節能的目的。

由於習知電源供應器中必須應用虛擬負載確保控制單元與主電力系統啟動順利，但同時帶來造成常態耗能的缺點。本案的目的在於確保該控制單元與主電力系統順利啟動的前提下，改善該虛擬負載常態耗能的問題。

本案為一種改善待機耗能的電源電路，係定義一電源供應器具有一主電力系統以及一常備電力系統，其中該常備電力系統取得一輸入電力後即輸出一常備電力。而該主電力系統是否運作則受控於一控制單元，該控制單元必須連接該常備電力系統的輸出端取得常備電力以獲得所需功率，且該控制單元需接收一電源啟閉訊號而觸發啟動，該控制單元啟動後才可控制該主電力系統供應一主輸出電力。而該電源供應器更包括一開關單元，該開關單元之兩端分別連接輸出該常備電力的電力線路以及一虛擬負載，並且該開關單元的導通與否受控於該電源啟閉訊號，該開關單元在未受該電源啟閉訊號觸發的電源待機狀態下呈截止狀態，該開關單元在受該電源啟閉訊號觸發後導通，令該虛擬負載與該常備電力系統電性連接。

因此，在該電源供應器處於待機狀態時，在該電腦主機關機（電源供應器待機狀態）時，該開關單元截止令該常備電力系統與該虛擬負載之間視同獨立、未連接之狀態，因此該虛擬負載不會造成任何損耗。該電腦主機開機（電源供應器完全啟動）時，該開關單元導通，使該虛擬負載電性連接於該常備電力系統，達到確保再啟動時電壓足以供應控制單元啟動的目的。並且再次關機時，該開關單元再次截止以分離該虛擬負載與常備電力系統，而達到節能的目的。

請參閱圖2，本案為一種改善待機耗能的電源電路，係用於支援ATX主機板架構的一電源供應器，該電源供應器包括了一濾波單元11、一整流單元12、一常備電力系統2、一功因校正電路3、一主電力系統4以及一控制單元5。其中該濾波單元11連接一電力源8而取得一輸入電力並濾波，該輸入電力經過該濾波單元11後再經過該整流單元12將其轉換為直流電形態。該常備電力系統2取得經過整流後的輸入電力，該常備電力系統2係常態的將該輸入電力調變轉換為一常備電力91，該常備電力91係用於供應該電源供應器以及其所驅動的電腦主機板（圖中未示）處於待機狀態，並且可接受遠端開/關機（Remote on/off）的命令而啟動該電腦主機板（圖中未示）以及該電源供應器所連接的電腦配備（圖中未示）進入工作狀態。該電源供應器中亦包含了許多數位元件（如積體電路等元件）需要利用該常備電力91提供偏壓電壓，其中需要該常備電力91提供偏壓電壓的包括該控制單元5，該控制單元5至少用於控制該主電力系統4，該控制單元5亦可一併控制該功因校正電路3，或者該功因校正電路3可具有獨立的控制電路，但該功因校正電路3是否獨立控制並非本案的重點，並且該功因校正電路3是否具有獨立的控制電路都可適用本案的技術特徵，因此在圖2中所示係利用該控制單元5同時電性連接該主電力系統4與該功因校正電路3作為示意之態樣。該功因校正電路3同樣連接整流單元12後端而取得直流的電力，該功因校正電路3則透過改變電流與電壓的波形而改善電力的功率因數，經過該功因校正電路3後輸出之電力定義為一調變電力，該調變電力直接導入該主電力系統4以轉換為一主輸出電力93。然而，在電源供應器與電腦主機板處於待機狀態時，該控制單元5尚未啟動，因此該功因校正電路3與該主電力系統4亦無法運作，無法產生該主輸出電力93供應電腦主機板（圖中未示）以及其他電腦配備（圖中未示）工作所需功率。當電腦的開機按鈕被按下後將產生一電訊號觸發該電腦主機板（圖中未示），該電腦主機板（圖中未示）則產生一電源啟閉訊號92（Ps on/off），當該控制單元5取得該常備電力91時受該電源啟閉訊號92觸發才可啟動，進一步由該控制單元5驅動該功因校正電路3與主電力系統4工作，該主電力系統4輸出的主輸出電力93即驅動複數電腦配備運作。然而，為了確保該控制單元5啟動時不會發生電壓不足的問題，該常備電力系統2連接了一開關單元7，該開關單元7之兩端分別連接輸出該常備電力91的電力線路以及一虛擬負載6，並且該開關單元7的導通與否受控於該電源啟閉訊號92，該開關單元7在未受該電源啟閉訊號92觸發的電源待機狀態下呈截止狀態，該開關單元7在受該電源啟閉訊號92觸發後導通令該常備電力系統2與該虛擬負載6電性連接。因此，在該電源供應器處於待機狀態時，在該電腦主機關機（電源供應器待機狀態）時，該開關單元7截止令該常備電力系統2與該虛擬負載6之間視同獨立、未連接之狀態，因此該虛擬負載6不會造成任何損耗。該電腦主機開機（電源供應器完全啟動）時，該開關單元7導通，使該虛擬負載6電性連接於該常備電力系統2，達到確保在啟動時電壓足以供應控制單元5啟動的目的。並且再次關機時，該開關單元7再次截止以分離該虛擬負載6與常備電力系統2，而達到節能的目的。

請參閱圖3，圖3所示為該虛擬負載6與該開關單元7的一可實施的範例，其中，該常備電力系統2輸出該常備電力91的電力線路上可連接一金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）70，而該金屬氧化物半導體場效電晶體70的汲極（drain）與源極（source）分別連接於輸出該常備電力91的電力線路以及該虛擬負載6。而該虛擬負載6則利用複數電阻器61並聯形成一電阻性負載，並且該複數電阻器61連接一接地點62。該金屬氧化物半導體場效電晶體70的閘極（gate）則導接該電源啟閉訊號92，且讓該電源啟閉訊號92觸發該控制單元5啟動時，同步令該金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）70導通（on）。反之，在關閉該控制單元5時同步令該金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）70截止（off）。藉此可確保該電源供應器在待機狀態時，該虛擬負載6不會消耗任何功率，達到節能的效果。

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，而所作之些許更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明中，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。

綜上所述，本發明較習知之創作增進上述功效，應已充分符合新穎性及進步性之法定創新專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便。

11‧‧‧濾波單元

12‧‧‧整流單元

2‧‧‧常備電力系統

3‧‧‧功因校正電路

4‧‧‧主電力系統

5‧‧‧控制單元

6‧‧‧虛擬負載

61‧‧‧電阻

62‧‧‧接地點

7‧‧‧開關單元

70‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體

8‧‧‧電力源

91‧‧‧常備電力

92‧‧‧電源啟閉訊號

93‧‧‧主輸出電力

圖1為習知電路之示意圖。

圖2為本案電路架構之示意圖。

圖3為該開關單元與虛擬負載的實施態樣示意圖。

11‧‧‧濾波單元

12‧‧‧整流單元

2‧‧‧常備電力系統

3‧‧‧功因校正電路

4‧‧‧主電力系統

5‧‧‧控制單元

6‧‧‧虛擬負載

7‧‧‧開關單元

8‧‧‧電力源

91‧‧‧常備電力

92‧‧‧電源啟閉訊號

93‧‧‧主輸出電力

Claims (4)

1. 一種改善待機耗能的電源電路，係定義一電源供應器具有一主電力系統以及一常備電力系統，該常備電力系統輸出一常備電力，一控制單元取得該常備電力並受一電源啟閉訊號觸發而驅動該主電力系統輸出一主輸出電力，其中該電源供應器之特徵在於：
   　　一開關單元之兩端分別連接輸出該常備電力的電力線路以及一虛擬負載，並且該開關單元的導通與否受控於該電源啟閉訊號，該開關單元在未受該電源啟閉訊號觸發的電源待機狀態下呈截止狀態，該開關單元在受該電源啟閉訊號觸發後導通令該常備電力系統與該虛擬負載電性連接。
2. 如申請專利範圍第1項所述的改善待機耗能的電源電路，其中該虛擬負載為一電阻性負載。
3. 如申請專利範圍第2項所述的改善待機耗能的電源電路，其中該虛擬負載為複數電阻器並聯而構成，並且該虛擬負載連接一接地點。
4. 如申請專利範圍第1項所述的改善待機耗能的電源電路，其中該開關單元為一金屬氧化物半導體場效電晶體。