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TWI866431B - 可穩定關機時系統電力的電源供應裝置 - Google Patents

可穩定關機時系統電力的電源供應裝置 Download PDF

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Abstract

本發明的電源供應裝置用以對一電子裝置供應一主電力。微處理模組包括一監視條件，監視條件包括一第一監視電壓值及一第二監視電壓值。在電子裝置進入一關機程序，電源供應裝置的微處理模組依據監視條件中儲能元件放電至第一監視電壓值時，通知電子裝置卸載至少一連接介面的電能，以使主電力持續對電子裝置的系統負載供給電能。隨後，在儲能元件自第一監視電壓值放電至一第二監視電壓值時，微處理模組關閉主電力。

Description

可穩定關機時系統電力的電源供應裝置
本發明與電源供應裝置有關，特別是指一種可穩定關機時系統電力的電源供應裝置。
電腦、伺服器或其他需要電源供應裝置的電子計算裝置出現關機需求時，電腦、伺服器或其他裝置的系統需要在特定期間內完成關機流程，關機流程需要的期間也稱為保持時間(Hold-Up time)。進入關機流程後，電源供應裝置的儲能元件就是主要供電來源，但隨著電腦、伺服器或其他裝置連接的終端負載數量或耗電增加，都會造成儲能元件儲存的電力不足以應付關機流程。因此，為了確保關機流程正常運作，目前是選擇採用較大容量的儲能元件，以穩定供應關機時的全部電力。
但受限於電腦、伺服器或其他計算裝置的電源供應裝置體積，因此，太大體積的儲能元件是不能被使用，而使關機時的系統電力不穩定。
有鑑於上述缺失，本發明的電源供應裝置可以在不改變儲能元件的條件下有效地延長保持時間，以讓關機時系統電力更為穩定。
為了達到上述目的，本發明的電源供應裝置用以對一電子裝置供電。電源供應裝置包括一前級電源轉換器、一功率因素修正器、一儲能元件、一後級電源轉換器及一微處理模組。前級電源轉換器用以整流一交流電。功率因素修正器連接前級電源轉換器。儲能元件連接功率因素修正器，且用以被充電至一上限電壓值。後級電源轉換器連接功率因素修正器、儲能元件及電子裝置，且輸出一主電力給電子裝置，以供給電子裝置的一系統負載及至少一連接介面運作需要的電能。微處理模組連接前級電源轉換器、功率因素修正器、儲能元件、後級電源轉換器及電子裝置。微處理模組包括一監視條件。監視條件包括一第一監視電壓值及一第二監視電壓值。其中，在電子裝置進入一關機程序，微處理模組依據監視條件中儲能元件自上限電壓值放電至第一監視電壓值時，通知電子裝置卸載至少一連接介面的電能，以使主電力持續對電子裝置的系統負載供給電能。隨後，在儲能元件自第一監視電壓值放電至第二監視電壓值時，微處理模組關閉主電力。
如此，本發明的電源供應裝置可以在關機程序中，透過微處理模組監視儲能模組的放電狀態來提早降低消耗電能的負載，以留給電子裝置的系統負載較充足且穩定的系統電能，來讓電子裝置有充裕的電能來完成關機程序。
有關本發明所提供之電源供應裝置的詳細組成或特點，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，本領域技術人員應能瞭解，該詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅適用於說明本發明，並非用以限制本發明的申請專利範圍。
10:電源供應裝置
11:前級電源轉換器
111:輸入保護單元
113:電磁防護單元
115:整流單元
13:功率因素修正器
15:儲能元件
17:後級電源轉換器
171:直流對直流轉換單元
173:穩壓單元
19:微處理模組
30:電子裝置
31:系統負載
33:連接介面
35:終端負載
50:外部交流電源
圖1是本發明的電源供應裝置連接電子裝置的組成方塊示意圖。
圖2是基於圖1的電力或信號運作狀態時序圖。
申請人首先在此說明，於整篇說明書中，包括以下介紹的實施例以及申請專利範圍的請求項中，有關方向性的名詞皆以圖式中的電流方向為基準。其次，在以下將要介紹之實施例以及圖式中，相同之元件標號，代表相同或近似之元件或其結構特徵。
如圖1所示，本發明的電源供應裝置10是用以對一電子裝置30供電，電子裝置30例如伺服器、PoE交換器等電子產品，電子裝置30包括一系統負載31及一連接介面33。圖中，電子裝置30的實線部分可視為主機板。系統負載31(system load)是系統處理器的運作，也就是系統處理器調度作業程序。連接介面33連接系統負載31及終端負載35，連接介面33例如乙太網路供電(Power over Ethernet,PoE)端或其他輸出/輸入埠。終端負載35連接連接介面33，且用以接收自連接介面33傳遞的電能。
電源供應裝置10包括一前級電源轉換器11、一功率因素修正器13、一儲能元件15、一後級電源轉換器17及一微處理模組19。
前級電源轉換器11連接一外部交流電源50，以將外部交流電源50的一交流電AC整流成一直流電。前級電源轉換器11包括一輸入保護單元111、一電磁防護單元113及一整流單元115。輸入保護單元111可以是保險絲及濾波器，外部交流電源連接輸入保護單元111，以讓交流電通過保險絲及濾波器。電 磁防護單元113連接輸入保護單元111及整流單元115，電磁防護單元例如電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)，以濾除交流電AC中干擾信號。
功率因素修正器13連接前級電源轉換器11的整流單元115，以使整流單元115輸出的電流追隨輸入電壓的波形。
儲能元件15連接功率因素修正器13，且透過功率因素修正器13輸出的電力進行充電，以使儲能元件15的電壓Vbus被充電至一上限電壓值，上限電壓值與儲能元件15的容量條件有關。本實施例中，儲能元件15是以電容器(bulk capacitor)為例，其他實施例中，儲能元件也可以是其他元件，以提供快速地充電及放電功能，例如元件反應在毫秒或更快等級內實現充電及放電。
後級電源轉換器17連接功率因素修正器13、儲能元件15及電子裝置30。後級電源轉換器17輸出一主電力VM給電子裝置30。電子裝置30將主電力VM分配給系統負載31及連接介面33需要的電能，以使系統負載31及終端負載35能維持運作，圖中，IS代表系統電能及IL代表負載電能。系統電能IS是電子裝置30的系統負載運作需要的電能。負載電能IL是提供電子裝置30的連接介面33，以對終端負載35供應電能。本實施例中，連接介面33的數量是一個，其他實施例中，連接介面的數量可以更多，因此，終端負載數量也可以更多。
本實施例中，後級電源轉換器17包括一直流對直流轉換單元171及一穩壓單元173。直流對直流轉換單元171連接穩壓單元173，直流對直流轉換單元171例如相移全橋直流對直流轉換器(Phase-Shift Full Bridge DC to DC converter)。穩壓單元173用以減少順向壓降，來提升整體電力傳輸效率。
微處理模組19連接前級電源轉換器11、功率因素修正器13、儲能元件15、後級電源轉換器17及電子系統30，以獲取前級電源轉換器11、功率因素修正器13、儲能元件15及後級電源轉換器17的電信號以進行後續控制，電信號如圖2所示。微處理模組19例如MCU control module。
微處理模組19包括一監視條件，監視條件包括一第一監視電壓值及一第二監視電壓值。其中，電子裝置30進入一關機程序，微處理模組19依據監視條件中儲能元件自上限電壓值放電至第一監視電壓值時，通知電子裝置30卸載連接介面33的電能，也就是負載電能IL，主電力VM持續對電子裝置30的系統負載31供給系統電能IS。隨後，在儲能元件15自第一監視電壓值放電至第二監視電壓值時，微處理模組19關閉主電力VM。關機程序的觸發可以是正常的關機作業、異常停電造成的關機或其他原因引起的關機。
如圖1及圖2所示，本發明的電源供應裝置10運作在時間T1的左邊區域時，是代表電源供應裝置10正常供應電力，此時，外部交流電源50的交流電AC是穩定的供電，儲能元件的端電壓Vbus是被充電在上限電壓值，微處理器的輸出信號PW_OK是輸出正常信號，後級電源轉換器17輸出的主電力VM穩定地對電子裝置供電，以讓系統負載31及連接介面33穩定地獲得需要的系統電能IS及負載電能IL。
當電源供應裝置10運作在時間T1時，代表正在進入關機程序，其中外部交流電源50的交流電AC停止供電的時候，儲能元件15自上限電壓值Vmax開始放電，以讓微處理模組19的輸出信號PW_OK、後級電源轉換器17輸出的主電力VM，電子裝置30的系統負載31持續將主電力VM分配成系統電力IS及負載電力IL，並供應給系統負載31及終端負載35，這與關機前是沒有被改變。
直到儲能元件放電至第一監視電壓值V1，也就是圖中位在時間T2位置，微處理模組19透過時間T2獲得交流電AC已被關閉，並在時間T2確認而及時地轉態輸出信號PW_OK，以通知電子裝置30的系統負載31卸載連接介面33的負載電能IL，以使電子裝置30改變主電力VM的分配，讓該主電力VM完全供給系統電能IS，以減少終端負載35耗電。本實施例中，監視條件除了前述儲能元 件放電至第一監視電壓值V1外還包括確認交流電AC是否被關閉，其他實施例中，也可以僅採用監控儲能元件的第一監視電壓值V1。
本實施例轉態是從高位階轉變為低位階。後級電源轉換器17輸出的主電力VM是維持正常的電力準位供給，也就是不會被降壓。此時，電子裝置30可在較輕負載狀態下進行關機流程，因此，儲能元件15的放電時間可以趨緩，而達到延長保持時間及穩定關機電力的目的。
此外，儲能元件15的放電時間(自第一監視電壓值V1至第二監視電壓值V2)長短與卸載終端負載的數量有關，因此，當有多個負載輸出端時，微處理模組及電子裝置的系統負載也可以透過卸載終端負載的數量來調控保持時間，而讓保持時間的控制更有彈性。
再者，儲能元件15還可用以濾除交流電信號中的抖動，而提高抗干擾能力，因此，本發明透過時間T1至T2來確認交流電AC已被關閉，來確保輸出信號PW_OK是穩定供應給系統31。
接著，在儲能元件15自第一監視電壓值V1放電至第二監視電壓值V2時，也就是位在圖中時間T3，電子裝置30已完成關機流程，微處理模組19控可透過制功率因素修正器13停止供電，而使後級電源轉換器17停止輸出主電力VM。
透過上述說明可知，在關機程序期間，後級電源轉換器17輸出的主電力都是維持在穩定的電壓位階，而可提供穩定的關機的電力。
如此，本發明的電源供應裝置可以在關機程序中監視儲能元件的放電狀態來觸發系統負載卸除終端負載，以盡量將主電力提供給系統負載，來延長關機程序的保持時間，進而穩定關機程序的系統電力的供電狀態。
最後，本發明於前揭實施例中所揭露的構成元件，僅為舉例說明，並非用以限制本發明之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本發明之申請專利範圍所涵蓋。
10:電源供應裝置
11:前級電源轉換器
111:輸入保護單元
113:電磁防護單元
115:整流單元
13:功率因素修正器
15:儲能元件
17:後級電源轉換器
171:直流對直流轉換單元
173:穩壓單元
19:微處理模組
30:電子裝置
31:系統負載
33:連接介面
35:終端負載
50:外部交流電源

Claims (7)

  1. 一種電源供應裝置，用以對一電子裝置供電，該電源供應裝置包括：一前級電源轉換器，用以整流一交流電；一功率因素修正器，連接該前級電源轉換器；一儲能元件，連接該功率因素修正器，且用以被充電至一上限電壓值；一後級電源轉換器，連接該功率因素修正器、該儲能元件及該電子裝置，且輸出一主電力給該電子裝置，以供給該電子裝置的一系統負載及至少一連接介面運作需要的電能；及一微處理模組，連接該前級電源轉換器、該功率因素修正器、該儲能元件、該後級電源轉換器及該電子裝置，該微處理模組包括一監視條件，該監視條件包括一第一監視電壓值及一第二監視電壓值，其中，在該電子裝置進入一關機程序，該微處理模組依據該監視條件中該儲能元件自該上限電壓值放電至該第一監視電壓值時，通知該電子裝置卸載該至少一連接介面的電能，以使該主電力持續對該電子裝置的系統負載供給電能，隨後在該儲能元件自該第一監視電壓值放電至該第二監視電壓值時，該微處理模組關閉該主電力。
  2. 如請求項1所述的電源供應裝置，其中，該至少一連接介面包括一乙太網路供電端。
  3. 如請求項1所述的電源供應裝置，其中，該儲能元件自該第一監視電壓值放電至該第二監視電壓值的時間與該電子裝置卸載該至少一連接介面的條件有關。
  4. 如請求項1所述的電源供應裝置，其中，該監視條件包括該交流電被關閉。
  5. 如請求項1所述的電源供應裝置，其中，在該關機程序中該主電力維持在穩定的電壓位階。
  6. 如請求項1所述的電源供應裝置，其中，該儲能元件包括一電容器。
  7. 如請求項1所述的電源供應裝置，其中，該微處理模組關閉該主電力包括透過該功率因素修正器。
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