專利名稱:用于限制到高頻交流電壓調節器組件的電流的方法和設備的制作方法
技術領域:
本發明涉及計算機系統中的功率分配領域。更具體而言,本發明涉及高頻交流(AC)功率分配系統。
背景技術:
功率分配系統用于為計算機系統中的部件提供功率。大多數個人計算機被插入一個標準電源插座。功率分配系統饋電所需要的功率量,并將功率從交流(AC)域轉換到直流(DC)域。還對電壓和電流進行調節以消除在大多數電子系統中常見的尖峰信號和浪涌。不過,不是所有的電源都執行足夠的調節工作,這樣計算機就通常易于受到大電流波紋的影響。
對于目前的高靈敏度電子設備,內部的電流浪涌對于設備的破壞影響很大。正確的功率保護對于保護部件不被立即的和長期的電流浪涌破壞是重要的。過去使用的保護電路的缺點是,它們需要一個電流傳感器和控制電路來監視和調節系統中的電流量。電流傳感器和控制電路需要不希望的額外的物理空間和成本。
發明內容
公開了一種高頻交流(AC)電壓調節器組件。該高頻AC電壓調節器組件包括一個保護電路,用于調節來自從一條AC總線上接收的高頻AC域中的功率的電流電平。一個后置調節器電源被耦合到保護電路。后置調節器單元調節到一個計算機系統中的部件的功率。
下面舉例地但非限制地利用附圖來說明本發明,其中相同的參考編號指各圖中相似的元件,其中圖1是一個傳統的直流功率分配系統的框圖;圖2是實現本發明的一個實施例的計算機系統的框圖;圖3是根據本發明的一個實施例的系統饋電中的倒相器單元的框圖;圖4是根據本發明的一個實施例的高頻交流電壓調節器組件中的后置單元的框圖;圖5是一個保護電路和一個后置調節器單元的等價電路;圖6a的框圖說明在一個計算機系統的底盤外的設備,它們被以菊花鏈拓撲結構連接到一起,并由根據本發明的一個實施例的高頻交流功率分配系統供電;圖6b的框圖說明在一個計算機系統的底盤外的設備,它們被以中樞結構連接到一起,并由根據本發明的一個實施例的高頻交流功率分配系統供電;圖7是說明用于根據本發明的一個實施例分配功率的方法的流程圖。
詳細描述圖1說明現有技術已知的一個傳統的直流(DC)功率分配系統100。DC功率分配系統100包括一個主電源110。主電源110從一個電源接收功率并在通過一個連接器120將其發送到一個電壓調節器組件130之前處理該功率。主電源110包括一個第一整流器電源111,它從一個電源接收交流(AC)域中的功率。第一整流器單元111將AC功率轉換成DC功率。第一開關單元112耦合到第一整流器單元111。第一開關單元112從第一整流器單元111接收DC功率,并將DC功率轉換成為高頻AC功率。第一變壓器113耦合到第一開關單元112。第一變壓器113從第一開關單元112接收高頻AC功率,并將高頻AC功率逐步降低到一個較低的電平。第二整流器單元114耦合到第一變壓器113。第二整流器單元114從第一變壓器接收高頻AC功率,并將該高頻AC功率轉換成為DC功率。第一濾波器單元115耦合到第二整流器單元114。第一濾波器單元115從第二整流器單元114接收DC功率并將噪聲從該DC功率中濾出,并將該DC功率發送到連接器120。
DC分配系統100還包括一個耦合到主電源110的電壓調節器組件130。電源調節器組件130從連接器120接收DC功率,并在將該功率發送到一個計算機系統(未示出)中的一個部件之前,對該功率進行調節。電源調節器組件130包括第二開關單元131。第二開關單元131從主電源110接收DC功率,并將該DC功率轉換成為AC功率。第二變壓器132耦合到第二開關131。第二變壓器從第二開關接收AC功率,并將該AC功率逐步降低到一個較低的電平。第三整流器單元133耦合到第二變壓器。第三整流器接收AC功率并將其轉換成為DC功率。第二濾波器單元134耦合到第三整流器單元133。第二濾波器單元134從第三整流器單元133接收DC功率,并將噪聲從該DC功率中濾出。DC功率被從功率調節器組件130發送到一個需要功率的部件。
當多個電源調節器組件耦合到主電源110時,變壓器113被要求有多個繞組。主電源110中的附加的整流器和濾波器將來自變壓器的附加繞組的功率連接到將功率發送到附加的電壓調節器組件的附加連接器。
圖2說明本發明的一個實施例可以在其上實現的計算機系統200。計算機系統200包括一個處理數據信號的處理器201。處理器201可以是復雜指令集計算機(CISC)微處理器、精簡指令集計算(RISC)微處理器、甚長指令字(VLIW)微處理器、實現指令集組合的處理器或其它處理器設備。圖2表示實現在一個單處理器計算機系統200上的本發明的一個例子。不過,應當理解,本發明可以實現在一個多處理器計算機系統中。處理器201耦合到CPU總線210,該總線在處理器201和計算機系統200的其它部件之間傳送數據信號。
計算機系統200包括存儲器213。存儲器213可以是動態隨機存取存儲器(DRAM)設備、同步直接隨機存取存儲器(SDRAM)設備或其它存儲器設備。存儲器213存儲由可以被處理器201執行的數據信號表示的指令和代碼。
橋接/存儲器控制器211耦合到CPU總線210和存儲器213。橋接/存儲器控制器211在處理器201、存儲器213和計算機系統200中的其它部件之間控制數據信號,并在CPU總線210、存儲器213和第一I/O總線220之間橋接數據信號。
第一I/O總線220可以是單總線或者多總線組合。作為一個例子,第一I/O總線220包括一個外圍部件互連(PCI)總線、個人計算機存儲器卡國際協會(PCMCIA)總線、NuBus或其它總線。第一I/O總線220提供計算機系統200中的部件之間的通信鏈路。網絡控制器221耦合到第一I/O總線220。網絡控制器221將計算機系統200鏈接到一個計算機網(在圖2中未示出)并支持機器之間的通信。顯示設備控制器222耦合到第一I/O總線220。顯示設備控制器222允許一個顯示設備(未示出)耦合到計算機系統200并作為該顯示設備和計算機系統200之間的接口。顯示設備控制器222可以是單色顯示適配器(MDA)卡、彩色圖形適配器(CGA)卡、增強圖形適配器(EGA)卡、擴充圖形陣列(XGA)卡或其它顯示設備控制器。顯示設備可以是電視機、計算機監視器、平面顯示器或其它顯示設備。顯示設備從處理器201通過顯示設備控制器222接收數據信號,并將信息和數據信號顯示給計算機系統200的用戶。
第二I/O總線230可以是單總線或多總線組合。作為一個例子,第二I/O總線230包括PCI總線、PCMCIA總線、NuBus和工業標準體系結構(ISA)總線或其它總線。第二I/O總線230提供計算機系統200中的部件之間的通信鏈路。數據存儲設備231耦合到第二I/O總線230。數據存儲設備231可以是硬盤驅動器、軟盤驅動器、CD-ROM設備、閃存設備或其它集中存儲設備。鍵盤接口232耦合到第二I/O總線230。鍵盤接口232可以是鍵盤控制器或其它鍵盤接口。鍵盤接口232可以是專用設備或者能夠駐留在諸如總線控制器或其它控制器的另一個設備中。鍵盤接口232允許一個鍵盤(未示出)耦合到計算機系統200,并從鍵盤發送數據信號到計算機系統200。音頻控制器233耦合到第二I/O總線230。音頻控制器233協調操作聲音的記錄和播放。
總線橋224將第一I/O總線220耦合到第二I/O總線230。總線橋224操作在第一I/O總線220和第二I/O總線230之間緩存和橋接數據信號。
計算機系統200包括系統電源250。系統電源250從諸如墻上燈座(未示出)的電源或其它電源接收功率。系統電源250包括倒相器單元251,它處理從電源接收的功率并在AC總線255上發送高頻交流(AC)域中的功率。計算機系統200包括高頻AC電壓調節器組件260。高頻AC電壓調節器組件260耦合到AC總線255。高頻AC電壓調節器組件260從AC總線255接收AC域中的功率,并包括一個后置調節器單元261,該單元將功率調節成適合于處理器201的電壓和電流電平。
圖2說明具有一個耦合到AC總線255的單高頻AC電壓調節器組件260的計算機系統。應當理解,任何數量的高頻AC電壓調節器組件都可以耦合到AC總線255以提供已調節功率到計算機系統中的部件。根據本發明的一個實施例,存儲器213、存儲器/橋接控制器211、網絡控制器221、顯示設備控制器222、數據存儲設備231、鍵盤接口232、音頻控制器233和總線橋224的每一個都可以耦合到從AC總線255接收功率的高頻AC電壓調節器組件(未示出)。
圖3是根據本發明的一個實施例的系統電源250(圖2所示)中的倒相器251的框圖。倒相器單元251包括一個整流器單元311。整流器單元311從一個電源(未示出)接收AC功率。整流器單元311將AC功率轉換成為DC域。開關單元512耦合到整流器單元311。開關單元112從整流器單元311接收DC功率,并將該DC功率轉換到高頻AC域。諧振電路313耦合到開關單元112。該諧振電路從開關單元接收高頻AC功率,并在將該高頻AC功率發送到AC總線255之前對其進行平滑。根據本發明的一個實施例,諧振電路313包括一個電容和一個電感。控制器單元314耦合到AC總線255和開關單元312。控制器單元314監視AC總線上的電源和電流電平,并調節開關單元312,以便通過諧振電路313發送到AC總線255上的功率在預定電平。
可以使用任何已知的電路或技術來實現整流器單元311、開關單元312、諧振電路313和控制器單元314。根據本發明的一個實施例,整流器單元311、開關單元312、諧振電路313和控制器單元314都在一個單一的半導體基片上。
圖4是根據本發明的一個實施例的高頻AC電壓調節器組件260(圖2中未示出)的框圖。AC電壓調節器組件260包括一個保護電路410和一個后置調節器單元261。保護電路410耦合到AC總線255并從AC總線255接收高頻AC域中的功率。保護電路410調節從AC總線255接收的被發送到后置調節器單元261的電流電平。通過調節發送到后置調諧器單元261的電流電平,保護電路410阻止發送可能導致破壞后置調節器單元261的電流電平。
根據本發明的一個實施例,保護電路410包括一個電感元件和一個電容元件。保護電路410的電感元件和電容元件以及由后置調節器單元261產生的電阻負載構成串聯諧振電路。根據本發明的一個實施例,通過匹配保護電路410的電感和電容元件的值與由后置調節器單元261產生的電阻負載,串聯諧振電路可以被配置在倒相器單元251(圖2中未示出)的開關頻率處諧振。
圖5表示保護電路410(如圖4所示)和后置調節器單元261(如圖4所示)的等價電路500。電感510和電容520表示保護電路410中的元件。電阻530表示后置調節器單元261的電阻負載。當高頻AC電壓調節器組件被提供一個標稱量的電流時,通過等價電路500中的元件的有效壓降實際上是零。這種情況中的品質因子(Q)在一個預定限度內。根據本發明的一個實施例,Q具有的預定限度是2.2到2.8。當提供給高頻AC電壓調節器組件260(圖2所示)的電流超過標稱限度時,Q增高,從而導致通過電感510和電容520的電壓提高。這導致電感510飽和。該飽和效應減小了其感應值,使得串聯諧振電路失去諧振,并減小了通過保護電路261的端子(由電阻530表示)的電壓。因此,這減小了通過保護電路261的電流。
返回到圖4,后置調節器單元261耦合到保護電路410。后置調節器單元261包括一個變壓器411。變壓器411從AC總線255接收高頻AC功率,并將高頻AC功率逐步降低到一個較低電平。整流器單元412耦合到變壓器411。整流器單元412從變壓器接收高頻AC功率,并將該高頻AC功率轉換到DC域。濾波器單元413耦合到整流器單元412。濾波器單元413從整流器單元412接收DC功率,并在將該功率通過線420發送到計算機系統(未示出)上的一個部件之前,將噪聲從DC功率中濾出。控制器單元414耦合到線420和整流器單元412。控制器單元414監視線420上的電壓和電流電平,并調節整流器單元412,以便通過濾波器413發送到線420上的功率在預定電平。根據本發明的一個實施例,后置調節器261可以只包括整流器單元412,它在將來自AC總線的高頻AC功率發送到線420上之前轉換到DC域。
可以使用任何已知的電路或技術來實現變壓器411、整流器單元412、濾波器單元413和控制器單元414。在本發明的一個實施例中,整流器單元412、濾波器單元413和控制器單元414都在一個單一的半導體基片上。
系統電源250(圖2所示)和高頻AC電壓調節器組件260(圖2所示)允許在高頻AC域中的功率分配。高頻AC域中的功率分配提高了調節到具有高DI/DT需求的計算機系統中的部件電流的可靠性。系統電源250和高頻AC電壓調節器組件260還消除了對于象DC功率分配系統所需要的雙變換的需要。此外,使用AC總線255分配高頻AC功率消除了對于多繞組晶體管和附加整流器和濾波器的需要。
應當理解,本發明的高頻AC功率分配系統還被用于為外部連接在計算機系統200(如圖2所示)的底盤上的設備(如打印機、掃描儀、外部存儲設備、調制解調器、綜合業務數字網(ISDN)設備、照相機和其它設備)供電。根據本發明的一個實施例,系統電源250可以在計算機系統200的底盤外部。系統電源250為計算機系統200以及通過被配置為如圖6a所示的菊花鏈的單條電纜外部連接到計算機系統200的底盤的設備供電。在該實施例中,AC總線(未示出)可以在系統電源250內部,單信號總線655(如通用串行總線)可以耦合到AC總線并用于為計算機系統200、顯示設備610、掃描儀611、打印機612、外部存儲設備613和調制解調器614分配功率。可替代地,系統電源250為計算機系統200以及通過如圖6b所示的中樞配置外部連接到計算機系統200的底盤的設備供電。在該實施例中,多個信號總線656-661(如通用串行總線)被耦合到AC總線并用于為計算機系統200、顯示設備610、掃描儀611、打印機612、外部存儲設備613和調制解調器614分配功率。外部連接到計算機系統200的底盤的這些設備的每一個包括一個諸如圖4所示的高頻AC電壓調節器模塊。
通過使用本發明的高頻AC功率分配系統來為外部連接到計算機系統200的底盤的設備供電,這些設備就不再需要自己獨立的電源了。從而減小了這些設備所需要的成本和物理空間。
圖7是說明用于根據本發明的一個實施例分配功率的方法。在步驟701,AC域中的功率被調節到高頻AC域。根據本發明的一個實施例,通過將來自AC域的功率調節到DC域,并將來自DC域的功率轉換到高頻AC域,AC域中的功率被調節到高頻AC域。
在步驟702,將高頻AC功率從系統電源發送到高頻AC電壓調節器組件。
在步驟703,從系統電源接收的電流電平被調節。根據本發明的一個實施例,通過高頻AC電壓調節器組件中的保護電路來調節電流電平。
在步驟704,將功率從高頻AC域調節到DC域。根據本發明的一個實施例,通過逐步降低功率并將來自高頻AC域的功率整流到DC域,功率被從高頻AC域調節到DC域。根據本發明的一個實施例,通過高頻AC電壓調節器組件中的后置單元來將功率從高頻AC域調節到DC域。
在前面的描述中,參考本發明的特定實施例描述了本發明。不過,顯然在不偏離附加權利要求提出的本發明的更寬精神和范圍的情況下,可以對本發明做出各種修改和改變。因此,本說明書和附圖應當被認為是說明的而非限制的。
權利要求
1.一種高頻交流(AC)電壓調節器組件(VRM)包括一個保護電路,用于調節來自從AC總線接收的高頻AC域中的功率的電流電平;一個后置調節器單元,它耦合到所述保護電路,并調節到一個計算機系統上的一個部件的功率。
2.根據權利要求1的高頻AC VRM,其中保護電路包括一個電容和一個電感。
3.根據權利要求2的AC VRM,其中來自保護電路的電容和電感以及來自后置調節器單元的電阻負載構成一個串聯諧振電路。
4.根據權利要求3的高頻AC VRM,其中串聯諧振電路有一個2.2到2.8之間的品質因子(Q)。
5.根據權利要求1的高頻AC VRM,其中后置調節器單元包括一個整流器單元,它將功率從高頻AC域轉換到直流(DC)域。
6.根據權利要求3的高頻AC VRM,其中后置調節器單元還包括一個濾波單元,它將噪聲從來自DC域的功率輸出中濾出。
7.一種計算機系統,包括一個總線;一個系統電源,它耦合到所述總線,并在所述總線上發送高頻交流(AC)域中的功率;一個高頻AC電壓調節器組件(VRM),它耦合到所述總線,并包括一個保護電路,用于調節來自的電流電平并且包括一個后置調節器單元,它將來自高頻AC域的功率調節到直流(DC)域;以及一個處理器,它耦合到高頻AC VRM,從AC VRM接收功率。
8.根據權利要求7的計算機系統,其中保護電路包括一個電容和一個電感。
9.根據權利要求8的計算機系統,其中來自保護電路的電容和電感以及來自后置調節器單元的電阻負載構成一個串聯諧振電路。
10.根據權利要求9的計算機系統,其中串聯諧振電路具有一個2.2到2.8之間的品質因子(Q)。
11.根據權利要求7的計算機系統,其中后置調節器單元包括一個整流器單元,它將功率從高頻AC域轉換到直流(DC)域。
12.根據權利要求11的計算機系統,其中后置調節器單元還包括一個濾波單元,它將噪聲從來自DC域的功率輸出中濾出。
13.一種用于在計算機系統中分配功率的方法,包括將高頻交流(AC)域中的功率從計算機系統的系統電源發送到一個高頻AC電壓調節器組件;以及調節從系統電源接收的發送到高頻AC電源調節器的后置調節器單元的電流電平。
14.根據權利要求13的方法,還包括將高頻AC域中的功率調節到直流(DC)域。
15.根據權利要求14的方法,其中將高頻AC域中的功率調節到DC域包括逐步降低功率;以及將來自高頻AC域的功率整流到DC域。
全文摘要
一種高頻交流(AC)電壓調節器組件(VRM)包括一個保護電路,它調節來自從AC總線上接收的高頻AC域中的功率的電流電平。一個后置調節器單元耦合到所述保護電路。該后置調節器單元調節到一個計算機系統上的一個部件的功率。
文檔編號H02M1/12GK1353829SQ00807584
公開日2002年6月12日 申請日期2000年5月2日 優先權日1999年5月14日
發明者J·C·德羅尼克 申請人:英特爾公司