[發(fā)明專利]開關(guān)模式電源單元、操作方法和開關(guān)模式電源單元在計(jì)算機(jī)中的用途

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280029621.1
• 申請(qǐng)日: 2012-05-29
• 公開（公告）號(hào): CN103650315A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彼得·布施
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 富士通技術(shù)解決方案知識(shí)產(chǎn)權(quán)有限公司
• 主分類號(hào): H02M3/335
• 分類號(hào): H02M3/335;H02M1/44;H02M7/217;G06F1/26
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 杜誠;賈萌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于計(jì)算機(jī)等的開關(guān)模式電源單元，包括用于開關(guān)對(duì)存儲(chǔ)元件進(jìn)行充電的充電電流的至少一個(gè)開關(guān)元件。本發(fā)明還涉及一種用于開關(guān)模式電源單元的操作方法以及開關(guān)模式電源單元在計(jì)算機(jī)中的用途。

背景技術(shù)

不同模式下的開關(guān)模式電源單元是公知的。相比于諸如特別是常規(guī)變壓器電源的其它電源類型，開關(guān)模式電源具有相對(duì)高的效率。另外，相比常規(guī)電源，開關(guān)模式電源單元具有針對(duì)輸入電壓和頻率的相對(duì)大的公差范圍、小的構(gòu)造尺寸以及便宜的生產(chǎn)成本。

理論上，開關(guān)模式電源單元?dú)w因于其開關(guān)原理而僅傳遞二次側(cè)上實(shí)際所需的功率。因而，公知的開關(guān)模式電源單元在其標(biāo)稱輸出功率的約20%至100%的操作范圍內(nèi)具有通常超過90%的效率。遺憾的是，公知的開關(guān)模式電源單元的效率特別是在標(biāo)稱輸出功率的低于20%的范圍內(nèi)顯著地下降。除了其它方面之外，這是由一次側(cè)上輸入電壓的歸因于原理的斬波和相關(guān)聯(lián)的開關(guān)損耗引起的。

特別是在如下計(jì)算機(jī)和類似裝置的情況下：其一方面在操作中需要相對(duì)大的輸入功率，但在休眠模式、節(jié)能模式或待機(jī)模式下僅消耗大大減小的輸入功率，這代表關(guān)于所使用的開關(guān)模式電源單元的能量效率的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是描述一種電源單元和一種電源單元的操作方法，該電源單元在可能的輸出功率的寬范圍上提供高的能量效率。具體地，相比于公知的開關(guān)模式電源單元，將提高在標(biāo)稱輸出功率的低范圍內(nèi)的能量效率。

根據(jù)本發(fā)明，通過用于計(jì)算機(jī)或類似裝置的開關(guān)模式電源單元來實(shí)現(xiàn)上述目的。開關(guān)模式電源單元包括：至少一個(gè)開關(guān)元件，用于開關(guān)對(duì)存儲(chǔ)元件進(jìn)行充電的充電電流；至少一個(gè)二次輸出電路，其用于提供輸出電路；至少一個(gè)能夠控制的振蕩器電路，其用于提供開關(guān)時(shí)鐘；以及至少一個(gè)控制電路，用于確定至少一個(gè)開關(guān)元件的關(guān)斷時(shí)間。在此上下文中，在開關(guān)模式電源單元的操作中，依據(jù)二次輸出電路的受控變量來控制振蕩器電路的均值振蕩器時(shí)鐘，以及依據(jù)均值振蕩器時(shí)鐘和隨機(jī)偏差來確定所述至少一個(gè)開關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間。

通過使用能夠控制的振蕩器電路，可以依據(jù)指定例如開關(guān)模式電源單元的輸出電壓或輸出功率的受控變量來控制并且特別是降低用于開關(guān)充電電流的開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)鐘。因?yàn)楦郊拥厥褂锰囟ň嫡袷幤鲿r(shí)鐘的隨機(jī)偏差，所以可以避免令人不快的副作用，例如，特別是出現(xiàn)可聽到的鳴笛聲。

根據(jù)有利實(shí)施例，依據(jù)二次輸出電路的輸出功率來控制均值振蕩器時(shí)鐘，均值振蕩器時(shí)鐘隨著輸出功率單調(diào)上升。由于開關(guān)時(shí)鐘連同開關(guān)模式電源單元的輸出功率一起上升，所以在最大負(fù)荷情況下，特別是在低輸出功率的情況下，可以降低開關(guān)損耗，同時(shí)保持相同的性能，使得開關(guān)模式電源單元的能量效率在很大程度上與二次輸出功率無關(guān)。

根據(jù)又一有利實(shí)施例，參考均值振蕩器時(shí)鐘的隨機(jī)偏差的帶寬包括至少一個(gè)倍頻程。結(jié)果，對(duì)于振蕩器電路的給定均值振蕩器時(shí)鐘，至少一個(gè)開關(guān)元件的最大有效開關(guān)時(shí)鐘為最小有效開關(guān)時(shí)鐘的至少兩倍。通過使用延伸超過至少一個(gè)倍頻程的隨機(jī)偏差，可以將由開關(guān)模式電源單元引起的聲學(xué)干擾分布在寬的頻率范圍上，使得其幾乎不易被人類用戶所感覺。

根據(jù)另一有利實(shí)施例，依據(jù)隨機(jī)偏差來附加地控制關(guān)斷時(shí)間。在此上下文中，該控制使得：在開關(guān)時(shí)鐘增至均值振蕩器時(shí)鐘以上的值的情況下，減小至少一個(gè)開關(guān)元件的占空比，而在開關(guān)時(shí)鐘降至均值振蕩器時(shí)鐘以下的值的情況下，放大至少一個(gè)開關(guān)元件的占空比。借助于開關(guān)時(shí)鐘的隨機(jī)偏差與瞬時(shí)占空比的逆適應(yīng)性，即使在改變開關(guān)時(shí)鐘的情況下，也可以使每個(gè)開關(guān)時(shí)鐘周期內(nèi)的能量傳輸保持基本恒定。

也可以通過用于控制開關(guān)模式電源單元的操作方法來實(shí)現(xiàn)上述目的，該方法包括步驟：

-確定二次輸出電路的至少一個(gè)受控變量；

-依據(jù)所確定的至少一個(gè)受控變量來確定均值振蕩器時(shí)鐘；

-指定與均值振蕩器時(shí)鐘的隨機(jī)偏差；

-依據(jù)均值振蕩器時(shí)鐘和隨機(jī)偏差來導(dǎo)通用于對(duì)存儲(chǔ)元件進(jìn)行充電的開關(guān)元件；以及

-依據(jù)所確定的至少一個(gè)受控變量來關(guān)斷開關(guān)元件。

借助于上述步驟，依據(jù)隨機(jī)偏差和二次輸出電路的受控變量可以確定開關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間。結(jié)果，可以在開關(guān)模式電源單元的輸出功率的寬范圍內(nèi)，根據(jù)需求來驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)開關(guān)元件。

在有利的實(shí)施例中，所述方法包括參考開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)鐘周期的開關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)段的逆適應(yīng)的步驟。