CN102073364B - 多相电源供应装置与其电流调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种多相电源供应装置与其电流调整方法，多相电源供应装置会输出不同相位的电压源及电流至微处理器，检测模块并根据所检测到当下各相电压源及电流源的温度，来调整各相电压源的电流，以达到热平衡的效果。多相电源供应装置更具有自动量测电源效率的功能，可将所检测到的各相电压源的温度与电源效率的结果显示于屏幕上，让使用者可以方便的了解电源供应装置的工作效能。

Description

多相电源供应装置与其电流调整方法

技术领域

本发明是有关于一种多相电源供应装置，且特别是有关于一种具有自动调整各相电压温度与自动量测效率的多相电源供应装置。

背景技术

随着微处理器的效能增强，其电源需求也就越大，所需的瞬间电流也越高，传统的单相式电流供应器已经无法符合现在的***需求。目前的微处理器、图像及存储***均使用多相电源解决方案，主机板上的电源供应装置也支持多相式的电源供应技术。常见的多相式电源供应装置有4相与8相的电源整流模块(Voltage Regulator Module，简称VRM)。多相电源器具有相位交错的优点，藉由统一的时间间隔来进行相位切换，其输出的电压波形与电流可藉由其它相位的切换而调整至平均水平，同时在微处理器瞬间需要大电流时，多相电源也可以藉由较多的电流路径提供较大的瞬间电流。

传统的主机板彩盒上会标示电源整流模块的效率，通常是利用一个被称为VRTOOL的制具(Intel所制作)来进行量测的结果，VRTOOL是虚拟微处理器负载的工具，透过VRTOOL这个制具可以对电源整流模块进行抽载的动作，且藉由其脚位把各个数值读出来，包括输入电压、电流以及输出电压、电流，然后套入电源效率的公式：

$\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{Vout}*\mathrm{Iout}}{\mathrm{Vin}*\mathrm{Iin}}$

其中，Vout为输出电压，Vin为输入电压，Iout为输出电流，Iin为输入电流。这样就可以知道在不同负载下的效率，然后在使用说明上标示最高的效率来进行宣传。此外，在电源整流模块的温度量测方面，会采用红外线影像仪来对电源整流模块进行拍摄，藉由影像上的相对温度分布来知道目前的热点(hot spot)，但是这样却无法解决热累积的问题。上述两种作法都是人为操作所得到的电源效率与温度数据，所以测量的结果并不精准，使得输出的电源效果不佳，也无法达到自动调整电源效率的目的。

发明内容

本发明提供一种多相电源供应装置，设置于主机板上，其利用检测模块来检测各相电压源的温度变化，并藉由调整各相电压源的电流大小来调整各相电压源的温度，让温度达到平衡，此外，检测模块也可用来检测电源整流模块的电源效率，并将其数值显示于屏幕上，让使用者可以方便的得知电源整流模块的电源效率与各相电压源的温度变化。

承上述，本发明提出一种多相电源供应装置，包括电源整流模块、检测模块、运算单元与电源处理单元。电源整流模块耦接于一电压源与一微处理器，电源整流模块经由多个电流路径提供多相的电压源至上述微处理器。

检测模块耦接于电源整流模块，用以检测各相电压源所对应的各上述电流路径的温度。运算单元耦接于检测模块，根据各上述电流路径的温度计算一平均温度，并比较各上述电流路径的温度与上述平均温度以输出一比较结果。电源处理单元耦接于运算单元与电源整流模块，根据比较结果调整各上述电流路径的电流值。

在调整各上述电流路径的电流值时，当电流路径中的一电流路径的温度高于平均温度时，电源处理单元降低第一电流路径所导通的电流；当电流路径的温度低于平均温度时，电源处理单元会提高上述电流路径所导通的电流。

从另一个角度来看，本发明提出一种多相电源供应装置的电流调整方法，多相电源供应装置经由多个电流路径输出多相的电压源，电流调整方法包括下列步骤：首先，检测对应于所有相的电压源的上述些电流路径的温度；然后，根据电流路径的温度计算一平均温度。然后，分别比较各上述电流路径的温度与平均温度，藉以判断各上述电流路径的温度是否高于平均温度。接下来，降低温度高于平均温度的电流路径所导通的电流，以及提高温度低于平均温度的电流路径所导通的电流。藉由调整各上述电流路径所导通的电流以达到热平衡的效果。

基于上述，本发明所提供的多相电源供应装置具有自动化检测电源效率与温度的功能，同时利用各相温度的检测结果来调整各相电压源的电流以达到温度平衡的效果。此外，使用者可以经由屏幕实时得知电源整流模块目前的电源效率与各相电压源的温度变化。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1为根据本发明第一实施例的多相电源供应装置的方块图。

图2为根据本发明第一实施例的检测模块120的电路图。

图3A为根据本发明第一实施例的第一电压量测电路220的电路图。

图3B为根据本发明第一实施例的第二电压量测电路240的电路图。

图3C为根据本发明第一实施例的第一电流量测电路230的电路图。

图3D为根据本发明第一实施例的第二电流量测电路250的电路图。

图4为根据本发明实施例的多相电源供应装置的电流调整方法流程图。

具体实施方式

第一实施例

请参照图1，图1为根据本发明第一实施例的多相电源供应装置的方块图。多相电源供应装置包括电源整流模块110、检测模块120、运算单元130以及电源处理单元140。检测模块120耦接于电源整流模块(Voltage RegulatorModule，简称VRM)110与运算单元130，运算单元130耦接于电源处理单元140。电源整流模块110耦接于电压源160与微处理器150。值得注意的是，多相电源供应装置与微处理器150设置于主机板100之上，电源整流模块110接收电压源160所输出的输入电压Vin，然后将其转换为多相(N相)的电压源并输出至微处理器150，N为正整数，例如4、8、16或36。

以八相电压源为例，电源整流模块110会经由八个电流路径(八组切换电路)输出八相位的电压源，将电压源分为八个相位，分别藉由八个电流路径来供电给微处理器150。由于电流可经由八个电流路径传送到微处理器150，因此八相位电压源可提供较高的电流量，且个别相位的电流量会比传统的单相位电源供应器低，藉此可降低电压源的热量。此外，当微处理器150启动时，会瞬间拉高所需的电流量，此时可利用八个电流路径同时供应电流，以推动较高的负载。

检测模块120用以检测电源整流模块110所输出的各相电压源的电流路径温度T1～T8(以八相位电压源为例)，检测模块120会利用热敏电阻设置于每一个相位之电流路径，热感应元件检测每一相位的电流路径温度T1～T8，其中电流路径温度T1～T8即表示每一相位的电压源的温度。热敏电阻可设置在每一相位的电感旁边(即各相位的电流路径旁边)，或其金属导线旁或电流经过的组件旁边以感测每一相位的温度。然后，检测模块120会将所检测到的电流路径温度T1～T8传送至运算单元130，运算单元130会计算电流路径温度T1～T8的平均温度并比较各相位的温度与平均温度，然后将比较结果传送到电源处理单元140。电源处理单元140会根据比较结果调整各相位的电流量，将温度大于平均温度的相位的电流量降低；将温度低于平均温度的相位的电流量升高，藉此让整体的温度平衡。虽然上述调整会造成各相位的电流不平衡，但是这样会使整体的温度平衡，不会让人有电流不平衡的错觉。

再者，检测模块120也具有检测电源整流模块110的电源效率的功效，检测模块120会检测电源整流模块110的输入电压Vin、输入电流Iin、输出电压Vout与输出电流Iout。然后，利用电源效率的公式来计算电源整流模块110的电源效率，电源效率的公式如下：

$\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{Vout}*\mathrm{Iout}}{\mathrm{Vin}*\mathrm{Iin}}$

检测模块120利用上述公式计算出一电源效率值，并将其输出至运算单元130，运算单元130可将电源效率值与各相位的温度检测值输出至屏幕，藉由屏幕显示目前所检测到的数值，让使用者可以方便的得知目前的电源效率与各相位的温度。同时，使用者也可以经由所显示的数值得知电源整流模块在不同负载的情况下的电源效率为何。

在电源效率的检测方面，本实施例的检测模块120可由温度检测模块(power thermal module，简称PTM)的芯片与其周边电路来实现以检测电源整流模块110的输入电压Vin、输入电流Iin、输出电压Vout与输出电流Iout。检测模块120检测输入电压Vin与输出电压Vout的方式是利用分压电路的方式来进行检测，而输入电流Iin与输出电流Iout则是利用电流量测电路的方式来进行量测。

接下来请参照图2，图2为根据本发明第一实施例的检测模块120的电路图，检测模块120包括温度检测单元210、第一电压量测电路220、第一电流量测电路230、第二电压量测电路240、第二电流量测电路250。

第一电压量测电路220、第一电流量测电路230、第二电压量测电路240与第二电流量测电路250耦接于温度检测单元210，其中第一电压量测电路220与第二电压量测电路240为分压电路，由电阻构成，可提供输入电压Vin的分压V1与输出电压Vout的分压V2至温度检测单元210。第一电流量测电路230与第二电流量测电路250为电流量测电路(Direct Current Resistancesensing circuit，简称DCR)，由电阻、电感与电容等组件构成。温度检测单元210可经由电流量测电路中的电容分压VC1、VC2计算输入电流Iin与输出电流Iout。

接下来，进一步说明第一电压量测电路220、第一电流量测电路230、第二电压量测电路240、第二电流量测电路250的电路，请参照图3A、图3B、图3C与图3D，图3A为根据本实施例的第一电压量测电路220的电路图，图3B为根据本实施例的第二电压量测电路240的电路图。第一电压量测电路220由电阻R1、R2串联耦接于输入电压Vin与接地GND构成，电阻R1、R2的共享节点会输出分压V1至温度检测单元210，第二电压量测电路220由电阻R3、R4串联耦接于输出电压Vout与接地GND构成，电阻R3、R4的共享节点输出分压V2至温度检测单元210。藉此，温度检测单元210根据分压V1、V2推知电源整流模块110的输入电压Vin与输出电压Vout。

图3C为根据本实施例的第一电流量测电路230的电路图，第一电流量测电路230包括电阻Rin、电感Lin与电容C1，电阻Rin与电容C1串联耦接于电压源160与电源整流模块110的输入端，电感Lin同样串联耦接于电压源160与电源整流模块110的输入端。其中电阻DCR表示电感Lin在直流时的等效电阻。电容电压VC1表示电容C1两端的电压差。在电感Lin与电阻DCR的比值等于Rin*C1的情况下，电容电压VC1会与流经电感Lin的电流Iin相关，其公式如下：

VC1＝I_in×DCR1

温度检测单元210可经由电容电压VC1变化推知流经电感Lin的电流Iin，所以温度检测单元210内部的增益放大器212会连接至电容C1的两端来感测电容电压VC1。因此只要将第一电流量测电路230串联于电源整流模块110的输入路径上便可推知电源整流模块110的输入电流Iin。由于电感DCR量测技术为电流量测常用的技术，因此其推导过程在此不加赘述。电源整流模块110的输出电流Iout同样可利用电感DCR量测技术来进行量测。

同样的，电源整流模块110的输出电流Iout也可以使用电感DCR量测技术量测。由于电源整流模块110具有八相位的输出，因此串联于电源整流模块110的输出端的电阻与电感需依照各别电流路径设置，而电容则是共享。请参照图3D，图3D为根据本发明第一实施例的第二电流量测电路250的电路图。第二电流量测电路250包括8个电阻Rout、8个电感Lout、电容C2与电阻R_CSN。电阻Rout与电感Lout分别设置在每一相的电压源PH1～PH8的输出电流路径上，电阻Rout与电感Lout的另一端则耦接于电容C2的两端。电阻R_CSN耦接于温度检测单元210与电容C2的一端。电容C2与电感Lout的共享接点耦接于微处理器150的电源输入端。电压源PH1～PH8经由电感Lout传送输出电压Vout至微处理器150的电源输入端以提供微处理器150所需的工作电源。其中，电阻DCR2则是用来表示电感Lout在直流时的等效电阻。

电容C2两端的电容电压VC2会与所有相的电感Lout所导通电流相关，因此经由电容电压VC2便可推算出输出电流Iout。温度检测单元210内部的增益放大器214会连接至电容C2的两端来感测电容电压VC2。第二电流量测电路250的电流量测原理与图3C相同，不同之处主要在于输出电流Iout是由多相的电压源所组成，因此需要在每一相的电流路径上串联电阻Rout与电感Lout来进行检测。对于多相的电流检测，其原理与上述图3C相同，经由本发明的揭露后，本技术领域具有通常知识者应可轻易推知其应用方式，在此不加赘述。此外，值得注意的是，检测电压与电流的周边电路并不限制于本实施例所述的分压电路与电感DCR电路，只要可以检测电压与电流的相关技术皆可。

此外，上述检测模块120的主要功能在于检测温度与电源效率，检测模块120可由温度检测单元210与周边电路所组成，温度检测单元210例如是具有模拟数字转换器(A/D converter)与增益放大器的芯片。由于上述第一电压量测电路220、第一电流量测电路230、第二电压量测电路240与第二电流量测电路250已经具有将电流信号转换为电压信号的功能，因此温度检测单元210只要具有模拟数字转换器即可输出电压与电流的感测值以供运算单元130进行电源效率的运算。在温度量测方面，同样可藉由模拟数字转换器将热敏电阻所感测的信号转换为数字信号，并提供给运算单元130进行热平衡的运算。运算单元130会将所取得的数据传送到电源处理单元140，电源处理单元140会依据各别相的温度，调整各相的电流值以达到热平衡的效果。其中，运算单元130可利用嵌入式控制器(embedded controller)来实现，电源处理单元140则例如是华硕主机板的EPU(Energy Processing Unit)。

从另一观点来看，上述第一实施例可归纳为一种多相电源供应装置的电流调整方法，请参照图4，图4为根据本发明第一实施例的多相电源供应装置的电流调整方法流程图。多相电源供应装置经由多个(N个)电流路径输出多个相位的电压源，N为正整数，上述电流调整方法包括下列步骤：首先，检测对应于所有相的电压源的电流路径的温度(步骤S410)；然后，根据所有电流路径的温度计算一平均温度(步骤S420)，然后分别比较各上述电流路径的温度与平均温度以判断各上述电流路径的温度是否高于平均温度(步骤S430)。当有电流路径的温度高于平均温度时则降低上述电流路径所导通的电流(步骤S440)，当有电流路径的温度低于平均温度则提高上述电流路径所导通的电流(步骤S450)。藉由调整各上述电流路径所导通的电流以达到热平衡的效果。

此外，上述电流调整方法还包括根据多相电源供应装置的输入电压、输入电流、输出电压以及输出电流计算一电源效率值，然后显示各上述电流路径的温度与电源效率值。上述电流调整方法的其余细节可经由上述第一实施例推知，在此不加赘述。

综上所述，本发明的多相电源供应装置会根据各相的温度来调整各相的电流值以达到热平衡的效果，并且可自动检测电源整流模块的电源效率，让使用者可以从屏幕上得知多相电源供应装置在不同负载下的电源效率以及各相的温度分布。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (11)

1.一种多相电源供应装置，其特征是，包括：

电源整流模块，耦接于电压源与微处理器，上述电源整流模块经由多个电流路径提供多个相位的电压源至上述微处理器；

检测模块，耦接于上述电源整流模块，用以检测各相电压源所对应的各上述电流路径的温度，上述检测模块还包括：

温度检测单元，

第一电压量测电路，耦接于上述电源整流模块的输入端与上述温度检测单元，上述温度检测单元经由上述第一电压量测电路检测上述电源整流模块所接收的输入电压，以及

第一电流量测电路，耦接于上述电源整流模块的输入端与上述温度检测单元，上述温度检测单元经由上述第一电流量测电路检测上述电源整流模块所接收的输入电流，上述第一电流量测电路还包括：

第一电阻，以及

电容，上述电容与上述第一电阻耦接于上述电压源与上述电源整流模块的输入端，

其中上述温度检测单元根据上述电容两端的电压值与上述第一电阻的电阻值计算上述电源整流模块所接收的上述输入电流；

运算单元，耦接于上述检测模块，根据各上述电流路径的温度计算平均温度，并比较各上述电流路径的温度与上述平均温度以输出比较结果；以及

电源处理单元，耦接于上述运算单元与上述电源整流模块，根据上述比较结果调整各上述电流路径的电流值。

2.根据权利要求1所述的多相电源供应装置，其特征是，其中当上述电流路径中的第一电流路径的温度高于上述平均温度时，上述电源处理单元降低上述第一电流路径所导通的电流；当上述第一电流路径的温度低于上述平均温度时，上述电源处理单元提高上述第一电流路径所导通的电流。

3.根据权利要求1所述的多相电源供应装置，其特征是，其中上述检测模块包括：

多个热敏电阻，设置于上述各相电压源所对应的各上述电流路径上，上述热敏电阻耦接于上述温度检测单元，用以检测上述电流路径的温度。

4.根据权利要求1所述的多相电源供应装置，其特征是，还包括：

第二电压量测电路，分别耦接于上述电流路径与上述温度检测单元，上述温度检测单元经由上述第二电压量测电路检测上述电源整流模块的输出电压；以及

第二电流量测电路，耦接于上述电流路径与上述温度检测单元，上述温度检测单元经由上述第二电流量测电路检测上述电源整流模块的输出电流。

5.根据权利要求4所述的多相电源供应装置，其特征是，其中上述检测模块根据上述电源整流模块所接收的上述输入电压与上述输入电流与上述电源整流模块的上述输出电压与上述输出电流，输出电源效率值至上述运算单元。

6.根据权利要求5所述的多相电源供应装置，其特征是，其中上述运算单元经由显示装置显示上述电源效率值与对应于各相电压源的温度值。

7.根据权利要求1所述的多相电源供应器，其特征是，其中上述第一电压量测电路包括：

第一电阻；

第二电阻，上述第二电阻与上述第一电阻耦接于上述电源整流模块的输入端与接地，且上述第二电阻与上述第一电阻的共享端耦接于上述温度检测单元。

8.根据权利要求1所述的多相电源供应装置，其特征是，其中上述第一电流量测电路包括：

电感，耦接于上述电压源与上述电源整流模块的输入端。

9.根据权利要求4所述的多相电源供应装置，其特征是，上述第二电压量测电路包括：

第一电阻；

第二电阻，上述第二电阻与上述第一电阻串联耦接于上述电压源与接地，且上述第二电阻与上述第一电阻的共享端耦接于上述温度检测单元。

10.根据权利要求4所述的多相电源供应装置，其特征是，上述第二电流量测电路包括：

多个第一电阻，上述这些第一电阻的一端分别耦接于上述电源整流模块所输出的上述各相电压源上述电流路径；

电容，一端耦接于上述这些第一电阻的另一端，上述电容的另一端耦接于上述微处理器的一电源输入端；

多个电感，上述电感的一端分别耦接于上述电源整流模块所输出的上述各相电压源，上述电感的另一端耦接于上述电流路径与上述微处理器的电源输入端；以及

第二电阻，耦接于上述微处理器的该电源输入端这些第二电阻的共享节点与温度检测单元；

其中，上述温度检测单元根据上述电容两端的电压值与上述这些第二电阻的电阻值计算上述电源整流模块的输出电流。

11.根据权利要求1所述的多相电源供应装置，其特征是，其中上述多相电源供应装置设置于主机板上。