专利名称：带有本地负载线的供电系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及开关电源供电系统，特别涉及带有负载线的开关电源供电系统。
背景技术：
在计算机领域中，如何为各种电路板卡上的不同处理器，如图形卡上的图形处理器(GPU)或主板上的中央处理器(CPU)等进行供电是一项复杂的系统工程。在现有技术中通常使用电压调节器(VR)用于将计算机的电源电压转化为各个处理器所需的电压为处理器进行供电。负载线电源是一种常见的供电电源方式，其原理如图l所示。图la示出了负载线电源为GPU供电的电路图，图中的Vl为一恒压源，在恒压源Vl的输出端串联一负载线电阻R1， GPU为工作负载。根据图la的电路，输出到GPU上的电压Vout与GPU上的负载电流Iout之间的关系如图lb所示。由于具有负载线电阻Rl，当GPU的工作负载增大时，其负载电流lout也会随之增大，例如从L增大到I2。由于VI是恒压源，因此负载线电阻Rl上的压降也会随之增大，从而使得输入到GPU上的电压Vout减小，即从仏较小到U2。因此，如图lb所示，作为负载的GPU所获得的供电电压将随着GPU上的负载电流的增大而减小。负载线电阻R1的大小即为Vout随lout变化的曲线斜率，即Rl = AU/AI。在实际应用中，负载线电阻R1的大小通常为毫欧的量级，例如lmQ。这种负载线供电带来的好处是由于电源输出的电压随着负载电流的增大而降低，这就会降低电源在高负载工况下的功率，从而降低电源的功耗。此外，在没有负载线的供电电路中，在负载启动或关闭的瞬间负载上的电流lout会立即发生跳变，例如在^和t2时刻发生的跳变，这会导致输出电压在负载电流跳变的瞬间产生尖峰噪声，如图2所示。而负载线电路由于输出电压Vout随着电流的增大而减小，因此可以降低这种交流峰_峰噪声。 常见的开关电源中带有脉宽调制电路(P丽)，为了使开关电源能实现带有负载线的输出电压特性，P丽电路需要通过感测开关电源的输出电感或是下M0S上的压降而获知输出电流的大小，从而获知输出电流与负载之间的关系，并根据该关系调整输出电压与输出电流之间的关系，最终达到所需的负载线效果。然而，低端的P丽电路不具有感测输出电流大小的管脚，因此无法感测输出电流，从而无法使开关电源具有负载线的输出电压特性。因此，需要为这种不具电流感测功能的低端P丽设计一种供电系统，使其能实现带有负载线的输出电压特性。
实用新型内容在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式
部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。 根据本实用新型，提供了一种带有本地负载线的供电系统，所述供电系统包含电源，所述电源具有一供电输出端口，用于输出供电电压为负载进行供电，并具有一恒定电压输出端；负载线电阻，连接在所述电源的供电输出端口和负载之间；交流响应感测单元，连接在所述电源的恒定电压输出端和负载的供电电压输入感测端之间，用于感测提供给负载的交流电压响应；以及直流响应感测单元，连接在所述电源的恒定电压输出端和所述电源的供电输出端口之间，用于感测所述电源输出电压的直流响应。 根据本实用新型的另一方面，所述负载线电阻为电路板寄生电阻，其阻值大小是可变的，例如为lmQ。 其他特征和实施方式将在下文中进行描述。
本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的原理。在附图中，[0009] 图la和图lb示出了负载线供电电路的原理图； 图2示出了不具有负载线的供电电路的输出电压与负载电流随时间变化的波形图； 图3示出了根据本实用新型的第一实施方式的带有负载线的供电系统电路图；[0012] 图4示出了根据本实用新型的第一实施方式的供电电路的输出电压与负载电流随时间变化的波形图； 图5示出了根据本实用新型的第二实施方式的带有负载线的供电系统电路图；[0014] 图6示出了根据本实用新型的第二实施方式的供电电路的输出电压与负载电流随时间变化的波形图； 图7示出了根据本实用新型的第三实施方式的带有负载线的供电系统电路图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。 图3示出了根据本实用新型的第一实施方式的带有负载线的电路图。如图3所示，开关电源300用于输出负载电路所需的电压从而为负载电路进行供电，在实施例中负载电路为GPU 302。开关电源300中包含脉宽调制电路(P丽)301，脉宽调制电路301接收在开关电源300外部采集到的流经GPU 302的负载电流信号，并经过开关电源300内部的运放电路进行反馈，从而实现对输出电压Vout的调节。在本实施方式中的脉宽调制电路301不具有检测GPU 302的负载电流的功能。开关电源300在端口 FB输出动态恒定的电压，在端口 SPout输出用于为负载GPU 302供电的电压，该电压经过负载线电阻R1后通过GPU 302的Vout端口输入到GPU 302中为其供电。电容C3和电阻R3串联连接所构成的网络连接在端口 Spout和端口 FB之间，用来感测开关电源300从Spout端口输出的交流电压，从而得到交流瞬态响应。电阻Rt设置在恒压输出端口 FB和开关电源300的输出端口 Spout之间，用来感测从开关电源300输出的直流电压，从而获得直流响应。电容C2与电阻R2串联后再与电容C1并联，所构成的网络连接在恒压输出端FB和开关电源300内部的比较器输入端comp之间，用来防止脉宽调制电路301发生自激振荡。在该实施方式中，负载线电阻Rl连接在开关电源300的输出端口 SPout和GPU 302的供电端口 Vout之间，这里的负载线电阻R1采用了电路板上的寄生直流电阻R1作为负载线，而无须单独设置负载线电阻。这样，就利用电路板上的寄生电阻实现了带有本地负载线的开关电源。 根据该实施方式的开关电源的输出电压与负载电流随时间变化的波形图如图4所示，其中lout表示流经作为负载的GPU 302的负载电流，Vout为GPU 302的供电电压。从图4中可以看到，由于具有了负载线Rl，因此GPU 302的供电电压会随着负载电流lout的增大而减小，当负载电流lout在tl时刻瞬间增大时，Vout会由于负载线Rl的分压作用而减小。同理，当负载电流和t2时刻发生跳变时，Vout会由于负载线Rl的分压作用而增大。因此消除了如图2所示的尖峰噪声。 然而，根据图3所示的电路，R3和C3网络感测的是开关电源300直接输出的电压，而非实际输入到负载GPU 302上的供电电压，因此在图4所示的Vout波形中，在^和t2时刻电压Vout跟随负载电流lout的变化会略有滞后的现象，在A点和B点处仍会产生一个很小的尖峰噪声。为了消除这一噪声，对图3所示的电路进行了改进，改进后的电路如图5所示。 图5示出了根据本实用新型的第二实施方式的带有负载线的电路图。在图5所示的电路中，R3和C3构成的交流感测网络直接测量GPU 502的供电电压。GPU 502带有一输出端口 Vout sense，该端口在GPU 502的内部与GPU 502的供电端口 Vout直接连通，因此Vout sense端口输出的即为实时供应给GPU 502的电压。R3和C3构成的网络因此可以得到及时快速的供电电压交流瞬态响应。 图6示出了根据图5所示的第二实施方式的供电电路的输出电压与负载电流随时间变化的波形图。如图6所示，由于负载供电电压Vout较第一实施方式可以更为及时的响应负载电流lout的变化，因此消除了图4中在负载电流lout跳变的时刻^和t2处Vout产生的尖峰噪声。 图7示出了根据本实用新型的第三实施方式的带有负载线的电路图。由于负载线电阻Rl取自电路板上的寄生电阻，因此可以根据开关电源和负载的不同需要选择不同大小的Rl，即，即Rl设置为阻值可调节的电阻。如图7所示，用于感测输出电压直流响应的电阻Rt连接在恒压输出端FB和负载线电阻Rl的可变端之间。这样，负载线Rl的电阻阻值可根据实际需要进行选择和调节。在一个实施方式中，负载线R1的电阻值例如为lmQ。[0023] 本实用新型的上述具体实施例在此用于描述本实用新型，而非意在将穷尽本实用新型或将本实用新型限制在这里所披露的某些具体的实施方式上。本领域技术人员可以明白的是，根据本实用新型的教导可以有多种变型或改变。例如，开关电源所供电的负载不限于实施方式中所示的GPU，还可以是中央处理单元(CPU)或其他元件。选择这些实施例只是为了更好地解释本实用新型的原理及其实际应用，由此使得本领域其他技术人员可以更好地利用本实用新型。可以设想，具有各种变化形式的各种实施例都是适合于这一应用的。本实用新型的范围由附属的权利要求及其等效物所限定。
权利要求一种带有本地负载线的供电系统，其特征在于，所述供电系统包含电源，所述电源具有一供电输出端口，用于输出供电电压为负载进行供电，并具有一恒定电压输出端；负载线电阻，连接在所述电源的供电输出端口和负载之间；交流响应感测单元，连接在所述电源的恒定电压输出端和负载的供电电压输入感测端之间，用于感测提供给负载的交流电压响应；直流响应感测单元，连接在所述电源的恒定电压输出端和所述电源的供电输出端口之间，用于感测所述电源输出电压的直流响应。
2. 根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述负载线电阻为电路板寄生电阻。
3. 根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述负载线电阻的阻值大小是可变的。
4. 根据权利要求l所述的供电系统，其特征在于，所述负载线电阻的阻值大小为lmQ。
5. 根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述交流响应感测单元由串联连接 的第一电阻和第一电容构成。
6. 根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述直流响应感测单元由第二电阻 构成。
7. 根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述电源中包含脉宽调制电路。
8. 根据权利要求7所述的供电系统，其特征在于，所述供电系统还包括用于消除所述 脉宽调制电路自激振荡的网络。
9. 根据权利要求1所述的供电系统，其特征在于，所述负载为图形处理单元或中央处 理单元。
专利摘要本实用新型公开了一种带有本地负载线的供电系统，所述供电系统包含电源，所述电源具有一供电输出端口，用于输出供电电压为负载进行供电，并具有一恒定电压输出端；负载线电阻，连接在所述电源的供电输出端口和负载之间；交流响应感测单元，连接在所述电源的恒定电压输出端和负载的供电电压输入感测端之间，用于感测提供给负载的交流电压响应；以及直流响应感测单元，连接在所述电源的恒定电压输出端和所述电源的供电输出端口之间，用于感测所述电源输出电压的直流响应。根据本实用新型的这种供电系统可以为不具电流感测功能的低端PWM提供实现带有负载线的输出电压特性。
文档编号H02M5/00GK201438290SQ20092016435
公开日2010年4月14日 申请日期2009年7月1日 优先权日2009年7月1日
发明者徐爽 申请人:辉达公司