专利名称：个人计算机电源的制作方法
技术领域：
本发明与个人计算机有关，尤其是为处理和存贮数字数据的电子元件供电的个人计算机电源有关。
通常的计算机系统特别是IBM的个人计算机在当今社会的许多部门已经得到广泛使用。个人计算机系统通常分为台式的、落地式的和轻便的微型计算机，这种微型计算机包括一个具有单独系统处理器和与之连接的易失性和非易失性存贮器的系统单元，一个显示监视器，一个键盘，一个或几个磁盘驱动器，一个固定磁盘存储器，以及一个可选用的打印机等几个部分。这些系统的一个显著特点是用母板或者系统板使各元件之间相互电联接。这些系统的设计首先是为单个用户提供独立的计算能力，另外价格不能太贵，使得个人或小的企业能够购买。这样的个人计算机系统有IBM公司的PC-AT机和PS-2型25，30，50，55，60，65，70和80。
这些系统能分成两个系列。第一种系列称为系列Ⅰ(Family Ⅰ)，使用IBM的PC-AT或其他IBM兼客机为示例的总线结构。第二种系列称为系列Ⅱ(Family Ⅱ)，使用IBM的PS-2型50到80机型为示例的IBM的微通道总线结构。系列Ⅰ使用流行的INTEL8088或者8086微处理器作为系统处理器。这些处理器有一兆字节的存贮器寻址能力。系列Ⅱ使用高速INTEL80286，80386及80486微处理器，这种处理器能工作在实址方式以模拟较低速度的INTEL8086微处理器或者工作在保护方式，此时对于某些型号寻址范围从一兆字节扩展到4千兆字节。实质上80286，80386和80486处理器的实址方式性能提供了与为8086和8088微处理器写的软件兼客的硬件。这种个人计算机的元件由电源供电，该电源使用控制逻辑，开关晶体管，电力变压器，整流器和沪波器将从市电上来的电压和电流(在美国为110V60HE)转换成个人计算机工作所需要的直流电压和电流。通常用开关加到这个电源的电压来控制这类电源的工作。在所给出的例子中，这种开、关是通过接通和断开110V.60HE市电电流来实现的。正如将要了解的那样，这种通常提供的工作电压的通、断需要用开关，与和个人计算机工作元件一起使用的非常低的电压和电流的开关相比，这种开关是相当大的。
至今已经提出(Summerlin美国专利4，723，269中)利用一个低电平电压来控制个人计算机电源的工作。有兴趣的读者可以参考Summerlin所透露的关于一个电话振铃波器通过光学连接的半导体设备动作去控制相对比较高的电压源的电流通道。然而，这种电路还是需要在由相对比较高的电压开关操作的待使用的计算机电源上人工控制。
考虑到上述讨论，本发明的一个目的就是保护个人计算机的使用者以免直接接触给计算机供电的电源中相对比较高的电压。为了实现本发明的这个目的，采取了可以人工地或者间接地控制的低电压信号输送的措施，以控制电源中的一个脉宽调制器控制元件而不必提供光学隔离的高电压或者机电开关去直接控制干线电压。
本发明还有一个目的就是用逻辑电平电压、低电流的电信号来控制个人计算机的工作。为了实现这个目的，用与操作者采用的人工控制一致的方式对计算机工作元件供电进行遥控是可能的。
本发明的一些目的已经指出了，其他目的在参照附图作继续说明的过程中将会提到。附图中
图1是体现本发明的个人计算机的透视图;
图2是图1的个人计算机的某些组成部分(包括一个底架、一个外壳、一个机电直接存取存储装置和一块系统母板)的分解透视图，示出了这些部分之间的一些关系。
图3是图1和图2的个人计算机的某些元件的示意图;
图4是图1到图3的个人计算机中使用的电源和控制元件的电路图。
当对本发明在下文中参照，展示了本发明的一个优选的具体实例的附图作更充分的叙述时，一开始就可明白精于这门技艺的人们可以修改在此叙述的本发明而似能获得本发明的良好的结果。因此，下面的叙述是针对精于这门技艺的人们所作的概括性的启示说明，而不是对本发明的限制。
现在详细参考附图，所示为一个体现本发明的微计算机10(图1)。如上所述，计算机10有一个与之结合的监视器11，一个键盘12和打印机或绘图机14。计算机10有一个外壳15，它由一个装饰性的外构件16和一个内屏蔽件18组成(图2)，内屏蔽件18与底架19相配合以构成一个密封的屏蔽空间，用以接纳处理和存贮数字数据的电子数据处理和存贮元件。这些元件中至少有些是装在母板20上，该母板装在底架19上，提供了一个用于计算机10的元件内部电连接的装置，这些元件有上面已确定的那些以及其他的有关元件，如软盘驱动器、各种直接存取存贮设备和辅助卡或板等等。
底架19有一底座22前面板24以及后面板25(图2)。前面板24上至少开有一个窗口(图中开四个窗口)用来装入数据存贮设备(例如磁盘或光盘驱动器)、一个磁带备用机或其他类似的设备。图例中，有一对上面的窗口26、28和一对下面的窗口29、30、上面的窗口26、28适合于装第一种尺寸的外围驱动器(例如5.25英寸的驱动器)，而下面的两个窗口适合于装另一种尺寸的驱动器(例如3.5英寸的驱动器)。
在叙述本发明的上述结构之前，先简要的回顾一下个人计算机系统10的一般工作情况。参照图3，图3是个人计算机系统的方框图，图中画出了计算机系统(例如按照本发明的系统10)的各种元件，包括装在母板20上的元件和母板与I/O槽以及个人计算机系统其它硬件的连接关系。由一个微处理器组成的系统处理器32与母板相连，微处理器通过总线控制定时单元35由高速CPU局部总线34连到一个存贮器控制单元36，而存贮器控制单元36连到一个易失性的随机存取存贮器(RAM)38。任何合适的微处理器都能用，一种适合的微处理器就是英特尔(INTEL)公司的80386。
在下面参考图3系统框图对本发明详细叙述时，一开始就可理解到按照本发明的设备和方法可以配用母板的其他硬件结构。例如，系统处理器可以是Intel80286或者80386微处理器以及系统总线可以是微通道型的或者是AT型的。
现在回到图3，CPU局部总线34(包括数据、地址和控制总线)将微处理器32与一个数学协处理器39、一个高速缓冲存贮控制器40和一个高速缓冲存贮器41相连。缓冲器42本身与一个低速(与CPU局部总线相比)系统总线44相连，该总线同样包括地址，数据和控制总线系统总线44一直延伸到另一个缓冲器51。系统总线44还与总线控制与定时单元35以及DMA单元48相连。DMA单元48由中央仲裁单元49和DMA控制器50组成。缓冲器51为系统总线与任选特性总线(例如微通道总线52)之间提供了一个接口。与总线52相连的是一组I/O槽54，用来接纳可以进一步与I/O装置存贮器连接的微通道适配插件。
仲裁控制总线55将DMA控制器50和中央仲裁单元49连到I/O槽54和一个磁盘适配器56上。与系统总线44相连的还有一个存贮器控制单元36，该单元由存贮器控制器59、地址多路转换器60和数据缓冲器61组成。存贮器控制单元36还与随机存取存贮器(以RAM模块表示)38相连。存贮器控制器36包括微处理器32与RAM38的特定区域之间的地址变换逻辑。此逻辑用来恢复先前被基本输入输出系统(BIOS)占据的RAM。存贮器控制器36还产生一个ROM选择信号(ROMSEL)，此信号用以启动或屏蔽ROM64。
虽然上述微处理系统10用1兆字节的基本RAM模块，应该知道，它还能附加连接任选的存贮器(如图3中的65到67的存贮器模块)。只是作为一个图例，在叙述本发明的时候以一兆字节的基本存贮器模块38为参考。
另一个缓冲器68接在系统总线44和母板I/O总线69之间。母板I/O总线69包括地址、数据和控制总线。沿该母板I/O总线69连接的有各种I/O适配器和其他元件，例如，显示适配器70，(它是用来驱动监视器11的)，一个时钟72，一个非易失的RAM74(以下以NVRAM表示)，一个RS232适配器76，一个并行适配器78，一组定时器80，一个磁盘适配器56，一个中断控制器84和一个只读存贮器64。
只读存贮器64包括BIOS，它用作I/O和微处理器32的操作系统之间的接口。存在ROM64中的BIOS能够拷贝到RAM38中以减少BIOS的执行时间。ROM64还通过ROMSEL信号对存贮器控制器36作出响应。如果ROM64被存贮器控制器36启动，则BIOS就从ROM读出执行。如果ROM64被存贮器控制器36屏蔽，ROM对从微处理器32来的地址询问不响应(即BIOS从RAM读出执行)。
时钟72用作为日计算的时间(time of day Calculation)而NVRAM用来储存系统配置数据。也就是，NVRAM将装有一些描述系统的当前配置的值。例如，NVRAM装有描述固定磁盘或磁盘的容量的信息、显示的类型、存贮器的量、时间、日期等等。尤其重要的是NVRAM装有存贮器控制器36用来确定BIOS是从ROM还是从RAM读出运行的数据和是否恢复BIOSRAM想要用的那个RAM的数据(该数据占一位)。此外，每当执行一个专门的配置程序(例如SET配置)，就将这些数据存储于NVRAM中。SET配置程序的目的是将表征系统的配置的值存于NVRAM中。
装入屏蔽外壳中并与计算机10的上述元件组合在一起的还有一个电源(在图2中标为90)，该电源为计算机10的各元件供电。在个人计算机领域所应用的电源90是众所周知的脉宽调制开关电源，该电源将供电主干线的交流电变换成向计算机的数据处理和存贮元件提供的直流电能，以使它们能够工作。这种电源已有人讲述过了，例如，1989年纽约出版的“The Winn Rosch Hardware Bible”中就曾讲过，开关型电源是很有效的并且与其他电源相比是便宜的。虽然各种设计有所不同，然而典型的开关电源首先将输入的60赫市电变换成20千赫左右频率相当高的脉冲。在电流频率增加的同时，电流由通称脉宽调制的数字技术控制每个电源脉冲的宽度随所加的计算机电路的需要而变化。脉冲的宽度通过采用电子技术使电流的通和断加以控制，因此就有了这项技术的这个名称。用为开关功能而设计的专用芯片与许多其他元件一起产生电流的通和断。这里不再叙述和表示了。在此省略这种叙述是因为相信诸位对有关技艺已经熟知。脉冲的电压由变压器降压，再由整流器和沪波器转换成纯直流。
开关电源用两种方式带来高效率和低价格，开关调整是非常有效的，因为只有很少的功率转变成热。开关调整器将全部电流接通或断开并不消耗能量。此外，高的频率只需要较小的、并且不太贵的变压器和沪波电路。几乎当今所有的个人计算机都使用开关电源。
在一般的开关电源中，如上所述，电压是否要加到计算机的工作元件上是通过接通和断开市电来实行控制的。在美国，市电是110V，60HE的交流电。对一个可能的使用者的危险和诸如保险实验室(Underwrters Laboratories)这些团体推行的安全条例都是个人计算机设计者所熟知的。
按照本发明，此电源包括一个可以控制的元件，用于通过控制脉宽调制器的“on”或“off”状态使数据处理和存贮元件供电的开始和截止对低电压直流电信号的存在和不存在作出响应;和一个与可控元件和交流市电有效连接的信号产生电路，用于从市电产生一个传送到所述的可控元件的可控低压直流信号。由于这种内部连接，一个计算机使用者通过控制将从信号产生电路的一个低压直流信号加到可控元件来控制数据处理和存贮元件通电。在图示的具体实施例中，可控元件是脉宽调制器控制电路(上文中提到过，在图4中标为91)，它可以是普通的从莫托罗拉(Motorola)买得到的SG 1525A/1527A系列。信号产生电路包括一些元件，其中有一个比较器92和将信号加到比较器去的第一和第二信号电路。
比较器92接收来自第一信号电路的一个低压直流参考信号，该信号由适当的小变压器96将市电变换和整流后加到分压器94、95上，经分压器分压后形成。比较器92还接收一个在第一电压和第二电压(高压)之间变化的受控低压启动/截止信号。此启动/截止信号是由电阻98和一个与之相连的齐纳二极管99构成的稳压分压电路产生的，与二极管连接的还有一个开关形成的电流泄放装置，用来使电阻与二极管之间的连接点可通过开关接地，该开关装置工作于一个与市电电压(典型值约为100V或更高)不同的低的逻辑电平电压(典型值为5V)上。该开关装置可以是手工操作开关100的形式或是是计算机逻辑操作开关101的形式。在任何一种情况中，开关100或101的作用是选择启动/截止信号是第一还是第二电压。根据所加信号电压的不同，比较器92或者向前传送一个信号到控制电路91的一个“关闭”或“禁止”管脚上，或者并不传送信号出去，因而控制了计算机数据处理和存贮元件供电。计算机逻辑操作开关101比如可以与远距离通信设备联合从而遥控计算机10的电源接通与电源断开状态。
应该注意到，控制是次级或者输出端进行的，而脉宽调制器是接在电源变压器的初级的，所以使用者与危险电压是隔离的。
正如所了解的那样，计算机10的使用者通过操作手动开关100就可以接通或断开电路，从而避免了暴露于电力公司提供的高压下使用计算机。在附图和详细说明中已经陈述了本发明的一个具体实例，虽然使用了一些专门的术语，但是用这些术语作出的说明只是一般的意义并不是为了限制本发明。
权利要求
1.一个微计算机包括电子数据处理和存贮元件，用来处理和存贮数据；一个脉宽调制开关电源，与交流市电相连，用来向所述的数据处理和存贮元件提供直流电源以便使它们能工作，所述的微计算机其特征为所述直流电源包括一个可控元件，根据低压直流信号存在和不存在对所述数据处理和存贮元件供电或不供电；一个与所述可控元件和交流市电有效地连接的信号产生电路，用于从市电取得一个传送到所述可控元件的可控低压直流信号，从而使一个微机使用者通过控制从所述信号产生电路加到所述可控元件的所述低压直流信号可以控制数据处理和存贮元件的通电。
2.按照权利要求1的一个微计算机，其特征为所述的可控元件包括一个脉宽调制器控制电路。
3.按照权利要求1的微计算机，其特征为所述的信号产生电路包括一个比较器、一个将一低压直流参考信号如到比较器上的第一信号电路、和一个将一在第一电压和第二电压(高电压)之间变化的低压启动/截止信号可控地加到比较器上的可控第二信号电路;当所述的比较器加上所述的参考信号和所述的具有所述第一电压值的启动/截止信号时，比较器将所述的最初提到的信号传送到所述可控元件，
4.按照权利要求3的一个微计算机，其特征为所述第一信号电路包括一个产生予选的电压电平作为所述参考信号的分压器。
5.按照权利要求3的一个微计算机，其特征为所述第二信号电路包括一个产生予选的、稳压的电平的稳压分压器和电流泄放设备，用来产生所述的启动/截止信号。
6.按照权利要求5的一个微计算机，其特征为所述的第二信号电路包括一个手动操作开关，用来选择第一或第二电压，作为启动/截止信号，从而控制了传送到所述数据处理和存贮元件的电源。
7.按照权利要求5的一个微计算机，其特征为所述的第二信号电路包括一个计算机逻辑操作的开关，用来选择第一或第二电压，作为启动/截止信号，从而控制了传送到所述数据处理和存贮元件的电源。
8.一个微计算机包括电子数据处理和存贮元件，用于处理和存贮数据，一个脉宽调制开关电源，用于连接交流市电并向所述的数据处理和存贮元件提供直流电源以便使它们工作。所述的微计算机的特征为所述直流电源包括一个可控的脉宽调制器，它根据低压直流信号存在和不存在对所述的数据处理和存贮元件供电和不供电，一个与所述可控元件和交流市电有效地连接的信号产生电路，用于从市电取得一个传送到所述可控元件的低压直流信号，所述信号产生电路包括一个比较器、一个将一低压直流参考信号加到比较器上的第一信号电路、和一个将一或是第一电压或是第二电压(高电压)的低压启动/截止信号可控地加到比较器上的可控第二信号电路;当所述的比较器加上所述参考信号和所述具有所述第一电压值的启动/截止信号时，比较器将所述的最初提到的信号传送到所述可控元件。从而一个微机使用者通过控制由所述信号产生电路加到所述可控元件的所述低压直流信号可以控制所述电子数据处理和存贮元件的通电。
9.按照权利要求8的一个微计算机，其特征为所述第二信号电路包括一个产生予选的、稳压的电平的稳压分压器和电流泄放装置，用来产生所述的启动/截止信号，以及一个手动操作开关用于选择第一或第二电压作为启动/截止信号，从而控制了传送到所述电子数据处理和存贮元件的电源。
10.一个具有高速系统处理器的个人计算机系统，它与为在低速系统处理器上执行而设计的应用程序和操作系统软件相兼容，所述的个人计算机系统包括一个具有实工作模式和保护工作模式并与高速数据总线相连的高速微处理器;与一个低速数据总线有电连接的非易失的存储器;一个在高速数据总线和低速数据总线之间提供通讯的总线控制器;对高速数据总线响应的易失存储器;与所述易失存储器和所述非易失存储器相连的一个存储器控制器，所述存储器控制器在所述的易失存储器和所述高速微处理器之间调整通讯;一个脉宽调制开关电源，用来连接交流市电并向所述的数据处理和存贮元件提供直流电源以便使它们能工作，所述的微计算机其特征为所述直流电源包括一个可控的脉宽调制器，它根据低压直流信号存在或不存在对所述的数据处理和存贮元件进行或不进行供电，一个与所述可控元件和交流市电有效地连接的信号产生电路，用于从市电取得一个传送到所述可控元件的低压直流信号，所述信号产生电路包括一个比较器;一个将一低压直流参考信号加到比较器上的第一信号电路和一个将一个或是第一电压或是第二电压(高电压)的低压启动/截止信号可控地加到比较器上的可控第二信号电路;当所述的比较器加上所述参考信号和所述具有所述第一电压值的启动/截止信号时，比较器将所述的最初提到的信号传送到所述可控元件，从而一个微机使用者通过控制从所述信号产生电路加到所述可控元件的所述低压直流信号可以控制所述电子数据处理和存贮元件的通电。
全文摘要
本发明与个人计算机有关，尤其与为处理和存贮数字数据的电子元件供电的个人计算机电源有关。该电源具有一个可控元件，它根据一个低压直流信号的存在或不存在对数据处理和存贮元件进行或不进行供电；和一个与可控元件和交流市电有效地连接的信号产生电路，用于从市电取得一个传送到可控元件的低压直流信号，从而一个微机使用者通过控制从信号产生电路加到可控元件的低压直流信号可以控制数据处理和存贮元件的通电。
文档编号G06F15/78GK1057529SQ9110312
公开日1992年1月1日 申请日期1991年5月14日 优先权日1990年6月14日
发明者罗格尔·朗愣茨·考克斯, 米歇尔·约瑟夫·蒂劳叶, 罗伯特·李·玛亚斯 申请人:国际商业机器公司