专利名称：自动调整电路工作频率的交换式供电系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种交换式供电系统及其方法，特别涉及一种应用于计算机主机，并可自动调整电路工作频率的交换式供电系统及其方法。
背景技术：
请参考图1，为常见交换式供电系统的电路方块示意图。其中交换式供电系统是利用脉冲宽度调变(PWM)技术，用以控制直流转换器11内的功率开关(未标示)，并通过滤波电路13进而达到系统电力的供应。
脉冲宽度调变(PWM)技术的工作方式，就是由振荡电路17提供一固定的频率给脉冲宽度调变单元15。此时，比较器12则负责检测输出的直流电压DC，所以如果输出的直流电压DC经由分压电路14后的电压低于参考电压16时，也就是说，此时输出负载变重，则会使得脉冲宽度调变单元15的输出方波变宽，即功率开关(未标示)的工作周期(duty cycle)变长，如此则可补偿输出所下降的电压，而将电压恢复到原来的额定值以达到稳压的目的。
同理，如果负载变小，则输出的直流电压DC经由分压电路14后的电压会高于参考电压16，经由比较器12检测以后，会使得脉冲宽度调变单元15输出方波的工作周期(duty cycle)变短，如此功率开关(未标示)工作周期(dutycycle)也变短了，因此，输出的直流电压DC就会降低至标准的额定值，故可达稳压之效。而在此，功率开关(未标示)工作频率并不会因为工作周期(dutycycle)的改变而改变，换句话说，此电路的工作频率永远是固定的。
目前计算机系统中利用脉冲宽度调变(PWM)技术，用以提供中央处理单元(CPU)工作所需的电源部分。因此，在现在的中央处理单元(CPU)的供电系统，其在设计完成后，脉冲宽度调变PWM输出的工作频率都是固定不变的。
因此，无论使用何种规格的中央处理单元(CPU)执行任何软件形成的电流负载变化、机壳内外环境变化、电源部分本身或负载轻重造成的电压变化，对于脉冲宽度调变PWM输出的工作频率，在设计完成后都无法做任何的变动。所以，对于脉冲宽度调变PWM本身的使用效率、切换损耗(switching loss)的降低、系统温度的抑制、锯齿电流的改善或脉动电压峰对峰值的降低以至于输出电压的稳定对整体系统稳定度的提升都无法做出任何贡献，亦无法发挥零件本身的最大效能与使用者的期望，严重降低计算机的整体表现。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种自动调整电路工作频率的交换式供电系统及其方法，其主要目的在于提供一种可以应用于计算机主机且用以动态自动调快或调慢工作频率的交换式供电系统及其方法。本发明对于脉冲宽度调变PWM本身的使用效率、切换损耗(switching loss)的降低、系统温度的抑制、锯齿电流的改善或脉动电压峰对峰值的降低有显著的提升。
本发明是经由连接于计算机主机的感应监控单元，检测该计算机主机内的中央处理机(CPU)型号、中央处理机(CPU)耗电流变化、机壳内外或特定点温度变化、各电压变化及负载多少变化，进而转换成为一检测值。该检测值传送到连接于该感应监控单元的比较单元，同时，比较单元将检测值与储存于储存单元的触发条件值作比较处理，并输出一比较结果信号传送至PWM切换频率调整单元。上述储存于储存单元的触发条件值，由设定单元执行设定操作而得到。
上述说明中，PWM切换频率调整单元根据该比较结果信号，用以动态自动调快或调慢脉冲宽度调变PWM的工作频率，使得转换器可以更有效率的提供电力给计算机主机。
具体地讲，本发明公开了一种自动调整电路工作频率的交换式供电系统，用来调整一转换器的工作频率，以提供一直流电源到一计算机主机，包括有一感应监控单元，连接于该计算机主机，用以检测该计算机主机的工作状态，并输出一检测值；一设定单元，可设定一触发条件值，用以调整电路工作频率；一储存单元，连接于该设定单元，用以储存该触发条件值；一比较单元，连接于该储存单元与该感应监控单元，用以比较处理该检测值与该触发条件值，并输出一比较结果信号；及一PWM切换频率调整单元，连接于该比较单元与该转换器，接收该比较结果信号，并根据该比较结果信号，用以调整该转换器的工作频率。
该感应监控单元包括有至少一感应器与至少一监控模块。
该感应器可为一电压感应器、一电流感应器、一温度感应器及一负载感应器的各类组合。
该监控模块可为一电压监控模块、一电流监控模块、一温度监控模块及一负载监控模块的各类组合。
本发明还公开了一种自动调整电路工作频率的方法，用来调整一转换器的工作频率，以提供一直流电力到一计算机主机，包括有下列步骤激活一感应监控单元；设定电路工作频率切换调整的一触发条件值；实时感应与监控该计算机主机的工作状态，并取得该电脑主机工作状态的一检测值；实时比较该触发条件值与该计算机主机工作状态的该检测值；及根据该比较结果，通过一PWM切换频率调整单元，实时调整该转换器的工作频率。
设定该触发条件值步骤为设定一单一感应器的一单一触发条件值。
设定该触发条件值步骤为设定至少一感应器的至少一触发条件值。
设定该触发条件值步骤为出厂前预先设定储存于计算机系统的一储存单元中。
设定该触发条件值步骤为开机时由使用者随时设定，并储存于计算机系统的一储存单元中。
实时调整该转换器的工作频率步骤为升频或降频的调整。
本发明的自动调整电路工作频率的交换式供电系统及其方法，通过感应监控单元实时监测计算机主机工作状态的变化，当这种变化达到预设的调整触发点时，本发明的PWM切换频率调整单元会根据该比较结果信号，用以动态自动调快或调慢脉冲宽度调变PWM的工作频率，使得转换器可以适时反应随时变化的运行环境，进而达到更好的效率或更稳定的输出，以提供电力给计算机主机。
图1为常见交换式供电系统的电路方块示意图；
图2为本发明自动调整电路工作频率的交换式供电系统的电路方块示意图；及图3为本发明自动调整电路工作频率的方法步骤流程图。
其中，附图标记说明11--直流转换器、12--比较器、13--滤波电路、14--分压电路15--脉冲宽度调变单元、16--参考电压、17--震荡电路2--自动调整电路工作频率的交换式供电系统3--转换器、4--计算机主机24--感应监控单元、26--比较单元27--PWM切换频率调整单元、28--储存单元29--设定单元具体实施方式
请参考图2，为本发明自动调整电路工作频率的交换式供电系统的电路方块示意图。本发明为一种自动调整电路工作频率的交换式供电系统2，用来调整一转换器3的工作频率，以提供一直流电到一计算机主机4，包括有一感应监控单元24、一比较单元26、一PWM切换频率调整单元27、一储存单元28及一设定单元29。
再参考图2，其中感应监控单元24连接于该计算机主机4，用以检测该计算机主机4的工作状态，并输出一检测值。设定单元29连接于该储存单元28，用以设定一触发条件值，并将该触发条件值储存于储存单元28。上述说明中，该触发条件值用以调整工作频率的触发条件值。比较单元26连接于该感应监控单元24与该储存单元28，接收由该感应监控单元24传送过来的检测值与储存于储存单元28的触发条件值，同时进行比较处理动作，并输出一比较结果信号。PWM切换频率调整单元27连接于该比较单元26与该转换器3，接收由比较单元26传送过来的比较结果信号，并根据该比较结果信号用以动态自动调快或调慢脉冲宽度调变PWM的工作频率，使得转换器3可以更有效率的提供电力给计算机主机4。
再参考图2，感应监控单元24包括有一感应器(未标示)与一监控模块(未标示)，其中该感应器为电压感应器、电流感应器、温度感应器或负载感应器等，该监控模块为电压监控模块、电流监控模块、温度监控模块或负载监控模块等。感应监控单元24利用该感应器连接设置于计算机主机4的一关键点(未标示)，用以检测计算机主机4的工作状态值，并配合监控模块用以及时监控计算机主机4的电压、电流、温度或程序的轻重载工作情形，然后实时的将这状态的变化反应给系统。
上述说明中，感应监控单元24可由至少一感应器(未标示)与至少一监控模块(未标示)组成，其中这些感应器为电压感应器、电流感应器、温度感应器及负载感应器等，这些监控模块为电压监控模块、电流监控模块、温度监控模块及负载监控模块等。感应监控单元24利用这些感应器连接设置于计算机主机4的多重关键点，以便更加灵敏的检测计算机主机4运行时环境的变化，并配合各自的监控模块，用以实时监控计算机主机4上的电压、电流、温度及程序轻重载工作情形，然后实时的将这些状态的变化反应给系统。
再参考图2，使用者可以在开机时通过设定单元29设定系统的触发条件值，而且可以根据不同需求设定多种触发条件值的组合，并将设定的触发条件值储存于储存单元28中。在随后的使用中，系统可以通过比较单元26，根据使用者设定的触发条件值组合及感应器收集到系统状态信息的检测值，来判别脉冲宽度调变PWM的切换工作频率应该加以提升或是下降。
在任何操作系统下，当计算机主机4需要处理一个重载程序，或是计算机主机4需要处理一个很长时间的程序的时候，系统会自动依据需求，调快脉冲宽度调变PWM的切换工作频率。当系统恢复正常时，或者程序处理完毕时，系统便会调回PWM原来的切换工作频率，以正常的频率工作，整个工作切换过程不必依靠软件处理，也无须重启计算机主机4，切换过程不会影响正在处理的程序。
本发明也可以单独使用温度感应器配合温度监控模块，用以组成一温度监控器使用，当脉冲宽度调变PWM控制转换器3内的功率开关MOS温度过高时，系统会自动调慢脉冲宽度调变PWM的切换工作频率，使得功率开关MOS温度得以下降。当脉冲宽度调变PWM控制转换器3内的功率开关MOS温度低于设定温度时，脉冲宽度调变PWM会以更高的切换频率工作。本发明的反应时间快，而且无兼容性问题并且在任何操作系统下修改或设定感应器时，不须重启计算机主机4便可完成设定操作，因此可达到最稳定与最大的效能。
请参考图3，为本发明自动调整电路工作频率的方法步骤流程图。本发明自动调整电路工作频率的方法步骤如下首先，激活一感应监控单元S100；接着，设定电路工作频率切换调整的一触发条件值S102；然后，实时感应与监控一计算机主机的工作状态并取得该计算机主机工作状态的一检测值S104；还有，实时比较该触发条件值与该计算机主机工作状态的检测值S106；最后，根据该比较结果，通过一PWM切换频率调整单元，实时调整一转换器的工作频率S108。
配合图2，再参考图3，该感应监控单元24包括有感应器(未标示)与监控模块(未标示)，其中该感应器为电压感应器、电流感应器、温度感应器或负载感应器等，或者是它们的组合，并感应器都配合有其各自的监控模块，用以实时监控计算机主机4并输出检测值。该监控模块为电压监控模块、电流监控模块、温度监控模块或负载监控模块等。
在上述设定触发条件步骤中，触发条件值可以根据单一感应器的单一触发条件值而设定，也可以根据至少一感应器的至少一触发条件值设定。而且，设定触发条件值的时机，可以是在系统出厂前预先设定，并储存于计算机系统的储存单元28中，或是，在使用者开机时，由使用者随时根据情况而设定，并储存于计算机系统的储存单元28中。
在上述实时调整转换器的工作频率步骤中，系统根据使用者设定的触发条件值与感应监控单元24输出的检测值作比较处理，来判别此时是否应该调整脉冲宽度调变PWM的切换工作频率，其脉冲宽度调变PWM的切换工作频率可以进行双向调整，即升频或降频的调整。当然，如果工作环境变化未到达触发条件值时，则保持原脉冲宽度调变PWM的切换工作频率。
综上所述，本发明自动调整电路工作频率的交换式供电系统及其方法，提供一种可以应用于计算机主机4且用以动态自动调快或调慢工作频率的交换式供电系统及其方法。本发明对于脉冲宽度调变PWM本身的使用效率、开关损耗(switching loss)的降低、系统温度的抑制、锯齿电流的改善或脉动电压峰对峰值的降低有显著的提升。
上述所公开的附图、说明，仅为本发明的实施例而已，凡熟悉本技术的人员当可依据上述的说明作其它种种的改良，而这些改变仍属于本发明的发明精神及专利保护范围中。
权利要求
1.一种自动调整电路工作频率的交换式供电系统，用来调整一转换器的工作频率，以提供一直流电源到一计算机主机，包括有一感应监控单元，连接于该计算机主机，用以检测该计算机主机的工作状态，并输出一检测值；一设定单元，可设定一触发条件值，用以调整电路工作频率；一储存单元，连接于该设定单元，用以储存该触发条件值；一比较单元，连接于该储存单元与该感应监控单元，用以比较处理该检测值与该触发条件值，并输出一比较结果信号；及一PWM切换频率调整单元，连接于该比较单元与该转换器，接收该比较结果信号，并根据该比较结果信号，用以调整该转换器的工作频率。
2.如权利要求1所述的自动调整电路工作频率的交换式供电系统，其特征在于，该感应监控单元包括有至少一感应器与至少一监控模块。
3.如权利要求2所述的自动调整电路工作频率的交换式供电系统，其特征在于，该感应器可为一电压感应器、一电流感应器、一温度感应器及一负载感应器的各类组合。
4.如权利要求2所述的自动调整电路工作频率的交换式供电系统，其特征在于，该监控模块可为一电压监控模块、一电流监控模块、一温度监控模块及一负载监控模块的各类组合。
5.如权利要求1所述的自动调整电路工作频率的交换式供电系统，其特征在于，该感应监控单元包括有一感应器与一监控模块。
6.如权利要求5所述的自动调整电路工作频率的交换式供电系统，其特征在于，该感应器可为一电压感应器、一电流感应器、一温度感应器或一负载感应器。
7.如权利要求5所述的自动调整电路工作频率的交换式供电系统，其特征在于，该监控模块可为一电压监控模块、一电流监控模块、一温度监控模块或一负载监控模块。
8.一种自动调整电路工作频率的方法，用来调整一转换器的工作频率，以提供一直流电力到一计算机主机，包括有下列步骤激活一感应监控单元；设定电路工作频率切换调整的一触发条件值；实时感应与监控该计算机主机的工作状态，并取得该电脑主机工作状态的一检测值；实时比较该触发条件值与该计算机主机工作状态的该检测值；及根据该比较结果，通过一PWM切换频率调整单元，实时调整该转换器的工作频率。
9.如权利要求8所述的自动调整电路工作频率的方法，其特征在于，设定该触发条件值步骤为设定一单一感应器的一单一触发条件值。
10.如权利要求8所述的自动调整电路工作频率的方法，其特征在于，设定该触发条件值步骤为设定至少一感应器的至少一触发条件值。
11.如权利要求8所述的自动调整电路工作频率的方法，其特征在于，设定该触发条件值步骤为出厂前预先设定储存于计算机系统的一储存单元中。
12.如权利要求8所述的自动调整电路工作频率的方法，其特征在于，设定该触发条件值步骤为开机时由使用者随时设定，并储存于计算机系统的一储存单元中。
13.如权利要求8所述的自动调整电路工作频率的方法，其特征在于，实时调整该转换器的工作频率步骤为升频或降频的调整。
全文摘要
本发明涉及一种自动调整电路工作频率的交换式供电系统及其方法，通过感应监控单元实时检测计算机主机使用状态并根据使用者所设定的规范自动调整脉冲宽度调变PWM的切换工作频率，包括有一感应监控单元，连接于计算机主机，用以检测计算机主机的工作状态，并输出一检测值；一设定单元，可设定一触发条件值；一储存单元，连接于设定单元，用以储存触发条件值；一比较单元，连接于储存单元与感应监控单元，比较处理检测值与触发条件值，并输出一比较结果信号；及一PWM切换频率调整单元，连接于比较单元与转换器，接收比较结果信号，用以调整脉冲宽度调变PWM的切换工作频率，使得转换器可以更有效率的提供电力给计算机主机。
文档编号H02M3/00GK1716157SQ20041006251
公开日2006年1月4日 申请日期2004年6月30日 优先权日2004年6月30日
发明者邱咏证 申请人:技嘉科技股份有限公司