交換式電源供應(yīng)電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明揭露一種交換式電源供應(yīng)電路，包含功率輸出級(jí)、脈寬調(diào)變訊號(hào)產(chǎn)生器、補(bǔ)償模塊以及過(guò)沖保護(hù)模塊。功率輸出級(jí)用以產(chǎn)生輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)負(fù)載元件。脈寬調(diào)變訊號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生脈寬調(diào)變訊號(hào)，脈寬調(diào)變信號(hào)用以控制功率輸出級(jí)。補(bǔ)償模塊根據(jù)輸出信號(hào)產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)至脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器。過(guò)沖保護(hù)模塊接收輸出信號(hào)，并用以致能或禁能脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器。本發(fā)明的交換式電源供應(yīng)電路具有過(guò)沖保護(hù)模塊，可以將脈寬調(diào)變信號(hào)固定在低準(zhǔn)位，停止對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行充電，使輸出信號(hào)不再繼續(xù)快速上升。如此一來(lái)，便可避免輸出信號(hào)過(guò)沖而超出容許電壓最大值，因而改善已知技術(shù)中過(guò)高的瞬時(shí)過(guò)沖電壓導(dǎo)致電源供應(yīng)電路不穩(wěn)定的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】交換式電源供應(yīng)電路【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明有關(guān)于一種交換式電源電路，尤指一種具有過(guò)沖保護(hù)機(jī)制的交換式電源供應(yīng)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]交換式電源供應(yīng)器是一種常見(jiàn)的電源供應(yīng)電路，廣泛應(yīng)用于微處理器系統(tǒng)和電腦系統(tǒng)中，切換式電源供應(yīng)器可將輸入電壓調(diào)節(jié)到期望輸出電壓值。
[0003]然而在實(shí)際應(yīng)用中，負(fù)載大小會(huì)隨著時(shí)間或情境變化。例如，當(dāng)負(fù)載元件(如微處理器)執(zhí)行特定的任務(wù)(如運(yùn)算任務(wù)時(shí))可能要求較高的驅(qū)動(dòng)功率，即負(fù)載提高；或者，在特定的任務(wù)完成后，負(fù)載可能瞬間降低(即卸除)。
[0004]其中，當(dāng)負(fù)載元件突然卸除時(shí)，這些負(fù)載阻抗的瞬間改變，可能使得輸出電壓的瞬間值超過(guò)原先電路容許的電壓最大值，即為輸出電壓的瞬時(shí)過(guò)沖(overshoot)現(xiàn)象。過(guò)高的瞬時(shí)過(guò)沖(overshoot)電壓將導(dǎo)致電源供應(yīng)電路不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本揭示內(nèi)容之一是在提供一種交換式電源供應(yīng)電路，包含功率輸出級(jí)、脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器、補(bǔ)償模塊以及過(guò)沖保護(hù)模塊。功率輸出級(jí)用以產(chǎn)生輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)負(fù)載元件。脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生脈寬調(diào)變信號(hào)，脈寬調(diào)變信號(hào)用以控制功率輸出級(jí)。補(bǔ)償模塊用以根據(jù)輸出信號(hào)產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)至該脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器。過(guò)沖保護(hù)模塊接收輸出信號(hào)，并用以致能或禁能脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，過(guò)沖保護(hù)模塊包含切換單元以及過(guò)沖偵測(cè)單元。切換單元耦接至該脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器，用以致能或禁能該脈寬調(diào)變信號(hào)。過(guò)沖偵測(cè)單元用以偵測(cè)該輸出信號(hào)是否超過(guò)門坎電位，并依據(jù)偵測(cè)結(jié)果驅(qū)動(dòng)切換單元致能或禁能脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器。
[0007]本發(fā)明的交換式電源供應(yīng)電路具有過(guò)沖保護(hù)模塊，可以將脈寬調(diào)變信號(hào)固定在低準(zhǔn)位，停止對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行充電，使輸出信號(hào)不再繼續(xù)快速上升。如此一來(lái)，便可避免輸出信號(hào)過(guò)沖而超出容許電壓最大值，因而改善已知技術(shù)中過(guò)高的瞬時(shí)過(guò)沖電壓導(dǎo)致電源供應(yīng)電路不穩(wěn)定的問(wèn)題。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例中一種交換式電源供應(yīng)電路的功能方塊圖；
[0009]圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例中圖1的交換式電源供應(yīng)電路的電路示意圖；
[0010]圖3是圖1的交換式電源供應(yīng)電路遇負(fù)載元件突然卸除時(shí)的信號(hào)示意圖；
[0011]圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例中門坎電位產(chǎn)生器的示意圖；
[0012]圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例中門坎電位產(chǎn)生器的示意圖；
[0013]圖6是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例中交換式電源供應(yīng)電路的電路示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0014]以下將以附圖揭露本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式，為明確說(shuō)明起見(jiàn)，許多實(shí)務(wù)上的細(xì)節(jié)將在以下敘述中一并說(shuō)明。然而，應(yīng)了解到，這些實(shí)務(wù)上的細(xì)節(jié)不應(yīng)用以限制本發(fā)明。也就是說(shuō)，在本發(fā)明部分實(shí)施方式中，這些實(shí)務(wù)上的細(xì)節(jié)是非必要的。此外，為簡(jiǎn)化圖式起見(jiàn)，一些已知慣用的結(jié)構(gòu)與元件在圖式中將以簡(jiǎn)單示意的方式標(biāo)示。
[0015]請(qǐng)參閱圖1，其標(biāo)示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例中一種交換式電源供應(yīng)電路200的功能方塊圖。本實(shí)施例的交換式電源供應(yīng)電路200包含功率輸出級(jí)220、脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器240、補(bǔ)償模塊260以及過(guò)沖(overshoot)保護(hù)模塊280。于此實(shí)施例中，交換式電源供應(yīng)電路200可為交換式降壓電源轉(zhuǎn)換器(switching-mode buck power converter)。功率輸出級(jí)220用以產(chǎn)生輸出信號(hào)Vout (如輸出電壓)驅(qū)動(dòng)負(fù)載元件202。
[0016]脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器240產(chǎn)生脈寬調(diào)變信號(hào)Vpwm用以控制功率輸出級(jí)220中的功率晶體管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。
[0017]脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器240具有第一輸入端INl以及第二輸入端IN2,第一輸入端INl接收周期性脈波Vramp。于此實(shí)施例中，周期性脈波Vramp可為周期性三角波，作為脈寬調(diào)變過(guò)程中的比較基準(zhǔn)。
[0018]脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器240將第二輸入端IN2的電位與周期性脈波Vramp比較以產(chǎn)生脈寬調(diào)變信號(hào)VPWM。
[0019]補(bǔ)償模塊260用以根據(jù)輸出信號(hào)Vout產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)Vcomp至脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器240。實(shí)際應(yīng)用中，補(bǔ)償模塊260可包含線性補(bǔ)償器，線性補(bǔ)償器可對(duì)取樣后的輸出信號(hào)Vout進(jìn)行線性調(diào)整(例如復(fù)制輸出信號(hào)Vout、鏡像輸出信號(hào)Vout、等比例調(diào)整輸出信號(hào)Vout、及/或?qū)⑤敵鲂盘?hào)Vout加上特定偏壓)以產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)Vcomp。
[0020]正常操作下，補(bǔ)償模塊260將補(bǔ)償信號(hào)Vcomp傳送至脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器240的第二輸入端IN2,并由脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器240進(jìn)行第一輸入端INl與第二輸入端IN2之間的準(zhǔn)位比較。
[0021]過(guò)沖保護(hù)模塊280包含切換單元282以及過(guò)沖偵測(cè)單元284。切換單元282耦接至脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器240，用以選擇性地致能(enable)或禁能(disable)脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器240產(chǎn)生脈寬調(diào)變信號(hào)VPWM。
[0022]請(qǐng)一并參閱圖2，其為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例圖1的交換式電源供應(yīng)電路200的電路不意圖。
[0023]如圖2所示，過(guò)沖偵測(cè)單元284包含門坎電位產(chǎn)生器284a以及比較器COMl。門坎電位產(chǎn)生器284a用以產(chǎn)生門坎電位Vth。比較器COMl具有非反相輸入端(+)以及反相輸入端㈠，比較器COMl的非反相輸入端接收輸出信號(hào)Vout，比較器COMl的反相輸入端耦接至門坎電位產(chǎn)生器284a以接收門坎電位Vth。
[0024]過(guò)沖偵測(cè)單元284中的比較器COMl用以比較輸出信號(hào)Vout的瞬時(shí)電位與門坎電位，藉此判斷輸出信號(hào)Vout是否需要過(guò)沖保護(hù)。當(dāng)輸出信號(hào)Vout的瞬時(shí)電位未達(dá)門坎電位時(shí)，則切換單元282致能脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器240以產(chǎn)生脈寬調(diào)變信號(hào)Vpwm反之，當(dāng)輸出信號(hào)Vout的瞬時(shí)電位超過(guò)門坎電位時(shí)，則切換單元282禁能脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器240。
[0025]本發(fā)明脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器240包含比較器COM2，比較器COM2的非反相輸入端連接第二輸入端IN2，比較器COM2的反相輸入端連接第一輸入端INl。
[0026]切換單元282耦接于第二輸入端IN2、補(bǔ)償模塊260以及接地端GND之間。切換單元282用以選擇性地將第二輸入端IN2耦接至補(bǔ)償電路260或接地端GND。于此例中，切換單元282包含第一開(kāi)關(guān)SI以及第二開(kāi)關(guān)S2，第一開(kāi)關(guān)SI耦接于第二輸入端IN2與補(bǔ)償模塊260之間，第二開(kāi)關(guān)S2耦接于第二輸入端IN2與接地端GND之間，第一開(kāi)關(guān)SI以及第二開(kāi)關(guān)S2兩者互斥地(exclus ively)導(dǎo)通。
[0027]請(qǐng)一并參閱圖3，其為圖1的交換式電源供應(yīng)電路200遇負(fù)載元件突然卸除時(shí)的信號(hào)示意圖。在時(shí)間點(diǎn)TO至?xí)r間點(diǎn)T3之間負(fù)載大幅下降。
[0028]當(dāng)輸出信號(hào)Vout的瞬時(shí)電位未達(dá)門坎電位時(shí)(即過(guò)沖偵測(cè)單元284判斷輸出信號(hào)Vout屬于正常操作)，也就是時(shí)間點(diǎn)TO與Tl之間及時(shí)間點(diǎn)T2與T3之間，第一開(kāi)關(guān)SI導(dǎo)通且第二開(kāi)關(guān)S2關(guān)斷，此時(shí)，脈寬調(diào)變信號(hào)Vpwm于高電位與低電位間切換。
[0029]由時(shí)間點(diǎn)TO至?xí)r間點(diǎn)Tl，補(bǔ)償模塊260可響應(yīng)負(fù)載變化，逐步減少脈寬調(diào)變信號(hào)Vpwm的工作周期。若是負(fù)載迅速變化，使輸出信號(hào)Vout迅速上升，則過(guò)沖保護(hù)模塊280啟動(dòng)過(guò)沖保護(hù)。
[0030]例如，時(shí)間點(diǎn)Tl至?xí)r間點(diǎn)T2間的過(guò)沖保護(hù)區(qū)間Pov內(nèi)，此時(shí)輸出信號(hào)Vout的瞬時(shí)電位超過(guò)門坎電位Vth(即過(guò)沖偵測(cè)單元284判斷輸出信號(hào)Vou t需要過(guò)沖保護(hù))，第二開(kāi)關(guān)S2導(dǎo)通且第一開(kāi)關(guān)SI關(guān)斷，藉此，將脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器240的第二輸入端IN2(也就是比較器COM2的非反相輸入端)接地，藉此將比較器COM2產(chǎn)生的輸出信號(hào)下拉至低準(zhǔn)位(此時(shí)在過(guò)沖保護(hù)區(qū)間Pov內(nèi)，脈寬調(diào)變信號(hào)Vpwm停止周期性變換而固定在低準(zhǔn)位)。
[0031]門坎電位Vth低于電路系統(tǒng)/負(fù)載元件的容許電壓最大值Vmax，其中，門坎電位Vth可設(shè)定為適當(dāng)比例(例如70%)與容許電壓最大值Vmax的乘積。
[0032]如此一來(lái)，若輸出信號(hào)Vout的瞬時(shí)電位超過(guò)門坎電位Vth，便將脈寬調(diào)變信號(hào)Vpwm固定在低準(zhǔn)位，使輸出信號(hào)Vout不再繼續(xù)快速上升。因此，可避免輸出信號(hào)Vout過(guò)沖而超出容許電壓最大值Vmax。
[0033]此外，于圖2的實(shí)施例中，用以產(chǎn)生門坎電位Vth的門坎電位產(chǎn)生器284a包含電容器Cl、電阻器Rl以及定電流源Al。
[0034]如圖2所示，電容器Cl耦接于比較器COMl的反相輸入端與接地端GND之間。電阻器Rl第一端接收輸出信號(hào)Vout，電阻器Rl的第二端耦接至比較器COMl的反相輸入端。定電流源Al耦接至電阻器Rl的第二端，并產(chǎn)生固定電流Icc通過(guò)電阻器Rl形成電位差。
[0035]于圖2的實(shí)施例中，門坎電位產(chǎn)生器284a產(chǎn)生的門坎電位Vth的大小符合下列公式:
[0036]Vth=Vouts+IccXRl ;其中，Vouts為輸出信號(hào)Vout的穩(wěn)態(tài)電位；IccXRl為固定電流Icc通過(guò)電阻器Rl形成電位差。
[0037]門坎電位Vth的大小會(huì)隨著輸出信號(hào)Vout的穩(wěn)態(tài)電位Vouts而自動(dòng)改變。假設(shè)為門坎電位Vth是設(shè)定為(輸出信號(hào)Vout的穩(wěn)態(tài)電位+門坎偏壓2伏特)，其中門坎偏壓2伏特可由固定電流Icc的電流值大小與電阻器Rl的阻值大小調(diào)整。例如，當(dāng)輸出信號(hào)Vout的穩(wěn)態(tài)電位為5伏特，門坎電位產(chǎn)生器284a產(chǎn)生的門坎電位Vth即為7伏特；當(dāng)輸出信號(hào)Vout的穩(wěn)態(tài)電位為9伏特，門坎電位產(chǎn)生器284a產(chǎn)生的門坎電位Vth即為11伏特。
[0038]本發(fā)明不以圖2的實(shí)施例所示的門坎電位產(chǎn)生器284a為限。請(qǐng)一并參閱圖4以及圖5，圖4為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例中門坎電位產(chǎn)生器284b的示意圖，圖5為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例中門坎電位產(chǎn)生器284c的示意圖。
[0039]如圖4所示，門坎電位產(chǎn)生器284b可包含分壓電路(分壓電路包含電阻器R2以及電阻器R3)，分壓電路根據(jù)固定電壓源Vcc的分壓結(jié)果產(chǎn)生門坎電位Vth。
[0040]于圖4的實(shí)施例中，門坎電位產(chǎn)生器284b產(chǎn)生的門坎電位Vth的大小符合下列公式:
【權(quán)利要求】
1.一種交換式電源供應(yīng)電路，其特征在于，包含: 功率輸出級(jí)，用以產(chǎn)生輸出信號(hào)而驅(qū)動(dòng)負(fù)載元件； 脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器，電性連接于所述功率輸出級(jí)，所述脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生脈寬調(diào)變信號(hào)以控制所述功率輸出級(jí)； 補(bǔ)償模塊，電性連接于上述脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器，上述補(bǔ)償模塊用以根據(jù)上述輸出信號(hào)產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)至上述脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器；以及 過(guò)沖保護(hù)模塊，電性連接于上述脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器以及上述補(bǔ)償模塊，上述過(guò)沖保護(hù)模塊接收上述輸出信號(hào)，并用以致能或禁能上述脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器。
2.如權(quán)利要求1所述的交換式電源供應(yīng)電路，其特征在于，上述過(guò)沖保護(hù)模塊包含: 切換單元，耦接至上述脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器，用以致能或禁能上述脈寬調(diào)變信號(hào)；以及 過(guò)沖偵測(cè)單元，用以偵測(cè)上述輸出信號(hào)是否超過(guò)門坎電位，并依據(jù)上述偵測(cè)結(jié)果，驅(qū)動(dòng)上述切換單元致能或禁能上述脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器。
3.如權(quán)利要求2所述的交換式電源供應(yīng)電路，其特征在于，上述切換單元包含: 第一開(kāi)關(guān)，耦接于上述脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器與上述補(bǔ)償模塊之間； 第二開(kāi)關(guān)，耦接于上述脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器與上述接地端之間， 其中，上述第一開(kāi)關(guān)及上述第二開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通或斷開(kāi)是依據(jù)上述輸出信號(hào)是否超過(guò)門坎電位。
4.如權(quán)利要求3所述的交換式電源供應(yīng)電路，其特征在于，上述第一開(kāi)關(guān)與上述第二開(kāi)關(guān)兩者互斥導(dǎo)通。
5.如權(quán)利要求1所述的交換式電源供應(yīng)電路，其特征在于，上述脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器具有比較器，上述比較器一端接收周期性脈波，另一端接收上述補(bǔ)償信號(hào)。
6.如權(quán)利要求2所述的交換式電源供應(yīng)電路，其特征在于，上述過(guò)沖偵測(cè)單元包含: 門坎電位產(chǎn)生器，用以產(chǎn)生該門坎電位； 比較器，具有反相輸入端以及非反相輸入端，上述非反相輸入端接收上述輸出信號(hào)，上述反相輸入端耦接至上述門坎電位產(chǎn)生器以接收上述門坎電位。
7.如權(quán)利要求6所述的交換式電源供應(yīng)電路，其特征在于，上述門坎電位產(chǎn)生器包含: 電容器，耦接于上述反相輸入端； 電阻器，上述電阻器的第一端接收上述輸出信號(hào)，上述電阻器的第二端耦接上述反相輸入端；以及 定電流源，上述定電流源耦接至上述電阻器的上述第二端。
8.如權(quán)利要求6所述的交換式電源供應(yīng)電路，其特征在于，上述門坎電位產(chǎn)生器包含偏壓疊加電路，上述偏壓疊加電路根據(jù)固定電壓源的固定電壓疊加偏壓的結(jié)果產(chǎn)生上述門坎電位。
9.如權(quán)利要求6所述的交換式電源供應(yīng)電路，其特征在于，上述門坎電位產(chǎn)生器包含分壓電路，上述分壓電路根據(jù)固定電壓源的分壓結(jié)果產(chǎn)生上述門坎電位。
10.如權(quán)利要求1所述的交換式電源供應(yīng)電路，其特征在于，上述過(guò)沖保護(hù)模塊包含: 切換單元，耦接至上述脈寬調(diào)變信號(hào)產(chǎn)生器的輸出端；以及 過(guò)沖偵測(cè)單元，用以偵測(cè)上述輸出信號(hào)是否超過(guò)門坎電位，并依據(jù)上述偵測(cè)結(jié)果，驅(qū)動(dòng)上述切換單元導(dǎo)通或截止。
【文檔編號(hào)】H02H7/12GK103986123SQ201310050140
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2013年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月8日
【發(fā)明者】董兆龍, 梁清吉 申請(qǐng)人:華碩電腦股份有限公司