TW201310877A - 電源供應裝置及電源供應方法 - Google Patents
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Abstract
一種電源供應裝置，用以產生一輸出電壓，並包括一第一開關模組、一第二開關模組、一偵測模組、一脈寬調變模組以及一儲能濾波模組。第一開關模組耦接於一第一電壓源與一切換節點之間。第二開關模組耦接於切換節點與一第二電壓源之間。偵測模組偵測切換節點的電壓。脈寬調變模組根據偵測模組的偵測結果，產生一第一脈寬調變信號予第一開關模組。儲能濾波模組處理切換節點的電壓，用以產生輸出電壓。
Description
本發明係有關於一種電源供應裝置及其控制方法，特別是有關於一種可根據一切換節點的電壓來產生輸出電壓的電源供應裝置及其控制方法。
目前的各種電子產品中，除了強調效能的精進，對於電源的需求也一直在增加中。為了滿足電源的需求，電子產品的內部通常具有電源供應裝置，用以進行電源轉換。然而，在效能與電源同步的成長之下，潛藏的功率損耗及電磁干擾(EMI)問題也日益嚴重，並且難以解決。
本發明之一方面提供一種電源供應裝置，用以產生一輸出電壓，並包括一第一開關模組、一第二開關模組、一偵測模組、一脈寬調變模組以及一儲能濾波模組。第一開關模組耦接於一第一電壓源與一切換節點之間。第二開關模組耦接於切換節點與一第二電壓源之間。偵測模組偵測切換節點的電壓。脈寬調變模組根據偵測模組的偵測結果，產生一第一脈寛調變信號予第一開關模組。儲能濾波模組處理切換節點的電壓，用以產生輸出電壓。
本發明之另一方面提供一種電源供應方法，用以提供一輸出電壓，並適用於一第一開關模組以及一第二開關模組。第一開關模組耦接於一第一電壓源與一切換節點之間。第二開關模組耦接於該切換節點與一第二電壓源之間。此方法包括：偵測切換節點的電壓；根據偵測結果，產生一第一脈寛調變信號子第一開關模組；以及處理切換節點的電壓，用以產生輸出電壓。
為讓本發明之特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
第1圖為本發明之電源供應裝置之一可能實施例。在本實施例中，電源供應裝置100可進行電源轉換，用以產生一輸出電壓Vout予一負載(未顯示)。在進行電源轉換的過程中，電源供應裝置100可抑制電源轉換過程的諧波(ringing)現象及EMI問題。
如圖所示，電源供應裝置100包括開關模組110、130、偵測模組150、脈寬調變模組170以及儲能濾波模組190。開關模組110耦接於一第一電壓源(未顯示)與切換節點SN之間，其中第一電壓源可例如提供輸入電壓Vin予開關模組110。開關模組130耦接於切換節點SN與一第二電壓源(未顯示)之間，其中第二電壓源可例如提供一輸入電壓Gnd予開關模組130。在一可能實施例中，輸入電壓Vin大於輸入電壓Gnd，其中輸入電壓Gnd係為一接地電壓。
本發明不限定開關模組110及130的實施方式。在一可能實施例中，開關模組110及130係由電晶體所構成。舉例而言，開關模組110及130均為P型或N型電晶體，或是開關模組110及130之一者為P型電晶體，而另一者為N型電晶體。
在本實施例中，開關模組110係為一P型電晶體111，開關模組130係為一N型電晶體131。如圖所示，P型電晶體111的閘極接收一脈寬調變信號SPWM1，其源極接收輸入電壓Vin，其汲極耦接切換節點SN。N型電晶體131的閘極接收另一脈寬調變信號SPWM2，其源極接收輸入電壓Gnd，其汲極耦接切換節點SN。
偵測模組150偵測切換節點SN的電壓。脈寬調變模組170根據偵測模組150的偵測結果，產生脈寛調變信號SPWM1予開關模組110。在本實施例中，偵測模組150係獨立於脈寬調變模組170之外。在其它可能實施例中，偵測模組150可整合於脈寬調變模組170之中。
本發明並不限制偵測模組150的電路結構。只要能夠偵測切換節點SN的電壓，並可根據偵測結果，使得脈寬調變模組170產生相對應的脈寛調變信號SPWM1予開關模組110的電路結構，均可作為偵測模組150。
在本實施例中，偵測模組150包括比較器151以及可變電阻153。如圖所示，可變電阻153耦接脈寬調變模組170。比較器151將切換節點SN的電壓與一預設值VREF(例如為24V)作比較，並產生一輸出信號So，用以調整可變電阻153的阻抗。
脈寬調變模組170根據可變電阻153的阻抗，調整脈寛調變信號SPWM1的驅動能力。舉例而言，當比較器151得知切換節點SN的電壓小於預設值VREF時，則減少可變電阻153的阻抗。因此，脈寬調變模組170增加脈寛調變信號SPWM1的驅動能力。相反地，當比較器151得知切換節點SN的電壓大於預設值VREF時，增加可變電阻153的阻抗。因此，脈寬調變模組170降低脈寛調變信號SPWM1的驅動能力。
在本實施例中，脈寬調變模組170包括驅動器171及173。驅動器171根據可變電阻153的阻抗，產生一脈寬調變信號SPWM1，用以控制開關模組110的導通與否。驅動器173根據操作電壓Vop，產生脈寬調變信號SPWM2，用以控制開關模組130的導通與否。
儲能濾波模組190對切換節點SN的電壓進行儲能及濾波處理，用以產生輸出電壓Vout。在本實施例中，儲能濾波模組190包括電感191以及電容193。電感191耦接於切換節點SN與電壓節點101之間。電容193耦接於電壓節點101與輸入電壓Gnd之間。電壓節點101用以輸出輸出電壓Vout。
由於脈寬調變模組170可根據切換節點SN的電壓，適當地調整脈寛調變信號SPWM1的驅動能力，故可降低驅動開關模組110在動作時，所衍生出來的諧波現象以及EMI問題。再者，在進行電源轉換動作時，脈寬調變信號SPWM1的驅動能力被控制在最佳狀態，故可避免切換節點SN的電壓與輸入電壓Gnd間的壓差過大，進而避免開關模組130承受過大的壓差。
第2圖為本發明之電源供應裝置之另一可能實施例。第2圖相似第1圖，不同之處在於，電源供應裝置200更包括二極體201及電容203，並且第2圖的開關模組210不同於第1圖的開關模組110。由於電源供應裝置200的開關模組230、偵測模組250、脈寛調變模組270及儲能濾波模組290的動作原理與電源供應裝置100的開關模組130、偵測模組150、脈寛調變模組170及儲能濾波模組190的動作原理相似，故不再贅述。
在本實施例中，二極體201具有隔絕的功能，用以避免切換節點SN的電壓影響操作電壓Vop。另外，電容203可令切換節點SN處於一虛擬接地狀態，使得脈寛調變模組270可正常地控制開關模組210。如圖所示，二極體201耦接於一電壓節點205與可變電阻253之間，其中電壓節點205接收一操作電壓Vop。電容203耦接於可變電阻253與切換節點SN之間。
在第2圖中，開關模組210係由一N型電晶體211所構成。N型電晶體211的閘極接收脈寬調變信號SPWM1，其汲極接收輸入電壓Vin，其源極耦接切換節點SN。N型電晶體211根據脈寬調變信號SPWM1而動作。舉例而言，當N型電晶體211的閘極與源極間的壓差大於N型電晶體211本身的臨界電壓時，則可導通N型電晶體211。因此，切換節點SN的電壓約略等於輸入電壓Vin。
當切換節點SN的電壓大於一預設值VREF時，比較器251產生一輸出信號So，用以增加可變電阻253的阻抗。因此，脈寛調變模組270減少脈寬調變信號SPWM1的驅動能力。相反地，當比較器251得知切換節點SN的電壓小於預設值VREF時，可變電阻253的阻抗根據輸出信號So而減少。因此，脈寛調變模組270增加脈寬調變信號SPWM1的驅動能力。
由於脈寛調變模組270可根據偵測模組250的偵測結果，將脈寬調變信號SPWM1的驅動能力設定在最佳化狀態，故可適當地控制開關模組210，進而使得切換節點SN的電壓位於一最佳範圍內。因此，可避免切換節點SN的電壓與輸入電壓Gnd間的壓差過大。
第3圖為本發明之電源供應裝置之另一可能實施例。第3圖相似第2圖，不同之處在於，偵測模組350係整合於脈寬調變模組370之中。由於第3圖的其它元件的動作方式與第2圖相似，故不再贅述。
在本實施例中，如圖所示，二極體301與電容303串聯於一電壓節點305與切換節點SN之間。電壓節點305用以接收一操作電壓Vop。可變電阻353耦接於二極體301的陰極與驅動器371之間。驅動器371根據可變電阻353的阻抗，適當地調整脈寬調變信號SPWM1的驅動能力。因此，可降低切換節點SN的諧波現象及EMI問題。
第4圖為本發明之電源供應方法之一可能實施例。本發明之電源供應方法用以提供一輸出電壓，並適用於一第一開關模組以及一第二開關模組。第一開關模組耦接於一第一電壓源與一切換節點之間。第二開關模組耦接於切換節點與一第二電壓源之間。在一可能實施例中，第一電壓源係提供一第一輸入電壓，而第二電壓源係提供一第二輸入電壓，其中第二輸入電壓小於第一輸入電壓。
首先，偵測切換節點的電壓(步驟S410)。在一可能實施例中，可將切換節點的電壓與一預設值作比較，並根據比較結果調整一可變電阻的阻抗。舉例而言，當切換節點的電壓大於預設值時，則增加可變電阻的阻抗。相反地，當切換節點的電壓小於預設值時，則降低可變電阻的阻抗。
接著，根據偵測結果，產生一第一脈寛調變信號予第一開關模組(步驟S430)。舉例而言，若切換節點的電壓大於預設值時，可變電阻具有較大的阻抗。因此，產生驅動能力較小的第一脈寛調變信號。相反地，若切換節點的電壓小於預設值時，則可變電阻具有較小的阻抗。因此，產生驅動能力較大的第一脈寛調變信號。
由於切換節點的電壓與第一脈寛調變信號的驅動能力有關，故藉由控制第一脈寛調變信號的驅動能力，便可降低切換節點的諧波現象，進而降低切換節點的EMI問題。
然後，處理切換節點的電壓，用以產生一輸出電壓(步驟S450)。在一可能實施例中，可對切換節點的電壓進行一儲能濾波動作，用以根據切換節點的電壓，產生一適當的輸出電壓予一負載。
在其它可能實施例中，可根據一操作電壓，產生一第二脈寬調變信號予第二開關模組，用以導通或不導通第二開關模組。由於切換節點的電壓被抑制在一最佳範圍內，故可避免第二開關模組承受過大的壓差。
在另一可能實施例中，可設置一隔絕器，用以避免切換節點的電壓影響操作電壓。另外，亦可令該切換節點處於一虛擬接地狀態。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、200、300．．．電源供應裝置
110、130、210、230、310、330．．．開關模組
150、250、350．．．偵測模組
170、270、370．．．脈寬調變模組
190、290、390．．．儲能濾波模組
111．．．P型電晶體
131、211．．．N型電晶體
151、251．．．比較器
153、253．．．可變電阻
171、173、371．．．驅動器
191．．．電感
193、203、303．．．電容
201、301．．．二極體
101、205、305．．．電壓節點
Vin、Gnd．．．輸入電壓
SN．．．切換節點
VREF．．．預設值
So．．．輸出信號
Vop．．．操作電壓
SPWM1、SPWM2．．．脈寬調變信號
第1圖為本發明之電源供應裝置之一可能實施例。
第2、3圖為本發明之電源供應裝置之其它可能實施例。
第4圖為本發明之電源供應方法之一可能實施例。
200．．．電源供應裝置
201．．．二極體
203．．．電容
205．．．電壓節點
210、230．．．開關模組
211．．．N型電晶體
250．．．偵測模組
251．．．比較器
253．．．可變電阻
270．．．脈寬調變模組
290．．．儲能濾波模組
SPWM1．．．脈寛調變信號
So．．．輸出信號
Vin、Gnd．．．輸入電壓
Vop．．．操作電壓
SN．．．切換節點
Vout．．．輸出電壓
VREF．．．預設值
Claims (14)
- 一種電源供應裝置，用以產生一輸出電壓，並包括：一第一開關模組，耦接於一第一電壓源與一切換節點之間；一第二開關模組，耦接於該切換節點與一第二電壓源之間；一偵測模組，偵測該切換節點的電壓；一脈寬調變模組，根據該偵測模組的偵測結果，產生一第一脈寛調變信號予該第一開關模組；以及一儲能濾波模組，處理該切換節點的電壓，用以產生該輸出電壓。
- 如申請專利範圍第1項所述之電源供應裝置，其中該偵測模組包括：一可變電阻，耦接該脈寛調變模組；以及一比較器，將該切換節點的電壓與一預設值作比較，並產生一輸出信號，用以調整該可變電阻的阻抗，其中該脈寬調變模組根據該可變電阻的阻抗，產生該第一脈寬調變信號。
- 如申請專利範圍第2項所述之電源供應裝置，其中該脈寬調變模組包括：一第一驅動器，根據該可變電阻的阻抗，產生該第一脈寬調變信號；以及一第二驅動器，根據一操作電壓，產生一第二脈寬調變信號予該第二開關模組。
- 如申請專利範圍第3項所述之電源供應裝置，其中該第一及第二開關模組分別為一P型電晶體以及一N型電晶體。
- 如申請專利範圍第3項所述之電源供應裝置，其中該第一及第二開關模組分別為一第一N型電晶體以及一第二N型電晶體。
- 如申請專利範圍第3項所述之電源供應裝置，更包括：一二極體，用以避免該切換節點的電壓影響該操作電壓；以及一電容，令該切換節點處於一虛擬接地狀態。
- 如申請專利範圍第6項所述之電源供應裝置，其中該二極體耦接於一電壓節點與該可變電阻之間，該電容耦接於該可變電阻與該切換節點之間，該電壓節點接收該操作電壓。
- 如申請專利範圍第6項所述之電源供應裝置，其中該二極體與該電容串聯於一電壓節點與該切換節點之間，該電壓節點接收該操作電壓。
- 如申請專利範圍第1項所述之電源供應裝置，其中該偵測模組整合於該脈寬調變模組之中。
- 如申請專利範圍第1項所述之電源供應裝置，其中該儲能濾波模組包括：一電感，耦接於該切換節點與一電壓節點之間，該電壓節點用以輸出該輸出電壓；以及一電容，耦接於該電壓節點與該第二電壓源之間。
- 一種電源供應方法，用以提供一輸出電壓，並適用於一第一開關模組以及一第二開關模組，該第一開關模組耦接於一第一電壓源與一切換節點之間，該第二開關模組耦接於該切換節點與一第二電壓源之間，該電源供應方法包括：偵測該切換節點的電壓；根據偵測結果，產生一第一脈寛調變信號予該第一開關模組；以及處理該切換節點的電壓，用以產生該輸出電壓。
- 如申請專利範圍第11項所述之電源供應方法，其中偵測該切換節點的電壓的包括：將該切換節點的電壓與一預設值作比較；以及根據比較結果，調整一可變電阻的阻抗。
- 如申請專利範圍第12項所述之電源供應方法，更包括：根據一操作電壓，產生一第二脈寬調變信號予該第二開關模組。
- 如申請專利範圍第13項所述之電源供應方法，更包括：設置一隔絕器，用以避免該切換節點的電壓影響該操作電壓；以及令該切換節點處於一虛擬接地狀態。
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