专利名称：电压调节模块及电源供应装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种电压调节模块及电源供应装置，特别是指一种应用于一电源供应装置的电压调节模块及电源供应装置。
背景技术：
参阅图1，为公知的非隔离式直流/直流(DC/DC)转换器，其中包含一脉冲宽度调制器(PWM) 910及一功率开关组920。直流/直流转换器900藉由脉冲宽度调制器910输出一驱动信号Vei及\2，并分别驱动功率开关组920中一第一功率开关PQl及一第二功率开关PQ2的启闭，以输出一可供应后端设备(如图1的阻抗RL所示)的电压PVout。但是，公知的脉冲宽度调制器910只能接收一种供应电力(一般常见的是5V或是 12V)，使得其所输出的驱动信号Vei及Ve2亦只能用一种等同于该供应电力的电压电平去驱动功率开关组920，例如当供应电力为5V时，驱动信号Vei及Ve2则以5V的电压电平去驱动功率开关组920，因此，在直流/直流转换器900为低输出电流lout (即高阻抗RL)时，可有较高的转换效率；但是当直流/直流转换器900为高输出电流lout (即低阻抗RL)时，第一功率开关PQl及第二功率开关PQ2在开启时的内阻会偏高，以致于传导时的损失过多，直流 /直流转换器900的转换效率将会降低。同样地，若供应电力为12V时，驱动信号Vei及Ve2以12V的电压电平去驱动功率开关组920，则在直流/直流转换器900为高输出电流Iout时，第一功率开关PQl及第二功率开关PQ2在开启时可有较低的内阻，故在此情况下，供应电力为12V时的转换效率将可高于供应电力为5V时的转换效率；但是，当直流/直流转换器900为低输出电流Iout时，第一功率开关PQl及第二功率开关PQ2在12V的电压电平驱动下，其切换时会产生过多的功率损失，使得转换效率将会降低。因此，公知的直流/直流转换器900并无法在高输出电流 Iout及低输出电流Iout时皆拥有较佳的转换效率。因此，需要提供一种不管是在低输出电流或是高输出电流的情况下，皆可拥有较佳的转换效率的电压调节模块及电源供应装置。
发明内容
因此，本发明的目的，即在提供一种可以在不同的输出电流下皆拥有较佳的转换效率的电源供应装置。于是，本发明的电源供应装置包含一电源转换模块及一与该电源转换模块耦接成一闭合回路的电压调节模块。电源转换模块包括一脉宽调制电路及一转换电路。转换电路包括一第一功率开关及一与该第一功率开关串联的第二功率开关；脉宽调制电路则用以输出一驱动信号驱动第一功率开关及第二功率开关启闭，并使转换电路产生一输出电流。电压调节模块包括一减法电路及一调节电路。减法电路取得一与电源转换模块的输出电流有关的电压，并将电压与一参考电压相减而产生一第二调节电压；调节电路耦接于减法电路，且根据第二调节电压产生一与电源转换模块的输出电流成正比的电平电压， 使得脉宽调制电路可根据电平电压对应调整驱动信号的电压电平，进而使该驱动信号的电压电平随着输出电流变化，以达到在不同输出电流下皆可拥有较佳转换效率的目的。本发明提供一种电压调节模块，与一电源转换模块耦接成一闭合回路，该电源转换模块包括一脉宽调制电路及一转换电路，该转换电路包括相互串联的一第一功率开关及一第二功率开关，该脉宽调制电路用以输出一驱动信号驱动该第一功率开关及该第二功率开关的启闭，以使该转换电路产生一输出电流，该电压调节模块包括一减法电路，取得一与该电源转换模块的输出电流有关的电压，并将该电压与一参考电压相减而产生一第二调节电压；以及一调节电路，耦接于该减法电路，该调节电路根据该第二调节电压产生一与该输出电流成正比的电平电压，使该脉宽调制电路根据该电平电压对应调整该驱动信号的电压电平，进而使该驱动信号的电压电平随着该输出电流变化。本发明还提供一种电源供应装置，包括一电源转换模块，包括一转换电路及一脉宽调制电路，该转换电路包括相互串联的一第一功率开关及一第二功率开关，该脉宽调制电路耦接于该转换电路，且用以输出一驱动信号驱动该第一功率开关及该第二功率开关的启闭，以产生一输出电流；以及一电压调节模块，与该电源转换模块耦接成一闭合回路，根据该输出电流的变化而产生一电平电压，使该脉宽调制电路根据该电平电压对应调整该驱动信号的电压电平，进而使该驱动信号的电压电平随着该输出电流变化。较佳地，电压调节模块还包括一耦接于电源转换模块与减法电路之间的放大电路，该放大电路取得一与电源转换模块的输出电流有关的取样电压，并将取样电压以一特定比例放大而产生一第一调节电压，而减法电路将该第一调节电压与参考电压相减而产生该第二调节电压。较佳地，放大电路包括一第一运算放大器、一第一电阻、一第二电阻、一第三电阻以及一第四电阻。第一电阻跨接于第一运算放大器的输出端与反相端之间；第二电阻耦接于第一运算放大器的非反相端与地之间；第三电阻的一端与第四电阻的一端分别耦接于第一运算放大器的反相端与非反相端，而第三电阻的另一端与第四电阻的另一端接收取样电压，并在第一运算放大器的输出端产生第一调节电压。较佳地，减法电路包括一第二运算放大器、一第五电阻、一第六电阻、一第七电阻以及一第八电阻。第五电阻跨接于第二运算放大器的输出端与反相端之间；第六电阻耦接于第二运算放大器的非反相端与地之间；第七电阻的一端与第八电阻的一端分别耦接于第二运算放大器的反相端与非反相端，而第七电阻的另一端接收第一调节电压，第八电阻的另一端接收参考电压，并在第二运算放大器的输出端产生该第二调节电压。较佳地，调节电路包括一第三运算放大器、一第九电阻、一第十电阻、一第十一电阻以及一切换开关。第九电阻的一端耦接第三运算放大器的非反相端且另一端接收第二调节电压；第三运算放大器的反相端接收该参考电压；切换开关、第十电阻以及第十一电阻相串联，且第十电阻与第十一电阻的连接处耦接第三运算放大器的非反相端，切换开关受第三运算放大器的输出端电压所控制，并在切换开关与第十电阻的连接处产生该电平电压。本发明的功效在于，电源供应装置不管是在高阻抗(低输出电流)或是低阻抗 (高输出电流)的情况下，皆可拥有较佳的转换效率。
图1是公知的非隔离式直流/直流转换器的电路图；图2是本发明电源供应装置的第一较佳实施例的电路图；图3是本实施例的电压调节单元的内部电路图；图4是电源转换模块的输出电流与电平电压的关系曲线图；图5是电源转换模块的输出电流与其转换效率的关系曲线图；图6是本发明电源供应装置的第二较佳实施例的电路图；图7是本发明电源供应装置的第三较佳实施例的电路图；以及图8是本发明电源供应装置的第四较佳实施例的电路图。主要组件符号说明100电源供应装置41放大电路10电源转换模块410第一运算放大器1脉宽调制电路42减法电路2转换电路420第二运算放大器3取样电路43调节电路4电压调节模块430第三运算放大器40电压调节单元
具体实施例方式有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的四个较 佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。在本发明被详细描述之前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的组件是以相 同的编号来表示。参阅图2，图2为本发明电源供应装置的第一较佳实施例，该电源供应装置100为 一非隔离式直流/直流转换器，用以提供后端设备(图未示)一稳定的直流电压PVout输 出，电源供应装置100包含一电源转换模块10及一电压调节模块4，其中电源转换模块10 包括一脉宽调制电路1及一转换电路2。脉宽调制电路1、转换电路2以及电压调节模块4 相互耦接形成一闭合回路，且电压调节模块4根据电源转换模块10的一输出电流Iout控 制脉宽调制电路1，使脉宽调制电路1对应调整其输出的一驱动信号Vm及Vt2的电压电平， 以驱动转换电路2在较佳的转换效率下产生稳定的直流电压PVout。转换电路2耦接于脉宽调制电路1且包括一第一功率开关PQl、一第二功率开关 PQ2、一第一电感PLl以及一第二电感PL2。第一电感PL1、第一功率开关PQl以及第二功率 开关PQ2相互串联，第二电感PL2的一端耦接于第一功率开关PQl与第二功率开关PQ2的 连接处，第二电感PL2的另一端则输出直流电压PVout。第一功率开关PQl及第二功率开 关PQ2分别受驱动信号Vm及驱动信号Vra的控制而启闭，以针对第一电感PLl及第二电感 PL2进行储能与释能。本实施例的电压调节模块4包含一取样电路3及一电压调节单元40。配合参阅图 3，该电压调节单元40包括一放大电路41、一减法电路42以及一调节电路43。
取样电路3跨接于第二电感PL2两端且包括一第一取样电阻PRl及一与该第一取样电阻PRl串联的第一取样电容PCl，且第一取样电阻PRl的阻值及第一取样电容PCl的容值会满足以下等式—= RC DCR其中，L为第二电感PL2的电感值、DCR为第二电感PL2的内阻(图未示)、R为第一取样电阻PRl的电阻值及C为第一取样电容PCl的电容值。因此，当上述等式成立时，第二电感PL2的内阻上的电压会等于第一取样电容PCl的电压降(跨压)，又流经第二电感 PL2及其内阻的电流为输出电流Iout，也就是第一取样电容PCl的电压降将会与输出电流 Iout有关。因此，在本实施例中，取样电路3取样第一取样电容PCl的电压降(即取样电压 Sense+及Sense-)提供给电压调节单元40进行电压调节。参阅图3，电压调节单元40的放大电路41包括一第一运算放大器410、一第一电阻Rl、一第二电阻R2、一第三电阻R3以及一第四电阻R4。第一电阻Rl跨接于第一运算放大器410的输出端与反相端之间，使得放大电路41形成一负反馈电路；第二电阻R2耦接于第一运算放大器410的非反相端与地之间；第三电阻R3的一端与第四电阻R4的一端分别耦接于第一运算放大器410的反相端与非反相端，第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的另一端耦接于取样电路3的第一取样电容PCl且接收差动输入的取样电压knse+及knse-。 因此，取样电压经过第一运算放大器410以一特定比例放大后，在第一运算放大器410的输出端产生第一调节电压Voutl。特别说明的是，在本实施例的设计中，第一电阻Rl与第二电阻R2之间的比值会等同于第三电阻R3与第四电阻R4之间的比值，即R1/R3 = R2/R4，即取样电压knse+及 Sense-与第一调节电压Voutl成正比变化，当然，放大电路41中电阻的设计并不以上述为限。减法电路42包括一第二运算放大器420、一第五电阻R5、一第六电阻R6、一第七电阻R7以及一第八电阻R8。第五电阻R5跨接于第二运算放大器420的输出端与反相端之间，使得减法电路42形成一负反馈电路；第六电阻R6耦接于第二运算放大器420的非反相端与地之间；第七电阻R7的一端与第八电阻R8的一端分别耦接于第二运算放大器420的反相端与非反相端，而第七电阻R7的另一端耦接于第一运算放大器410的输出端且接收第一调节电压Voutl，第八电阻R8的另一端接收一参考电压Vref。因此，减法电路42接收参考电压Vref与第一调节电压Voutl并将两者相减后，藉由第二运算放大器420的比例放大而由第二运算放大器420的输出端产生一第二调节电压Vout2。调节电路43包括一第三运算放大器430、一第九电阻R9、一第十电阻R10、一第十一电阻Rl 1以及一切换开关Ml。第九电阻R9耦接于第二运算放大器420的输出端与第三运算放大器430的非反相端之间且接收第二调节电压Vout2 ；第三运算放大器430的反相端接收该参考电压Vref ；切换开关Ml为一 P型晶体管(PMOS)，并与第十电阻RlO及第十一电阻Rll相互串联，且其控制端(栅极(G))耦接于第三运算放大器430的输出端，使切换开关Ml受第三运算放大器430的输出端电压所控制；第十电阻RlO与第十一电阻Rll的连接处耦接于第三运算放大器430的非反相端。因此，调节电路43根据第二调节电压Vout2 而对应改变流过第九电阻R9的电流IK9，并在切换开关Ml与第十电阻RlO的连接处(即切换开关Ml的漏极(D))产生对应电流Ik9变化的一电平电压ν ενε1。整体来说，当电压转换模块10的输出电流Iout因为阻抗RL(即后端设备)的改变而上升时，取样电路3根据输出电流Iout而取样的取样电压knse+及knse-也会对应上升。放大电路41先将取样电压knse+及knse-以特定比例放大而产生第一调节电压Voutl，减法电路42再利用参考电压Vref减去第一调节电压Voutl而产生第二调节电压Vout2。由于第一调节电压Voutl随着取样电压knse+及knse-上升而上升(两者呈正比)，因此第二调节电压Vout2会对应下降(第一调节电压Voutl与第二调节电压Vout2 成反比)。又，调节电路43中第三运算放大器430的非反相端电压会与其反相端电压相同 (虚接地)，即为参考电压Vref，故当第二调节电压Vout2下降时会使得流经第九电阻R9的电流Ik9上升。而且，流经第十电阻RlO的电流I·等于流经第九电阻R9的电流Ik9加上流经第i^一电阻Rll的电流Ikii，即Ikici= ΙΚ9+ΙΚ11，因此电流Iki。会因电流‘的上升而上升， 使得电平电压Vlevel亦对应地上升。参阅图2，电平电压Vlevel为提供给脉宽调制电路1中二缓冲器(buffer) 11的供应电压，使得脉宽调制电路1所输出的数字驱动信号Vei及Ve2为高电平(High)时的电压等于电平电压Vlevel。因此，配合参阅图4，当电压转换模块10的输出电流Iout上升时，电平电压Vlerel亦会上升，使得驱动信号Vei及Ve2能有更高的电压电平去驱动第一功率开关PQl 及第二功率开关PQ2工作，以换取更高的转换效率。特别说明的是，电平电压V1-在5V到 12V之间变动，但不以本实施例为限，可以根据不同的需求而改变。同样地，当电源供应装置100的输出电流Iout下降(即阻抗RL降低)时，取样电路3取样出的取样电压knse+及knse-及放大电路41产生的第一调节电压Voutl会对应下降(虽然第一运算放大器410会放大取样电压knse+及knse-，但放大比例不变，因此第一调节电压Voutl会相对下降)，减法电路42利用固定的参考电压Vref减去下降的第一调节电压Voutl，则其所产生的第二调节电压Vout2会对应上升，并使得电流Ik9下降，进而使电平电压Vlevel对应地下降。因此，电压调节单元40会根据电压转换模块10的输出电流Iout对应改变电平电压Vlerel，使得驱动信号Vei及Ve2能够配合不同的后端设备而对应改变其电压电平，以达到最佳的电源转换效率。而输出电流Iout与电平电压Vlerel的关系式如下
Γ ΠRIOxRIt, RlOVlevel = Vref +Vxeme + — Χ Vref
R9xR3Rl 1其中，Vsense为取样电压％11紹+及％11紹-的差值电压。当然，取样电路3所取样的取样电压knse+及knse-除了差动输入至电压调节单元40的放大电路41外，也可以只取样第一取样电阻PRl与第一取样电容PCl连接处的电压(该点电压同样与输出电流 Iout有关)，并直接单端输入至电压调节单元40的减法电路42，使得减法电路42将该电压与参考电压Vref相减而产生第二调节电压Vout2，故不以本实施例为限。参阅图5，图5为电压转换模块10的输出电流Iout与其转换效率的关系图，其中本实施例的电压转换模块10的关系曲线如实线Ll所示。由图5可知，当电压转换模块10 在低输出电流lout (即低于8. 75A)时的转换效率会优于公知的只有12V供应电力(如图 5中虚线L2所示)时的转换效率，且电压转换模块10在高输出电流lout (即高于8. 75A) 时的转换效率同样会优于公知的只有5V供应电力(如图5中假想线L3所示)时的转换效率，也就是说电压转换模块10藉由电压调节单元40的控制，能在任何输出电流Iout下皆可拥有较佳的转换效率。参阅图6，图6为本发明电源供应装置的第二较佳实施例，大致与第一较佳实施例相同，其不同之处在于取样电路3可跨接于第一电感PLl两端且包括一第二取样电阻PR2 及一与该第二取样电阻PR2串联的第二取样电容PC2，且第二取样电阻PR2及第二取样电容 PC2的设计同样会满足以下等式
权利要求
1.一种电压调节模块，与一电源转换模块耦接成一闭合回路，该电源转换模块包括一脉宽调制电路及一转换电路，该转换电路包括相互串联的一第一功率开关及一第二功率开关，该脉宽调制电路用以输出一驱动信号驱动该第一功率开关及该第二功率开关的启闭， 以使该转换电路产生一输出电流，该电压调节模块包括一减法电路，取得一与该电源转换模块的输出电流有关的电压，并将该电压与一参考电压相减而产生一第二调节电压；以及一调节电路，耦接于该减法电路，该调节电路根据该第二调节电压产生一与该输出电流成正比的电平电压，使该脉宽调制电路根据该电平电压对应调整该驱动信号的电压电平，进而使该驱动信号的电压电平随着该输出电流变化。
2.根据权利要求1所述的电压调节模块，还包括一耦接于该电源转换模块与该减法电路之间的放大电路，该放大电路取得一与该电源转换模块的输出电流有关的取样电压，并将该取样电压以一特定比例放大而产生一第一调节电压，而该减法电路将该第一调节电压与该参考电压相减而产生该第二调节电压。
3.根据权利要求2所述的电压调节模块，其中，该放大电路包括一第一运算放大器、一第一电阻、一第二电阻、一第三电阻以及一第四电阻，该第一电阻跨接于该第一运算放大器的输出端与反相端之间；该第二电阻耦接于该第一运算放大器的非反相端与地之间；该第三电阻的一端与该第四电阻的一端分别耦接于该第一运算放大器的反相端与非反相端，而该第三电阻的另一端与该第四电阻的另一端接收该取样电压，并在该第一运算放大器的输出端产生该第一调节电压。
4.根据权利要求2所述的电压调节模块，其中，该减法电路包括一第二运算放大器、一第五电阻、一第六电阻、一第七电阻以及一第八电阻，该第五电阻跨接于该第二运算放大器的输出端与反相端之间；该第六电阻耦接于该第二运算放大器的非反相端与地之间；该第七电阻的一端与该第八电阻的一端分别耦接于该第二运算放大器的反相端与非反相端，而该第七电阻的另一端接收该第一调节电压，该第八电阻的另一端接收该参考电压，并在该第二运算放大器的输出端产生该第二调节电压。
5.根据权利要求2所述的电压调节模块，其中，该调节电路包括一第三运算放大器、一第九电阻、一第十电阻、一第十一电阻以及一切换开关，该第九电阻的一端耦接该第三运算放大器的非反相端且另一端接收该第二调节电压；该第三运算放大器的反相端接收该参考电压；该切换开关、该第十电阻以及该第十一电阻相串联，且该第十电阻与该第十一电阻的连接处耦接该第三运算放大器的非反相端，该切换开关受该第三运算放大器的输出端电压所控制，并在该切换开关与该第十电阻的连接处产生该电平电压。
6.根据权利要求2所述的电压调节模块，还包括一耦接于该转换电路及该放大电路的取样电路，用以针对该电压转换模块的输出电流进行取样而产生该取样电压。
7.根据权利要求6所述的电压调节模块，其中，该转换电路还包括一第一电感及一第二电感，该第一电感、该第一功率开关以及该第二功率开关相互串联，该第二电感耦接该第一功率开关与该第二功率开关连接处，该取样电路跨接于该第二电感两端且包括一第一取样电阻及一与该第一取样电阻串联的第一取样电容，该第一取样电容的两端还耦接于该放大电路，且其电压降为该取样电压。
8.根据权利要求6所述的电压调节模块，其中，该转换电路还包括一第一电感及一第二电感，该第一电感、该第一功率开关以及该第二功率开关相互串联，该第二电感耦接该第一功率开关与该第二功率开关连接处，该取样电路跨接于该第一电感两端且包括一第二取样电阻及一与该第二取样电阻串联的第二取样电容，该第二取样电容两端还耦接于该放大电路，且其电压降为该取样电压。
9.根据权利要求6所述的电压调节模块，其中，该取样电路为一第三取样电阻，且该转换电路还包括一第一电感及一第二电感，该第一电感、该第一功率开关以及该第二功率开关相互串联，该第二电感的一端耦接于该第一功率开关与该第二功率开关连接处，且该第二电感的另一端耦接于该第三取样电阻，该第三取样电阻的两端还耦接于该放大电路，且其电压降为该取样电压。
10.根据权利要求6所述的电压调节模块，其中，该取样电路为一第四取样电阻，且该转换电路还包括一第一电感及一第二电感，该第四取样电阻、该第一电感、该第一功率开关以及该第二功率开关相互串联，该第二电感耦接该第一功率开关与该第二功率开关连接处，该第四取样电阻的两端还耦接于该放大电路，且其电压降为该取样电压。
11.一种电源供应装置，包括一电源转换模块，包括一转换电路及一脉宽调制电路，该转换电路包括相互串联的一第一功率开关及一第二功率开关，该脉宽调制电路耦接于该转换电路，且用以输出一驱动信号驱动该第一功率开关及该第二功率开关的启闭，以产生一输出电流；以及一电压调节模块，与该电源转换模块耦接成一闭合回路，根据该输出电流的变化而产生一电平电压，使该脉宽调制电路根据该电平电压对应调整该驱动信号的电压电平，进而使该驱动信号的电压电平随着该输出电流变化。
12.根据权利要求11所述的电源供应装置，其中，该电压调节模块包括一减法电路，取得一与该电源转换模块的输出电流有关的电压，并将该电压与一参考电压相减而产生一第二调节电压；以及一调节电路，耦接于该减法电路，该调节电路根据该第二调节电压产生一与该输出电流成正比的电平电压。
13.根据权利要求12所述的电源供应装置，其中，该电压调节模块还包括一耦接于该电源转换模块与该减法电路之间的放大电路，该放大电路取得一与该电源转换模块的输出电流有关的取样电压，并将该取样电压以一特定比例放大而产生一第一调节电压，而该减法电路将该第一调节电压与该参考电压相减而产生该第二调节电压。
全文摘要
一种电压调节模块及电源供应装置。该电压调节模块与电源转换模块耦接成闭合回路，该电源转换模块包含脉宽调制电路及转换电路，该转换电路包括相互串联的第一及第二功率开关，该脉宽调制电路用以输出驱动信号驱动该二功率开关的启闭以使该转换电路产生输出电流，该电压调节模块包含减法电路及调节电路，该减法电路取得与该电源转换模块的输出电流有关的电压，并将其与参考电压相减而产生第二调节电压；该调节电路耦接于该减法电路，根据该第二调节电压产生与该输出电流成正比的电平电压，使该脉宽调制电路根据该电平电压调整该驱动信号的电压电平，进而使驱动该信号的电压电平随着该输出电流变化。本发明在高阻抗或低阻抗皆有较佳转换效率。
文档编号H02M3/156GK102290989SQ201010204268
公开日2011年12月21日 申请日期2010年6月21日 优先权日2010年6月21日
发明者林俊宏, 谢志鸿, 郑胜文 申请人:纬创资通股份有限公司