專利名稱：主動(dòng)式鉗位電路以及電源供應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種主動(dòng)式鉗位電路，特別有關(guān)一種直流-直流轉(zhuǎn)換器的主動(dòng)式鉗位電路。
(2)背景技術(shù)如圖1a及1b所示，一降壓型直流-直流的轉(zhuǎn)換電路10，是耦接一輸入電壓Vin，然后輸出一輸出電壓VCORE至負(fù)載LD。其中開關(guān)組件S1、S2會(huì)根據(jù)一外部信號(hào)切換，用以將輸出電壓VCORE穩(wěn)定地維持在一既定準(zhǔn)位(如1.35V左右)。當(dāng)輸出電壓VCORE低于一第一電壓準(zhǔn)位(如1.3V)時(shí)，開關(guān)組件S1導(dǎo)通、S2截止，使得輸入電壓Vin對(duì)電容Co充電，以拉高輸出電壓VCORE。反過來說，當(dāng)輸出電壓高于一第二電壓準(zhǔn)位(如1.4V)時(shí)，則開關(guān)組件S2導(dǎo)通、S1截止，使得輸入電壓Vin停止對(duì)電容Co充電。
然而，瞬時(shí)響應(yīng)是最常發(fā)生于負(fù)載產(chǎn)生大變化時(shí)，例如處理器(CPU)由休眠模式切換到正常模式時(shí)，或由正常模式切換到休眠模式時(shí)。請(qǐng)參閱圖1a，舉例來說，當(dāng)CPU由休眠模式切換到正常模式時(shí)，負(fù)載LD會(huì)由輕載進(jìn)入重載，輸出電壓VCORE的準(zhǔn)位會(huì)瞬間被拉低，故開關(guān)組件S1會(huì)導(dǎo)通、開關(guān)組件S2會(huì)截止，使得輸入電壓Vin對(duì)電容Co充電，以拉高輸出電壓VCORE。此時(shí)，電感電流iL的變化率會(huì)為diLdt=Vin-VCOREL.]]>請(qǐng)參閱圖1b，當(dāng)CPU由正常模式切換到休眠模式時(shí)，負(fù)載LD會(huì)由重載進(jìn)入輕載，輸出電壓VCORE瞬間會(huì)拉高，故開關(guān)組件S2會(huì)導(dǎo)通、開關(guān)組件S1會(huì)截止，使得輸出電壓VCORE藉由開關(guān)組件S2放電至該既定準(zhǔn)位。此時(shí)，電感電流iL的變化率會(huì)為diLdt=-VCOREL.]]>然而，由于降壓型直流-直流轉(zhuǎn)換電路10的輸入電壓Vin會(huì)遠(yuǎn)大于輸出電壓VCORE，所以由重載進(jìn)入輕載(during step-down)時(shí)的電流變化率，會(huì)比由輕載進(jìn)入重載(during step-up)時(shí)的電流變化率小得多，即重載進(jìn)入輕載(during step-down)時(shí)，輸出電壓VCORE進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的時(shí)間，將是輕載進(jìn)入重載(during step-up)時(shí)的好幾倍。也就是說，降壓型直流-直流的轉(zhuǎn)換電路在負(fù)載由重載轉(zhuǎn)換到輕載時(shí)的瞬時(shí)響應(yīng)很差。
(3)發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的首要目的，是于直流-直流轉(zhuǎn)換器的負(fù)載由重載轉(zhuǎn)輕載時(shí)，藉由一主動(dòng)式鉗位電路，將輸出電壓的過沖(voltage overshoot)拉下來，讓轉(zhuǎn)換器較快速地進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，以增進(jìn)瞬時(shí)響應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明一方面的主動(dòng)式鉗位電路，適用于一直流-直流轉(zhuǎn)換器，其中所述直流-直流轉(zhuǎn)換器具有一輸出端，用以供應(yīng)一輸出電壓至一負(fù)載，該主動(dòng)式鉗位電路包括一拉低電路，耦接于直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸出端；一判別電路，用以檢測輸出電壓，當(dāng)輸出電壓超過一第一既定電壓時(shí)，輸出一第一致能信號(hào)，致能拉低電路以拉低輸出電壓；一電感，具有一第一端耦接于直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸出端；以及一二極管，耦接于電感與直流-直流轉(zhuǎn)換器的一輸入端之間。因此，當(dāng)負(fù)載由重載轉(zhuǎn)輕載，使輸出電壓超過一第一既定電壓時(shí)，拉低電路會(huì)拉低輸出電壓的過沖(voltage overshoot)，藉以改善轉(zhuǎn)換器于負(fù)載由重載轉(zhuǎn)輕載時(shí)的瞬時(shí)響應(yīng)。另外并藉由二極管提供一電路流徑，將部分放電電流回收至直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸入端。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的一種主動(dòng)式鉗位電路，適用于一直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述直流-直流轉(zhuǎn)換器具有一輸出端，用以供應(yīng)一輸出電壓至一負(fù)載，所述主動(dòng)式鉗位電路包括一檢測電路，耦接所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸出端，根據(jù)所述輸出電壓產(chǎn)生一第一電壓信號(hào)及一第二電壓信號(hào)；一比較器，耦接所述第一、第二電壓信號(hào)，根據(jù)所述第一、第二電壓信號(hào)，產(chǎn)生一第一致能信號(hào)；一電感，具有一第一端連接所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸出端；一開關(guān)晶體管，具有一第一端及第二端，分別耦接所述電感的一第二端與一接地電位；一二極管，連接于所述電感的一第二端與所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的一輸入端之間，以及一驅(qū)動(dòng)器，用以根據(jù)所述第一致能信號(hào)，而導(dǎo)通所述開關(guān)晶體管，以拉低所述輸出電壓。
根據(jù)本發(fā)明又一方面的一種電源供應(yīng)系統(tǒng)，包括一直流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路，用以將一輸入電壓轉(zhuǎn)換成一輸出電壓，并藉由一輸出端輸出至一負(fù)載；一判別電路，用以檢測所述輸出電壓，當(dāng)所述輸出電壓超過一第一既定電壓時(shí)，輸出一第一致能信號(hào)；一電感，具有一第一端連接于所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸出端；一二極管，耦接于所述電感與所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的一輸入端之間；以及一拉低電路，耦接于所述判別電路，用以根據(jù)所述致能信號(hào)，拉低所述輸出電壓；其中當(dāng)跨在所述二極管二端的電壓差，大于所述二極管的導(dǎo)通電壓時(shí)，所述二極管會(huì)導(dǎo)通以在所述電感與所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸入端之間產(chǎn)生一電流路徑。
本發(fā)明采用一種主動(dòng)式鉗位電路，當(dāng)直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，超過一第一既定電壓時(shí)，可拉低輸出電壓的過沖(voltage overshoot)，藉以改善直流-直流轉(zhuǎn)換器于負(fù)載由重載轉(zhuǎn)輕載時(shí)的瞬時(shí)響應(yīng)，并且藉由一電路流徑將部分放電電流回收至直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸入端。
為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下面將通過一較佳實(shí)施例，并配合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。
(4)


圖1a~1b為降壓型直流-直流的轉(zhuǎn)換電路的示意圖。
圖2是表示本發(fā)明的具有主動(dòng)式鉗位電路的直流-直流轉(zhuǎn)換電路示意圖。
圖3是為本發(fā)明中輸出電壓VCORE與開關(guān)晶體管S4的動(dòng)作的關(guān)系圖。
圖4中所示為習(xí)知直流-直流轉(zhuǎn)換電路與本發(fā)明的直流-直流轉(zhuǎn)換電路，于重載轉(zhuǎn)輕載時(shí)瞬時(shí)響應(yīng)的比較圖。
(5)具體實(shí)施方式
圖2是表示本發(fā)明的具有主動(dòng)式鉗位電路的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)100。如圖2中所示，電感L1、L0、電容C1、C0及開關(guān)組件S1、S2構(gòu)成一降壓型直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器10(buck dc-to-dc converter)，是用以將輸入電壓Vin(例如12V)，轉(zhuǎn)換成輸出電壓VCORE輸出至負(fù)載LD。其中，開關(guān)組件S1、S2是交替地導(dǎo)通，使得輸出電壓VCORE維持在1.35V左右。舉例來說，于輸出電壓VCORE低于1.3V時(shí)，開關(guān)組件S1會(huì)導(dǎo)通，而開關(guān)組件S2截止，使得輸入電壓Vin對(duì)電容C0充電。于輸出電壓高于1.4V時(shí)，開關(guān)組件S1會(huì)截止，而開關(guān)組件S2導(dǎo)通，則輸入電壓Vin停止對(duì)電容C0充電。
另外，本發(fā)明的主動(dòng)式鉗位電路20包括一拉低電路22，耦接于直流-直流(dc-to-dc)轉(zhuǎn)換電路10的輸出端；以及一判別電路24，用以檢測輸出電壓VCORE，當(dāng)輸出電壓VCORE由于負(fù)載LD由重載轉(zhuǎn)輕載，而超過一第一既定電壓Vref(如1.8V)時(shí)，輸出一第一致能信號(hào)En，致能拉低電路22以拉低輸出電壓VCORE。
于本實(shí)施例中，拉低電路22是由一開關(guān)晶體管S4及一驅(qū)動(dòng)器23所構(gòu)成，其中驅(qū)動(dòng)器23是由一NPN晶體管Q1、一PNP晶體管Q2以及一電阻R5所組成，用以根據(jù)第一致能信號(hào)En，導(dǎo)通開關(guān)晶體管S4，以拉低輸出電壓VCORE。
此外，判別電路24是由一比較器25以及一檢測電路26所構(gòu)成，其中檢測電路24是由電阻R1~R3及電容C2所組成，電阻R1及R2皆具有一端是耦接到轉(zhuǎn)換電路10的輸出端。檢測電路24是根據(jù)輸出電壓VCORE產(chǎn)生一第一電壓信號(hào)V1及一第二電壓信號(hào)V2。由于第一電壓信號(hào)V1為電阻R1、R3對(duì)第一既定電壓Vref的分壓，因此第一電壓信號(hào)V1會(huì)隨著輸出電壓VCORE瞬時(shí)地變化，而第二電壓信號(hào)V2是為電容C2上儲(chǔ)存的電壓，因此第二電壓信號(hào)V2將無法隨著輸出電壓VCORE瞬時(shí)地變化。比較器25是耦接第一電壓信號(hào)V1以及第二電壓信號(hào)V2，當(dāng)?shù)谝浑妷盒盘?hào)V1高于第二電壓信號(hào)V2時(shí)，比較器25會(huì)輸出前述第一致能信號(hào)En，致使驅(qū)動(dòng)器23去導(dǎo)通開關(guān)晶體管S4。
于本實(shí)施例中，負(fù)載LD舉例來說是為一中央處理器(CPU)，當(dāng)CPU由休眠模式切換到正常模式時(shí)，即負(fù)載LD由輕載進(jìn)入重載，輸出電壓VCORE的準(zhǔn)位會(huì)瞬間被拉低，故開關(guān)組件S1會(huì)導(dǎo)通、開關(guān)組件S2會(huì)保持截止，使得輸入電壓Vin對(duì)電容C0充電，以拉高輸出電壓VCORE。
又，當(dāng)CPU由正常模式切換到休眠模式時(shí)，即負(fù)載LD由重載進(jìn)入輕載，存于電感L0中的能量會(huì)注入到輸出電容C0，故輸出電壓VCORE瞬間會(huì)飆高即電壓過沖(voltage overshoot)，即超過1.8V。因此開關(guān)組件S2會(huì)導(dǎo)通、開關(guān)組件S1截止，使得輸出電壓VCORE藉由開關(guān)組件S2慢慢放電。同時(shí)，由本發(fā)明中連接一主動(dòng)鉗位電路于直流-直流轉(zhuǎn)換電路10的輸出端，故當(dāng)輸出電壓VCORE超過一第一既定電壓(如1.8V)時(shí)，則主動(dòng)鉗位電路20會(huì)拉低輸出電壓VCORE的過沖，以縮短輸出電壓VCORE進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的時(shí)間，即改善轉(zhuǎn)換器于負(fù)載由重載轉(zhuǎn)輕載時(shí)的瞬時(shí)響應(yīng)。
以下參照?qǐng)D3說明本發(fā)明的主動(dòng)式鉗位電路的動(dòng)作，圖3是為輸出電壓VCORE與開關(guān)晶體管S4的動(dòng)作的關(guān)系圖。由于檢測電路26是耦接到轉(zhuǎn)換電路10的輸出端，因此當(dāng)輸出電壓VCORE超過第一既定電壓Vref(如1.8V)時(shí)，第一電壓信號(hào)V1就會(huì)高于第二電壓信號(hào)V2，故比較器25會(huì)輸出第一致能信號(hào)En，以導(dǎo)通開關(guān)晶體管S4。此時(shí)，存于電感L0中的能量就會(huì)藉由電感L2、開關(guān)晶體管S4流到地去，且輸出電壓VCORE會(huì)降下來。當(dāng)?shù)谝浑妷盒盘?hào)V1低于第二電壓信號(hào)V2時(shí)，比較器25則停止輸出致能信號(hào)En，故開關(guān)晶體管S4會(huì)截止。此時(shí)，因?yàn)殡姼蠰2上的電流無法瞬間改變，因此電感L2上能量會(huì)使得開關(guān)晶體管S4的第一端(連接到二極管D1的陽極)的電壓上升。當(dāng)跨在二極管D1上的電壓差，大于其導(dǎo)通電壓時(shí)，二極管D1會(huì)導(dǎo)通，讓電感L2上的能量回收到直流-直流轉(zhuǎn)換電路10的輸入端，直到直流-直流轉(zhuǎn)換電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。要注意的是，此時(shí)雖然輸出電壓VCORE低于第一既定電壓Vref以下，但仍然大于1.3V，因此開關(guān)組件S1不會(huì)導(dǎo)通。
圖4中所示為習(xí)知直流-直流轉(zhuǎn)換電路與本發(fā)明的直流-直流轉(zhuǎn)換電路，于重載轉(zhuǎn)輕載時(shí)瞬時(shí)響應(yīng)的比較圖。曲線Cr1表示習(xí)知直流-直流轉(zhuǎn)換電路于重載轉(zhuǎn)輕載時(shí)，輸出電壓VCORE的變化，曲線Cr2使用本發(fā)明所提的主動(dòng)虛擬負(fù)載后直流-直流轉(zhuǎn)換電路由重載轉(zhuǎn)輕載時(shí)，輸出電壓VCORE的變化。由圖可知，藉由本發(fā)明的主動(dòng)式鉗位電路，可以在負(fù)載重載轉(zhuǎn)輕載時(shí)，比習(xí)知轉(zhuǎn)換電路更快將存于電感L0中的能量釋放掉，故可以改進(jìn)負(fù)載由重載轉(zhuǎn)輕載時(shí)的瞬時(shí)響應(yīng)，并且同時(shí)可以將釋放的瞬時(shí)能量回收到直流-直流轉(zhuǎn)換電路的輸入端，以提升直流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路的運(yùn)作效率。雖然于本實(shí)施例中，直流-直流轉(zhuǎn)換電路是為一降壓型直流-直流(buck dc-to-dc)電壓轉(zhuǎn)換電路，但并非用以限定本發(fā)明，故亦可為一升壓型直流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路(boost dc-to-dcconverter)，或其它直流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本技術(shù)的人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作出種種的等效更動(dòng)與替換，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種主動(dòng)式鉗位電路，適用于一直流-直流轉(zhuǎn)換器，其中所述直流-直流轉(zhuǎn)換器具有一輸出端，用以供應(yīng)一輸出電壓至一負(fù)載，所述主動(dòng)式鉗位電路包括一判別電路，用以檢測所述輸出電壓，其系預(yù)設(shè)一第一既定電壓，于所述輸出電壓超過所述第一既定電壓時(shí)，輸出一第一致能信號(hào)；一拉低電路，耦接所述判別電路，用以根據(jù)所述第一致能信號(hào)，拉低所述輸出電壓；一儲(chǔ)能組件，具有一第一端耦接于所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸出端；以及一第一開關(guān)組件，耦接于所述電感與所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的一輸入端之間，用以于其導(dǎo)通時(shí)在所述儲(chǔ)能組件與所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸入端間產(chǎn)生一電路路徑。
2.權(quán)利要求1所述的主動(dòng)式鉗位電路，其特征在于所述判別電路包括一檢測電路，耦接于該轉(zhuǎn)換器的輸出端，根據(jù)該輸出電壓產(chǎn)生一第一電壓信號(hào)，其為該輸出電壓的分壓，以及一第二電壓信號(hào)，其與該第一既定電壓相等；以及一比較器，耦接于該檢測電路，其是接收該第一、第二電壓信號(hào)，而于該第一電壓信號(hào)大于該第二電壓信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生該第一致能信號(hào)，輸出至該拉低電路。
3.權(quán)利要求1所述的主動(dòng)式鉗位電路，其特征在于所述第二開關(guān)組件為一二極管。
4.如權(quán)利要求3所述的主動(dòng)式鉗位電路，其特征在于所述拉低電路包括一開關(guān)晶體管，具有一第一端連接所述儲(chǔ)能組件的一第二端與所述二極管的陽極，以及一第二端耦接一接地電位；以及一驅(qū)動(dòng)器，用以根據(jù)所述第一致能信號(hào)，而導(dǎo)通所述開關(guān)晶體管，以拉低所述輸出電壓。
5.如權(quán)利要求3所述的主動(dòng)式鉗位電路，其特征在于當(dāng)跨在所述二極管二端的電壓差大于所述二極管的導(dǎo)通電壓時(shí)，所述二極管會(huì)導(dǎo)通，用以在所述儲(chǔ)能組件與所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸入端之間產(chǎn)生一電流路徑。
6.如權(quán)利要求1所述的主動(dòng)式鉗位電路，其特征在于所述直流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路至少包括一第二、第三開關(guān)組件，耦接所述輸入電壓，所述第二、第三開關(guān)組件是交替地導(dǎo)通，以維持所述輸出電壓于一既定準(zhǔn)位，其中所述輸出電壓高于一第二既定電壓時(shí)，所述第三開關(guān)組件導(dǎo)通，而所述輸出電壓低于一第三既定電壓時(shí)，所述第二開關(guān)組件導(dǎo)通，并且所述第一既定電壓高于所述第二既定電壓，所述第二既定電壓高于所述第三既定電壓。
7.如權(quán)利要求1所述的主動(dòng)式鉗位電路，其特征在于所述直流-直流轉(zhuǎn)換器為一降壓型直流-直流轉(zhuǎn)換器。
8.一種主動(dòng)式鉗位電路，適用于一直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述直流-直流轉(zhuǎn)換器具有一輸出端，用以供應(yīng)一輸出電壓至一負(fù)載，所述主動(dòng)式鉗位電路包括一檢測電路，耦接所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸出端，根據(jù)所述輸出電壓產(chǎn)生一第一電壓信號(hào)及一第二電壓信號(hào)；一比較器，耦接所述第一、第二電壓信號(hào)，根據(jù)所述第一、第二電壓信號(hào)，產(chǎn)生一第一致能信號(hào)；一電感，具有一第一端連接所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸出端；一開關(guān)晶體管，具有一第一端及第二端，分別耦接所述電感的一第二端與一接地電位；一二極管，連接于所述電感的一第二端與所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的一輸入端之間，以及一驅(qū)動(dòng)器，用以根據(jù)所述第一致能信號(hào)，而導(dǎo)通所述開關(guān)晶體管，以拉低所述輸出電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的主動(dòng)式鉗位電路，其特征在于當(dāng)跨在所述二極管二端的電壓差大于所述二極管的導(dǎo)通電壓時(shí)，所述二極管會(huì)導(dǎo)通，以在所述電感與所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸入端之間產(chǎn)生一電流路徑。
10.一種電源供應(yīng)系統(tǒng)，包括一直流-直流電壓轉(zhuǎn)換電路，用以將一輸入電壓轉(zhuǎn)換成一輸出電壓，并藉由一輸出端輸出至一負(fù)載；一判別電路，用以檢測所述輸出電壓，當(dāng)所述輸出電壓超過一第一既定電壓時(shí)，輸出一第一致能信號(hào)；一電感，具有一第一端連接于所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸出端；一二極管，耦接于所述電感與所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的一輸入端之間；以及一拉低電路，耦接于所述判別電路，用以根據(jù)所述致能信號(hào)，拉低所述輸出電壓；其中當(dāng)跨在所述二極管二端的電壓差，大于所述二極管的導(dǎo)通電壓時(shí)，所述二極管會(huì)導(dǎo)通以在所述電感與所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸入端之間產(chǎn)生一電流路徑。
全文摘要
一種主動(dòng)式鉗位電路，適用于一直流－直流轉(zhuǎn)換器，其中所述轉(zhuǎn)換器具有一輸出端，用以供應(yīng)一輸出電壓至一負(fù)載，所述主動(dòng)式鉗位電路包括一判別電路，用以檢測輸出電壓，當(dāng)輸出電壓超過一第一即定電壓時(shí)，輸出一第一致能信號(hào)；一拉低電路，耦接判別電路，用以根據(jù)致能信號(hào)拉低輸出電壓；一電感，具有一第一端耦接于直流－直流轉(zhuǎn)換器的輸出端；以及一二極管，耦接于電感與所述直流－直流轉(zhuǎn)換器的一輸入端之間，以提供一電路流徑，將部分放電電流回收至直流－直流轉(zhuǎn)換器的輸入端。
文檔編號(hào)H02M3/07GK1601877SQ0316015
公開日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2003年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月26日
發(fā)明者翁祥宗, 陳開富, 黃圣鐘, 林志融 申請(qǐng)人:華碩電腦股份有限公司