• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    一種具動態壓降控制的電源供應器及其方法，使用電源轉換器參照第一直流電壓準位產生調節電壓，低壓降穩壓器參照第二直流電壓準位從該調節電壓產生輸出電壓，以及參考電壓產生器根據該低壓降穩壓器的輸出電晶體的輸入端電壓及控制端電壓動態調整該第一直流電壓準位，以調整該調節電壓。該電源供應器及方法能將該低壓降穩壓器的壓降最小化，因而在不同大小的負載及輸出電壓時維持高效率。
    公开号:TW201315122A
    申请号:TW100134336
    申请日:2011-09-23
    公开日:2013-04-01
    发明作者:Tsung-Wei Huang；Shui-Mu Lin
    申请人:Richtek Technology Corp；
    IPC主号:G05F1-00
    专利说明:
    具動態壓降控制的電源供應器及其方法
    本發明係有關一種電源供應器，特別是關於一種具動態壓降控制的電源供應器及其方法。
    美國專利號7207054提出一種降頻器(Low Noise Block converter;LNB)的電源供應電路如圖1所示，電源轉換器10將輸入電壓Vin轉換為調節電壓Vreg給線性放大器12，參考電壓產生器14提供直流電壓準位Vref給電源轉換器10及線性放大器12，信號產生器16提供類比交流音調(AC tone)信號經開關SW切換而疊加到直流電壓準位Vref上，線性放大器12根據直流電壓準位Vref從調節電壓Vreg產生輸出電壓Vlnb，其具有直流電壓準位Vref，且受該類比交流音調信號調變。在此電源供應架構中，直流電壓準位Vref係根據需要的輸出電壓Vlnb的大小，從多個直流電壓準位中選出一個，且調節電壓Vreg係在其上加上某預定量ΔV，亦即
    Vreg=Vref+ΔV。　[Eq-1]
    當負載不同或選擇的輸出電壓Vlnb大小不同時，線性放大器12的壓降
    Vdropout=Vreg-Vlnb
    =(Vref+ΔV)-Vref
    =ΔV　[Eq-2]
    是固定的，因此會導致較高的消耗功率，較差的效率。
    本發明的目的之一，在於提出一種具動態壓降控制的電源供應器及其方法。
    本發明的目的之一，在於提出一種在不同負載時維持高效率的電源供應器及其方法。
    本發明的目的之一，在於提出一種在選擇的輸出電壓不同時維持高效率的電源供應器及其方法。
    根據本發明，一種具動態壓降控制的電源供應器及其方法使用電源轉換器參照第一直流電壓準位產生調節電壓，低壓降穩壓器參照第二直流電壓準位從該調節電壓產生輸出電壓，以及參考電壓產生器根據該低壓降穩壓器的輸出電晶體的輸入端電壓及控制端電壓動態調整該第一直流電壓準位，以調整該調節電壓。
    由於動態調整該第一直流電壓準位以調整該調節電壓，因此可將該低壓降穩壓器的壓降最小化，降低消耗功率，提升效率，在不同的負載及選擇的輸出電壓不同時維持高效率。
    參照圖2的實施例，根據本發明的電源供應器使用電源轉換器10參照第一直流電壓準位Vref1將輸入電壓Vin轉換為調節電壓Vreg，低壓降穩壓器18包含輸出電晶體20具有輸入端接受調節電壓Vreg，以及低壓降穩壓控制器22參照第二直流電壓準位Vref2產生控制電壓Vg施加到輸出電晶體20的控制端，以控制輸出電晶體20在其輸出端產生輸出電壓Vlnb，以及參考電壓產生器24根據調節電壓Vreg及控制電壓Vg動態調整第一直流電壓準位Vref1，進而調整調節電壓Vreg。如同一般的低壓降穩壓器，輸出電壓Vlnb回授給低壓降穩壓控制器22作控制。另外，從LNB系統取出的22KHz交流音調信號Vfb亦回授給低壓降穩壓控制器22，以調變控制電壓Vg，進而調變輸出電壓Vlnb。輸出電壓Vlnb的直流電壓準位為Vref2，藉著動態調整第一直流電壓準位Vref1，可將低壓降穩壓器18的壓降
    Vdropout=Vreg-Vlnb
    =V(Vref1)-Vref2　[Eq-3]
    最小化。若負載電流為Iload，則低壓降穩壓器18的功率為
    P=Iload×Vdropout。　[Eq-4]
    在不同的負載Iload時，或在輸出電壓Vlnb的直流電壓準位Vref2不同時，皆可將壓降Vdropout最小化，以減少消耗功率，提高效率。
    在一實施例中，輸出電晶體20係MOSFET，其源極電壓即調節電壓Vreg，閘極電壓即控制電壓Vg，汲極電壓即輸出電壓Vlnb，參考電壓產生器24調整第一直流電壓準位Vref1，使得調節電壓Vreg及控制電壓Vg之間的壓差Vsg在預設的範圍內，因而控制壓降Vdropout在預設的範圍內。在圖2的實施例中，參考電壓產生器24包括偵測器26偵測輸出電晶體20的輸入電壓Vreg及控制電壓Vg之間的壓差Vsg，將其分別與第一門檻電壓Vh及第二門檻電壓Vl比較，以產生偵測信號Sdet，以及動態壓降控制器28根據偵測信號Sdet調整第一直流電壓準位Vref1，因而控制Vsg在Vh到Vl的範圍內。例如，當Vsg上升到超過Vh時，偵測信號Sdet為降壓信號，促使動態壓降控制器調低第一直流電壓準位Vref1，因而調低調節電壓Vreg；當Vsg下降到低於Vl時，偵測信號Sdet為升壓信號，促使動態壓降控制器調高第一直流電壓準位Vref1，因而調高調節電壓Vreg；當Vsg介於Vh與Vl之間時，第一直流電壓準位Vref1維持不變。
    圖3係圖2的一個實施例。電源轉換器10使用直流對直流升壓轉換器將輸入電壓Vin升壓為調節電壓Vreg，其包括電感L1及開關30串聯在電源輸入端Vin及地端之間，防逆流二極體D1介於電感L1及電源輸出端Vreg之間，電阻R1及R2組成分壓器將調節電壓Vreg分壓，產生代表調節電壓Vreg直流準位的回授電壓Vfb1，誤差放大器32根據回授電壓Vfb1及第一直流電壓準位Vref1之間的差值產生誤差信號給脈寬調變控制器34，據以產生脈寬調變信號切換開關30以控制電感L1的電流I1。具有本技術領域通常知識者當知，電源轉換器10可使用其他各種類型的電源轉換器，例如以電感、開關及脈寬調變控制器為基礎的切換式電源轉換器，此係習知技術。低壓降穩壓控制器22包括電阻R3及R4組成分壓器將輸出電壓Vlnb分壓，產生代表輸出電壓Vlnb直流準位的回授電壓Vfb2給運算放大器36的負輸入端，運算放大器36的正輸入端接受第二直流電壓準位Vref2，因而在其輸出端產生控制電壓Vg，交流音調信號Vfb注入運算放大器36的負輸入端，以調變回授電壓Vfb2，進而調變控制電壓Vg。具有本技術領域通常知識者當知，此實施例亦可修改為，將交流音調信號Vfb反相後注入運算放大器36的正輸入端，以調變第二直流電壓準位Vref2，進而調變控制電壓Vg。使用數位類比轉換器38作為介面，將數位設定信號I2C轉換成類比電壓Vref2，需要不同的輸出電壓Vlnb時，藉更改數位設定信號I2C來選擇不同的第二直流電壓準位Vref2。交流音調信號經電容耦合到LNB系統原有的音調發射器40，以產生交流音調信號Vfb。
    圖4係偵測器26的實施例，減法器46將Vreg減去Vg得到Vsg，比較器48比較Vsg和Vh，在Vsg>Vh時發出降壓信號Sdn，比較器50比較Vsg和Vl，在Vsg<Vl時發出升壓信號Sup。回到圖3，動態壓降控制器28包括計數器及邏輯電路42，在降壓信號Sdn為邏輯1時下數，在升壓信號Sup為邏輯1時上數，因此計數值CV隨著偵測信號(Sdn,Sup)的狀態減少、增加或維持不變，數位類比轉換器44將計數值CV轉換為第一直流電壓準位Vref1。
    在圖3的實施例中，電源轉換器10產生的調節電壓為
    低壓降穩壓器18產生的輸出電壓為
    因此低壓降穩壓器18的壓降為
    消耗功率為
    圖5顯示本發明的功效，水平軸係負載Iload，垂直軸係電源供應器的整體效率，包含升壓電源轉換器10和低壓降穩壓器18二者在內，曲線52係圖3的電路得到的效率，曲線54係圖1的電路得到的效率，從二者的比較明顯證實本發明的電源供應器在不同的負載Iload時皆維持較高的效率，特別是在低負載時，效率的改善更明顯。
    以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的，而無意限定本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說本發明的原理以及讓熟習該項技術者以各種實施例利用本發明在實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由以下的申請專利範圍及其均等來決定。
    10．．．電源轉換器
    12．．．線性放大器
    14．．．參考電壓產生器
    16．．．信號產生器
    18．．．低壓降穩壓器
    20．．．輸出電晶體
    22．．．低壓降穩壓控制器
    24．．．參考電壓產生器
    26．．．偵測器
    28．．．動態壓降控制器
    30．．．開關
    32．．．誤差放大器
    34．．．脈寬調變控制器
    36．．．運算放大器
    38．．．數位類比轉換器
    40．．．音調發射器
    42．．．計數器及邏輯電路
    44．．．數位類比轉換器
    46．．．減法器
    48．．．比較器
    50．．．比較器
    52．．．效率曲線
    54．．．效率曲線
    圖1係習知的LNB電源供應器；
    圖2係根據本發明的LNB電源供應器；
    圖3係圖2的一個實施例；
    圖4係圖3中的偵測器的一個實施例；以及
    圖5係圖3及圖1的電路二者的效率曲線。
    10．．．電源轉換器
    18．．．低壓降穩壓器
    20．．．輸出電晶體
    22．．．低壓降穩壓控制器
    24．．．參考電壓產生器
    26．．．偵測器
    28．．．動態壓降控制器
    权利要求:
    Claims (17)
    [1] 一種具動態壓降控制的電源供應器，包括：電源轉換器，參照第一直流電壓準位將輸入電壓轉換為調節電壓；低壓降穩壓器，包含輸出電晶體具有輸入端接受該調節電壓，以及低壓降穩壓控制器參照第二直流電壓準位產生控制電壓施加到該電晶體的控制端，以控制該電晶體在其輸出端產生輸出電壓，該低壓降穩壓控制器並根據交流音調信號調變該控制電壓，以調變該輸出電壓；以及參考電壓產生器，連接該電源轉換器及該低壓降穩壓器，根據該調節電壓及該控制電壓調整該第一直流電壓準位。
    [2] 如請求項1之電源供應器，其中該參考電壓產生器控制該第一直流電壓準位，使得該調節電壓及該控制電壓之間的壓差在預設的範圍內。
    [3] 如請求項1之電源供應器，其中該參考電壓產生器包括：偵測器，連接該輸出電晶體的輸入端及控制端，將其上之壓差分別與第一及第二門檻電壓比較，以產生偵測信號；以及動態壓降控制器，連接該偵測器，根據該偵測信號調整該第一直流電壓準位。
    [4] 如請求項3之電源供應器，其中該偵測器包括：第一比較器，比較該壓差及該第一門檻電壓，以產生降壓信號；以及第二比較器，比較該壓差及該第二門檻電壓，以產生升壓信號。
    [5] 如請求項3之電源供應器，其中該動態壓降控制器包括：計數器及邏輯電路，連接該偵測器，根據該偵測信號產生計數值；以及數位類比轉換器，連接該計數器及邏輯電路，將該計數值轉換為該第一直流電壓準位。
    [6] 如請求項5之電源供應器，其中該偵測信號包括三種狀態，在第一狀態時，該計數器及邏輯電路增加該計數值；在第二狀態時，該計數器及邏輯電路減少該計數值；在第三狀態時，該計數器及邏輯電路保持該計數值不變。
    [7] 如請求項1之電源供應器，其中該低壓降穩壓控制器包括：分壓器，將該輸出電壓分壓，以產生代表該輸出電壓之直流準位的回授電壓；以及運算放大器，具有第一輸入端接受該第二直流電壓準位，第二輸入端接受該回授電壓，以及輸出端產生該控制電壓；其中，該交流音調信號注入該運算放大器的第一或第二輸入端。
    [8] 如請求項1之電源供應器，其中該電源轉換器包括：電感；開關，連接該電感；脈寬調變控制器，連接該開關，根據誤差信號產生脈寬調變信號切換該開關，以控制該電感的電流；分壓器，將該調節電壓分壓，以產生代表該調節電壓之直流準位的回授電壓；以及誤差放大器，連接該脈寬調變控制器及該分壓器，根據該回授電壓及該第一直流電壓準位之間的差值產生該誤差信號。
    [9] 如請求項1之電源供應器，更包括數位類比轉換器將數位設定信號轉換為該第二直流電壓準位。
    [10] 如請求項1之電源供應器，更包括音調發射器根據該交流音調信號產生回授信號給該低壓降穩壓控制器。
    [11] 一種具動態壓降控制的電源供應方法，包括下列步驟：A.參照第一直流電壓準位將輸入電壓轉換為調節電壓給低壓降穩壓器；B.參照第二直流電壓準位產生控制電壓施加到該低壓降穩壓器的輸出電晶體的控制端，以控制該輸出電晶體在其輸出端產生輸出電壓；C.根據交流音調信號調變該控制電壓，以調變該輸出電壓；以及D.根據該調節電壓及該控制電壓調整該第一直流電壓準位。
    [12] 如請求項11之方法，其中該步驟D包括控制該第一直流電壓準位，使得該調節電壓及該控制電壓之間的壓差在預設的範圍內。
    [13] 如請求項11之方法，其中該步驟D包括下列步驟：從該輸出電晶體的輸入端及控制端偵測其上之壓差；在該壓差大於第一門檻電壓時調低該第一直流電壓準位；以及在該壓差小於第二門檻電壓時調高該第一直流電壓準位。
    [14] 如請求項11之方法，其中該步驟D包括下列步驟：從該輸出電晶體的輸入端及控制端偵測其上之壓差；將該壓差分別與第一及第二門檻電壓比較，以產生偵測信號；以及根據該偵測信號調整該第一直流電壓準位。
    [15] 如請求項14之方法，其中該根據該偵測信號調整該第一直流電壓準位的步驟包括下列步驟：因應該偵測信號調整計數值；以及將該計數值轉換為該第一直流電壓準位。
    [16] 如請求項11之方法，其中該步驟B包括下列步驟：產生代表該輸出電壓之直流準位的回授電壓；以及根據該回授電壓及該第二直流電壓準位之間的差值產生該控制電壓。
    [17] 如請求項16之方法，其中該步驟C包括以該交流音調信號調變該回授電壓或該第二直流電壓準位，以調變該控制電壓。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    TWI458241B|2014-10-21|具動態壓降控制的電源供應器及其方法
    US8773090B2|2014-07-08|Voltage regulator with adaptive hysteretic control
    US10250135B2|2019-04-02|Fast response control circuit and control method thereof
    US9081401B2|2015-07-14|Switching regulator and control circuit and control method thereof
    US7605574B2|2009-10-20|Switching regulator circuits
    TWI474598B|2015-02-21|System and method for switching frequency and peak current regulation of a power converter
    US8253491B2|2012-08-28|Method and apparatus for power converter for class D audio power amplifiers
    US7199561B2|2007-04-03|DC-DC converter and converter device
    US9013166B2|2015-04-21|DC-DC converter controller
    US7388358B2|2008-06-17|Method and apparatus for a pulse width modulated DC-DC converter
    US9998022B2|2018-06-12|Current limit peak regulation circuit for power converter with low standby power dissipation
    US20080197826A1|2008-08-21|Switching power supply controller with transient gain change
    TWI470908B|2015-01-21|控制電路、時間計算單元及控制電路操作方法
    US20190058397A1|2019-02-21|Harmonic modulation for charge balance of multi-level power converters
    TW201334380A|2013-08-16|電源供應電路、切換式電源供應器及其控制電路與控制方法
    US9621027B2|2017-04-11|Power supplies and control methods capable of improving power factor during light load
    KR20130032844A|2013-04-02|집적 회로를 위한 적응형 바이어싱
    US20210320582A1|2021-10-14|Ripple voltage control circuit and control method thereof
    US9712063B2|2017-07-18|Apparatus and method for loosely regulated power converters
    US8300441B2|2012-10-30|Active centerpoint power bus balancing system
    US9660473B2|2017-05-23|Controllers for DC/DC converter
    US10790737B2|2020-09-29|Current threshold regulation method used in switching converters
    US10784827B2|2020-09-22|Power management system for battery-powered audio device
    US20200389091A1|2020-12-10|Slope compensation method for dc-dc converter
    US10700518B2|2020-06-30|Constant current limiting protection for series coupled power supplies
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    CN103019285A|2013-04-03|
    TWI458241B|2014-10-21|
    US20130076323A1|2013-03-28|
    US8866460B2|2014-10-21|
    CN103019285B|2014-12-10|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    US9423810B2|2013-10-16|2016-08-23|Industrial Technology Research Institute|Voltage regulator and control method thereof|US7207054B1|1999-11-17|2007-04-17|Allegro Microsystems, Inc.|Low noise block supply and control voltage regulator|
    US6229289B1|2000-02-25|2001-05-08|Cadence Design Systems, Inc.|Power converter mode transitioning method and apparatus|
    US6650554B2|2001-05-22|2003-11-18|Powersine Ltd.|Power factor corrector with efficient ripple attenuator|
    DE10338272A1|2003-08-15|2005-03-17|Atmel Germany Gmbh|Schaltungsanordnung und Verfahren zur Spannungsversorgung|
    CN1612085A|2003-10-27|2005-05-04|旭瑞科技有限公司|计算机装置用电源供应器装置|
    US7148670B2|2005-01-18|2006-12-12|Micrel, Inc.|Dual mode buck regulator with improved transition between LDO and PWM operation|
    US8193724B2|2005-01-25|2012-06-05|Rohm Co., Ltd.|Power supply apparatus|
    CN100445757C|2005-07-28|2008-12-24|崇贸科技股份有限公司|谷底电压检测装置|
    EP1961230B1|2005-12-14|2013-06-12|Thomson Licensing|Satellite lnb power supply adaptive load|
    US7834600B2|2006-12-14|2010-11-16|Linear Technology Corporation|Regulated power supply system and an operating method therefore|
    US7786712B2|2006-12-30|2010-08-31|Advanced Analogic Technologies, Inc.|High-efficiency DC/DC voltage converter including up inductive switching pre-regulator and capacitive switching post-converter|
    TWI329409B|2007-03-02|2010-08-21|Richtek Technology Corp||
    US7928705B2|2008-03-12|2011-04-19|Sony Ericsson Mobile Communications Ab|Switched mode voltage converter with low-current mode and methods of performing voltage conversion with low-current mode|
    US8054656B2|2008-04-11|2011-11-08|System General Corp.|Switching control circuit for a switching power converter|
    TW201008097A|2008-08-01|2010-02-16|Addtek Corp|Buck converter with surge protection|
    JP5336869B2|2009-02-03|2013-11-06|株式会社東芝|直流配電系統の電圧安定化装置|
    US20100327963A1|2009-06-26|2010-12-30|Battelle Memorial Institute|Active Snubbers Providing Acceleration, Damping, and Error Correction|US20140266103A1|2013-03-15|2014-09-18|Qualcomm Incorporated|Digitally assisted regulation for an integrated capless low-dropoutvoltage regulator|
    CN104914909B|2014-03-11|2017-11-28|深圳市中兴微电子技术有限公司|一种电源控制装置及方法|
    KR102029490B1|2014-09-01|2019-10-07|삼성전기주식회사|로우 드롭 출력 타입의 전압 레귤레이터 및 이를 갖는 고주파 스위치 제어 장치|
    US9838058B2|2015-02-15|2017-12-05|Skyworks Solutions, Inc.|Power amplification system with variable supply voltage|
    US9971370B2|2015-10-19|2018-05-15|Novatek Microelectronics Corp.|Voltage regulator with regulated-biased current amplifier|
    US9785165B2|2016-02-03|2017-10-10|Stmicroelectronics Design And Application S.R.O.|Voltage regulator with improved line regulation transient response|
    US10033269B2|2016-04-29|2018-07-24|Infineon Technologies Austria Ag|Voltage doubler with capacitor module for increasing capacitance|
    US10033264B2|2016-04-29|2018-07-24|Infineon Technologies Austria Ag|Bulk capacitor switching for power converters|
    CN107528469A|2016-06-20|2017-12-29|深圳市中兴微电子技术有限公司|电源电路|
    US10474174B2|2017-04-04|2019-11-12|Intel Corporation|Programmable supply generator|
    KR20200029250A|2018-09-10|2020-03-18|삼성전자주식회사|반도체 회로|
    CN110045807B|2019-04-28|2021-12-14|维沃移动通信有限公司|一种电压控制方法及终端|
    CN111679710B|2020-07-08|2022-01-21|中国电子科技集团公司第二十四研究所|压差检测电路及低压差线性稳压器|
    法律状态:
    2014-10-21| GD4A| Issue of patent certificate for granted invention patent|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    TW100134336A|TWI458241B|2011-09-23|2011-09-23|具動態壓降控制的電源供應器及其方法|TW100134336A| TWI458241B|2011-09-23|2011-09-23|具動態壓降控制的電源供應器及其方法|
    CN201110311485.2A| CN103019285B|2011-09-23|2011-10-14|具动态压降控制的电源供应器及其方法|
    US13/608,091| US8866460B2|2011-09-23|2012-09-10|Dynamic dropout control of a power supply|
    [返回顶部]