CN101470511A - 中央处理单元电压的供应电路 - Google Patents

Abstract

一种中央处理单元电压的供应电路，至少包含：一参考电压产生器输出第一参考电压，一功率元件、一反馈电路、一电能储存电容、一差动运算放大器以及一电容。其中，差动运算放大器依据第一参考电压和反馈电路所提供的一反馈电压的差值，输出一控制信号电压给功率元件。流出功率元件的一部分电流馈入电能储存电容以提供中央处理单元核心电压，其余部分则馈入反馈电路。当电容的电流愈大时，反馈的电流就愈小，使得差动运算放大器输出愈大的控制电压到功率元件，以线性调整电流馈入电容。

Description

中央处理单元电压的供应电路

技术领域

本发明涉及一种中央处理单元(CPU)电压的供应电路，特别是指一种提供低耗电型中央处理单元电压的供应电路。

背景技术

在现行笔记本电脑中，主机板或芯片组制造的系统厂商不管是使用英特尔(Intel)或超微(AMD)的CPU的平台都必须遵从CPU制造商所制定的规格书来设计。系统厂商对CPU制造商所订的严格电压规格几近就只有遵守一途。

而CPU制造商所提供的解决方案清一色都是采用开关(Switch)架构。这种开关(Switch)架构电路，由CPU制造商提供，且基本上会提供不止一种电压值，芯片组会依据CPU制造商在CPU所登录的信息获得CPU所需要的工作电压，而使上述Switch架构提供正确且适当的工作电压给CPU。

因此，这种CPU电源供应电路基本上提供的工作电压，在CPU一经选定后，其余的便是多余的。而这些多余的功能，对于像是麻省理工学院提出百元(美金)电脑概念或是目前已上市的低价笔记本电脑，像是EeePC而言，多余的功能不但用不到，且额外增加成本。对低价电脑而言，任何可以降低成本的措施都是重要而受欢迎的。

发明内容

本发明的一目的便是提供另一种提供CPU电压的供应电路，不再受限于CPU制造商所提供的Switch架构电源供应电路。

本发明揭露一种中央处理单元电压的供应电路，至少包含一参考电压产生器、一差动运算放大器、一功率元件、一反馈电路及一电容。参考电压产生器输出一第一参考电压。差动运算放大器以一正输入端接收第一参考电压，并具有一负输入端与一输出端。功率元件具有一接收端连接于差动运算放大器的输出端。反馈电路连接功率元件的一电流输出端，并产生一反馈电压到差动运算放大器的负输入端。电容，一端连接上述功率元件的一电流输出端，另一端接一第一电压，以提供上述中央处理单元电压。

依据本发明另的一实施例中，本发明提供一中央处理单元电压的供应电路，包含一参考电压产生器、一控制晶体管、一差动运算放大器、一功率元件、一反馈电路、一电容、一电阻器及一过电流保护电路。参考电压产生器，输出一第一参考电压与一第二参考电压。控制晶体管一端接收上述第一参考电压。差动运算放大器以一正输入端连接到控制晶体管另一端，并具有一负输入端与一输出端。功率元件，具有一接收端连接于差动运算放大器的输出端。反馈电路连接功率元件的一电流输出端，并产生一反馈电压到差动运算放大器的负输入端。电容一端连接功率元件的电流输出端，另一端接一第一电压，以提供中央处理单元电压的电能。电阻器两端分别连接一高电压与功率元件。过电流保护电路连接电阻器两端，用以量测上述电阻器的一压降后，与过电流保护电路接收的第二参考电压比较，输出一过电流信号给控制晶体管，以控制第一参考电压传送到差动运算放大器。

本发明具有以下的优点：

1.电路简单，元件明显减少，但必要功能不减，因此可以达到降低成本的目的。

2.本发明所提供的电路是一种线性输出稳定电压而非以定值电压开关的方式提供CPU核心电压，有助于解决CPU核心电压供应器受到CPU供货商冗断的价格控制。

附图说明

图1显示依据本发明的一实施例所设计的低成本CPU电源供应电路的功能方块示意图。

图2a显示依据图1功能方块示意图所设计的低成本CPU电源供应电路的方块示意图。

图2b显示依据本发明的一实施例设计的参考电压产生器。

图3显示依据本发明的一实施例所设计的低成本CPU电源供应电路，并具有过电流保护的功能方块示意图。

具体实施方式

如前所述，系统厂商对CPU制造商所订的严格电压规格只有遵守一途，CPU制造商提供的”开关”型架构电路是唯一选择。不同于前述”开关”型架构电路，本发明则提供另一种选择，一种线性调控电压输出的CPU电源供应电路。相较于前述的”开关”型架构CPU电源供应电路架构，能以较简单架构达到降低成本，且能稳定输出CPU电压的目的。

本发明以线性调控CPU电压的供应电路的方块示意图请参考图1所示，而依据图1的方块图而设计的电路示意图则参考图2a与2b，包含一参考电压产生器100，一差动运算放大器110、一功率元件120、一反馈电路140及一补偿电路150。参考电压产生器100其输出一参考电压Vref1到差动运算放大器110的一正输入端in+，差动运算放大器110的另一端负输入端in-接收反馈电路140提供的反馈信号(电压)。差动运算放大器110则依据参考电压Vref1和反馈信号(电压)两者的差值，依线性放大比例输出一控制电压予功率元件120。

功率元件120一般使用具有三个连接端的晶体管，例如金氧半晶体管(MOSFET)、双载子接面晶体管(BJT)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)功率晶体管等。以图2a来说，其中三个连接端包括G(栅极)接收差动运算放大器的输出端输出一控制电压，D(漏极)接收一高电压，以及一S(源极)连接到电容C2一端与反馈电路140。其中功率元件120产生一源极电流IS，并分别分流到电容C2一端与反馈电路140上，分别产生电流ICORE与IF(其中IS＝IF+ICORE)，ICORE流入电容C2对电容C2进行充放电，以在电容C2上形成一中央处理单元电压VCORE。电流IF经反馈电路140，产生一反馈电压到差动运算放大器110的负输入端in-，调整经差动运算放大器110与功率元件120所控制的源极电流IS大小，而让电流ICORE可以稳定输出，而形成一稳定中央处理单元电压VCORE。当然功率元件120也可以一可变电阻器来达成，只要适时接收差动运算放大器110控制，调整电流IS大小即可。

反馈电路140由电阻器R3和R4串联所组成。电阻器R3一端接收电流IF，另一端接到电阻器R4的一端，电阻器R4另一端接到一低电压，例如接地电压，这二个电阻器连接点n2产生一分压，来提供反馈电压。补偿电路150由一连接于率晶体管的G(栅极)端与节点n2之间的一第二电容C3所组成。

如图2b所示，参考电压产生器100基本上包括一定值三端电压调节器PU及二个电阻器R1、R2串联至地端，电压调节器提供一定值电压，再由二个电阻器R1、R2产生的一分压作为第一参考电压Vref1。在此为达较佳的效果，更可包含一第一电阻R以及一电容C1，其中电容C1可与及电阻器R1、R2组成，形成的具有低通滤波功能的电阻分压器所组成。一高电压Vcc经由第一电阻R的压降后，送电到定值三端电压调节器PU的阴极，由于定值三端电压调节元件PU的阴极与控制端连接，使得定值三端电压调节元件PU功能相当于一齐纳(Zener)崩溃电压为2.5V的齐纳二极管。因此，节点n1的电压2.5V，经R2及R1分压而使得跨接于R1电阻的分压为；

2.5V×R1/(R2+R1)＝2.5V×10K/(10K+31.6K)＝0.6V

其中，参考电压可根据需要的CPU电压而作调整实际状况视调整为0.6V或其它值，其产生的方式可由对应调整电阻器R1、R2的阻值大小来获得。

在电容C2运作上，由于IS＝IF+ICORE，当电容C2电位不足(VCORE较低时)，电容C2需要大量电流以进行充电提高压，即ICORE较大，就会使得反馈电流IF减少，如此，将使反馈电路140所产生反馈电压降低。反馈电压与参考电压在差动运算放大器110相比较后，将使得差动运算放大器110输出较大的控制电压号给功率元件120，使得功率元件120线性调整提供更多的电流IS，进而提高ICORE，去注入电容C2作充电，以达到正常中央处理单元电压。

反之，当电容C2已经快完成充电，电流ICORE需求降低，则反馈电流IF变大，使反馈电路140所产生反馈电压增加，差动运算放大器110因此输出较小的控制电压给功率元件120，使得功率元件120线性调整降低电流IS的流量大小，进而减少或停止ICORE去注入电容C2作充电，所以达到正常中央处理单元电压，便会主动调整供应。因此，可以使得提供中央处理单元电压Vcore稳定。

此外，为防护CPU因过电流(over current)而损伤，请参考图3，其中与图2重复的部分不再重述，参考电压产生器100另提供一第二参考电压VREF2，例如约0.1V给过电流比较器130的输入端Vref-in。过电流比较器的输入端in+与in-分别连接到负载电阻RL两端，用以侦测在功率元件120上方的负载电阻RL两端的跨压压降VRL＝V2-V1，再用VRL与第二参考电压VREF2比较。负载电阻器RL依据允许流过CPU可承受的最大电流值而选择适当的电阻值，以使得流过负载电阻RL的电压VRL最大值不超过过参考电压VREF2，来达到保护效果。当VRL大于VREF2时，过电流比较器130输出端就会输出一过电流信号到控制晶体管P2，控制晶体管P2控制第一参考电压Vref1传送到差动运算放大器110，当晶体管P2如图设计用PMOSP2，过电流信号关闭PMOSP2，也切断功率晶体管P1所接收的控制电压，进而关掉功率晶体管P1，因此功率晶体管P1就不会有过大电流，所造成其它元件损坏的情形。

本发明电路不同于Switch架构电源供应电路，而且设计上以简单元件达成，因此可以达到降低成本的目的。

以上所述是利用较佳实施例详细说明本发明，而非限制本发明的范围，而且熟知此类技艺人士皆能明了，适当而作些微的改变及调整，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种中央处理单元电压的供应电路，其特征在于，至少包含：

一参考电压产生器，输出一第一参考电压；

一差动运算放大器，以一正输入端接收上述第一参考电压，并具有一负输入端与一输出端；

一功率元件，具有一接收端连接于上述差动运算放大器的输出端；

一反馈电路，连接上述功率元件的一电流输出端，并产生一反馈电压到上述差动运算放大器的负输入端；及

一电容，一端连接上述功率元件的上述电流输出端，另一端接一第一电压，以提供上述中央处理单元电压。

2.根据权利要求1所述的中央处理单元电压的供应电路，其特征在于更包含一补偿电路，一端连接上述差动运算放大器的负输入端，另一端连接上述差动运算放大器的输出端。

3.根据权利要求2所述的中央处理单元电压的供应电路，其特征在于上述补偿电路为一第二电容。

4.根据权利要求1所述的中央处理单元电压的供应电路，其特征在于上述反馈电路由二个电阻器串联构成，并以二个电阻器之间产生一分压，来提供上述反馈电压。

5.根据权利要求1所述的中央处理单元电压的供应电路，其特征在于上述参考电压产生器包含一电压调节器及二个电阻器串联至地端而成，上述电压调节器提供一定值电压，再由上述二个电阻器产生的一分压作为上述第一参考电压。

6.根据权利要求5所述的中央处理单元电压的供应电路，其特征在于电压调节器为一齐纳(Zener)二极管。

7.根据权利要求1所述的中央处理单元电压供应电路，其特征在于上述的功率元件为一晶体管。

8.根据权利要求7所述的中央处理单元电压的供应电路，其特征在于上述功率元件为一金氧半晶体管(MOSFET)。

9.根据权利要求7所述的中央处理单元电压的供应电路，其特征在于上述的功率元件为一双载子接面晶体管(BJT)。

10.根据权利要求7所述的中央处理单元电压的供应电路，其特征在于上述的功率元件为一IGBT功率晶体管。

11.根据权利要求1所述的中央处理单元电压的供应电路，其特征在于上述的功率元件为一可变电阻器。

12.根据权利要求1所述的中央处理单元电压的供应电路，其特征在于上述第一电压为一接地电压。

13.一种中央处理单元电压的供应电路，其特征在于至少包含：

一参考电压产生器，输出一第一参考电压与一第二参考电压；

一控制晶体管，一端接收上述第一参考电压；

一差动运算放大器，以一正输入端连接到上述控制晶体管另一端，并具有一负输入端与一输出端；

一功率元件，具有一接收端连接于上述差动运算放大器的输出端；

一反馈电路，连接上述功率元件的一电流输出端，并产生一反馈电压到上述差动运算放大器的负输入端；

一电容，一端连接上述功率元件的上述电流输出端，另一端接一第一电压，以提供上述中央处理单元电压的电能；

一电阻器，两端分别连接一高电压与上述功率元件；以及

一过电流保护电路，连接上述电阻器两端，用以量测上述电阻器的一压降后，与上述过电流保护电路接收的上述第二参考电压比较，输出一过电流信号给上述控制晶体管，以控制上述第一参考电压传送到差动运算放大器。

14.根据权利要求13所述的中央处理单元电压的供应电路，其特征在于更包含一补偿电路，一端连接上述差动运算放大器的负输入端，另一端连接上述差动运算放大器的输出端。

15.根据权利要求14所述的中央处理单元电压的供应电路，其特征在于上述的补偿电路为一第二电容。

16.根据权利要求13所述的中央处理单元电压的供应电路，其特征在于上述的反馈电路由二个电阻器串联构成，并以二个电阻器之间产生一分压，来提供上述反馈电压。

17.根据权利要求13所述的中央处理单元电压的供应电路，其特征在于上述的参考电压产生器包含一电压调节器及二个电阻器串联至地端而成，上述电压调节器提供一定值电压，再由上述二个电阻器产生的一分压作为上述第一参考电压。

18.根据权利要求17所述的中央处理单元电压的供应电路，其中电压调节器为一齐纳(Zener)二极管。

19.根据权利要求13所述的中央处理单元电压的供应电路，其特征在于上述的功率元件为一晶体管。

20.根据权利要求13所述的中央处理单元电压的供应电路，其特征在于上述的功率元件为一可变电阻器。

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