CN101770271A - 自动调整驱动器输入电源的装置 - Google Patents

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Abstract

一种自动调整驱动器输入电源的装置。此装置包含负载侦测器以及控制器。负载侦测器侦测负载电流，根据负载电流输出侦测信号。控制器耦接负载侦测器并接收侦测信号。控制器根据侦测信号来提供介于第一电压至第二电压之间的操作电压，其中第一电压小于第二电压。此操作电压用以提供给驱动器并依不同负载需求来弹性地调整。此自动调整输入电源装置可以提升在轻载时的电能使用效率。

Description

自动调整驱动器输入电源的装置
技术领域
本发明是关于一种省电节能的技术，且特别是关于一种自动调整驱动器输入电源的装置。
背景技术
由于节能问题日益受到重视，因此如何减少电能转换过程中的损失以增加电力转换效率已成为各厂商积极研究的方向之一。
图1所示为以固定电压源供应驱动器的方块图。请参见图1。传统作法，提供给驱动器(driver)的电源输入端VCC的电压是一个固定的电压源。此驱动器的电压源可能是5伏或是12伏。将固定电压源直接供应给驱动器来驱动主机板上的中央微处理器(CPU)。但是，在一般使用者使用计算机的情况下，CPU长时间处于轻载的状态，CPU只有在少部分的时间会有密集运算而处于重载的情况。由于主机板的使用会有负载变化情形，当主机板的使用情形属于轻载情况，若以12伏提供给驱动器来做驱动则会有不必要的功率浪费。
当系统处于重载时，驱动功率开关元件所需要的电压也就越大，但当系统处于轻载时，驱动功率开关元件所需要的电压并不需要很高。因此，传统的固定电压源供应电能方式显得没有弹性，无论系统处于轻载或重载皆无法改变驱动器的电压源，并且会造成不必要的驱动损失。
发明内容
本发明提供一种自动调整驱动器输入电源的装置，根据驱动器所驱动的负载电流的变化来调整供电电压，使电力的使用不浪费。
本发明提出一种自动调整驱动器输入电源的装置。此装置包含负载侦测器以及控制器。负载侦测器侦测负载电流，根据负载电流输出侦测信号。控制器耦接负载侦测器并接收侦测信号。控制器根据侦测信号来提供介于第一电压至第二电压之间的操作电压。此操作电压用以提供给驱动器，其中第一电压小于第二电压。
基于上述，本发明自动调整驱动器输入电源的装置能自动侦测当下系统的使用状态，依不同负载需求来弹性地提供驱动器的输入电压源，灵活调整电压，以便大幅降低不必要的功耗。此自动调整输入电源装置可以提升在轻载时的电能使用效率。解决已知方法在轻载时的电力浪费，也解决电源设计的难题。
综上所述，本发明自动调整驱动器输入电源的装置能自动侦测当下系统的使用状态，依不同负载需求来弹性地提供驱动器的输入电压源，灵活调整电压。此自动调整输入电源装置至少可以产生如下的功效与优点：
1.提供驱动器输入电源的降压机制；
2.依主机板的使用情形来切换驱动器输入电源，当在轻载时可以实现节能；
3.系统在轻载时能有效降低驱动损失，进而提升系统效率；
4.可以动态调整电源，实现电力转换的最佳化效率。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1所示为以固定电压源供应驱动器的方块图。
图2所示为依据本发明实施例的自动调整驱动器输入电源的装置的电路方块图。
图3所示为依据本发明实施例的控制器的电路图。
图4所示为依据本发明另一实施例的控制器的电路图。
图5所示为依据本发明另一实施例的控制器的电路图。
图6所示为依据本发明另一实施例的控制器的电路图。
具体实施方式
图2所示为依据本发明实施例的自动调整驱动器输入电源的装置的电路方块图。请参照图2，此自动调整驱动器输入电源的装置20可以包含负载侦测器22以及控制器24。负载侦测器22侦测主机板上负载28的使用情形，将侦测到的电流反应成一电压信号。亦即根据负载电流的变化而输出侦测信号SDET。负载侦测器22所输出的电压信号与侦测到的电流成正比。控制器24耦接负载侦测器22并接收侦测信号SDET。控制器24根据侦测信号SDET的大小来提供介于第一电压(+5V)至第二电压(+12V)之间的操作电压VDRIVER。自动调整输入电源装置20将操作电压VDRIVER传送给驱动器26的电源输入端VCC。例如当主机板的使用情形属于重载情况，自动调整输入电源装置20可以切至第二电压(+12V)；当主机板的使用情形属于轻载情况，装置20可以切至第一电压(+5V)，其中判断负载轻重的标准可以由设计工程师依实际需求来设计，因此自动调整输入电源装置20可以将施加于驱动器26的电压源做弹性的切换，可以减少不必要的驱动损失而提升能源效率。
本实施例利用自动调整驱动器输入电源的装置来判断系统是处于轻载或重载，再进而调变驱动器的电压源，使系统在轻载时能有效降低驱动损失，进而提升系统效率。
图3所示为依据本发明实施例的控制器的电路图。请参照图3。前述的判断负载轻重的标准可以进一步运用一参考信号VREF来实施，参考信号VREF可以是运用电阻分压器(图未示)的某一电压值。控制器30可以将侦测信号SDET与参考信号VREF以一比较器32做比较。比较器32的第一输入端接收参考信号VREF，比较器32的第二输入端接收侦测信号SDET，接着根据比较器32所产生的比较结果SGATE来切换电源路径，以提供操作电压VDRIVER给驱动器(图未示)。例如，当侦测信号SDET低于或等于参考信号VREF时表示为轻载，比较器32输出为逻辑高准位，则可以提供第一电压(+5V)给驱动器来运作；而当侦测信号SDET高于参考信号VREF时表示为重载，比较器32输出为逻辑低准位，则可以提供第二电压(+12V)给驱动器来运作。
图3的控制器30为两段式电压源调整器。控制器30可以包含半导体开关34、电阻R1、二极管D1、D2以及比较器32。二极管D1的第一端耦接第一电压(+5V)。半导体开关34可以为P型半导体开关。半导体开关34的第一源/漏极耦接第二电压(+12V)。电阻R1的第一端耦接半导体开关34的第一源/漏极与栅极之间。半导体开关34的第二源/漏极耦接二极管D2的第一端。二极管D2的第二端耦接二极管D1的第二端，此两个二极管D1、D2的耦接处提供操作电压VDRIVER的输出。其中，比较器32根据侦测信号SDET与参考信号VREF所产生的比较结果SGATE控制半导体开关34的栅极。操作电压VDRIVER的输出有两条电源路径。第一电源路径为第一电压(+5V)经由二极管D1而输出操作电压VDRIVER。第二电源路径为第二电压(+12V)经由半导体开关34、二极管D2，接着输出操作电压VDRIVER。也就是当断开(turn off)半导体开关34时则可以提供第一电压(+5V)给驱动器来运作。当接通(turn on)半导体开关34时则可以提供第二电压(+12V)给驱动器来运作。
图4所示为依据本发明另一实施例的控制器的电路图。请参照图4。控制器40为一降压调节器(low dropout regulator，LDO)。控制器40包含电阻R2、电阻R3、半导体开关44、以及运算放大器42。半导体开关44可以为N型半导体开关。半导体开关44的第一源/漏极耦接第二电压(+12V)。半导体开关44的第二源/漏极耦接电阻R2的第一端，并且从半导体开关44的第二源/漏极提供操作电压VDRIVER。电阻R3的第一端耦接电阻R2的第二端，电阻R3的第二端耦接接地电压GND。运算放大器44的“+”输入端耦接侦测信号SDET，运算放大器44的“-”输入端耦接电阻R3的第一端。运算放大器44的输出端耦接半导体开关44的栅极。当系统的负载电流越大，操作电压VDRIVER也随之线性升高；而当系统的负载电流越小，操作电压VDRIVER也随之线性下降。其中，操作电压VDRIVER随侦测信号SDET的大小成比例的变化，操作电压VDRIVER的最小值等于第一电压。
图5所示为依据本发明另一实施例的控制器的电路图。请参照图5。控制器50为一线性电压调整器。控制器50可以包含电阻R4、R5、电容器C1、C2、半导体开关54、以及运算放大器52。半导体开关54可以为N型半导体开关。半导体开关54的第二源/漏极耦接第二电压(+12V)。半导体开关54的第一源/漏极耦接电容器C1的第一端与电阻R5的第一端，并且从半导体开关54的第一源/漏极提供操作电压VDRIVER。运算放大器52的“+”输入端耦接侦测信号SDET，运算放大器52的“-”输入端耦接电阻R5的第二端，运算放大器52的输出端耦接半导体开关54的栅极。电容器C1的第一端耦接电阻R5的第一端。电容器C1的第二端耦接接地电压GND。电容器C2的第一端耦接电阻R4的第一端，电容器C2的第二端耦接电阻R5的第二端。电阻R4的第二端耦接接地电压GND。运算放大器52的输出端会自动调节半导体开关54上的跨压，使得操作电压VDRIVER等于运算放大器52的“+”输入端的侦测信号SDET，故当系统的负载电流越大，操作电压VDRIVER也随之线性升高，而当系统的负载电流越小，操作电压VDRIVER也随之线性下降。其中，操作电压VDRIVER随侦测信号SDET的大小成比例的变化，操作电压VDRIVER的最小值等于第一电压。
图6所示为依据本发明另一实施例的控制器的电路图。请参照图6。控制器60为切换式电源转换器。切换式电源转换器包含电感器L1、电感器L2、电容器C3、半导体开关64、半导体开关66、运算放大器62、以及电源转换器68。电感器L1的第一端耦接第二电压(+12V)。电感器L2的第二端提供操作电压VDRIVER的输出。半导体开关64、65可以为N型半导体开关。半导体开关64的第一源/漏极耦接电感器L1的第二端。半导体开关64的第二源/漏极接电感器L2的第一端与半导体开关66的第一源/漏极。半导体开关66的第二源/漏极耦接接地电压GND。电容器C3的第一端耦接电感器L2的第二端。电容器C2的第二端耦接接地电压GND。运算放大器62的“+”输入端耦接侦测信号SDET。运算放大器62的“-”输入端耦接电感器L2的第二端。电源转换器68接收运算放大器62的输出电压来启动电源转换器68。电源转换器68的上闸驱动接脚UG耦接半导体开关64的栅极。电源转换器68的下闸驱动接脚LG耦接半导体开关66的栅极。电源转换器68控制半导体开关64和66的栅极而可以调节输出操作电压VDRIVER。操作电压VDRIVER等于运算放大器62的“+”输入端耦接的侦测信号SDET。故当系统的负载电流越大，操作电压VDRIVER也随之线性升高，而当系统的负载电流越小，操作电压VDRIVER也随之线性下降。其中，操作电压VDRIVER随侦测信号SDET的大小成比例的变化，操作电压VDRIVER的最小值等于第一电压。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种自动调整驱动器输入电源的装置，其特征是，包括：
负载侦测器，侦测负载电流，并根据上述负载电流来输出侦测信号；以及
控制器，其耦接上述负载侦测器来接收上述侦测信号，并根据上述侦测信号来提供介于第一电压至第二电压之间的操作电压，上述操作电压用以提供给上述驱动器，其中上述第一电压小于上述第二电压。
2.根据权利要求1所述的自动调整驱动器输入电源的装置，其中上述控制器将上述侦测信号与参考信号做比较，当上述侦测信号低于或等于上述参考信号则提供上述第一电压给上述驱动器，而当上述侦测信号高于上述参考信号则提供上述第二电压给上述驱动器。
3.根据权利要求1所述的自动调整驱动器输入电源的装置，其中上述控制器包括：
第一半导体开关，上述第一半导体开关的第一源/漏极耦接上述第二电压；
第一电阻，耦接于上述第一半导体开关的第一源/漏极与栅极之间；
第一二极管，上述第一二极管的第一端耦接上述第一电压；
第二二极管，上述第二二极管的第一端耦接上述第一半导体开关的第二源/漏极，上述第二二极管的第二端耦接上述第一二极管的第二端，并提供上述操作电压的输出；以及
比较器，上述比较器的第一输入端接收参考信号，上述比较器的第二输入端接收上述侦测信号，上述比较器产生一比较结果来控制上述第一半导体开关的栅极。
4.根据权利要求3所述的自动调整驱动器输入电源的装置，其中上述第一半导体开关为P型半导体开关。
5.根据权利要求1所述的自动调整输入电源的装置，其中上述控制器包括：
第二电阻；
第三电阻，第一端耦接上述第二电阻的第二端，上述第三电阻的第二端耦接接地电压；
第二半导体开关，第一源/漏极耦接上述第二电压，第二源/漏极耦接上述第二电阻的第一端，从上述第二半导体开关的第二源/漏极提供上述操作电压；以及
第一运算放大器，第一输入端耦接上述侦测信号，第二输入端耦接上述第三电阻的第一端，输出端耦接上述第二半导体开关的栅极，
其中，上述操作电压随上述侦测信号的大小成比例的变化。
6.根据权利要求5所述的自动调整驱动器输入电源的装置，其中上述第二半导体开关为N型半导体开关。
7.根据权利要求1所述的自动调整驱动器输入电源的装置，其中上述控制器包括：
第四电阻，上述第四电阻的第二端耦接接地电压；
第五电阻；
第一电容器，上述第一电容器的第一端耦接上述第五电阻的第一端，上述第一电容器的第二端耦接上述接地电压；
第二电容器，上述第二电容器的第一端耦接上述第四电阻的第一端，上述第二电容器的第二端耦接上述第五电阻的第二端；
第三半导体开关，第二源/漏极耦接上述第二电压，第一源/漏极耦接上述第一电容器的第一端与上述第五电阻的第一端，且第一源/漏极提供上述操作电压；以及
第二运算放大器，第一输入端耦接上述侦测信号，第二输入端耦接上述第五电阻的第二端，输出端耦接上述第三半导体开关的栅极，
其中，上述操作电压随上述侦测信号的大小成比例的变化。
8.根据权利要求7所述的自动调整驱动器输入电源的装置，其中上述第三半导体开关为N型半导体开关。
9.根据权利要求1所述的自动调整驱动器输入电源的装置，其中上述控制器包括：
第一电感器，上述第一电感器的第一端耦接上述第二电压；
第二电感器，上述第二电感器的第二端提供上述操作电压的输出；
第三电容器，上述第三电容器的第一端耦接上述第二电感器的第二端，上述第二电容器的第二端耦接一接地电压；
第四半导体开关，第一源/漏极耦接上述第一电感器的第二端，第二源/漏极接上述第二电感器的第一端；
第五半导体开关，上述第五半导体开关的第一源/漏极耦接上述第四半导体开关的第二源/漏极，上述第五半导体开关的第二源/漏极耦接上述接地电压；
第三运算放大器，第一输入端耦接上述侦测信号，第二输入端耦接上述第二电感器的第二端；以及
电源转换器，其接收上述第三运算放大器的输出电压来启动上述电源转换器，上述电源转换器的上闸驱动接脚耦接上述第四半导体开关的栅极，上述电源转换器的下闸驱动接脚耦接上述第五半导体开关的栅极，
其中，上述操作电压随上述侦测信号的大小成比例的变化。
10.根据权利要求9所述的自动调整驱动器输入电源的装置，其中上述第四半导体开关与上述第五半导体开关为N型半导体开关。
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