CN102957317A - 电源供应装置及电源供应方法 - Google Patents

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Abstract

一种电源供应装置，用以产生一输出电压，并包括一第一开关模块、一第二开关模块、一检测模块、一脉宽调制模块以及一储能滤波模块。第一开关模块耦接于一第一电压源与一切换节点之间。第二开关模块耦接于切换节点与一第二电压源之间。检测模块检测切换节点的电压。脉宽调制模块根据检测模块的检测结果，产生一第一脉宽调制信号予第一开关模块。储能滤波模块处理切换节点的电压，用以产生输出电压。

Description

电源供应装置及电源供应方法
技术领域
本发明是有关于一种电源供应装置及其控制方法，特别是有关于一种可根据一切换节点的电压来产生输出电压的电源供应装置及其控制方法。
背景技术
目前的各种电子产品中，除了强调效能的精进，对于电源的需求也一直在增加中。为了满足电源的需求，电子产品的内部通常具有电源供应装置，用以进行电源转换。然而，在效能与电源同步的成长之下，潜藏的功率损耗及电磁干扰(EMI)问题也日益严重，并且难以解决。
发明内容
本发明的一方面提供一种电源供应装置，用以产生一输出电压，并包括一第一开关模块、一第二开关模块、一检测模块、一脉宽调制模块以及一储能滤波模块。第一开关模块耦接于一第一电压源与一切换节点之间。第二开关模块耦接于切换节点与一第二电压源之间。检测模块检测切换节点的电压。脉宽调制模块根据检测模块的检测结果，产生一第一脉宽调制信号予第一开关模块。储能滤波模块处理切换节点的电压，用以产生输出电压。
本发明的另一方面提供一种电源供应方法，用以提供一输出电压，并适用于一第一开关模块以及一第二开关模块。第一开关模块耦接于一第一电压源与一切换节点之间。第二开关模块耦接于该切换节点与一第二电压源之间。此方法包括：检测切换节点的电压；根据检测结果，产生一第一脉宽调制信号予第一开关模块；以及处理切换节点的电压，用以产生输出电压。
为让本发明的特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的电源供应装置的一可能实施例。
图2、3为本发明的电源供应装置的其它可能实施例。
图4为本发明的电源供应方法的一可能实施例。
[主要元件标号说明]
100、200、300：电源供应装置；
110、130、210、230、310、330：开关模块；
150、250、350：检测模块；
170、270、370：脉宽调制模块；
190、290、390：储能滤波模块；
111：P型晶体管；              131、211：N型晶体管；
151、251：比较器；            153、253：可变电阻；
171、173、371：驱动器；       191：电感；
193、203、303：电容；         201、301：二极管；
101、205、305：电压节点；     Vin、Gnd：输入电压；
SN：切换节点；                VREF：预设值；
So：输出信号；                Vop：操作电压；
SPWM1、SPWM2：脉宽调制信号。
具体实施方式
图1为本发明的电源供应装置的一可能实施例。在本实施例中，电源供应装置100可进行电源转换，用以产生一输出电压Vout予一负载(未显示)。在进行电源转换的过程中，电源供应装置100可抑制电源转换过程的谐波(ringing)现象及EMI问题。
如图所示，电源供应装置100包括开关模块110、130、检测模块150、脉宽调制模块170以及储能滤波模块190。开关模块110耦接于一第一电压源(未显示)与切换节点SN之间，其中第一电压源可例如提供输入电压Vin予开关模块110。开关模块130耦接于切换节点SN与一第二电压源(未显示)之间，其中第二电压源可例如提供一输入电压Gnd予开关模块130。在一可能实施例中，输入电压Vin大于输入电压Gnd，其中输入电压Gnd为一接地电压。
本发明不限定开关模块110及130的实施方式。在一可能实施例中，开关模块110及130是由晶体管所构成。举例而言，开关模块110及130均为P型或N型晶体管，或是开关模块110及130的一者为P型晶体管，而另一者为N型晶体管。
在本实施例中，开关模块110为一P型晶体管111，开关模块130为一N型晶体管131。如图所示，P型晶体管111的栅极接收一脉宽调制信号SPWM1，其源极接收输入电压Vin，其漏极耦接切换节点SN。N型晶体管131的栅极接收另一脉宽调制信号SPWM2，其源极接收输入电压Gnd，其漏极耦接切换节点SN。
检测模块150检测切换节点SN的电压。脉宽调制模块170根据检测模块150的检测结果，产生脉宽调制信号SPWM1予开关模块110。在本实施例中，检测模块150是独立于脉宽调制模块170之外。在其它可能实施例中，检测模块150可集成于脉宽调制模块170之中。
本发明并不限制检测模块150的电路结构。只要能够检测切换节点SN的电压，并可根据检测结果，使得脉宽调制模块170产生相对应的脉宽调制信号SPWM1予开关模块110的电路结构，均可作为检测模块150。
在本实施例中，检测模块150包括比较器151以及可变电阻153。如图所示，可变电阻153耦接脉宽调制模块170。比较器151将切换节点SN的电压与一预设值VREF(例如为24V)作比较，并产生一输出信号So，用以调整可变电阻153的阻抗。
脉宽调制模块170根据可变电阻153的阻抗，调整脉宽调制信号SPWM1的驱动能力。举例而言，当比较器151得知切换节点SN的电压小于预设值VREF时，则减少可变电阻153的阻抗。因此，脉宽调制模块170增加脉宽调制信号SPWM1的驱动能力。相反地，当比较器151得知切换节点SN的电压大于预设值VREF时，增加可变电阻153的阻抗。因此，脉宽调制模块170降低脉宽调制信号SPWM1的驱动能力。
在本实施例中，脉宽调制模块170包括驱动器171及173。驱动器171根据可变电阻153的阻抗，产生一脉宽调制信号SPWM1，用以控制开关模块110的导通与否。驱动器173根据操作电压Vop，产生脉宽调制信号SPWM2，用以控制开关模块130的导通与否。
储能滤波模块190对切换节点SN的电压进行储能及滤波处理，用以产生输出电压Vout。在本实施例中，储能滤波模块190包括电感191以及电容193。电感191耦接于切换节点SN与电压节点101之间。电容193耦接于电压节点101与输入电压Gnd之间。电压节点101用以输出输出电压Vout。
由于脉宽调制模块170可根据切换节点SN的电压，适当地调整脉宽调制信号SPWM1的驱动能力，故可降低驱动开关模块110在操作时，所衍生出来的谐波现象以及EMI问题。再者，在进行电源转换操作时，脉宽调制信号SPWM1的驱动能力被控制在最佳状态，故可避免切换节点SN的电压与输入电压Gnd间的压差过大，进而避免开关模块130承受过大的压差。
图2为本发明的电源供应装置的另一可能实施例。图2相似图1，不同之处在于，电源供应装置200还包括二极管201及电容203，并且图2的开关模块210不同于图1的开关模块110。由于电源供应装置200的开关模块230、检测模块250、脉宽调制模块270及储能滤波模块290的操作原理与电源供应装置100的开关模块130、检测模块150、脉宽调制模块170及储能滤波模块190的操作原理相似，故不再赘述。
在本实施例中，二极管201具有隔绝的功能，用以避免切换节点SN的电压影响操作电压Vop。另外，电容203可令切换节点SN处于一虚拟接地状态，使得脉宽调制模块270可正常地控制开关模块210。如图所示，二极管201耦接于一电压节点205与可变电阻253之间，其中电压节点205接收一操作电压Vop。电容203耦接于可变电阻253与切换节点SN之间。
在图2中，开关模块210是由一N型晶体管211所构成。N型晶体管211的栅极接收脉宽调制信号SPWM1，其漏极接收输入电压Vin，其源极耦接切换节点SN。N型晶体管211根据脉宽调制信号SPWM1而操作。举例而言，当N型晶体管211的栅极与源极间的压差大于N型晶体管211本身的临界电压时，则可导通N型晶体管211。因此，切换节点SN的电压约略等于输入电压Vin。
当切换节点SN的电压大于一预设值VREF时，比较器251产生一输出信号So，用以增加可变电阻253的阻抗。因此，脉宽调制模块270减少脉宽调制信号SPWM1的驱动能力。相反地，当比较器251得知切换节点SN的电压小于预设值VREF时，可变电阻253的阻抗根据输出信号So而减少。因此，脉宽调制模块270增加脉宽调制信号SPWM1的驱动能力。
由于脉宽调制模块270可根据检测模块250的检测结果，将脉宽调制信号SPWM1的驱动能力设定在最佳化状态，故可适当地控制开关模块210，进而使得切换节点SN的电压位于一最佳范围内。因此，可避免切换节点SN的电压与输入电压Gnd间的压差过大。
图3为本发明的电源供应装置的另一可能实施例。图3相似图2，不同之处在于，检测模块350是集成于脉宽调制模块370之中。由于图3的其它元件的操作方式与图2相似，故不再赘述。
在本实施例中，如图所示，二极管301与电容303串联于一电压节点305与切换节点SN之间。电压节点305用以接收一操作电压Vop。可变电阻353耦接于二极管301的阴极与驱动器371之间。驱动器371根据可变电阻353的阻抗，适当地调整脉宽调制信号SPWM1的驱动能力。因此，可降低切换节点SN的谐波现象及EMI问题。
图4为本发明的电源供应方法的一可能实施例。本发明的电源供应方法用以提供一输出电压，并适用于一第一开关模块以及一第二开关模块。第一开关模块耦接于一第一电压源与一切换节点之间。第二开关模块耦接于切换节点与一第二电压源之间。在一可能实施例中，第一电压源提供一第一输入电压，而第二电压源提供一第二输入电压，其中第二输入电压小于第一输入电压。
首先，检测切换节点的电压(步骤S410)。在一可能实施例中，可将切换节点的电压与一预设值作比较，并根据比较结果调整一可变电阻的阻抗。举例而言，当切换节点的电压大于预设值时，则增加可变电阻的阻抗。相反地，当切换节点的电压小于预设值时，则降低可变电阻的阻抗。
接着，根据检测结果，产生一第一脉宽调制信号予第一开关模块(步骤S430)。举例而言，若切换节点的电压大于预设值时，可变电阻具有较大的阻抗。因此，产生驱动能力较小的第一脉宽调制信号。相反地，若切换节点的电压小于预设值时，则可变电阻具有较小的阻抗。因此，产生驱动能力较大的第一脉宽调制信号。
由于切换节点的电压与第一脉宽调制信号的驱动能力有关，故通过控制第一脉宽调制信号的驱动能力，便可降低切换节点的谐波现象，进而降低切换节点的EMI问题。
然后，处理切换节点的电压，用以产生一输出电压(步骤S450)。在一可能实施例中，可对切换节点的电压进行一储能滤波操作，用以根据切换节点的电压，产生一适当的输出电压予一负载。
在其它可能实施例中，可根据一操作电压，产生一第二脉宽调制信号予第二开关模块，用以导通或不导通第二开关模块。由于切换节点的电压被抑制在一最佳范围内，故可避免第二开关模块承受过大的压差。
在另一可能实施例中，可设置一隔绝器，用以避免切换节点的电压影响操作电压。另外，亦可令该切换节点处于一虚拟接地状态。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，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，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (14)

1.一种电源供应装置，用以产生一输出电压，包括：
一第一开关模块，耦接于一第一电压源与一切换节点之间；
一第二开关模块，耦接于该切换节点与一第二电压源之间；
一检测模块，检测该切换节点的电压；
一脉宽调制模块，根据该检测模块的检测结果，产生一第一脉宽调制信号予该第一开关模块；以及
一储能滤波模块，处理该切换节点的电压，用以产生该输出电压。
2.根据权利要求1所述的电源供应装置，其中该检测模块包括：
一可变电阻，耦接该脉宽调制模块；以及
一比较器，将该切换节点的电压与一预设值作比较，并产生一输出信号，用以调整该可变电阻的阻抗，其中该脉宽调制模块根据该可变电阻的阻抗，产生该第一脉宽调制信号。
3.根据权利要求2所述的电源供应装置，其中该脉宽调制模块包括：
一第一驱动器，根据该可变电阻的阻抗，产生该第一脉宽调制信号；以及
一第二驱动器，根据一操作电压，产生一第二脉宽调制信号予该第二开关模块。
4.根据权利要求3所述的电源供应装置，其中该第一及第二开关模块分别为一P型晶体管以及一N型晶体管。
5.根据权利要求3所述的电源供应装置，其中该第一及第二开关模块分别为一第一N型晶体管以及一第二N型晶体管。
6.根据权利要求3所述的电源供应装置，还包括：
一二极管，用以避免该切换节点的电压影响该操作电压；以及
一电容，令该切换节点处于一虚拟接地状态。
7.根据权利要求6所述的电源供应装置，其中该二极管耦接于一电压节点与该可变电阻之间，该电容耦接于该可变电阻与该切换节点之间，该电压节点接收该操作电压。
8.根据权利要求6所述的电源供应装置，其中该二极管与该电容串联于一电压节点与该切换节点之间，该电压节点接收该操作电压。
9.根据权利要求1所述的电源供应装置，其中该检测模块集成于该脉宽调制模块之中。
10.根据权利要求1所述的电源供应装置，其中该储能滤波模块包括：
一电感，耦接于该切换节点与一电压节点之间，该电压节点用以输出该输出电压；以及
一电容，耦接于该电压节点与该第二电压源之间。
11.一种电源供应方法，用以提供一输出电压，并用于一第一开关模块以及一第二开关模块，该第一开关模块耦接于一第一电压源与一切换节点之间，该第二开关模块耦接于该切换节点与一第二电压源之间，该电源供应方法包括：
检测该切换节点的电压；
根据检测结果，产生一第一脉宽调制信号予该第一开关模块；以及
处理该切换节点的电压，用以产生该输出电压。
12.根据权利要求11所述的电源供应方法，其中检测该切换节点的电压的包括：
将该切换节点的电压与一预设值作比较；以及
根据比较结果，调整一可变电阻的阻抗。
13.根据权利要求12所述的电源供应方法，还包括：
根据一操作电压，产生一第二脉宽调制信号予该第二开关模块。
14.根据权利要求13所述的电源供应方法，还包括：
设置一隔绝器，用以避免该切换节点的电压影响该操作电压；以及
令该切换节点处于一虚拟接地状态。
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