CN103019285B - 具动态压降控制的电源供应器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具动态压降控制的电源供应器及其方法，使用电源转换器参照第一直流电压准位产生调节电压，低压降稳压器参照第二直流电压准位从该调节电压产生输出电压，以及参考电压产生器根据该低压降稳压器的输出晶体管的输入端电压及控制端电压动态调整该第一直流电压准位，以调整该调节电压。该电源供应器及方法能将该低压降稳压器的压降最小化，因而在不同大小的负载及输出电压时维持高效率。

Description

具动态压降控制的电源供应器及其方法

技术领域

本发明是有关一种电源供应器，特别是关于一种具动态压降控制的电源供应器及其方法。

背景技术

美国专利号7207054提出一种降频器(Low Noise Block converter；LNB)的电源供应器如图1所示，电源转换器10将输入电压Vin转换为调节电压Vreg给线性放大器12，参考电压产生器14提供直流电压准位Vref给电源转换器10及线性放大器12，信号产生器16提供模拟交流音调(AC tone)信号经开关SW切换而迭加到直流电压准位Vref上，线性放大器12根据直流电压准位Vref从调节电压Vreg产生输出电压Vlnb，其具有直流电压准位Vref，且受该模拟交流音调信号调变。在此电源供应架构中，直流电压准位Vref是据需要的输出电压Vlnb的大小，从多个直流电压准位中选出一个，且调节电压Vreg是在其上加上某预定量ΔV，亦即：

Vreg＝Vref+ΔV。                                    [Eq-1]

当负载不同或选择的输出电压Vlnb大小不同时，线性放大器12的压降：

Vdropout＝Vreg-Vlnb

＝(Vref+ΔV)-Vref

＝ΔV                                               [Eq-2]

是固定的，因此会导致较高的消耗功率，较差的效率。

发明内容

本发明的目的之一，在于提出一种具动态压降控制的电源供应器及其方法。

本发明的目的之一，在于提出一种在不同负载时维持高效率的电源供应器及其方法。

本发明的目的之一，在于提出一种在选择的输出电压不同时维持高效率的电源供应器及其方法。

根据本发明，一种具动态压降控制的电源供应器及其方法使用电源转换器参照第一直流电压准位产生调节电压，低压降稳压器参照第二直流电压准位从该调节电压产生输出电压，以及参考电压产生器根据该低压降稳压器的输出晶体管的输入端电压及控制端电压动态调整该第一直流电压准位，以调整该调节电压。

由于动态调整该第一直流电压准位以调整该调节电压，因此可将该低压降稳压器的压降最小化，降低消耗功率，提升效率，在不同的负载及选择的输出电压不同时维持高效率。

附图说明

图1是现有的LNB电源供应器；

图2是根据本发明的LNB电源供应器；

图3是图2的一个实施例；

图4是图3中的检测器的一个实施例；以及

图5是图3及图1的电路二者的效率曲线。

附图标号：

10  电源转换器

12  线性放大器

14  参考电压产生器

16  信号产生器

18  低压降稳压器

20  输出晶体管

22  低压降稳压控制器

24  参考电压产生器

26  检测器

28  动态压降控制器

30  开关

32  误差放大器

34  脉宽调变控制器

36  运算放大器

38  数字模拟转换器

40  音调发射器

42  计数器及逻辑电路

44  数字模拟转换器

46  减法器

48  比较器

50  比较器

52  效率曲线

54  效率曲线

具体实施方式

参照图2的实施例，根据本发明的电源供应器使用电源转换器10参照第一直流电压准位Vref1将输入电压Vin转换为调节电压Vreg，低压降稳压器18包含输出晶体管20具有输入端接受调节电压Vreg，以及低压降稳压控制器22参照第二直流电压准位Vref2产生控制电压Vg施加到输出晶体管20的控制端，以控制输出晶体管20在其输出端产生输出电压Vlnb，以及参考电压产生器24根据调节电压Vreg及控制电压Vg动态调整第一直流电压准位Vref1，进而调整调节电压Vreg。如同一般的低压降稳压器，输出电压Vlnb回授给低压降稳压控制器22作控制。另外，从LNB系统取出的22KHz交流音调信号Vfb亦回授给低压降稳压控制器22，以调变控制电压Vg，进而调变输出电压Vlnb。输出电压Vlnb的直流电压准位为Vref2，借着动态调整第一直流电压准位Vref1，可将低压降稳压器18的压降：

Vdropout＝Vreg-Vlnb

＝V(Vref1)-Vref2                             [Eq-3]

最小化。若负载电流为Iload，则低压降稳压器18的功率为：

P＝Iload×Vdropout。                                  [Eq-4]

在不同的负载Iload时，或在输出电压Vlnb的直流电压准位Vref2不同时，皆可将压降Vdropout最小化，以减少消耗功率，提高效率。

在一实施例中，输出晶体管20是MOSFET，其源极电压即调节电压Vreg，栅极电压即控制电压Vg，漏极电压即输出电压Vlnb，参考电压产生器24调整第一直流电压准位Vref1，使得调节电压Vreg及控制电压Vg之间的压差Vsg在预设的范围内，因而控制压降Vdropout在预设的范围内。在图2的实施例中，参考电压产生器24包括检测器26检测输出晶体管20的输入电压Vreg及控制电压Vg之间的压差Vsg，将其分别与第一门坎电压Vh及第二门坎电压Vl比较，以产生检测信号Sdet，以及动态压降控制器28根据检测信号Sdet调整第一直流电压准位Vref1，因而控制Vsg在Vh到Vl的范围内。例如，当Vsg上升到超过Vh时，检测信号Sdet为降压信号，促使动态压降控制器调低第一直流电压准位Vref1，因而调低调节电压Vreg；当Vsg下降到低于Vl时，检测信号Sdet为升压信号，促使动态压降控制器调高第一直流电压准位Vref1，因而调高调节电压Vreg；当Vsg介于Vh与Vl之间时，第一直流电压准位Vref1维持不变。

图3是图2的一个实施例。电源转换器10使用直流对直流升压转换器将输入电压Vin升压为调节电压Vreg，其包括电感L1及开关30串联在电源输入端Vin及地端之间，防逆流二极管D1介于电感L1及电源输出端Vreg之间，电阻R1及R2组成分压器将调节电压Vreg分压，产生代表调节电压Vreg直流准位的回授电压Vfb1，误差放大器32根据回授电压Vfb1及第一直流电压准位Vref1之间的差值产生误差信号给脉宽调变控制器34，据以产生脉宽调变信号切换开关30以控制电感L1的电流I1。本领域技术人员当知，电源转换器10可使用其它各种类型的电源转换器，例如以电感、开关及脉宽调变控制器为基础的切换式电源转换器，此是现有技术。低压降稳压控制器22包括电阻R3及R4组成分压器将输出电压Vlnb分压，产生代表输出电压Vlnb直流准位的回授电压Vfb2给运算放大器36的负输入端，运算放大器36的正输入端接受第二直流电压准位Vref2，因而在其输出端产生控制电压Vg，交流音调信号Vfb注入运算放大器36的负输入端，以调变回授电压Vfb2，进而调变控制电压Vg。本领域技术人员当知，此实施例亦可修改为，将交流音调信号Vfb反相后注入运算放大器36的正输入端，以调变第二直流电压准位Vref2，进而调变控制电压Vg。使用数字模拟转换器38作为接口，将数字设定信号I²C转换成模拟电压Vref2，需要不同的输出电压Vlnb时，藉更改数字设定信号I²C来选择不同的第二直流电压准位Vref2。交流音调信号经电容耦合到LNB系统原有的音调发射器40，以产生交流音调信号Vfb。

图4是检测器26的实施例，减法器46将Vreg减去Vg得到Vsg，比较器48比较Vsg和Vh，在Vsg＞Vh时发出降压信号Sdn，比较器50比较Vsg和Vl，在Vsg＜V1时发出升压信号Sup。回到图3，动态压降控制器28包括计数器及逻辑电路42，在降压信号Sdn为逻辑1时下数，在升压信号Sup为逻辑1时上数，因此计数值CV随着检测信号(Sdn，Sup)的状态减少、增加或维持不变，数字模拟转换器44将计数值CV转换为第一直流电压准位Vref1。

在图3的实施例中，电源转换器10产生的调节电压为：

$\mathrm{Vreg}=\mathrm{Vref}1\×(1+\frac{R2}{R1}),---[\mathrm{Eq}-5]$

低压降稳压器18产生的输出电压为：

$V\ln b=\mathrm{Vref}2\×(1+\frac{R4}{R3}),---[\mathrm{Eq}-6]$

因此低压降稳压器18的压降为：

$\mathrm{Vdropout}=\mathrm{Vreg}-V\ln b$

$=\mathrm{Vref}1\×(1+\frac{R2}{R1})-\mathrm{Vref}2\×(1+\frac{R4}{R3}),---[\mathrm{Eq}-7]$

消耗功率为：

$P=\mathrm{Iload}\×\mathrm{Vdropout}$

$=\mathrm{Iload}\×[\mathrm{Vref}1\×(1+\frac{R2}{R1})-\mathrm{Vref}2\×(1+\frac{R4}{R3})].---[\mathrm{Eq}-8]$

图5显示本发明的功效，水平轴是负载Iload，垂直轴是电源供应器的整体效率，包含升压电源转换器10和低压降稳压器18二者在内，曲线52是图3的电路得到的效率，曲线54是图1的电路得到的效率，从二者的比较明显证实本发明的电源供应器在不同的负载Iload时皆维持较高的效率，特别是在低负载时，效率的改善更明显。

以上对于本发明的较佳实施例所作的叙述是为阐明的目的，而无意限定本发明精确地为所揭露的形式，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而作修改或变化是可能的，实施例是为解说本发明的原理以及让本领域技术人员以各种实施例利用本发明在实际应用上而选择及叙述，本发明的技术思想企图由权利要求及其均等来决定。

Claims (17)

1.一种具动态压降控制的电源供应器，其特征在于，所述的电源供应器包括：

电源转换器，参照第一直流电压准位将输入电压转换为调节电压；

低压降稳压器，包含输出晶体管具有输入端接受所述调节电压，以及低压降稳压控制器参照第二直流电压准位产生控制电压施加到所述晶体管的控制端，以控制所述晶体管在其输出端产生输出电压，所述低压降稳压控制器并根据交流音调信号调变所述控制电压，以调变所述输出电压；以及

参考电压产生器，连接所述电源转换器及所述低压降稳压器，根据所述调节电压及所述控制电压调整所述第一直流电压准位。

2.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述的参考电压产生器控制所述第一直流电压准位，使得所述调节电压及所述控制电压之间的压差在预设的范围内。

3.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述的参考电压产生器包括：

检测器，连接所述输出晶体管的输入端及控制端，将所述调节电压与所述控制电压的压差分别与第一及第二门坎电压比较，以产生检测信号；以及

动态压降控制器，连接所述检测器，根据所述检测信号调整所述第一直流电压准位。

4.如权利要求3所述的电源供应器，其特征在于，所述的检测器包括：

第一比较器，比较所述压差及所述第一门坎电压，以产生降压信号；以及

第二比较器，比较所述压差及所述第二门坎电压，以产生升压信号。

5.如权利要求3所述的电源供应器，其特征在于，所述的动态压降控制器包括：

计数器及逻辑电路，连接所述检测器，根据所述检测信号产生计数值；以及

数字模拟转换器，连接所述计数器及逻辑电路，将所述计数值转换为所述第一直流电压准位。

6.如权利要求5所述的电源供应器，其特征在于，所述检测信号包括三种状态，在第一状态时，所述计数器及逻辑电路增加所述计数值；在第二状态时，所述计数器及逻辑电路减少所述计数值；在第三状态时，所述计数器及逻辑电路保持所述计数值不变。

7.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述低压降稳压控制器包括：

分压器，将所述输出电压分压，以产生代表所述输出电压的直流准位的回授电压；以及

运算放大器，具有第一输入端接受所述第二直流电压准位，第二输入端接受所述回授电压，以及输出端产生所述控制电压；

其中，所述交流音调信号注入所述运算放大器的第一或第二输入端。

8.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述电源转换器包括：

电感；

开关，连接所述电感；

脉宽调变控制器，连接所述开关，根据误差信号产生脉宽调变信号切换所述开关，以控制所述电感的电流；

分压器，将所述调节电压分压，以产生代表所述调节电压的直流准位的回授电压；以及

误差放大器，连接所述脉宽调变控制器及所述分压器，根据所述回授电压及所述第一直流电压准位之间的差值产生所述误差信号。

9.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述的电源供应器更包括数字模拟转换器将数字设定信号转换为所述第二直流电压准位。

10.如权利要求1所述的电源供应器，其特征在于，所述的电源供应器更包括音调发射器根据所述交流音调信号产生回授信号给所述低压降稳压控制器。

11.一种具动态压降控制的电源供应方法，其特征在于，所述的方法包括下列步骤：

A.参照第一直流电压准位将输入电压转换为调节电压给低压降稳压器；

B.参照第二直流电压准位产生控制电压施加到所述低压降稳压器的输出晶体管的控制端，以控制所述输出晶体管在其输出端产生输出电压；

C.根据交流音调信号调变所述控制电压，以调变所述输出电压；以及

D.根据所述调节电压及所述控制电压调整所述第一直流电压准位。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤D包括控制所述第一直流电压准位，使得所述调节电压及所述控制电压之间的压差在预设的范围内。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤D包括下列步骤：

从所述输出晶体管的输入端及控制端检测其上的压差；

在所述压差大于第一门坎电压时调低所述第一直流电压准位；以及

在所述压差小于第二门坎电压时调高所述第一直流电压准位。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤D包括下列步骤：

从所述输出晶体管的输入端及控制端检测其上的压差；

将所述压差分别与第一及第二门坎电压比较，以产生检测信号；以及

根据所述检测信号调整所述第一直流电压准位。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述根据所述检测信号调整所述第一直流电压准位的步骤包括下列步骤：

因应所述检测信号调整计数值；以及

将所述计数值转换为所述第一直流电压准位。

16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括下列步骤：

产生代表所述输出电压的直流准位的回授电压；以及

根据所述回授电压及所述第二直流电压准位之间的差值产生所述控制电压。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括以所述交流音调信号调变所述回授电压或所述第二直流电压准位，以调变所述控制电压。