CN103885392B

CN103885392B - 供电系统、电压调节装置及其控制方法

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Publication number: CN103885392B
Application number: CN201210562146.6A
Authority: CN
Inventors: 聂剑扬
Original assignee: Acer Inc
Current assignee: Acer Inc
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2032-12-19
Also published as: CN103885392A

Abstract

本发明提供一种供电系统、电压调节装置及其控制方法。电压调节装置包括至少一个第一电压调整器、多个第二电压调整器以及控制器。第一电压调整器的最佳转换效率位于第一输出电流范围。第二电压调整器的输出端与第一电压调整器的输出端共同耦接至负载装置，其中第二电压调整器的最佳转换效率位于高于第一输出电流范围的第二输出电流范围。当负载电流位于第一输出电流范围时，控制器致能第一电压调整器；以及当负载电流大于第一输出电流范围且小于第二电压调整器的最大输出电流总和时，控制器根据负载电流而决定致能第二电压调整器的数量。

Description

供电系统、电压调节装置及其控制方法

技术领域

本发明是有关于一种供电技术，且特别是有关于一种可依据负载电流大小而切换具有不同转换效率的电压调整器的供电系统、电压调节装置及其控制方法。

背景技术

为了节省耗电，电子装置通常会具备多种电源管理模式，例如正常工作模式(operational mode)、待机模式(standby mode)或联网待机模式(connected standby mode)。根据不同的电源管理模式，电子装置会依据对应的设定而关闭或减少部分负载装置的供电，由此降低电子装置整体的功率消耗。

一般而言，由于电子装置在正常工作模式下的功率消耗最大，因此供电系统的电路设计皆会配合电子装置在正常工作模式下的功耗需求而设计。因此，供电系统得以在电子装置正常工作模式的情况下，利用最佳的功率转换效率进行供电，以减少供电系统的功率损耗。

然而，由于传统供电系统的最佳转换效率被设定在大输出电流(即重负载)的工作环境中，使得当供电系统工作在小输出电流(即轻负载)的工作环境中时，此传统供电系统的转换效率即会大幅地下降。因此，在轻负载的工作环境中，传统供电系统会因为转换效率不佳而损失许多功率。例如，在可携式电子装置从正常工作模式进入待机模式或联网待机模式的情况下，可携式电子装置的整体功率消耗虽然降低，但是可携式电子装置的传统供电系统会因为在轻负载的工作环境中转换效率不佳而消耗大量的额外功耗。如此一来，待机模式或联网待机模式所带来的降低功耗的效益也大打折扣。另一方面，转换效率不佳的传统供电系统会消耗电池电量，使得可携式电子装置的维持待机时间(电池寿命)被大幅缩短。

发明内容

本发明提供一种供电系统、电压调节装置及其控制方法，其可适应性地根据负载电流的大小而利用具有不同转换效率的电压调整器进行供电。

本发明提出一种电压调节装置，包括至少一个第一电压调整器(voltage regulator)、多个第二电压调整器以及控制器。第一电压调整器的最佳转换效率位于第一输出电流范围。第二电压调整器的输出端与第一电压调整器的输出端共同耦接至负载装置，其中所述多个第二电压调整器的最佳转换效率位于高于第一输出电流范围的第二输出电流范围。控制器耦接第一电压调整器与第二电压调整器。其中，当负载装置的负载电流位于第一输出电流范围时，控制器致能第一电压调整器以提供输出电流至负载装置，以及禁能所述多个第二电压调整器；以及当负载装置的负载电流大于第一输出电流范围且小于所述多个第二电压调整器的最大输出电流总和时，控制器根据负载装置的负载电流而决定致能第二电压调整器的数量以提供输出电流至负载装置，以及禁能第一电压调整器。

本发明提出一种电压调节装置的控制方法，其中所述电压调节装置包括至少一个第一电压调整器以及多个第二电压调整器。第一电压调整器与第二电压调整器的输出端共同耦接至负载装置。所述控制方法包括：检测负载装置的负载电流大小；当负载装置的负载电流位于第一输出电流范围时，致能第一电压调整器以提供输出电流至负载装置，以及禁能第二电压调整器，其中第一电压调整器的最佳转换效率位于第一输出电流范围；以及当负载装置的负载电流大于第一输出电流范围且小于所述多个第二电压调整器的最大输出电流总和时，根据负载装置的负载电流而决定致能第二电压调整器的数量以提供输出电流至负载装置，以及禁能第一电压调整器，其中第二电压调整器的最佳转换效率位于高于第一输出电流范围的第二输出电流范围。

本发明提出一种供电系统，所述供电系统适于供电予电子装置使用。所述供电系统包括多个电压调节装置。所述多个电压调节装置分别耦接电子装置中的多个负载装置，以提供对应的负载电压至负载装置，其中各个电压调节装置包括至少一个第一电压调整器、多个第二电压调整器以及控制器。第一电压调整器的最佳转换效率位于第一输出电流范围。第二电压调整器的输出端与第一电压调整器的输出端共同耦接至负载装置，其中所述多个第二电压调整器的最佳转换效率位于高于第一输出电流范围的第二输出电流范围。控制器耦接第一电压调整器与第二电压调整器。其中，当负载装置的负载电流位于第一输出电流范围时，控制器致能第一电压调整器以提供输出电流至负载装置，以及禁能所述多个第二电压调整器；以及当负载装置的负载电流大于第一输出电流范围且小于所述多个第二电压调整器的最大输出电流总和时，控制器根据负载装置的负载电流而决定致能第二电压调整器的数量以提供输出电流至负载装置，以及禁能第一电压调整器。

基于上述，本发明实施例的供电系统、电压调节装置及其控制方法可根据电子装置的电源管理模式而对应地致能具有较佳转换效率的电压调整器来进行供电，因此电子装置不论是在正常工作模式或待机模式下，供电系统皆可利用较佳的转换效率来进行供电，由此解决电子装置的功率消耗问题，并且延长电子装置的使用时间。

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，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A为一种电子装置的供电系统的示意图；

图1B为电压调整器的转换特性曲线的示意图；

图2为本发明一实施例的供电系统的示意图；

图3为依据本发明实施例分别示出图2的电压调节装置中第一电压调整器与第二电压调整器的转换特性曲线的示意图；

图4为本发明一实施例的电压调节装置的控制方法的步骤流程图；

图5为本发明一实施例的电压调节装置的示意图。

附图标记说明：

10：电子装置；

12：负载装置；

100、200：供电系统；

220_1～220_n：电压调节装置；

222、422：控制器；

424_1～424_m：供电开关；

426_1～426_m：电流检测器；

i₁～i_m：输出电流；

i_L：负载电流；

DU：驱动单元；

FTR：滤波电路；

GATE_1～GATE_m：开关信号；

LD11～LD1m、LD21～LD2m、LDn1～LDnm：负载装置；

Mp、Mn：晶体管；

Na、Nb：节点；

PU：功率输出单元；

R1、R2、R3：电阻；

TR1：第一输出电流范围；

TR2：第二输出电流范围；

V1～Vn：负载电压；

VR_11～VR_nm、VR_1～VR_m：电压调整器；

VR1：第一电压调整器；

VR2_1～VR2_m-1：第二电压调整器；

VR1C、VR2C：转换特性曲线；

V_REF1～V_REFm：参考电压；

V_i₁～V_i_m：电流信息；

VIN、VIN_1～VIN_m：电源电压。

具体实施方式

本发明实施例提出一种供电系统、电压调节装置及其控制方法，所述的电压调节装置可根据电子装置的电源管理模式而对应地致能具有较佳转换效率的电压调整器来进行供电，由此解决电子装置的功率消耗问题，并且延长电子装置的使用时间。为了使本发明的内容更明显易懂，以下特举实施例作为本发明确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤代表相同或类似部分。不同实施例中使用相同标号或使用相同用语的元件/构件/步骤可以相互参照相关说明。

图1A为一种电子装置的供电系统的示意图。在本实施例中，电子装置10例如为个人电脑(personal computer)、笔记本电脑(notebookcomputer)、超级本(ultrabook computer)、平板电脑(tablet computer)、掌上电脑(personal digital assistant，PDA)、智能手机(smart phone)或其他电子装置。电子装置10所需要的工作电能是由供电系统100所提供。

请参照图1A，供电系统100包括多个电压调整器(voltage regulator)VR_11～VR_1m、VR_21～VR2m、...、VRn1～VR_nm，其分别耦接至电子装置10中的多个不同的构件(例如图1A所示出的负载装置LD11～LD1m、LD21～LD2m、...、LDn1～LDnm)，以便供应具有各种电压电压的工作电能。例如，如图1A所示，电压调整器VR_11～VR_1m、VR_21～VR2m、...、VRn1～VR_nm分别提供对应的负载电压V1～Vn至负载装置LD11～LD1m、LD21～LD2m、...、LDn1～LDnm，使得各个负载装置LD11～LD1m、LD21～LD2m、...、LDn1～LDnm得以正常的运行及操作，其中n、m为正整数且可依据电子装置10的规格需求而更动。

具体而言，各个负载装置LD11～LD1m、LD21～LD2m、...、LDn1～LDnm会分别根据各自的规格而工作于对应的负载电压V1～Vn。举例来说，负载装置LD11～LD1m、LD21～LD2m、...、LDn1～LDnm可例如为通用序列总线(Universal Serial Bus，USB)接口电路/控制器、区域无线网路(WiFi)接口电路、内存(如次世代行动式内存LPDDR3)或其他功能的负载装置。其中，负载装置LD11～LD1m所需的电源电压皆为V1，负载装置LD21～LD2m所需的电源电压皆为V2。以此类推，负载装置LDn1～LDnm所需的电源电压皆为Vn。前述电源电压V1～Vn的电压是根据实际产品的设计需求来决定的。例如，USB接口电路的负载电压约为5伏特(V)，WiFi接口电路的负载电压约为3.3V，而内存(以LPDDR3为例)的负载电压约为1.2V。

因此，电压调整器VR_11～VR_1m、VR_21～VR2m、...、VRn1～VR_nm可对外部电压源所提供的输入电压进行调整动作，并分别输出额定的负载电压V1～Vn以供对应的负载装置使用。其中，所述外部电压源可为电池组件(battery module)，或者是将交流电源转换为直流电源的电源转接器(power adapter)，或者是其他直流电源，本发明不以此为限。

此外，不同的负载装置在不同电源管理模式下所对应的工作功率也不相同。电压调整器VR_11～VR_1m、VR_21～VR2m、...、VRn1～VR_nm可以依据负载装置的工作状态而动态调整输出功率。

在电压调整器的电路设计中，电压调整器VR_11～VR_nm一般会针对所对应的负载装置LD11～LDnm所需的重载工作功率而设定其电路参数，以将各个电压调整器VR_11～VR_nm的最佳转换效率设定于符合对应负载装置的重载工作功率的输出电流范围内。因此，在正常工作模式下，供电系统100可基于较佳的转换效率供电给电子装置10，以节省供电系统100的功耗。

图1B为电压调整器的转换特性曲线的示意图，其中纵轴表示电压调整器的转换效率，而横轴表示电压调整器的输出电流。在图1B中，三条转换特性曲线分别示出图1A的电压调整器VR_11的输入电压VIN分别为5V、7V以及12V的状况，其中负载电压(输出电压)V1例如设定为3.3V，但本发明不以此为限。图1A的其他电压调整器可以参照图1B的相关说明而类推。

请同时参照图1A与图1B，电压调整器VR_11会调整输入电压VIN的电压(例如7V)而输出3.3V的负载电压V1。在输入电压VIN设定为7V的情况下，如图1B所示，当电压调整器VR_11的输出电流约为0.9安培(A)时，电压调整器VR_11的转换效率为最佳(约90％)。即，当负载装置LD11工作于2.97瓦(W)时，也就是当负载装置LD11工作于重载状态时，电压调整器VR_11可具有最佳转换效率。此外，电压调整器VR_11的转换效率会根据所接收的输入电压VIN的电压值不同而随之改变。

然而，出于省电考虑，电子装置10会于长时间未动作时进入待机模式或者联网待机模式(connected standby mode)，以令电子装置10根据需求而使部分或全部的负载装置LD11～LDnm工作于低功率状态。当负载装置LD11工作于低功率状态时，或是当负载装置LD11工作于轻载状态时，负载装置LD11仅需低功率的供电，以使其可在转换为正常工作模式时快速地唤醒，或者维持所储存的资料。电压调整器VR_11的输出电流越小，其转换效率越差。例如，如图1B所示，以电源电压VIN等于7V所对应的转换特性曲线为例，假设负载装置LD11工作于低功率状态时的工作功率为3.3mW，即电压调整器VR_11的输出电流约为1mA，此时的电压调整器VR_11的转换效率仅约为70％。

换句话说，由于图1A所示实施例中的电压调整器VR_11～VR_nm是依据大电流(重载)状况来设置最佳转换效率，因此在电子装置10进入待机模式或联网待机模式而使各个负载装置LD11～LDnm的工作功率变小时，供电系统100的各个电压调整器VR_11～VR_nm会因为工作于小电流(轻载)状况而大幅降低转换效率，进而造成过多的功率浪费。尤其是可携式电子装置，转换效率不佳的电压调整器会消耗电池电量，使得可携式电子装置的维持待机时间(电池寿命)被大幅缩短。

图2为本发明一实施例的供电系统的示意图。请参照图2，供电系统200适于供电予电子装置10使用。图2所示电子装置10可以参照图1A的相关说明而类推，故不再赘述。供电系统200包括多个电压调节装置2201～220n。电压调节装置220_1～220_n分别耦接电子装置10中的多个负载装置LD11～LD1m、LD21～LD2m、...、LDn1～LDnm，如图2所示，以提供对应的负载电压V1～Vn至负载装置LD11～LD1m、LD21～LD2m、...、LDn1～LDnm。

在本实施例中，各个电压调节装置220_1～220_n分别包括至少一个第一电压调整器、多个第二电压调整器以及控制器。各个电压调节装置220_1～220_n的第一电压调整器与/或第二电压调整器可以用任何方式实施。例如，可以参照图5的相关说明(容后详述)实现各个电压调节装置220_1～220_n的第一电压调整器与/或第二电压调整器。为便于说明，在此以电压调节装置220_1为例。其他电压调节装置220_2～220_n可以参照电压调节装置220_1的相关说明而类推。此外，为了更清楚地说明本发明实施例，图3为依据本发明实施例分别示出图2的电压调节装置中第一电压调整器与第二电压调整器的转换特性曲线的示意图。在图3中，纵轴表示电压调整器的转换效率，而横轴表示电压调整器的输出电流。

请同时参照图2与图3，电压调节装置2201包括第一电压调整器VR1、第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1以及控制器222。第一电压调整器VR1与第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1的输出端共同耦接至负载装置LD11～LD1m。其中，转换特性曲线VR1C为第一电压调整器VR1的功率转换特性，且转换特性曲线VR2C为第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1的功率转换特性。

具体而言，第一电压调整器VR1的转换特性曲线VR1C根据负载装置LD11～LD1m工作于低功率状态(轻载)时的工作规格而设定(例如电子装置10工作于联网待机模式的状况下)，第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1的转换特性曲线VR2C则根据负载装置LD11～LD1m工作于高功率状态(重载)时的工作规格(例如电子装置10工作于正常工作模式的状况下)而设定。因此，第一电压调整器VR1的最佳转换效率会位于较小的第一输出电流范围TR1，而第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1的最佳转换效率则会位于高于第一输出电流范围TR1的第二输出电流范围TR2。其中，转换特性曲线VR1C与VR2C可通过分别调整第一电压调整器VR1与第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1的电路参数而设定(此部分容后再述)。

控制器222耦接第一电压调整器VR1与第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1。当对应的负载装置LD11～LD1m的负载电流i_L位于第一输出电流范围TR1时，控制器222致能(enable)第一电压调整器VR1以提供输出电流i₁至对应的负载装置LD11～LD1m，以及禁能(disable)第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1。当负载装置LD11～LD1m的负载电流i_L大于第一输出电流范围TR1且小于第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1的最大输出电流总和时，控制器222根据负载装置LD11～LD1m的负载电流i_L而决定致能第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1的数量以提供输出电流至负载装置LD11～LD1m，以及禁能第一电压调整器VR1。其中，每一个被致能的第二电压调整器的输出电流均在第二输出电流范围TR2内。因此，本施例的供电系统200与电压调节装置220_1可根据电子装置10的功耗而对应地致能具有较佳转换效率的电压调整器来进行供电。

因此，本实施例的供电系统200与电压调节装置220_1可根据电子装置的电源管理模式而对应地致能具有较佳转换效率的电压调整器来进行供电，因此电子装置不论是在正常工作模式或待机模式下，供电系统皆可利用较佳的转换效率来进行供电，由此解决电子装置的功率消耗问题，并且延长电子装置的使用时间。

在另一实施例中，控制器222也可通过判断负载装置LD11～LD1m的工作模式而判定负载电流i_L是否位于第一输出电流范围TR1。例如，控制器222可判断负载装置LD 11～LD 1m是否工作于联网待机模式。当控制器222判断负载装置LD11～LD1m工作在联网待机模式时，控制器222会致能第一电压调整器VR1以提供输出电流i₁至对应的负载装置LD11～LD1m，并且禁能第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1。另一方面，当控制器222判断负载装置LD11～LD1m未工作于联网待机模式时，控制器222会进一步地判断负载装置LD11～LD1m的负载电流i_L是否大于第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1的最大输出电流总和。当负载装置LD11～LD1m的负载电流i_L大于第一输出电流范围TR1且小于第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1的最大输出电流总和时，控制器222禁能第一电压调整器VR1，以及根据负载装置LD11～LD1m的负载电流i_L而决定致能第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1的数量以提供输出电流至负载装置LD11～LD1m。

在又一实施例中，电压调节装置220_1的第一电压调整器可为多个，并且当负载电流i_L位于第一输出电流范围TR1与第二输出电流范围TR2的区间时，控制器222禁能第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1，以及根据负载电流i_L的大小决定致能第一电压调整器的数量。其中，每一个被致能的第一电压调整器的输出电流均在第一电流输出范围TR1内。

在再一实施例中，电压调节装置220_1可还包括一或多个第三电压调整器(未示出)。第三电压调整器的最佳转换效率可设置于第一输出电流范围TR1与第二输出电流范围TR2的区间。当负载电流i_L位于第一输出电流范围TR1与第二输出电流范围TR2的区间时，控制器222会禁能第一电压调整器VR1与第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1，并且致能第三电压调整器，以通过具有较佳转换效率的第三电压调整器来对负载装置进行供电。

此外，图3所示出的转换特性曲线及电流范围的设定仅为一示例，本发明不以此为限。例如，在其他实施例中，第一电压调整器VR1与第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1所对应的转换特性曲线VR1C与VR2C也可经设计而使第一输出电流范围TR1与第二输出电流范围TR2互相邻接，并且在两转换特性曲线VR1C与VR2C的交汇处维持良好的转换效率。

为了更清楚地说明本实施例的电压调节装置2201的控制方法，以图4为例说明。图4为本发明一实施例的电压调节装置的控制方法的步骤流程图。请同时参照图2、图3及图4，首先，控制器222可通过电流检测器(未示出，容后详述)检测负载装置LD11～LD1m的负载电流i_L大小(步骤S500)，并据以判断负载装置LD11～LD1m的负载电流i_L是否位于第一输出电流范围TR1(步骤S502)。当控制器222判断负载电流i_L位于所设定的第一输出电流范围TR1时(例如电子装置10工作于待机模式或联网待机模式的状况下)，控制器222会致能第一电压调整器VR1并且禁能第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1(步骤S504)，以便通过具有较佳转换效率的第一电压调整器VR1来提供输出电流i₁至负载装置LD11～LD1m。

另一方面，当控制器222判断负载电流i_L并未位于第一输出电流范围TR1时(例如电子装置10工作于正常工作模式的状况下)，控制器222会进一步判断负载电流i_L是否大于第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1的最大输出电流总和(步骤S506)，其中所述的最大输出电流总和即为致能全部第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1时可输出的最大电流。此时，由于负载装置LD11～LD1m的功率消耗会根据其实际运行过程而有所变动，因此控制器222会根据负载电流i_L的大小来动态决定第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1的禁能数量(或致能数量)，以使电压调节装置2201可维持在高转换效率的状态下供电。

更进一步地说，当控制器222判断负载装置LD11～LD1m的负载电流i_L大于第一输出电流范围TR1且小于第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1的最大输出电流总和时，控制器222会禁能第一电压调整器VR1，并且根据负载电流i_L的大小而决定致能第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1的数量(步骤S508)，以使第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1中被致能电压调整器的输出电流总和等于负载电流i_L。例如，假设每一个第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1的最大输出电流为1.5安培，且当输出电流为1安培时第二电压调整器的转换效率为最佳。当负载电流i_L为3安培时，控制器222可以从第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1选择致能其中三个电压调整器，以及禁能其余电压调整器，其中被致能的三个电压调整器各自输出1安培给负载装置LD11～LD1m。在此情况下，电压调节装置2201可通过具有较佳转换效率的第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1来提供输出电流i₂～i_m至负载装置LD11～LD1m。

另外，当负载装置LD11～LD1m的负载电流i_L大于第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1的最大输出电流总和时，控制器222致能第一电压调整器VR1与第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1，以提供输出电流i₁～i_m至负载装置LD11～LD1m(步骤S510)。

从另一控制观点来看，在另一实施例中，控制器222也可通过判断负载装置LD11～LD1m的工作模式而进一步地判定负载电流i_L是否位于第一输出电流范围TR1。具体而言，控制器222可通过判断负载装置LD11～LD1m是否工作于联网待机模式的步骤来取代图4实施例的步骤S502，进而得知负载电流i_L是否位于第一输出电流范围TR1。当控制器222判断负载装置LD11～LD1m工作在联网待机模式时，控制器222会进行步骤S504以致能第一电压调整器VR1，并且禁能第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1。另一方面，当控制器222判断负载装置LD11～LD1m未工作于联网待机模式时，控制器222则会进行步骤S506以进一步地判断负载装置LD11～LD1m的负载电流i_L是否大于第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1的最大输出电流总和。除此之外，其余后续步骤S508与S510皆如前所述，于此不再赘述。

举例来说，以第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1的数量为4个(即m等于5)的情况为例。在电子装置10工作于正常工作模式下，根据实际运行状况，假设负载装置LD11～LD1m的负载电流i_L大小在0.3A～1.5A的范围中。另假设电子装置10工作于待机模式或联网待机模式下，负载装置LD11～LD1m的负载电流i_L例如为0.04A。第一电压调整器VR1与各个第二电压调整器VR2_1～VR2_4各自的最大输出电流例如为0.3A。其中，0.04A位于第一输出电流范围TR1内，0.3A位于第二输出电流范围TR2内。根据转换特性曲线VR1C与VR2C，第一电压调整器VR1在输出电流i₁为0.04A左右时具有最佳转换效率，例如为91％。每一个第二电压调整器VR2_1～VR2_4在输出电流为0.3A左右时具有最佳转换效率，例如为91％。此外，第一电压调整器VR1在输出电流i₁为0.3A左右时的转换效率约为75％，而第二电压调整器VR2_1～VR2_4在输出电流为0.04A左右时的转换效率约为70％。

当电子装置10工作于待机模式或联网待机模式时，控制器222判断负载电流i_L(例如为0.04A)位于第一输出电流范围TR1内，进而致能第一电压调整器VR1并且禁能第二电压调整器VR2_1～VR2_4，以令电压调节装置2201以91％左右的转换效率来对负载装置LD11～LD1m进行供电。

当电子装置10工作于正常工作模式，且负载电流i_L为0.9A时，控制器222判断负载电流i_L大于第一输出电流范围TR1且尚未超过第二电压调整器VR2_1～VR2_4的最大输出电流总和1.2A，因此控制器222致能三个第二电压调整器VR2_1～VR2_3以分别提供0.3A的输出电流i₂～i₄给负载装置LD11～LD1m。此时电压调节装置2201以91％左右的转换效率来对负载装置LD11～LD1m进行供电。

当电子装置10工作于正常工作模式，且负载电流i_L为1.5A时，控制器222判断负载电流i_L大于第二电压调整器VR2_1～VR2_4的最大输出电流总和1.2A，因此控制器222致能第一电压调整器VR1和全部的第二电压调整器VR2_1～VR2_4以分别提供0.3A的输出电流i₁～i₅以供负载装置LD11～LD1m使用，其中电压调节装置2201此时以87.8％(即(0.91×4+0.75)/5)的转换效率来对负载装置LD11～LD1m进行供电。

虽然电压调节装置2201在电子装置10以最大功率工作的状况下的转换效率较低(约为87.8％)，但是在实际上，电子装置10以最大功率工作的使用状况很少(例如约仅占整体使用时间的5％)。即在95％的时间下，电压调节装置2201皆可维持于91％的转换效率。换言之，对于整体使用的转换效率而言，经过计算可得电压调节装置2201整体的转换效率约为(0.91×0.95+0.878×0.05)＝90.84％，也相当接近于最佳的转换效率。

图5为本发明一实施例的电压调节装置的示意图。在本实施例中，电压调节装置的电路结构可以应用于上述图2实施例的电压调节装置220_1～220_n。图5所示出的电压调整器VR_1的电路结构可适用于图5中其他电压调整器(例如VR_m)。另外，上述图2实施例的第一电压调整器VR1与/或第二电压调整器VR2_1～VR2_m-1的实现方式可以参照图5所示出电压调整器VR_1的相关说明而类推。

请参照图5，电压调节装置包括控制器422、多个电压调整器VR_1～VR_m以及对应的于各个电压调整器VR_1～VR_m的供电开关424_1～424_m与电流检测器426_1～426_m。其中，各个电压调整器VR_1～VR_m的电源电压输入端耦接控制器422以接收电源电压VIN_1～VIN_m。供电开关424_1～424_m与电流检测器426_1～426_m分别串接于对应的电压调整器VR_1～VR_m的输出端。各个电压调整器VR_1～VR_m的输出端通过对应的供电开关424_1～424_m与电流检测器426_1～426_m共同耦接负载装置12。

在本实施例中，所述多个电压调整器VR_1～VR_m的其中之一(例如VR_1)会被设定为工作在低输出功率(轻载)时具有最佳转换效率(参照前述的第一电压调整器VR1的相关说明)，且其余电压调整器(例如VR_m等)则会被设定为工作在高输出功率(重载)时具有最佳转换效率(参照前述的第二电压调整器VR2_1～VR2_m的相关说明)。此外，控制各个电压调整器VR_1～VR_m供电至负载装置12的控制方式可参照上述图2、图3及图4实施例的说明，于此不再赘述。

以电压调整器VR_1及其所对应的电路结构为例，电压调整器VR_1可例如为开关式的电路结构，其包括功率输出单元PU以及驱动单元DU。在本实施例中，功率输出单元PU可通过迭接的P型晶体管Mp与N型晶体管Mn以及由电感与电容所组成滤波电路FTR来实现。其中，滤波电路FTR可反应晶体管Mp与Mn的开关切换而输出稳定的电流与电压，由此实现降压式(Buck)的电源转换结构。然而，此一功率输出单元PU的结构仅为一示例，在其他实施例中，晶体管与滤波电路中的元件结构皆可根据设计需求而有所更动，由此实现降压或升压的电源转换。

另一方面，功率输出单元PU的电源电压VIN_1可由控制器422所设定。因此，控制器422可通过调整电源电压VIN_1的方式来调整电压调整器VR_1的转换特性曲线(如图1B所示)。

驱动单元DU用以参照对应的参考电压V_REF1而产生驱动信号来控制晶体管Mp与Mn的开关，以使功率输出单元PU输出对应的电压。举例来说，驱动单元DU可利用脉冲宽度调制(pulse-width modulation，PWM)、脉冲频率调制(pulse-frequency modulation，PFM)或其他驱动控制方式来驱动功率输出单元PU。其中，设计者可通过调整驱动单元DU的电路参数设定而使改变驱动信号的频率或工作周期(duty cycle)等等的参数，由此调整电压调整器VR_1的转换特性曲线。

在一实施例中，由于利用PWM信号驱动功率输出单元PU的方式在高负载时(即对应的负载电流较大)具有较佳的转换效率，且利用PFM信号进行驱动的功率输出单元PU在低负载时(即对应的负载电流较小)具有较佳的转换效率。因此，电压调整器VR_1～VR_m其中之一(例如VR_1)可利用PFM方式驱动功率输出单元PU来提供负载电压V_1至负载装置12，而其余的电压调整器(例如VR_m等)可利用PWM方式驱动功率输出单元PU来提供负载电压V1至负载装置12。因此，电压调整器VR_1～VR_m可以实现具有类似于图3所示出的最佳转换效率分别对应于两不同电流范围的转换特性曲线，但本实施例不以此为限。

此外，驱动电路DU中可包括多个保护电路，例如软启动电路(softstart circuit)、低压锁定电路(under voltage lockout circuit，UVLO)或热关断电路(thermal shutdown circuit，TSD)等等，本实施例也不以此为限。

供电开关424_1的第一端耦接电压调整器VR_1的输出端，供电开关424_1的第二端通过电流检测器426_1耦接负载装置12，并且供电开关424_1的控制端耦接控制器422。其中，控制器422利用开关信号GATE_1控制供电开关424_1的导通或截止，以使电压调整器VR_1反应于供电开关424_1的导通而致能以提供输出电流i₁至负载装置12，并且反应于供电开关424_1的截止而禁能以停止提供输出电流i₁至负载装置12。

在一实施例中，供电开关424_1～424_m可集成化地设置于对应的电压调整器VR_1～VR_m之中，由此控制电压调整器VR_1～VR_m的禁/致能。具体而言，此时集成化的电压调整器VR_1～VR_m各自具有用以耦接内部的供电开关424_1～424_m的致能控制端。控制器422耦接至所述的致能控制端以控制供电开关424_1～424_m的导通与截止，以使电压调整器VR_1～VR_m反应于负载装置12的负载电流i_L而选择性提供输出电流i₁～i_m至负载装置12。

在本实施例中，由于滤波电路FTR及供电开关424_1皆可根据设计需求而选择配置的方式(如与驱动单元DU和功率输出单元PU集成化在同一芯片上，或者以芯片外部的电路和集成化的芯片相互耦接)，因此滤波电路FTR与供电开关424_1之间的相对位置可根据设计需求而有所更动，并不限于图5所示。

电流检测器426_1耦接于供电开关424_1与负载装置12之间，用以检测电压调整器VR_1的输出电流i₁，并且将检测的结果回传至控制器422。因此，控制器422可根据各个电流检测器426_1～426_m所回传的检测结果而得到输出至负载装置12的负载电流i_L大小。具体而言，在此电流检测器426_1的电路结构中，主要是利用比较节点Na和Nb的电压差的方式来检测流经电阻R1的输出电流i₁，并且将关联于输出电流i₁的电流信息V_i₁以电压的形式回传至控制器422，其中电流信息V_i₁依据电阻R1、R2及R3的电阻值而与输出电流i₁呈一固定比例，且电阻R1、R2及R3的电阻值可由设计者依据设计需求而自行设定，故控制器422可根据电流信息V_i₁而判断电压调整器VR_1的输出电流i₁。

在另一实施例中，各个电压调整器VR_1～VR_m也可共同耦接至同一个电流检测器来检测负载电流i_L，而不需逐一地检测各个电压调整器VR_1～VR_m的输出电流i₁～i_m来计算负载电流i_L。

此外，驱动单元DU所接收的参考电压V_REF1是控制器422依据电流信息V_i₁而设定的。举例来说，当电压调整器VR_1被禁能而使得电压调整器VR_1的输出电流i₁为0时，控制器422会依据指出0安培的电流信息V_i₁而将参考电压V_REF1设定为0V，进而禁能驱动单元DU，使得驱动单元DU停止产生驱动信号来驱动功率输出单元PU。换言之，电压调整器VR_1可受控于参考电压V_REF1而进一步地于禁能时停止功率输出单元PU的功率消耗。

综上所述，本发明实施例的供电系统、电压调节装置及其控制方法可根据电子装置的工作模式而对应地致能具有较佳转换效率的电压调整器来进行供电，因此电子装置不论是在正常工作模式或待机模式下，供电系统皆可利用较佳的转换效率来进行供电，由此解决电子装置的功率消耗问题，并且延长电子装置的使用时间。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种电压调节装置，其特征在于，包括：

至少一第一电压调整器，其中该第一电压调整器的最佳转换效率位于一第一输出电流范围；

多个第二电压调整器，其输出端与该第一电压调整器的输出端共同耦接至一负载装置，其中所述多个第二电压调整器的最佳转换效率位于高于该第一输出电流范围的一第二输出电流范围；以及

一控制器，耦接该第一电压调整器与所述多个第二电压调整器，其中当该负载装置的负载电流位于该第一输出电流范围时，该控制器致能该第一电压调整器以提供输出电流至该负载装置，以及禁能所述多个第二电压调整器；以及当该负载装置的负载电流大于该第一输出电流范围且小于所述多个第二电压调整器的最大输出电流总和时，该控制器根据该负载装置的负载电流而决定致能所述多个第二电压调整器的数量以提供输出电流至该负载装置，以及禁能该第一电压调整器。

2.根据权利要求1所述的电压调节装置，其特征在于，当该负载装置的负载电流大于所述多个第二电压调整器的最大输出电流总和时，该控制器致能该第一电压调整器与所述多个第二电压调整器，以提供输出电流至该负载装置。

3.根据权利要求1所述的电压调节装置，其特征在于，还包括：

多个供电开关，分别耦接于该第一电压调整器与该负载装置之间和所述多个第二电压调整器与该负载装置之间，其中该控制器控制所述多个供电开关的导通或截止，以使该第一电压调整器与所述多个第二电压调整器反应于对应的供电开关的导通而致能以提供输出电流至该负载装置，并且反应于对应的供电开关的截止而禁能以停止提供输出电流至该负载装置。

4.根据权利要求1所述的电压调节装置，其特征在于，该第一电压调整器与所述多个第二电压调整器各自具有一致能控制端，该控制器耦接至所述第一电压调整器与所述多个第二电压调整器的致能控制端，以使该第一电压调整器与所述多个第二电压调整器反应于该负载装置的负载电流选择性提供输出电流至该负载装置。

5.根据权利要求1所述的电压调节装置，其特征在于，还包括：

多个电流检测器，分别耦接于该第一电压调整器与该负载装置之间和所述多个第二电压调整器与该负载装置之间，用以检测该第一电压调整器与所述多个第二电压调整器的输出电流，并且将检测的结果回传至该控制器。

6.根据权利要求1所述的电压调节装置，其特征在于，该控制器判断该负载装置是否工作于一联网待机模式；当该负载装置工作于该联网待机模式时，该控制器致能该第一电压调整器以提供输出电流至该负载装置，以及禁能所述多个第二电压调整器；以及当该负载装置未工作于该联网待机模式时，该控制器判断该负载装置的负载电流是否大于所述多个第二电压调整器的最大输出电流总和。

7.一种电压调节装置的控制方法，其中该电压调节装置包括至少一第一电压调整器以及多个第二电压调整器，该第一电压调整器与所述多个第二电压调整器的输出端共同耦接至一负载装置，其特征在于，该控制方法包括：

检测该负载装置的负载电流大小；

当该负载装置的负载电流位于一第一输出电流范围时，致能该第一电压调整器以提供输出电流至该负载装置，以及禁能所述多个第二电压调整器，其中该第一电压调整器的最佳转换效率位于该第一输出电流范围；以及

当该负载装置的负载电流大于该第一输出电流范围且小于所述多个第二电压调整器的最大输出电流总和时，根据该负载装置的负载电流而决定致能所述多个第二电压调整器的数量以提供输出电流至该负载装置，以及禁能该第一电压调整器，其中该第二电压调整器的最佳转换效率位于高于该第一输出电流范围的一第二输出电流范围。

8.根据权利要求7所述的电压调节装置的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

当该负载装置的负载电流大于所述多个第二电压调整器的最大输出电流总和时，致能该第一电压调整器与所述多个第二电压调整器，以提供输出电流至该负载装置。

9.根据权利要求7所述的电压调节装置的控制方法，其特征在于，在检测该负载装置的负载电流大小的步骤后，该控制方法还包括：

判断该负载装置的负载电流是否位于该第一输出电流范围；以及

当该负载装置的负载电流未位于该第一输出电流范围时，判断该负载装置的负载电流是否大于所述多个第二电压调整器的最大输出电流总和。

10.根据权利要求7所述的电压调节装置的控制方法，其特征在于，还包括：

判断该负载装置是否工作于一联网待机模式；

当该负载装置工作于该联网待机模式时，致能该第一电压调整器以提供输出电流至该负载装置，以及禁能所述多个第二电压调整器；以及

当该负载装置未工作于该联网待机模式时，判断该负载装置的负载电流是否大于所述多个第二电压调整器的最大输出电流总和。

11.一种供电系统，适于供电予一电子装置使用，其特征在于，包括：

多个电压调节装置，分别耦接该电子装置中的多个负载装置，以提供对应的负载电压至所述多个负载装置，其中各电压调节装置包括：

多个第二电压调整器，其输出端与该第一电压调整器的输出端共同耦接至对应的负载装置，其中所述多个第二电压调整器的最佳转换效率位于高于该第一输出电流范围的一第二输出电流范围；以及

一控制器，耦接该第一电压调整器与所述多个第二电压调整器，其中当对应的负载装置的负载电流位于该第一输出电流范围时，该控制器致能该第一电压调整器以提供输出电流至对应的负载装置，以及禁能所述多个第二电压调整器；以及当该负载装置的负载电流大于该第一输出电流范围且小于所述多个第二电压调整器的最大输出电流总和时，该控制器根据该负载装置的负载电流而决定致能所述多个第二电压调整器的数量以提供输出电流至该负载装置，以及禁能该第一电压调整器。

12.根据权利要求11所述的供电系统，其特征在于，当对应的负载装置的负载电流大于所述多个第二电压调整器的最大输出电流总和时，该控制器致能该第一电压调整器与所述多个第二电压调整器，以提供输出电流至该负载装置。

13.根据权利要求11所述的供电系统，其特征在于，还包括：

14.根据权利要求11所述的供电系统，其特征在于，该第一电压调整器与所述多个第二电压调整器各自具有一致能控制端，该控制器耦接至所述第一电压调整器与所述多个第二电压调整器的致能控制端，以使该第一电压调整器与所述多个第二电压调整器反应于该负载装置的负载电流选择性提供输出电流至该负载装置。

15.根据权利要求11所述的供电系统，其特征在于，还包括：

16.根据权利要求11所述的供电系统，其特征在于，该控制器判断该负载装置是否工作于一联网待机模式；当该负载装置工作于该联网待机模式时，该控制器致能该第一电压调整器以提供输出电流至该负载装置，以及禁能所述多个第二电压调整器；以及当该负载装置未工作于该联网待机模式时，该控制器判断该负载装置的负载电流是否大于所述多个第二电压调整器的最大输出电流总和。