CN104252213A - 电压调节装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电压调节装置及其控制方法，电压调节装置至少包括输出单元、电流感测单元、控制单元、晶体管驱动单元以及脉宽调变单元。输出单元输出输出讯号，输出单元具有第一晶体管、第二晶体管及储能元件，第二晶体管分别与第一晶体管及储能元件电性连接。电流感测单元电性连接储能元件的第一端及第二端。控制单元分别与电流感测单元及输出单元电性连接。晶体管驱动单元与输出单元对应设置，并分别与控制单元及输出单元电性连接。脉宽调变单元分别与控制单元及晶体管驱动单元电性连接。本发明的电压调节装置及其控制方法不仅不会产生额外的损耗而导致其整体效率降低，当然，也不会产生时间延迟而降低电压调节装置的反应时间。

Description

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电压调节装置及其控制方法。
背景技术
一般而言，电脑系统内的中央处理器（CPU）的电源并不是直接由电源供应器所提供，主要原因是CPU所需的核心电压（Vcore）是按照其负载的大小而不断改变，因此，CPU所需的核心电压可能瞬间变高或变低，而一般的电源供应器是无法直接对如此突如其来的改变作出反应的。为了解决此问题，主板上设有专为CPU供电的电压调整模块（Voltage Regulator Module,VRM）用以对CPU进行供电。其中，电压调整模块能接收来自CPU的回授讯号，并按此讯号将电压进行调整，不会因电流突如其来的改变而使电压骤变，影响CPU的运作。
一般情况下，当电压调整模块的输出电流在例如20A以上时（CPU重载时），电压调整模块都是运作于连续电流模式（Continuous Current Mode,CCM）模式，因此，输出电流的波形是连续的三角波。不过，当提供给CPU的负载电流由重载变为轻载而瞬间降低至输出电流的一半以下时，则电压调整模块会产生负向的电流（与原输出电流方向相反的电流），此负向的电流将造成电路额外的损耗而导致电压调整模块的整体效率降低。另外，当负向的电流由负向的最低点上升到达0安培时会具有时间上的延迟，此时间的延迟将使电压调整模块需要更多额外的反应时间才可提供正向的输出电流给CPU，造成电压调整模块的反应速度变慢。
发明内容
本发明提供一种电压调节装置，至少包括输出单元、电流感测单元、控制单元、晶体管驱动单元以及脉宽调变单元。输出单元输出输出讯号，输出单元具有第一晶体管、第二晶体管及储能元件，第二晶体管分别与第一晶体管及储能元件电性连接。电流感测单元电性连接储能元件的第一端及第二端。控制单元分别与电流感测单元及输出单元电性连接。晶体管驱动单元与输出单元对应设置，并分别与控制单元及输出单元电性连接。脉宽调变单元分别与控制单元及晶体管驱动单元电性连接。
本发明还提供一种电压调节装置的控制方法，电压调节装置至少具有输出单元、电流感测单元、控制单元、脉宽调变单元以及晶体管驱动单元，输出单元输出输出讯号，输出单元具有第一晶体管、第二晶体管及储能元件，第二晶体管分别与第一晶体管及储能元件电性连接，电流感测单元电性连接储能元件的第一端及第二端，控制单元分别与电流感测单元、输出单元、脉宽调变单元以及晶体管驱动单元电性连接，控制方法包括：由电流感测单元感测流过输出单元的储能元件的电流；以及当电流感测单元感测流过输出单元的储能元件的电流为负值时，由控制单元对应控制输出单元的第一晶体管及第二晶体管截止，以截止储能元件的负向电流。
承上所述，本发明的电压调节装置及其控制方法不仅不会产生额外的损耗而导致其整体效率降低，当然，也不会产生时间延迟而降低电压调节装置的反应时间。
附图说明
图1所示为依据本发明第一实施例的一种电压调节装置的示意图；
图2所示为依据图1的电压调节装置的控制方法的步骤流程图；
图3所示为依据图1的电压调节装置的控制方法的另一步骤流程图；
图4所示为依据本发明第二实施例的一种电压调节装置的示意图。
具体实施方式
以下将参考相关附图，说明依据本发明较佳实施例的电压调节装置及其控制方法，其中相同的元件将以相同的参考符号加以说明。
请参考图1，所示为依据本发明较佳实施例的一种电压调节装置1的示意图。
电压调节装置1包括输出单元11、电流感测单元12、控制单元13、脉宽调变单元14及晶体管驱动单元15。
输出单元11输出输出讯号，在本实施例中，输出单元11的数量为一，因此，输出讯号为单相电压、电流。其中，输出单元11具有第一晶体管T1、第二晶体管T2、储能元件L及电容C，第二晶体管T2分别与第一晶体管T1及储能元件L电性连接。第一晶体管T1或第二晶体管T2可分别为功率晶体管，并例如为PMOS（金属氧化物半导体）或NMOS功率晶体管。于此，第一晶体管T1及第二晶体管T2是以PMOS功率晶体管为例，而储能元件L是以电感为例。另外，储能元件L可用来储能，当电流通过时可将电能暂时储存起来，在电流不足时再将电能释放，以达到稳定电流的目的。此外，电容C具有储存电能及滤波的功能，用以确保稳定供电给CPU。
第一晶体管T1的栅极接收晶体管驱动单元15输出的第一驱动讯号S1，而其漏极（Drain）连接至电压Vcc，其源极（Source）连接至储能元件L的第一端及第二晶体管T2的漏极。另外，第二晶体管T2的栅极接收由晶体管驱动单元15输出的第二驱动讯号S2，其漏极连接至第一晶体管T1的源极及储能元件L的第一端，而其源极连接至接地端。此外，电容C连接于储能元件L的第二端及输出端VO，而输出端VO可提供核心电压给CPU。
控制单元13分别与电流感测单元12、脉宽调变单元14、晶体管驱动单元15及输出单元11电性连接，而脉宽调变单元14分别与控制单元13及输出单元11电性连接，且晶体管驱动单元15分别与控制单元13、脉宽调变单元14及输出单元11电性连接。其中，晶体管驱动单元15与输出单元11对应设置，并对应驱动输出单元11。举例而言，当控制单元13产生对应的控制讯号控制脉宽调变单元14时，脉宽调变单元14可产生例如脉宽调变讯号PWM控制晶体管驱动单元15，使晶体管驱动单元15对应输出第一驱动讯号S1及第二驱动讯号S2控制输出单元11的第一晶体管T1及第二晶体管T2，使得输出单元11可输出电流I至输出端VO，以供应CPU所需电流。其中，控制单元13可通过增加脉宽调变讯号PWM的脉宽来提高电流I，以供应CPU重载时所需。另外，当CPU处于轻载时，控制单元13也可通过减少脉宽调变讯号PWM的脉宽来降低输出电流I，以供应CPU轻载时所需。
电流感测单元12电性连接储能元件L的第一端及第二端，即电流感测单元12跨接于储能元件L，并可感测流过输出单元11的储能元件L的电流I，以使控制单元13产生对应的控制讯号控制脉宽调变单元14或晶体管驱动单元15，进而控制输出单元11。于此，是定义由储能元件L的第一端流向第二端（及输出端VO）的电流I的方向为正，而由储能元件L的第二端流向储能元件L的第一端的电流方向为负。
当电流感测单元12感测流过输出单元11的储能元件L的电流为负值时，控制单元13控制输出单元11的第一晶体管T1及第二晶体管T2截止，以截止储能元件L的负向电流，使输出单元11的储能元件L不会产生负向电流而由储能元件L的第一端流到其第二端，并通过第二晶体管T2的漏极、源极而流至接地端。
以下，请参考图1、图2、图3，其中图2及图3分别为图1的电压调节装置的控制方法的步骤示意图。
于正常操作情况下，如步骤P1所示：由电流感测单元12感测流过输出单元11的储能元件L的电流Ｉ；如步骤P2所示：当感测到的电流I为正电流时（I＞0），则进行步骤P3：正常操作。正常操作为脉宽调变单元14产生脉宽调变讯号PWM控制晶体管驱动单元15驱动第一晶体管T1及第二晶体管T2输出电流Ｉ至输出端VO，以正常供电给CPU。于此，驱动单元15输出的第一驱动讯号S1为高准位，且输出的第二驱动讯号S2为低准时，第一晶体管T1导通，第二晶体管T2截止，而电压Vcc可通过第一晶体管T1及储能元件L提供正向的电流I给输出端VO。
再者，当感测到的电流I为负电流时（I＜0），则可进行步骤P41（图2）或P42（图3），进而控制第一晶体管T1及第二晶体管T2截止（步骤P43）。
如图2所示，步骤P41及P43为：由控制单元13控制脉宽调变单元14产生截止讯号控制晶体管驱动单元15，进而控制第一晶体管T1及第二晶体管T2截止。于此，控制单元13可控制脉宽调变单元14产生脉宽调变讯号PWM控制晶体管驱动单元15，晶体管驱动单元15输出的截止讯号包含第一驱动讯号S1及第二驱动讯号S2，且第一驱动讯号S1为低准位，而第二驱动讯号S2也为低准位，第一驱动讯号S1（低准位）使第一晶体管T1截止，第二驱动讯号S2（低准位）也使第二晶体管T2截止，则流过储能元件l的负向的电流I就不会由第二晶体管T2的漏极、源极而流入接地端（没有负向的电流回路），故不会产生负向电流，使电压调节装置1操作于二极管仿真模式（diode-emulation-mode,DEM）。接着，于下一供电周期时重复上述控制步骤。
或者，如图3所示，步骤P42及P43为：控制单元13停用（disable）晶体管驱动单元15，进而控制第一晶体管T1及第二晶体管T2截止。换言之，控制单元13可产生禁能（disable）讯号停用晶体管驱动单元15，使晶体管驱动单元15无法输出第一驱动讯号S1及第二驱动讯号S2，故第一晶体管T1及第二晶体管T2截止，因此，储能元件L的负向的电流I就不会通过第二晶体管T2的漏极、源极而流入接地端，故不会产生负向电流。接着，于下一供电周期时重复上述控制步骤。
承上，由于电压调节装置1不会产生负向电流，故不会产生额外的损耗而导致其整体效率降低，也不会产生时间延迟而降低电压调节装置1的反应时间。
另外，请参考图4所示，其为本发明另一较佳实施例的一种电压调节装置2的示意图。
电压调节装置2与上述的电压调节装置1主要的不同在于，电压调节装置2具有多个输出单元21a、21b…、21n及多个晶体管驱动单元25a、25b、…、25n，且输出单元21a、21b…、21n分别与晶体管驱动单元25a、25b、…、25n对应设置，并对应驱动晶体管驱动单元25a、25b、…、25n。其中，各输出单元21a、21b…、21n的技术特征分别与上述的输出单元11相同，而晶体管驱动单元25a、25b、…、25n的技术特征分别与上述的晶体管驱动单元15相同，于此将不再赘述。
电压调节装置2还包括电流感测单元22、控制单元23及脉宽调变单元24。电流感测单元22、控制单元23及脉宽调变单元24分别与上述电压调节装置1的电流感测单元12、控制单元13及脉宽调变单元14具有相同的技术特征，于此也将不再赘述。
输出单元21a、21b…、21n可分别输出不同相位的输出讯号，例如但不限于输出3相（相间相差120度）、8相（相间相差45度）或16相（相间相差22.5度），或其它相数的输出讯号，并不加以特别限定。另外，电流感测单元22分别与各个输出单元21a、21b…、21n的储能元件L的第一端及第二端电性连接，并可分别感测流过各个输出单元21a、21b…、21n的储能元件L的电流I，以使控制单元23可产生对应的控制讯号控制脉宽调变单元24或对应控制晶体管驱动单元25a、25b…、25n，进而对应控制输出单元21a、21b…、21n。举例而言，当控制单元23产生对应的控制讯号控制脉宽调变单元24时，脉宽调变单元24可产生例如脉宽调变讯号PWM1对应控制晶体管驱动单元25a，使晶体管驱动单元25a对应输出第一驱动讯号S1及第二驱动讯号S2控制输出单元21a的第一晶体管T1及第二晶体管T2，使得输出单元21a可输出电流I至输出端VO1，以供应CPU所需电流。
当电流感测单元22感测流过各输出单元21a、21b…、21n的储能元件L的电流为负值时，则控制单元23将控制对应的输出单元21a、21b…、21n的第一晶体管T1及第二晶体管T2截止，以截止储能元件L的负向电流，使储能元件L不会产生负向电流，因此，不会产生额外的损耗而导致电压调节装置2的整体效率降低，也不会产生时间延迟而降低电压调节装置2的反应时间。
此外，电压调节装置2及其控制方法的其它技术特征可参照上述的电压调节装置1及其控制方法，于此不再赘述。
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权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1.一种电压调节装置，其特征在于，至少包括：
输出单元，输出输出讯号，上述输出单元具有第一晶体管、第二晶体管及储能元件，上述第二晶体管分别与上述第一晶体管及上述储能元件电性连接；
电流感测单元，电性连接于上述储能元件，用以感测上述储能元件的电流；
控制单元，分别与上述电流感测单元及上述输出单元电性连接；
晶体管驱动单元，电性连接于上述控制单元及上述输出单元；以及
脉宽调变单元，分别与上述控制单元及上述晶体管驱动单元电性连接，
其中，上述控制单元依据上述电流感测单元所感测的电流，选择性地控制上述第一晶体管及上述第二晶体管。
2.根据权利要求1所述的电压调节装置，其特征在于，其中当上述电流感测单元感测流过上述储能元件的电流为负值时，上述控制单元通过控制上述脉宽调变单元产生截止讯号控制上述晶体管驱动单元，进而控制上述第一晶体管及上述第二晶体管截止。
3.根据权利要求1所述的电压调节装置，其特征在于，其中当上述电流感测单元感测流过上述储能元件的电流为负值时，上述控制单元通过停用上述晶体管驱动单元，进而控制上述第一晶体管及上述第二晶体管截止。
4.根据权利要求1所述的电压调节装置，其特征在于，其中当上述输出单元的数量为多个时，上述这些输出单元分别输出不同相位的输出讯号，上述电流感测单元分别与各上述输出单元的上述储能元件电性连接，并分别感测流过各上述输出单元的上述储能元件的电流。
5.一种电压调节装置的控制方法，其特征在于，上述电压调节装置至少具有输出单元、电流感测单元、控制单元、脉宽调变单元以及晶体管驱动单元，上述输出单元输出输出讯号，上述输出单元具有第一晶体管、第二晶体管及储能元件，上述第二晶体管分别与上述第一晶体管及上述储能元件电性连接，上述电流感测单元电性连接上述储能元件，上述控制单元分别与上述电流感测单元、上述输出单元、上述脉宽调变单元以及上述晶体管驱动单元电性连接，上述控制方法包括：
由上述电流感测单元感测流过上述输出单元的上述储能元件的电流；以及
当上述电流感测单元感测流过上述输出单元的上述储能元件的电流为负值时，由上述控制单元对应控制上述输出单元的上述第一晶体管及上述第二晶体管截止，以截止上述储能元件的负向电流。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，其中于控制上述输出单元的上述第一晶体管及上述第二晶体管截止的步骤中，由上述控制单元控制上述脉宽调变单元产生截止讯号控制对应的晶体管驱动单元，进而控制上述第一晶体管及上述第二晶体管截止。
7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，其中于控制上述输出单元的上述第一晶体管及上述第二晶体管截止的步骤中，是由上述控制单元停用上述晶体管驱动单元，进而控制上述第一晶体管及上述第二晶体管截止。
8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，其中当上述输出单元的数量为多个时，上述这些输出单元分别输出不同相位的输出讯号，上述电流感测单元分别感测流过各上述输出单元的上述储能元件的电流。
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