CN107436614B - 电压控制系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种电压控制系统，包含第一电压转换单元、第二电压转换单元及电压监控模块。第一电压转换单元耦接第一电源，并用于将第一电源提供的第一电能以第一输出电压输出。第二电压转换单元耦接第二电源，并用于将第二电源提供的第二电能以第二输出电压输出。电压监控模块电性连接第一电压转换单元与第二电压转换单元。电压监控模块用于依据第一输出电压与第二输出电压，控制第一电压转换单元与第二电压转换单元，以调整第一输出电压或第二输出电压。本公开提供的电压控制系统可以减少电源系统运作时产生的电能损耗，提高电源转换效率。

Description

电压控制系统

技术领域

本发明涉及电压控制技术领域，具体涉及一种针对多个电源作调整的电压控制系统。

背景技术

电子装置通常通过电源模块所提供的电能达到运作的功能。许多电子装置需要的功率较高，例如虚拟现实(Virtual Reality,VR)装置或是笔记本电脑等。然而，假如仅用单一的电源模块来提供高功率，此电源模块可能会受限于各地区的法规，而无法随身携带。因此，若通过多个低功率的电源模块并联供电，既可以达到单一高功率的电源模块的效果，又可以随身携带。然而，当多个电源模块通过电压转换来作并联供电时，各个电源模块的转换电压通常存在着误差值，而此误差值会造成电压转换效率的下降以及系统温度的升高，进而导致电压模块的效率不佳。

发明内容

本发明所提供的电压控制系统，可以在多个电源模块并联供电时，监控各个电源模块的转换电压，并进一步地调整转换电压，以降低各个电源模块的转换电压之间的误差值，达到转换电压的一致性，减少电能的损耗。

依据本发明的一个实施例所公开的电压控制系统，包含第一电压转换单元、第二电压转换单元及电压监控模块。第一电压转换单元耦接第一电源，并用于将第一电源提供的第一电能以第一输出电压输出。第二电压转换单元耦接第二电源，并用于将第二电源提供的第二电能以第二输出电压输出。电压监控模块电性连接第一电压转换单元与第二电压转换单元。电压监控模块用于依据第一输出电压与第二输出电压控制第一电压转换单元与第二电压转换单元，以调整第一输出电压或第二输出电压。

在一实施例中，电压监控模块包含电压检测单元与电压调整单元。电压检测单元耦接第一电压转换单元与第二电压转换单元，用于检测第一输出电压与第二输出电压并产生检测结果。电压调整单元耦接电压检测单元，用于依据检测结果控制第一电压转换单元与第二电压转换单元，以调整第一输出电压或第二输出电压。

综合以上所述，本发明所提供的电压控制系统通过电压监控模块中的电压检测单元，检测转换后的第一输出电压与第二输出电压，并依据检测结果调整第一输出电压与第二输出电压，使第一输出电压与第二输出电压达到一致，进而减少电能损耗而提高转换效率。

附图说明

图1是依据本发明的一个实施例所示出的电压控制系统的功能方块图。

附图标记说明：

1：电压控制系统 12：第一电压转换单元

13：第二电压转换单元 14：电压监控模块

20：第一电源 21：第二电源

142：电压检测单元 144：电压调整单元

15：电流平衡模块 152：第一电流开关单元

154：第二电流开关单元 156：控制电路

1521：第一晶体管 1522：第一二极管

1541：第二晶体管 1542：第二二极管

30：负载

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求及附图，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

请参照图1，图1是依据本发明的一个实施例所示出的电压控制系统的功能方块图。图1所示，电压控制系统1包含第一电压转换单元12、第二电压转换单元13以及电压监控模块14。第一电压转换单元12耦接第一电源20，用于将第一电源20提供的第一电能以第一输出电压V1输出。第二电压转换单元13耦接第二电源21，用于将第二电源21提供的第二电能以第二输出电压V2输出。在一个例子中，第一电源20与第二电源21为一般应用于电子装置的电源模块，可依据实际需求提供不同的电能，例如电池、电源适配器(power adaptor)或是电源供应器(power supply)。在一个例子中，第一电压转换单元12与第二电压转换单元13耦接负载30，且将分别接收到的第一电能与第二电能转换成稳定电压，提供给负载30。在一实施例中，负载30可以是电子装置，例如笔记本电脑。举例来说，假设第一电压转换单元12与第二电压转换单元13适用供电给笔记本电脑，第一电压转换单元12与第二电压转换单元13可以将来自电源模块(例如第一电源20或第二电源21)的电能分别转换成适用于笔记本电脑的稳定电压，例如12V，供应给笔记本电脑来运作。然而，本发明不以上述实施例为限，在其他实施例中，电源与电压转换单元适用于其他电子装置，例如虚拟现实(VirtualReality,VR)装置或移动装置。要注意的是，在其他例子中，电压控制系统1可以与多个电源耦接，本发明不以上述实施例的电源数量为限。

电压监控模块14电性连接第一电压转换单元12与第二电压转换单元13。电压监控模块14用于依据第一输出电压V1与第二输出电压V2控制第一电压转换单元12与第二电压转换单元13，以调整第一输出电压V1或第二输出电压V2。在一个例子中，调整第一输出电压V1或第二输出电压V2的方法，是通过调整反馈电路中的电阻，以改变反馈系数而达到电压调整的目的。在一实施例中，电压监控模块14包含电压检测单元142与电压调整单元144。电压检测单元142耦接第一电压转换单元12与第二电压转换单元13。电压检测单元142用于检测第一输出电压V1与第二输出电压V2，并产生检测结果。具体来说，第一电源20与第二电源21所提供的第一电能与第二电能分别经过第一电压转换单元12与第二电压转换单元13的转换而形成第一输出电压V1与第二输出电压V2，而电压监控模块14中的电压检测单元142可以检测到第一输出电压V1与第二输出电压V2的值，据此产生一个检测结果。

电压调整单元144耦接电压检测单元142，电压调整单元144用于依据电压检测单元142所产生的检测结果控制第一电压转换单元12与第二电压转换单元13，以调整第一输出电压V1或第二输出电压V2。在一个例子中，在理想的状态下，第一电压转换单元12与第二电压转换单元13分别输出的第一输出电压V1与第二输出电压V2一致。然而，第一电压转换单元12与第二电压转换单元13在实际操作的时候，其所输出的第一输出电压V1与第二输出电压V2是不一致的。也就是说，第一输出电压V1与第二输出电压V2之间存在有误差值。举例来说，电压检测单元142检测到第一电压转换单元12输出的第一输出电压为17.3伏特，而第二电压转换单元13输出的第二输出电压为17.1伏特。电压调整单元144依据检测到的结果来控制第一电压转换单元12与第二电压转换单元13，调整第一输出电压V1或第一输出电压V2，使调整后的第一输出电压V1’与调整后的第二输出电压V2’一致或接近，例如均调整至17伏特或是接近17伏特。

在一实施例中，电压检测单元142所产生的检测结果为第一输出电压V1大于第二输出电压V2，且第一输出电压V1与第二输出电压V2的差值大于第一门限值。此时，电压调整单元144调降第一输出电压V1或调升第二输出电压V2，使得调整后的第一输出电压V1’与调整后的第二输出电压V2’之间的差值小于第一门限值。也就是说，在一实施例中，电压调整单元144可以调降第一输出电压V1，使调整后的第一输出电压V1’接近或等于第二输出电压V2。于另一实施例中，电压调整单元144可以调升第二输出电压V2，使调整后的第二输出电压V2’接近或等于第一输出电压V1。在其他实施例中，电压调整单元144调降第一输出电压V1并调升第二输出电压V2，使调整后的第一输出电压V1’与调整后的第二输出电压V2’接近或一致。

在一个实际的例子中，假设第一门限值为0.1伏特，而电压检测单元142的检测结果是第一输出电压V1为18.5伏特，第二输出电压为18.3伏特。第一输出电压V1与第二输出电压V2的差值为0.2，大于第一门限值。此时，电压调整单元144将第一输出电压V1由18.5伏特调降至18.35伏特，使得调整后的第一输出电压V1’与第二输出电压V2的差值为0.05伏特，小于第一门限值。于另一实施例中，电压调整单元144将第二输出电压V2由18.3伏特调升至18.45伏特，使得第一输出电压V1与调整后的第二输出电压V2’的差值为0.05，小于第一门限值。

于另一个实际的例子中，假设第一门限值为0.05伏特，而电压检测单元142的检测结果是第一输出电压V1为16伏特，第二输出电压V2为16.1伏特。第一输出电压V1与第二输出电压V2的差值为0.1，大于第一门限值。此时，电压调整单元144将第一输出电压V1由16伏特调升至16.02伏特，且将第二输出电压V2由16.1伏特调降至16.05伏特。此时，调整后的第一输出电压V1’与调整后的第二输出电压V2’的差值为0.03伏特，小于第一门限值。于另一实施例中，电压调整单元144将第一输出电压V1与第二输出电压V2调整至完全一致。举例来说，电压调整单元144将第一输出电压V1与第二输出电压V2皆调整至两者的平均值。也就是说，若第一输出电压V1为16伏特，第二输出电压V2为16.1伏特，则电压调整单元144将第一输出电压V1与第二输出电压V2均调整至16.05伏特。而此时调整后的第一输出电压V1’与调整后的第二输出电压V2’之间完全一致而没有误差。如上所述，通过电压控制单元1的运作，调整后的第一输出电压V1’与调整后的第二输出电压V2’趋于接近或完全一致，可以使整体的系统在运作的过程中减少不必要的电能损耗，进而提升系统的效率。

在一实施例中，电压控制系统1还包含电流平衡模块15。电流平衡模块15包含第一电流开关单元152、第二电流开关单元154及控制电路156。第一电流开关单元152耦接第一电压转换单元12。第二电流开关单元154耦接第二电压转换单元13。控制电路156耦接第一电流开关单元152与第二电流开关单元154。控制电路156依据调整后的第一输出电压V1’与调整后的第二输出电压V2’的差值，以及第二门限值，选择性地导通第一电流开关单元152或第二电流开关单元154，并控制第一电流开关单元152的第一导通阻抗或第二电流开关单元154的第二导通阻抗。具体来说，当电压监控模块14对第一输出电压V1与第二输出电压V2进行调整后，控制电路156依据调整后的第一输出电压V1’与调整后的第二输出电压V2’的差值，与第二门限值作比对，再依据比对的结果导通第一电流开关单元152或第二电流开关单元154。

在一实施例中，第一电流开关单元152包含第一晶体管1521及第一二极管1522，第二电流开关单元154包含第二晶体管1541及一第二二极管1542。控制电路156依据调整后的第一输出电压V1’与调整后的第二输出电压V2’的差值以及第二门限值，选择性地导通第一电流开关单元152的第一晶体管1521或第二电流开关单元154的第二晶体管1541。也就是说，控制电路156先得知调整后的第一输出电压V1’与调整后的第二输出电压V2’，再将两者的差值比对第二门限值，来决定导通第一晶体管1521或第二晶体管1541。在一实施例中，当调整后的第一输出电压V1’大于调整后的第二输出电压V2’时，且调整后的第一输出电压V1’与调整后的第二输出电压V2’的差值大于第二门限值。此时，仅有第一电源20提供电能给负载端。而第二电流开关单元154处于关闭状态，第二电源21不会提供电能给负载端。在此实施例中，第二门限值为第一二极管1522的顺向偏压。要使第一二极管1522导通，可以在第一二极管1522的阳极端施加正电压，且在第一二极管1522的阴极端施加负电压，而此时所施加的电压就是第一二极管1522的顺向偏压。

以一个实际的例子来说，假设第二门限值(也就是第一二极管1522的顺向偏压)为0.5伏特。调整后的第一输出电压为19伏特，调整后的第二输出电压为18.4伏特。控制电路156得知调整后的第一输出电压V1’与调整后的第二输出电压V2’的差值为0.6伏特，大于第二门限值。此时，第一电源20提供电能给负载端，而第二晶体管1541处于关闭状态，以避免电流回流至第二电流开关单元154。此时，以整个电压控制系统1来说，只有第一电源20提供电能至负载端，而第二电源21未提供电能至负载端，进而使得由电流平衡模块15所输出的调整后的第一输出电压V1’与调整后的第二输出电压V2’接近而达到电压平衡。

于另一实施例中，调整后的第一输出电压V1’大于调整后的第二输出电压V2’，且调整后的第一输出电压V1’与调整后的第二输出电压V2’的差值小于第二门限值。此时，控制电路156导通第一电流开关单元152的第一晶体管1521与第二电流开关单元154的第二晶体管1541。控制电路156通过控制第一电流开关单元152的第一导通阻抗或第二电流开关单元154的第二导通阻抗，使调整后的第一输出电压V1’与调整后的第二输出电压V2’一致。举例来说，假设第二门限值(也就是第一二极管1522的顺向偏压)为0.6伏特。调整后的第一输出电压为19伏特，调整后的第二输出电压为18.9伏特。调整后的第一输出电压V1’与调整后的第二输出电压V2’的差值为0.1伏特，小于第二门限值。此时，第一电流开关单元152的第一晶体管1521与第二电流开关单元154的第二晶体管1541皆被导通。控制电路156通过降低第一晶体管1521的栅极电压，以调升第一电流开关单元152的第一导通阻抗，使得由电流平衡模块15所输出的调整后的第一输出电压V1’与调整后的第二输出电压V2’趋于一致，而达到电压平衡的效果。

由于第一电源20与第二电源21以并联输出的方式供电，因此，当来自第一电源20的第一输出电压V1与来自第二电源21的第二输出电压V2之间的差值越大，其损耗的电能越多。通过电压监控模块14的设置，可以更精密地微调第一输出电压V1与第二输出电压V2，使两者之间的差值小于第一门限值。举例来说，假设第一输出电压V1与第二输出电压V2的差值为0.5伏特且输出电流为1A，在第一电源20与第二电源21并联供电的过程中，系统将会有0.5瓦特的损耗。因此，若是通过电压监控模块14使调整后的第一输出电压V1’与调整后的第二输出电压V2’差值小于第一门限值，例如第一门限值为0.2伏特，则在第一电源20与第二电源21并联供电的过程中，系统的损耗会在0.2瓦特之内。

综合以上所述，本发明的一个实施例的电压控制系统1通过电压监控模块14中的电压检测单元142检测转换后的第一输出电压V1与第二输出电压V2，并且电压检测单元142依据检测结果调整第一输出电压V1与第二输出电压V2，使调整后的第一输出电压V1’与调整后的第二输出电压V2’达到一致，进而减少系统运作时产生电能损耗，提高转换效率。

虽然本发明以前述的实施例公开如上，然其并非用于限定本发明。在不脱离本发明的精神和范围内所做的变动与润饰均属本发明的专利保护范围。关于本发明所界定的保护范围请参考权利要求。

Claims (9)

1.一种电压控制系统，其特征在于，包含：

一第一电压转换单元，耦接一第一电源，该第一电压转换单元用于将该第一电源提供的一第一电能以一第一输出电压输出；

一第二电压转换单元，耦接一第二电源，该第二电压转换单元用于将该第二电源提供的一第二电能以一第二输出电压输出；以及

一电压监控模块，电性连接该第一电压转换单元与该第二电压转换单元，用于依据该第一输出电压与该第二输出电压之间的差值，控制该第一电压转换单元与该第二电压转换单元，以调整该第一输出电压或该第二输出电压。

2.如权利要求1所述的电压控制系统，其中该电压监控模块包含：

一电压检测单元，耦接该第一电压转换单元与该第二电压转换单元，该电压检测单元用于检测该第一输出电压与该第二输出电压，并产生一检测结果；以及

一电压调整单元，耦接该电压检测单元，该电压调整单元用于依据该检测结果，控制该第一电压转换单元与该第二电压转换单元，以调整该第一输出电压或该第二输出电压。

3.如权利要求2所述的电压控制系统，其中当该检测结果为该第一输出电压大于该第二输出电压，且该第一输出电压与该第二输出电压的差值大于一第一门限值，该电压调整单元调降该第一输出电压或调升该第二输出电压。

4.如权利要求2所述的电压控制系统，当该检测结果为该第一输出电压大于该第二输出电压，且该第一输出电压与该第二输出电压的差值大于一第一门限值，该电压调整单元调降该第一输出电压，使调整后的该第一输出电压与该第二输出电压的差值小于该第一门限值。

5.如权利要求2所述的电压控制系统，当该检测结果为该第一输出电压大于该第二输出电压，且该第一输出电压与该第二输出电压的差值大于一第一门限值，该电压调整单元调降该第一输出电压且调升该第二输出电压，使调整后的该第一输出电压与调整后的该第二输出电压的差值小于该第一门限值。

6.如权利要求1所述的电压控制系统，还包含：

一电流平衡模块，包含：

一第一电流开关单元，耦接该第一电压转换单元；

一第二电流开关单元，耦接该第二电压转换单元；以及

一控制电路，耦接该第一电流开关单元与该第二电流开关单元，该控制电路依据调整后的该第一输出电压与调整后的该第二输出电压的差值，以及一第二门限值，选择性地导通该第一电流开关单元或该第二电流开关单元，并控制该第一电流开关单元的一第一导通阻抗或该第二电流开关单元的一第二导通阻抗。

7.如权利要求6所述的电压控制系统，该第一电流开关单元包含一第一晶体管及一第一二极管，该第二电流开关单元包含一第二晶体管及一第二二极管，该控制电路依据调整后的该第一输出电压与调整后的该第二输出电压的差值，以及一第二门限值，选择性地导通该第一电流开关单元的该第一晶体管或该第二电流开关单元的该第二晶体管。

8.如权利要求7所述的电压控制系统，其中当调整后的该第一输出电压大于调整后的该第二输出电压时，且调整后的该第一输出电压与调整后的该第二输出电压的差值大于该第二门限值，该控制电路导通该第一电流开关单元的该第一晶体管。

9.如权利要求8所述的电压控制系统，其中该第二门限值为该第一二极管的顺向偏压。

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