TW201230631A - Buck circuit - Google Patents
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Description
201230631 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明涉及一種降壓式變換電路，尤其涉及一種應用於 電腦主板的降壓式變換電路。 【先前技射ί】 [0002] 習知的電腦主板電源通常採用降壓式變換電路（Buck電 路）。降壓式變換電路的開關頻率需要與電腦系統匹配 才能獲得較高電源效率。獲得與電腦系統相匹配的降壓 式變換電路的開關頻率，成為業界亟需解決的技術問題 〇 【發明内容】 [0003] 鑒於以上内容，有必要提供一種獲得最佳開關頻率的降 壓式變換電路。 [0004] 一種降壓式變換電路，該降壓式變換電路包括電壓輸入 端、第一場效應管、第二場效應管、PWM驅動單元及電壓 輸出端，第一場效應管的漏極連接電壓輸入端，第一場 效應管的源極與第二場效應管的漏極連接，第二場效應 管的漏極通過串聯的電感及電容接地，第二場效應管的 源極接地，電壓輸出端連接至串聯的電感及電容之間以 輸出一驅動電壓給負載，PWM驅動單元分別與第一場效 應管的柵極及第二場效應管的柵極連接，PWM驅動單元使 得第一場效應管與第二場效應管交替導通，還包括控制 單元、電壓調節單元、輸入電壓採樣單元、輸入電流採 樣單元、輸出電壓採樣單元及輸出電流採樣單元，控制 單元與電壓調節單元連接，電壓調節單元與PWM驅動單元 100100144 表單編號A0101 第4頁/共13頁 1002000239-0 201230631 連接，控制單元控制電壓調節單元輸出閥值電壓給PWM驅 動單元以控制PWM驅動單元的開關頻率，輸入電流採樣單 元連接於電壓輸入端與第一場效應管的漏極之間以測量 降壓式變換電路的輸入電流，輸入電壓採樣單元與電壓 . 輸入端連接以測量降壓式變換電路的輸入電壓U_in，輸 出電流採樣單元連接於電壓輸出端與電感之間以測量降 壓式變換電路的輸出電流，輸出電壓採樣單元與電壓輸 出端連接以測量降壓式變換電路的輸出電壓11_〇111;。 〇 [0005] 上述的降壓式變換電路根據每一個預設的PWM驅動單元的 開關頻率，分別計算得出相應的降壓式變換電路的輸出 轉換效率，從中獲取最高輸出轉換效率所對應的開關頻 率。 【實施方式】 [0006] 請參照圖1，本發明較佳實施方式提供降壓式變換電路， 包括電壓輸入端Vin'PWM (pulse width modulation ，脈寬調製）驅動單元11、第一場效應管Q1、第二場效 ❹ 應管Q2、緩衝單元18、輸入電流採樣單元13、輸入電壓 採樣單元141、輸出電流採樣單元15、輸出電壓採樣單元 142、控制單元12、輸入單元16、顯示單元17及電壓輸 出端Vout。 [0007] 電壓輸入端Vin通過輸入電流採樣單元13連接至第一場效 應管Q1的漏極，以將外部電源輸入降壓式變換電路10中 。第一場效應管Q1的源極連接至第二場效應管Q2的漏極 。第二場效應管Q2的漏極通過串聯的電感L及第二電容C2 接地。該電壓輸出端Vout連接至串聯的電感L及第二電容 100100144 表單編號A0101 第5頁/共13頁 1002000239-0 201230631 C2之間，以輸出一驅動電壓給負載。 [0008] [0009] [0010] [0011] 第二場效應管Q2的馳接地n效應管⑽的漏極與 源極之間並聯—緩衝單元18。該緩衝單元18包括串聯的 電阻R和第一電谷Π ’其中電阻R與第二場效應管Q2的漏 極連接’第一電容C1接地。 PWM驅動單元丨丨分別連接至第—場效應管Q1_極及第二 場效應管Q2的柵極。pwmje私- , ,、*够 rwM驅動早凡11分別為第一場效應管 Q1及第一場效應管Q2提供高通驅動信號及低通驅動信號 ，以分別控制第一場效應管Q1及第二場效應管Q2的截止 與導通’使得第一場效應管Q1及第二場效應管Q2交替導 . ：.· 通0 輸入電流採樣單元13包括第一採蠢電阻Γ31及第一電壓採 樣單元132 ’第一採樣電阻131連接於電壓輸入端Vin與 第一場效應管Q1的漏極之間，第一電壓採樣單元132與第 一採樣電阻131連接以測量第一採樣電阻131的電壓U_1 ，第一電壓採樣單元132與控制單先12的引腳RA1連接以 將電壓U_ 1傳送給控制單元1_2。在本實施方式中，第一採 樣電阻1 31為錳銅絲電阻。 輸入電壓採樣單元141分別與電壓輸入端Vin和控制單元 12的引腳RA2連接，輸入電壓採樣單元141採集降壓式變 換電路的輸入電壓值U_in，並將輸入電壓值u_in傳遞給 控制單元12。 輸出電流採樣單元15連接於電感L與電壓輸出端Vout之間 。輪出電流採樣單元15包括第二採樣電阻151及第二電壓 100100144 表單鳊號A0101 第6頁/共13頁 1002000239-0 [0012] 201230631 [0013]
[0014] [0015] ❹ 採樣單元152，第二採樣電阻151連接於電感L與電壓輸出 端Vout之間，第二電壓採樣單元152與第二採樣電阻151 連接以測量第二採樣電阻1 51的電壓U_2，第二電壓採樣 單元152與控制單元12的引腳RA3連接以將電壓U_2傳送 給控制單元12。在本實施方式中，第二採樣電阻151為錳 銅絲電阻。 控制單元12預存第一採樣電阻131的阻值R_1及第二採樣 電阻151的阻值R_2，控制單元12根據公式 I_in = U_l/R_l以獲得降壓式變換電路的輸入電流I_in ，根據公式I_out = U_2/R_2以獲得降壓式變換電路的輸 出電流I_out，最終根據公式77 = ( U_in*I_in ) / ( U_out*I_out)計算降壓式變換電路的輸出效率7/。 輸入單元16與控制單元12連接，通過輸入單元16向控制 單元12輸入預設的PWM驅動單元11的開關頻率。在本實施 方式中，輸入單元16為鍵盤。 電壓調節單元19分別與控制單元12和PWM驅動單元11連 接，在本實施方式中，電壓調節單元19採用X9241晶片。 控制單元1 2根據輸入單元1 6設定的開關頻率選定相應的 閥值電壓，並控制電壓調節單元19輸出相應的閥值電壓 值。電壓調節單元19的引腳RA5與PWM驅動單元11連接， 電壓調節單元19的引腳RA5的電壓為PWM驅動單元11的閥 值電壓，從而調節PWM驅動單元11的開關頻率。 控制單元12根據每一個預設的PWM驅動單元11的開關頻率 ，分別計算得出相應的降壓式變換電路的輸出轉換效率 100100144 表單編號A0101 第7頁/共13頁 1002000239-0 [0016] 201230631 。控制單元12與顯示單元17連接，顯示單元17顯示PWM 驅動單元11的開關頻率及相應的降壓式變換電路的輸出 轉換效率，故可從中獲取最高輸出轉換效率所對應的開 關頻率，即為電腦主板電源選取與電腦系統相匹配的開 關頻率，使得電腦主板電源的輸出效率最佳。 [0017] 另外，本領域技術人員還可在本發明申請專利範圍第公 開的範圍和精神内做其他形式和細節上的各種修改、添 加和替換。當然，這些依據本發明精神所做的各種修改 、添加和替換等變化，都應包含在本發明所要求保護的 範圍之内。 【圖式簡單說明】 [0018] 圖1為本發明較佳實施方式的降壓式變換電路的電路圖。 【主要元件符號說明】 [0019] PWM驅動單元：11 [0020] 控制單元：12 [0021] 輸入電流採樣單元：13 [0022] 第一採樣電阻：131 [0023] 第一電壓採樣單元：132 [0024] .輸入電壓採樣單元：141 [0025] 輸出電壓採樣單元：142 [0026] 輸出電流採樣單元：15 [0027] 第二採樣電阻：151 100100144 表單編號A0101 第8頁/共13頁 1002000239-0 201230631 [0028] [0029] [0030] . [0031] [0032] [0033] [0034] ❹ [0035] [0036] [0037] [0038] [0039] [0040] 〇 [0041] 第二電壓採樣單元：152 輸入單元：16 顯示單元：17 缓衝單元：18 電壓調節單元：1 9 引腳：RA1、RA2、RA3、RA4、RA5
電阻：R 第一電容：C1 第二電容：C2 第一場效應管：Q1 第二場效應管：Q2
電感：L 電壓輸入端：Vin 電壓輸出端：Vout 100100144 表單編號A0101 第9頁/共13頁 1002000239-0
Claims (1)
- 201230631 七、申請專利範圍： 1 . 一種降壓式變換電路，該降壓式變換電路包括電壓輸入端 、第一場效應管、第二場效應管、PWM驅動單元及電壓輸 出端，第一場效應管的漏極連接電壓輸入端，第一場效應 管的源極與第二場效應管的漏極連接，第二場效應管的漏 極通過串聯的電感及電容接地，第二場效應管的源極接地 ，電壓輸出端連接至串聯的電感及電容之間以輸出一驅動 電壓給負載，PWM驅動單元分別與第一場效應管的栅極 及第二場效應管的柵極連接，PWM驅動單元使得第一場效 應管與第二場效應管交替導通，其改良在於：還包括控制 單元、電壓調節單元、輸入電壓採樣單元、輸入電流採樣 單元、輸出電壓採樣單元及輸出電流採樣單元，控制單元 與電壓調節單元連接，電壓調節單元與PWM驅動單元連接 ，控制單元控制電壓調節單元輸出閥值電壓給PWM驅動單 元以控制PWM驅動單元的開關頻率，輸入電流採樣單元連 接於電壓輸入端與第一場效應管的漏極之間以測量降壓式 變換電路的輸入電流I_in，輸入電壓採樣單元與電壓輸 入端連接以測量降壓式變換電路的輸入電壓U_in，輸出 電流採樣單元連接於電壓輸出端與電感之間以測量降壓式 變換電路的輸出電流I_out，輸出電壓採樣單元與電壓輸 出端連接以測量降壓式變換電路的輸出電壓U_out。 2 .如申請專利範圍第1項所述的降壓式變換電路，其中第二 場效應管的漏極與源極之間並聯緩衝單元，該緩衝單元包 括串聯的電阻和另一電容，電阻與第二場效應管的漏極連 接，該另一電容接地。 100100144 表單編號A0101 第10頁/共13頁 1002000239-0 201230631 3 .如申請專利範圍第1項所述的降壓式變換電路，其中輸入 電流採樣單元包括第一採樣電阻及第一電壓採樣單元，第 一採樣電阻連接於電壓輸入端與第一場效應管的漏極之間 ，第一電壓採樣單元與第一採樣電阻連接以測量第一採樣 . 電阻的電壓U_1，第一電壓採樣單元與控制單元連接以將 電壓U_1傳送給控制單元，控制單元預存第一採樣電阻的 阻值R_1，控制單元根據公式I_in = U_l/R_l以獲得降壓 式變換電路的輸入電流I_i η。 4 .如申請專利範圍第3項所述的降壓式變換電路，其中輸出 〇 電流採樣單元包括第二採樣電阻及第二電壓採樣單元，第 二採樣電阻連接於電感與電壓輸出端之間，第二電壓採樣 單元與第二採樣電阻連接以測量第二採樣電阻的電壓υ_2 ，第二電壓採樣單元與控制單元連接以將電壓U_2傳送給 控制單元，控制單元預存第二採樣電阻的阻值1?_2，控制 單元根據公式I_out = U_2/R_2以獲得降壓式變換電路的 輸出電流I_out。 5 .如申請專利範圍第4項所述的降壓式變換電路，其中控制 〇 單元根據公式 7? = (U_out*I_out) / (U_in*I_in)計 算降壓式變換電路的輸出效率/7。 6 .如申請專利範圍第5項所述的降壓式變換電路，其中還包 括輸入單元，輸入單元與控制單元連接，通過輸入單元向 控制單元輸入預設的PWM驅動單元的開關頻率，從而控制 單元根據預設的PWM驅動單元的開關頻率控制電壓調節單 元輸出相應的閥值電壓。 7.如申請專利範圍第6項所述的降壓式變換電路，其中還包 括顯示單元，該顯示單元顯示PWM驅動單元的開關頻率及 100100144 表單編號A0101 第11頁/共13頁 1002000239-0 201230631 相應的輸出效率θ。 100100144 表單編號Α0101 第12頁/共13頁1002000239-0
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