TW201401777A - 開關電源的驅動電壓控制電路 - Google Patents

Abstract

一種驅動電壓控制電路，包括電源控制器、比較器、第一至第五電子開關。該比較器的正相輸入端用於接收來自電源控制器的電壓值，反相輸入端與一參考電壓相連。當比較器的反相輸入端接收的電壓值小於正相輸入端所接收的電壓值時，電子元件處於非重載狀態，第一及第四電子開關導通，第二、第三及第五電子開關截止，第一電源被輸出至開關電源；當比較器的反相輸入端接收的電壓值不小於正相輸入端所接收的電壓值時，電子元件處於重載狀態，第一及第四電子開關截止，第二、第三及第五電子開關導通，第二電源被輸出至開關電源。

Description

開關電源的驅動電壓控制電路

本發明涉及一種電壓控制電路，特別涉及一種用於控制開關電源的驅動電壓的控制電路。

絕大多數開關電源使用5V或12V電壓作為驅動電源來驅動場效應電晶體。一般來說，單相開關電源常使用5V電壓。多相開關電源（如CPU、DDR電源）由於需要滿足其重載能效，故多使用12V電壓作為其驅動電源。然而對於多相開關電源來說，長時間工作在輕載模式下的12V驅動能耗也是相當大的。

鑒於以上內容，有必要提供一種用於控制開關電源的驅動電壓的控制電路，其可在多相開關電源輕載時使用5V電壓作為驅動電源、重載時使用12V電壓作為驅動電源。

一種驅動電壓控制電路，用於控制輸出至一用於為電子元件供電的開關電源的驅動電壓，該驅動電壓控制電路包括：

一電源控制器，用於偵測開關電源所輸出的電流的大小，並將其轉換為電壓值，以指示電子元件的工作狀態；

一比較器，該比較器的正相輸入端用於接收來自電源控制器的電壓值，該比較器的反相輸入端與一參考電壓相連；

一第一電子開關，其控制端與比較器的輸出端相連，該第一電子開關的第一端透過第一電阻與一第一電源相連，該第一電子開關的第二端接地；

一第二電子開關，該第二電子開關的控制端與第一電子開關的第一端相連，該第二電子開關的第一端透過一第二電阻與一第二電源相連，該第二電子開關的第二端接地；

一第三電子開關，該第三電子開關的控制端與第一電子開關的第一端相連，該第三電子開關的第一端透過一第三電阻與第二電源相連，該第三電子開關的第二端接地；

一第四電子開關，該第四電子開關的控制端與第二電子開關的第一端相連，該第四電子開關的第一端與第一電源相連，該第四電子開關的第二端與開關電源相連；以及

一第五電子開關，該第二電子開關的控制端與第三電子開關的第一端相連，該第五電子開關的第一端與第二電源相連，該第五電子開關的第二端與開關電源相連；

當比較器的反相輸入端所接收的電壓值小於正相輸入端所接收的電壓值時，該電子元件處於非重載狀態，比較器的輸出端輸出高電平訊號，該第一及第四電子開關導通，第二、第三及第五電子開關截止，第一電源被輸出至開關電源；當比較器的反相輸入端所接收的電壓值不小於正相輸入端所接收的電壓值時，該電子元件處於重載狀態，比較器的輸出端輸出低電平訊號，該第一及第四電子開關截止，第二、第三及第五電子開關導通，第二電源被輸出至開關電源，該第一電源的供電電壓小於第二電源的供電電壓。

上述驅動電壓控制電路透過電源控制器及比較器判斷電子元件是否處於重載狀態，當該電子元件處於非重載狀態時，第一電源被輸出至開關電源；當該電子元件處於重載狀態時，第二電源被輸出至開關電源。

請參考圖1，本發明開關電源的驅動電壓控制電路的較佳實施方式以控制CPU的開關電源的驅動電壓為例進行說明。該控制電路包括比較器U1、五個電子開關（本實施方式以場效應電晶體Q1-Q5作為電子開關為例進行說明，其中場效應電晶體Q1-Q4為N溝道場效應電晶體，場效應電晶體Q5為P溝道場效應電晶體）及一電源控制器1。

該比較器U1的反相輸入端與CPU的電源控制器1的輸出端相連，以接收來自電源控制器1所輸出的電壓，其中電源控制器1用於偵測CPU的開關電源所輸出的電流的大小，並將其轉換為電壓值，該電壓值可反映CPU的工作狀態，即CPU是處於輕載狀態還是重載狀態。該比較器U1的正相輸入端透過電阻R1與3.3V系統電源3V3_SYS相連，還透過電阻R2接地。

該比較器U1的輸出端透過電阻R3與場效應電晶體Q1的閘極相連，該場效應電晶體Q1的源極接地，汲極透過電阻R4與5V系統電壓P5V相連。該場效應電晶體Q1的汲極還直接與場效應電晶體Q2及Q3的閘極相連。該場效應電晶體Q2及Q3的源極均接地。該場效應電晶體Q2的汲極透過電阻R5與12V系統電源P12V相連，還直接與場效應電晶體Q4的閘極相連。

該場效應電晶體Q3的汲極透過電阻R6與12V系統電源P12V相連，還直接與場效應電晶體Q5的閘極相連。該場效應電晶體Q4的汲極與5V系統電源P5V相連。該場效應電晶體Q5的汲極與12V系統電源P12V相連。該場效應電晶體Q4的汲極還透過電容C1接地，該場效應電晶體Q5的汲極還透過電容C2接地。該場效應電晶體Q4及Q5的源極均透過電容C3接地，還與CPU的開關電源2相連，用於為CPU的開關電源2輸出5V或12V的驅動電壓。

下面將對上述控制電路的工作原理進行說明：

由上面的描述可知，電源控制器1用於偵測CPU的開關電源2所輸出的電流的大小，並將其轉換為電壓值，該電壓值可反映CPU的工作狀態，即CPU是處於輕載狀態還是重載狀態。如此，可在CPU處於滿載工作狀態時得到電源控制器1所輸出的電壓值，記為Vimon。又根據實驗表明，當CPU的工作負載在40%以下（即CPU處於輕載狀態）時，開關電源2的驅動電壓在5V是比較合理的；當CPU的工作負載在50%以上（即CPU處於重載狀態）時，開關電源2的驅動電壓在12V是比較合理的。因此，透過設置電阻R1及R2的阻值使得比較器U1的正相輸入端所接收的電壓值等於（0.5×Vimon）。

如此，若CPU非處於重載狀態時，比較器U1的反相輸入端所接收的電壓值將小於其正相輸入端所接收的電壓值，即比較器U1將輸出高電平訊號。該場效應電晶體Q1被導通，場效應電晶體Q2及Q3被截止，場效應電晶體Q4被導通，場效應電晶體Q5被截止，進而使得5V系統電源P5V透過場效應電晶體Q4被輸出至CPU的開關電源。

若CPU處於重載狀態時，比較器U1的反相輸入端所接收的電壓值將不小於其正相輸入端所接收的電壓值，即比較器U1將輸出低電平訊號。該場效應電晶體Q1被截止，場效應電晶體Q2及Q3被導通，場效應電晶體Q4被截止，場效應電晶體Q5被導通，進而使得12V系統電源P12V透過場效應電晶體Q5被輸出至CPU的開關電源。

上述控制電路透過偵測CPU的電源控制器1所輸出的電壓值判斷CPU處於輕載狀態或者重載狀態，再透過場效應電晶體Q1-Q5的導通或截止將5V系統電源P5V或12V系統電源P12V輸出至CPU的開關電源2。

同時，從上述描述可以看出，該場效應電晶體Q1-Q5在本發明中起到電子開關的作用，其他實施方式中，該場效應電晶體Q1-Q5亦可用其他可起到電子開關作用的元件來代替，比如三極體，其中場效應電晶體Q1-Q4對應NPN型三極體，場效應電晶體Q5對應PNP型三極體，且場效應電晶體Q1-Q5的閘極、汲極及源極分別對應三極體的基極、集極及射極。另，該比較器U1的正相輸入端所接收的電壓值等於（0.5×Vimon）亦僅為一個示例，其他實施方式中，設計者可以根據實際需要設定正相輸入端所接收的電壓值。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。

1．．．電源控制器

2．．．開關電源

R1-R6．．．電阻

C1-C3．．．電容

U1．．．比較器

Q1-Q5．．．場效應電晶體

圖1是本發明開關電源的驅動電壓控制電路的較佳實施方式的電路圖。

1．．．電源控制器

2．．．開關電源

R1-R6．．．電阻

C1-C3．．．電容

U1．．．比較器

Q1-Q5．．．場效應電晶體

Claims (9)

1. 一種驅動電壓控制電路，用於控制輸出至一用於為電子元件供電的開關電源的驅動電壓，該驅動電壓控制電路包括：
   一電源控制器，用於偵測開關電源所輸出的電流的大小，並將其轉換為電壓值，以指示電子元件的工作狀態；
   一比較器，該比較器的正相輸入端用於接收來自電源控制器的電壓值，該比較器的反相輸入端與一參考電壓相連；
   一第一電子開關，其控制端與比較器的輸出端相連，該第一電子開關的第一端透過第一電阻與一第一電源相連，該第一電子開關的第二端接地；
   一第二電子開關，該第二電子開關的控制端與第一電子開關的第一端相連，該第二電子開關的第一端透過一第二電阻與一第二電源相連，該第二電子開關的第二端接地；
   一第三電子開關，該第三電子開關的控制端與第一電子開關的第一端相連，該第三電子開關的第一端透過一第三電阻與第二電源相連，該第三電子開關的第二端接地；
   一第四電子開關，該第四電子開關的控制端與第二電子開關的第一端相連，該第四電子開關的第一端與第一電源相連，該第四電子開關的第二端與開關電源相連；以及
   一第五電子開關，該第二電子開關的控制端與第三電子開關的第一端相連，該第五電子開關的第一端與第二電源相連，該第五電子開關的第二端與開關電源相連；
   當比較器的反相輸入端所接收的電壓值小於正相輸入端所接收的電壓值時，該電子元件處於非重載狀態，比較器的輸出端輸出高電平訊號，該第一及第四電子開關導通，第二、第三及第五電子開關截止，第一電源被輸出至開關電源；當比較器的反相輸入端所接收的電壓值不小於正相輸入端所接收的電壓值時，該電子元件處於重載狀態，比較器的輸出端輸出低電平訊號，該第一及第四電子開關截止，第二、第三及第五電子開關導通，第二電源被輸出至開關電源，該第一電源的供電電壓小於第二電源的供電電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電壓控制電路，其中該參考電壓由一第三電源、第四及第五電阻提供，該第三電源依序透過第四及第五電阻接地，該第四及第五電阻之間的節點與比較器的反相輸入端相連。
3. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電壓控制電路，其中該第四電子開關的第一端還透過第一電容接地，該第五電子開關的第一端還透過第二電容接地。
4. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電壓控制電路，其中該第四及第五電子開關的第二端還透過第三電容接地。
5. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電壓控制電路，其中該第一電子開關為一N溝道場效應電晶體，該第一電子開關的控制端、第一端及第二端分別對應N溝道場效應電晶體的閘極、汲極及源極。
6. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電壓控制電路，其中該第二電子開關為一N溝道場效應電晶體，該第二電子開關的控制端、第一端及第二端分別對應N溝道場效應電晶體的閘極、汲極及源極。
7. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電壓控制電路，其中該第三電子開關為一N溝道場效應電晶體，該第三電子開關的控制端、第一端及第二端分別對應N溝道場效應電晶體的閘極、汲極及源極。
8. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電壓控制電路，其中該第四電子開關為一N溝道場效應電晶體，該第四電子開關的控制端、第一端及第二端分別對應N溝道場效應電晶體的閘極、汲極及源極。
9. 如申請專利範圍第1項所述之驅動電壓控制電路，其中該第五電子開關為一P溝道場效應電晶體，該第五電子開關的控制端、第一端及第二端分別對應N溝道場效應電晶體的閘極、汲極及源極。