TW201419720A

TW201419720A - 多輸出切換式電源供應器及多輸出電源供應方法

Info

Publication number: TW201419720A
Application number: TW101141243A
Authority: TW
Inventors: Nien-Hui Kung
Original assignee: Richtek Technology Corp
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2014-05-16
Also published as: TWI469476B

Abstract

本發明提出一種多輸出切換式電源供應器及多輸出電源供應方法，包含：功率級電路，用以根據脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號，操作其中至少一功率開關與單一電感，而將輸入電壓轉換為轉換電壓；多輸出電路，接收該轉換電壓，以產生複數輸出電流；電壓感測電路，根據轉換電壓，以產生反饋訊號；以及PWM訊號產生電路，根據反饋訊號，以產生PWM訊號。

Description

多輸出切換式電源供應器及多輸出電源供應方法

本發明係有關一種多輸出切換式電源供應器及多輸出電源供應方法，特別是指一種可供應多個輸出電流的多輸出切換式電源供應器及多輸出電源供應方法。

第1圖顯示習知多輸出切換式電源供應電路1的示意圖。如第1圖所示，多輸出切換式電源供應電路1中，脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號產生電路11根據電壓感測電路12與13，感測輸出端點Vout1與Vout2的電壓所產生的反饋訊號FB1與FB2，產生PWM訊號PWM1與PWM2，以操作兩組非同步升壓切換式功率級電路14與15，用以將輸入電壓Vin轉換為輸出端點Vout1與Vout2的電壓。習知的多輸出切換式電源供應電路1需要複數的功率級電路14與15，以將輸入電壓Vin轉換為複數輸出端點Vout1與Vout2的電壓。其中，功率級電路14與15可為同步或非同步之降壓型、升壓型、反壓型、或升降壓型功率級電路，如第2A-2J圖所示。

上述先前技術需要兩組以上的功率級電路，以提供複數的輸出電流Io1與Io2，在應用上相當不便，製造成本也高。

有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種多輸出切換式電源供應器及多輸出電源供應方法，可共用一個功率級，即共用同一電感，即可產生複數輸出，且可動態調整電流分配。

本發明目的之一在提供一種多輸出切換式電源供應器。

本發明另一目的在提供一種多輸出電源供應方法。

為達上述之目的，就其中一觀點言，本發明提供了一種多輸出切換式電源供應器，包含：一功率級電路，用以根據一脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號，操作其中至少一功率開關與單一電感，而將一輸入電壓轉換為一轉換電壓；一多輸出電路，接收該轉換電壓，以產生複數輸出電流，供應給複數輸出端點；一電壓感測電路，根據該轉換電壓之電壓，以產生一反饋訊號；以及一PWM訊號產生電路，根據該反饋訊號，以產生該PWM訊號。

在其中一種實施型態中，該多輸出切換式電源供應器中，當該轉換電壓低於一預設位準時，減少至少一輸出電流。

在其中一種實施型態中，該多輸出切換式電源供應器可更包含：一電流控制電路，用以分別感測各輸出電流，以產生對應的電流控制訊號，其中，該多輸出電路根據該電流控制訊號，而產生該複數輸出電流。

在上述實施型態中，該複數輸出電流可設有一總量上限，且該電流控制電路動態分配各輸出電流的上限。

上述實施型態中，該多輸出電路可包括複數負載開關，分別位於該複數輸出電流的路徑上，且該複數負載開關根據該電流控制訊號而操作，以分別調整該複數輸出電流。

在一種實施型態中，至少一輸出電流設有上限，且該電流控制電路調整該電流控制訊號，當該設有上限之輸出電流不超過該上限時，使對應的負載開關完全導通，但當該對應的負載開關完全導通會使該設有上限之輸出電流超過該上限時，則使該該對應的負載開關部份導通，以使該設有上限之輸出電流不超過該上限。

在一種實施型態中，該複數輸出電流包括一主要輸出電流，對應於一主要負載開關，以及至少一從屬輸出電流，對應於一從屬負載開關，且該電流控制電路調整該電流控制訊號，以優先維持該主要輸出電流於一需求值。

上述實施型態中，該複數輸出電流可設有一總量上限，且當該主要輸出電流維持於一需求值時，該電流控制電路調整該電流控制訊號，以將該總量上限減去該需求值所剩餘的電流量分配給各從屬輸出電流。

在一種實施型態中，該多輸出切換式電源供應器較佳地係一電力銀行(power bank)。

就另一觀點言，本發明也提供了一種多輸出電源供應方法，包含：根據一脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號，操作一功率級電路，而將一輸入電壓轉換為一轉換電壓，並根據該轉換電壓，產生複數輸出電流；以及分別控制該複數輸出電流，以維持該複數輸出電流之電流總量不超過一總量上限。

在一種實施型態中，該方法可更包含：當該轉換電壓低於一預設位準時，減少至少一輸出電流。

在一種實施型態中，該複數輸出電流包括一主要輸出電流，以及至少一從屬輸出電流，且該方法更包含：優先維持該主要輸出電流於一需求值。

上述實施型態中，該方法可更包含：當該主要輸出電流維持於一需求值時，將該總量上限減去該需求值所剩餘的電流量分配給各從屬輸出電流。

在一種實施型態中，該方法可更包含：動態分配各輸出電流的上限。

上述實施型態中，動態分配各輸出電流的上限的步驟可包括：當其中一輸出電流未達其上限時，提高另一輸出電流的上限。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

請參閱第3圖，顯示本發明第一個實施例。如第3圖所示，多輸出切換式電源供應電路2包含功率級電路21、多輸出電路22、PWM訊號產生電路23、以及電壓感測電路24。在本實施例中，功率級21可以如第2A-2J圖所示，為各種型式的同步或非同步之降壓型、升壓型、反壓型、或升降壓型功率轉換電路。功率級21根據脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號PWM3，操作其中之功率開關，並共用一電感(未示出，示於後續實施例中)，以將輸入電壓Vin轉換為轉換電壓。電壓感測電路24感測轉換電壓，進而產生反饋訊號以輸入PWM訊號產生電路23。PWM訊號產生電路23根據反饋訊號，以產生PWM訊號PWM3。多輸出電路22接收轉換電壓，以產生複數輸出電流，例如但不限於如圖所示之兩輸出電流Io3、Io4，供應給兩輸出端點Vout3、Vout4。複數輸出電流和對應輸出端點的數目不限於為二，而可為更多。

上述第一個實施例中，如果兩輸出端點Vout3、Vout4都需要大量的電流，以致兩輸出電流Io3、Io4的總量過大時，將使得轉換電壓的電位下降，有可能超過功率級21的負荷能力。此情況時，根據本發明，可偵測該轉換電壓是否低於一預設位準，而當轉換電壓低於該預設位準時，可調降兩輸出電流Io3、Io4至少其中之一。偵測的方式例如但不限於可將電壓感測電路24的輸出，前饋至多輸出電路22，與該預設位準比較，以控制兩輸出電流Io3、Io4其中之一或兩者。當然，偵測轉換電壓是否低於預設位準的方式，並不限於經由電壓感測電路24產生前饋訊號，圖示僅是其中一種實施方式。因多輸出電路22本就接收轉換電壓，因此也可在多輸出電路22內部直接將該轉換電壓(或其分壓)與該預設位準(或其分壓)比較，此情況下就可不需要自電壓感測電路24取得前饋訊號。而調降兩輸出電流Io3、Io4，也可以有各種的安排方式，例如兩者同時調降、或是以其中之一為主要的供應電流而優先維持於需求值，並調降另一非主要的輸出電流(以下將非主要的輸出電流稱為「從屬輸出電流」)。以後者為例，假設輸出端點Vout4為優先需要供電的輸出端，則輸出電流Io4為主要的輸出電流，此時若兩輸出電流Io3、Io4的總量過大，不論原因是因為兩輸出電流Io3、Io4何者的需求過高時，都可以優先調降輸出電流Io3但保持輸出電流Io4，以優先保持其中主要的輸出電流(在本例中為輸出電流Io4)。須說明的是，以上所述當轉換電壓的電位下降過低時，調降兩輸出電流至少其中之一的功能，僅是較佳實施方式而並非絕對必要。例如，如果可確定兩輸出端點所需要的電流總量，不會超過功率級21的負荷能力時，當然就可以不需要此功能。

第4圖顯示本發明的第二個實施例。如第4圖所示，多輸出切換式電源供應電路3包含功率級電路31、多輸出電路32、PWM訊號產生電路33、電壓感測電路34、與電流控制電路36。與第一個實施例不同的是，本實施例顯示多輸出切換式電源供應電路3更包含電流控制電路36。電流控制電路36分別感測輸出電流Io5與Io6，以產生對應的電流控制訊號，而多輸出電路32接收轉換電壓，並根據電流控制訊號，而產生複數輸出電流。與前一實施例相似地，可以(但非必須)偵測該轉換電壓是否低於一預設位準，而當轉換電壓低於該預設位準時，可調降兩輸出電流Io5與Io6至少其中之一。偵測的方式例如但不限於由電壓感測電路34將其偵測結果前饋至電流控制電路36，以判斷是否要調降電流。當然，如前所述，亦可由多輸出電路32根據轉換電壓來直接進行判斷與電流調整。

在較佳實施方式中，該複數輸出電流至少其中之一設有電流上限，且電流控制電路36例如但不必須可動態分配或調整該電流上限。電流控制電路36根據電流感測訊號與前述電流上限，調整電流控制訊號，使得複數輸出電流達到最佳化的安排。舉例而言，可根據使用者的需求，設置如以下方式的複數輸出電流控制：

安排方式一：當各輸出電流需求未超過各電流上限時，根據各輸出電流需求提供各輸出電流；以及當其中一輸出電流需求超過其電流上限時，將該輸出電流限制於其電流上限。此安排方式中，各電流上限可為固定、亦可為可調。

安排方式二：當複數輸出電流中，一輸出電流的需求未超過其初始設定之電流上限時，可將另一輸出電流的上限調高。例如，可調降一從屬輸出電流的上限，並調高一主要輸出電流的上限。

安排方式三：設定複數輸出電流的總量上限，並動態分配各輸出電流的上限。主要輸出電流的需求優先被滿足；當主要輸出電流的需求滿足後，將總量上限減去該主要輸出電流所餘的電流量，分配給其餘的輸出電流。

須說明的是：以上三種安排方式並不限於各自獨立使用，亦可互相組合。例如，安排方式一、二中，都可以設定總量上限，以及優先滿足主要輸出電流的需求，等等。

第5圖顯示本發明的第三個實施例。如第5圖所示，多輸出切換式電源供應電路4包含功率級電路41、多輸出電路42、PWM訊號產生電路43、電壓感測電路44、與電流控制電路46。本實施例顯示多輸出切換式電源供應電路4一種更具體的實施例。其中，功率級電路41例如但不限於如圖所示之同步升壓型功率轉換電路，須注意的是，功率級電路41利用一共同的電感L，藉由多輸出電路42，可產生複數輸出電流Io7、Io8。本實施例中舉例顯示複數輸出電流Io7、Io8的產生與控制方式，多輸出電路42包括複數負載開關Q1與Q2，分別設置於複數輸出電流的路徑上(例如但不限於如圖所示，負載開關Q1與輸出端點Vout7耦接；負載開關Q2與輸出端點Vout8耦接)，且負載開關Q1、Q2分別根據電流控制訊號而操作。電流控制訊號控制負載開關Q1、Q2的閘極電壓，以決定負載開關Q1、Q2是否完全導通，例如可以配合前述之安排方式一、二、三之控制實施例。

舉例而言，若輸出電流Io7設有上限，則當輸出電流Io7不超過該上限時，電流控制訊號使對應的負載開關Q1完全導通，此時輸出電流Io7由輸出端點Vout7所連接的負載電路來控制。但在負載開關Q1完全導通的情況下，若電流偵測訊號顯示，輸出電流Io7會超過該上限時，則電流控制訊號控制負載開關Q1的閘極電壓，使其僅部份導通，此時輸出電流Io7便為負載開關Q1所控制，以使輸出電流Io7不超過該上限。輸出電流Io8亦可用類似的方式控制。

再舉例而言，假設輸出電流Io8為主要輸出電流而Io7為從屬輸出電流。當輸出電流Io7不超過其初始設定上限時，不僅可使負載開關Q1完全導通，且可調高主要輸出電流Io8的上限。亦即，當主要輸出電流Io8超過其初始設定上限、但未超過其調高後的上限時，則仍使負載開關Q2完全導通。

再舉例而言，假設輸出電流Io7、Io8的總量設有上限，且輸出電流Io8為主要輸出電流而Io7為從屬輸出電流。負載開關Q2保持完全導通，而電流控制電路46偵測輸出電流Io8並計算該總量上限和輸出電流Io8的差值，將此差值分配給輸出電流Io7。當此差值高於輸出端點Vout7對輸出電流Io7的需求時，負載開關Q1完全導通，此時輸出電流Io7由輸出端點Vout7所連接的負載電路來控制。但當此差值低於輸出端點Vout7對輸出電流Io7的需求時，此差值便成為輸出電流Io7的上限，電流控制訊號控制負載開關Q1的閘極電壓，使其僅部份導通，此時輸出電流Io7便為負載開關Q1所控制，以使輸出電流Io7不超過該上限。

第6圖顯示本發明的第四個實施例。在本實施例中，多輸出切換式電源供應電路5例如應用於電力銀行(power bank)，因此，多輸出切換式電源供應電路5的輸入電壓Vin來自於一電池電路25，如圖所示。本實施例旨在說明，當本發明應用於電力銀行時包含電池，在其他情況則不必然需要包含電池。

以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。例如，在所示各實施例電路中，可插入不影響訊號主要意義的元件，如其他開關等；又例如，本發明亦可以應用於單純限制輸出電流的情況，而不限於必須應用於超出電路所能負荷的情況；又例如，當輸出電壓低於一預設位準時，調整至少一輸出電流之方式，並不限於應用於無電流感測電路的狀況中，亦可以應用於有電流感測電路或/與電流控制電路的情況。凡此種種，皆可根據本發明的教示類推而得，因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。

1,2,3,4‧‧‧多輸出切換式電源供應器

11,23,33,43‧‧‧PWM訊號產生電路

12,13,24,34,44‧‧‧電壓感測電路

14,15,21,31,41‧‧‧功率級電路

22,32,42‧‧‧多輸出電路

25‧‧‧電池電路

36,46‧‧‧電流控制電路

FB1,FB2‧‧‧反饋訊號

Io1,Io2,Io3,Io4,Io5,Io6,Io7,Io8‧‧‧輸出電流

L‧‧‧電感

PWM1,PWM2,PWM3‧‧‧PWM訊號(太靠近會誤會)

Q1,Q2‧‧‧負載開關

Vin‧‧‧輸入電壓

Vout1,Vout2,Vout3,Vout4,Vout5,Vout6,Vout7,Vout8‧‧‧輸出端點

第1圖顯示習知多輸出切換式電源供應電路1的示意圖。

第2A-2J圖顯示各種型式的同步或非同步之降壓型、升壓型、反壓型、或升降壓型功率轉換電路。

第3圖，顯示本發明第一個實施例。

第4圖顯示本發明的第二個實施例。

第5圖顯示本發明的第三個實施例。

第6圖顯示本發明的第四個實施例。

2‧‧‧多輸出切換式電源供應器

21‧‧‧功率級電路

22‧‧‧多輸出電路

23‧‧‧PWM訊號產生電路

24‧‧‧電壓感測電路

Io3,Io4‧‧‧輸出電流

PWM3‧‧‧PWM訊號

Vin‧‧‧輸入電壓

Vout3,Vout4‧‧‧輸出端點

Claims

一種多輸出切換式電源供應器，包含：一功率級電路，用以根據一脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號，操作其中至少一功率開關與單一電感，而將一輸入電壓轉換為一轉換電壓；一多輸出電路，接收該轉換電壓，以產生複數輸出電流，供應給複數輸出端點；一電壓感測電路，根據該轉換電壓之電壓，以產生一反饋訊號；以及一PWM訊號產生電路，根據該反饋訊號，以產生該PWM訊號。
如申請專利範圍第1項所述之多輸出切換式電源供應器，其中當該轉換電壓低於一預設位準時，減少至少一輸出電流。
如申請專利範圍第1項所述之多輸出切換式電源供應器，更包含：一電流控制電路，用以分別感測各輸出電流，以產生對應的電流控制訊號，其中，該多輸出電路根據該電流控制訊號，而產生該複數輸出電流。
如申請專利範圍第3項所述之多輸出切換式電源供應器，其中該複數輸出電流設有一總量上限，且該電流控制電路動態分配各輸出電流的上限。
如申請專利範圍第3項所述之多輸出切換式電源供應器，其中該多輸出電路包括複數負載開關，分別位於該複數輸出電流的路徑上，且該複數負載開關根據該電流控制訊號而操作，以分別調整該複數輸出電流。
如申請專利範圍第5項所述之多輸出切換式電源供應器，其中至少一輸出電流設有上限，且該電流控制電路調整該電流控制訊號，當該設有上限之輸出電流不超過該上限時，使對應的負載開關完全導通，但當該對應的負載開關完全導通會使該設有上限之輸出電流超過該上限時，則使該該對應的負載開關部份導通，以使該設有上限之輸出電流不超過該上限。
如申請專利範圍第6項所述之多輸出切換式電源供應器，其中該複數輸出電流包括一主要輸出電流，對應於一主要負載開關，以及至少一從屬輸出電流，對應於一從屬負載開關，且該電流控制電路調整該電流控制訊號，以優先維持該主要輸出電流於一需求值。
如申請專利範圍第7項所述之多輸出切換式電源供應器，其中該複數輸出電流設有一總量上限，且當該主要輸出電流維持於一需求值時，該電流控制電路調整該電流控制訊號，以將該總量上限減去該需求值所剩餘的電流量分配給各從屬輸出電流。
如申請專利範圍第1項所述之多輸出切換式電源供應器，其中該多輸出切換式電源供應器係一電力銀行(power bank)。
一種多輸出電源供應方法，包含：根據一脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號，操作一功率級電路，而將一輸入電壓轉換為一轉換電壓，並根據該轉換電壓，產生複數輸出電流；以及分別控制該複數輸出電流，以維持該複數輸出電流之電流總量不超過一總量上限。
如申請專利範圍第10項所述之多輸出電源供應方法，更包含：當該轉換電壓低於一預設位準時，減少至少一輸出電流。
如申請專利範圍第10項所述之多輸出電源供應方法，其中該複數輸出電流包括一主要輸出電流，以及至少一從屬輸出電流，且該方法更包含：優先維持該主要輸出電流於一需求值。
如申請專利範圍第12項所述之多輸出電源供應方法，更包括：當該主要輸出電流維持於一需求值時，將該總量上限減去該需求值所剩餘的電流量分配給各從屬輸出電流。
如申請專利範圍第10項所述之多輸出電源供應方法，更包括：動態分配各輸出電流的上限。
如申請專利範圍第14項所述之多輸出電源供應方法，其中動態分配各輸出電流的上限的步驟包括：當其中一輸出電流未達其上限時，提高另一輸出電流的上限。