TW478233B - Programmable regulator with controlled rate of change of output, a method of controlling an output of a regulator with controlled rate of change, and a method of controlling a programmable regulator with controlled rate of change of output - Google Patents

Description

478233 五、發明說明（l) -- f明背景 h發明範圍 本發明關於電源供應之範圍，特別關於可程式之電源供 應。 2.背景資訊 電壓調整器係用以可控制及穩定之輸出電壓至一負載。 一電壓調整器自一未調整之電源接收電源，並提供至負載 一預定輸出電壓。一典型調整器包括一控制電路了豆將一 參考電壓與自調整器之輸出電壓成比例之回輸電壓力^以比 較，以發展一誤差信號，以控制電路控制調整器以提供電 流至負載’以降低誤差信號’因而構成一閉合迴路系統。 此調整器可為任何型式，如線性調整器，及切換調整器， 包括升壓及降、壓調整器。 可私式電壓έ周整器用以提供輸出電壓，該電屢可設定以 提供所需之輸出電壓。數位可程式電壓調整器由數位信號 值設定’該值代表所望之輸出電壓。ΜΑΧ1638高速升壓控 制器’具有同步整流’以供C P U電源，為μ a X i m I n t g r a t e d Products公司生產之可程式電壓調整器之一例，其可提供 一由收到之數位值設定之輸出電壓。

在典型應用中，可程式輸出電壓中之程式增加，可導致 自電源之瞬時高漏電流至數位可程式電壓調整器。某些電 源，如電池具有相當咼之内部阻抗，因此，無法供應較正 常負載電k為南之負載電>’1L ’甚至_短時期皆不可能。此 種電源之電廢’當電源受到來自供應電源之高值漏電流至

第4頁 478233 五、發明說明（2) 數位可程式電壓調整器時，當設定點電壓增加時，電源電 壓可瞬時降低至一低位準。 本發明之概述 可程式電壓調整器，其自第一設定點電壓，以控制之速 率改變為第二設定點電壓。設定點信號為一多位元設定點 信號，其在調整器輸出中之改變速度，在可預定之設定點 或外部可控制設定點之間。以下揭示不同實施例。 圖式簡略說明 圖1為本發明併入一實施例之電壓調整器之方塊圖。

圖2為本發明併入另一實施例之電壓調整器之方塊圖。 圖3為本發明併入另一實施例之方塊圖。 圖4為本發明併入另一實施例之方塊圖。 圖5為本發明併入另一實施例之方塊圖。 詳細說明

圖1為併入本發明一實施例之電壓調整器之方塊圖。此 電壓調整器1 40，可能為一線性或切換調整器，其可提供 升壓或降壓之電壓調整，或為其他型式之電壓調整器，如 久為此技藝所知者，其接收一設定點控制信號1 3 2，該信 號設定由電壓調整器1 4 0可提供之理想輸出電/壓。設定點 信號132可耦合以供應一參考電壓至電壓調整器，或耦合 至電壓調整器之回輸迴路，或耦合至他處以控制，電壓調 整器之設定點電壓，如此技藝所塾知者。 本文所用設定點電壓一詞，為應由電壓調整器提供之理 想穩定輸出電壓。在電壓調整器1 4 0中之控制電路之操作 478233

:俾輪出電壓可與設定點電壓相同，並與 碉整琴14Π Λ栽或為設定點電壓之預定函數。如電壓 ^低、貞載增力〇 ’輸出電壓可能瞬間降低，如負載 2 ’則可能瞬間增加。在調整器中之控制電路作後可碉 回應φ輪出電壓之改變’以便將輪出電壓返 °點’如圖1中之電路由控制信號132所決定。

^電壓可程式電路包括一計數器i 〇 〇，數位比較器工i 〇， f盪器120及一數位至類比轉換器（DAC)130，產生二控制 信號132，其控制電壓調整器14〇之設定點電壓。電壓可程 ，電路接收設定點值118，含N位元（最好為並聯位元，亦 為串聯位元），位元代表理想設定點電壓，如數位比較 器1。1〇之輸入。計數100 位元輸出1〇2被耦合作為數位比 較器110之第二輸入。振盪器120由比較器110 (ENABLE低） 啟動後’以預定頻率在線丨2 2上提供一時脈信號，耦合至 計數器100之時脈輸入。

數位比較器1 1 0根據設定點值丨丨8及計數器輸出丨〇 2之比 較’提供輸出信號。如計數輸出1〇2等於設定點哮ι18，數 位比較器1 1 〇產生一相等信號（A = B)丨丨6，耦合至振盪器1 2〇 停止啟動（ENABLE高）振盪器，並使計數器輸出1 〇2保持在 現在之設定點值1 1 8。如計數輸出1〇 2小於設定點值1 1 8， 數位比較器1 1 0將提供小於（A<B )信號1 1 2至計數器1 0 0。此 時，相等信號（A=B)為低 '，以啟動（ENABLE低）振盪器120， 使計數器輸出1 0 2以振蓋x器之振盪頻率決定之速度增量。 如計數器輸出1 0 2大於設定點值1 1 8，數位比較器1 1 0產生

第6頁 478233 五、發明說明（4) ------ 一大於（A>B)信號114 ’相等信號（A = B)再度為低以啟動 (ENABLE低）振盛器120 ’俾以振盡器振盈頻率決定之速产 以此方式，·計數器1〇〇計數至第一設定點值118，並保持 該值。當數位比較器1 Γ0接收第二設定點值丨丨8，計數器、 100提供一數位使之增量順序，作為計數輸出1〇2，自第_ 設定點值11 8開始，至第二設定點值丨丨8終止，最好包括所 有中間值。數位值之順序係以供應至計數器丨〇〇之振盪器 120之頻率輸出122，成正比之速率產生。 由計數器100產生之計數輸出1〇2之數位值順序，耦合至 數位至類比轉換器（DAC)130 QDAC 130提供一類比輸出 132，與至DAC之數位輸入成比例或單調。類比輸出132耦 合至電壓調整器1 4 0，作為一信號一直接或間接控制電壓 調整器。電壓可程式電路之作業使DAC 13〇提供之程式信 號1 3 2改變’以響應設定點值丨丨8以有限之速度，由振盪器 120之頻率輸出122所控制之改變。於是電壓調整器14〇產 生之輸出電壓使其實質上與任何穩定狀態之設定點值118 ^比例，並響應由振盪器丨2 0之頻率輸出丨22控制速度之設 $點值11 8之步進改變，以限制自電源之衝入電流，此電 ς為迅速增加調整器之負載電壓所需。最好，由電壓程式 值路控制之調整器輸出之改變率，較調整器之響應為慢， σ周整器可合理跟隨改變率，而不注入大量瞬態進入系 統。 圖2為本發明典型實施例之方塊圖。電壓調整器丨4 〇含一 478233 五、發明說明（5) 類比較器，或誤差放大器150，其接收一程式信號2 32及自 調整器輸出1 44接收回輸信號，以提供一控制信號1 52給調 整器控制1 6 0。類比比較器一詞在一般意義上包括供所用 之特別調整器之控制放大器。

上述之計數器100，數位比較器11〇，及振盪器120作業 後可提共計數輸出102以響應數定點值118。一 DAC 230接 收計數器輸出102，及參考電壓134以產生程式信號232， 作為一與計數器輸出102與參考電壓134之預定函數成比例 之類比電壓。當設定點值11 8自第一設定點值改為第二設 定點值，計數器1〇〇，數位比較器110振盪器12〇及DAC i3〇 操作後，俾類比電壓1 44由第一設定點值限定之值，以振 盤器120之頻率輸出122決定之速率改變為由為二設定點值 限定之值。實際上，在此及其他電路中，類比比較器丨5 〇 可接收一與輸出1 4 4成比例之信號，作為回輪信號，尚可 含另外之輸出（未示出）如此技藝中知名者，以響應其他控 制參數。

”圖3為本發明另一典型實施例之方塊圖。此實施例中電 壓程式電路之振盪器320始終為啟動。振盪器之頻率由外 4 k供之頻率控制信號3 2 4控制（其可能為由外部組件設定 之頻率控制參數，一可控制之頻率控制信號，其本身為理 想頻率，或與理響頻率成比例），以提供輸出電壓144^可 程式之改變率，及可使渡越時間可基於可安全容忍之衝擊 電流之量所選擇。計數器30 〇未受時脈輸入影響，並在無 大於（Α>Β)信號314或小於（Α<Β)信號312證實時，保持計

第8頁 478233 五、發明說明（6) --------- 數。如時脈頻率或與理想頻率成比例之頻率係 振盡器可消除。電壓可程式電路否則以上述方式=了以 提供響應設訂點值118之計數輸出3〇2。 ” DAC 330接收增量計數器輪出3〇2，並產生一程 332 _置於電壓調㉟器34〇之回輸衰減。 回輸哀減/放大部份含一作業放大器35〇，其接收自調整器 輸出144之回輸信號及程式信號332，並產生一輪出電壓 352以響應計數輸出302及調整器輸出144。類比比較器15〇 接收作業放大器輸出電壓35 2及參考電壓134，以提供控制 信號1 5 2至調整器控制。此實施例否則如上述作業以提供 可調之類比電壓1 44，其以可控制速率響應設定點值之改 變。 圖4說明併入本發明另一實施例之電壓調整器之方塊 圖。電壓调整器1 4 0含類比比較器丨5 〇，其接收程式信號 452以控制設定點電壓，及電壓調整器14〇之其他電路 160 °電壓調整器140接收未調整之電壓丨42，及供應調整 後電壓144以響應程式信號452。

電壓程式電路包含數位至類比轉換器（DAC)43〇，作業放 大器450及一電容器456。設定點值118供應至DAC 430作為 數位輸入。DAC 430接收參考電壓134作類比輸入。結果’ DAC 430產生一類比輸出432以響應參考電壓134及設定點 值118。類比輸出432供應至一斜率產生器，其由作業放大 器450及電容器456組成。電容器456與放大器之輸出阻抗 共同提供電路之速率值。當設定值1 1 8自第一設定點改變

第9頁 478233 五、發明說明（7) 為第二設定點時，DAC 4 3 0及斜率產生器操作以提供程式 h遗4 5 2 ’作為作業放大器4 5 0之輪出，其以電容器4 5 6所 定之速率’自響應第一設定點值之值改變為響應第二設定 點值之一值。另一實施例中（未示出），設定點值可作為類 比電壓輸入方式供應至斜率產生器。DAC之迴轉速率限制 可用於圖1 ，2中之實施例中，以平滑由謹慎之DA(：步驟引 起之顆粒性。 程式信號4 5 2由類比比較器1 5 0與輸出電壓1 4 4比較以產 生誤差信號1 5 2，供應至電壓調整器丨4 〇之其他電路1 6 0以 調整輸出電壓1 44之位準。因此，可構成一閉合迴路系統 以調整輸出電壓1 4 4。當設定點值1 1 8自第一設定點值改變 為第二設定點值，作業放大器450之輸出452使輸出電壓 1 4 4自響應~第一設定值之值，以斜率產生器之電容器456之 速率值決定之速率，改變為響應第二設定值之一值。 圖5為胃併入本發明另一實施例之電壓調整器之方塊圖， 其適於提供電壓上升時之可控制之電壓增加。計數器5 〇 〇 為上升什數杰、’其保持在最低計數，當啟動信號5 1 6未證 實時，典1為零。當啟動證實後，計數器將振盪器52 〇提 供之時脈信號5 2 2加以計數至一最大值，典型為全1值。計 數器保持最大值不再轉動至最小值。計數器輸出值5 〇 2由 數位至類比轉換器（DAC ) 5 3 0轉換為類比信號5 3 2。在一實 施例中，DAC為乘法DAC，其再接收一類比設定點信號5 1 8 及產生一類比信號5 3 2，其與計數輸出值與設定點信號之 乘積成比例。電壓調整器1 4 0由一類比信號控制。啟動信

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電壓上 率上升 他實施 之圖式 士當有 神與範 制斜率 計數器 時，以一個單元 點值與 調整器 申，包 ，不構 特殊結 範疇。 一部份 解計數 器可由 範例之 化及其 設定點 定輸出 以增加 數器計 間之差 性調整 降壓構 明之限 性之裝 ’本發 器亦可 最大至 實施例 他實施 可固定 電壓。 時脈速 數，此 。此外 器，切 型。應 制。因 置，本 明可提供一可控制 為降壓計數器，在 最小。 予以說明 例，而不 號可作為 之電壓斜 本發明其 在伴隨 此技藝人 發明之精 態之可控 單向上升 響應設定 何型式之 任何技術 說明性質 於所示之 利範圍之 升順序之 。吾人瞭 例之計數 中，已以 許多之變 圍。例如 時間之固 。此外， 以上之計 電流計數 ，包括線 括升壓， 成對本發 構及說明 以提供一 此一實施 率或，差 計數器亦 ，本發明 換模式調 瞭解該實 此，本發 發明僅限 ，對精於 致有悖本 自關閉狀 例可用— 異較大 可使用其 可用於任 整器，及 施例僅為 明不受限 於申請專

第11頁 33 案號 89108321 · iU δ 圖式簡單說明 一p J Ui ξ Ί·;γ； j 100 計 數 器 102 計 數 器 輸 出 110 數 位 比 較 器 112 小 於 信 號 1 14 大 於 信 號 116 等 於 信 號 118 設 定 點 值 120 振 盪 器 122 預 定 頻 率 輸 出 130 數 位 至 類 比 轉換器 132 設 定 點 信 號 134 參 考 電 壓 140 電 壓 調 整 器 142 未 調 整 電 源 144 調 整 器 輸 出 150 類 比 比 較 器 (誤差放大器） 152 控 制 信 號 160 調 整 器 控 制 230 數 位 至 類 比 轉換器 232 程 式 信 號 300 計 數 器 302 計 數 器 輸 出 312 小 於 信 號 314 大 於 信 號 320 振 盪 器 修正

O:\64\64049.ptc 第12頁 478233 案號 89108321 r2 ^ _修正 圖式簡單說明 1 .. 324 頻率控制信號 330 數位至類 比轉換 器 332 程式信號 340 電壓調整 器 350 運算放大 器 352 輸出電壓 430 數位至類 比轉換 器 432 類比輸出 450 運算放大 器 452 程式信號 456 電容器 500 計數器 502 計數器輸 出 值 516 致能信號 518 類比設定 點 信號 520 振盪器 530 數位至類 比轉換 器 532 類比信號

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Claims (1)

1. 478233 案號 89108321 六、申請專利範圍 號 出 1 . 一種可程 一計數器 一第二計 式調整 ，具有 數器輸 器 包含 曰 修正 一第一計數器輸入耦合至一啟動信 入耦合至一時脈信號，及一計數器輸 一轉換器，具有一數位輸入耦合至計數器輸出，及一 類比輸出，其產生一響應數位輸入之一信號；及 收該類比輸出及響應該類比輸出，提 調整裝 供 調整 2 ·如申 器輸出在 3.如申 類比 比輸 如申 有一 應類4. 位比 入 ， 點信 較器 數， 間之 較器 及一 號， 輸出 及在 差。 器輸 請專 計數 請專 輸入 入° 請專 ，其 比較 該第 耦合 下降 置，接 出電壓 利範圍 器啟動 利範圍 搞合至 第1項之可程式調整器，其中之計數 時，自最小值計數至最大值。 第1項之可程式調整器，轉換器尚具 一類比設定點信號，此類比輸出更響 5. 如申請專 器為一數位至 6. 如申請專 至類比轉換器 利範圍第1項之可程式調整器，尚包含一數 具有一第一比較器輸入，一第二比較器輸 器輸出，該第一比較器輸入接收一數位設定 二比較器輸入耦合至計數器輸出，該第二比 至第一計器輸入，以啟動在上升方向之計 方向之計數以響應數位設定點與計數器輸出 利範圍第1項之可程式調整器，其中之轉換 類比轉換器。 利範圍第1項之可程式調整器，其中之數位 為乘法數位至類比轉換器。

   O:\64\64049.ptc 第14頁 478233 案號 89108321 :慨12:2.8-，'—二物年eUla 修正 六、申請專利範圍 l— ..................:: mi 7. 如申請專利範圍第1項之可程式調整器，尚含一具有 振盪器輸出之振盪器，該輸出耦合至第二計數器輸入以時 脈信號至該處。 其中之調整 其中之調整 其中之調整 其中之調整 其中之調整 8. 如申請專利範圍第1項之可程式調整器 裝置為一切換調整器裝置。 9 ·如申請專利範圍第1項之可程式調整器 裝置為一降壓調整器裝置。 10.如申請專利範圍第1項之可程式調整器 裝置為一升壓調整器裝置。 1 1 .如申請專利範圍第1項之可程式調整器 裝置為一線性調整器裝置。 1 2.如申請專利範圍第1項之可程式調整器 裝置為一反相調整器裝置。 1 3 . —種可程式調整器，包含： 一數位至類比轉換器，接收之數位設定點信號，及提 供一類比輸出； 一積分器，將類比輸出整合以產生積分器輸出；及 一調整裝置，接收積分器之輸出以及提供一調整器輸 出電壓，以響應積分器輸出。 其中之調 1 4.如申請專利範圍第1 3項之可程式調整器 整裝置為一切換調整器裝置。 其中之調 1 5.如申請專利範圍第1 3項之可程式調整器 整裝置為一降壓調整器裝置。 其中之調 1 6 ·如申請專利範圍第1 3項之可程式調整器

   O:\64\64049.ptc 第15頁 478233 案號 89108321

   9〇J2.’ 2 8 修正j 修正 你阜ί昼月:¾ 六、申請專利範圍 整裝置為一升壓調整器裝置。 17. 如申請專利範圍第13項之可程式調整器，其中之調 整裝置為一線性調整器裝置。 18. 如申請專利範圍第13項之可程式調整器，其中之調 整裝置為一反相調整器裝置。 19. 一種控制調整器輸出之方法，包含； 計數一時脈信號以產生一數位計數； 轉換數位計數為類比信號；及 以類比信號控制調整裝置之輸出。 2 0 .如申請專利範圍第1 9項之方法，尚包含接收類比設 定點信號，其中之輸出由一類比設定信號控制，在計數啟 動時，其中之計數由最小值計數至最大值。 2 1 ·如申請專利範圍第1 9項之方法，尚含； 接收一數位設定點；及 將數位設定點與數位計數加以比較，以想要的速率增 加或降低數位計數，以達到數位設定點。 2 2.如申請專利範圍第1 9項之方法，其中該轉換數位計 數為類比信號包含以一數位至類比轉換器，轉換數位計數 為類比信號。 2 3.如申請專利範圍第1 9項之方法，其中該轉換數位計 數為類比信號，包含以一乘法數位至類比轉換器轉換數位 計數為類比信號。 2 4.如申請專利範圍第2 1項之方法，其中該數位設定點 與數位計數間之差，係利用一時脈計數器以想要的速率累

   O:\64\64049.ptc 第16頁 _ 478233 '.. . 「 Γ-.'1 -丄一ί 案號89108321 ; 於）4 Θ月jy?日 修正 六、申請專利範圍 積。 2 5.如申請專利範圍第2 1項之方法，其中該數位設定點 與數位計數間之差，係利用一時脈升/降計數器以一想要 的速率累積。 2 6.如申請專利範圍第1 9項之方法，其中之以類比信號 控制調整裝置之輸出，含控制切換調整裝置之輸出。 2 7.如申請專利範圍第1 9項之方法，其中以類比信號控 制調整裝置之輸出，含控制降壓調整裝置之輸出。 2 8.如申請專利範圍第1 9項之方法，其中以類比信號控 制調整裝置之輸出，含控制升壓調整裝置之輸出。 2 9.如申請專利範圍第1 9項之方法，其中以一類比信號 控制調整裝置之輸出，含控制一線性調整裝置之輸出。 3 0.如申請專利範圍第1 9項之方法，其中以一類比信號 控制調整裝置之輸出，含控制一反相調整裝置之輸出。 3 1 . —種用以控制一可程式調整器之方法，包含： 提供一數位設定點信號； 轉換一數位設定點信號為一類比信號； 限定該類比信號之改變率；及 控制一調整裝置以響應該類比信號。 3 2.如申請專利範圍第3 1項之方法，其中控制調整裝置 之方法含控制一切換調整裝置。 3 3.如申請專利範圍第3 1項之方法，其中控制調整裝置 之方法含控制降壓調整裝置。 3 4.如申請專利範圍第3 1項之方法，其中控制調整裝置

   O:\64\64049.ptc 第17頁 478233 案號 89108321 f2f 90. 午 /J η ι年心月滅丨日 Jii 修正 六 申請專利範圍 — 一 之方法含控制升壓調整裝置。 3 5 .如申請專利範圍第3 1項之方法，其中控制調整裝置 方法含控制一線性調整裝置。 3 6 .如申請專利範圍第3 1項之方法，其中控制調整裝置 方法含控制一反相調整裝置。 37. —種控制一調整器之輸出之方法，含； 提供一數位設定點信號； 比較該數位設定點信號與一數位計數； 如該數位計數小於該數位設定點信號，則增量數位計 之 之 數 數 之 轉 為 數 號 號 積 如該數位計數大於該數位設定點信號，則減量數位計 以該數位計數控制調整裝置之輸出。 3 8.如申請專利範圍第3 7項之方法，其中控制調整裝置 輸出之方法尚包含，以數位至類比轉換器將該數位計數 換為類比信號，及以類比信號控制該調整裝置之輸出。 3 9 ·如申請專利範圍第3 8項之方法，其中轉換數位計數 類比信號之方法，包含以乘法數位至比轉換器將數位計 轉換為類比信號。 4 0 .如申請專利範圍第3 7項之方法，其中數位設定點信 與數位計數間之差，利用一時脈計數器予以累積。 4 1 ·如申請專利範圍第3 7項之方法，其中之數位設定信 與數位計數間之差，利用一時脈升/降計數器予以累

   O:\64\64049.ptc 第18頁 478233 Ί }Ί_____________________ :.A.·-· —,、ί 案號 89108321 f〇 年 日 修正__ 六、申請專利範圍 4 2.如申請專利範圍第3 8項之方法，其中以類比信號控 制調整裝置之輸出方法，含控制切換調整裝置之輸出。 4 3.如申請專利範圍第3 8項之方法，其中以類比信號控 制調整裝置之輸出方法含，控制降壓調整裝置之輸出。 4 4.如申請專利範圍第3 8項之方法，其中以類比信號控 制調整裝置之輸出方法，含控制升壓調整裝置之輸出。 4 5 .如申請專利範圍第3 8項之方法，其中以類比信號控 制調整裝置之輸出方法，含控制一線性調整裝置之輸出。 4 6.如申請專利範圍第3 8項之方法，其中一類比信號控 制一調整裝置之方法，含控制反相裝置之輸出。 47. —種控制一可程式調整器之方法，含： _ 提供一數位設定點信號； 轉換該數位設定點信號為一類比信號； 耦合該類比信號以產生控制信號；及 控制一調整裝置以響應控制信號。 4 8.如申請專利範圍第4 7項之方法，其中控制調整裝置 之方法，含控制切換調整裝置。 4 9.如申請專利範圍第4 7項之方法，其中控制調整裝置 之方法，含控制降壓調整裝置。 5 〇 .如申請專利範圍第4 7項之方法，其中控制調整裝置 之方法，含控制升壓調整裝置。 5 1 .如申請專利範圍第4 7項之方法，其中控制調整裝置 _ 之方法，含控制一線性調整裝置。 52.如申請專利範圍第47項之方法，其中控制調整裝置

   O:\64\64049.ptc 第19頁 478233 90.12, 2 8 修正 案號 89108321 六、申請專利範圍 —— 之方法，含控制一反相調整裝置 1BI 第20頁 O:\64\64049.ptc