TWI341965B - Voltage regulator and method for generating indicator signal in voltage regulator - Google Patents

Description

1341965 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種穩壓電路(Voltage Regulator)，特別 是指一種可提供指標訊號給負載端的穩壓電路，以及相 之方法。 9 【先前技術】 為因應負載端之需要，穩壓電路可能必須輸出指標訊 號供負載端參考。例如，當負載端為某些中央處理器時， 穩壓電路可能必須提供功率資訊，以令該中央處理器得以 在最佳之電流電壓關係下操作，並根據之而調整操 等等。 詳吕之，請參閱第1圖，某些中央處理器的規格中， 要求當負舰流上料，供應錢必珊應下降；其對應 之電"IL電壓關係圖如第2圖，實線表示所欲之電流電壓關 係，其斜率為Rll (Rll之值根據規格來決定），虛線表示可 容許的誤差範圍。 因應此種要求，穩壓電路需從電路外部取得電流資 訊回饋電路内部，藉以反饋控制其所輸出的電壓。請參 ，第3圖，穩塵電路10内部包括誤差放大H 12、穩壓電路 杈組（Voltage RegulatorM〇dule，VRM) 14、和驅動間 16、 18。自輸出端所取得的輸出電M Vout (根據電路設計，可 以不必直鮮取輸出碰彻，而可鮮取輸出電屢伽 的某-比例值），經降壓後與參考電麗v 輸入穩壓電路模組14，蕤以连座卜丁抵知止, 、、凡Η糟以產生上下橋控制訊號，透過驅 5 動開16、18，分別控制上下橋電晶體開關Q2。除此 之外’穩壓電路模組14另自電路外部萃取負載電流資訊， $通常的作法是感測電感L上的電流，此即代表負載電流 資訊，並將該訊號回饋輸入穩壓電路模組14。如此，穩壓 電路模組14即可根據負載電流資訊和第2圖之電流電壓關 係，並根據誤差放大器12的比較結果，產生所欲的輸出電 壓Vout。圖示之電阻Rdcr表示電感匕的寄生電阻，而感測 電感L電流的方法，通常是感測此電阻Rdcr上之跨壓以 該電壓訊號代表電流資訊。感測電阻^^“上之跨壓的實際 作法可參閱第4圖，將電感L與串聯之電阻和電容並聯， 並取電容上的跨壓，經轉導放大器15轉換成電流後，即為 所欲的電流資訊。 ‘ 然而，由於電感L的寄生電阻Rdcr具有正溫度係數 (positive temperature coefficient，PTC )，其與溫度具有正相 關性，因此根據電阻Rdcr之跨壓來產生電流資訊，在某些 溫度範圍外會不準確。所以，如第3圖所示，使用該電流 資訊時，必須在電路設計上搭配具有溫度係數的電阻，以 消除溫度的影響，例如圖中之Rntci ’即為具有負溫度係數 (negative temperature coefficient, NTC )的電阻，以使誤差 放大器12的輪出帶有溫度係數，如此，即可在穩壓電路模 組14中，消除溫度的影響。 如前所述’除了產生所欲的輸出電壓V〇ut之外，穩壓 電路10還必須提供功率資訊（負載電流與輸出電壓的乘 積）。然而，若直接使用根據電阻Rdcr跨壓而得的電流資 1341965 訊來計算神會因為溫度料而造成科確。對此， S知技術的作法疋如第4圖所示額外另行設置NTC電阻 Rntd ’來電流f訊上的溫度餘，並朗已消除溫度 係數後的電机> 戒來計算功率。此作法需要設置額外的 NTC trn ’而NTC電阻成本相當高（若使用PTC電阻， 成本更南），且當負載端使用多相式的穩壓電路時即需要 額外提供對應數㈣NTC或PTC電阻，顯然並不理想。 有鑑於此’顯然需要一種不需要增加高成本元件，即 可提供指標訊號給負載端的穩壓電路。 【發明内容】 有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出 一種能夠產生指標訊號之穩壓電路，以解決前述困擾。所 謂指標資訊可以是功率資訊（負載電流與輸出電壓的乘 積）’或是負載電流資訊及/或輸出電壓資訊。 本發明之第二目的在提供一種對應的產生指標訊號之 方法。 為達上述之目的，在本發明的其中一個態樣中，提供 了一種穩壓電路，其產生控制訊號，以將一輸入電壓轉換 為一輸出電壓，該穩壓電路包含：一穩壓電路模組，根據 代表該輸出電壓之訊號與代表一參考電壓之訊號間之比 較，而產生前述控制訊號；以及一放大器，將代表該輸出 電壓之訊號與代表該參考電壓之訊號間之差值放大，以產 生第一指標訊號。 7 在一個較佳實施例中，該放大器包含：一運算放大器， 二輪入端之一與該代表參考電壓之訊號電連接，另一輸入 ，透過第-電_無代表輸出電壓之減電連接；一電 5 ’其.受控於該運算放大器之輸出；—電流鏡，將 Μ通過該電晶體的錢成比儀至—路徑上；以及一 第二電阻’位於該路徑上。 根據另一觀點，本發明也提供一種在穩壓電路中產生 指標訊號的方法，包含町步驟：提供-讎電路，以產 ^控制訊號’將-輸人電壓轉換為—輸出電壓；以及將代 5亥輸出電壓之訊號與—參考電壓之差值放大，以產生第 一指標訊號。 底下藉由對具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發 明之目的、技術内容、_及其所達成之功效。 【實施方式】 在本發明中，並不需要設置額外的NTC/PTC電阻， 即可產生辨或其他指標資訊。魏請參考第5圖之示意 電路圖’如ϋ所示’在本實施例之穩壓電路％中係使用 個K倍運算放大器13 ’其兩輸人端分別接收輸出電壓 (或與輪出電壓Vout對應的某個比例值）和參考 财咬並根據其差值產生〖倍_出。 電益 照第5圖、第1圖與第2圖，若令輸出_為V〇ut， 、為 I|〇ad，斜率為 Rll，則 Vout = I_ X Ru，ΔΥ = ΔΙ_ X RLL。參考電壓Vref和輸出電壓V〇ut的差值即為Λν，: 1341965 透過運算放大器13的放大倍率κ的適當安排，運算玫大器 13的輪出即可代表電流資訊的某種倍數。 Κ倍運鼻放大器13有多種實施方式；例如請參閱第6 圖，由運算放大器131和電晶體Qn的反饋平衡機制，節 點處的電壓將平衡在參考電壓Vref的位準，且電流鏡 132會將路徑100上的電流複製至路徑2〇〇之上，因此節= P2處的電壓將等於(Vref_ v〇ut) x幻况卜而犯似即等於 K。本實施例的優點在於，藉由更換不同阻值的電阻，即可 _ 調整K值（對應於調整rll值）。 第5圖中以虛線表示穩壓電路2〇為一顆積體電路，且 K倍運真放大器13位於該積體電路的内部，但此僅為其中 一種實施方式。穩壓電路20不必一定為單一積體電路，而 K倍運算放大器13也不必一定完全位於該積體電路的内 部。例如，假設有必要從積體電路外部來調整&值，則可 將電阻R1與R2設置在積體電路的外部，以便利更換不同 阻值的電1¾•。此時，節點P1與P2即可作為積體電路的接 • 腳位置。 ® 7圖電路示出本發明的另—實_，在本實施例中 S供了-個乘法g 19’將負載電流資訊與輸出電壓資訊相 乘，以直接輸出功率資訊。電路之其他部分與第5圖實施 例相似，不另說明。 與先前技術相較’本發明之電阻R1、幻並不需要使用 NTC/PTC電1¾ ’其所產生之電流資喊功率資訊均無溫 度係數的困擾，因此較先前技術為佳。 9 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内容而已， 並非用來限定本㈣之_制。對_悉本技術者，當 可在本發明精相，立即思及各種等效變化。例如，圖示 各實施例皆係⑽換式關電路為例，但本發明亦可適用 於其他類型的顧電路巾’如線性降壓電路、切換式升屋 電路、切換式升降壓電路、切換式反壓電路等等。又如， 將參考電塵醫與触賴VGUt之差做A的方式，亦不 限於使用如第6騎私κ倍放Μ。故凡依本發明之概 念與精神所為之均㈣化或修飾，均應包括於本發明之申 請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 圖式說明： =1 _示某些處理器所要求的負載電流與供應電麼 t關係。 第2圖顯示電流電壓關係圖。 第3圖示出先前技術之示意電路圖。 =圖，出先刖技術之穩壓電路模組的内部結構。 第5圖示出本發明第-實施例的示意電路圖。 第6圖舉例說明K倍運算放大器之具體結構。 第7圖示出本發明第二實施例的示意電路圖。 【主要元件符號說明】 1341965 10穩壓電路 12誤差放大器 13 K倍運算放大器 14穩壓電路模組 15轉導放大器 16驅動閘 18驅動閘 19乘法器 20穩壓電路 100,200 路徑 131運算放大器 132電流鏡 L電感 P1,P2節點 Q1，Q2,Q13電晶體 R電阻 R1,R2電阻

Rdcr電感寄生電阻

Rntc 1, Rntc2負溫度係數電阻

Claims (1)

1341965 • 第Ο961397]9號專利申請案申請專利範圍修正本(無劃線版） |D〇 ： ^ ^ 十、申請專利範圍： 1. -種穩壓電路，其產生控制訊號，以將—輸入賴轉 換為-輸出電壓並提供-輸出電流，該穩壓電路包含： -穩壓電賴組’職代表該輸$電壓之訊號與代表 -參考電壓之訊制之比較’喊生前述控制訊號；以 及 -放大ϋ ’將代表該輸itj電壓之訊號與代表該參考電 壓之訊號間之差值放大’以產生第一指標訊號，此第一指 標訊號代表該輸出電流之值。 2. 如申請專利範圍第1項所述之穩壓電路，更包含有一 個乘法器，將該第一指標訊號與該代表輸出電壓之訊 乘，而產生第二指標訊號，此第二指標訊號代表輸出功^ 之值。 3. 如申請專利範圍第1項所述之穩壓電路，其中該輸出 電壓供應給一負載電路，且該放大器之放大倍數係根據此 負載電路之規格而決定。 4. 如申請專利範圍第1項所述之穩壓電路，其中該放大 器包含： 運鼻放大器，其輸入端之一與該代表參考電壓之訊 號電連接，另一輸入端透過第一電阻而與該代表輸出電壓 之訊號電連接； 一電晶體’其閘極受控於該運算放大器之輸出； 一電流鏡’將該通過該電晶體的電流成比例地複製至 一路徑上；以及 一第二電阻，位於該路徑上。 12 第0961397丨9號專利申請案申請專利範圍修正本(無剡線版) 5. 如申請專利範圍第4項所述之穩壓電路，其中該穩壓 電路模組、運算放大器、電晶體、電流鏡整合於—積體電 路之内，而該第一與第二電阻則位於該積體電路外部。 6. 如申請專利範圍第4項所述之穩壓電路，其中該輸出 電壓供應給一負載電路，且該第二與第一電阻之比值係根 據此負載電路之規格而決定。 7. 種在穩壓電路中產生指標訊號的方法，包含以下步 驟· 提供一穩壓電路，以產生控制訊號，將一輸入電壓 轉換為一輸出電壓；以及 將代表該輸出電壓之訊號與一參考電壓之差值放 大，以產生第一指標訊號，此第一指標訊號代表該輸出 電流之值。 8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，更包含：將該第 —指標訊號與該代表輸出電壓之訊號相乘，而產生第二指 ‘δΚ?虎，此第一指標訊號代表輸出功率之值。