TWI401871B - 多重輸出之切換式電源供應器及其控制方法 - Google Patents

多重輸出之切換式電源供應器及其控制方法 Download PDF

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Description

多重輸出之切換式電源供應器及其控制方法
本發明係有關一種多重輸出之切換式電源供應器及其控制方法，特別是指一種藉由不同的輸出電容連接方式而變換輸出電壓或降低電容規格的切換式電源供應器，以及其控制方法。
在本案申請人所獲得之美國專利第7,327,124號案中，提出一種升壓反壓式切換電源供應器。如第1圖所示，單輸入多輸出電壓轉換器1包含功率電晶體S1~S4和電感L；其中功率電晶體S1,S2和電感L構成反壓式切換電源供應器，將輸入電壓Vin轉換成第一輸出電容Cout1上之負電壓，作為第一輸出電壓Vout1；此外，功率電晶體S3,S4和電感L構成升壓式切換電源供應器，將輸入電壓Vin轉換成第二輸出電容Cout2上之正電壓，作為第二輸出電壓Vout2，此第二輸出電壓Vout2高於輸入電壓Vin。
本發明針對上述先前技術之輸出電容連接方式進一步創新，提出一種具有多重輸出的切換式電源供應器，以及其控制方法。
本發明之第一目的在提供多重輸出之切換式電源供應器，藉由不同的輸出電容連接方式而變換輸出電壓或降低 電容規格。
本發明之第二目的在提供一種多重輸出之切換式電源供應器的控制方法。
為達上述之目的，就其中一個觀點，本發明提供了一種多重輸出之切換式電源供應器，包含：一單輸入多輸出電壓轉換器，將一輸入電壓轉換為第一節點上之第一輸出電壓和第二節點上之第二輸出電壓；輸入電容，其與該輸入電壓連接於一輸入節點；第一輸出電容，其一端與第一節點連接；以及第二輸出電容，其一端與第二節點連接；其中，第一輸出電容之另一端與第二輸出電容之另一端為以下組合方式之一：(1)第一輸出電容之另一端接地，第二輸出電容之另一端與輸入節點連接；(2)第一輸出電容之另一端接地，第二輸出電容之另一端與第一節點連接；(3)第一輸出電容之另一端與輸入節點連接，第二輸出電容之另一端接地；(4)第一輸出電容之另一端與輸入節點連接，第二輸出電容之另一端與輸入節點連接；(5)第一輸出電容之另一端與輸入節點連接，第二輸出電容之另一端與第一節點連接；(6)第一輸出電容之另一端與第二節點連接，第二輸出電容之另一端接地；(7)第一輸出電容之另一端與第二節點連接，第二輸出電容 之另一端與第一節點連接。
此外，根據另一觀點，本發明也提供了一種多重輸出之切換式電源供應器，包含：一單輸入多輸出電壓轉換器，將一輸入電壓轉換為第一節點上之第一輸出電壓和第二節點上之第二輸出電壓；輸入電容，其與該輸入電壓連接於一輸入節點；第一輸出電容，其一端與第一節點連接；以及第二輸出電容，其一端與第二節點連接；其中，第一輸出電容之另一端可在接地、輸入節點與第二節點間切換，且/或第二輸出電容之另一端可在接地、輸入節點與第一節點間切換。
又，根據另一觀點，本發明也提供了一種多重輸出之切換式電源供應器的控制方法，包含：提供一單輸入多輸出電壓轉換器，此單輸入多輸出電壓轉換器將一輸入電壓轉換為第一節點上之第一輸出電壓和第二節點上之第二輸出電壓；提供一輸入電容，其與該輸入電壓連接於一輸入節點；提供一第一輸出電容，其一端與第一節點連接；提供一第二輸出電容，其一端與第二節點連接；以及操作該第一輸出電容之另一端與該第二輸出電容之另一端，使其連接方式為以下之一：(1)第一輸出電容之另一端接地，第二輸出電容之另一端與輸入節點連接；(2)第一輸出電容之另一端接地，第二輸出電容之另一端與第一節點連接；(3)第一輸出電容之另一端與輸入節點連接，第二輸出電容 之另一端接地；(4)第一輸出電容之另一端與輸入節點連接，第二輸出電容之另一端與輸入節點連接；(5)第一輸出電容之另一端與輸入節點連接，第二輸出電容之另一端與第一節點連接；(6)第一輸出電容之另一端與第二節點連接，第二輸出電容之另一端接地；(7)第一輸出電容之另一端與第二節點連接，第二輸出電容之另一端與第一節點連接。
上述多重輸出之切換式電源供應器與其控制方法中，第一輸出電容之另一端和第二輸出電容之另一端的連接方式可為固定，或個別在兩種或三種連接方式間切換。
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；其中，相似的元件以相同的符號來標示。
請參考第2圖，本發明的主要概念在於將輸出電容的連接方式予以變化。如圖所示，第一輸出電容Cout1除了一端(以下稱為上端)與第一輸出電壓Vout1之節點B連接外，其另一端(以下稱為下端)可以接地、與輸入電壓Vin之節點A連接、或與第二輸出電壓Vout2之節點C連接。第二輸出電容Cout2除了一端(以下稱為上端)與第二輸出電壓Vout2之節點C連接連接外，其另一端(以下 稱為下端)可以接地、與輸入電壓Vin之節點A連接、或與第一輸出電壓Vout1之節點B連接。
視整體電路應用上的需要，第一輸出電容Cout1和第二輸出電容Cout2的下端可以固定採用其中一種連接方式，或使用選擇器，第一輸出電容Cout1的下端在接地、節點A、節點C的其中兩種或三種間切換，第二輸出電容Cout2的下端在接地、節點A、節點B的其中兩種或三種間切換。
當第一輸出電容Cout1和第二輸出電容Cout2的下端均接地時，第2圖電路即等同於第1圖之電路，假設此時之輸入電壓為Vin，第一輸出電壓Vout1為－V1，第二輸出電壓Vout2為＋V2。那麼，當第一輸出電容Cout1和第二輸出電容Cout2的下端變換連接方式時，可提供多種不同的輸出電壓，或是降低輸出電容的規格需求。
詳言之，第3圖示出第一種變化連接方式，其中第一輸出電容Cout1的下端接地，第二輸出電容Cout2的下端則連接到節點A。此種連接方式所提供之第一輸出電壓Vout1仍然為－V1，第二輸出電壓Vout2則可同樣為＋V2，但優點在於第二輸出電容Cout2和輸入電容Cin共同提供電壓＋V2，因此第二輸出電容Cout2可使用較低規格的電容。本領域業者皆知，電容規格每升高一級(亦即使用較高一級規格的電容器)，成本即相對增加約兩倍，因此若能使用較低規格的電容，將能有效降低成本。或是，如使用與第1圖電路相同規格的電容作為第二輸出電容Cout2，則第二輸 出電壓Vout2則可大於＋V2。
第4圖示出第二種變化連接方式，其中第一輸出電容Cout1的下端接地，第二輸出電容Cout2的下端則連接到節點B，亦即第一輸出電容Cout1的上端。此種連接方式所提供之第一輸出電壓Vout1仍為－V1，第二輸出電壓Vout2則為＋V2－V1，換言之可以提供－V1和＋V2之外另一種不同的電壓。
第5圖示出第三種變化連接方式，其中第一輸出電容Cout1的下端連接到節點A，第二輸出電容Cout2的下端則接地。此種連接方式所提供之第二輸出電壓Vout2仍為＋V2，第一輸出電壓Vout1則為Vin－V1，亦即可以提供－V1和＋V2之外又一種不同的電壓。
第6圖示出第四種變化連接方式，其中第一輸出電容Cout1和第二輸出電容Cout2的下端都連接到節點A。此種連接方式所提供之第一輸出電壓Vout1為Vin－V1，第二輸出電壓Vout2則可為＋V2(使用較第1圖規格低的電容)或大於＋V2(使用與第1圖相同規格的電容)，換言之一方面可以提供－V1和＋V2之外不同的電壓，另方面第二輸出電容Cout2可使用較低規格的電容。
第7圖示出第五種變化連接方式，其中第一輸出電容Cout1的下端連接到節點A，第二輸出電容Cout2的下端則連接到節點B，亦即第一輸出電容Cout1的上端。此種連接方式所提供之第一輸出電壓Vout1為Vin－V1，第二輸出電壓Vout2則為＋V2＋Vin－V1，可以提供－V1和＋V2之外多種 不同的電壓。
第8圖示出第六種變化連接方式，其中第一輸出電容Cout1的下端連接到節點C，亦即第二輸出電容Cout2的上端，第二輸出電容Cout2的下端則接地。此種連接方式所提供之第二輸出電壓Vout2仍為＋V2，第一輸出電壓Vout1則為＋V2－V1。
第9圖示出第七種變化連接方式，其中第一輸出電容Cout1的下端連接到節點C，亦即第二輸出電容Cout2的上端，第二輸出電容Cout2的下端則連接到節點A。此種連接方式所提供之第一輸出電壓Vout1為＋V2＋Vin－V1，第二輸出電壓Vout2則可為＋V2(使用較第1圖規格低的電容)或大於＋V2(使用與第1圖相同規格的電容)。
以上各實施例整理如下：
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。對於熟悉本技術者，當可在本發明精神內，立即思及各種等效變化；例如，所示直接連接的各元件間，可插入不影響電路功能的其他元件；部分功率電晶體可用二極體取代；等等。故凡依本發明之概念與精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
1‧‧‧單輸入多輸出電壓轉換器
A,B,C‧‧‧節點
Cin‧‧‧輸入電容
Cout1‧‧‧第一輸出電容
Cout2‧‧‧第二輸出電容
L‧‧‧電感
S1~S4‧‧‧功率電晶體
Vout1‧‧‧第一輸出電壓
Vout2‧‧‧第二輸出電壓
圖式說明：
第1圖為先前技術之升壓反壓式切換電源供應器的示意電路圖。
第2圖示意顯示本發明的概念。
第3圖至第9圖示出本發明之實施例。
1‧‧‧單輸入多輸出電壓轉換器
A,B,C‧‧‧節點
Cin‧‧‧輸入電容
Cout1‧‧‧第一輸出電容
Cout2‧‧‧第二輸出電容
L‧‧‧電感
S1~S4‧‧‧功率電晶體
Vout1‧‧‧第一輸出電壓
Vout2‧‧‧第二輸出電壓

Claims (5)

  1. 一種多重輸出之切換式電源供應器，包含：一單輸入多輸出電壓轉換器，將一輸入電壓轉換為第一節點上之第一輸出電壓和第二節點上之第二輸出電壓，其中，該單輸入多輸出電壓轉換器係一單電感切換式電源供應電路；輸入電容，其與該輸入電壓連接於一輸入節點；第一輸出電容，其一端固定連接於第一節點；以及第二輸出電容，其一端固定連接於第二節點；其中，第一輸出電容之另一端與第二輸出電容之另一端可於以下連接方式中之至少兩種連接方式間切換：(1)第一輸出電容之另一端接地，第二輸出電容之另一端與輸入節點連接；(2)第一輸出電容之另一端接地，第二輸出電容之另一端與第一節點連接；(3)第一輸出電容之另一端與輸入節點連接，第二輸出電容之另一端接地；(4)第一輸出電容之另一端與輸入節點連接，第二輸出電容之另一端與輸入節點連接；(5)第一輸出電容之另一端與輸入節點連接，第二輸出電容之另一端與第一節點連接；(6)第一輸出電容之另一端與第二節點連接，第二輸出電容之另一端接地；(7)第一輸出電容之另一端與第二節點連接，第二輸出電容之另一端與第一節點連接； (8)第一輸出電容之另一端與第二輸出電容之另一端均接地。
  2. 一種多重輸出之切換式電源供應器，包含：一單輸入多輸出電壓轉換器，將一輸入電壓轉換為第一節點上之第一輸出電壓和第二節點上之第二輸出電壓，其中，該單輸入多輸出電壓轉換器係一單電感切換式電源供應電路；輸入電容，其與該輸入電壓連接於一輸入節點；第一輸出電容，其一端固定連接於第一節點；以及第二輸出電容，其一端固定連接於第二節點；其中，第一輸出電容之另一端可在接地、輸入節點與第二節點間切換。
  3. 一種多重輸出之切換式電源供應器，包含：一單輸入多輸出電壓轉換器，將一輸入電壓轉換為第一節點上之第一輸出電壓和第二節點上之第二輸出電壓，其中，該單輸入多輸出電壓轉換器係一單電感切換式電源供應電路；輸入電容，其與該輸入電壓連接於一輸入節點；第一輸出電容，其一端固定連接於第一節點；以及第二輸出電容，其一端固定連接於第二節點；其中，第二輸出電容之另一端可在接地、輸入節點與第一節點間切換。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之多重輸出之切換式電源供應器，其中該第一輸出電容之另一端可在接地、輸入節點 與第二節點間切換。
  5. 一種多重輸出之切換式電源供應器的控制方法，包含：提供一單輸入多輸出電壓轉換器，此單輸入多輸出電壓轉換器將一輸入電壓轉換為第一節點上之第一輸出電壓和第二節點上之第二輸出電壓，其中，該單輸入多輸出電壓轉換器係一單電感切換式電源供應電路；提供一輸入電容，其與該輸入電壓連接於一輸入節點；提供一第一輸出電容，其一端固定連接於第一節點；提供一第二輸出電容，其一端固定連接於第二節點；以及提供切換開關於該第一輸出電容之另一端與該第二輸出電容之另一端，使第一輸出電容之另一端與第二輸出電容之另一端可於以下連接方式中之至少兩種連接方式間切換：(1)第一輸出電容之另一端接地，第二輸出電容之另一端與輸入節點連接；(2)第一輸出電容之另一端接地，第二輸出電容之另一端與第一節點連接；(3)第一輸出電容之另一端與輸入節點連接，第二輸出電容之另一端接地；(4)第一輸出電容之另一端與輸入節點連接，第二輸出電容之另一端與輸入節點連接；(5)第一輸出電容之另一端與輸入節點連接，第二輸出電容之另一端與第一節點連接； (6)第一輸出電容之另一端與第二節點連接，第二輸出電容之另一端接地；(7)第一輸出電容之另一端與第二節點連接，第二輸出電容之另一端與第一節點連接；(8)第一輸出電容之另一端與第二輸出電容之另一端均接地。
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