TWI401873B - 降壓式變換電路 - Google Patents

Description

降壓式變換電路

本發明涉及一種降壓式變換電路，尤其涉及一種應用於電腦主板的降壓式變換電路。

習知之降壓式變換電路（Buck電路）一般包括場效應管，以作為電子開關。然而於該等場效應管關閉時，電路中將產生振盪，並使得場效應管汲極與源極之間產生過高之尖峰電壓Vds。該尖峰電壓Vds可能使得該場效應管擊穿，甚至損壞場效應管。因此，一般需要於場效應管的汲極與源極之間並聯一包括電阻及電容之緩衝電路，並藉由選擇較佳之電阻及電容，以調節電路參數，降低場效應管之尖峰電壓。

習知之設計一般是利用人工依次將不同阻值之電阻及不同容量之電容分別接入Buck電路，以獲得相應之尖峰電壓值Vds，進而獲得對應最低尖峰電壓值Vds下的最佳電阻及電容。然而，該種方法必須不斷地將電阻及電容焊接至電路之相應位置，操作十分不便，且浪費大量之人力與時間。

鑒於以上內容，有必要提供一種可自動獲得最佳電阻的降壓式變換電路。

一種降壓式變換電路，該降壓式變換電路包括電壓輸入端、第一場效應管、第二場效應管、PWM驅動單元、電壓採樣單元、第一電阻調節單元、第二電阻調節單元、控制單元及電壓輸出端，第一電阻調節單元連接於PWM驅動單元與第一場效應管的柵極之間，第二電阻調節單元連接於PWM驅動單元與第二場效應管的柵極之間，控制單元與該第一電阻調節單元連接以改變第一電阻調節單元的電阻值，控制單元與該第二電阻調節單元連接以改變第二電阻調節單元的電阻值，電壓採樣單元採集第二場效應管的漏極與源極之間的尖峰電壓，控制單元與電壓採樣單元連接以接收電壓採樣單元的輸出結果。

通過將不同阻值的第一電阻調節單元及第二電阻調節單元自動載入至降壓式變換電路，並通過控制單元分別獲得相對應的尖峰電壓。如此，用戶可方便地從中選擇出可使得第二場效應管中漏極與源極間的尖峰電壓最小的最佳電阻值。

請參照圖1及圖2，本發明較佳實施方式提供降壓式變換電路10，包括電壓輸入端Vin、PWM（pulse width modulation，脈寬調製）驅動單元11、第一場效應管Q1、第二場效應管Q2、電壓採樣單元15、控制單元12、第一電阻調節單元13、第二電阻調節單元14、開關單元16、顯示單元17及電壓輸出端Vout。

電壓輸入端Vin連接至第一場效應管Q1的漏極，以將外部電源輸入降壓式變換電路10中。第一場效應管Q1的源極連接至第二場效應管Q2的漏極。第二場效應管Q2的漏極通過串聯的電感L及第二電容C2接地。該電壓輸出端Vout連接至串聯的電感L及第二電容C2之間，以輸出一驅動電壓給負載。

第二場效應管Q2的源極接地，第二場效應管Q2的漏極與源極之間並聯一緩衝單元18。該緩衝單元18包括串聯的第一電阻R1和第一電容C1，其中第一電阻R1與第二場效應管Q2的漏極連接，第一電容C1接地。

PWM驅動單元11通過第一電阻調節單元13連接至第一場效應管Q1的柵極，PWM驅動單元11通過第二電阻調節單元14連接至第二場效應管Q2的柵極。PWM驅動單元11用於分別為第一場效應管Q1及第二場效應管Q2提供高通驅動信號及低通驅動信號，以分別控制第一場效應管Q1及第二場效應管Q2的截止與導通，使得第一場效應管Q1及第二場效應管Q2交替導通。

該控制單元12為單片機，包括第一切換引腳組RB0-RB3、第二切換引腳組RB4-RB7、測試引腳RA0、開關引腳RA1、一組控制引腳RA2-RA5、一組資料引腳RC0-RC7。該第一切換引腳組RB0-RB3連接至第一電阻調節單元13，用於將不同的電阻載入至PWM驅動單元11與第一場效應管Q1的柵極之間。該第二切換引腳組RB4-RB7連接至第二電阻調節單元14，用於將不同的電阻載入至PWM驅動單元11與第一場效應管Q1的柵極之間。該測試引腳RA0連接至電壓採樣單元15，用於接收電壓採樣單元15的測試結果。該開關引腳RA1連接至開關單元16，用於通過開關單元16相應開啟或者關閉控制單元12。該控制引腳RA2-RA5連接至顯示單元17，用於控制顯示單元17的啟動、顯示等功能。該資料引腳RC0-RC7均連接至顯示單元17，用於將測試結果進行處理後傳輸至顯示單元17進行顯示。該控制單元12的電源引腳VDD連接至電源VCC，接地引腳VSS接地。

第一電阻調節單元13為電阻箱，其連接至控制單元12的第一切換引腳組RB0-RB3，在控制單元12的控制下，將不同阻值的電阻接入PWM驅動單元11與第一場效應管Q1的柵極之間。在本實施例中，該第一切換引腳組RB0-RB3具有16種輸出狀態，每一種輸出狀態對應控制第一電阻調節單元13將相應阻值的電阻接入至PWM驅動單元11與第一場效應管Q1的柵極之間。例如，當第一切換引腳組RB0-RB3輸出狀態為0000時，其控制該第一電阻調節單元13將阻值為0.51歐姆的電阻接入PWM驅動單元11與第一場效應管Q1的柵極之間。當第一切換引腳輸出狀態為0001時，其控制該第一電阻調節單元13將阻值為1歐姆的電阻接入PWM驅動單元11與第一場效應管Q1的柵極之間，依此類推。

第二電阻調節單元14為電阻箱，其連接至控制單元12的第二切換引腳組RB4-RB7，用於在控制單元12的控制下，將不同阻值的電阻接入PWM驅動單元11與第二場效應管Q2的柵極之間。在本實施例中，該第二切換引腳組RB4-RB7具有16種輸出狀態，每一種輸出狀態對應控制第二電阻調節單元14將相應阻值的電阻接入至PWM驅動單元11與第二場效應管Q2的柵極之間。例如，當第二切換引腳組RB4-RB7輸出狀態為0000時，其控制該第二電阻調節單元14將阻值為0.51歐姆的電阻接入PWM驅動單元11與第二場效應管Q2的柵極之間。當第二切換引腳輸出狀態為0001時，其控制該第二電阻調節單元14將阻值為1歐姆的電阻接入PWM驅動單元11與第二場效應管Q2的柵極之間，依此類推。

該電壓採樣單元15的輸入端連接至第二場效應管Q2的漏極，用於獲得第二場效應管Q2中漏極與源極之間的尖峰電壓Vds。該電壓採樣單元15的輸出端連接至測試引腳RA0，以將測試獲得的尖峰電壓Vds傳送至控制單元12進行處理。

該開關單元16包括開關S和第二電阻R2，該開關S的一端連接至開關引腳RA1，並通過第二電阻R2連接至電源VCC，該開關S的另一端接地。通過操作該開關S，以啟動或關閉該控制單元12。

下面以將0.51歐姆的電阻載入至降壓式變換電路10為例，詳細介紹本發明較佳實施方式的降壓式變換電路10的工作原理：

首先，按下該開關S，以啟動該控制單元12。該控制單元12啟動後，通過該組第一切換引腳組RB0-RB3輸出狀態為0000的控制信號給第一電阻調節單元13，第一電阻調節單元13以0.51歐姆的電阻值接入降壓式變換電路10。接著通過第二切換引腳組RB4-RB7輸出狀態為0000的控制信號給第二電阻調節單元14，第二電阻調節單元14以0.51歐姆的電阻值接入降壓式變換電路10。所述測試引腳RA0獲取相應的尖峰電壓Vds，並將該資料（如第一電阻調節單元的電阻值、第一電阻調節單元的電阻值、相應的尖峰電壓Vds）通過控制單元12內部的存儲單元進行存儲。接著再將第二電阻調節單元14的不同電阻值分別接入降壓式變換電路10，並按照上述方法進行操作，以相應獲得該降壓式變換電路10在接入0.51歐姆的第一電阻調節單元13且不同阻值的第二電阻調節單元14下的尖峰電壓Vds，並進行存儲。

當將0.51歐姆的第一電阻調節單元13及不同阻值的第二電阻調節單元14均接入至降壓式變換電路10進行測試後，控制單元12將通過該第一切換引腳組RB0-RB3將下一阻值的第一電阻調節單元13（如1歐姆）接入至該降壓式變換電路10。如此，根據上述原理，控制單元12可獲得不同阻值的第一電阻調節單元13及不同阻值的第二電阻調節單元14下的降壓式變換電路10的尖峰電壓Vds。最後，該控制單元12將各尖峰電壓值Vds值行處理，以獲得最小尖峰電壓Vds、相應的第一電阻調節單元13及第二電阻調節單元14的電阻值，再通過該顯示單元17顯示。

顯然，本發明的電壓調節裝置100通過將不同阻值的第一電阻調節單元13及第二電阻調節單元14自動載入至降壓式變換電路10，使得該第二場效應管Q2中漏極與源極間的尖峰電壓Vds可調。並通過控制單元12分別獲得每一尖峰電壓Vds下的第一電阻調節單元13及第二電阻調節單元14的電阻值。如此，用戶可方便地從上述尖峰電壓Vds中選擇出可使得第二場效應管Q2中漏極與源極間的尖峰電壓最小的第一電阻調節單元13及第二電阻調節單元14的電阻值。

另外，本領域技術人員還可在本發明申請專利範圍第公開的範圍和精神內做其他形式和細節上的各種修改、添加和替換。當然，這些依據本發明精神所做的各種修改、添加和替換等變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍之內。

10‧‧‧降壓式變換電路

11‧‧‧PWM驅動單元

12‧‧‧控制單元

13‧‧‧第一電阻調節單元

14‧‧‧第二電阻調節單元

15‧‧‧電壓採樣單元

16‧‧‧開關單元

17‧‧‧顯示單元

18‧‧‧緩衝單元

VCC‧‧‧電源

VDD‧‧‧電源引腳

VSS‧‧‧接地引腳

RB0-RB3‧‧‧第一切換引腳組

RB4-RB7‧‧‧第二切換引腳組

RA0‧‧‧測試引腳

RA1‧‧‧開關引腳

RA2-RA5‧‧‧控制引腳

RC0-RC7‧‧‧資料引腳

S‧‧‧開關

R1‧‧‧第一電阻

R2‧‧‧第二電阻

C1‧‧‧第一電容

C2‧‧‧第二電容

Q1‧‧‧第一場效應管

Q2‧‧‧第二場效應管

L‧‧‧電感

Vin‧‧‧電壓輸入端

Vout‧‧‧電壓輸出端

下面參照附圖結合具體實施方式對本發明作進一步之描述。

圖1為本發明較佳實施方式的降壓式變換電路的電路圖。

圖2為本發明較佳實施方式的降壓式變換電路中控制單元、顯示單元及開關單元的電路圖。

10‧‧‧降壓式變換電路

11‧‧‧PWM驅動單元

13‧‧‧第一電阻調節單元

14‧‧‧第二電阻調節單元

15‧‧‧電壓採樣單元

18‧‧‧緩衝單元

RB0-RB3‧‧‧第一切換引腳組

RB4-RB7‧‧‧第二切換引腳組

RA0‧‧‧測試引腳

R1‧‧‧第一電阻

C1‧‧‧第一電容

C2‧‧‧第二電容

Q1‧‧‧第一場效應管

Q2‧‧‧第二場效應管

L‧‧‧電感

Vin‧‧‧電壓輸入端

Vout‧‧‧電壓輸出端

Claims (10)

1. 一種降壓式變換電路，該降壓式變換電路包括電壓輸入端、第一場效應管、第二場效應管、PWM驅動單元、電壓採樣單元及電壓輸出端，第一場效應管的漏極連接電壓輸入端，第一場效應管的源極與第二場效應管的漏極連接，第二場效應管的漏極通過串聯的電感及電容接地，第二場效應管的源極接地，PWM驅動單元分別與第一場效應管的柵極及第二場效應管的柵極連接，PWM驅動單元使得第一場效應管與第二場效應管交替導通，電壓採樣單元採集第二場效應管的漏極與源極之間的尖峰電壓，其改良在於：還包括第一電阻調節單元、第二電阻調節單元及控制單元，第一電阻調節單元連接於PWM驅動單元與第一場效應管的柵極之間，第二電阻調節單元連接於PWM驅動單元與第二場效應管的柵極之間，控制單元與該第一電阻調節單元連接以改變第一電阻調節單元的電阻值，控制單元與該第二電阻調節單元連接以改變第二電阻調節單元的電阻值，控制單元與電壓採樣單元連接以接收電壓採樣單元的輸出結果。
2. 如申請專利範圍第1項所述的降壓式變換電路，其中該第一電阻調節單元與第二電阻調節單元為電阻箱。
3. 如申請專利範圍第1項所述的降壓式變換電路，其中該控制單元包括第一切換引腳組，該第一切換引腳組連接至第一電阻調節單元，以改變該第一電阻調節單元的電阻值。
4. 如申請專利範圍第1項所述的降壓式變換電路，其中該控制單元包括一組第二切換引腳，該第二切換引腳連接至第二電阻調節單元，以控制第二電阻調節單元將不同的電阻載入至降壓式變換電路。
5. 如申請專利範圍第1項所述的降壓式變換電路，其中該控制單元包括測試引腳，該電壓採樣單元的輸入端連接至第一場效應管的源極，該電壓採樣單元的輸出端連接至測試引腳以將測試獲得的電壓傳送至控制單元。
6. 如申請專利範圍第1項所述的降壓式變換電路，其中還包括顯示單元，該控制單元包括控制引腳及資料引腳，該控制引腳及控制引腳連接至顯示單元，該控制單元將電壓採樣單元測試獲得的電壓進行處理後傳輸至顯示單元進行顯示。
7. 如申請專利範圍第1項所述的降壓式變換電路，其中還包括開關單元，該開關單元連接控制單元以控制該控制單元的開啟及關閉。
8. 如申請專利範圍第7項所述的降壓式變換電路，其中該控制單元包括開關引腳，該開關單元包括開關，該開關的一端連接至控制單元的開關引腳，並通過電阻連接至電源，該開關的另一端接地，通過操作該開關以啟動或關閉該控制單元。
9. 如申請專利範圍第1項所述的降壓式變換電路，其中電壓輸出端連接至串聯的電感及電容之間，以輸出一驅動電壓給負載。
10. 如申請專利範圍第1項所述的降壓式變換電路，其中第二場效應管的漏極與源極之間並聯緩衝單元，該緩衝單元包括串聯的電阻和另一電容，電阻與第二場效應管的漏極連接，該另一電容接地。