TWI652888B - 單輸入多輸出直流電源供應系統及相關降壓調節控制電路 - Google Patents

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Abstract

一種降壓調節控制電路，用於一單輸入多輸出電源供應系統，該單輸入多輸出電源供應系統的一第一降壓調節器於一軟啟動階段時，當一第二降壓調節器的一第二高端開關維持關閉狀態時，該降壓調節控制電路可控制該第一降壓調節器的一第一高端開關由關閉狀態切換為導通狀態。如此可避免該第一高端開關及該第二高端開關同時由關閉狀態切換為導通狀態，以降低湧浪電流。

Description

單輸入多輸出直流電源供應系統及相關降壓調節控制電路
本發明是指一種單輸入多輸出的直流電源供應系統及相關降壓調節控制電路，尤指一種可降低開機瞬間的湧浪電流，並兼顧漣波電壓的單輸入多輸出的直流電源供應系統及相關降壓調節控制電路。
單輸入多輸出的直流電源供應系統在現有電子系統中已廣泛應用，舉凡筆記型電腦、桌上型電腦、伺服器系統或是其他電腦系統等，其多以一較高的直流電壓作為輸入來源，再經由多個脈衝寬度調變（Pulse Width Modulation，PWM）的降壓調節器（Buck Voltage Regulator）來轉換出不同的輸出電壓源，以供應系統內部元件所需的電源。例如，電源供應器（Power Supply Unit，PSU）或是電池組（Battery Pack）可將單一交流電源轉換成較高電壓準位的直流電壓源，再利用多個降壓調節器降轉出多個低電壓準位的直流電壓源。
第1圖為習知技術之一降壓調節器1的功能方塊圖。降壓調節器1包含一脈衝寬度調變控制器10、一柵極驅動電路11、一高端開關HSW（例如，金氧半場效電晶體（High Side MosFET））、一低端開關LSW、一輸出電感L以及一輸出電容C。脈衝寬度調變控制器10用來根據一電壓啟動訊號V_EN，產生一脈衝寬度調變訊號PWM至柵極驅動電路11。柵極驅動電路11、高端開關HSW、低端開關LSW、輸出電感L及輸出電容C的組合用來根據脈衝寬度調變訊號PWM，將一輸入直流電壓V_IN轉換為一輸出直流電壓V_OUT。關於電壓轉換的詳細操作應為本領域所熟知，於此不贅述。
當降壓調節器1處於關閉狀態時，輸出電容C的初始電壓為零伏特。當降壓調節器1處於啟動狀態，且脈衝寬度調變訊號PWM為高準位（High level）時，可導通高端開關HSW，使輸入直流電壓V_IN對應的直流電流I經由高端開關HSW及輸出電感L，對輸出電容C充電。當高端開關HSW導通時，輸出電容C的儲存電位（即輸出直流電壓V_OUT）逐漸由零伏特向上增加，其中輸出電容C的瞬間充電電流I可表示為 C*（dV_OUT）/（dT），T為充電時間。因為降壓調節器1剛啟動的瞬間，輸出直流電壓V_OUT的初始狀態為零伏特，因此在此刻的單位時間充電電壓dV_OUT／dT將為最大值（dV_OUT趨近於輸入直流電壓V_IN，且單位充電時間dT趨近於零），所以此時的輸出電容C上的瞬間充電電流I也是最大值。隨著輸出直流電壓V_OUT慢慢增加，充電電流I會逐漸降低。
湧浪電流（inrush current）係指當一個較高準位的輸入直流電壓開始對電源供應系統內部的等效電容充電時，其瞬間產生的最大電流值。當設計者為了讓電源供應系統的各個電壓源的漣波電壓（ripple voltage）被壓抑在可接受的範圍內時，往往會嘗試增加各個電壓源的輸出電容值（例如，降壓調節器1的輸出電容C），以降低其漣波電壓。然而，上述設計會導致電源供應系統的等效電容值上升，其中電源供應系統的等效電容值相當於各個降壓調節器的輸出電容值的總和。電源供應系統的等效電容值越大，所造成的湧浪電流就越大，尤其是當電源供應系統內部所有的降壓調節器都在同一時間開啟時，可能會導致電源供應器或輸入電池組的瞬間輸出電流超過該電源供應系統可提供的最大額定電流。假設電源供應系統包含Ｎ個降壓調節器，當N個高端開關HSW同時導通時，則電源供應系統的湧浪電流可表示為個別輸出電容 C1、C2、…、Cn之瞬間充電電流的總和I_inrush = I1+…+In = C1*（dV_OUT1）/（dT）+…+ Cn*（dV_OUTn）/（dT）。在此情況下，湧浪電流I_inrush可能觸發電源供應系統的過電流保護機制（over current protection，OCP），進而導致電源供應系統被強制關閉。
為了解決上述問題，設計者會嘗試提高電源供應系統所能輸出的最大額定電流與過電流保護點，但這會導致電源供應系統的成本上升，例如須選用規格與成本較高的電子料件以適用較高的最大額定電流。在實際應用中，湧浪電流通常只發生在降壓調節器被啟動的初始階段，在輸出電壓穩定而達到穩定階段之後，發生較大湧浪電流的機率相對減小許多。然而，上述設計的缺點是為了因應開機瞬間可能發生的高湧浪電流情況，電源供應系統卻因此面臨過度設計（over design）與成本浪費的問題。此外，當最大額定電流與過電流保護點太高時，將使其失去應有的保護效果，例如過電流越大則輸出負載被過電流燒毀失效的風險越大。
此外，另一個解決方式是嘗試減少各個降壓調節器的輸出電容值，以減少電源供應系統的等效電容值，但這會導致降壓調節器的輸出電壓之漣波電壓上升，進而影響輸出負載的運作。例如，當漣波電壓太高時，無法確保輸出負載（例如，電腦系統）在運作過程中，不會因為過高的電壓變化而造成運作不正常。因此，減少各個降壓調節器的輸出電容值的做法，難以確保電源供應系統具有足夠的設計限度（design margin）。
因此，實有必要提供一種單輸入多輸出的直流電源供應系統，可降低開機瞬間的湧浪電流，並兼顧降壓調節器的漣波電壓。
因此，本發明的主要目的即在於提供一種單輸入多輸出的直流電源供應系統及相關控制電路，以降低開機瞬間的湧浪電流。
本發明揭露一種第一降壓調節控制電路，用於一單輸入多輸出電源供應系統，包含一開關以及一邏輯電路。該開關耦接於該單輸入多輸出電源供應系統的一第一降壓調節器，用來根據一第一調變啟動訊號，連接或斷開該第一降壓調節器的一第一脈衝寬度調變控制器及一柵極驅動電路。該邏輯電路耦接於該開關以及該第一降壓調節器，用來根據一第一電壓啟動訊號、該第一脈衝寬度調變控制器產生的一第一脈衝寬度調變訊號、該第一脈衝寬度調變控制器產生的一第一電源良好訊號以及該單輸入多輸出電源供應系統的一第二降壓調節器產生的一第二脈衝寬度調變訊號，產生該第一調變啟動訊號至該開關；其中該第一降壓調節器於一軟啟動階段時，當該第二脈衝寬度調變訊號為低準位時，該第一調變啟動訊號控制該第一降壓調節器的一第一高端開關由關閉狀態切換為導通狀態，且該第二降壓調節器的一第二高端開關維持關閉狀態。
本發明另揭露一種單輸入多輸出電源供應系統，用來將一直流輸入電壓轉換為複數個直流輸出電壓，包含一降壓調節模組以及一降壓調節控制模組。該降壓調節模組包含一第一降壓調節器以及一第二降壓調節器，其中該第一降壓調節器用來根據一第一電壓啟動訊號，產生一第一脈衝寬度調變訊號，以及根據該第一脈衝寬度調變訊號以及一第一調變啟動訊號，將該直流輸入電壓轉換為一第一直流輸出電壓。該降壓調節控制模組耦接於該降壓調節模組，包含一第一降壓調節控制電路，耦接於該第一降壓調節器以及該第二降壓調節器，用來根據該第一電壓啟動訊號、該第一脈衝寬度調變訊號、該第一降壓調節器產生的一第一電源良好訊號以及該第二降壓調節器產生的一第二脈衝寬度調變訊號，產生該第一調變啟動訊號至該第一降壓調節器；其中該第一降壓調節器於一軟啟動階段時，當該第二脈衝寬度調變訊號為低準位時，則該第一調變啟動訊號控制該第一降壓調節器的一第一高端開關由關閉狀態切換為導通狀態，且該第二降壓調節器的一第二高端開關維持關閉狀態。
本發明在電源供應系統於軟啟動階段時，透過控制各個降壓調節器的脈衝寬度調變訊號的電壓輸出時序，避免電源供應系統中所有的高端開關在同一時間導通，以避免過高的湧浪電流問題。對於電源供應系統而言，由於湧浪電流被有效抑制了，因此設計者不需提高電源供應系統所能輸出的最大額定電流與過電流保護點。同樣的，設計者也不需為了降低湧浪電流而降低每個降壓調節器的輸出電容值，以確保輸出電壓的漣波電壓可被壓抑在足夠低的峰對峰值電壓範圍，進而確保輸出負載（例如，電腦系統）可穩定運作。
本發明的目的是在電源供應系統於軟啟動階段時，避免各個降壓調節器的高端開關（例如，金氧半場效電晶體（High Side MosFET））同時導通，如此可避免各個降壓調節器的輸出等效電容發生加總效應，進而防止過高的湧浪電流發生。詳細來說，本發明透過控制各個降壓調節器的脈衝寬度調變（Pulse Width Modulation，PWM）訊號的電壓輸出時序，避免電源供應系統中所有的高端開關在同一時間導通，以避免過高的湧浪電流問題。對於電源供應系統而言，由於湧浪電流被有效抑制了，因此設計者不需提高電源供應系統所能輸出的最大額定電流與過電流保護點。同樣的，設計者也不需為了降低湧浪電流而降低每個降壓調節器的輸出電容值，以確保輸出電壓的漣波電壓可被壓抑在足夠低的峰對峰值電壓（peak-to-peak voltage）範圍，進而確保輸出負載（例如，電腦系統）可穩定運作。
第2圖為本發明實施例一電源供應系統2的功能方塊圖。電源供應系統2包含一降壓調節模組20、一交流轉直流電壓轉換器21、一電源控制電路22以及一降壓調節控制模組23。
交流轉直流電壓轉換器21耦接於降壓調節模組20、電源控制電路22以及降壓調節控制模組23，用來將一交流電壓AC_IN轉換為一直流輸入電壓V_IN至降壓調節模組20。此外，交流轉直流電壓轉換器21可分別供應驅動電壓給降壓調節模組20、電源控制電路22以及降壓調節控制模組23。
電源控制電路22耦接於降壓調節模組20、交流轉直流電壓轉換器21及降壓調節控制模組23，用來產生電壓啟動訊號V_EN1～V_ENn至降壓調節模組20及降壓調節控制模組23，以及從降壓調節模組20接收電源良好訊號PWGD1～PWGDn。
降壓調節模組20包含降壓調節器BVR1～BVRn，其中降壓調節器BVR1～BVRn的電路架構與第1圖的降壓調節器1相同。降壓調節模組20耦接於交流轉直流電壓轉換器21、電源控制電路22及降壓調節控制模組23，用來根據電壓啟動訊號V_EN1～V_ENn及調變啟動訊號PWM_EN1～PWM_ENn，將直流輸入電壓V_IN分別轉換為直流輸出電壓V_OUT1～V_OUTn。當降壓調節模組20依序轉換出直流輸出電壓V_OUT1～V_OUTn後，可分別產生電源良好訊號PWGD1～PWGDn至電源控制電路22以及降壓調節控制模組23，以通報電壓轉換完成。
降壓調節控制模組23耦接於降壓調節模組20、交流轉直流電壓轉換器21及電源控制電路22，用來根據電壓啟動訊號V_EN1～V_ENn、脈衝寬度調變訊號PWM1～PWMn、電源良好訊號PWGD1～PWGDn，產生調變啟動訊號PWM_EN1～PWM_ENn至降壓調節模組20，以控制降壓調節器BVR1～BVRn依序啟動，以轉換直流輸出電壓V_OUT1～V_OUTn。
調變啟動訊號PWM_EN1～PWM_ENn用來分別控制降壓調節器BVR1～BVRn的啟動時序，例如軟啟動時間（Soft Start Time），以避免讓所有的降壓調節器BVR1～BVRn的所有的高端開關HSW1～HSWn同時導通，進而防止所有的降壓調節器BVR1～BVRn的輸出電容C1～Cn（未繪）加總效應所造成的湧浪電流。
具體而言，在個別的降壓調節器BVR1～BVRn的軟啟動時間內，當所有的降壓調節器BVR1～BVRn的輸出電容C1～Cn的初始電壓為零伏特時（即，直流輸出電壓V_OUT1～V_OUTn皆為零伏特），調變啟動訊號PWM_EN1～PWM_ENn可控制只有一個降壓調節器BVRx的脈衝寬度調變訊號PWMx為高準位，僅導通它的高端開關HSWx來對輸出電容Cx充電。直到脈衝寬度調變訊號PWMx號由高準位轉態到低準位（Low Level）之後，另一個降壓調節器BVRy才能將其脈衝寬度調變訊號PWMy由低準位轉態成高準位，導通它的高端開關HSWy來對輸出電容Cy充電。
換言之，由於調變啟動訊號PWM_EN1～PWM_ENn可控制只有一個降壓調節器BVRx的脈衝寬度調變訊號PWMx為高準位，使降壓調節器BVR1～BVRn的高端開關HSW1～HSWn中的一者（即高端開關HSWx）由關閉狀態切換為導通狀態且其他高端開關HSW1～HSW（x-1）、HSW（x+1）～HSWn維持關閉狀態。因此，電源供應系統2的等效電容值僅是降壓調節器BVRx啟動時的輸出電容值Cx，如此可有效降低電源供應系統2的等效電容值，也可避免減少輸出電容值Cx，以確保輸出電壓V_OUTx的漣波電壓可被抑制在可接受的範圍內，進而確保電源供應系統2的輸出負載的運作。
值得注意的是，降壓調節模組20可根據電壓啟動訊號V_EN1～V_ENn，產生脈衝寬度調變訊號PWM1～PWMn，以作為降壓調節控制模組23產生調變啟動訊號PWM_EN1～PWM_ENn的參考依據。詳細來說，降壓調節控制模組23可根據脈衝寬度調變訊號PWM1～PWMn，得知降壓調節器BVR1～BVRn是否開始導通其高端開關HSW1～HSWn。例如於軟啟動時，當脈衝寬度調變訊號PWMx為高準位時，降壓調節器BVRx開始導通其高端開關HSWx；另一方面，當脈衝寬度調變訊號PWMx為低準位時，降壓調節器BVRx沒有導通其高端開關HSWx。此外，於正式啟動時，降壓調節器BVRx可正常進行電壓轉換。
如此一來，降壓調節控制模組23可利用調變啟動訊號PWM_EN1～PWM_ENn來控制降壓調節器BVR1～BVRn的高端開關HSW1~HSWn之導通時序，以避免降壓調節器BVR1～BVRn的高端開關HSW1～HSWn同時開啟時所造成的湧浪電流，也可確保漣波電壓可被抑制在可接受的範圍內，進而確保電源供應系統2的輸出負載的運作。
第3圖為本發明實施例一降壓調節模組30及一降壓調節控制模組33的電路圖。於本實施例中，假設降壓調節模組30包含降壓調節器BVR1、BVR2（即，n=2），降壓調節控制模組33包含降壓調節控制電路CTRL1、CTRL2，分別耦接於降壓調節器BVR1、BVR2之柵極驅動器 DRV1、DRV2，用來控制降壓調節器BVR1、BVR2的高端開關HSW1、HSW2之導通時序。於一實施例中，降壓調節控制模組33可整合於降壓調節模組30；或者，降壓調節控制電路CTRL1及CTRL2可分別整合於降壓調節器BVR1及BVR2。
降壓調節器BVR1及BVR2的電路架構相同，於此以降壓調節器BVR1為例說明。降壓調節器BVR1包含一脈衝寬度調變控制器PGEM1、一柵極驅動電路DRV1、一高端開關HSW1、一低端開關LSW1、一輸出電感L1以及一輸出電容C1。脈衝寬度調變控制器PGEM1耦接於降壓調節控制電路CTRL1，用來根據電壓啟動訊號V_EN1，產生脈衝寬度調變訊號PWM1。柵極驅動電路DRV1耦接於降壓調節控制電路CTRL1、高端開關HSW1、低端開關LSW1以及輸出電感L1，用來根據脈衝寬度調變訊號PWM1，導通高端開關HSW1或低端開關LSW1，以產生充電電流來對輸出電容C1充電，進而將輸入電壓V_IN轉換為輸出電壓V_OUT1。
降壓調節控制電路CTRL1及CTRL2的電路架構相同，於此以降壓調節控制電路CTRL1為例說明。降壓調節控制電路CTRL1包含一反向器311、一及閘（AND gate）312、一或閘（OR gate）313以及一開關SW1。反向器311耦接於脈衝寬度調變控制器PGEM2與及閘312之間，用來反相脈衝寬度調變訊號PWM2的電壓準位，以產生反相脈衝寬度調變訊號PWM2’。及閘312耦接於脈衝寬度調變控制器PGEM1、反向器311及或閘313，用來根據電壓啟動訊號V_EN1及反相脈衝寬度調變訊號PWM2’，產生一邏輯訊號AND1至或閘313。或閘313耦接於脈衝寬度調變控制器PGEM1、及閘312及開關SW1，用來根據電源良好訊號PWGD1及邏輯訊號AND1，產生調變啟動訊號PWM_EN1至開關SW1。開關SW1耦接於脈衝寬度調變控制器PGEM1、柵極驅動電路DRV1與或313之間，用來根據調變啟動訊號PWM_EN1，連接或斷開脈衝寬度調變控制器PGEM1及柵極驅動電路DRV1。
關於降壓調節器BVR1及降壓調節控制電路CTRL1的操作方式簡述如下，於軟啟動階段，只有當電壓啟動訊號V_EN1及反相脈衝寬度調變訊號PWM2’都是高準位的情況下（相當於脈衝寬度調變訊號PWM2是低準位），及閘312輸出的邏輯訊號AND1為高準位，可使或閘313輸出的調變啟動訊號PWM_EN1為高準位，進而使開關SW1連接脈衝寬度調變控制器PGEM1及柵極驅動電路DRV1。因此，柵極驅動電路DRV1可根據脈衝寬度調變訊號PWM1來導通高端開關HSW1或低端開關LSW1，以產生充電電流I1來對輸出電容C1充電，進而將輸入電壓V_IN轉換為輸出電壓V_OUT1。接著，當輸出電壓V_OUT1已爬升到穩定階段的輸出準位區間時，脈衝寬度調變控制器PGEM1輸出電源良好訊號PWGD1，以通知電壓轉換完成。
換言之，當調變啟動訊號PWM_EN1為高準位且電源良好訊號PWGD1為低準位時，表示此時降壓調節器BVR1處於軟啟動階段。於軟啟動階段時，降壓調節器BVR1對應的降壓調節控制電路CTRL1可參考另一降壓調節器BVR2的脈衝寬度調變訊號PWM2，判斷是否導通其高端開關HSW1。例如，只有在脈衝寬度調變訊號PWM2為低準位（或反相脈衝寬度調變訊號PWM2’為高準位）的情況下，開關SW1才會連接脈衝寬度調變控制器PGEM1及柵極驅動電路DRV1，以導通高端開關HSW1。如此一來，降壓調節控制電路CTRL1可於軟啟動階段，避免高端開關HSW1及HSW2同時導通，以避免湧浪電流。
同理，關於降壓調節器BVR2及降壓調節控制電路CTRL2的操作方式如下，於軟啟動階段，只有當電壓啟動訊號V_EN2及反相脈衝寬度調變訊號PWM1’都是高準位的情況下（相當於脈衝寬度調變訊號PWM1是低準位），及閘322輸出的邏輯訊號AND2為高準位，可使或閘323輸出的調變啟動訊號PWM_EN2為高準位，進而使開關SW2連接脈衝寬度調變控制器PGEM2及柵極驅動電路DRV2。因此，柵極驅動電路DRV2可根據脈衝寬度調變訊號PWM2來導通高端開關HSW2或低端開關LSW2，以產生充電電流I2來對輸出電容C2充電，進而將輸入電壓V_IN轉換為輸出電壓V_OUT2。接著，當輸出電壓V_OUT2已爬升到穩定階段的輸出準位區間時，脈衝寬度調變控制器PGEM2輸出電源良好訊號PWGD2，以通知電壓轉換完成。
換言之，當調變啟動訊號PWM_EN2為高準位且電源良好訊號PWGD2為低準位時，表示此時降壓調節器BVR2處於軟啟動階段。於軟啟動階段時，降壓調節器BVR2對應的降壓調節控制電路CTRL2可參考另一降壓調節器BVR1的脈衝寬度調變訊號PWM1，判斷是否導通其高端開關HSW2。例如，只有在脈衝寬度調變訊號PWM1為低準位（或反相脈衝寬度調變訊號PWM1’為高準位）的情況下，開關SW2才會連接脈衝寬度調變控制器PGEM2及柵極驅動電路DRV2，以導通高端開關HSW2。如此一來，降壓調節控制電路CTRL2可於軟啟動階段，避免高端開關HSW1及HSW2同時導通，以避免湧浪電流。
因此，透過降壓調節控制電路CTRL1及CTRL2的操作，可於軟啟動階段時，避免兩組降壓調節器BVR1及BVR2同時導通其高端開關HSW1及HSW2所造成的湧浪電流，也可確保漣波電壓可被抑制在可接受的範圍內（例如不須降低輸出電容值C1及C2來防止湧浪電流），進而確保電源供應系統的輸出負載的運作。
第4圖為本發明實施例一降壓調節控制電路CTRLx及一柵極驅動電路DRVx的電路圖。於本實施例中，假設電源供應系統包含n個降壓調節器BVR1～BVRn，其中降壓調節控制電路CTRLx對應一降壓調節器BVRx（未繪於第4圖），且降壓調節器BVRx為n個降壓調節器中的一者。
降壓調節控制電路CTRLx包含一邏輯電路40以及一開關SWx。邏輯電路40可判斷降壓調節器BVRx處於軟啟動階段，並於軟啟動階段時，參考其他降壓調節器的脈衝寬度調變訊號，產生一調變啟動訊號PWM_ENx至開關SWx，以輸出一脈衝寬度調變訊號PWMx。柵極驅動電路DRVx耦接於開關SWx，用來根據脈衝寬度調變訊號PWMx，導通自身高端開關或是讓自身高端開關維持關閉狀態。例如，只有在其他降壓調節器的脈衝寬度調變訊號為低準位的情況下，邏輯電路40才會控制開關SWx輸出脈衝寬度調變訊號PWMx來導通自身高端開關；反之，若有任一降壓調節器的脈衝寬度調變訊號為高準位的情況下，邏輯電路40控制開關SWx不輸出脈衝寬度調變訊號PWMx來讓自身高端開關維持關閉狀態。如此一來，降壓調節控制電路CTRLx可於軟啟動階段，避免自身與其他高端開關同時導通，以避免湧浪電流。
邏輯電路40包含一反向器411、一及閘412、一第一或閘413以及一第二或閘414。反向器411耦接於第二或閘414與及閘412之間，用來產生一反相邏輯訊號PWMs’至及閘412。及閘412耦接於降壓調節控制電路CTRLx的脈衝寬度調變控制器、反向器411及或閘413，用來根據降壓調節器BVRx對應的一電壓啟動訊號V_ENx及反相邏輯訊號PWMs’，產生一邏輯訊號ANDx至或閘413。或閘413耦接於降壓調節器BVRx對應的脈衝寬度調變控制器、及閘412及開關SWx，用來根據降壓調節器BVRx對應的一電源良好訊號PWGDx及邏輯訊號ANDx，產生調變啟動訊號PWM_ENx至開關SWx。開關SWx用來根據調變啟動訊號PWM_ENx，連接或斷開脈衝寬度調變控制器及柵極驅動電路。第二或閘414耦接於降壓調節器BVR1～BVR(x-)、BVR(x+1)～BVRn及反向器411之間，用來根據降壓調節器BVR1～BVR(x-1)、BVR(x+1)～BVRn的脈衝寬度調變訊號PWM1～PWM (x-1)、PWM (x+1)～PWMn，產生一邏輯訊號PWMs。開關SWx耦接於邏輯電路40與降壓調節器BVRx對應的脈衝寬度調變控制器及柵極驅動電路之間，用來根據邏輯電路40輸出的調變啟動訊號PWM_ENx，連接或斷開降壓調節器BVRx對應的脈衝寬度調變控制器及柵極驅動電路。
值得注意的是，於第3圖的降壓調節降壓調節控制電路CTRL1中，由於假設電源供應系統只包含二個降壓調節器，故只需判斷另一降壓調節器的脈衝寬度調變訊號是否為低準位；相較之下，降壓調節控制電路CTRLx另增設第二或閘414，用來同時判斷多個脈衝寬度調變訊號是否為低準位。
當調變啟動訊號PWM_ENx為高準位且電源良好訊號PWGDx為低準位時，表示此時降壓調節器BVRx處於軟啟動階段。於軟啟動階段時，控制電路CTRLx可參考其他降壓調節器BVR1～BVR(x-)、BVR(x+1)～BVRn的脈衝寬度調變訊號PWM1～PWM (x-1)、PWM (x+1)～PWMn，判斷是否導通其高端開關HSWx。例如，只有在脈衝寬度調變訊號PWM1～PWM (x-1)、PWM (x+1)～PWMn皆為低準位的情況下，開關SWx才會連接脈衝寬度調變控制器及柵極驅動電路，以導通高端開關HSWx。如此一來，控制電路CTRLx可於軟啟動階段，避免高端開關HSW1～HSWn同時導通，以避免湧浪電流。
綜上所述，本發明在電源供應系統於軟啟動階段時，透過控制各個降壓調節器的脈衝寬度調變訊號的電壓輸出時序，避免電源供應系統中所有的高端開關在同一時間導通，以避免過高的湧浪電流問題。對於電源供應系統而言，由於湧浪電流被有效抑制了，因此設計者不需提高電源供應系統所能輸出的最大額定電流與過電流保護點。同樣的，設計者也不需為了降低湧浪電流而降低每個降壓調節器的輸出電容值，以確保輸出電壓的漣波電壓可被壓抑在足夠低的峰對峰值電壓範圍，進而確保輸出負載（例如，電腦系統）可穩定運作。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
1、BVR1～BVR‧‧‧降壓調節器
10、PGEM1、PGEM2‧‧‧脈衝寬度調變控制器
11、DRV1、DRV2、DRVx‧‧‧柵極驅動電路
2‧‧‧電源供應系統
20、30‧‧‧降壓調節模組
21‧‧‧交流轉直流電壓轉換器
23、33‧‧‧降壓調節控制模組
HSW、HSW1～HSWn‧‧‧高端開關
LSW、LSW1、LSW2‧‧‧低端開關
L、L1、L2‧‧‧輸出電感
C、C1、C2‧‧‧輸出電容
I‧‧‧充電電流
PWM、PWM1～PWM (x-1)、PWM (x+1)～PWMn、PWMx‧‧‧脈衝寬度調變訊號
PWM_EN1～PWM_ENn、PWMx‧‧‧調變啟動訊號
PWM1’、PWM2’‧‧‧反相脈衝寬度調變訊號
AND1、PWMs、ANDx‧‧‧邏輯訊號
PWMs’‧‧‧反相邏輯訊號
PWGD1～PWGDn、PWGDx‧‧‧電源良好訊號
V_EN1～V_ENn、V_ENx‧‧‧啟動訊號
V_IN‧‧‧輸入直流電壓
V_OUT、V_OUT1～V_OUTn‧‧‧輸出直流電壓
CTRL1、CTRL2、CTRLx‧‧‧降壓調節控制電路
40‧‧‧邏輯電路
311、321、411‧‧‧反向器
312、322、412‧‧‧及閘
313、323、413‧‧‧第一或閘
414‧‧‧第二或閘
SW1～SWn、SWx‧‧‧開關
第1圖為習知技術之一降壓調節器的功能方塊圖。 第2圖為本發明實施例一電源供應系統的功能方塊圖。 第3圖為本發明實施例一降壓調節模組之柵極驅動電路及一降壓調節控制模組的電路圖。 第4圖為本發明實施例一降壓調節控制電路及一柵極驅動器的電路圖。

Claims (18)

  1. 一種單輸入多輸出電源供應系統，用來將一直流輸入電壓轉換為複數個直流輸出電壓，包含：一降壓調節模組，包含一第一降壓調節器以及一第二降壓調節器，其中該第一降壓調節器用來根據一第一電壓啟動訊號，產生一第一脈衝寬度調變訊號，以及根據該第一脈衝寬度調變訊號以及一第一調變啟動訊號，將該直流輸入電壓轉換為一第一直流輸出電壓；以及一降壓調節控制模組，耦接於該降壓調節模組，包含：一第一降壓調節控制電路，耦接於該第一降壓調節器以及該第二降壓調節器，用來根據該第一電壓啟動訊號、該第一脈衝寬度調變訊號、該第一降壓調節器產生的一第一電源良好訊號以及該第二降壓調節器產生的一第二脈衝寬度調變訊號，產生該第一調變啟動訊號至該第一降壓調節器；其中該第一降壓調節器於一軟啟動階段時，當該第二脈衝寬度調變訊號為低準位時，該第一調變啟動訊號控制該第一降壓調節器的一第一高端開關由關閉狀態切換為導通狀態，且該第二降壓調節器的一第二高端開關維持關閉狀態。
  2. 如請求項1所述的單輸入多輸出電源供應系統，其中該第一降壓調節控制電路包含：一開關，耦接於該第一降壓調節器，用來根據該第一調變啟動訊號，連接或斷開該第一降壓調節器的一第一脈衝寬度調變控制器及一柵極驅動電路；以及一邏輯電路，耦接於該開關以及該第一降壓調節器，用來根據該第一電壓啟動訊號、該第一脈衝寬度調變訊號、該第一電源良好訊號以及該第二脈衝寬度調變訊號，產生該第一調變啟動訊號至該開關。
  3. 如請求項2所述的單輸入多輸出電源供應系統，其中該邏輯電路包含：一反向器，用來根據一第一邏輯訊號，產生一反相第一邏輯訊號；一及閘，耦接於該反向器及該第一降壓調節器的該第一脈衝寬度調變控制器，用來根據該第一電壓啟動訊號及該反相第一邏輯訊號，產生一第二邏輯訊號；以及一第一或閘，耦接於該第一脈衝寬度調變控制器、該及閘以及該開關，用來根據該第一電源良好訊號及該第二邏輯訊號，產生該第一調變啟動訊號至該開關。
  4. 如請求項3所述的單輸入多輸出電源供應系統，其中該反向器耦接於該第二降壓調節器的一第二脈衝寬度調變控制器，且該第一邏輯訊號即是該第二脈衝寬度調變訊號。
  5. 如請求項3所述的單輸入多輸出電源供應系統，其中該降壓調節模組包含複數個第二降壓調節器，該邏輯電路另包含：一第二或閘，耦接於該複數個降壓調節器及該反向器，用來根據該複數個第二降壓調節器產生的複數個第二脈衝寬度調變訊號，產生該第一邏輯訊號至該反向器。
  6. 如請求項1所述的單輸入多輸出電源供應系統，其中該第二降壓調節器用來根據一第二電壓啟動訊號，產生該第二脈衝寬度調變訊號，以及根據該第二脈衝寬度調變訊號以及一第二調變啟動訊號，將該直流輸入電壓轉換為一第二直流輸出電壓。
  7. 如請求項6所述的單輸入多輸出電源供應系統，其中該降壓調節控制模組包含：一第二降壓調節控制電路，耦接於該第一降壓調節器以及該第二降壓調節器，用來根據該第二電壓啟動訊號、該第二脈衝寬度調變訊號、該第二降壓調節器產生的一第二電源良好訊號以及該第一降壓調節器產生的該第一脈衝寬度調變訊號，產生一第二調變啟動訊號至該第二降壓調節器；其中當該第二脈衝寬度調變訊號為低準位時，該第一調變啟動訊號控制該第一降壓調節器的一第一高端開關由關閉狀態切換為導通狀態，且該第二降壓調節器的複數個高端開關維持關閉狀態。
  8. 如請求項6所述的單輸入多輸出電源供應系統，其另包含：一交流轉直流電壓轉換器，耦接於該降壓調節模組以及該調節控制模組，用來將一交流電壓轉換為該直流輸入電壓至該降壓調節模組；以及一電源控制電路，耦接於該交流轉直流電壓轉換器，用來根據該直流輸入電壓，分別產生該第一電壓啟動訊號以及該第二電壓啟動訊號至該第一降壓調節控制電路以及該第二降壓調節控制電路。
  9. 如請求項1所述的單輸入多輸出電源供應系統，其中當該第一電壓啟動訊號為一高準位且該第一電源良好訊號為一低準位時，該第一降壓調節控制電路於該軟啟動階段；以及當該第一電壓啟動訊號為該高準位且該第一電源良好訊號為該低準位時，該第一降壓調節控制電路於一穩定階段。
  10. 一種第一降壓調節控制電路，用於一單輸入多輸出電源供應系統，包含：一開關，耦接於該單輸入多輸出電源供應系統的一第一降壓調節器，用來根據一第一調變啟動訊號，連接或斷開該第一降壓調節器的一第一脈衝寬度調變控制器及一柵極驅動電路；以及一邏輯電路，耦接於該開關以及該第一降壓調節器，用來根據一第一電壓啟動訊號、該第一脈衝寬度調變控制器產生的一第一脈衝寬度調變訊號、該第一脈衝寬度調變控制器產生的一第一電源良好訊號以及該單輸入多輸出電源供應系統的一第二降壓調節器產生的一第二脈衝寬度調變訊號，產生該第一調變啟動訊號至該開關；其中該第一降壓調節器於一軟啟動階段時，當該第二脈衝寬度調變訊號為低準位時，該第一調變啟動訊號控制該第一降壓調節器的一第一高端開關由關閉狀態切換為導通狀態，且該第二降壓調節器的一第二高端開關維持關閉狀態。
  11. 如請求項10所述的控制電路，其中該單輸入多輸出電源供應系統包含：一降壓調節模組，包含該第一降壓調節器以及該第二降壓調節器，其中該第一降壓調節器用來根據該第一電壓啟動訊號，產生該第一脈衝寬度調變訊號，以及根據該第一脈衝寬度調變訊號以及該第一調變啟動訊號，將該直流輸入電壓轉換為一第一直流輸出電壓。
  12. 如請求項10所述的控制電路，其中該邏輯電路包含：一反向器，用來根據一第一邏輯訊號，產生一反相第一邏輯訊號；一及閘，耦接於該反向器及該第一降壓調節器的該第一脈衝寬度調變控制器，用來根據該第一電壓啟動訊號及該反相第一邏輯訊號，產生一第二邏輯訊號；以及一第一或閘，耦接於該第一脈衝寬度調變控制器、該及閘以及該開關，用來根據該第一電源良好訊號及該第二邏輯訊號，產生該第一調變啟動訊號至該開關。
  13. 如請求項12所述的控制電路，其中該單輸入多輸出電源供應系統包含一降壓調節控制模組，耦接於該降壓調節模組，該降壓調節模包含該第一降壓調節控制電路以及一第二降壓調節控制電路，該反向器耦接於該第二降壓調節器的一第二脈衝寬度調變控制器，且該第一邏輯訊號即是該第二脈衝寬度調變訊號。
  14. 如請求項12所述的控制電路，其中該降壓調節模組包含複數個第二降壓調節器，該邏輯電路另包含：一第二或閘，耦接於該複數個降壓調節器及該反向器，用來根據該複數個第二降壓調節器產生的複數個第二脈衝寬度調變訊號，產生該第一邏輯訊號至該反向器。
  15. 如請求項10所述的控制電路，其中該第二降壓調節器用來根據一第二電壓啟動訊號，產生該第二脈衝寬度調變訊號，以及根據該第二脈衝寬度調變訊號以及一第二調變啟動訊號，將該直流輸入電壓轉換為一第二直流輸出電壓。
  16. 如請求項15所述的控制電路，其中該降壓調節控制模組包含：一第二降壓調節控制電路，耦接於該第一降壓調節器以及該第二降壓調節器，用來根據該第二電壓啟動訊號、該第二脈衝寬度調變訊號、該第二降壓調節器產生的一第二電源良好訊號以及該第一降壓調節器產生的該第一脈衝寬度調變訊號，產生一第二調變啟動訊號至該第二降壓調節器；其中當該第二脈衝寬度調變訊號為低準位時，該第一調變啟動訊號控制該第一降壓調節器的一第一高端開關由關閉狀態切換為導通狀態，且該第二降壓調節器的複數個高端開關維持關閉狀態。
  17. 如請求項15所述的控制電路，其中該單輸入多輸出電源供應系統另包含：一交流轉直流電壓轉換器，耦接於該降壓調節模組以及該調節控制模組，用來將一交流電壓轉換為該直流輸入電壓至該降壓調節模組；以及一電源控制電路，耦接於該交流轉直流電壓轉換器，用來根據該直流輸入電壓，分別產生該第一電壓啟動訊號以及該第二電壓啟動訊號至該第一降壓調節控制電路以及該第二降壓調節控制電路。
  18. 如請求項10所述的控制電路，其中當該第一電壓啟動訊號為一高準位且該第一電源良好訊號為一低準位時，該第一降壓調節控制電路於該軟啟動階段；以及當該第一電壓啟動訊號為該高準位且該第一電源良好訊號為該低準位時，該第一降壓調節控制電路於一穩定階段。
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