TWI665540B

TWI665540B - 電壓控制系統

Info

Publication number: TWI665540B
Application number: TW105116765A
Authority: TW
Inventors: 莊家昇; 郭佩青; 鄭文琪
Original assignee: 大陸商恩斯邁電子（深圳）有限公司; 微星科技股份有限公司
Priority date: 2016-05-27
Filing date: 2016-05-27
Publication date: 2019-07-11
Also published as: CN107436614A; CN107436614B; TW201741794A; US20170346298A1; US10305278B2

Abstract

一種電壓控制系統，包含第一電壓轉換單元、第二電壓轉換單元及電壓監控模組。第一電壓轉換單元耦接第一電源，並用以將第一電源提供的第一電能以第一輸出電壓輸出。第二電壓轉換單元耦接第二電源，並用以將第二電源提供的第二電能以第二輸出電壓輸出。電壓監控模組電性連接第一電壓轉換單元與第二電壓轉換單元。電壓監控模組用以依據第一輸出電壓與第二輸出電壓，控制第一電壓轉換單元與第二電壓轉換單元，以調整第一輸出電壓或第二輸出電壓。

Description

電壓控制系統

本發明係關於一種電壓控制系統，特別是針對多個電源作調整的電壓控制系統。

電子裝置通常係通過電源模組所提供的電能，以達到運作的功能。許多的電子裝置需要的功率較高，例如虛擬實境(VR)裝置或是筆記型電腦等。然而，假如僅用單一的電源模組來提供高功率，此電源模組可能會受限於各地區的法規，而無法隨身攜帶。因此，若透過多個低功率的電源模組並聯供電，既可以達到單一高功率的電源模組的效果，又可以隨身攜帶。然而，當多個電源模組通過電壓轉換來作並聯供電時，各個電源模組的轉換電壓通常存在著誤差值，而此誤差值會造成電壓轉換效率的下降以及系統溫度的升高，進而導致電壓模組的效率不佳。

本發明所提供的電壓控制系統，可以在多個電源模組並聯供電時，監控各個電源模組的轉換電壓，並進一步地調整轉換電壓，以降低各個電源模組的轉換電壓之間的誤差值，達到轉換電壓的一致性，減少電能的損耗。

依據本發明之一實施例所揭露的電壓控制系統，包含第一電壓轉換單元、第二電壓轉換單元及電壓監控模組。第一電壓轉換單元耦接第一電源，並用以將第一電源提供的第一電能以第一輸出電壓輸出。第二電壓轉換單元耦接第二電源，並用以將第二電源提供的第二電能以第二輸出電壓輸出。電壓監控模組電性連接第一電壓轉換單元與第二電壓轉換單元。電壓監控模組用以依據第一輸出電壓與第二輸出電壓，控制第一電壓轉換單元與第二電壓轉換單元，以調整第一輸出電壓或第二輸出電壓。

於一實施例中，電壓監控模組包含電壓偵側單元與電壓調整單元。電壓偵側單元耦接第一電壓轉換單元與第二電壓轉換單元，電壓偵側單元用以偵測第一輸出電壓與第二輸出電壓，並產生偵測結果。電壓調整單元耦接電壓偵側單元，電壓調整單元用以依據偵測結果，控制第一電壓轉換單元與第二電壓轉換單元，以調整第一輸出電壓或第二輸出電壓。

綜合以上所述，本發明所提供的電壓控制系統藉由電壓監控模組中的電壓偵側單元，偵測轉換後的第一輸出電壓與第二輸出電壓，並依據偵測結果，調整第一輸出電壓與第二輸出電壓，使第一輸出電壓與第二輸出電壓達到一致性，進而減少電能損耗而提高轉換效率。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參照圖1，圖1係依據本發明之一實施例所繪示的電壓控制系統的功能方塊圖。圖1所示，電壓控制系統1包含第一電壓轉換單元12、第二電壓轉換單元13以及電壓監控模組14。第一電壓轉換單元12耦接第一電源20，用以將第一電源20提供的第一電能以第一輸出電壓V1輸出。第二電壓轉換單元13耦接第二電源21，用以將第二電源21提供的第二電能以第二輸出電壓V2輸出。於一個例子中，第一電源20與第二電源21為一般應用於電子裝置的電源模組，可依據實際需求提供不同的電能，例如電池、電源配接器(power adaptor)或是電源供應器(power supply)。於一個例子中，第一電壓轉換單元12與第二電壓轉換單元13耦接負載30，且將各別接收到的第一電能與第二電能轉換成穩定電壓，提供給負載30。於一實施例中，負載30可以是電子裝置，例如筆記型電腦。舉例來說，假設第一電壓轉換單元12與第二電壓轉換單元13係適用供電給筆記型電腦，第一電壓轉換單元12與第二電壓轉換單元13可以將來自電源模組(例如第一電源20或第二電源21)的電能分別轉換成適用於筆記型電腦的穩定電壓，例如12V，供應給筆記型電腦來運作。然而，本發明不以上述實施例為限，於其他實施例中，電源與電壓轉換單元適用於其他電子裝置，例如虛擬實境(Virtual Reality, VR)裝置或行動裝置。要注意的是，於其他例子中，電壓控制系統1可以與多個電源耦接，本發明不以上述實施例的電源數量為限。

電壓監控模組14電性連接第一電壓轉換單元12與第二電壓轉換單元13。電壓監控模組14用以依據第一輸出電壓V1與第二輸出電壓V2，控制第一電壓轉換單元12與第二電壓轉換單元13，以調整第一輸出電壓V1或第二輸出電壓V2。於一個例子中，調整第一輸出電壓V1或第二輸出電壓V2的方法，係透過調整回授電路中的電阻，以改變回授係數而達到電壓調整的目的。於一實施例中，電壓監控模組14包含電壓偵測單元142與電壓調整單元144。電壓偵測單元142耦接第一電壓轉換單元12與第二電壓轉換單元13。電壓偵測單元142用以偵測第一輸出電壓V1與第二輸出電壓V2，並產生偵測結果。具體來說，第一電源20與第二電源21所提供的第一電能與第二電能分別經過第一電壓轉換單元12與第二電壓轉換單元13的轉換而形成第一輸出電壓V1與第二輸出電壓V2，而電壓監控模組14中的電壓偵測單元142可以偵測到第一輸出電壓V1與第二輸出電壓V2的值，據以產生一個偵測結果。

電壓調整單元144耦接電壓偵側單元142，電壓調整單元144用以依據電壓偵測單元142所產生的偵測結果，控制第一電壓轉換單元12與第二電壓轉換單元13，以調整第一輸出電壓V1或第二輸出電壓V2。於一個例子中，在理想的狀態下，第一電壓轉換單元12與第二電壓轉換單元13分別輸出的第一輸出電壓V1與第二輸出電壓V2係為一致。然而，第一電壓轉換單元12與第二電壓轉換單元13在實際操作的時候，其所輸出的第一輸出電壓V1與第二輸出電壓V2係不一致的。也就是說，第一輸出電壓V1與第二輸出電壓V2之間存在有誤差值。舉例來說，電壓偵測單元142偵測到第一電壓轉換單元12輸出的第一輸出電壓為17.3伏特，而第二電壓轉換單元13輸出的第二輸出電壓為17.1伏特。電壓調整單元144係依據偵測到的結果，來控制第一電壓轉換單元12與第二電壓轉換單元13。調整第一輸出電壓V1或第一輸出電壓V2，使調整後的第一輸出電壓V1’與調整後的第二輸出電壓V2’一致或接近，例如均調整至17伏特或是接近17伏特。

於一實施例中，電壓偵測單元142所產生的偵測結果為第一輸出電壓V1大於第二輸出電壓V2，且第一輸出電壓V1與第二輸出電壓V2的差值大於第一門檻值。此時，電壓調整單元144調降第一輸出電壓V1或調升第二輸出電壓V2，使得調整後的第一輸出電壓V1’與調整後的第二輸出電壓V2’之間的差值小於第一門檻值。也就是說，於一實施例中，電壓調整單元144可以調降第一輸出電壓V1，使調整後的第一輸出電壓V1’接近或等於第二輸出電壓V2。於另一實施例中，電壓調整單元144可以調升第二輸出電壓V2，使調整後的第二輸出電壓V2’接近或等於第一輸出電壓V1。於其他實施例中，電壓調整單元144調降第一輸出電壓V1並調升第二輸出電壓V2，使調整後的第一輸出電壓V1’與調整後的第二輸出電壓V2’接近或一致。

於一個實際的例子中，假設第一門檻值為0.1伏特，而電壓偵測單元142的偵測結果是第一輸出電壓V1為18.5伏特，第二輸出電壓為18.3伏特。第一輸出電壓V1與第二輸出電壓V2的差值為0.2，大於第一門檻值。此時，電壓調整單元144將第一輸出電壓V1由18.5伏特調降至18.35伏特，使得調整後的第一輸出電壓V1’與第二輸出電壓V2的差值為0.05伏特，小於第一門檻值。於另一實施例中，電壓調整單元144將第二輸出電壓V2由18.3伏特調升至18.45伏特，使得第一輸出電壓V1與調整後的第二輸出電壓V2’的差值為0.05，小於第一門檻值。

於另一個實際的例子中，假設第一門檻值為0.05伏特，而電壓偵測單元142的偵測結果是第一輸出電壓V1為16伏特，第二輸出電壓V2為16.1伏特。第一輸出電壓V1與第二輸出電壓V2的差值為0.1，大於第一門檻值。此時，電壓調整單元144將第一輸出電壓V1由16伏特調升至16.02伏特，且將第二輸出電壓V2由16.1伏特調降至16.05伏特。此時，調整後的第一輸出電壓V1’與調整後的第二輸出電壓V2’的差值為0.03伏特，小於第一門檻值。於另一實施例中，電壓調整單元144將第一輸出電壓V1與第二輸出電壓V2調整至完全一致。舉例來說，電壓調整單元144將第一輸出電壓V1與第二輸出電壓V2皆調整至兩者的平均值。也就是說，若第一輸出電壓V1為16伏特，第二輸出電壓V2為16.1伏特，則電壓調整單元144將第一輸出電壓V1與第二輸出電壓V2均調整至16.05伏特。而此時調整後的第一輸出電壓V1’與調整後的第二輸出電壓V2’之間完全一致而沒有誤差。上述所說，係藉由電壓控制單元1的運作，調整後的第一輸出電壓V1’與調整後的第二輸出電壓V2’趨於接近或完全一致，可以使整體的系統於運作的過程中，減少不必要的電能損耗，進而提升系統的效率。

於一實施例中，電壓控制系統1更包含電流平衡模組15。電流平衡模組15包含第一電流開關單元152、第二電流開關單元154及控制電路156。第一電流開關單元152耦接第一電壓轉換單元12。第二電流開關單元154耦接第二電壓轉換單元13。控制電路156耦接第一電流開關單元152與第二電流開關單元154。控制電路156依據調整後的第一輸出電壓V1’與調整後的第二輸出電壓V2’的差值，以及第二門檻值，選擇性地導通第一電流開關單元152或第二電流開關單元154，並控制第一電流開關單元152的第一導通阻抗或第二電流開關單元154的第二導通阻抗。具體來說，當電壓監控模組14對第一輸出電壓V1與第二輸出電壓V2進行調整後，控制電路156依據調整後的第一輸出電壓V1’與調整後的第二輸出電壓V2’的差值，與第二門檻值作比對。再依據比對的結果，導通第一電流開關單元152或第二電流開關單元154。

於一實施例中，第一電流開關單元152包含第一電晶體1521及第一二極體1522，第二電流開關單元154包含第二電晶體1541及第二二極體1542。控制電路156依據調整後的第一輸出電壓V1’與調整後的第二輸出電壓V2’的差值，以及第二門檻值，選擇性地導通第一電流開關單元152的第一電晶體1521或第二電流開關單元154的第二電晶體1541。也就是說，控制電路156先得知調整後的第一輸出電壓V1’與調整後的第二輸出電壓V2’，再將兩者的差值比對第二門檻值，來決定導通第一電晶體1521或第二電晶體1541。於一實施例中，當調整後的第一輸出電壓V1’大於調整後的第二輸出電壓V2’時，且調整後的第一輸出電壓V1’與調整後的第二輸出電壓V2’的差值大於第二門檻值。此時，僅有第一電源20提供電能給負載端。而第二電流開關單元154係處於關閉狀態，第二電源21不會提供電能給負載端。於此實施例中，第二門檻值係為第一二極體1522的順向偏壓。要使第一二極體1522導通，可以在第一二極體1522的陽極端施加正電壓，且在第一二極體1522的陰極端施加負電壓，而此時所施加之電壓就是第一二極體1522的順向偏壓。

以一個實際的例子來說，假設第二門檻值(也就是第一二極體1522的順向偏壓)為0.5伏特。調整後的第一輸出電壓為19伏特，調整後的第二輸出電壓為18.4伏特。控制電路156得知調整後的第一輸出電壓V1’與調整後的第二輸出電壓V2’的差值為0.6伏特，大於第二門檻值。此時，第一電源20提供電能給負載端，而第二電晶體1541係呈現關閉狀態，以避免電流回流至第二電流開關單元154。此時，以整個電壓控制系統1來說，只有第一電源20提供電能至負載端，而第二電源21未提供電能至負載端，進而使得由電流平衡模組15所輸出的調整後的第一輸出電壓V1’與調整後的第二輸出電壓V2’接近而達到電壓平衡。

於另一實施例中，調整後的第一輸出電壓V1’大於調整後的第二輸出電壓V2’，且調整後的第一輸出電壓V1’與調整後的第二輸出電壓V2’的差值小於第二門檻值。此時，控制電路156導通第一電流開關單元152的第一電晶體1521與第二電流開關單元154的第二電晶體1541。控制電路156藉由控制第一電流開關單元152的第一導通阻抗或第二電流開關單元154的第二導通阻抗，使調整後的第一輸出電壓V1’與調整後的第二輸出電壓V2’一致。舉例來說，假設第二門檻值(也就是第一二極體1522的順向偏壓)為0.6伏特。調整後的第一輸出電壓為19伏特，調整後的第二輸出電壓為18.9伏特。調整後的第一輸出電壓V1’與調整後的第二輸出電壓V2’的差值為0.1伏特，小於第二門檻值。此時，第一電流開關單元152的第一電晶體1521與第二電流開關單元154的第二電晶體1541皆被導通。控制電路156藉由降低第一電晶體1521的閘極電壓，以調升第一電流開關單元152的第一導通阻抗，使得由電流平衡模組15所輸出的調整後的第一輸出電壓V1’與調整後的第二輸出電壓V2’趨於一致，而達到電壓平衡的效果。

由於第一電源20與第二電源21係採並聯輸出的方式供電。因此，當來自第一電源20的第一輸出電壓V1與來自第二電源21的第二輸出電壓V2之間的差值越大，其損耗的電能越多。藉由電壓監控模組14的設置，可以更精密地微調第一輸出電壓V1與第二輸出電壓V2，使兩者之間的差值小於第一門檻值。舉例來說，假設第一輸出電壓V1與第二輸出電壓V2差值為0.5伏特且輸出電流為1A，在第一電源20與第二電源21並聯供電的過程中，系統將會有0.5瓦特的損耗。因此，若是透過電壓監控模組14，使調整後的第一輸出電壓V1’與調整後的第二輸出電壓V2’差值小於第一門檻值，例如第一門檻值為0.2伏特。此時第一電源20與第二電源21並聯供電的過程中，系統的損耗會在0.2瓦特之內。

綜合以上所述，本發明之一實施例的電壓控制系統1係透過電壓監控模組14中的電壓偵側單元142，偵測轉換後的第一輸出電壓V1與第二輸出電壓V2，並且電壓偵側單元142依據偵測結果，調整第一輸出電壓V1與第二輸出電壓V2，使調整後的第一輸出電壓V1’與調整後的第二輸出電壓V2’達到一致性，進而減少系統運作時產生電能損耗，提高轉換效率。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1‧‧‧電壓控制系統

12‧‧‧第一電壓轉換單元

13‧‧‧第二電壓轉換單元

14‧‧‧電壓監控模組

20‧‧‧第一電源

21‧‧‧第二電源

142‧‧‧電壓偵測單元

144‧‧‧電壓調整單元

15‧‧‧電流平衡模組

152‧‧‧第一電流開關單元

154‧‧‧第二電流開關單元

156‧‧‧控制電路

1521‧‧‧第一電晶體

1522‧‧‧第一二極體

1541‧‧‧第二電晶體

1542‧‧‧第二二極體

30‧‧‧負載

圖1係依據本發明之一實施例所繪示的電壓控制系統的功能方塊圖。

Claims

一種電壓控制系統，包含一第一電壓轉換單元，耦接一第一電源，該第一電壓轉換單元用以將該第一電源提供的一第一電能以一第一輸出電壓輸出；一第二電壓轉換單元，耦接一第二電源，該第二電壓轉換單元用以將該第二電源提供的一第二電能以一第二輸出電壓輸出；以及一電壓監控模組，電性連接該第一電壓轉換單元與該第二電壓轉換單元，用以依據該第一輸出電壓與該第二輸出電壓，控制該第一電壓轉換單元與該第二電壓轉換單元，以調整該第一輸出電壓或該第二輸出電壓。
如請求項1所述的電壓控制系統，其中該電壓監控模組包含：一電壓偵側單元，耦接該第一電壓轉換單元與該第二電壓轉換單元，該電壓偵側單元用以偵測該第一輸出電壓與該第二輸出電壓，並產生一偵測結果；以及一電壓調整單元，耦接該電壓偵側單元，該電壓調整單元用以依據該偵測結果，控制該第一電壓轉換單元與該第二電壓轉換單元，以調整該第一輸出電壓或該第二輸出電壓。
如請求項2所述的電壓控制系統，其中當該偵測結果為該第一輸出電壓大於該第二輸出電壓，且該第一輸出電壓與該第二輸出電壓的差值大於一第一門檻值，該電壓調整單元調降該第一輸出電壓或調升該第二輸出電壓。
如請求項2所述的電壓控制系統，當該偵測結果為該第一輸出電壓大於該第二輸出電壓，且該第一輸出電壓與該第二輸出電壓的差值大於一第一門檻值，該電壓調整單元調降該第一輸出電壓，使調整後的該第一輸出電壓與該第二輸出電壓的差值小於該第一門檻值。
如請求項2所述的電壓控制系統，當該偵測結果為該第一輸出電壓大於該第二輸出電壓，且該第一輸出電壓與該第二輸出電壓的差值大於一第一門檻值，該電壓調整單元調降該第一輸出電壓且調升該第二輸出電壓，使調整後的該第一輸出電壓與調整後的該第二輸出電壓的差值小於該第一門檻值。
如請求項1所述的電壓控制系統，更包含：一電流平衡模組，包含：一第一電流開關單元，耦接該第一電壓轉換單元；一第二電流開關單元，耦接該第二電壓轉換單元；以及一控制電路，耦接該第一電流開關單元與該第二電流開關單元，該控制電路依據調整後的該第一輸出電壓與調整後的該第二輸出電壓的差值，以及一第二門檻值，選擇性地導通該第一電流開關單元或該第二電流開關單元，並控制該第一電流開關單元的一第一導通阻抗或該第二電流開關單元的一第二導通阻抗。
如請求項6所述的電壓控制系統，該第一電流開關單元包含一第一電晶體及一第一二極體，該第二電流開關單元包含一第二電晶體及一第二二極體，該控制電路依據調整後的該第一輸出電壓與調整後的該第二輸出電壓的差值，以及該第二門檻值，選擇性地導通該第一電流開關單元的該第一電晶體或該第二電流開關單元的該第二電晶體。
如請求項7所述的電壓控制系統，其中當調整後的該第一輸出電壓大於調整後的該第二輸出電壓時，且調整後的該第一輸出電壓與調整後的該第二輸出電壓的差值大於該第二門檻值，該控制電路導通該第一電流開關單元的該第一電晶體。
如請求項8所述的電壓控制系統，其中該第二門檻值係為該第一二極體的順向偏壓。