專利名稱：具動態(tài)壓降控制的電源供應(yīng)器及其方法
具動態(tài)壓降控制的電源供應(yīng)器及其方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是有關(guān)一種電源供應(yīng)器，特別是關(guān)于一種具動態(tài)壓降控制的電源供應(yīng)器及其方法。
背景技術(shù)：
美國專利號7207054提出一種降頻器(Low Noise Block converter ；LNB)的電源供應(yīng)器如圖1所示，電源轉(zhuǎn)換器10將輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換為調(diào)節(jié)電壓Vreg給線性放大器12， 參考電壓產(chǎn)生器14提供直流電壓準(zhǔn)位Vref給電源轉(zhuǎn)換器10及線性放大器12，信號產(chǎn)生器 16提供模擬交流音調(diào)(AC tone)信號經(jīng)開關(guān)SW切換而迭加到直流電壓準(zhǔn)位Vref上，線性放大器12根據(jù)直流電壓準(zhǔn)位Vref從調(diào)節(jié)電壓Vreg產(chǎn)生輸出電壓Vlnb，其具有直流電壓準(zhǔn)位Vref，且受該模擬交流音調(diào)信號調(diào)變。在此電源供應(yīng)架構(gòu)中，直流電壓準(zhǔn)位Vref是據(jù)需要的輸出電壓Vlnb的大小，從多個(gè)直流電壓準(zhǔn)位中選出一個(gè)，且調(diào)節(jié)電壓Vreg是在其上加上某預(yù)定量Λ V，亦即
Vreg = Vref+ Δ V0[Eq-1]
當(dāng)負(fù)載不同或選擇的輸出電壓 Vlnb大小不同時(shí)，線性放大器12的壓降
Vdropout = Vreg-Vlnb
= (Vref+ Δ V) -Vref
= AV[Eq-2]
是固定的，因此會導(dǎo)致較高的消耗功率，較差的效率。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一，在于提出一種具動態(tài)壓降控制的電源供應(yīng)器及其方法。
本發(fā)明的目的之一，在于提出一種在不同負(fù)載時(shí)維持高效率的電源供應(yīng)器及其方法。
本發(fā)明的目的之一，在于提出一種在選擇的輸出電壓不同時(shí)維持高效率的電源供應(yīng)器及其方法。
根據(jù)本發(fā)明，一種具動態(tài)壓降控制的電源供應(yīng)器及其方法使用電源轉(zhuǎn)換器參照第一直流電壓準(zhǔn)位產(chǎn)生調(diào)節(jié)電壓，低壓降穩(wěn)壓器參照第二直流電壓準(zhǔn)位從該調(diào)節(jié)電壓產(chǎn)生輸出電壓，以及參考電壓產(chǎn)生器根據(jù)該低壓降穩(wěn)壓器的輸出晶體管的輸入端電壓及控制端電壓動態(tài)調(diào)整該第一直流電壓準(zhǔn)位，以調(diào)整該調(diào)節(jié)電壓。
由于動態(tài)調(diào)整該第一直流電壓準(zhǔn)位以調(diào)整該調(diào)節(jié)電壓，因此可將該低壓降穩(wěn)壓器的壓降最小化，降低消耗功率，提升效率，在不同的負(fù)載及選擇的輸出電壓不同時(shí)維持高效率。


圖1是現(xiàn)有的LNB電源供應(yīng)器；
圖2是根據(jù)本發(fā)明的LNB電源供應(yīng)器；圖3是圖2的一個(gè)實(shí)施例；
圖4是圖3中的檢測器的一個(gè)實(shí)施例；
圖5是圖3及圖1的電路二者的效率由
附圖標(biāo)號
10電源轉(zhuǎn)換器
12線性放大器
14參考電壓產(chǎn)生器
16信號產(chǎn)生器
18低壓降穩(wěn)壓器
20輸出晶體管
22低壓降穩(wěn)壓控制器
24參考電壓產(chǎn)生器
26檢測器
28動態(tài)壓降控制器
30開關(guān)
32誤差放大器
34脈寬調(diào)變控制器
36運(yùn)算放大器
38數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器
40音調(diào)發(fā)射器
42計(jì)數(shù)器及邏輯電路
44數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器
46減法器
48比較器
50比較器
52效率曲線
54效率曲線以及具體實(shí)施方式
參照圖2的實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的電源供應(yīng)器使用電源轉(zhuǎn)換器10參照第一直流電壓準(zhǔn)位Vrefl將輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換為調(diào)節(jié)電壓Vreg，低壓降穩(wěn)壓器18包含輸出晶體管20 具有輸入端接受調(diào)節(jié)電壓Vreg，以及低壓降穩(wěn)壓控制器22參照第二直流電壓準(zhǔn)位Vref2產(chǎn)生控制電壓Vg施加到輸出晶體管20的控制端，以控制輸出晶體管20在其輸出端產(chǎn)生輸出電壓Vlnb，以及參考電壓產(chǎn)生器24根據(jù)調(diào)節(jié)電壓Vreg及控制電壓Vg動態(tài)調(diào)整第一直流電壓準(zhǔn)位VrefI，進(jìn)而調(diào)整調(diào)節(jié)電壓Vreg。如同一般的低壓降穩(wěn)壓器，輸出電壓Vlnb回授給低壓降穩(wěn)壓控制器22作控制。另外，從LNB系統(tǒng)取出的22KHz交流音調(diào)信號Vfb亦回授給低壓降穩(wěn)壓控制器22，以調(diào)變控制電壓Vg，進(jìn)而調(diào)變輸出電壓Vlnb。輸出電壓Vlnb的直流電壓準(zhǔn)位為Vref2，借著動態(tài)調(diào)整第一直流電壓準(zhǔn)位Vrefl，可將低壓降穩(wěn)壓器18的壓降
Vdropout = Vreg-Vlnb
= V (Vrefl) -Vref2[Eq-3]
最小化。若負(fù)載電流為Iload，則低 壓降穩(wěn)壓器18的功率為
P = IloadX Vdropout。[Eq-4]
在不同的負(fù)載Iload時(shí)，或在輸出電壓Vlnb的直流電壓準(zhǔn)位Vref2不同時(shí)，皆可將壓降Vdropout最小化，以減少消耗功率，提高效率。
在一實(shí)施例中，輸出晶體管20是MOSFET，其源極電壓即調(diào)節(jié)電壓Vreg，柵極電壓即控制電壓Vg，漏極電壓即輸出電壓Vlnb，參考電壓產(chǎn)生器24調(diào)整第一直流電壓準(zhǔn)位 Vrefl，使得調(diào)節(jié)電壓Vreg及控制電壓Vg之間的壓差Vsg在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)，因而控制壓降 Vdropout在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)。在圖2的實(shí)施例中，參考電壓產(chǎn)生器24包括檢測器26檢測輸出晶體管20的輸入電壓Vreg及控制電壓Vg之間的壓差Vsg，將其分別與第一門坎電壓Vh及第二門坎電壓Vl比較，以產(chǎn)生檢測信號Sdet，以及動態(tài)壓降控制器28根據(jù)檢測信號Sdet 調(diào)整第一直流電壓準(zhǔn)位Vrefl，因而控制Vsg在Vh到Vl的范圍內(nèi)。例如，當(dāng)Vsg上升到超過Vh時(shí)，檢測信號Sdet為降壓信號，促使動態(tài)壓降控制器調(diào)低第一直流電壓準(zhǔn)位Vrefl， 因而調(diào)低調(diào)節(jié)電壓Vreg ;當(dāng)Vsg下降到低于Vl時(shí)，檢測信號Sdet為升壓信號，促使動態(tài)壓降控制器調(diào)高第一直流電壓準(zhǔn)位Vref I，因而調(diào)高調(diào)節(jié)電壓Vreg ;當(dāng)Vsg介于Vh與Vl之間時(shí)，第一直流電壓準(zhǔn)位Vrefl維持不變。
圖3是圖2的一個(gè)實(shí)施例。電源轉(zhuǎn)換器10使用直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器將輸入電壓Vin升壓為調(diào)節(jié)電壓Vreg，其包括電感LI及開關(guān)30串聯(lián)在電源輸入端Vin及地端之間， 防逆流二極管Dl介于電感LI及電源輸出端Vreg之間，電阻Rl及R2組成分壓器將調(diào)節(jié)電壓Vreg分壓，產(chǎn)生代表調(diào)節(jié)電壓Vreg直流準(zhǔn)位的回授電壓Vfbl，誤差放大器32根據(jù)回授電壓Vfbl及第一直流電壓準(zhǔn)位Vrefl之間的差值產(chǎn)生誤差信號給脈寬調(diào)變控制器34，據(jù)以產(chǎn)生脈寬調(diào)變信號切換開關(guān)30以控制電感LI的電流II。本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)知，電源轉(zhuǎn)換器10可使用其它各種類型的電源轉(zhuǎn)換器，例如以電感、開關(guān)及脈寬調(diào)變控制器為基礎(chǔ)的切換式電源轉(zhuǎn)換器，此是現(xiàn)有技術(shù)。低壓降穩(wěn)壓控制器22包括電阻R3及R4組成分壓器將輸出電壓Vlnb分壓，產(chǎn)生代表輸出電壓Vlnb直流準(zhǔn)位的回授電壓Vfb2給運(yùn)算放大器36的負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器36的正輸入端接受第二直流電壓準(zhǔn)位Vref2，因而在其輸出端產(chǎn)生控制電壓Vg，交流音調(diào)信號Vfb注入運(yùn)算放大器36的負(fù)輸入端，以調(diào)變回授電壓Vfb2，進(jìn)而調(diào)變控制電壓Vg。本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)知，此實(shí)施例亦可修改為，將交流音調(diào)信號Vfb反相后注入運(yùn)算放大器36的正輸入端，以調(diào)變第二直流電壓準(zhǔn)位Vref2，進(jìn)而調(diào)變控制電壓Vg。 使用數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器38作為接口，將數(shù)字設(shè)定信號I2C轉(zhuǎn)換成模擬電壓Vref2，需要不同的輸出電壓Vlnb時(shí)，藉更改數(shù)字設(shè)定信號I2C來選擇不同的第二直流電壓準(zhǔn)位Vref2。交流音調(diào)信號經(jīng)電容耦合到LNB系統(tǒng)原有的音調(diào)發(fā)射器40，以產(chǎn)生交流音調(diào)信號Vfb。
圖4是檢測器26的實(shí)施例，減法器46將Vreg減去Vg得到Nsg,比較器48比較 Vsg和Vh，在Vsg > Vh時(shí)發(fā)出降壓信號Sdn，比較器50比較Vsg和VI，在Vsg < Vl時(shí)發(fā)出升壓信號Sup?；氐綀D3，動態(tài)壓降控制器28包括計(jì)數(shù)器及邏輯電路42，在降壓信號Sdn為邏輯I時(shí)下數(shù)，在升壓信號Sup為邏輯I時(shí)上數(shù)，因此計(jì)數(shù)值CV隨著檢測信號(Sdn，Sup) 的狀態(tài)減少、增加或維持不變，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器44將計(jì)數(shù)值CV轉(zhuǎn)換為第一直流電壓準(zhǔn)位 Vrefl0
在圖3的實(shí)施例中，電源轉(zhuǎn)換器10產(chǎn)生的調(diào)節(jié)電壓為
權(quán)利要求
1.一種具動態(tài)壓降控制的電源供應(yīng)器，其特征在于，所述的電源供應(yīng)器包括電源轉(zhuǎn)換器，參照第一直流電壓準(zhǔn)位將輸入電壓轉(zhuǎn)換為調(diào)節(jié)電壓；低壓降穩(wěn)壓器，包含輸出晶體管具有輸入端接受所述調(diào)節(jié)電壓，以及低壓降穩(wěn)壓控制器參照第二直流電壓準(zhǔn)位產(chǎn)生控制電壓施加到所述晶體管的控制端，以控制所述晶體管在其輸出端產(chǎn)生輸出電壓，所述低壓降穩(wěn)壓控制器并根據(jù)交流音調(diào)信號調(diào)變所述控制電壓， 以調(diào)變所述輸出電壓；以及參考電壓產(chǎn)生器，連接所述電源轉(zhuǎn)換器及所述低壓降穩(wěn)壓器，根據(jù)所述調(diào)節(jié)電壓及所述控制電壓調(diào)整所述第一直流電壓準(zhǔn)位。
2.如權(quán)利要求1所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，所述的參考電壓產(chǎn)生器控制所述第一直流電壓準(zhǔn)位，使得所述調(diào)節(jié)電壓及所述控制電壓之間的壓差在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，所述的參考電壓產(chǎn)生器包括 檢測器，連接所述輸出晶體管的輸入端及控制端，將其上的壓差分別與第一及第二門坎電壓比較，以產(chǎn)生檢測信號；以及動態(tài)壓降控制器，連接所述檢測器，根據(jù)所述檢測信號調(diào)整所述第一直流電壓準(zhǔn)位。
4.如權(quán)利要求3所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，所述的檢測器包括第一比較器，比較所述壓差及所述第一門坎電壓，以產(chǎn)生降壓信號；以及第二比較器，比較所述壓差及所述第二門坎電壓，以產(chǎn)生升壓信號。
5.如權(quán)利要求3所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，所述的動態(tài)壓降控制器包括計(jì)數(shù)器及邏輯電路，連接所述檢測器，根據(jù)所述檢測信號產(chǎn)生計(jì)數(shù)值；以及數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，連接所述計(jì)數(shù)器及邏輯電路，將所述計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)換為所述第一直流電壓準(zhǔn)位。
6.如權(quán)利要求5所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，所述檢測信號包括三種狀態(tài)，在第一狀態(tài)時(shí)，所述計(jì)數(shù)器及邏輯電路增加所述計(jì)數(shù)值；在第二狀態(tài)時(shí)，所述計(jì)數(shù)器及邏輯電路減少所述計(jì)數(shù)值；在第三狀態(tài)時(shí)，所述計(jì)數(shù)器及邏輯電路保持所述計(jì)數(shù)值不變。
7.如權(quán)利要求1所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，所述低壓降穩(wěn)壓控制器包括分壓器，將所述輸出電壓分壓，以產(chǎn)生代表所述輸出電壓的直流準(zhǔn)位的回授電壓；以及運(yùn)算放大器，具有第一輸入端接受所述第二直流電壓準(zhǔn)位，第二輸入端接受所述回授電壓，以及輸出端產(chǎn)生所述控制電壓；其中，所述交流音調(diào)信號注入所述運(yùn)算放大器的第一或第二輸入端。
8.如權(quán)利要求1所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，所述電源轉(zhuǎn)換器包括電感；開關(guān)，連接所述電感；脈寬調(diào)變控制器，連接所述開關(guān)，根據(jù)誤差信號產(chǎn)生脈寬調(diào)變信號切換所述開關(guān)，以控制所述電感的電流；分壓器，將所述調(diào)節(jié)電壓分壓，以產(chǎn)生代表所述調(diào)節(jié)電壓的直流準(zhǔn)位的回授電壓；以及誤差放大器，連接所述脈寬調(diào)變控制器及所述分壓器，根據(jù)所述回授電壓及所述第一直流電壓準(zhǔn)位之間的差值產(chǎn)生所述誤差信號。
9.如權(quán)利要求1所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，所述的電源供應(yīng)器更包括數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器將數(shù)字設(shè)定信號轉(zhuǎn)換為所述第二直流電壓準(zhǔn)位。
10.如權(quán)利要求1所述的電源供應(yīng)器，其特征在于，所述的電源供應(yīng)器更包括音調(diào)發(fā)射器根據(jù)所述交流音調(diào)信號產(chǎn)生回授信號給所述低壓降穩(wěn)壓控制器。
11.一種具動態(tài)壓降控制的電源供應(yīng)方法，其特征在于，所述的方法包括下列步驟A.參照第一直流電壓準(zhǔn)位將輸入電壓轉(zhuǎn)換為調(diào)節(jié)電壓給低壓降穩(wěn)壓器；B.參照第二直流電壓準(zhǔn)位產(chǎn)生控制電壓施加到所述低壓降穩(wěn)壓器的輸出晶體管的控制端，以控制所述輸出晶體管在其輸出端產(chǎn)生輸出電壓；C.根據(jù)交流音調(diào)信號調(diào)變所述控制電壓，以調(diào)變所述輸出電壓；以及D.根據(jù)所述調(diào)節(jié)電壓及所述控制電壓調(diào)整所述第一直流電壓準(zhǔn)位。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述步驟D包括控制所述第一直流電壓準(zhǔn)位，使得所述調(diào)節(jié)電壓及所述控制電壓之間的壓差在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述步驟D包括下列步驟從所述輸出晶體管的輸入端及控制端檢測其上的壓差；在所述壓差大于第一門坎電壓時(shí)調(diào)低所述第一直流電壓準(zhǔn)位；以及在所述壓差小于第二門坎電壓時(shí)調(diào)高所述第一直流電壓準(zhǔn)位。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述步驟D包括下列步驟從所述輸出晶體管的輸入端及控制端檢測其上的壓差；將所述壓差分別與第一及第二門坎電壓比較，以產(chǎn)生檢測信號；以及根據(jù)所述檢測信號調(diào)整所述第一直流電壓準(zhǔn)位。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述檢測信號調(diào)整所述第一直流電壓準(zhǔn)位的步驟包括下列步驟因應(yīng)所述檢測信號調(diào)整計(jì)數(shù)值；以及將所述計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)換為所述第一直流電壓準(zhǔn)位。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述步驟B包括下列步驟產(chǎn)生代表所述輸出電壓的直流準(zhǔn)位的回授電壓；以及根據(jù)所述回授電壓及所述第二直流電壓準(zhǔn)位之間的差值產(chǎn)生所述控制電壓。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述步驟C包括以所述交流音調(diào)信號調(diào)變所述回授電壓或所述第二直流電壓準(zhǔn)位，以調(diào)變所述控制電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具動態(tài)壓降控制的電源供應(yīng)器及其方法，使用電源轉(zhuǎn)換器參照第一直流電壓準(zhǔn)位產(chǎn)生調(diào)節(jié)電壓，低壓降穩(wěn)壓器參照第二直流電壓準(zhǔn)位從該調(diào)節(jié)電壓產(chǎn)生輸出電壓，以及參考電壓產(chǎn)生器根據(jù)該低壓降穩(wěn)壓器的輸出晶體管的輸入端電壓及控制端電壓動態(tài)調(diào)整該第一直流電壓準(zhǔn)位，以調(diào)整該調(diào)節(jié)電壓。該電源供應(yīng)器及方法能將該低壓降穩(wěn)壓器的壓降最小化，因而在不同大小的負(fù)載及輸出電壓時(shí)維持高效率。
文檔編號G05F1/46GK103019285SQ20111031148
公開日2013年4月3日 申請日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者黃宗偉, 林水木 申請人:立锜科技股份有限公司