電壓調(diào)節(jié)裝置及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電壓調(diào)節(jié)裝置及其控制方法，電壓調(diào)節(jié)裝置至少包括輸出單元、電流感測單元、控制單元、晶體管驅(qū)動單元以及脈寬調(diào)變單元。輸出單元輸出輸出訊號，輸出單元具有第一晶體管、第二晶體管及儲能元件，第二晶體管分別與第一晶體管及儲能元件電性連接。電流感測單元電性連接儲能元件的第一端及第二端。控制單元分別與電流感測單元及輸出單元電性連接。晶體管驅(qū)動單元與輸出單元對應(yīng)設(shè)置，并分別與控制單元及輸出單元電性連接。脈寬調(diào)變單元分別與控制單元及晶體管驅(qū)動單元電性連接。本發(fā)明的電壓調(diào)節(jié)裝置及其控制方法不僅不會產(chǎn)生額外的損耗而導(dǎo)致其整體效率降低，當(dāng)然，也不會產(chǎn)生時間延遲而降低電壓調(diào)節(jié)裝置的反應(yīng)時間。
【專利說明】電壓調(diào)節(jié)裝置及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種電壓調(diào)節(jié)裝置及其控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]一般而言，電腦系統(tǒng)內(nèi)的中央處理器(CPU)的電源并不是直接由電源供應(yīng)器所提供，主要原因是CPU所需的核心電壓(Vcore)是按照其負(fù)載的大小而不斷改變，因此，CPU所需的核心電壓可能瞬間變高或變低，而一般的電源供應(yīng)器是無法直接對如此突如其來的改變作出反應(yīng)的。為了解決此問題，主板上設(shè)有專為CPU供電的電壓調(diào)整模塊(VoltageRegulator Module，VRM)用以對CPU進(jìn)行供電。其中，電壓調(diào)整模塊能接收來自CPU的回授訊號，并按此訊號將電壓進(jìn)行調(diào)整，不會因電流突如其來的改變而使電壓驟變，影響CPU的運作。
[0003]一般情況下，當(dāng)電壓調(diào)整模塊的輸出電流在例如20A以上時(CPU重載時)，電壓調(diào)整模塊都是運作于連續(xù)電流模式(Continuous Current Mode, CCM)模式，因此，輸出電流的波形是連續(xù)的三角波。不過，當(dāng)提供給CPU的負(fù)載電流由重載變?yōu)檩p載而瞬間降低至輸出電流的一半以下時，則電壓調(diào)整模塊會產(chǎn)生負(fù)向的電流(與原輸出電流方向相反的電流)，此負(fù)向的電流將造成電路額外的損耗而導(dǎo)致電壓調(diào)整模塊的整體效率降低。另外，當(dāng)負(fù)向的電流由負(fù)向的最低點上升到達(dá)0安培時會具有時間上的延遲，此時間的延遲將使電壓調(diào)整模塊需要更多額外的反應(yīng)時間才可提供正向的輸出電流給CPU，造成電壓調(diào)整模塊的反應(yīng)速度變慢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種電壓調(diào)節(jié)裝置，至少包括輸出單元、電流感測單元、控制單元、晶體管驅(qū)動單元以及脈寬調(diào)變單元。輸出單元輸出輸出訊號，輸出單元具有第一晶體管、第二晶體管及儲能元件，第二晶體管分別與第一晶體管及儲能元件電性連接。電流感測單元電性連接儲能元件的第一端及第二端。控制單元分別與電流感測單元及輸出單元電性連接。晶體管驅(qū)動單元與輸出單元對應(yīng)設(shè)置，并分別與控制單元及輸出單元電性連接。脈寬調(diào)變單元分別與控制單元及晶體管驅(qū)動單元電性連接。
[0005]本發(fā)明還提供一種電壓調(diào)節(jié)裝置的控制方法，電壓調(diào)節(jié)裝置至少具有輸出單元、電流感測單元、控制單元、脈寬調(diào)變單元以及晶體管驅(qū)動單元，輸出單元輸出輸出訊號，輸出單元具有第一晶體管、第二晶體管及儲能元件，第二晶體管分別與第一晶體管及儲能元件電性連接，電流感測單元電性連接儲能元件的第一端及第二端，控制單元分別與電流感測單元、輸出單元、脈寬調(diào)變單元以及晶體管驅(qū)動單元電性連接，控制方法包括:由電流感測單元感測流過輸出單元的儲能元件的電流；以及當(dāng)電流感測單元感測流過輸出單元的儲能元件的電流為負(fù)值時，由控制單元對應(yīng)控制輸出單元的第一晶體管及第二晶體管截止，以截止儲能元件的負(fù)向電流。
[0006]承上所述，本發(fā)明的電壓調(diào)節(jié)裝置及其控制方法不僅不會產(chǎn)生額外的損耗而導(dǎo)致其整體效率降低，當(dāng)然，也不會產(chǎn)生時間延遲而降低電壓調(diào)節(jié)裝置的反應(yīng)時間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1所示為依據(jù)本發(fā)明第一實施例的一種電壓調(diào)節(jié)裝置的示意圖；
[0008]圖2所示為依據(jù)圖1的電壓調(diào)節(jié)裝置的控制方法的步驟流程圖；
[0009]圖3所示為依據(jù)圖1的電壓調(diào)節(jié)裝置的控制方法的另一步驟流程圖；
[0010]圖4所示為依據(jù)本發(fā)明第二實施例的一種電壓調(diào)節(jié)裝置的示意圖。

【具體實施方式】
[0011]以下將參考相關(guān)附圖，說明依據(jù)本發(fā)明較佳實施例的電壓調(diào)節(jié)裝置及其控制方法，其中相同的元件將以相同的參考符號加以說明。
[0012]請參考圖1，所示為依據(jù)本發(fā)明較佳實施例的一種電壓調(diào)節(jié)裝置1的示意圖。
[0013]電壓調(diào)節(jié)裝置1包括輸出單元11、電流感測單元12、控制單元13、脈寬調(diào)變單元14及晶體管驅(qū)動單元15。
[0014]輸出單兀11輸出輸出訊號，在本實施例中，輸出單兀11的數(shù)量為一，因此，輸出訊號為單相電壓、電流。其中，輸出單元11具有第一晶體管T1、第二晶體管T2、儲能元件L及電容C，第二晶體管T2分別與第一晶體管T1及儲能元件L電性連接。第一晶體管T1或第二晶體管T2可分別為功率晶體管，并例如為PM0S (金屬氧化物半導(dǎo)體)或NM0S功率晶體管。于此，第一晶體管T1及第二晶體管T2是以PM0S功率晶體管為例，而儲能元件L是以電感為例。另外，儲能元件L可用來儲能,當(dāng)電流通過時可將電能暫時儲存起來，在電流不足時再將電能釋放，以達(dá)到穩(wěn)定電流的目的。此外，電容C具有儲存電能及濾波的功能，用以確保穩(wěn)定供電給CPU。
[0015]第一晶體管T1的柵極接收晶體管驅(qū)動單元15輸出的第一驅(qū)動訊號S1，而其漏極(Drain)連接至電壓Vcc,其源極(Source)連接至儲能元件L的第一端及第二晶體管T2的漏極。另外，第二晶體管T2的柵極接收由晶體管驅(qū)動單元15輸出的第二驅(qū)動訊號S2，其漏極連接至第一晶體管T1的源極及儲能元件L的第一端，而其源極連接至接地端。此外，電容C連接于儲能元件L的第二端及輸出端而輸出端\可提供核心電壓給CPU。
[0016]控制單元13分別與電流感測單元12、脈寬調(diào)變單元14、晶體管驅(qū)動單元15及輸出單元11電性連接，而脈寬調(diào)變單元14分別與控制單元13及輸出單元11電性連接，且晶體管驅(qū)動單元15分別與控制單元13、脈寬調(diào)變單元14及輸出單元11電性連接。其中，晶體管驅(qū)動單元15與輸出單元11對應(yīng)設(shè)置，并對應(yīng)驅(qū)動輸出單元11。舉例而言，當(dāng)控制單元13產(chǎn)生對應(yīng)的控制訊號控制脈寬調(diào)變單元14時，脈寬調(diào)變單元14可產(chǎn)生例如脈寬調(diào)變訊號PWM控制晶體管驅(qū)動單元15，使晶體管驅(qū)動單元15對應(yīng)輸出第一驅(qū)動訊號S1及第二驅(qū)動訊號S2控制輸出單元11的第一晶體管T1及第二晶體管T2，使得輸出單元11可輸出電流I至輸出端Vy以供應(yīng)CPU所需電流。其中，控制單元13可通過增加脈寬調(diào)變訊號PWM的脈寬來提高電流I，以供應(yīng)CPU重載時所需。另外，當(dāng)CPU處于輕載時，控制單元13也可通過減少脈寬調(diào)變訊號PWM的脈寬來降低輸出電流I，以供應(yīng)CPU輕載時所需。
[0017]電流感測單元12電性連接儲能元件L的第一端及第二端，即電流感測單元12跨接于儲能元件L，并可感測流過輸出單元11的儲能元件L的電流I，以使控制單元13產(chǎn)生對應(yīng)的控制訊號控制脈寬調(diào)變單元14或晶體管驅(qū)動單元15，進(jìn)而控制輸出單元11。于此，是定義由儲能元件L的第一端流向第二端(及輸出端％)的電流I的方向為正，而由儲能元件L的第二端流向儲能元件L的第一端的電流方向為負(fù)。
[0018]當(dāng)電流感測單元12感測流過輸出單元11的儲能元件L的電流為負(fù)值時,控制單元13控制輸出單元11的第一晶體管T1及第二晶體管T2截止，以截止儲能元件L的負(fù)向電流，使輸出單元11的儲能元件L不會產(chǎn)生負(fù)向電流而由儲能元件L的第一端流到其第二端，并通過第二晶體管T2的漏極、源極而流至接地端。
[0019]以下，請參考圖1、圖2、圖3，其中圖2及圖3分別為圖1的電壓調(diào)節(jié)裝置的控制方法的步驟示意圖。
[0020]于正常操作情況下，如步驟P1所示:由電流感測單元12感測流過輸出單元11的儲能元件L的電流I ;如步驟P2所示:當(dāng)感測到的電流I為正電流時(I > 0)，則進(jìn)行步驟P3:正常操作。正常操作為脈寬調(diào)變單元14產(chǎn)生脈寬調(diào)變訊號PWM控制晶體管驅(qū)動單元15驅(qū)動第一晶體管T1及第二晶體管T2輸出電流I至輸出端以正常供電給CPU。于此，驅(qū)動單兀15輸出的第一驅(qū)動訊號S1為高準(zhǔn)位，且輸出的第二驅(qū)動訊號S2為低準(zhǔn)時,第一晶體管T1導(dǎo)通，第二晶體管T2截止，而電壓Vcc可通過第一晶體管T1及儲能元件L提供正向的電流I給輸出端％。
[0021]再者，當(dāng)感測到的電流I為負(fù)電流時(I < 0)，則可進(jìn)行步驟P41 (圖2)或P42 (圖3)，進(jìn)而控制第一晶體管T1及第二晶體管T2截止(步驟P43)。
[0022]如圖2所示，步驟P41及P43為:由控制單元13控制脈寬調(diào)變單元14產(chǎn)生截止訊號控制晶體管驅(qū)動單元15，進(jìn)而控制第一晶體管T1及第二晶體管T2截止。于此，控制單元13可控制脈寬調(diào)變單元14產(chǎn)生脈寬調(diào)變訊號PWM控制晶體管驅(qū)動單元15，晶體管驅(qū)動單兀15輸出的截止訊號包含第一驅(qū)動訊號S1及第二驅(qū)動訊號S2,且第一驅(qū)動訊號S1為低準(zhǔn)位，而第二驅(qū)動訊號S2也為低準(zhǔn)位，第一驅(qū)動訊號S1 (低準(zhǔn)位)使第一晶體管T1截止，第二驅(qū)動訊號S2 (低準(zhǔn)位)也使第二晶體管T2截止，則流過儲能元件1的負(fù)向的電流I就不會由第二晶體管T2的漏極、源極而流入接地端(沒有負(fù)向的電流回路)，故不會產(chǎn)生負(fù)向電流，使電壓調(diào)節(jié)裝置1操作于二極管仿真模式(d1de-emulat1n-mode, DEM)。接著，于下一供電周期時重復(fù)上述控制步驟。
[0023]或者，如圖3所示，步驟P42及P43為:控制單元13停用(disable)晶體管驅(qū)動單元15，進(jìn)而控制第一晶體管T1及第二晶體管T2截止。換言之，控制單元13可產(chǎn)生禁能(disable)訊號停用晶體管驅(qū)動單元15，使晶體管驅(qū)動單元15無法輸出第一驅(qū)動訊號S1及第二驅(qū)動訊號S2，故第一晶體管T1及第二晶體管T2截止，因此，儲能元件L的負(fù)向的電流I就不會通過第二晶體管T2的漏極、源極而流入接地端，故不會產(chǎn)生負(fù)向電流。接著，于下一供電周期時重復(fù)上述控制步驟。
[0024]承上，由于電壓調(diào)節(jié)裝置1不會產(chǎn)生負(fù)向電流，故不會產(chǎn)生額外的損耗而導(dǎo)致其整體效率降低，也不會產(chǎn)生時間延遲而降低電壓調(diào)節(jié)裝置1的反應(yīng)時間。
[0025]另外，請參考圖4所示，其為本發(fā)明另一較佳實施例的一種電壓調(diào)節(jié)裝置2的示意圖。
[0026]電壓調(diào)節(jié)裝置2與上述的電壓調(diào)節(jié)裝置1主要的不同在于，電壓調(diào)節(jié)裝置2具有多個輸出單元21a、21b…、21η及多個晶體管驅(qū)動單元25a、25b、…、25η，且輸出單元21a、21b…、21η分別與晶體管驅(qū)動單元25a、25b、…、25η對應(yīng)設(shè)置，并對應(yīng)驅(qū)動晶體管驅(qū)動單元25a、25b、…、25η。其中，各輸出單元21a、21b…、21η的技術(shù)特征分別與上述的輸出單元11相同，而晶體管驅(qū)動單元25a、25b、…、25η的技術(shù)特征分別與上述的晶體管驅(qū)動單元15相同，于此將不再贅述。
[0027]電壓調(diào)節(jié)裝置2還包括電流感測單元22、控制單元23及脈寬調(diào)變單元24。電流感測單元22、控制單元23及脈寬調(diào)變單元24分別與上述電壓調(diào)節(jié)裝置1的電流感測單元12、控制單元13及脈寬調(diào)變單元14具有相同的技術(shù)特征，于此也將不再贅述。
[0028]輸出單兀21a、21b…、21η可分別輸出不同相位的輸出訊號，例如但不限于輸出3相(相間相差120度)、8相(相間相差45度)或16相(相間相差22.5度)，或其它相數(shù)的輸出訊號，并不加以特別限定。另外，電流感測單元22分別與各個輸出單元21a、21b…、21η的儲能元件L的第一端及第二端電性連接，并可分別感測流過各個輸出單元21a、21b-、21n的儲能元件L的電流I，以使控制單元23可產(chǎn)生對應(yīng)的控制訊號控制脈寬調(diào)變單元24或?qū)?yīng)控制晶體管驅(qū)動單元25a、25b?"、25n，進(jìn)而對應(yīng)控制輸出單元21a、21b?"、21n。舉例而言，當(dāng)控制單元23產(chǎn)生對應(yīng)的控制訊號控制脈寬調(diào)變單元24時，脈寬調(diào)變單元24可產(chǎn)生例如脈寬調(diào)變訊號PWM1對應(yīng)控制晶體管驅(qū)動單元25a，使晶體管驅(qū)動單元25a對應(yīng)輸出第一驅(qū)動訊號S1及第二驅(qū)動訊號S2控制輸出單元21a的第一晶體管T1及第二晶體管T2，使得輸出單元21a可輸出電流I至輸出端Vra，以供應(yīng)CPU所需電流。
[0029]當(dāng)電流感測單元22感測流過各輸出單元21a、21b…、21η的儲能元件L的電流為負(fù)值時，則控制單元23將控制對應(yīng)的輸出單元21a、21b…、21η的第一晶體管Τ1及第二晶體管Τ2截止，以截止儲能元件L的負(fù)向電流，使儲能元件L不會產(chǎn)生負(fù)向電流，因此，不會產(chǎn)生額外的損耗而導(dǎo)致電壓調(diào)節(jié)裝置2的整體效率降低，也不會產(chǎn)生時間延遲而降低電壓調(diào)節(jié)裝置2的反應(yīng)時間。
[0030]此外，電壓調(diào)節(jié)裝置2及其控制方法的其它技術(shù)特征可參照上述的電壓調(diào)節(jié)裝置1及其控制方法，于此不再贅述。
[0031]雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種電壓調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，至少包括: 輸出單元，輸出輸出訊號，上述輸出單元具有第一晶體管、第二晶體管及儲能元件，上述第二晶體管分別與上述第一晶體管及上述儲能元件電性連接； 電流感測單元，電性連接于上述儲能元件，用以感測上述儲能元件的電流； 控制單元,分別與上述電流感測單元及上述輸出單元電性連接； 晶體管驅(qū)動單元，電性連接于上述控制單元及上述輸出單元；以及 脈寬調(diào)變單元，分別與上述控制單元及上述晶體管驅(qū)動單元電性連接， 其中，上述控制單元依據(jù)上述電流感測單元所感測的電流，選擇性地控制上述第一晶體管及上述第二晶體管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，其中當(dāng)上述電流感測單元感測流過上述儲能元件的電流為負(fù)值時，上述控制單元通過控制上述脈寬調(diào)變單元產(chǎn)生截止訊號控制上述晶體管驅(qū)動單元，進(jìn)而控制上述第一晶體管及上述第二晶體管截止。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，其中當(dāng)上述電流感測單元感測流過上述儲能元件的電流為負(fù)值時，上述控制單元通過停用上述晶體管驅(qū)動單元，進(jìn)而控制上述第一晶體管及上述第二晶體管截止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，其中當(dāng)上述輸出單元的數(shù)量為多個時，上述這些輸出單元分別輸出不同相位的輸出訊號，上述電流感測單元分別與各上述輸出單元的上述儲能元件電性連接，并分別感測流過各上述輸出單元的上述儲能元件的電流。
5.一種電壓調(diào)節(jié)裝置的控制方法，其特征在于，上述電壓調(diào)節(jié)裝置至少具有輸出單元、電流感測單元、控制單元、脈寬調(diào)變單元以及晶體管驅(qū)動單元，上述輸出單元輸出輸出訊號，上述輸出單元具有第一晶體管、第二晶體管及儲能元件，上述第二晶體管分別與上述第一晶體管及上述儲能元件電性連接，上述電流感測單元電性連接上述儲能元件，上述控制單元分別與上述電流感測單元、上述輸出單元、上述脈寬調(diào)變單元以及上述晶體管驅(qū)動單元電性連接，上述控制方法包括: 由上述電流感測單元感測流過上述輸出單元的上述儲能元件的電流；以及 當(dāng)上述電流感測單元感測流過上述輸出單元的上述儲能元件的電流為負(fù)值時，由上述控制單元對應(yīng)控制上述輸出單元的上述第一晶體管及上述第二晶體管截止，以截止上述儲能元件的負(fù)向電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于，其中于控制上述輸出單元的上述第一晶體管及上述第二晶體管截止的步驟中，由上述控制單元控制上述脈寬調(diào)變單元產(chǎn)生截止訊號控制對應(yīng)的晶體管驅(qū)動單元，進(jìn)而控制上述第一晶體管及上述第二晶體管截止。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于，其中于控制上述輸出單元的上述第一晶體管及上述第二晶體管截止的步驟中，是由上述控制單元停用上述晶體管驅(qū)動單元，進(jìn)而控制上述第一晶體管及上述第二晶體管截止。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于，其中當(dāng)上述輸出單元的數(shù)量為多個時，上述這些輸出單元分別輸出不同相位的輸出訊號，上述電流感測單元分別感測流過各上述輸出單元的上述儲能元件的電流。
【文檔編號】G06F1/26GK104252213SQ201310258305
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月26日
【發(fā)明者】林怡朋 申請人:華碩電腦股份有限公司