TW200525868A - Power supply apparatus capable of supplying a stable converted voltage - Google Patents

Power supply apparatus capable of supplying a stable converted voltage Download PDF

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TW200525868A
TW200525868A TW093131502A TW93131502A TW200525868A TW 200525868 A TW200525868 A TW 200525868A TW 093131502 A TW093131502 A TW 093131502A TW 93131502 A TW93131502 A TW 93131502A TW 200525868 A TW200525868 A TW 200525868A
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switching
regulator
aforementioned
switch
signal
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Isao Yamamoto
Yoichi Tamegai
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Rohm Co Ltd
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Description

200525868 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於電源裝置，特別是關於組合串聯調整器 與開關调整器而變換電源電壓之電源裝置。 【先前技術】 行動電話或PDA(PerS〇nal Data ASsistant)等電池驅 動型之行動機器，多半是採取當使用者不使用時，使機器 處於休眠狀態或待機狀態，以減少消耗電流，加長電池^ 命之對策。該種行動機器，係藉由負載電流之大小，切： ,使用低T降（drop out，LD0)調整器等串聯調整器與dc/dc .變換器等開關調整器，藉此變換成高效率之電麗。， f待，時等之低負載時，切換為低消耗電流型之咖 消耗’而在使用時因負载變大，則變換為 JX/DC受換器以提高效率。 =’如LD0調整器與DC/DC變換器排他性地進行開/ FF)’則在進行切換動作時，輸出會產生變動 導致無法供給穩定之。因此，乃 曰產生义動， 換動作時之電麗變動控制在最小限度的對第種可將進行切 ” w有3將電源輸出電壓护 以及開關調整器，可依據負載：:制成固定之串聯調整器 。開關调整益亚使之產生動正 串聯調整器與開關調整器的同時動;厂、·先"有切換時 【發明内容】 輯』間。 316384 5 200525868 (發明所欲解決之課題） 在由串聯調整器切換為開關調 ，… 整器與開關調整器的同時動 。右叹疋串聯調 開關調整器在回授系中共有回^ ’則由於串聯調整器與 開始運作時，會產生輸出電^日'士 =此’當開關調整器 (under sh00t)或過衝（〇ver咖⑷ 二之下衝 電壓出現上述過渡性變動時， 丁刀換蚪，當輪出 之變換電壓。 在刀換前後會無法輸出穩定 專利文it 曰本專利特開2003-9515號公報 (發明之效果） 本發明係鐘於上述狀況而創作者，其 可於進行串聯調整器與開關調整器之切換 :二種 定化之電源裝置。 知出I壓穩 (解決課題之手段） ”ίΓ月之—形態係關於電源裝置。該裳置具備有.將 - 原電壓變換為預定電壓並輸出至共 =將 ，將珂述電源電壓變換為前述預定之電壓， 至雨述共同之輪出端子的開關調整器；使前述 = =2檢測電壓回授至前述串聯調整器與前；開關= :調二Γ:部；以及依據負載電流之大小來切換前述串 / °主。。人則述開關調整器並使之產生動作之切換控制 而 月’J述切換控制部，係於前述串聯調整器切換為前述 316384 200525868
開關調整器眸，< —二H 同時動作期門：又：聯調整器與前述開關調整器之 哭之亚在該同時動作期間内，使前述開關調整 較平時減弱。此外’前述切換控制部，亦可在： 处冋k動作期間結束後 在則 能力。根據哕槿成… 整裔切換回平時的 或以方法、裝置、 同樣應視為本發甲 ^此外，上述構成要素之任意組合 糸統等之間改變本發明之表現方式者 之有效形態。 【實施方式】 第1圖係實施形態之雷 u具有串聯調整器之—例之二置10的構成圖。電源裝 器之—例整器、20;以及開關調 換器30擁有共同之輸出端，LD〇調整器20與DC/DC餐
载來進行切換動作，調整依據 同時將出自鋰離子電池等带、” / C、交換器3CM 為固定之輸出電壓V0。、、原11的电池电壓Vbat控与 在LD0調整器2〇與DC/dc 用2個分壓電組R1、R 又換為30共同的輸出端3 vs 〇 " tr" V〇 5 並回授至LDO調整器2G : ^入回授輸入端子FBIN’ 2〇與dc/dc變換器30由=C/DC變換器30。咖調整器 …之輸入，再藉由裙:二麼:屬收共㈣
之誤差的回授控制，使_ + :準兒壓Vref與檢測電壓V
使幸則出電壓V0敎化。藉此，L 316384 7 200525868 正為20與DC/DC變換器3Q，共同擁有回授點並進行動作 在此，輸出電屋V0與檢測電愿Vs之間 X (1 + R1/R2)之關係。脾去入山+广 UMs '、將幸刖出电壓V〇控制在目標值2 時，若將2個分壓電阻DQ、丨 · n R1、R2 分別設定為 1400kQ、8〇〇k Ω，則檢測電壓Vs為〇 n LD〇凋正為2°包含··第1誤差放大器22 ;與p通道 M0S電晶體（以下簡稱為μ ,、 、 马PM0S閘極）Tr3。PM0S閘極Tr3夕 源極連接在電源輸入端子 ^ ^ 子BATS，而汲極則連接於LD0調整 裔輸出端子LD00UT，閙耦由# — 丨 閑極中係施加有第1誤差放大器22 之铜出。 第1誤差放大器？ 9，# 士 认 各 °° 係在正端子接收檢測電壓Vs之 輪j入、在負端子接收某進命
Vs與基準命#v f，米之輸入，比較檢測電壓 T q M 电土 π ，§檢測電壓Vs較大時，將PM0S閘極 Tr3關閉（off)，而當基阜恭
Tr3開啟⑽）。 丰較大時則將酬s間極 整器別之PM〇s間極加，係依據第B差放大< 严則出進仃開/關動作’使來自電源11之電池電壓降 出至LD0言周整器輪出端子LD〇〇uT。經由調整 為20降壓之電壓，俜蕤 不错由千滑用電容器C1予以穩定化， 亚作為輪出電壓ν〇予以鈐山-、 9 η 知出。猎由回授控制LD0可將調整 裔20之輪出電壓ν〇保持在目標值22v。 第1誤差放大器22之LD0調整器/致能訊號（以下 訊°卢。'出=〇ΕΝ Λ號）’係用以控制LD〇調整器20之開/關的 t序δΚ唬產生斋50輪入第1誤差放大器22的LD0 316384 200525868 凋整為開/關切換時序訊號（以下簡稱為cntld〇訊號），係 用以控制切換LD0調整器20之開/關的時序之訊號。 DC/DC變換器30包含有··第2誤差放大器32 ;振盪器 34，}>_(1^1%^(161^〇加131^〇11)比較器36;前級驅動電 路38 ; PMOS閘極Trl ;以及匪〇S閘極Tr2。PM〇s閘極Trl 人NM0S閘極Tr2與電源11串聯連接，pm〇s閘極Tr 1之源 極係連接在電源輸入端子BATS，且PMOS閘極Trl之汲極 係連接在NMOS閘極Tr2之源極，而NMOS閘極Tr2之汲極 、J接地此外，PMOS閘極Tr 1之沒極係連接於開關調整 器輸出端子SWOUT，而在PMOS閘極Tr 1與NMOS閘極Tr2
之閘極中施加有前級驅動電路38之輸出。 第2誤差放大器32係在正端子接收基準電壓之 輸入、在負端子接收檢測電壓Vs之輸入，比較檢測電壓 VS與基準電壓Vref，輸出誤差輸出訊號（以下稱之為ER〇UT ，號），並供給至PWM比較器36。pwM比較器36係將振盪 為34所輸出之三角波訊號（以下稱之為〇sc訊號）、與第2 决差放大器32所輸出之ER〇UT訊號進行比較，並根據比較 結果輸出脈衝寬度經調變的脈衝訊號（以下稱之為p簡⑽τ 。孔唬），而供給至前級驅動電路38。前級驅動電路則根 據來自PWM比較器36之PWM0UT訊號，控制PM0S間極Trj 與NM0S閘極Tr2之開/關。 PM0S閘極Trl與NM〇s閘極Tr2之開啟能率係藉由 比較器36所輸出之PWM〇UT訊號的能率比進行調節，並輸 出經由開關調整器輸出端子sw〇UT降壓之電壓。經由此/此 316384 200525868 ’又換裔30降壓之電壓，係藉由電容器l以及平滑用電容哭 C1進行穩定化，以作為輸出電壓料以輸出。藉由回授。 ;空::，可將瞧變換器3〇之輸出電壓v。維持在目標值 ιρ/刖入振盪态34之開關調整器/致能訊號（以下簡稱為 ’係用以控制DC/DC變換器、30之開關的訊號。 处％序m生器50輸入前級驅動電路38的開關調整器 月匕力切換時序訊號（以下簡稱為cntsw訊號），係用以控制 切換DC/DC變換器30之能力的時序之訊號。 。兄明电源裝置1 〇中之LD〇調整器2〇與dc/dc變換器 30的切換動作。首先，說明電源控制端子之輪入 訊號（以下稱之為PWRCNT訊號）為η位準，而調整器切換端 子SELECT之輸入訊號（以下稱之為select訊號）為l位準 時的動作。將Η位準之PWRCNT訊號輸入至第i間極4心 L位準之SELECT訊號係藉由反相器42反轉而變為H位準 之訊號，並輸入第1AND閘極44。第1AND閘極44輸出h 位ttLD〇訊號，並將LD〇調整器2〇之第1誤差放大器 22叹疋為有效的（active)。藉此，調整器即成為 啟0 、 另—方面’第2AND閘極46係接收H位準之pwrcnt 訊號與L位準之SRLECT訊號之輸入，並輸出l位準之_ 吼號，亚將振盪器34設定為非有效的。藉此dc/dc 3〇即成為關閉。 接著，說明PWRCNT為Η位準’ SELEa訊號為H位準 316384 10 200525868 時的動作。將Η位準之PWRCNT訊號輸入第1AND閘極4。Η 位準之SELECT訊號經由反相器42反轉而變為L位準訊 號，並輸入至第1 AND閘極44。第1AND閘極44輸出L位 準之LD0EN訊號，並將LD0調整器20之第1誤差放大器 22設定為非有效的。藉此LD0調整器20成為關閉。 另一方面，第2AND閘極46係接收Η位準之PWRCNT 訊號與Η位準之SELECT訊號之輸入，並輸出Η位準之SWEN 訊號，而將振盪器34設定為有效的。藉此DC/DC變換器 30即成為開啟。 最後，當PWRCNT訊號為L位準時，無關SELECT訊號 之位準為何，因從第1AND閘極44輸出L位準之LDOEN訊 號，而從第2AND閘極46輸出L位準之SWEN訊號之故，LD0 調整器20與DC/DC變換器30會同時成為關閉。 如上述所示，SELECT訊號為L位準時，將LDO調整器 20設定為開啟，而將DC/DC變換器30設定為關閉，SELECT 訊號為Η位準時，則將DC/DC變換器30設定為開啟，而將 LDO調整器20設定為關閉。如上述，藉由SELECT訊號之 位準切換，LDO調整器20與DC/DC變換器30原則上係以 排他性方式進行開/關控制，以切換動作。在此，以完全排 他的方式進行LDO調整器20與DC/DC變換器30的開/關控 制，則切換時會產生LDO調整器20與DC/DC變換器30同 時成為關閉的瞬間現象，而導致輸出電壓V 0不穩定5因此 乃設定於切換後立即使LDO調整器20與DC/DC變換器30 同時開啟的同時成為動作期間。 η 316384 200525868 但是’即使切換時設有LD0調整器20與DC/DC變換器 30的同時動作期間，因LD0調整器20與DC/DC變換器30
係共同擁有回授點，因此由LD0調整器20切換到DC/DC 愛換3〇日守’ LD〇調整器20之輸出會對DC/DC變換器30 之回授系造成影響，而產生下衝（under shoot)或過衝 (over shoot) 〇 弟2圖（a)與第2圖（b)說明產生下衝的原因。第 2圖（a)係用以說明在DC/DC變換器3〇之通常動作時之 ER0UT訊號與0SC訊號以及pw_T訊號的關係之圖。當 DC/DC變換态3〇為礼肘=3. 6[v]時，穩定輸出目標值2 ^ 的輸出電壓VG時，聰閘極Trl變為開啟的時間為全體 二Nl〇S閘極丁『2變為開啟的時間為，而PWM ° 5儿之此率比約為60%。〇sc訊號之下限電壓為〇 2V、 上限電壓為UV，而麵T訊號之電㈣為} 0V。. 30的二圖二Γ用以說明LD〇調整器20與贿變換器 時之麵訊號與咖訊號以及 由剩㈣购雜⑽變換器 是由於L 0=器:物 測電麼Vs合妹ΛΓ vo，且輸出端一致，檢 ' s曰钽由LD0調整器2〇之輪 愿，並直接輸人回授輸 ^成“之电 器⑽。其結果，_訊號，會 動作時的I.0V，而如第2圖。、…圖(a)所示之通常 圖（b)所不，PM0S閘極]V】之開 316384 12 200525868 啟時間T1會短於進行通常動作時的 的開啟時間T2會變長。因此，即二，而刪閉極Μ 調整器2。之輸出而變為目標=電㈣經由LD0 回授系也會將輸出細控制在 ：DC變換器3。之 衝。 ^的方向，而產生下 使用第3圖⑷、第3圖⑻，說明由_ 切奐至DC/DC變換器30時產生下衝 。正。。 法。扁I：卜此1 7狀况及控制下衝的方 出電Ϊν〇 »設電池電塵~為3.6V左右。此時，輸 ^ 3圖1目/示值2.2V係大於電池電墨外以之1/2。 之變化的η係顯示dc/dc變換器3。之輸出電㈣ 之又化的圖，弟3圖⑻係顯示 V0之變化的圖。由於执m諸U〇之輸出電塵 3。…動作期 時，調整器2。會維持開啟狀=:c 則會在切換為開啟的時刻針後的延遲時㈣ 中’才切換成關閉狀態。 ^以⑻之圖表204所示，LD〇調整器2〇到達切 、‘”、？才之日守刻1:1為止，LD〇調整器20之輸出電壓v〇為 =‘值2. 2V ’而在時刻t丨以後則變為〇v。另一方面，如 第3圖（a)所示，在DC/DC變換器30之開始運作時刻t〇 中，由於LD0調整器2〇係維持開啟狀態，而D(：/dc變換器 3〇則切換為開啟，故DC/DC變換器30之輸出電壓V0的初 期值為2. 2V。 才守J tO中，DC/DC變換器30係以初期能率比5〇 % 316384 13 200525868 開七運作。但是，因輸出^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ? 期值係南於1/2Vbat /DC變換器30會將輸出電壓V0控制在朝 第3二：:：方向。假設LD〇調整器2°為關閉狀態，如 圖（a)之虛線之座標圖2〇2所示，輸出電壓v〇會先下 了以’之後，再經由能率比之增加而上升，並控 出往==會產生將咖變換器3°之輸 2〇二：：，而如第3圖⑷之實線之座標圖 一斤不，輸出電壓V0雖會朝著i/2Vbat方向下降，但1 完全到達imbat即再度上升，並控制在目標值2 2V。、 ^上述’在LD0調整器別與此取變換器30之同時 力日二即使DC/DC變換器3。之内部狀態可對應能率比 5(U，由於輸出電麗vo從DC/DC變換器3〇之上升時點 達到目標值2.2V，因此可藉由回授控制使㈣開極丁^ 之開啟能率變長’而DC/DC變換器3〇則將輸出電壓脚 時：降的方向。其結果，當dc/dc變換器上升：， j官產生輸出電麼V0由目標值下降的下衝現象。以上，係 說明：輸出電壓V0之目標值2 2V大於電池電壓⑽之丁、 1 /2日寸之下衝的發生原因，但是，輸出電壓別之目標值2 π 小於電池電壓Vbat之1/2時，則反而會產生輪出τ電壓v〇 往l/2Vbat上升後再收斂於目標值22V的過衝現象。 ^下衝以及過衝，係因LD0調整器20維持開啟，而DC/dc 變換器3G以最大能力進行動作，經由_控制朝反方向作 用而產S。為抑制下衝以及過種f，根據本實施例之電源裝 316384 14 200525868 置]〇，在DC/DC變換器30上升時會壓低DC/DC變換器3〇 的月匕力。如第3圖（a)所示，電源裝置1 0在時刻to中，係 以低能力模式使DC/DC變換器30開始運作，並繼續限制能 力直到和·刻Ϊ2為止以進行電屢變換。在時刻u中，[ο。 調，器20切換成關閉後，即可在時刻t2中，使助「變 換為30之能力恢復成通常狀態，並以高能力模式使dc/dc 變換器3 0進行動作。
〇為I控制切換DC/DC變換器3 〇之能力的時間，時序 號產生器50在接收到H位準之SELEa訊號的輸入時， 對⑽調整器20供給CNTU)〇訊號，指示將⑽調整哭 由開啟切換為關閉的時序，而對DC/DC變換器30供給 CNTSW訊號，指示將dc/dc ' ^ 士— 肝队/DL 5周整為30由低能力切換為高； 力之時序。 使用弟4圖(小第4圖⑻，說明時序訊號產生器 之C/DC變換器30之能力切換時序控制。第*圖中 ^兒”進行比較而導致下衝時之時序控制，第 中，則疋况明用以控制下衝之時序控制。 第4圖（a)係顯示產生下衝時 訊號、CNTSW 訊號 '以及 ER〇n ' CNTL] to中ΤτΛ 訊號之關係的圖。在時亥 汛唬由L位準變換為Η位準，dc/dc變換 30轉為開啟並藉由低能力模式開始運作。另 調整器20於CNTLD0訊號為H位面，汕 而在時刻Μ，㈣⑽訊號轉為 維持開啟狀態 狀態。DC/DC變換器3。係在sw，二則切換成關^ 。孔戒為l位準間，繼、: 316384 15 200525868 維持低能力模式，而在LD0調整器20變為關閉前的時刻 :!中，在麵訊麵Η位準時，即由低能力切換為高 能力。 根據第4圖（a)，在LD0調整器2〇為開啟之時刻ti 中，DC/DC變換器30之能力變大，輪出電壓㈧下降並產 二生下，，且ER0UT訊號之值急速上昇。此外，即使在^〇 凋整裔20為關閉之時刻t2中’輸出電壓v〇也會下降並產 生下衝，且ER0UT訊號也會急速上升。因而，為控制下衝， 必須在E_T訊號到達uv之通常動作點的附近增加 DC/DC變換器30的能力。 第4圖（b)係顯示變更DC/DC變換器' 3〇之能力切換時 ;抑制下衝時之SELECT訊號、CNTLD0訊號、CNTSW ,ER0UT π #u的關係之圖。在時刻t q中，別 =準變為H位準侧變換器3。轉為開啟，並藉由 式開始運作。時序訊號產生器5。係在產生Η位準 你、.隹一 设的寸刻^中，將CNTLD0訊號變更為l 位準’ I皆此使L D 〇含月敕口。〇 η 。。正态20切換為關閉。此外，時序訊號 •生為5 0係在I Γ) Π 士田Μ ϋσ - Ό。iE态20變為關閉後的時刻ΐ2中，將 CNTSW訊號變換為Η 、，# Τ 处六切换炎▲ 位丰’正糟此使DC/DC變換器30由低 月匕力切換為高能力。 時刻ΐ 0到時刻十彳
^ ^ on ^ 為止的期間，LD0調整器20與DC/DC 茭換态30會同時動 ,P ,,, 4 作，但因叱/DC變換器30之能力受到 限制，故得以抑制下 % ea pe R } ^ J。在時刻t 1中，L·D0調整器2 0變 為關閉，且輻出電壓 土 W下降，但因DC/DC變換器3〇係以 316384 16 200525868 低能力進行動作，α _丁訊號會慢产地：由回授控制，在時刻士1之後， 變手m ，而PMGS間極Trl之開啟時間則 义長且知出電愿vo會逐漸上升。接著 DC/DC變換器3〇之萨 才J W中， 在輸編V。之正:Di曰受大，但此時，因目標值2.2V 得以控制。正吊回授點附近的能力切換，而使得下衝 2〇 ^ ^ ^ ^ 50 " ^ ^ ^ LDO t, ^ ^ 序進行時序控制，^換Γ 3〇由低能力切換為高能力的順( 衝。以上，二兒明二:友和删了訊號之變化，並抑制下 之㈣控制上;制下衝之時序控制，在抑制過衝 輪入Si:::50具有_簠器與移位暫存器，在 並計算咖二存器產生動作， 遲…脈而變為η:準為 時脈而變為H 1 〜以及僅延遲n2 之間俜：Γ 訊號。但是，自然婁“1、η2 < 係成立nl < η2之關係。 電容5fL嬈產生器5°之另-構成例，亦可藉由使用 器^並接Γ/位之準^時間常數電路來構成時序訊號產生 時間常數號的輪人，生成僅延遲 做為時序二產I :產生㈣D〇訊號及CNTSW訊號。 電路H师 成例’亦可設置-種 將下衝;=Γ換動作時之輸出電㈣，並檢測出 所¥致之輪出電㈣的變動收效於某-範圍内的 316384 ]7 200525868 情形，而在接收Η位準之SEleCT訊號之輸入後，輸出電壓 V0收斂在某一電壓範圍内時，產生Η位準之訊號。 接著，說明用以切換DC/DC變換器3〇之能力的構造 $動作。第5圖係切換队/队變換器3〇之能力之前級驅動 电路38之構造圖。構成於前級驅動電路38内的能力切換 電路，會限制NM0S閘極Tr2之開啟時間，並設置空檔時間'， 即使PM0S閘極Tr 1轉為關閉，匪os閘極Tr2也不會立即 開啟。在前級驅動電路38中，如第i圖所示，係供給有來 自PWM比較器36之PWM0UT訊號以及來自時序訊號產生器 50之义(：随訊號，為了使說明容易了解，分別將該等訊號 稱為前置驅動輸入訊號（以下稱之為pREIN訊號）、空檔時 =控制訊號（以下稱之為CNTDEAD訊號）。此外，經由=檔 才間L制之NM0S閘極Tr2亦稱為功率電晶體Tr2。 前級驅動電路38包含PM0S閘極Tr3;NM〇s閘極Tr4; 空槽時間切換閘極SW1;以及〇R閘極52,在腦間極M 之汲極與NM0S閘極Tr4之源極之間連接有正偏電阻 (Pull-up resistor)R3、R4，而與電容器C2共同構成時間 常數電路。 說明PREί N訊號為L位準、CNTDEAD訊號為H位準時 的動作。⑽間極52接收L位準之咖訊號、及Η位準 ^CNTDEAD訊號之輸人，並輸出Η位準之訊號，而使空槽 時間切換閘極SW1關閉。將L位準之pRE丨Ν訊號施加於 間極Tr3與NM0S閘極Tr4之間極，使舰間極丁以變為 開啟’而NM0S閘極Tr*4變A問pg ^
又马關閉。藉此，可構成由PMOS 316384 18 200525868 與1咖之正偏電阻之正偏電阻R4 及電爾2所形成之時間常數電路，並藉由 =電壓:功率電晶體Tr2延遲開啟。因此 版r <為開啟為止會持續產生空檔 時間控龍式係稱為「長期的」。 ^才田 著°兒月PREIN汛號與⑶TI)EAD訊號同時為l = ==”：與心 。孔號，使空檔日守間切換閘極s们 開啟。經由L位準之P瞻訊號，娜問極Tr =M〇s閘極Tr4會轉為關閉。藉此，可構成由= 間切換開極SWU10KQ之正偏電阻R4以及電容^ 形成之時間常數電路，並藉 晶體Tr2立即開啟。因/上自-源11之電麗使功率電 口此，可鈿短功率電晶體Tr2 :的,。的空棺時間。此時的空檔時間控制模式係稱為：短 _再:訊:==:二準時的動作。此時不管 跣位羊為何，由0R閘極52輸出H位準，廿 將空檔時間切換間極SW1開關。另外，藉由Η位準之 =使由：f_變為 時關閉，因此來自電源】】之電力不會被供給至:= Γ故功率電晶…轉為關閉。此外，因此時= ilr"θ"c2^ 偏电阻R4而產生放電。 316384 19 200525868 弟6圖係將上述功率^> b 二^ ^ 力卞兒日日體Tr2之空檔時間控制中的 讯號之輸出入匯整為一直 t ηηητλ 具值表，係顯示輸入CNTDEAD訊號 與PREIN訊號時之空#昧p ^ 心¥間切換閘極SW1、空檔時間控制 才旲式、以及功率雷曰/ειΛ T。 刀卞包日日體ΊΥ2之開/關狀態。 第7圖係用以說明日奔戾 守予。ίΐ ?虎產生器5 0所產生之空檔時 間控制模式的切換時岸。/ 士 、卞序在4刻tO，SELECT訊號變為Η 位準，此時DC/DC變換哭如奋μ。τ _ 吳σ° 3〇 g開始運作，而時序訊號產生 器5 0會將C N T D E A D带缺許々& ττ /处 ° ’υ °又疋為Η位準。藉此，當空檀時間 切換閘極SW1轉為闕閉，Β ^ $ 土 閉且刖置驅動輸入訊號PREIΝ為〇 勺』間纟NM0S間極Tr2之開啟時間内會產生空檔時間。 此即空播時間控制之長期模式。第8圖⑷係顯示當時之 PM0S閘極Tr 1與_S閘極Tr2之開/關的時序圖。即使p廳 閘極Tri轉為關閉，_間極^2也不會立即開啟，而僅 延遲空檔時間DT後變為開啟，並產生pM〇s閘極Tr丨盥歷㈨ 閘極Tr2雙方同時關閉的時間。如上述，藉由使dc/dc變 換器30之NM0S間極Tr2之導通時序產生延遲，亦即使 DC/DC ’交換裔30之NM0S閘極Tr2的開啟時間產生延遲， 可限制1VM0S開;Tr2的能力，並減弱降低輸出電麼的 力’其結果將減少下衝之產生。 士接著，芩照第7圖，當SELECT訊號變為H位準後，在 時刻tl中，時序訊號產生器50會將CNTLD〇訊號設定為L 位準，藉此，可使LD0調整器2〇轉為關閉。再者，當LD〇 調整器20轉為關閉後，在時刻t2中，時序訊號產生器5〇 曰將CNTDEAD訊號設定為L位準。藉此，可使空檀時間切 316384 20 200525868 換閘極SW1變為關閉，且在NM0S閘極Tr2之開啟時間内不 會產生空檔時間。此即空檔時間控制之短期模式。此時， DC/DC變換器30會切換為高能力。 上述的說明中，係說明設在前級驅動電路3 8之能力切 換電路藉由令第1圖之丽0S閘極Tr2在變為開啟的時間產 生延遲，而設定空檔時間，藉此限制NM0S閘極Tr2之開啟 能率，並降低DC/DC變換器30之能力的構成，但亦可在第 1圖之PM0S閘極Trl側設置同樣的能力切換電路構造，以 限制NM0S閘極Tr2之運作，並整體性地降低DC/DC變換器 30之能量。第8圖（b)係顯示對PM0S閘極Trl進行空檔時 間控制時之PM0S閘極Tr 1與NM0S閘極Tr2之開關的時序 圖。PM0S閘極Trl變為開啟的時序會產生延遲，同時在PM0S 閘極Trl之開啟時間内也會產生空檔時間DT。 第9圖係DC/DC變換器30之其他能力切換電路之構造 圖。於前級驅動電路38之後段設置選擇器64,並藉由CNTSW 訊號，切換體積大且能力高的第1功率電晶體組60，以及 體積小且能力低之第2功率電晶體組6 2並使之進行動作， 並對開關調整器輸出端子SW0UT輸出變換電壓。 另外作為DC/DC變換器30之另一能量切換電路的構 造，亦可在前級驅動電路38之後段設置閘極電壓切換部。 閘極電壓切換部係根據CNTSW訊號來變更PM0S閘極Trl 與NM0S閘極Tr2之閘極電壓Vgs的大小，藉此切換PM0S 閘極Tr 1與NM0S閘極Tr2之能力的高低。 另外作為DC/DC變換器30之另一能力切換電路的構 316384 200525868 造，亦可在前級驅動電路38之後段設置後備閘極電壓切換 部。後備閘極電壓切換部係根據CNTSW訊號來變更pM〇s 閘極Trl與NM0S閘極Tr2之後備閘極電壓vbg的大小， 而藉此切換PM0S閘極Tr丨與NM〇s閘極Tr2之能力的高 低。當Vbg為負時，能力會降低，而當㈣為〇時，則能 力會回復到通常狀態。
弗1 0圖係用以說明實施形態之電源裝置1 0之廡用 。如上述所示，電源裝置10係用以將來自電源J =壓_制成固定，其包含有LD〇調整器2〇,以及 、、泉圈L之DC/DC變換器3〇，可依照負載來進行切換 裝置！0之輸出端子連接複數之負載，例如相機、 輪出：广體110b，並供給來自電源裝置1。之固定的 ^ 負载10a、110b與電源裝置1 〇之門，# 有可變換各負載用之輪出雷# vn 之間故 10. u 别出电壓V0的個別的LD0調整哭 〇〇a、b，可依照需要使電 〇〇 降壓。 ’、裝置〗0所供給之輸出電壓 當負載110a、110]3在待機中，由 汕〇調整器20供給輸出電壓 曰 力而產生雜訊。負載u〇a、110b在動口作此士不會因低消耗1 源裝置”切換她。變^ ，给大電流。根據該種構二。 ;，電厂灣，亦可獨二 仃動電話或P D A等電池驅㈣ 寺負载。因此，對2 高，同時又可供應穩定之電力，=機:而言，其效率* 力此外，由於係形成共有f 316384 200525868 源政置1 0之DC/DC變換器30的構造，因此可將降壓所需 之線圈數降到最低，並縮小安I面積。 卜以上ίτ、根據實施形態說明本發明。但實施形態僅止於 靶例况明’相關業者可理解上述各構成要素或各處理程序 之、、且η可此有各種變形例，而該等變形例亦在本發明之所 屬範圍内。 貝鈀形恶中，係藉由限制DC/DC變換器3〇之丽閘 極Tr2的開啟能帛，來設定空檔時間，而使謂c變換器 30將幸刖出电壓v〇控制在減少方向的能力降低，以抑制下 衝。在過衝時，則限制DC/DC變換器30之PM0S閘極Trl 勺碣啟月b率，以没疋空檔時間，藉此使變換器3〇 將幸刖出電I VG控制在增加方向的能力降低，以抑制過衝。 另外不卿在下衝或過衝的情況下，亦可限制PM〇s閘極 1人NMOS閘極丁r2雙方的開啟能率，使變換器 3〇之輸出電壓V〇之控制能量得以全面降低。 隹在DC/DC、交換為30之能力限制手段上有各種方法， 但不論採用何種方法，藉由將DG/DG變換H 3〇設定為「微 4開啟」即可抑制由LD〇調整器切換到變換哭 3〇後所出現的過渡性輸出變動。 、的 【圖式簡單說明】 第1圖係頒不並聯連接可切換LDO調整器與DC/DC變 ㈣κ«置的實施形態結構圖。 弟2圖（a)係用卩說明在DC/DC變換器之平常動作 MM Μ換_輸出之脈衝訊號之能率比咖^1 〇) 316384 200525868 第2圖（b)係用 同時動作時由ρ· 明圖。 以說明在LD0調整器與DC/DC變換器之 換裔所輸出之脈衝訊號之能率比的說 士 1 3圖⑷係用以說明在LD〇調整器與DC/DC變換器 時之Dc/Dc變換器之輸出電壓變化的說明圖。 日、：！圖⑻係用以說明在LD0調整器與DC/DC變換器同 代LD〇調整器之輸出變化的說明圖。 ^ : i圖士 (a)係用以說明產生下衝時控制DC/DC變換器之 月匕力切換日寸序的圖。 妒力Γ用以說明抑制下衝時控制dc/dc變換器之 月匕力切換時序的圖。 第5圖係執行DC/DC變換哭夕处七h ^ 路的結構圖。 1。之此力切換的W級驅動電 :6圖係顯示隱變換器之功率電晶體的 才工制中的訊號輸出入的真值表之圖。 圖。弟7圖係用以說明空播時間控制模式之切換時序的 檔時間控制之功率電 檔時間控制之功率電 晶體之 晶體之 第8圖（a)係顯示經由空 開/關的時序圖。 第8圖（b)係顯示經由空 開/關的時序圖。
乐y圖係DC/DC ^ 乂 〜W状电路的構万 弟1。圖係用以說明實施形態之電源裝置應用例自 316384 24 200525868 主要元件符號說明 10 電源裝置 20 LDO調整器 30 DC/DC變換器 34 振盈器 38 前級驅動電路 42 反相器 46 第2 AND閘極 52 OR閘極 62 第2功率電晶 11 0a 相機1C bats 電源輸入端子 C2、L 電容器 SW1 swout LD0調整器輪出端子 空檔時間切換閘極 開關調整器輸 ^、如PM〇S開極而子 輸出電壓 閘極電壓 檢測電壓
11 22 32 36 40 44 50 60 100a 110b Cl FBIN 電源 第1誤差放大器 第2誤差放大器 PWM比較器 基準電壓源 第1 AND閘極 時序訊號產生器 第1功率電晶體 LDO調整器 記憶體1C 平滑用電容器 反饋輪入端子
Vgs Vs
Tr2 Vbg Vrei NMOS閘極 後備閘極電壓 基準電壓 316384

Claims (1)

  1. 200525868 、申請專利範圍： 1. 一種電源裝置，係具備有： 將電源電堡變換為子音定#网 端子的串聯調整器同之輪出 將前述電源電廢變換為前述預定之 珂述共同之輸出端子的開關調整器；1卫⑨出至 串二:=同：輸出端子中的檢測電塵回授至前述 串^ 周主"與河述開關調整器的共同回授部·d攻 依據負載電流之大小來切換前 述開關調整器，並使之動作之切換控制部-益與前 而刖述切換控制部，係於前述 述開關調整器時，設定前述串俨二。正裔切換為前 器之同時動作期間，並在該同二益與前述開關調整 關調整器之能力較通常為弱。"'自間内，使前述開 2. 如申凊專利範圍第】項之電源 制部，係在前述同時動作期門处〃、中，前述切換控 器切換回通常的能力。/ 、σ後，將前述開關調整嫌 3. 如申請專利範圍第2項之電源 ::係包含藉由調節前述開關調整器切換控 k開關5周整器之能力 運作來切換前 4.如申士主直4,一 的“切換部。 明專利槌圍苐2項之電源裝 制部包含時序訊號產生部，心:"中，前述切換控 =述串聯調整器與前述開關部係用以接 的^入，而產生前述串聯調整之切換控制訊號 1正裔之開/關切換時序訊 26 200525868 號，二及前述開關調整器之能力切換時序訊號， =料序訊號產生部接收到指示由前述串聯調整 二：：開關調整器的切換控制訊號的輸入時，係 =:=號後，經過預定時間，才產 切換為Μ的時序訊號，之後 :間，才產生使前述開關調整器由低能力切換二 力的能力切換時序訊號。 谀為同月匕 5. 圍第3項之電源袁置，其令，前述切換控 接收=^序_產生部’該時序訊號產生部係用以 整f與前述開關調整器之切換控制訊 號，以及1生别述串聯調整器之開/關切換時序訊 以“相關調整器之能力切換時序訊號， 整哭：：Γ寺？訊號產生部接收到指示由前述串聯調 日調整器的切換控制訊號的輸人 生二广亥切換控制訊號後，經過預定時間，才產 經過：=:Γ广切換她的時序訊號，之後，又 為古-力：日I生使丽述開關調整器由低能力切換 為问犯力的旎力切換時序訊號。 、 6.如申凊專利範圍第4 換控制部，係前述時序„產原生^置h其中，前述能力切 制訊號之輪入的時H 接收到前述切換控 間產生延遲前述開_整器之開啟時 而在使^_調整器以低能力開始運作， 的時^由將訊號產生部’產生前述能力切換時序訊號 ‘，，，稭由將两述開關調整器之開啟時間的延遲予以 316384 21 200525868 解除，而由低能力切換到高能力。 換栌:j :利乾圍弟5項之電源裝置’其中，前述能力切 =制。Η系在前述時序訊號產生部在接收到前述切換 日:門=之輸入的時點，藉由使前述開關調整器之開啟 ^ 延遲’而使前述開關調整器以低能力開始運 =在，述時序訊號產生部，產生前述能力切換時間 8. 點’猎由將前述開關調整器之開啟時間的延遲 以解除，而由低能力切換到高能力。 -種電源控制方法，係具備有： · ^=5載電流之大小而產生切換控制訊號，該切換 同 丁'從將電源電壓變換為較電塵並輸出至共 拖出糕子的串聯調整器，切換為將前述電源電壓變 马w述預定電壓並齡ψ 關調整器m “至^共同之輸出端子的開 在產生前述切換控制訊號時，藉由低於 將爾述開關調整器切換為導通之步驟； · 二在產生前述切換控制訊號後，經過預定時間， 月>处串聯調整器切換為關閉之步驟；以〗 、 將”串聯調整器切換為關閉之步驟後，經過預定 即將刚述開關調整器由低能力切換為通常能力之 9· ::Γ:專利範圍第δ項之電源控制方法，其中，係藉由 〜引述開關调整器之運作來切換前述開關調整器的 月b力。 316384 28 200525868 10.如申請專利範圍第8項之命 平常之能力將乂、+、pg 电源控制方法，其中，以低於 卞币心此刀知刖述開關 ^ ώ梯侖、+、问日日 疋為切換為開啟之步驟，係籍 柹兮、十、pq ρ日 ♦通日守序產生延遲，而以低能力 使刖述開關調整器開始運作 心七i Μ、 1下而將則述開關調整器由低 '刀、為逋常能力之步驟，係藉由將前述開關調整器 =通時序的延遲予以解除，而由低能力切換為通常能 11. 一種電子資訊機器，係將申請專利範圍第1項之 置利用作電源。 原衣 12 · —種電子資訊機器，係將申請專利範圍第2項之 罟剎田& < %〉原裝 '^6384 29
TW093131502A 2003-10-23 2004-10-18 Power supply apparatus capable of supplying a stable converted voltage TW200525868A (en)

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