TWI385510B - 自動調整驅動器輸入電源之裝置 - Google Patents

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Description

自動調整驅動器輸入電源之裝置
本發明是有關於一種省電節能的技術，且特別是有關於一種自動調整驅動器輸入電源之裝置。
由於節能議題日益受到重視，因此如何減少電能轉換過程中的損失以增加電力轉換效率已成為各廠商積極研究的方向之一。
圖1繪示以固定電壓源供應驅動器的方塊圖。請參見圖1。傳統作法，提供給驅動器(driver)的電源輸入端VCC 的電壓是一個固定的電壓源。此驅動器的電壓源可能是5伏或是12伏。將固定電壓源直接供應給驅動器來驅動主機板上的中央微處理器(CPU)。但是，在一般使用者使用電腦的情況下，CPU長時間處於輕載的狀態，CPU只有在少部分的時間會有密集運算而處於重載的情況。由於主機板的使用會有負載變化情形，當主機板的使用情形屬於輕載情況，若以12伏提供給驅動器來做驅動則會有不必要的功率浪費。
當系統處於重載時，驅動功率開關元件所需要的電壓也就越大，但當系統處於輕載時，驅動功率開關元件所需要的電壓並不需要很高。因此，傳統的固定電壓源供應電能方式顯得沒有彈性，無論系統處於輕載或重載皆無法改變驅動器的電壓源，並且會造成不必要的驅動損失。
本發明提供一種自動調整驅動器輸入電源之裝置，根據驅動器所驅動的負載電流的變化來調整供電電壓，使電力的使用不浪費。
本發明提出一種自動調整驅動器輸入電源之裝置。此裝置包含負載偵測器以及控制器。負載偵測器偵測負載電流，根據負載電流輸出偵測信號。控制器耦接負載偵測器並接收偵測信號。控制器根據偵測信號來提供介於第一電壓至第二電壓之間的操作電壓。此操作電壓用以提供給驅動器，其中第一電壓小於第二電壓。
基於上述，本發明自動調整驅動器輸入電源之裝置能自動偵測當下系統的使用狀態，依不同負載需求來彈性地提供驅動器的輸入電壓源，靈活調整電壓，以便大幅降低不必要的功耗。此自動調整輸入電源裝置可以提升在輕載時的電能使用效率。解決習知方法在輕載時的電力浪費，也解決電源設計的難題。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖2繪示依據本發明實施例的自動調整驅動器輸入電源之裝置的電路方塊圖。請參照圖2，此自動調整驅動器輸入電源之裝置20可以包含負載偵測器22以及控制器24。負載偵測器22偵測主機板上負載28的使用情形，將偵測到的電流反應成一電壓信號。亦即根據負載電流的變化而輸出偵測信號SDET 。負載偵測器22所輸出的電壓信號與偵測到的電流成正比。控制器24耦接負載偵測器22並接收偵測信號SDET 。控制器24根據偵測信號SDET 的大小來提供介於第一電壓(＋5V)至第二電壓(＋12V)之間的操作電壓VDRIVER 。自動調整輸入電源裝置20將操作電壓VDRIVER 傳送給驅動器26的電源輸入端VCC 。例如當主機板的使用情形屬於重載情況，自動調整輸入電源裝置20可以切至第二電壓(＋12V)；當主機板的使用情形屬於輕載情況，裝置20可以切至第一電壓(＋5V)，其中判斷負載輕重的標準可以由設計工程師依實際需求來設計，因此自動調整輸入電源裝置20可以將施加於驅動器26的電壓源做彈性的切換，可以減少不必要的驅動損失而提升能源效率。
本實施例利用自動調整驅動器輸入電源之裝置來判斷系統是處於輕載或重載，再進而調變驅動器的電壓源，使系統在輕載時能有效降低驅動損失，進而提升系統效率。
圖3繪示依據本發明實施例的控制器的電路圖。請參照圖3。前述的判斷負載輕重的標準可以進一步運用一參考信號VREF 來實施，參考信號VREF 可以是運用電阻分壓器(未繪示)的某一電壓值。控制器30可以將偵測信號SDET 與參考信號VREF 以一比較器32做比較。比較器32的第一輸入端接收參考信號VREF ，比較器32的第二輸入端接收偵測信號SDET ，接著根據比較器32所產生的比較結果SGATE 來切換電源路徑，以提供操作電壓VDRIVER 給驅動器(未繪示)。例如，當偵測信號SDET 低於或等於參考信號VREF 時表示為輕載，比較器32輸出為邏輯高準位，則可以提供第一電壓(＋5V)給驅動器來運作；而當偵測信號SDET 高於參考信號VREF 時表示為重載，比較器32輸出為邏輯低準位，則可以提供第二電壓(＋12V)給驅動器來運作。
圖3的控制器30為兩段式電壓源調整器。控制器30可以包含半導體開關34、電阻R1、二極體D1、D2以及比較器32。二極體D1的第一端耦接第一電壓(＋5V)。半導體開關34可以為P型半導體開關。半導體開關34的第一源/汲極耦接第二電壓(＋12V)。電阻R1的第一端耦接半導體開關34的第一源/汲極與閘極之間。半導體開關34的第二源/汲極耦接二極體D2的第一端。二極體D2的第二端耦接二極體D1的第二端，此兩個二極體的耦接處提供操作電壓VDRIVER 的輸出。其中，比較器32根據偵測信號SDET 與參考信號VREF 所產生的比較結果SGATE 控制半導體開關34的閘極。操作電壓VDRIVER 的輸出有兩條電源路徑。第一電源路徑為第一電壓(＋5V)經由二極體D1而輸出操作電壓VDRIVER 。第二電源路徑為第二電壓(＋12V)經由半導體開關34、二極體D2，接著輸出操作電壓VDRIVER 。也就是當斷開(turn off)半導體開關34時則可以提供第一電壓(＋5V)給驅動器來運作。當接通(turn on)半導體開關34時則可以提供第二電壓(＋12V)給驅動器來運作。
圖4繪示依據本發明另一實施例的控制器的電路圖。請參照圖4。控制器40為一降壓調節器(low dropout regulator，LDO)。控制器40包含電阻R2、電阻R3、半導體開關44、以及運算放大器42。半導體開關44可以為N型半導體開關。半導體開關44的第一源/汲極耦接第二電壓(＋12V)。半導體開關44的第二源/汲極耦接電阻R2的第一端，並且從半導體開關44的第二源/汲極提供操作電壓VDRIVER 。電阻R3的第一端耦接電阻R2的第二端，電阻R3的第二端耦接接地電壓GND。運算放大器44的“＋”輸入端耦接偵測信號SDET ，運算放大器44的“-”輸入端耦接電阻R3的第一端。運算放大器44的輸出端耦接半導體開關44的閘極。當系統的負載電流越大，操作電壓VDRIVER 也隨之線性升高；而當系統的負載電流越小，操作電壓VDRIVER 也隨之線性下降。其中，操作電壓VDRIVER 隨偵測信號SDET 的大小成比例的變化，操作電壓VDRIVER 的最小值等於第一電壓。
圖5繪示依據本發明另一實施例的控制器的電路圖。請參照圖5。控制器50為一線性電壓調整器。控制器50可以包含電阻R4、R5、電容器C1、C2、半導體開關54、以及運算放大器52。半導體開關54可以為N型半導體開關。半導體開關54的第二源/汲極耦接第二電壓(＋12V)。半導體開關54的第一源/汲極耦接電容器C1的第一端與電阻R5的第一端，並且從半導體開關54的第一源/汲極提供操作電壓VDRIVER 。運算放大器52的“+”輸入端耦接偵測信號SDET ，運算放大器52的“-”輸入端耦接電阻R5的第二端，運算放大器52的輸出端耦接半導體開關54的閘極。電容器C1的第一端耦接電阻R5的第一端。電容器C1的第二端耦接接地電壓GND。電容器C2的第一端耦接電阻R4的第一端，電容器C2的第二端耦接電阻R5的第二端。電阻R4的第二端耦接接地電壓GND。運算放大器52的輸出端會自動調節半導體開關54上的跨壓，使得操作電壓VDRIVER 等於運算放大器52的“+”輸入端的偵測信號SDET ，故當系統的負載電流越大，操作電壓VDRIVER 也隨之線性升高，而當系統的負載電流越小，操作電壓VDRIVER 也隨之線性下降。其中，操作電壓VDRIVER 隨偵測信號SDET 的大小成比例的變化，操作電壓VDRIVER 的最小值等於第一電壓。
圖6繪示依據本發明另一實施例的控制器的電路圖。請參照圖6。控制器60為切換式電源轉換器。切換式電源轉換器包含電感器L1、電感器L2、電容器C3、半導體開關64、半導體開關66、運算放大器62、以及電源轉換器68。電感器L1的第一端耦接第二電壓(+12V)。電感器L2的第二端提供操作電壓VDRIVER 的輸出。半導體開關64、66可以為N型半導體開關。半導體開關64的第一源/汲極耦接電感器L1的第二端。半導體開關64的第二源/汲極接電感器L2的第一端與半導體開關66的第一源/汲極。半導體開關66的第二源/汲極耦接接地電壓GND。電容器C3的第一端耦接電感器L2的第二端。電容器C2的第二端耦接接地電壓GND。運算放大器62的“＋”輸入端耦接偵測信號SDET 。運算放大器62的“一”輸入端耦接電感器L2的第二端。電源轉換器68接收運算放大器62的輸出電壓來啟動電源轉換器68。電源轉換器68的上閘驅動接腳UG耦接半導體開關64的閘極。電源轉換器68的下閘驅動接腳LG耦接半導體開關66的閘極。電源轉換器68控制半導體開關64和66的閘極而可以調節輸出操作電壓VDRIVER 。操作電壓VDRIVER 等於運算放大器62的“＋”輸入端耦接偵測信號SDET 。故當系統的負載電流越大，操作電壓VDRIVER 也隨之線性升高，而當系統的負載電流越小，操作電壓VDRIVER 也隨之線性下降。其中，操作電壓VDRIVER 隨偵測信號SDET 的大小成比例的變化，操作電壓VDRIVER 的最小值等於第一電壓。
綜上所述，本發明自動調整驅動器輸入電源之裝置能自動偵測當下系統的使用狀態，依不同負載需求來彈性地提供驅動器的輸入電壓源，靈活調整電壓。此自動調整輸入電源裝置至少可以產生如下的功效與優點：
1.提供驅動器輸入電源的降壓機制；
2.依主機板的使用情形來切換驅動器輸入電源，當在輕載時可以實現節能；
3.系統在輕載時能有效降低驅動損失，進而提升系統效率；
4.可以動態調整電源，實現電力轉換的最佳化效率。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
20．．．自動調整驅動器輸入電源之裝置
22．．．負載偵測器
24．．．控制器
26．．．驅動器
28．．．負載
30．．．控制器
32．．．比較器
34．．．半導體開關
40．．．控制器(降壓調節器)
42．．．運算放大器
44．．．半導體開關
50．．．控制器(線性電壓調整器)
52．．．運算放大器
54．．．半導體開關
60．．．控制器
62．．．運算放大器
64、66．．．半導體開關
68．．．電源轉換器
C1～C3．．．電容器
D1、D2．．．二極體
GND．．．接地電壓
L1、L2．．．電感器
R1～R5．．．電阻
SDET ．．．偵測信號
SGATE ．．．比較結果
VCC ．．．電源輸入端
VDRIVER ．．．操作電壓
VREF ．．．參考信號
圖1繪示以固定電壓源供應驅動器的方塊圖。
圖2繪示依據本發明實施例的自動調整驅動器輸入電源之裝置的電路方塊圖。
圖3繪示依據本發明實施例的控制器的電路圖。
圖4繪示依據本發明另一實施例的控制器的電路圖。
圖5繪示依據本發明另一實施例的控制器的電路圖。
圖6繪示依據本發明另一實施例的控制器的電路圖。
20．．．自動調整驅動器輸入電源之裝置
22．．．負載偵測器
24．．．控制器
26．．．驅動器
28．．．負載
SDET ．．．偵測信號
VCC ．．．電源輸入端

Claims (10)

  1. 一種自動調整驅動器輸入電源之裝置，包括：一負載偵測器，偵測一負載電流，並根據該負載電流來輸出一偵測信號；以及一控制器，其耦接該負載偵測器來接收該偵測信號，並根據該偵測信號來提供介於一第一電壓至一第二電壓之間的一操作電壓，該操作電壓用以提供給該驅動器，其中該第一電壓小於該第二電壓，該操作電壓隨該負載電流的升降而升降。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之自動調整驅動器輸入電源之裝置，其中該控制器將該偵測信號與一參考信號做比較，當該偵測信號低於或等於該參考信號則提供該第一電壓給該驅動器，而當該偵測信號高於該參考信號則提供該第二電壓給該驅動器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之自動調整驅動器輸入電源之裝置，其中該控制器包括：一第一半導體開關，該第一半導體開關的第一源/汲極耦接該第二電壓；一第一電阻，耦接於該第一半導體開關的第一源/汲極與閘極之間；一第一二極體，該第一二極體的第一端耦接該第一電壓；以及一第二二極體，該第二二極體的第一端耦接該第一半導體開關的第二源/汲極，該第二二極體的第二端耦接該第 一二極體的第二端，並提供該操作電壓的輸出，一比較器，該比較器的第一輸入端接收一參考信號，該比較器的第二輸入端接收該偵測信號，該比較器產生一比較結果來控制該第一半導體開關的閘極。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之自動調整驅動器輸入電源之裝置，其中該第一半導體開關為P型半導體開關。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之自動調整輸入電源之裝置，其中該控制器包括：一第二電阻；一第三電阻，第一端耦接該第二電阻的第二端，該第三電阻的第二端耦接一接地電壓；一第二半導體開關，第一源/汲極耦接該第二電壓，第二源/汲極耦接該第二電阻的第一端，從該第二半導體開關的第二源/汲極提供該操作電壓；以及一第一運算放大器，第一輸入端耦接該偵測信號，第二輸入端耦接該第三電阻的第一端，輸出端耦接該第二半導體開關的閘極，其中，該操作電壓隨該偵測信號的大小成比例的變化。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之自動調整驅動器輸入電源之裝置，其中該第二半導體開關為N型半導體開關。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之自動調整驅動器輸入電源之裝置，其中該控制器包括：一第四電阻，該第四電阻的第二端耦接一接地電壓；一第五電阻； 一第一電容器，該第一電容器的第一端耦接該第五電阻的第一端，該第一電容器的第二端耦接該接地電壓；一第二電容器，該第二電容器的第一端耦接該第四電阻的第一端，該第二電容器的第二端耦接該第五電阻的第二端；一第三半導體開關，第二源/汲極耦接該第二電壓，第一源/汲極耦接該第一電容器的第一端與該第五電阻的第一端，且第一源/汲極提供該操作電壓；以及一第二運算放大器，第一輸入端耦接該偵測信號，第二輸入端耦接該第五電阻的第二端，輸出端耦接該第三半導體開關的閘極，其中，該操作電壓隨該偵測信號的大小成比例的變化。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之自動調整驅動器輸入電源之裝置，其中該第三半導體開關為N型半導體開關。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之自動調整驅動器輸入電源之裝置，其中該控制器包括：一第一電感器，該第一電感器的第一端耦接該第二電壓；一第二電感器，該第二電感器的第二端提供該操作電壓的輸出；一第三電容器，該第三電容器的第一端耦接該第二電感器的第二端，該第二電容器的第二端耦接一接地電壓；一第四半導體開關，第一源/汲極耦接該第一電感器的第二端，第二源/汲極接該第二電感器的第一端； 一第五半導體開關，該第五半導體開關的第一源/汲極耦接該第四半導體開關的第二源/汲極，該第五半導體開關的第二源/汲極耦接該接地電壓；一第三運算放大器，第一輸入端耦接該偵測信號，第二輸入端耦接該第二電感器的第二端；以及一電源轉換器，其接收該第三運算放大器的輸出電壓來啟動該電源轉換器，該電源轉換器的上閘驅動接腳耦接該第四半導體開關的閘極，該電源轉換器的下閘驅動接腳耦接該第五半導體開關的閘極，其中，該操作電壓隨該偵測信號的大小成比例的變化。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之自動調整驅動器輸入電源之裝置，其中該第四半導體開關與該第五半導體開關為N型半導體開關。
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