電源管理單元的制作方法
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明關(guān)于一種電源管理單元，特別是一種可以調(diào)整脈寬調(diào)變驅(qū)動(dòng)電路的供電電壓大小的電源管理單元。
【【背景技術(shù)】】
[0002]開關(guān)電壓轉(zhuǎn)換電路(switching voltage converting circuit)是為電壓轉(zhuǎn)換電路的一種，利用切換功率開關(guān)的方式，調(diào)節(jié)儲(chǔ)存在儲(chǔ)能電感上的能量以供給至輸出負(fù)載，并將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓于輸出端，以維持固定的輸出電壓值，并提供輸出負(fù)載所需的負(fù)載電流。其優(yōu)點(diǎn)為轉(zhuǎn)換效率高，因此能減少不必要的發(fā)熱，進(jìn)而降低散熱設(shè)計(jì)上的復(fù)雜度。因此，在一些具有大輸出電流需求的應(yīng)用上，開關(guān)電壓轉(zhuǎn)換電路成為不可或缺的電源管理的部件之一。
[0003]例如在電腦系統(tǒng)的顯示卡上，由于目前顯示器的解析度愈來(lái)愈高，且螢?zāi)划嬅嬖趧?dòng)態(tài)以及靜態(tài)的表現(xiàn)上愈來(lái)愈要求品質(zhì)，因此顯示卡本身的耗電愈來(lái)愈大，已占電腦系統(tǒng)整體功耗一個(gè)相當(dāng)大的比例。目前中高階的顯示卡甚至另外需要散熱風(fēng)扇或是大型散熱片來(lái)解決因?yàn)榇罅抗乃斐傻纳釂?wèn)題。在一般的操作情形下，目前高階顯示卡的整體電流平均約為40安培，而中階顯示卡則約為30安培左右。顯示卡上的電壓轉(zhuǎn)換電路，目前主流為多相式(mult1-phase)的開關(guān)電壓轉(zhuǎn)換電路,其優(yōu)點(diǎn)為電壓鏈波(voltage ripple)小、只需較小電流規(guī)格的電感元件因此節(jié)省成本、對(duì)于負(fù)載變化有快速的暫態(tài)響應(yīng)以及較高的轉(zhuǎn)換效率等等。目前在顯示卡的電源管理電路上較為普遍的態(tài)樣，是采用四相式以及三相式的開關(guān)電壓轉(zhuǎn)換電路。
[0004]另外，若分析開關(guān)電壓轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換效率，可以發(fā)現(xiàn)在一般使用情況下，主要的功耗皆與輸出級(jí)的功率開關(guān)(power switch)相關(guān)。功率開關(guān)的功耗主要有導(dǎo)通損失(conducting loss)與切換損失(switching loss)兩大部分。
[0005]導(dǎo)通損失是由于功率開關(guān)的通道導(dǎo)通時(shí)，電流流經(jīng)功率開關(guān)的通道所產(chǎn)生。導(dǎo)通損失的大小為電流大小(I)乘以通道的等效阻抗(R)的平方，亦即I*R2。但由于電流大小與開關(guān)電壓轉(zhuǎn)換電路的應(yīng)用相關(guān)，無(wú)法改變，因此欲降低導(dǎo)通損失，只能從減小功率開關(guān)通道的等效阻抗著手。例如當(dāng)功率開關(guān)是以場(chǎng)效電晶體(field-effect transistor,FET)實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以通過(guò)提高功率開關(guān)的控制端，亦即場(chǎng)效電晶體的閘極端(gateterminal)的操作電壓,或者是選用以雙重?cái)U(kuò)散金氧半導(dǎo)體場(chǎng)效電晶體(double-diffusedmetal-oxi de-semi conductor field-effect transistor, DMOS )的半導(dǎo)體制程所制造的功率開關(guān)元件，來(lái)得到較小的通道等效阻抗。
[0006]切換損失則是由于功率開關(guān)的控制端，例如上述的FET的閘極端，頻繁地切換所造成的功耗損失，其功耗大小約為控制端的等效輸入電容值(C)，乘以控制端操作電壓(V)的平方，再乘以操作的頻率(f)，亦即C*V2*f。由上述關(guān)于導(dǎo)通損失以及切換損失的敘述可以發(fā)現(xiàn)，控制端操作電壓同時(shí)影響了導(dǎo)通損失以及切換損失的大小，且為一取舍(trade-off)的關(guān)系。亦即，當(dāng)控制端操作電壓較大時(shí)，將有利于導(dǎo)通損失的壓制，反的當(dāng)控制端操作電壓較小時(shí)，則是有利于切換損失的壓制。
[0007]另外，由上面的敘述也可發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)通損失與輸出電流的大小成正比，而切換損失則與輸出電流的大小無(wú)關(guān)。因此，在一般設(shè)計(jì)上，當(dāng)輸出電流較大時(shí)，導(dǎo)通損失是為功率開關(guān)功耗損失的主要部分,而當(dāng)輸出電流較小時(shí),導(dǎo)通損失隨的減小,此時(shí)切換損失成為功率開關(guān)功耗損失的主要部分。
[0008]然而在許多應(yīng)用中，諸如上述的電腦系統(tǒng)的顯示卡上，電源管理單元往往需隨機(jī)地提供輸出電流。例如顯示卡所需的電流，隨著電腦系統(tǒng)使用狀況的改變，而可能從數(shù)安培到數(shù)十安培不等。然而目前在顯示卡的電源管理單元的設(shè)計(jì)上，功率開關(guān)控制端的操作電壓，亦即功率開關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路的供電電壓，是以一固定電壓值來(lái)進(jìn)行供電。根據(jù)上述的分析，這樣的設(shè)計(jì)方式并無(wú)法使得輸出電流在較大和較小時(shí)，同時(shí)得到最佳或是接近最佳的電源轉(zhuǎn)換效率。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0009]鑒于以上的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種電源管理單元，特別是一種可以調(diào)整脈寬調(diào)變驅(qū)動(dòng)電路的供電電壓大小的電源管理單元，藉以解決輸出電流在較大和較小時(shí)，無(wú)法同時(shí)得到最佳或是接近最佳的電源轉(zhuǎn)換效率的缺點(diǎn)。
[0010]本發(fā)明提出一種電源管理單元，包括第一電壓端、電流偵測(cè)電路、訊號(hào)處理電路、脈寬調(diào)變控制電路、脈寬調(diào)變驅(qū)動(dòng)電路、功率開關(guān)電路以及可調(diào)電壓源。
[0011]第一電壓端用以接收一第一電壓，電流偵測(cè)電路耦接于第一電壓端，并用以偵測(cè)第一電壓供電予電源管理單元的第一電流值，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電流偵測(cè)訊號(hào)。訊號(hào)處理電路耦接于電流偵測(cè)電路，并用以接收電流偵測(cè)訊號(hào)，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電壓調(diào)整訊號(hào)。訊號(hào)處理電路更根據(jù)一輸出電壓的變化，產(chǎn)生電源管理訊號(hào)。脈寬調(diào)變控制電路耦接于訊號(hào)處理電路，并用以接收電源管理訊號(hào)，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的脈寬調(diào)變(pulse-width modulat1n,PWM)控制訊號(hào)。脈寬調(diào)變驅(qū)動(dòng)電路耦接于脈寬調(diào)變控制電路，并用以接收脈寬調(diào)變控制訊號(hào)，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的脈寬調(diào)變驅(qū)動(dòng)訊號(hào)。功率開關(guān)電路耦接于第一電壓端以及脈寬調(diào)變驅(qū)動(dòng)電路，第一電壓供電予功率開關(guān)電路，且功率開關(guān)電路接收脈寬調(diào)變驅(qū)動(dòng)訊號(hào)，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的前述的輸出電壓?？烧{(diào)電壓源耦接于訊號(hào)處理電路以及脈寬調(diào)變驅(qū)動(dòng)電路，可調(diào)電壓源接收電壓調(diào)整訊號(hào)，并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的可調(diào)電壓以供電予脈寬調(diào)變驅(qū)動(dòng)電路。其中，電流偵測(cè)訊號(hào)的大小決定可調(diào)電壓的大小是為若干個(gè)可調(diào)電壓值的其中之一。
[0012]本發(fā)明更提出一種電源管理單元，包括第一電壓端、電流偵測(cè)電路、訊號(hào)處理電路、脈寬調(diào)變控制電路、脈寬調(diào)變驅(qū)動(dòng)電路、功率開關(guān)電路以及可調(diào)電壓源。
[0013]第一電壓端用以接收一第一電壓，電流偵測(cè)電路耦接于一輸出電壓，并用以偵測(cè)所述輸出電壓的一輸出電流值，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的一電流偵測(cè)訊號(hào)。訊號(hào)處理電路I禹接于電流偵測(cè)電路，并用以接收電流偵測(cè)訊號(hào)，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電壓調(diào)整訊號(hào)。訊號(hào)處理電路更根據(jù)一輸出電壓的變化，產(chǎn)生電源管理訊號(hào)。脈寬調(diào)變控制電路耦接于訊號(hào)處理電路，并用以接收電源管理訊號(hào)，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的脈寬調(diào)變(pulse-width modulat1n,PWM)控制訊號(hào)。脈寬調(diào)變驅(qū)動(dòng)電路耦接于脈寬調(diào)變控制電路，并用以接收脈寬調(diào)變控制訊號(hào)，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的脈寬調(diào)變驅(qū)動(dòng)訊號(hào)。功率開關(guān)電路耦接于第一電壓端以及脈寬調(diào)變驅(qū)動(dòng)電路，第一電壓供電予功率開關(guān)電路，且功率開關(guān)電路接收脈寬調(diào)變驅(qū)動(dòng)訊號(hào)，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的前述的輸出電壓。可調(diào)電壓源耦接于訊號(hào)處理電路以及脈寬調(diào)變驅(qū)動(dòng)電路，可調(diào)電壓源接收電壓調(diào)整訊號(hào)，并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的可調(diào)電壓以供電予脈寬調(diào)變驅(qū)動(dòng)電路。其中，電流偵測(cè)訊號(hào)的大小決定可調(diào)電壓的大小是為若干個(gè)可調(diào)電壓值的其中之一。
[0014]本發(fā)明的功效在于，本發(fā)明所揭露的電源管理單元是利用偵測(cè)輸入電源管理單元的電流大小，或是利用偵測(cè)電源管理單元的輸出電流大小，而據(jù)以改變可調(diào)電壓源輸出的可調(diào)電壓的值，以供電予脈寬調(diào)變驅(qū)動(dòng)電路，調(diào)整功率開關(guān)控制端的操作電壓，如此不論輸出電流的大小，皆可達(dá)到最佳或是接近最佳的電源轉(zhuǎn)換效率。
[0015]有關(guān)本發(fā)明的特征、實(shí)作與功效，茲配合圖式作最佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下。
【【附圖說(shuō)明】】
[0016]圖1為本發(fā)明所揭露的第一實(shí)施例的電源管理單元的電路方塊圖。
[0017]圖2為本發(fā)明所揭露的第二實(shí)施例的電源管理單元的電路方塊圖。
[0018]圖3為本發(fā)明所揭露的第三實(shí)施例的電源管理單元的電路方塊圖。
[0019]圖4為本發(fā)明所揭露的第四實(shí)施例的電源管理單元的電路方塊圖。
[0020]主要組件符號(hào)說(shuō)明:
[0021]100、200、300、400 電源 160、260 功率開關(guān)電路
[0022]管理單元170、270 可調(diào)電壓源
[0023]110、210 第一電壓端 230 繪圖處理單元
[0024]120、220 電流偵測(cè)電路 280 第二電壓端
[0025]130 訊號(hào)處理電路290 第三電壓端
[0026]140、240 脈寬調(diào)變控制電路1000、2000 負(fù)載
[0027]150,250 脈寬調(diào)變驅(qū)動(dòng)電路
【【具體實(shí)施方式】】
[0028]在說(shuō)明書及后續(xù)的申請(qǐng)專利范圍當(dāng)中，「耦接」一詞在此是包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝