電源供應電路的製作方法

2023-07-26 23:32:26 1

專利名稱：電源供應電路的製作方法
技術領域：
電源供應電路技術領域[0001]本實用新型涉及一種電源供應電路，且特別是具有多個雙向可變換穩壓器以對共 同接點以及選擇性至少一外接端充電。
背景技術：
[0002]充電產品有可能需要多組輸入/輸出電源，例如隨身電源可接多個電源輸出端， 或筆電可同時提供系統工作負載以及多個USB電源輸出。參考圖1，其中顯示現有技術的 電源供應電路10，其可連接於兩個外接端Vinl與Vin2，其中之一經過降壓電路供電給系統 負載Vsys,另一外接端則由系統負載Vsys經過升壓電路對其供電；此外系統負載Vsys可 經過功率電晶體M6對電池Vbat充電。降壓電路具有降壓控制器11，其根據外接端的連接 方式以控制功率電晶體的操作，例如假設是由外接端Vinl經過降壓電路供電給系統負載 Vsys,則降壓控制器11關閉功率電晶體M2，並切換功率電晶體Ml與M3，以對系統負載Vsys 進行降壓供電。而升壓電路中具有多任務器12與升壓控制器13，多任務器12選擇外接端 Vinl與Vin2之一，例如假設是由系統負載Vsys經過升壓電路對外接端Vin2供電，則多任 務器12選擇外接端Vin2。[0003]前述的技術提供給使用者彈性很低，兩外接端必須一為降壓而另一為升壓，且於 降壓電路中需設三個功率電晶體、在升壓電路中需額外的多任務器12，增加成本，不合經濟 效益。[0004]故此，如何有效簡化電源供應電路、提高使用者的運用彈性，實為相關領域人員所 重視的議題之一。發明內容[0005]本實用新型的目的在於克服現有技術的不足與缺陷，提出一種電源供應電路，其 可有效簡化電源供應電路、提高使用者的運用彈性。[0006]本實用新型的其它目的和優點可以從本實用新型所揭露的技術特徵中得到進一 步的了解。[0007]為達上述之一或部分或全部目的或是其它目的，本實用新型的一實施例提出一種 電源供應電路，包含多個雙向可變換穩壓器，分別耦接於一第一共同接點以及多個外接端 之間，各外接端可供耦接於一外部電源以接受該外部電源供電、或耦接於一外部裝置以對 該外部裝置供電，其中各該雙向可變換穩壓器包括一上橋功率電晶體，耦接於該外接端； 一下橋功率電晶體，與該上橋功率電晶體耦接於一切換節點；一電感，與該上、下橋功率晶 體管接於該切換節點，且該電感的另一端耦接於該第一共同接點；以及一升降壓控制器，通 過開關該上橋功率電晶體與該下橋功率電晶體以控制升或降壓的穩壓操作，並根據一模式 控制訊號而決定自該外部電源對該第一共同接點降壓供電、或自該第一共同接點對該外部 裝置升壓供電。[0008]在本實用新型的一實施例中，該雙向可變換穩壓器更包含有一電流吸收/供應判斷電路，測試是否能自該外接端抽取電流，以決定該雙向可變換穩壓器為升壓模式或降壓模式。[0009]在本實用新型的一實施例中，該電源供應電路更包含一第二共同接點；一功率電晶體，耦接於該第一共同接點與該第二共同接點之間；以及一充電控制電路，控制該功率電晶體，以控制自該第一共同接點對該第二共同接點的充電。[0010]在本實用新型的一實施例中，該充電控制電路根據該第一共同接點的電壓以控制對該第二共同接點的充電。[0011]在本實用新型的又一實施例中，該充電控制電路根據該第一共同接點的電壓、該第二共同接點的電壓、以及該功率電晶體的電流，以控制對該第二共同接點的充電。[0012]在本實用新型的一實施例中，該電源供應電路更包含一第一誤差放大電路，根據該功率電晶體的電流以及一第一參考訊號，產生一第一控制訊號；以及一第二誤差放大電路，根據該第二共同接點的電壓以及一第二參考訊號，產生一第二控制訊號，且其中，於自該外部電源對該第一共同接點降壓供電時，該升降壓控制器根據該第一與第二控制訊號而操作。[0013]在本實用新型的又一實施例中，該電源供應電路更包含一第一誤差放大電路，根據該第一共同接點的電壓以及一第一參考訊號，產生一第一控制訊號，且其中，於自該外部電源對該第一共同接點降壓供電時，該升降壓控制器根據該第一控制訊號而操作。[0014]在本實用新型的又一實施例中，各雙向可變換穩壓器具有一第三誤差放大器，根據該外接端的電壓與 一第三參考訊號，產生一第三控制訊號，且其中，於自該第一共同接點對該外部裝置升壓供電時，該升降壓控制器根據該第三控制訊號而操作。[0015]根據本實用新型的一實施例，該電源供應電路中至少一外接端耦接於一外部電源、且另一外接端耦接於一外部裝置。[0016]本實用新型的有益技術效果在於，其所提供的電源供應電路，可有效簡化電源供應電路、提高使用者的運用彈性。[0017]為讓本實用新型的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。


[0018]圖1為現有技術的電源供應電路的不意圖；[0019]圖2為本實用新型一實施例的電源供應電路的示意圖；[0020]圖3為本實用新型的雙向可變換穩壓器一實施例的示意圖；[0021]圖4為本實用新型另一實施例的電源供應電路的示意圖；[0022]圖5為本實用新型的雙向可變換穩壓器另一實施例的示意圖。[0023]圖中符號說明[0024]10現有技術的電源供應電路[0025]11降壓控制器[0026]12多任務器[0027]13升壓控制器[0028]20電源供應電路[0029]21、31雙向可變換穩壓器[0030]211,311升降壓控制器[0031]212、22、23、241、312、323、33、34、38 誤差放大電路[0032]214電流吸收/供應判斷電路[0033]25、35電流感測元件[0034]247、26、27、213、36、313、322 電壓感測元件[0035]28、321線性控制器[0036]24、32充電控制電路[0037]12、13 電感[0038]M1、M2、M3、M4、M5、M6功率電晶體[0039]MC模式控制訊號[0040]N21、N22、N211、N31、N32、N311 共同接點[0041]Q、Q 1、Q2、Q3、Q4、Q5功率電晶體S1、S2、S3、S4、S5、S6控制訊號[0043]Vbat 電池[0044]Vinl、Vin2、…VinN外接端[0045]Vrefl、Vref2、Vref3、Vref4K Vref5 參考訊號[0046]Vsys系統負載具體實施方式
[0047]有關本實用新型的前述及其它技術內容、特點與功效，在以下配合參考附圖的一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如上、 下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。本實用新型中的圖式均屬示意，主要意在表示各裝置以及各元件之間的功能作用關係，至於形狀、厚度與寬度則並未依照比例繪製。[0048]圖2為本實用新型一實施例的電源供應電路20示意圖，其中可包括多個雙向可變換穩壓器21、第一誤差放大電路22、及第二誤差放大電路23 ;如果需要從系統負載Vsys對電池Vbat充電，則還可包含功率電晶體Q、與充電控制電路24，其中充電控制電路24包含第三誤差放大電路241、線性控制器248，並可選擇性地包含第二電壓感測元件247。如不需要從系統負載Vsys對電池Vbat充電，則功率電晶體Q與充電控制電路24可省略。[0049]多個雙向可變換穩壓器21可分別耦接於第一共同接點N21以及一外接端 (Vinl，... VinN)，其中此外接端(Vinl，. . . VinN)可耦接於一外部電源以接受其供電，或耦接於一外部裝置以對其供電；為便利說明起見，後文以Vinl舉例為外部電源而以Vin2舉例為接受供電的外部裝置，但當然本實用新型不受此限。本實施例中，功率電晶體Q耦接於第一共同接點N21與第二共同接點N22之間，並根據第一共同接點N21的電壓以控制對第二共同接點N22的充電。由於本實施例中對電池Vbat充電，因此整體迴路中宜包含電流信息的反饋控制(以控制對電池Vbat的充電電流合於規範)，以及對電池Vbat的電壓偵測與反饋控制(以獲知電池Vbat是否充飽電壓而停止充電)。電流信息的反饋控制可由第一誤差放大電路22根據功率電晶體Q的電流與一第一參考訊號Vref I的比較，產生一第一控制訊號SI控制雙向可變換穩壓器21的操作，以控制對電池Vbat的充電。在其它實施例中，若不包含對電池Vbat的充電，則整體迴路中可不取電流信息，或取從外接端Vinl對系統負載 Vsys的電流信息，以例如進行過電流保護。對電池Vbat的反饋控制可由第二誤差放大電路 23根據第二共同接點N22的電壓以及一第二參考訊號Vref2,產生一第二控制訊號S2以控 制雙向可變換穩壓器21的操作。第三誤差放大電路241則根據第一共同接點N21的電壓 以及一第三參考訊號Vref3以產生控制訊號S3給線性控制器248，控制功率電晶體Q對第 二共同接點N22的充電。[0050]在一較佳實施例中，第一誤差放大電路22例如但不限於可經由電流感測元件25 對功率電晶體Q的電流進行感測，電流感測元件25將感測結果傳送至第一誤差放大電路 22,第一誤差放大電路22根據電流感測結果與第一參考訊號Vref I,產生第一控制訊號SI 以控制雙向可變換穩壓器21的操作，其中第一參考訊號Vrefl可代表對第二共同接點N22 的安全充電電流上限，或基於設計需要所為之一設定值。根據第一參考訊號Vrefl，電源供 應電路20對第一共同接點N21的充電電流可維持不超過該設計值。[0051]在一較佳實施例中，第二誤差放大電路23例如但不限於可經由第一電壓感測元 件26對第二共同接點N22進行電壓感測，第一電壓感測元件26將感測結果傳送至第二誤 差放大電路23，第二誤差放大電路23根據電壓感測結果以及第二參考訊號Vref2，產生第 二控制訊號S2以控制雙向可變換穩壓器21的操作。第二參考訊號Vref2可代表電池Vbat 的蓄電電壓安全上限值，進而控制電源供應電路20對蓄電端的蓄電電壓可維持不超過安 全值。第二參考訊號Vref2也可為依設計需要的其它設定值。[0052]第三誤差放大電路241例如但不限於可經由第二電壓感測元件247對第一共同 接點N21進行電壓感測，第二電壓感測元件247將電壓感測結果傳送至第三誤差放大電路 241。第三誤差放大電路241根據電壓感測結果以及第三參考訊號Vref3以產生控制訊號 S3給線性控制器248，控制功率電晶體Q對第二共同接點N22的充電。第三參考訊號Vref3 可根據第一共同接點N21的供電特性而設定的參考值，例如當第一共同接點N21高於第三 參考訊號Vref 3時，功率電晶體Q可控制自第一共同接點N21對第二共同接點N22的電壓差 維持在一指定範圍內，例如但不限於令功率電晶體Q具有完全導通的最低源漏極電壓差， 以使第一共同接點N21對第二共同接點N22的充電路徑的整體耗能為最低而提升充電效 率。[0053]以上內容中，電壓感測元件亦可省略，而直接使誤差放大器與對應的電壓感測節 點耦接。[0054]以上迴路的反饋控制控制由外接端Vinl (假設Vinl為外部電源)對第一共同接 點N21的供電以及自第一共同接點N21對第二共同接點N22的充電；如欲對外部裝置(假設 為外接端Vin2)供電，則可根據外接端Vin2的電壓來反饋控制雙向可變換穩壓器21的操 作，因每一外接端(Vinl，. . . VinN)都有一個與此對應的反饋控制電路，為避免圖2的圖面 過於複雜不易理解，因此將根據外接端的電壓來反饋控制可變換穩壓器21的電路，合併繪 示在雙向可變換穩壓器21中，於以下內容中說明。[0055]請參照圖3，圖3為雙向可變換穩壓器21 —實施例的示意圖。雙向可變換穩壓器 21中例如可具有一升降壓控制器211、上橋功率電晶體Q1、一下橋功率電晶體Q2、一電感12、以及一第四誤差放大電路212，並可選擇性地再另包含一個第三電壓感測元件213。上 橋功率電晶體Ql耦接於外接端Vinl，且上橋功率電晶體Ql另經由一第三共同接點N211(本說明書中亦稱切換節點)耦接於下橋功率電晶體Q2，上橋功率電晶體Ql另依序經由第 三共同接點N211與電感12耦接於第一共同接點N21，其中升降壓控制器211通過開關上橋 功率電晶體Ql與下橋功率電晶體Q2以控制升降壓的操作。[0056]當升降壓控制器211需要進行降壓操作(亦即自外接端Vinl對第一共同接點N21 供電)時，可根據第一控制訊號S I和第二控制訊號S2而控制上橋功率電晶體Ql與下橋 功率電晶體Q2的操作。當升降壓控制器211需要進行升壓操作(亦即自第一共同接點N21 對外接端Vinl供電)時，可根據第四控制訊號S4而控制上橋功率電晶體Q I與下橋功率晶 體管Q2的操作。其中，第四誤差放大電路212例如但不限於可經由第三電壓感測元件213 對外接端Vinl進行電壓感測，第三電壓感測元件213將感測結果傳送至第四誤差放大電路 212，第四誤差放大電路212根據電壓感測結果以及第四參考訊號Vref41，產生第四控制訊 號S4以控制雙向可變換穩壓器21的操作。[0057]雙向可變換穩壓器21可根據模式控制訊號MC來決定為升壓操作模式或降壓操作 模式，模式控制訊號MC有各種產生方式，例如可以由外部電路輸入、由使用者輸入、亦可以 根據外接端Vinl的特性來判斷等。舉例而言，雙向可變換穩壓器21中可包含一個電流吸 收/供應(sinking/sourcing)判斷電路214,其判斷外接端Vinl是吸收電流或供應電流, 如為前者則判斷為外部裝置，如為後者則判斷為外部電源。電流吸收/供應判斷電路214 例如但不限於可測試是否能自外接端Vinl抽取電流，即可判斷出來。然而，判斷的方式不 限於此，且電流吸收/供應判斷電路214也非必須。各類外接端的規範中亦有其對應的供 電端或充電端的判斷方式，可依實際應用狀況而採用對應的判斷方式、或直接接受外部控 制來切換模式。[0058]升降壓控制器211可為一脈寬調變控制器或脈頻調變控制器，其細節非本案重 點，在此不贅述。[0059]請參照圖4，圖4為另一實施例的電源供應電路30的示意圖，其中可包括多個雙 向可變換穩壓器31、一功率電晶體Q3、一充電控制電路32、一第一誤差放大電路33、一第二 誤差放大電路34、一第三誤差放大電路38。多個雙向可變換穩壓器31分別稱接於一第一 共同接點N31，多個雙向可變換穩壓器31分別具有一外接端(Vinl，. . . VinN)，可供耦接於 一外部電源或外部裝置，以從其接受電力或對其供電。功率電晶體Q3耦接於第一共同接點 N31與一第二共同接點N32之間，並控制對第二共同接點N32的充電。充電控制電路32控 制功率電晶體Q3的操作，其細節容後詳述。[0060]第一誤差放大電路33根據功率電晶體Q3的電流以及一第一參考訊號Vrefl,產生 第一控制訊號SI至充電控制電路32，其中，第一誤差放大電路33例如但不限於可經由電流 感測元件35取得功率電晶體Q3的電流信息。第二誤差放大電路34根據第二共同接點N32 的電壓以及一第二參考訊號Vref2，產生第二控制訊號S2至充電控制電路32，其中，第二誤 差放大電路34例如但不限於可經由第一電壓感測元件36對第二共同接點N32進行電壓感 測，第一電壓感測元件36將感測結果傳送至第二誤差放大電路34，第二誤差放大電路34根 據電壓感測結果以及第二參考訊號Vref2，產生第二控制訊號S2。第一參考訊號Vrefl和 第二參考訊號Vref2的設定可參照前述實施例。[0061 ] 充電控制電路32在本實施例中包括線性控制器321、第四誤差放大電路323、並可 選擇性地包括第二電壓感測元件322。線性控制器321根據第一控制訊號S1、第二控制訊號S2、以及一第三控制訊號S3,產生第六控制訊號S6至功率電晶體Q3以控制對第二共同 接點N32的充電。第四誤差放大電路323根據第一共同接點N31的電壓和一第三參考訊號 Vref3而產生第三控制訊號S3，輸入線性控制器321，其中第一共同接點N31的電壓信息例 如但不限於可由一第二電壓元件322感測。第三參考訊號Vref 3的設定可參照前述實施例 的說明。[0062]以上控制迴路的作用是根據第一共同接點N31和第二共同接點N32的電壓、以及 功率電晶體Q3的電流，而控制第一共同接點N31對第二共同接點N32的充電。[0063]第三誤差放大電路38根據第一共同接點N31的電壓以及一第五參考訊號Vref5， 產生第五控制訊號S5至雙向可變換穩壓器31，其中，第三誤差放大電路38例如但不限於可 經由第二電壓感測元件322對第一共同接點N31進行電壓感測，第二電壓感測元件322將 感測結果傳送至第三誤差放大電路38，第三誤差放大電路38根據電壓感測結果以及第五 參考訊號Vref5，產生第五控制訊號S5。第三誤差放大電路38和充電控制電路32可共享 第二電壓感測元件322。[0064]請參照圖5，圖5為雙向可變換穩壓器31的另一實施例的示意圖。其中，雙向可變 換穩壓器31可具有一升降壓控制器311、一第五誤差放大電路312、一上橋功率電晶體Q4、 一下橋功率電晶體Q5、以及一電感13，上橋功率電晶體Q4耦接於外接端Vinl，並上橋功率 電晶體Q4另經由一第三共同接點N311 (本說明書中亦稱切換節點)耦接於下橋功率晶體 管Q5，上橋功率電晶體Q4另依序經由第三共同接點N311與電感13耦接於第一共同接點 N31，其中升降壓控制器311根據第四控制訊號S4以及第五控制訊號S5而控制上橋功率晶 體管Q4與下橋功率電晶體Q5的操作。升降壓控制器311根據模式控制訊號MC而決定為 升壓模式或降壓模式；模式控制訊號MC的產生方式可參照前述實施例。此外，升降壓控制 器311可為一脈寬調變控制器或脈頻調變控制器。[0065]以上控制迴路的作用是根據第一共同接點N31的電壓而決定降壓操作時是否到 達調節的目標值，以及根據外接端的電壓而定升壓操作時是否到達調節的目標值。[0066]在圖2的實施例中，雖然沒有將第一共同接點N21的電壓信息反饋給雙向可變換 穩壓器21，但由於功率電晶體Q是受控的，且第一共同接點N21的電壓和第二共同接點N22 的電壓與其間關係都是受控的，因此仍然可以達成調節第一共同接點N21的電壓的功能。[0067]在圖4的實施例中，如果不需要對電池Vbat充電，則功率電晶體Q3與充電控制電 路32可以省略；第三誤差放大電路38可以直接和第一共同接點N31耦接、或仍通過第二電 壓感測元件322來取得第一共同接點N31的電壓信息。[0068]以上所述，僅為本實用新型的較佳實施例，當不能以此限定本實用新型實施的範 圍，即大凡依本實用新型權利要求書及說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬 本實用新型專利涵蓋的範圍內。例如，各外接端或共同接點可又耦接一電容以獲得穩定供 電的效果等。又，實施例圖標直接連接的各電路或元件，其間可插置不影響主要功能的其 它電路或元件。另一方面，各電壓感測元件並非必要，在某些應用中可以直接連接；電流感 測元件的連接方式也不限於圖標所舉實例，因此前文中「根據電壓以及參考訊號，產生控制 訊號」的敘述，意義應包括直接和該電壓及參考訊號連接、以及間接和該電壓及參考訊號連 接。另外，本實用新型的任一實施例或權利要求不須達成本實用新型所公開的全部目的或 優點或特點。摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本實用新型的權利範圍 。
權利要求1.一種電源供應電路，其特徵在於，包含多個雙向可變換穩壓器，分別耦接於一第一共同接點以及多個外接端之間，各外接端可供耦接於一外部電源以接受該外部電源供電、或耦接於一外部裝置以對該外部裝置供電，其中各該雙向可變換穩壓器包括一上橋功率電晶體，耦接於該外接端；一下橋功率電晶體，與該上橋功率電晶體耦接於一切換節點；一電感，與該上、下橋功率電晶體接於該切換節點，且該電感的另一端耦接於該第一共同接點；以及一升降壓控制器，通過開關該上橋功率電晶體與該下橋功率電晶體以控制升或降壓的穩壓操作，並根據一模式控制訊號而決定自該外部電源對該第一共同接點降壓供電、或自該第一共同接點對該外部裝置升壓供電。
2.如權利要求1所述的電源供應電路，其特徵在於，該雙向可變換穩壓器還包含有一電流吸收/供應判斷電路，測試是否能自該外接端抽取電流，以決定該雙向可變換穩壓器為升壓模式或降壓模式。
3.如權利要求1所述的電源供應電路，其特徵在於，還包含一第二共同接點；一功率電晶體，耦接於該第一共同接點與該第二共同接點之間；以及一充電控制電路，控制該功率電晶體，以控制自該第一共同接點對該第二共同接點的充電。
4.如權利要求3所述的電源供應電路，其特徵在於，該充電控制電路根據該第一共同接點的電壓以控制對該第二共同接點的充電。
5.如權利要求3所述的電源供應電路，其特徵在於，該充電控制電路根據該第一共同接點的電壓、該第二共同接點的電壓、以及該功率電晶體的電流，以控制對該第二共同接點的充電。
6.如權利要求1所述的電源供應電路，其特徵在於，還包含一第一誤差放大電路，根據該功率電晶體的電流以及一第一參考訊號，產生一第一控制訊號；以及一第二誤差放大電路，根據該第二共同接點的電壓以及一第二參考訊號，產生一第二控制訊號，且其中，於自該外部電源對該第一共同接點降壓供電時，該升降壓控制器根據該第一與第二控制訊號而操作。
7.如權利要求1所述的電源供應電路，其特徵在於，還包含一第一誤差放大電路，根據該第一共同接點的電壓以及一第一參考訊號，產生一第一控制訊號，且其中，於自該外部電源對該第一共同接點降壓供電時，該升降壓控制器根據該第一控制訊號而操作。
8.如權利要求1、6或7所述的電源供應電路，其特徵在於，各雙向可變換穩壓器具有一第三誤差放大器，根據該外接端的電壓與一第三參考訊號，產生一第三控制訊號，且其中，於自該第一共同接點對該外部裝置升壓供電時，該升降壓控制器根據該第三控制訊號而操作。
9.如權利要求1所述的電源供應電路，其特徵在於，至少一外接端耦接於一外部電源、且另一外接端耦接於一外部裝置。
專利摘要本實用新型提供一種電源供應電路，其中可包含多個雙向可變換穩壓器，分別耦接於一第一共同接點以及多個外接端之間，各外接端可供耦接於一外部電源以接受該外部電源供電、或耦接於一外部裝置以對該外部裝置供電，其中各該雙向可變換穩壓器包括一上橋功率電晶體，耦接於該外接端；一下橋功率電晶體，與該上橋功率電晶體耦接於一切換節點；一電感，與該上、下橋功率電晶體接於該切換節點，且該電感的另一端耦接於該第一共同接點；以及一升降壓控制器，通過開關該上橋功率電晶體與該下橋功率電晶體以控制升或降壓的穩壓操作，並根據一模式控制訊號而決定自該外部電源對該第一共同接點降壓供電、或自該第一共同接點對該外部裝置升壓供電。
文檔編號H02J7/00GK202840584SQ20122043775
公開日2013年3月27日 申請日期2012年8月30日 優先權日2012年8月30日
發明者龔能輝 申請人:立錡科技股份有限公司