TW200810329A - Power converter and related method capable of providing multiple output voltages - Google Patents

Description

200810329 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明相關於一種電源轉換器及相關輸出電壓方法，尤 指一種可提供多重輸出電壓之電源轉換器及相關輸出電壓 方法。 【先前技術】 電子裝置通常包含有不同的元件，每一元件所需的操作 電壓可能都不同。因此，在電子裝置中，常常需要透過電 源轉換器（power converter)來達到電壓準位的調節（升壓或 降壓）’並使之穩定在所設定的電壓數值。依不同的電源需 求’電源轉換器包含降壓式電源轉換器（buck/step d〇WJ1 converter)及幵經式電源轉換器（boost/step up converter)。 顧名思義’降壓式電源轉換器可將輸入端的直流電壓下降 至一預設電壓準位，而昇壓式電源轉換器則可提升輸入端 的直流電壓至一預設電壓準位。 【發明内容】 本發明提供一種可提供多重輸出電壓之電源轉換器，其 包含一輸入端，用來接收一輸入電壓；複數個輸出端，用 來提供複數個輸出電壓；一電感，·一第一開關裝置，耦接 於該電感之第一端和一低於該輸入電屬之預定電位之間； 200810329 :第=關裝置’轉接於該輸入端和該電感之第二端之 輸出接於該電感之第一端吻 間；該複數個輸出端中之一第二輸出端之 充電，電/:二置’用來開啟該第一和第二開關裝置以 電感’依據於該第-輸出端所得到之一第一輸出雷 塵及於第二輸出端 J弟輪出電 斷是否需要充電琴第山山弟一輸出電屢之值來分別判 據判斷結果來開啟該第二和第三 並依 第-端來放電該電感並充電該第一輸;端:感， :和第四開關裝置以透過該電感之第—端來放 透過該電感之第二端來放電該第二輸出端。感 發明另提供-種提供多重輸出轉方法，其包含 弟一電源和一低於該第一電源之第二 ’、 第—端和該第-電源之間提供—第—路徑二 —端和該第二電源之間提供一第二路 之弟 第-電源依序透過該第-路徑、該電残和2電流能從該 該第二電源以充電該電感；依據於一第路=流至 —第-輸出電壓來判斷是否需要充&端所件到之 要夯+兮穿认， ^ Μ弟—輸出端；當需 要充电该弟一輸出端時，在該電感之第 ^ 之間提供該第-路徑且在該電感之第〜、一電源 之間提供-_，使得電流能 200810329 二/亥弟一輸出端以充電該第-輸出端；依據於-第二 :而所得到之一第二輸出電塵來判斷是否需要放電該第 端；以及當需要放電該第二輸出端時，在該電感之 而和該第二輸出端之間提供—第四路#且在該電感之 該第二電源之間提供該第二路徑，使得電流能從 輪出端透過該第四路徑流至該電感以放電該第二輸 出端。 【實施方式】 請參考第1圖’第"為本發明第—實施例中一種可提 供多重輸出電壓之電源轉換器1〇之示意圖。電源轉換器 10包含-比較電路12、一邏輯電路14、一電感L、複數個 開關SWH。〜SWHm& SWU)〜SWLn ’以及複數個驅動單元 Dho〜DHm及DL〇〜DLn。電源轉換器1〇包含一輸入端、m個 輸出端〇出〜〇咖和n個輸出端〇Li〜〇Ln，輸入端之電位由 VIN來表示’而輸出端0H1〜0Hm和0l1〜0Ln之電位分別由 VGH丨〜vGHm和VGL1〜vGLn來表示。電感[之兩端透過開關 SWho和SWu^_接於接地電位和電源轉換器之輸入 端’開關swH1〜SWHm分_接於相對應之輸出端n 和電感L n n開關Sn則分職接於 相對應之輸出端〇L1〜〇Ln和電感L之第二端之間。比較電 路12耦接於電源轉換器10之輸出端，可將輸出電壓 vGH丨〜vGHm和VGU〜vGLn之值分別和相對應之預定電位作 8 200810329 比較，邏輯電路14再依據比較結果來控制驅動單元 DH0〜DHm及DL〇〜DLn。驅動单元DH〇〜DHm可分別提供開啟 (短路）或關閉（開路）開關SWH〇〜SWHm所需之控制訊號，而 驅動單元DL()〜DLn可分別提供開啟或關閉開關SWL()〜SWLn 所需之控制訊號。 在本發明第一實施例之電源轉換器10中，輸入電壓VIN 可被提昇至m組輸出電壓

VghI〜V〇Hm 5 或降低至η組輸出 電壓Vgl 1〜VGLn。亦即’依不同的電源需求’電源轉換器 10可將輸入電壓VIN轉換為（m+n)組不同電壓準位之輸出 電壓。舉例來說，假設此時需要提供兩組輸出電壓VGL1和 VGH1，電源轉換器10之運作由第2圖之流程圖來做說明， 第2圖之流程圖包含下列步驟： 步驟100 : 開始。 步驟110 : 開啟開關SWH〇和SWL〇，關閉開關 SWH广SWHm& SWL1 〜SWLn。 步驟120 : 判斷輸出端0H1之電位是否已經達到 V〇hi ;若輸出端〇Η1電位已經達到 Vghi，執 行步驟140 ;若輸出端0H1電位尚未達到 Vghi ’執行步驟130。 步驟130 : 開啟開關SWL〇和SWH1，關閉開關 swHG、SWH2〜SWHm 及 SWL1〜SWLn，執行步 200810329 驟】】〇 〇 步驟〗40 : . ―輸㈣〇u之電位是否已經達到 I:驟讀出仏1電位已經達到執 步騍150 60 ’右輸出端〇u電位尚未達到 GL1 ’執行步驟15〇。 開啟開關sWh〇和sWli，關閉開關 H-swHm，swL0^swL2.swLn，^t# 鄉 110 〇 步驟160 關閉開關swH0〜swHm及SWu)〜SWi^。 和stIZ，中’當於步驟110中開啟開關swH0 气L。：牛驟:二開關時，此時電源轉換器10會充電電 =田步驟110中判斷輸出端〇Hi之電位尚未達 之輸出電麼VGH1時，此時會執 和SWH1並關閉其它 汗_SWL〇 如此尾/原轉換态Η)可放電電咸 出=輸出：0Η1’直到輸出端0H1之電位達到所需之輸 GH1為止。问理，當步驟14〇中判斷輸出端Ου之 電位尚未達到所需之輸出電壓W寺，此時會執行步驟 B0以開啟開關〜和SWli並關閉其它開關，如此電源 轉換器10可放電電感L並充電輸出端〇Li，直到輸出端'、 0=之電位達到所需之輸出電壓V⑷為止。請參考第3圖 至第5圖’第3圖為執行步，驟110後電源轉換器10之等效 電路圖，第4圖為執行步驟13〇後電源轉換器1〇之等效電 200810329 路圖’第5圖為執行步驟150後電源轉換器i〇之等致電 圖。在第3圖至第5圖中，電流流向由箭頭來表示。 請參考第6圖，第6圖為本發明第二實施例中—種可提 供多重輸出電壓之電源轉換器20之示意圖。電源轉換器 20包含一比較電路22、一邏輯電路24、一電流限制單^ 26、一電感L、複數個開關SWH0〜SWHm及SWu)〜sw[， 以及複數個驅動單元DH〇〜DHm及DL〇〜DLn。電源轉換芎 包含一輸入端、m個輸出端〇Η1〜〇Ηιτ^α n個輸出端 〇Ll〜〇Ln，輸入端之電位由VIN來表示，而輸出端〇Ηι〜〇 和〇Li〜〇Ln之電位分別由vGH1〜VGHm和vGL1〜vGLn來表示。 電感L之第一端透過開關SWh〇耦接於接地電位，而電 之第二端透過開關swL。和電流限制單元26搞接於電源轉 換器20之輸入端。開_ SWhi〜Su別輕接於相對應之 輸出端〇m〜〇Hm和電感L之第—端之間，而開關 ::swLn則分別耦接於相對應之輪出端和電感 之：：端之間。在本發明第二實施例之電源轉換器2〇 中’電竭，】單元26可包含-電阻R，電阻R上之跨壓由 VSENSE來表示。比較雷故99知k ^ 罕乂4珞22耦接於電源轉換器20之輸出 :廡可將輪出電壓…一 n之值分別和相 =之預定電位作比較，邏輯電路24再依據比較結果和跨 ^S:E來控制驅動單元D-〜I及D『DLn。驅動單元 H°如可分別提供開啟開關或關閉SWH0〜SWHin所需之 200810329 控制訊號，而驅動單元DH〇〜DHn可分別提供開啟關閉開關 SWLG〜SWLn所需之控制訊號。 相較於本發明第一實施例之電源轉換器10，本發明第 二實施例之電源轉換器20同樣可將輸入電壓VIN轉換為 (m+n)組不同電壓準位之輸出電壓，不同之處在於電源轉換 器20另包含電流限制單元26。電源轉換器20可依據電流 限制單元26之跨壓VSENSE來控制流經電感L之電流大小。 舉例來說，假設此時需要提供兩組輸出電壓VGU和VGH1， 電源轉換器20之運作由第7圖之流程圖來做說明，第7圖 之流程圖包含下列步驟： 步驟200 : 開始。 步驟205 : 判斷跨壓VSENSE是否超過一預定值；若 跨壓Vsense超過預定值’執行步驟220 ;若 跨壓V SENSE 未超過預定值，執行步驟210。 步驟210 : 開啟開關SWH〇和SWL〇，關閉開關 SWH广SWHm& SWL1〜SWLn，執行步驟 205 〇 步驟220 : 判斷輸出端0H1之電位是否已經達到 V〇hi ;若輸出端〇Η1電位已經達到 Vghi ’ 執 行步驟240 ;若輸出端Oh1電位尚未達到 VGH丨，執行步驟230。 步驟230 : 開啟開關SWL〇和SWH1，關閉開關 12 200810329 swH〇、SWH2〜SWHm& SWL1〜SWLn，執行步 驟 205。 步驟240 : 判斷輸出端0L1之電位是否已經達到

Vgli ; 若輸出端〇Ll電位已經達到 Vgli ’ 執 行步驟260 ;若輸出端0L1電位尚未達到 V〇li 5 執行步驟250。 步驟250 : 開啟開關SWH〇和SWL1，關閉開關 SWH1〜SWHm、SWL〇 及 SWL2〜SWLn，執行步 驟 205。 步驟260 : 關閉開關SWH〇〜SWHm及SWL〇〜SWLn 〇 在第7圖之流程圖中，首先於步驟205中判斷電流限制 單元26之跨壓 VsENSE是否超過預定值。若跨壓VsENSE未 超過預定值，此時會執行步驟210以開啟開關SWH〇和SWL0 並關閉其它開關，因此電源轉換器20會充電電感L。若跨 壓 VsENSE 已超過預定值，接著會執行步驟220以判斷輸出 端〇hi之電位是否已經達到所需之輸出電壓VGH1，以及執 行步驟240以判斷判斷輸出端0L1之電位是否已經達到所 需之VGL1。當步驟220中判斷輸出端0H1電位尚未達到所 需之輸出電壓VGH1，此時會執行步驟230以開啟開關SWL0 和SWH1並關閉其它開關，如此電源轉換器20可放電電感 L並充電輸出端0H1，直到輸出端0H1之電位達到所需之輸 出電壓VGH1為止。同理，當步驟240中判斷輸出端0L1之 13 200810329 電位尚未達到所需之輸出電壓Vgli時，此時會執行步驟 250以開啟開關sw則和SWli並關閉其它開關，如此電源 轉換器20可放電電感L並充電輸出端〇L1，直到輸出端 電位達到所需之輸出電壓vGL1為止。請再次參考第 囷至第5圖，第3圖同樣為執行步驟21 〇後電源轉換器 7之等效電路圖’第4圖同樣為執行步驟230後電源轉換 器之等效電路圖’第5圖同樣為執行步驟25〇後電源轉 換态20之等效電路圖。 ，依不同的電源需求’本發明之電源轉換器可將一輸入電 【轉換為减組不同電壓準位之輸出電壓，並依據輸出端 之電位來控制充電及放電’因此能有效地達到降壓或昇壓 的效杲。 直上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請 ’乾II所做之均等⑽化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範 【圖式簡單說明】 弟1圖為本發明第一實施例φ — Ψ^j中一種可提供多重輸出電壓之 包源轉換器之示意圖。 第2圖為第1圖之電源轉換 ^θ ^ 付俠态運作時之流程圖。 弟圖為電源轉換器之等效電路圖。 200810329 第4圖為電源轉換器之等效電路圖。 第5圖為電源轉換器之等效電路圖。 第6圖為本發明第二實施例中一種可提供多重輸出電壓之 電源轉換器之示意圖。 第7圖為第6圖之電源轉換器運作時之流程圖。 【主要元件符號說明】 10 Λ 20 電源轉換器 12、22 比較電路 14、24 邏輯電路 26 電流限制單元 L 電感 R 電阻 SWh〇〜SWhiti、SWlo〜SWLn 開關 Dho〜DHm、Dlo〜DLn 驅動單元 〇Hl〜〇Hm、〇Ll〜〇Ln 輪出端 100〜160 、 200〜260 步驟 15

Claims (1)

1. 200810329 申請專利範圍： 一種可提供多重輸出電壓之電源轉換器，其包人· 一輸入端，用來接收一輸入電壓； 複數個輸出端，用來提供複數個輸出電壓； 一電感； -第-置，耗接於該電感之第一端和—低於該輪 入電壓之預定電位之間； -第二開關裝置’輕接於該輸人端和該電感之第二端之 間； 一第置，接於該電感之第―端和該複數個輸 出立而中之一第一輸出端之間； 一第:開關裝置’_於該電感之第二端和該複數個輸 出端中之一第二輸出端之間；以及 控制衣置，用來開啟該第一和第二開關襄置以充電該 電感’依據於該第—輪出端所得狀—第 壓以及於該第二輸出端所得到之一第二輸出電壓 之值來分別判斷是否需要充電該第一和第二輸出 端’亚依據輯結果來開啟該第二和第三 以透過該電感之第一端來放電該電感並充電該第 一輸出端，或是開啟兮结 ]欠5亥弟—和第四開關裝置以透過 δ玄電感之弟一端央访帝斗& 來放电垓電感並透過該電感之 二端來放電該第二輸出端。 16 200810329 2.如請求項1所述之電源轉換器，其中該控制裝置係包 含： 一第一驅動裝置，用來依據一第一邏輯訊號來產生一第 一驅動訊號以開啟或關閉該第三開關裝置； 一第二驅動裝置，用來依據一第二邏輯訊號來產生一第 ^一驅動訊號以開啟或關閉該第四開關裝置； 一比較電路，用來比較該第一輸出電壓和一第一預定電 壓以及比較該第二輸出電壓和一第二預定電壓之 差值，並依據比較結果來產生一相對應之參考訊 號；以及 一邏輯電路，用來依據該參考訊號產生該第一和第二邏 輯訊號。 3·如請求項1所述之電源轉換器，其另包含： 黾ML限制裝置，輕接於該輸入端和該第二開關裝置之 間，用來控制流經該電感之電流。 •如明求項1所述之電源轉換器，其中該電流限制裝置係 包含一電阻。 5’如凊求項1所述之電轉換H，其另包含： 複數個第三開難置，_於該電感之第1和該複數 17 200810329 …個輪出端中相對應之輸出端之間；以及 減:::開關裝置，接於該電感之第二端和該複數 輸出端中相對應之輸出端之間。 地電項1所述之電源轉換器，其中該預定電位係為接 8. ^種提供多重輸出電壓方法，其包含下列步驟： 低於該第-電源之第二電源; 電感之弟一端和該第一電源之間提供—第一 2徑且在該電感之第二端和該第二電源之間提件 第=徑電流能從該第一電源依序透過該 充電該;感感和該第二路徑流至該第二電源以 ⑷：據於一第一輸出端所得到之-第-輸出電壓來 判斷是否需要充電該第一輸出端； “ ⑷當需要充電該第-輪出端時，在該電感之第— 該第一電权間提供料—祕且料電感之而第和 -端和該第-輸出端之間提供—第三路經，使得電 18 200810329 流能從該電感透過該第三路徑流至該第 以充電該第-輸出端； ^ ⑻依據於一第二輸出端所得到之一第二輸出電壓來 判斷是否需要放電該第二輸出端；以及 ⑴當需要放電該第二輸出端時’在該電感之第—端和 α亥第一輸出端之間提供一第四路徑且在該電感之 第一端和5亥第二電源之間提供該第二路徑，使得電 流能從該第二輸出端透過該第四路徑流至該電感 以放電該第二輸出端。 9，如凊求項8所述之方法，其中提供該第—路徑係提供— _之第-_裝置，提供該第二路㈣提供—開啟之 弟二開關裝置’提供該第三路徑係提供一開啟之第三開 關裝置，且提供該第四路徑係提供—開啟之第四開關褒 置。 一月9所述之方法’其中步驟⑼另包含開啟該第 :和第二開關裝置並關閉該第三和第四開關裝置，步驟 (〜）另包含開啟該第—和第三開_置並關閉該第二和 弟四開關裝置，步驟⑴另包合 庐置廿I ”… 匕3開啟该弟二和第四開關 衣置並關閉该第一和第三開關裝置。 輸 u.如請求項8所述之方法，其中步驟_依據該第 19 200810329 出電壓和一第一預定電位之大小關係來判斷是否需要 充電該第-輸出端’且步驟_在該第一輸出電壓小 於該第-預定麵時提供該第—及第三路徑。 第一預定電位係高於 12.如請求項U所述之方法，其中該 該第一電源。 8所述之方法，其中步驟⑻係依據該第二輸 出電壓和-第二預定電位之大小關係來判斷是否需要 放電该第二輸出端，且步 〆驟(〇係在该弟二輸出電壓大 …第-預定電位時提供該第二及第四路徑。 第二預定電位係低於 14.如料項13所述之方法，其中該第二 该第一電源。 15·=求項8所奴方法，其中該第二電源係提供一接地 16.如請求項8所述之方法，其另包含： 依據於一第三輸出端戶斤;^不丨 所侍到之一第三輸出電壓來划齡 a是否需要充電該第三輸出端；以及4觸 •需要:電該第三輸出端時，在該電 —電源之間提供該第1徑且在該電感:第： 20 200810329 二 =:;間:供一第五〜電流能 蝴::::™至該—充 17·如請求項16所 一開啟之第五開_置Λ 五路徑係提供 18.如請求項8所述之方法，其另包含： 依據-第四輸出端所得到之一第四輸 否需要放電該第四輪出端；以及 ；_疋 當需要:電該第四輪出端時，在 二和_二電源之間提供該第二路徑 '- 從該第四輸出端透過該第 1吏件電流能 電該第四輸出端。 工机至该電感以放 19.如清求項I8所述之方法，其中提供兮第_ -開啟之第六開關裝置。 …第/、路偟係提供 21