TWI483552B - 脈衝寬度調變控制系統 - Google Patents

Description

脈衝寬度調變控制系統

本發明涉及一種脈衝寬度調變控制系統，特別是一種多相位脈衝寬度調變控制系統。

目前，許多主板上CPU的供電電路均採用如圖1所示的四相供電電路，利用一PWM(Pulse-Width Modulation，脈衝寬度調變)控制器晶片輸出四路PWM信號，每一路PWM信號通過一個驅動IC(Integrated Circuit，積體電路)控制一對MOSFET(場效應管)的導通、斷開以調整電壓輸出。多相供電相較于傳統的單相供電具有以下優點：首先是為負載提供足夠可靠的電能；其次由於各MOSFET管按照一定的相位順序輪流導通，使得每路MOSFET管的負擔減輕，從而降低了供電電路的溫度，使主板運行更加穩定。

為防止所述四相供電電路不能正常工作，導致CPU在電腦運行時突然斷電，造成資料丟失等不良後果，業界還提供一個或多個備份用的單相供電電路，在所述四相供電電路不能正常工作時，單相供電電路可給CPU供電，提高給CPU供電的穩定性和可靠性。

所述四相供電電路輸出的脈衝寬度調變信號PWM1與兩個單相供電電路輸出的脈衝寬度調變信號PWM2、PWM3的時序圖如圖2所示，PWM1信號分四個相位信號Phase1、Phase2、Phase3、Phase4，Phase1、Phase2、Phase3、Phase4的脈衝以相同的時間間隔(一 個週期)依次出現；PWM2及PWM3信號為單相位信號，PWM2或PWM3信號的一個脈衝插入PWM1信號的一個週期正中間，與PWM1信號的相位差為180度，這種相位差可以使脈衝均勻排列，能有效平均在各時段對輸入電容的充放電，且PWM1的紋波電流與PWM2及PWM3的紋波電流無重疊現象，因此不會加劇總的紋波電流的幅度。但是，此種相位排配的電路不易搭配其他控制回路，實際應用時比較困難，且在PWM1信號的一個週期內只能插入一個PWM2或PWM3信號的脈衝，無法進一步提高脈衝頻率。

鑒於以上內容，有必要提供一種優化相位排配的脈衝寬度調變控制系統。

一種脈衝寬度調變控制系統，包括一第一脈衝寬度調變控制器及一第二脈衝寬度調變控制器，所述第一脈衝寬度調變控制器輸出多相位的脈衝寬度調變信號，所述第二脈衝寬度調變控制器輸出單相位的脈衝寬度調變信號，所述單相位的脈衝寬度調變信號與所述多相位的脈衝寬度調變信號之間的相位差大於0度，小於180度。

相較于習知技術，本發明脈衝寬度調變控制系統的第二脈衝寬度調變控制器輸出脈衝寬度調變信號與所述第一脈衝寬度調變控制器輸出的脈衝寬度調變信號之間的相位差小於180度，便於實際應用，且可在所述多相位的脈衝寬度調變信號的一個週期內插入多個所述單相位的脈衝寬度調變信號，可提高脈衝頻率。

10‧‧‧第一PWM控制器

12、22‧‧‧第一放大器

14、24‧‧‧第二放大器

16、26‧‧‧相移功能模組

18‧‧‧驅動IC1

20‧‧‧第二PWM控制器

28‧‧‧驅動IC2

圖1是一四相供電電路的示意圖。

圖2是一傳統供電電路中PWM信號及紋波電流的時序圖。

圖3是本發明較佳實施方式脈衝寬度調變控制系統的示意圖。

圖4是本發明較佳實施方式脈衝寬度調變控制系統中PWM信號及紋波電流的時序圖。

圖5是本發明較佳實施方式脈衝寬度調變控制系統中PWM控制器連接關係的示意圖。

請參閱圖3及圖4，本發明脈衝寬度調變控制系統較佳實施方式包括由三個PWM控制器發出的PWM1、PWM2、PWM3信號，各PWM控制器共接一輸入端(如一驅動電源)。PWM1信號包括四個相位的信號Phase1、Phase2、Phase3及Phase4，可控制輸出適當的電壓至主板上的負載(如CPU等)。PWMM2及PWM3信號為單相信號，也可控制輸出適當的電壓至主板上的負載。PWM2信號的脈衝稍滯後於PWM1的Phase1信號的脈衝，PWM2信號與PWM1信號之間的相位差大於0，小於180度。PWM3的脈衝稍滯後於PWM1的Phase2信號的脈衝，PWM3信號與PWM1信號之間的相位差大於0，小於180度。PWM1信號的脈衝頻率4倍於所述PWM2信號或PWM3信號的脈衝頻率。

由於PWM2信號及PWM3信號與PWM1信號之間的相位差小於180度，因此在PWM1脈衝信號的一個週期內可插入多個PWM2信號或PWM3信號的脈衝。如PWM2信號或PWM3信號與PWM1信號之間的相位差為60度時，可在PWM1脈衝信號的一個週期內均勻插入5個PWM2信號或PWM3信號的脈衝，使PWM信號的脈衝頻率提高。

請參閱圖5，本發明脈衝寬度調變控制系統的較佳實施方式包括 一第一PWM控制器10及一第二PWM控制器20。所述第一PWM控制器10包括一第一放大器12、一第二放大器14、一相移功能模組16及一驅動IC1 18。每一放大器均包括兩個輸入端及一個輸出端。所述第一放大器12的一輸入端接入回饋信號(FB)，與所述負載(如CPU等)的供電電路的電壓輸出端相連，以監測輸出至負載的電壓是否在正常的範圍內，所述第一放大器12的另一輸入端接入一參考電壓信號(Vref)。所述第二放大器14的一輸入端與所述第一放大器12的輸出端相連並接入一補償信號(COMP)，所述第二放大器14的另一輸入端與所述相移功能模組16的輸出端相連，所述第二放大器14的輸出端與所述驅動IC1 18的輸入端相連。所述相移功能模組16包括一延時模組及一震盪器。所述驅動IC1 18包括三個輸出引腳H/S Gate、L/S Gate及Phase，H/S Gate、L/S Gate引腳分別控制一對MOSFET的導通、斷開以調整輸出至主板負載的電壓，Phase引腳與負載前的一LC濾波器(見圖1，如電感L1及電容C1組成的濾波器)相連。所述第一PWM控制器10還包括一與所述相移功能模組16的輸入端相連的通話引腳(Talk Pin)。

所述第一放大器12、第二放大器14、移相功能模組16及驅動IC1 18可集成於一晶片內，所述晶片包括一對開關驅動引腳(H/S Gate、L/S Gate)，分別驅動一對MOSFET。所述驅動IC1 18亦可外置與所述晶片以外，所述晶片的一PWM信號輸出引腳與所述驅動IC1 18的輸入端相連。

所述第二PWM控制器20包括一第一放大器22、一第二放大器24、一相移功能模組26及一驅動IC2 28，其連接關係與所述第一PWM控制器相同。所述第一PWM控制器10的Phase引腳與所述第二PWM 控制器20的通話引腳(Talk Pin)相連。所述PWM1信號的一相輸出phase 1(或Phase 2、Phase3、Phase4)信號可通過所述第一PWM控制器10的Phase引腳輸出至所述第二PWM控制器20的通話引腳(Talk Pin)，PWM1信號通過所述第二PWM控制器20的相移功能模組26發生相位偏移(如滯後60度)，使所述第二PWM控制器20輸出所述PWM2脈衝信號(與PWM1信號相位差為60度)。控制輸出所述PWM3信號的PWM控制器亦可通過其通話引腳(Talk Pin)與所述第一PWM控制器10連接，以此類推，可實現多個PWM控制器的通訊連接，各PWM控制器並接至負載，如此可保持輸出電壓不變，而輸出至負載的電流增大，能滿足CPU等元件工作電流日益增大的需要。

綜上所述，本發明係合乎發明專利申請條件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士其所爰依本案之創作精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。

Claims (9)

1. 一種脈衝寬度調變控制系統，包括一第一脈衝寬度調變控制器及一第二脈衝寬度調變控制器，所述第一脈衝寬度調變控制器輸出多相位的脈衝寬度調變信號，所述第二脈衝寬度調變控制器輸出單相位的脈衝寬度調變信號，所述單相位的脈衝寬度調變信號與所述多相位的脈衝寬度調變信號之間的相位差大於0度，小於180度，每一脈衝寬度調變控制器均包括一可使所述脈衝寬度調變信號的相位發生偏移的相移功能模組，所述第一脈衝寬度調變控制器的一輸出端與所述第二脈衝寬度調變控制器的相移功能模組相連。
2. 如申請專利範圍第1項所述之脈衝寬度調變控制系統，其中所述多相位的脈衝寬度調變信號分四相，所述多相位的脈衝寬度調變信號的脈衝頻率是所述單相位脈衝寬度調變信號的四倍。
3. 如申請專利範圍第1項所述之脈衝寬度調變控制系統，其中所述單相位脈衝寬度調變信號與所述多相位脈衝寬度調變信號之間的相位差為60度。
4. 如申請專利範圍第3項所述之脈衝寬度調變控制系統，其中在所述多相位的脈衝寬度調變信號的一個脈衝週期內有5個均勻排列的單相位脈衝寬度調變信號的脈衝。
5. 如申請專利範圍第1項所述之脈衝寬度調變控制系統，其中所述相移功能模組包括一延時模組及一震盪器。
6. 如申請專利範圍第1項所述之脈衝寬度調變控制系統，其中所述第一脈衝寬度調變控制器包括一相位信號輸出引腳，其與所述第二脈衝寬度調變控制器的相移功能模組相連。
7. 如申請專利範圍第6項所述之脈衝寬度調變控制系統，其中所述脈衝寬度 調變控制系統還包括一第三脈衝寬度調變控制器，所述第一脈衝寬度調變控制器的相位信號輸出引腳與所述第三脈衝寬度調變控制器的相移功能模組相連。
8. 如申請專利範圍第1項所述之脈衝寬度調變控制系統，其中每一脈衝寬度調變控制器包括一第一放大器、一第二放大器及一驅動模組，所述第一放大器的輸出端與所述第二放大器的一輸入端相連，所述相移功能模組與所述第二放大器的另一輸入端相連，所述第二放大器的輸出端與所述驅動模組的輸入端相連。
9. 如申請專利範圍第項8所述之脈衝寬度調變控制系統，其中所述第一放大器的一輸入端接有回饋信號以監測輸出至負載的電壓，另一輸入端接一參考電壓信號。