專利名稱：與負(fù)載有關(guān)的變頻穩(wěn)壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及穩(wěn)壓器，尤其涉及與負(fù)載有關(guān)的變頻脈寬調(diào)制穩(wěn)壓器。
背景技術(shù)：
電子設(shè)備元件諸如處理器與其它集成電路等，一般都需要可從中吸取使集成電路工作的功率電源。理想的說，電源提供恒定電壓，能提供足以滿足各種器件的電流而不產(chǎn)生供壓跌落。一般可采用稱為穩(wěn)壓器的電子電路來實(shí)現(xiàn)向要求電流變化的負(fù)載提供恒壓的任務(wù)。穩(wěn)壓器通常設(shè)計(jì)成對負(fù)載條件變化起作用，保證向電路提供足夠的功率，使所提供的功率信號的電壓保持于或極其接近于所需的電平。
穩(wěn)壓器通?？晒┮源笥谒陨硭杼峁╇妷旱碾妷?，因而穩(wěn)定器的任務(wù)是用所提供的大電壓電源來產(chǎn)生具有恒定電壓的較低電源。一個例子就是其處理器以3.3伏運(yùn)行的個人計(jì)算機(jī)，電源與穩(wěn)壓器一同將墻壁插座電力接線所提供的交流120伏轉(zhuǎn)換成近似恒壓的3.3伏直流信號來用于帶動處理器。
一種穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)方法是把提供的高壓信號變成脈寬調(diào)制信號而饋給貯能濾波器，因而所得出的輸出信號的電壓與脈寬調(diào)制電路產(chǎn)生的高電壓脈沖的寬度有關(guān)。脈沖越寬，傳送到貯能濾波電路的能量與功率就越大，所產(chǎn)生的電壓輸出信號就越高。由于穩(wěn)壓器的負(fù)載變化，而且變化的負(fù)載也要求改變電流并因此而改變穩(wěn)壓器所提供的功率，所以也要改變脈寬，以在一定的電壓電平改變穩(wěn)壓電路所提供的功率。當(dāng)負(fù)載變得吸取更多電流因而吸取更多功率時(shí)，就必須增大脈寬以向貯能濾波電路提供更多r功率，從而把所需電壓保持于更高的電流電平。因此，這類電路通常要監(jiān)視吸取的電流與電壓電平，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制電路所產(chǎn)生的脈寬。
脈寬調(diào)制電路所產(chǎn)生脈沖的頻率取決于若干因素，包括穩(wěn)壓電路的效率與大小。選擇過低的頻率，對造成元件的物理尺寸相對較大，而且造成輸出信號有明顯的波動或電壓變化，但選擇過高的頻率，則因穩(wěn)壓電路內(nèi)各種電子元件的電子狀態(tài)的大量變化所造成的損耗，使總效率降低。
因此，希望有一種能在寬泛的負(fù)載條件下提供恒定電壓而且波動最小的高效率穩(wěn)壓電路。
附圖簡介

圖1示出與本發(fā)明一實(shí)施例相一致的脈寬調(diào)制穩(wěn)壓電路的框圖。
圖2是與本發(fā)明一實(shí)施例相一致的脈寬調(diào)制穩(wěn)壓電路工作方法的流程圖。
詳細(xì)描述在以下詳述的本發(fā)明諸試樣實(shí)施例中，參照了組成本發(fā)明一部分的諸附圖，圖中以舉例方式示出可實(shí)施本發(fā)明的特定試樣實(shí)施例。這些實(shí)施例被描述得很詳盡，足以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能實(shí)施本發(fā)明，而且應(yīng)該理解，可以應(yīng)用于其它諸實(shí)施例并作出邏輯、機(jī)械、電氣和其它方面的變化而不違背本發(fā)明的精神或范圍。因此，下面的詳述并無限制的意思，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)項(xiàng)限定。
本發(fā)明在各種實(shí)施例中提供一種具有控制電路的脈寬調(diào)制穩(wěn)壓電路，該控制電路可根據(jù)變化的電流負(fù)載條件來改變穩(wěn)壓電路的脈寬調(diào)制頻率。控制電路可在負(fù)載電流增大時(shí)降低脈寬調(diào)制電路的脈沖調(diào)制頻率，在負(fù)載電流減小時(shí)提高脈寬調(diào)制電路的脈沖調(diào)制頻率，從而在負(fù)載條件變化的應(yīng)用中提高穩(wěn)壓器的效率。
圖1示出本發(fā)明一實(shí)施例的脈寬調(diào)制穩(wěn)壓電路的方框圖。在電壓上，輸入電壓101大于所需的輸出電壓，并被供給功率級電路102。脈寬調(diào)制控制電路103向功率級電路102提供可變的脈寬信號，而功率級電路再把該信號應(yīng)用于其示為104的輸出功率信號。來自功率級電路102的該脈寬調(diào)制功率信號被饋給輸出電路105，濾波后產(chǎn)生具有所需穩(wěn)壓電平的相對恒定的電壓輸出信號106。
在一些實(shí)施例中，輸出電路105包括電容器與電感器等電抗元件，將脈寬調(diào)制信號104濾波或整形成恒壓信號106，使之在功率或能量上具有小的減小量。一例輸出電路包括一容性濾波器，其中電容器存貯脈寬調(diào)制信號脈沖104的能量，形成相對恒壓輸出信號106。
輸出信號106的電壓與電流受監(jiān)視，并被供給脈寬調(diào)制控制電路103，后者在一些實(shí)施例中是處理器或其它數(shù)字邏輯電路，并可根據(jù)時(shí)鐘107所提供的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號工作?？刂齐娐繁O(jiān)視輸出電壓，改變供給功率級電路102的脈沖的占空因數(shù)或脈寬，使輸出信號104濾波所可在106產(chǎn)生所需的輸出電壓。本發(fā)明的脈寬調(diào)制控制電路103還監(jiān)視從輸出電壓信號106吸取的電流，并因此改變它產(chǎn)生和供給功率級電路102的脈沖信號的頻率。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，脈寬頻率源自于時(shí)鐘107，被取自所加的電壓信號106的檢測電流，以及數(shù)學(xué)算法或查表的應(yīng)用。
改變脈沖信號104的頻率，使得在低電流負(fù)載下，脈沖串的頻率較高，因此所形成的輸出電壓信號106的波動最小，減小了輸出電路105的物理尺寸與濾波要求。較高的脈寬調(diào)制頻率還對輸出電壓信號106的瞬變有更快的控制電路響應(yīng)，產(chǎn)生很少有波動更穩(wěn)定和期望的輸出電壓信號106。但隨著電流負(fù)載增加，穩(wěn)壓電路內(nèi)的電容和切換與導(dǎo)通損耗會降低效率，故穩(wěn)壓電路耗用大量功率。
因此，在較高負(fù)載電流電平下，脈寬調(diào)制功率信號104的頻率降低了，導(dǎo)致較低的切換和其它損耗，這樣又形成了更有效的整個穩(wěn)壓電路，在由供給的電壓輸入信號101生成輸出電壓信號106時(shí)，功耗很小。
在一例本發(fā)明應(yīng)用查表的實(shí)施例中，為確保維持期望的輸出信號調(diào)節(jié)程度，規(guī)定了構(gòu)成查表的輸入項(xiàng)與輸入值。在另一實(shí)例中，這包括將輸出電壓信號106的脈動電流保持低于最大脈動電流電平。盡管脈寬調(diào)制控制電路的頻率在負(fù)載電流變化時(shí)按查表變化，但通過改變供給功率級的脈寬調(diào)制信號的占空因數(shù)，可在所有頻率內(nèi)保持輸出信號106的電壓。
本發(fā)明一實(shí)施例的初步估計(jì)表明，以固定的輸入與輸出電壓電平在200KHz與1MHz之間改變脈寬調(diào)制頻率且改變輸出電流，結(jié)果穩(wěn)壓器效率不低于80％，而工作于1MHz的固定頻率穩(wěn)壓電路的效率接近70％，在典型的處理器穩(wěn)壓器應(yīng)用中，導(dǎo)致在最大電流下的功耗約40瓦。這一情況證實(shí)了本發(fā)明的變頻脈寬調(diào)制穩(wěn)壓器能降低功耗，并能更有效地穩(wěn)壓。
圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的脈寬調(diào)制穩(wěn)壓電路工作方法的流程圖。在本發(fā)明一實(shí)施例中，該流程圖所示的方法可處理器來實(shí)施，而在另一些實(shí)施例中，則可來組合邏輯電路或其它電路來實(shí)施。
在201，監(jiān)視變頻脈寬調(diào)制穩(wěn)壓電路的輸出電壓信號，測定吸取的電流。在202，在201讀出的吸取電流與查表一起用來對檢出的特定電流來確定期望的脈寬調(diào)制電路頻率。在203，判斷穩(wěn)壓電路的當(dāng)前工作頻率是否為在202從查表中所找到的期望頻率，若期望頻率與當(dāng)前頻率不同，就在204把脈寬調(diào)制電路的工作頻率變化為期望頻率。然后回到201重復(fù)該過程，反復(fù)或連續(xù)地監(jiān)視穩(wěn)壓電路的電流輸出，把工作頻率繼續(xù)變化為所得出的期望頻率。
在本發(fā)明一些實(shí)施例中，更改單元202而不采用查表方法，可采用一算法使穩(wěn)壓電路的效率最大，提供所期望的脈動與瞬態(tài)響應(yīng)特性。這種算法在有些實(shí)施例中可采用處理器或其它數(shù)字邏輯電路來實(shí)施，在其它實(shí)施例中則可來模擬濾波器等其它電路來實(shí)施。在一些采用查表方法的實(shí)施例中，根據(jù)穩(wěn)壓電路對吸取電流變化的期望響應(yīng)性來選擇構(gòu)成查表的輸入項(xiàng)與輸入值。
本發(fā)明的變頻脈幅調(diào)制穩(wěn)壓器，在有些實(shí)施例中是電子電路組件如電源或計(jì)算機(jī)印刷電路母板中的一部分。雖然典型的計(jì)算機(jī)的電源有若干以不同電流容量提供各種輸出電壓的穩(wěn)壓器，但有時(shí)希望還包括在母板或其它電子電路組件上的穩(wěn)壓或減壓。例如，在處理器工作于1.6伏或3.3伏的計(jì)算機(jī)中，電源信號通常可在操作上貼近該處理器而且只向該處理器供電的穩(wěn)壓器提供，使處理器接收與其它電路分開的嚴(yán)格調(diào)節(jié)與隔離的電壓源信號。因此，希望母板、母板芯片組、處理器模塊和其它電路組件都配用一種變頻脈寬調(diào)制穩(wěn)壓器，因?yàn)槠湫侍岣吡耍€有其它優(yōu)異的特性，這些都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
這里的諸實(shí)例示出了本發(fā)明的變頻脈寬調(diào)制穩(wěn)壓電路是如何提高效率和減小功耗的。雖然這里已圖示和描述了諸特定實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然明白，任一種設(shè)計(jì)成實(shí)現(xiàn)同一目的的器件都可以替代所示的諸特定實(shí)施例。本申請?jiān)噲D包括任何對本發(fā)明的修正或變更，而本發(fā)明只受權(quán)項(xiàng)及其等效物的整個范圍所限制。
權(quán)利要求
1.一種脈寬調(diào)制穩(wěn)壓器，其特征在于，包括脈寬調(diào)制電路；和控制電路，該電路能在負(fù)載電流增大時(shí)降低脈寬調(diào)制電路的脈沖調(diào)制頻率，在負(fù)載電流減小時(shí)提高脈寬調(diào)制電路的脈沖調(diào)制頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的脈寬調(diào)制穩(wěn)壓器，其特征在于，所述控制電路使用查表來確定適用于各種負(fù)載電流電平的脈寬調(diào)制電路頻率。
3.如權(quán)利要求1所述的脈寬調(diào)制穩(wěn)壓器，其特征在于，所述控制電路包括處理器。
4.如權(quán)利要求1所述的脈寬調(diào)制穩(wěn)壓器，其特征在于，所述控制電路還能響應(yīng)于穩(wěn)壓電路輸出電壓的變化來改變脈寬調(diào)制電路的占空因數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的脈寬調(diào)制穩(wěn)壓器，其特征在于，所述控制電路能把最低的脈寬調(diào)制電路的頻率限制于最小頻率。
6.如權(quán)利要求5所述的脈寬調(diào)制穩(wěn)壓器，其特征在于，所述最小頻率高于150KHz。
7.如權(quán)利要求1所述的脈寬調(diào)制穩(wěn)壓器，其特征在于，所述控制電路還能把最高的脈寬調(diào)制電路的頻率限制于最大頻率。
8.如權(quán)利要求7所述的脈寬調(diào)制穩(wěn)壓器，其特征在于，所述脈寬調(diào)制電路工作于無電流負(fù)載的最大頻率。
9.一種適用于調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制穩(wěn)壓電路工作的方法，其特征在于，包括在負(fù)載電流增大時(shí)降低脈寬調(diào)制電路的脈沖調(diào)制頻率；和在負(fù)載電流減小時(shí)提高脈寬調(diào)制電路的脈沖調(diào)制頻率。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述用查表來確定適用于各種負(fù)載電流電平的脈寬調(diào)制電路頻率。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述通過控制電路操作脈寬調(diào)制穩(wěn)壓電路。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述控制電路包括處理器。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括響應(yīng)于穩(wěn)壓電路輸出電壓的變化而改變脈寬調(diào)制電路的占空因數(shù)。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括把最低的脈寬調(diào)制電路的頻率限制于最小頻率。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述最小頻率高于150KHz。
16.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括把最高脈寬調(diào)制電路頻率限制于最大頻率。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述脈寬調(diào)制電路工作于無電流負(fù)載的最大頻率。
18.一種電子電路組件，該電子電路組件包括一穩(wěn)壓模塊，其特征在于，所述穩(wěn)壓模塊包括脈寬調(diào)制電路；和控制電路，該控制電路能在負(fù)載電流增大時(shí)降低脈寬調(diào)制電路的脈沖調(diào)制頻率，在負(fù)載電流減小時(shí)提高脈寬調(diào)制電路的脈沖調(diào)制頻率。
19.如權(quán)利要求18所述的電子電路組件，其特征在于，所述控制電路包括處理器。
20.如權(quán)利要求18所述的電子電路組件，其特征在于，所述控制電路還能響應(yīng)于穩(wěn)壓電路輸出電壓的變化來改變脈寬調(diào)制電路的占空因數(shù)。
21.一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括處理器和穩(wěn)壓模塊，其特征在于，所述穩(wěn)壓模塊包括脈寬調(diào)制電路；和控制電路，該控制電路能在負(fù)載電流增大時(shí)降低脈寬調(diào)制電路的脈沖調(diào)制頻率，在負(fù)載電流減小時(shí)提高脈寬調(diào)制電路的脈沖調(diào)制頻率。
22.如權(quán)利要求21所述的計(jì)算機(jī)，其特征在于，所述控制電路包括處理器。
23.如權(quán)利要求21所述的計(jì)算機(jī)，其特征在于，所述控制電路還能響應(yīng)于穩(wěn)壓電路輸出電壓的變化來改變脈寬調(diào)制電路的占空因數(shù)。
全文摘要
脈寬調(diào)制穩(wěn)壓器包括脈寬調(diào)制電路和控制電路(103)，控制電路能在負(fù)載電流增大時(shí)降低脈寬調(diào)制電路的脈沖調(diào)制頻率，在負(fù)載電流減小時(shí)提高脈寬調(diào)制電路的脈沖調(diào)制頻率。
文檔編號H02M3/00GK1732613SQ200380107758
公開日2006年2月8日 申請日期2003年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者R·散克曼, S·奇卡蒙納哈理 申請人:英特爾公司