双频脉波宽度调制稳压装置制造方法及图纸

一种双频脉波宽度调制稳压装置，可针对负载的轻重程度采用不同频率的双频脉波宽度调制稳压模式，为了解负载的轻重程度，可利用重载参考电压及轻载参考电压作为参考依据。当误差信号高于重载参考电压时，即表示目前的负载为重载，并利用频率较高（例如２００ＫＨｚ）的调制信号来驱动晶体管开关；反之，若误差信号低于轻载参考电压，即表示目前的负载为轻载，可利用频率较低（例如２０ＫＨｚ）的调制信号来驱动晶体管开关，以提高电源转换的效率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

Dual frequency pulse width modulation voltage stabilizing device

A dual frequency pulse width modulation voltage stabilizing device, according to the degree of the load with different frequency of the dual frequency pulse width modulation voltage mode, in order to understand the severity of the load, the load reference voltage and light load reference voltage as a reference. When the error signal is higher than the reference voltage is overloaded, said the current load is heavy, and the use of high frequency (200KHz) modulation signal to drive the transistor switch; on the other hand, if the error signal is lower than the light load reference voltage, which represents the current load of light load, can be used in low frequency modulation (such as 20KHz) signal to drive the transistor switch, in order to improve the power conversion efficiency. \ue5cf

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关一种稳压装置，特别是有关一种脉波宽度调制稳压装置。(2)
技术介绍
随着可携式电子装置产品日新月异，供应电源的交换式电源转换器的效率便显得益加重要，为提高电源转换的效率，脉波宽度调制(pulse width modulation，以下简称PWM)转换器也被广泛应用在各种产品中。请参照图1，它是传统的PWM稳压装置示意图。假设负载端的端点电压Vt的额定值为5V，当负载减少时，端点电压Vt亦会略微上升(例如升至5.01V)，为使端点电压Vt稳定在额定值，可利用晶体管开关Q调整流入负载的输入电流，当输入电流的有效值降低后，端电压Vt便会降回额定值，达到稳压的目的。为实现上述功能，可将控制电路100连接至负载端及晶体管开关Q，控制电路100中的误差放大器110可用来检测端点电压Vt与参考电压Vr(可将参考电压Vr设定为5V，即端点电压Vt的额定值)的间的误差，并产生一对应于此误差的误差信号er。另一方面，振荡器130可产生一固定频率的振荡信号(例如200KHz的锯齿波信号)并将其馈入调制信号发生器(例如是比较器)120，调制信号发生器120在接收到误差信号er及振荡信号后，会依据这两个信号产生一调制信号ms，并将其输入至驱动装置140。而后，驱动装置140可依据调制信号ms使晶体管开关Q的导通周期变短，如此一来，流过晶体管开关Q的电流有效值就会降低，使负载端电压Vt回复到额定值。接着请参照图2，它示出误差信号、振荡信号及调制信号三者间的关系，振荡信号例如是200KHz的锯齿波信号。调制信号发生器120可将误差信号er与振荡信号之间的关系转换为调制信号ms，当误差信号er大于振荡信号时可令调制信号ms为高位准(high level)，当误差信号er小于振荡信号可令时调制信号ms为低位准(low level)；因此，若端点电压Vt高于参考电压时误差信号er便会降低，让调制信号ms处于高位准的时间缩短。由于驱动装置140系依据调制信号ms驱动晶体管开关Q，故晶体管开关Q的导通时间亦缩短，使流入负载的电流有效值降低，端点电压Vt下降。由于此等控制为闭回路(close loop)控制，故最后端电压Vt可稳定在额定值(即Vt＝Vr)。由上文所述可知，调制信号ms是误差信号er与振荡信号比较的结果，故调制信号ms的频率与振荡信号的频率相同。由于振荡信号为固定频率的锯齿波信号，故调制信号ms的频率亦固定，仅脉波宽度随负载变动而变化；换句话说，无论轻载重载，PWM稳压装置均以固定频率(唯脉波宽度随负载变化)的信号来切换晶体管开关Q的开启/关闭状态。由于轻载时负载所消耗的功率很小，故晶体管开关Q的导通时间相对变短，每次所传送的能量亦很少，但在PWM模式下，轻载时晶体管开关Q依然每秒开关200000次(以200KHz的振荡信号为例)，每开关一次就有能量的丧失，故电源转换的效率会大幅降低。为解决PWM模式在轻载时效率不彰的问题，遂发展出PWM/PFM双模式转换器，亦即重载时依然采用PWM模式，而轻载时采用脉波频率调制(pulse frequency modulation，PFM)模式-以相同脉波宽度、但频率可变的调制信号来驱动晶体管开关Q，以提升电源转换的效率。虽此方法可解决轻载时效率不彰的问题，但因负载降低而将操作模式切换至PFM模式时，若调制信号的频率落入音频范围(约20Hz~20KHz)，因电感的震动及陶瓷电容的压电效应，将产生恼人的噪音，而此时也会因为工作频率的降低而造成输出涟波电压的增加。因此，该如何于轻载时提升电源转换的效率、并可避免噪音产生，便成为当前相当重要的课题。(3)
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提供一种双频脉波宽度调制稳压装置，以提升轻载时电源转换的效率，并避免噪音产生。本专利技术的双频脉波宽度调制稳压装置，用以稳定一负载的端点电压，其特点是，包括一晶体管开关，用以调整该负载的输入电流；一误差放大器，耦接至该负载，用以依据该端点电压及一参考电压输出一误差信号；一双频信号发生器，用以输出一高频信号及一低频信号；一调制信号发生器，耦接至该误差放大器及该双频信号发生器，该调制信号发生器依据该误差信号及该高频信号输出一调制信号；一轻/重载检测器，耦接至该误差放大器，该轻/重载检测器系依据该误差信号判断该负载的轻重程度以输出一频率选择信号；一或运算器，该或运算器的输入端分别耦接至该双频信号发生器及该轻/重载检测器，用以将该低频信号与该频率选择信号进行或运算后输出一或运算信号；一与运算器，该与运算器的输入端分别耦接至该调制信号发生器及该或运算器，用以将该调制信号与该或运算信号进行及运算后输出一与运算信号；以及一驱动装置，耦接至该与运算器及该晶体管开关，用以依据该与运算信号驱动该晶体管开关。本专利技术的双频脉波宽度调制稳压装置包括晶体管开关、误差放大器、双频信号发生器、调制信号发生器、轻/重载检测器、或运算器、与运算器及驱动装置。在作法上，可利用双频信号发生器产生高频信号及低频信号，调制信号发生器在接收到高频信号及误差信号后，可将这两个信号调制为调制信号后输出，高频信号与调制信号的频率相等。另一方面，轻/重载检测器可依据误差信号来判断负载的轻重程度，当重载时可令选择信号为1，轻载时可令选择信号为0。或运算器将低频信号与选择信号进行或逻辑运算后，可将运算结果-或运算信号输出，重载时或运算信号为1，轻载时或运算信号与低频信号相等。与运算器可将调制信号与或运算信号进行及逻辑运算，并将运算结果-与运算信号输出至驱动装置，让驱动装置依据与运算信号来控制晶体管开关开启或关闭。重载时或运算信号为1，故与运算信号为高频的调制信号；轻载时或运算信号为低频信号，故与运算信号为低频的调制信号。在实际应用上，双频信号发生器可利用信号发生器及除频器加以实现，高频信号发生器除可产生高频信号供调制信号发生器使用外，更可经除频器除频后为低频信号供或运算器使用。当然，在设计上也可利用信号发生器先产生低频信号，再将低频信号倍频为高频信号使用。在轻/重载检测器方面，则可利用轻载检测器、重载检测器及频率选择器加以实现，重载检测器可将误差信号与重载参考电压比较，若误差信号大于重载参考电压时，即输出一重载信号至频率选择器。另一方面，轻载检测器可将误差信号与轻载参考电压比较，若误差信号小于轻载参考电压时，即输出一轻载信号至频率选择器。如此，当频率选择器接收到重载信号时即可将选择信号设定为1，接收到轻载信号时即可将选择信号设定为0，设计时，频率选择器可利用闩锁电路实现的，例如RS闩锁电路即可作为频率选择器的一例。双频脉波宽度调制稳压装置可针对负载的轻重程度采用不同频率的PWM稳压模式，为了解负载的轻重程度，可利用重载参考电压及轻载参考电压作为参考依据。当误差信号高于重载参考电压时，即表示目前的负载为重载，并利用频率较高(例如200KHz)的调制信号来驱动晶体管开关；反之，若误差信号低于轻载参考电压，即表示目前的负载为轻载，可利用频率较低(例如20KHz)的调制信号来驱动晶体管开关，以提高电源转换的效率。为进一步说明本技术的目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本技术进行详细的描述。(4)附图说明图1是传统的PWM稳压装置示意图。图2是图1中误差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双频脉波宽度调制稳压装置，用以稳定一负载的端点电压，其特征在于，包括：一晶体管开关，用以调整该负载的输入电流；一误差放大器，耦接至该负载，用以依据该端点电压及一参考电压输出一误差信号；一双频信号发生器，用以输出一高频信号及一 低频信号；一调制信号发生器，耦接至该误差放大器及该双频信号发生器，该调制信号发生器依据该误差信号及该高频信号输出一调制信号；一轻／重载检测器，耦接至该误差放大器，该轻／重载检测器系依据该误差信号判断该负载的轻重程度以输出一频率选择信 号；一或运算器，该或运算器的输入端分别耦接至该双频信号发生器及该轻／重载检测器，用以将该低频信号与该频率选择信号进行或运算后输出一或运算信号；一与运算器，该与运算器的输入端分别耦接至该调制信号发生器及该或运算器，用以将该调制信号与该 或运算信号进行及运算后输出一与运算信号；以及一驱动装置，耦接至该与运算器及该晶体管开关，用以依据该与运算信号驱动该晶体管开关。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈升峰，
申请(专利权)人：广达电脑股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]