專利名稱：可調節輸出電壓的電力轉換器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電力轉換器，特別涉及一種可調節輸出電壓的電力轉換器。
隨著半導體制造技術的進步，半導體的操作電壓(operating voltage)也逐漸降低。在以前，半導體的正常操作電壓通常是固定在如12伏特，5伏特或3.3伏特等電壓值上。然而，現今的操作電壓不但低于3.3伏特，而且更重要的是，這些操作電壓已經不再是個固定值了。舉例來說，在具有以芯片組與存儲器或其他裝置互相溝通的高速中央處理器(CPU)之中，為了求得最高的執行效率，就必須機動式的調整操作電壓。也就是，由電源供應的輸出電壓必須能夠機動式的加以調整。
而在絕大多數電力轉換器(power converter)的設計中，都會使用單芯片集成電路(monolithic integrated circuit，monolithic IC)作為脈沖寬度調變(pulsewidth modulation，PWM)集成電路。參照
圖1，其顯示了公知技術所使用的電力轉換器10及內部的部分電路圖。為了控制脈沖寬度，脈沖寬度調變集成電路100就使用一個電壓比較器110，以對電力轉換器10所輸出的電壓+Vo與參考電壓Vref進行比較。而為了程序化(programming)電力轉換器10的輸出電壓，半導體廠商就在脈沖寬度調變集成電路(PWM IC)100之中建置一個數字/模擬轉換器(A/D Converter)120。數字/模擬轉換器120則根據輸入的數字信號(digital signal)，如VID0，VID1，VID2到VIDn等，決定由數字/模擬轉換器120所輸出的參考電壓Vref。其中VID0-VIDn被稱為電壓識別碼(voltageidentificantion codes)。
藉由調整電壓識別碼VID0-VIDn的位元，便可以控制輸出電壓的大小。以5位的電壓識別碼VID0-VID5為例，例如電壓識別碼VID0-VID5均為1時，代表輸出電壓為0V，而電壓識別碼VID0-VID5均為0代表輸出電壓為1.85V。其間每個位依序改變會造成輸出電壓有0.025V的變化，藉由調整電壓識別碼VID0-VID5便可以達到調整輸出電壓的目的。前述的電壓識別碼VID0-VID5的位排列組合與輸出電壓間的關系稱為位圖譜(bit map)。
然而，由于在半導體制造過程中存在許多的變數，因此兩個不同的半導體元件所需要的操作電壓就可能會不同。而針對不同的操作電壓，在上述電力轉換器10的結構中，就必須設計具有不同電壓識別碼的脈沖寬度調變集成電路。可是每設計一種具有不同電壓識別碼的脈沖寬度調變集成電路，通常所需要的時間都會超過一年。如此長久的研發時間，對于變化快速的半導體市場而言，可說是緩不濟急。
有鑒于此，本發明提出一種可調節輸出電壓的電力轉換器，這種電力轉換器是以提供任一種電壓識別碼的脈沖寬度調變集成電路做小幅度的調整，使得由利用同一個電壓識別碼的脈沖寬度調變集成電路所做成的電力轉換器，能夠輕易的提供各種范圍的操作電壓。
本發明提出一種可調節輸出電壓的電力轉換器，其具有一個正電壓輸出端與一個負電壓輸出端。此電力轉換器包括一個電壓比較器，一個電壓調整阻抗，以及一個電流源。其中，電壓比較器具有兩個輸入端以及一個比較輸出端。此比較輸出端電性耦接至一個回授阻抗的一端。電壓比較器的一個輸入端電性耦接至此回授阻抗的另一端以及一個負載阻抗的一端。此負載阻抗的另一端則電性耦接至電流源以及電壓調整阻抗的一端。此電壓調整阻抗的另一端則電性耦接至正電壓輸出端。此外，電壓比較器的另一個輸入端則接收一個參考電壓，以作為電壓比較器比較電壓時的參考。
其中，上述的參考電壓可以是由數字/模擬轉換器所輸出。此數字/模擬轉換器接收一組電壓識別碼(voltage identification code)，并輸出與此電壓識別碼相對應的參考電壓。
就本發明的另一個方面來看，由電流源以及電壓調整阻抗所形成的一組電壓調整電路，可以電性耦接于電力轉換器的負電壓輸出端上，藉由調整負電壓輸出端的電壓而達到調整電力轉換器的輸出電壓的目的。
就本發明的又一個方面來看，可以以電流源將正電壓輸出端與負電壓輸出端電性耦接在一起，并分別在電流源至正電壓輸出端的電流路徑，以及電流源至負電壓輸出端的電流路徑上，各自電性耦接一個電壓調整阻抗。藉此，電流源可以同時調整正、負電壓輸出端所輸出的電壓，以較小的電流達到同樣大小的電壓變化值。
本發明另外提出一種可調節輸出電壓的電力轉換器，其具有一個正電壓輸出端、一個負電壓輸出端，以及一個脈沖寬度調變集成電路。此脈沖寬度調變集成電路是根據一組電壓識別碼，經過一個負載阻抗而將相對應的調整電壓輸出到正電壓輸出端。此電力轉換器包括一個電壓調整阻抗，以及一個電流源。在本發明的一個實施例中，此電壓調整阻抗一端電性耦接至負載阻抗，另一端則電性耦接至正電壓輸出端。而電流源的一端則電性耦接于電壓調整阻抗與負載阻抗之間。
在本發明的另一個實施例中，電壓調整阻抗則是一端電性耦接至負輸出端，另一端電性耦接至負電壓輸出端。而電流源的一端則是電性耦接于電壓調整阻抗與負輸出端之間。
在本發明的又一個實施例中，則是具有兩個電壓調整阻抗以及一個電流源。其中，第一個電壓調整阻抗的一端電性耦接至負載阻抗，另一端則電性耦接至正電壓輸出端。另一個電壓調整阻抗則是一端電性耦接至負輸出端，另一端電性耦接至負電壓輸出端。而電流源的一端電性耦接于負載阻抗與第一個電壓調整阻抗之間，另一端則電性耦接于負輸出端與另一個電壓調整阻抗之間。
綜上所述，本發明藉由電流源與電壓調整阻抗所組成，具有增減電壓功能的電路，改變電力轉換器所能輸出的電壓的范圍。如此，就無須設計具有不同電壓識別碼的脈沖寬度調變集成電路。如此一來，就可以省去許多的研發時間。
為使本發明的上述和其他目的、特征、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并結合附圖，作詳細說明如下附圖的簡單說明圖1繪示的是公知技術所使用的電力轉換器與內部的部分電路方塊圖；圖2繪示的是根據本發明的第一較佳實施例的電力轉換器與內部的部分電路方塊圖；圖3繪示的是根據本發明的第二較佳實施例的電力轉換器與內部的部分電路方塊圖；以及圖4繪示的是根據本發明的第三較佳實施例的電力轉換器與內部的部分電路方塊圖。
本發明的概念是在不變更位圖譜的狀況下，利用電流源與電壓調節阻抗來調整輸出電壓的上下限。如此，便可以使用既有的位圖譜達到變更電壓的目的，而不必重新設計電壓識別碼。
參照圖2，其繪示的是根據本發明的第一較佳實施例的電力轉換器與內部的部分電路方塊圖。在電力轉換器(power converter)20之中，包括有一個脈沖寬度調變集成電路(pulse width modulation integrated circuits，之后簡稱為PWMIC)200，回授阻抗212，負載阻抗214，電流源230以及電壓調整阻抗240。其中，PWMIC 200是根據所輸入的電壓識別碼(voltage identificationcode)VID0-VIDn以通過負載阻抗214與電壓調整阻抗240，將一個調整電壓輸出到電力轉換器20的正電壓輸出端+Vo之上。
而在PWMIC 200之中，則包括了一個電壓比較器210，以及一個數字/模擬轉換器(D/A Converter)220。其中，數字/模擬轉換器220是用以接收前述的電壓識別碼VID0-VIDn，并由參考電壓端222輸出對應于此電壓識別碼的一個參考電壓Vref。此參考電壓Vref就輸入到電壓比較器210的輸入端217，以作為電壓比較器210進行電壓比較時的一個基準。此外，由電壓比較器210的比較輸出端219所輸出的電壓，會在經過回授阻抗212之后，回授到電壓比較器210的另一個輸入端215上，以做為與參考電壓Vref比較時所用的電壓。
由電壓比較器210的比較輸出端219所輸出的電壓在經過回授阻抗212之后，會再由負載阻抗214，以及電流源230與電壓調整阻抗240進行調整。這個調整過后的電壓，也就是上述的調整電壓，就會被輸出到電力轉換器20的正電壓輸出端+Vo之上，以調整正電壓輸出端+Vo上的電壓值。
由于在穩定狀態的時候，電壓比較器的兩個輸入端所輸入的電壓應該是相同的，因此在上述的第一個實施例中，正電壓輸出端+Vo所輸出的電壓應該是Vo＝Vref+I*R其中，I是電流源所提供的電流，而R則是電壓調整阻抗的電阻值。因此可知，藉由調整電流I的大小、方向，或是調整電阻R的電阻值，就可以達到調整電力轉換器的輸出電壓的目的。
接下來參照圖3，其顯示了根據本發明的第二較佳實施例的電力轉換器與內部的部分電路方塊圖。在電力轉換器30之中，包括有一個PWMIC 300，回授阻抗312，負載阻抗314，電流源330以及電壓調整阻抗340。其中，PWMIC 300是根據所輸入的電壓識別碼VID0-VIDn，通過負載阻抗314將相對應的一個調整電壓輸出到電力轉換器30的正電壓輸出端+Vo之上。
而在PWMIC 300之中，則包括了一個電壓比較器310，以及一個數字/模擬轉換器320。其中，數字/模擬轉換器320是用以接收前述的電壓識別碼VID0-VIDn，并由參考電壓端322輸出對應于此電壓識別碼的一個參考電壓Vref。此參考電壓Vref就輸入到電壓比較器310的輸入端317，以作為電壓比較器310進行電壓比較時的一個基準。此外，由電壓比較器310的比較輸出端319所輸出的電壓，會在經過回授阻抗312之后，回授到電壓比較器310的另一個輸入端315上，以做為與參考電壓Vref比較時所用的電壓。
此外，在數字/模擬轉換器320還有一個負輸出端325。負輸出端325是經過電壓調整阻抗340而電性耦接至電力轉換器30的負電壓輸出端-Vo上。如此，負電壓輸出端-Vo上的電壓，就可以藉由電壓源330以及電壓調整阻抗340而加以調整。
在上述的第二個實施例中，負電壓輸出端-Vo藉由電流源330與電壓調整阻抗340所能調整的電壓值應該是Vo＝I*R其中，I是電流源330所提供的電流，而R則是電壓調整阻抗340的電阻值。因此可知，藉由調整電流I的大小、方向，或是調整電阻R的電阻值，就可以達到調整電力轉換器的輸出電壓的目的。
接下來參照圖4，其顯示了根據本發明的第三較佳實施例的電力轉換器與內部的部分電路方塊圖。在電力轉換器40之中，包括一個PWMIC 400，回授阻抗412，負載阻抗414，電流源430以及兩個電壓調整阻抗440與450。其中，PWMIC 400是根據所輸入的電壓識別碼VID0-VIDn，通過負載阻抗414與電壓調整阻抗440，將相對應的調整電壓輸出到電力轉換器40的正電壓輸出端+Vo之上。
而在PWMIC 400之中，則包括了一個電壓比較器410，以及一個數字/模擬轉換器420。其中，數字/模擬轉換器420是用以接收前述的電壓識別碼VID0-VIDn，并由參考電壓端422輸出對應于此電壓識別碼的一個參考電壓Vref。此參考電壓Vref輸入到電壓比較器410的輸入端417，以作為電壓比較器410進行電壓比較時的一個基準。此外，由電壓比較器410的比較輸出端419所輸出的電壓，會在經過回授阻抗412之后，回授到電壓比較器410的另一個輸入端415上，以做為與參考電壓Vref比較時所用的電壓。
此外，在數字/模擬轉換器420上還有一個負輸出端425。負輸出端425是經過電壓調整阻抗450而電性耦接至電力轉換器40的負電壓輸出端-Vo上。如此，負電壓輸出端-Vo上的電壓，就可以藉由電流源430以及電壓調整阻抗450而加以調整。
在上述的實施例中，由于兩個電壓調整阻抗是使用同一個電流源，因此對電力轉換器的輸出電壓(+Vo-(-Vo))所造成的影響就會是(+Vo-(-Vo))＝I*(R1+R2)其中，R1，R2分別是兩個電壓調整阻抗的電阻值。
綜上所述，現將本發明的優點略述如下。本發明藉由具有增減電壓功能的電路，改變電力轉換器所能輸出的電壓的范圍。如此，就可以省去許多研發不同PWMIC的時間。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本發明的保護范圍應當以權利要求范圍所界定的為準。
權利要求
1.一種可調節輸出電壓的電力轉換器，具有一正電壓輸出端與一負電壓輸出端，包括一電壓比較器，該電壓比較器具有一第一輸入端，一第二輸入端，與一比較輸出端；一電壓調整阻抗；以及一電流源；其中，該比較輸出端電性耦接至一回授阻抗的一端，該第一輸入端則電性耦接至該回授阻抗的另一端與一負載阻抗的一端，該負載阻抗的另一端則電性耦接至該電流源與該電壓調整阻抗的一端，該電壓調整阻抗的另一端電性耦接至該正電壓輸出端，該第二輸入端則接收一參考電壓。
2.如權利要求1所述的電力轉換器，其中該參考電壓是由一數字/模擬轉換器所輸出，該數字/模擬轉換器接收一電壓識別碼，并輸出與該電壓識別碼相對應的該參考電壓。
3.如權利要求1所述的電力轉換器，其中該電壓調整阻抗為一電阻。
4.一種可調節輸出電壓的電力轉換器，具有一正電壓輸出端與一負電壓輸出端，包括一電壓比較器，該電壓比較器具有一第一輸入端，一第二輸入端，與一比較輸出端；一數字/模擬轉換器，具有一參考電壓輸出端與一負輸出端，該數字/模擬轉換器接收一電壓識別碼，并在該參考電壓輸出端輸出與該電壓識別碼相對應的一參考電壓；一電壓調整阻抗；以及一電流源；其中，該比較輸出端電性耦接至一回授阻抗的一端，該第一輸入端則電性耦接至該回授阻抗的另一端與一負載阻抗的一端，該負載阻抗的另一端電性耦接至該正電壓輸出端，該第二輸入端則接收該參考電壓；其中，該負輸出端電性耦接至該電流源與該電源調整阻抗的一端，該電壓調整阻抗的另一端則電性耦接至該負電壓輸出端。
5.如權利要求4所述的電力轉換器，其中該電壓調整阻抗為一電阻。
6.一種可調節輸出電壓的電力轉換器，具有一正電壓輸出端與一負電壓輸出端，包括一電壓比較器，該電壓比較器具有一第一輸入端，一第二輸入端，與一比較輸出端；一數字/模擬轉換器，具有一參考電壓輸出端與一負輸出端，該數字/模擬轉換器接收一電壓識別碼，并于該參考電壓輸出端輸出與該電壓識別碼相對應的一參考電壓；一第一電壓調整阻抗；一第二電壓調整阻抗；以及一電流源，具有一第一端與一第二端；其中，該比較輸出端電性耦接至一回授阻抗的一端，該第一輸入端則電性耦接至該回授阻抗的另一端與一負載阻抗的一端，該負載阻抗的另一端電性耦接至該電流源與該第一電壓調整阻抗的該第一端，且該第一電壓調整阻抗的另一端則電性耦接至該正電壓輸出端，該第二輸入端則接收一參考電壓；其中，該負輸出端電性耦接至該電流源的該第二端與該第二電壓調整阻抗的一端，該第二電壓調整阻抗的另一端則電性耦接至該負電壓輸出端。
7.如權利要求6所述的電力轉換器，其中該第一電壓調整阻抗為一電阻。
8.如權利要求6所述的電力轉換器，其中該第二電壓調整阻抗為一電阻。
9.一種可調節輸出電壓的電力轉換器，具有一正電壓輸出端、一負電壓輸出端，以及一脈沖寬度調變集成電路，該脈沖寬度調變集成電路是根據一電壓識別碼，經過一負載阻抗以輸出相對應的一調整電壓至該正電壓輸出端，該電力轉換器包括一電壓調整阻抗，一端電性耦接至該負載阻抗，另一端則電性耦接至該正電壓輸出端；以及一電流源，該電流源一端電性耦接于該電壓調整阻抗與該負載阻抗之間。
10.如權利要求9所述的電力轉換器，其中該電壓調整阻抗為一電阻。
11.一種可調節輸出電壓的電力轉換器，具有一正電壓輸出端、一負電壓輸出端，以及一脈沖寬度調變集成電路，該脈沖寬度調變集成電路具有一負輸出端，且該脈沖寬度調變集成電路是根據一電壓識別碼，經過一負載阻抗以輸出相對應的一調整電壓至該正電壓輸出端，該電力轉換器包括一電壓調整阻抗，一端電性耦接至該負輸出端，另一端則電性耦接至該正電壓輸出端；以及一電流源，該電流源的一端電性耦接于該電壓調整阻抗與該負輸出端之間。
12.如權利要求11所述的電力轉換器，其中該電壓調整阻抗為一電阻。
13.一種可調節輸出電壓的電力轉換器，具有一正電壓輸出端、一負電壓輸出端，以及一脈沖寬度調變集成電路，該脈沖寬度調變集成電路具有一負輸出端，且該脈沖寬度調變集成電路是根據一電壓識別碼，經過一負載阻抗以輸出相對應的一調整電壓至該正電壓輸出端，該電力轉換器包括一第一電壓調整阻抗，一端電性耦接至該負載阻抗，另一端則電性耦接至該正電壓輸出端；一第二電壓調整阻抗，一端電性耦接至該負輸出端，另一端則電性耦接至該負電壓輸出端；以及一電流源，一端電性耦接于該負載阻抗與該第一電壓調整阻抗之間，另一端則電性耦接于該負輸出端與該第二電壓調整阻抗之間。
14.如權利要求13所述的電力轉換器，其中該第一電壓調整阻抗為一電阻。
15.如權利要求13所述的電力轉換器，其中該第二電壓調整阻抗為一電阻。
全文摘要
可調節輸出電壓的電力轉換器,具有正電壓輸出端、負電壓輸出端、電壓比較器、電壓調整阻抗,及電流源。其中,第二輸入端接收參考電壓。而電壓比較器則具有第一輸入端,第二輸入端,及比較輸出端。比較輸出端電性耦接至回授阻抗的其中一端。而第一輸入端則電性耦接至此回授阻抗的另一端及負載阻抗的其中一端。此負載阻抗的另一端電性耦接至電流源及電壓調整阻抗的其中一端。電壓調整阻抗的另一端則電性耦接至正電壓輸出端。
文檔編號H02M3/00GK1363981SQ0110138
公開日2002年8月14日 申請日期2001年1月5日 優先權日2001年1月5日
發明者林信良, 蕭克域 申請人:臺達電子工業股份有限公司