电源供应装置与自动限流控制方法.pdf

本发明提供一种电源供应装置与自动限流控制方法，该电源供应装置包括：一电源转换器、一限流电路、一比较电路以及一控制电路。电源转换器包括一充电电路并产生一电源备妥信号，用以根据一充电致能信号充电，以产生一供应电压，其中外围设备根据电源备妥信号决定是否取用供应电压。限流电路接收电流源致能信号用以控制电流源，并且根据电流源的致能状态提供一限流参考电压。比较电路用以根据限流参考电压与电源转换器的一输出电流产生充电致能信号以决定是否进行充电。控制电路，接收电源备妥信号与多个限流控制信号，用以根据电源备妥信号与限流控制信号产生电流源致能信号以自动地切换限流。本发明可有效地提升系统稳定度。

1.  一种电源供应装置，其特征在于，用以提供一供应电压至一个或多个外围设备，包括：
一电源转换器，包括一充电电路，上述充电电路根据一充电致能信号充电以产生上述供应电压，其中上述电源转换器根据上述供应电压的一电压值与一既定电压值的一比较结果产生一电源备妥信号，并且上述外围设备根据上述电源备妥信号决定是否取用上述供应电压；
一限流电路，包括多个电流源并接收多个电流源致能信号以分别控制各上述电流源，并且根据上述电流源的致能状态于一输出端点提供一限流参考电压；
一比较电路，耦接至上述限流电路与上述电源转换器，用以根据上述限流参考电压与上述电源转换器的一输出电流产生上述充电致能信号；以及
一控制电路，耦接至上述限流电路与上述电源转换器，接收上述电源备妥信号与分别对应于上述电流源的多个限流控制信号，用以根据上述电源备妥信号与上述限流控制信号产生上述电流源致能信号。

2.  根据权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，各上述限流控制信号分别具有预先定义的一固定数值。

3.  根据权利要求2所述的电源供应装置，其特征在于，上述控制电路根据上述电源备妥信号的一信号电平产生具有不同于上述固定数值的上述电流源致能信号。

4.  根据权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，当上述电源备妥信号指示出上述供应电压尚未备妥时，上述限流电路所致能的一第一总电流量小于当上述电源备妥信号指示出上述供应电压已备妥时上述限流电路所致能的一第二总电流量。

5.  根据权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，上述既定电压值与上述供应电压的一目标电压值成比例。

6.  根据权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，上述电流源包括：
一第一电流源，其中上述限流控制信号包括一第一限流控制信号对应于上述第一电流源，并且上述电流源致能信号包括一第一电流源致能信号用以致能上述第一电流源；以及
一第二电流源，其中上述限流控制信号还包括一第二限流控制信号对应于上述第二电流源，并且上述电流源致能信号还包括一第二电流源致能信号用以致能上述第二电流源，并且其中上述第二电流源的一供应电流量大于上述第一电流源的一供应电流量；以及
上述控制电路包括：
一第一逻辑门，具有两输入端点分别耦接上述第一限流控制信号与上述电源备妥信号，以及一输出端点用以产生上述第一电流源致能信号；以及
一第二逻辑门，具有两输入端点分别耦接上述第二限流控制信号与上述电源备妥信号，以及一输出端点用以产生上述第二电流源致能信号。

7.  根据权利要求6所述的电源供应装置，其特征在于，当上述电源备妥信号指示出上述供应电压尚未备妥时，上述第二逻辑门产生上述第二电流源致能信号以去能上述第二电流源，并且上述第一逻辑门产生上述第一电流源致能信号以致能上述第一电流源。

8.  根据权利要求6所述的电源供应装置，其特征在于，上述第一逻辑门为一或逻辑门，上述第二逻辑门为一与逻辑门，并且其中上述第一逻辑门的用以接收上述电源备妥信号的上述输入端点还耦接一反相器以反相上述电源备妥信号的一信号电平。

9.  根据权利要求1所述的电源供应装置，其特征在于，当上述电源备妥信号具有一第一信号电平时，至少一上述电流源致能信号具有一数值不同于对应的上述限流控制信号的预先定义的一固定数值。

10.  一种自动限流控制方法，其特征在于，用以通过一限流电路控制一电源转换器的一最大输出限流值，其中上述电源转换器用以提供一供应电压至一个或多个外围设备，上述自动限流控制方法包括：
取得多个限流控制信号，其中各上述限流控制信号分别具有预先定义的一固定数值，用以控制上述电源转换器的上述最大输出限流值；
根据一电源备妥信号与上述限流控制信号产生多个电流源致能信号，其中上述电源备妥信号由上述电源转换器产生，上述外围设备根据上述电源备妥信号决定是否取用上述供应电压，并且其中各上述电流源致能信号分别对应于各上述限流控制信号，当上述电源备妥信号具有一第一信号电平时，至少一上述电流源致能信号具有一数值不同于对应的上述限流控制信号的上述固定数值；以及
供应上述电流源致能信号至上述限流电路，用以分别致能或去能上述限流电路的多个电流源，以设定上述电源转换器的上述最大输出限流值。

11.  根据权利要求10所述的自动限流控制方法，其特征在于，当上述供应电压的一电压值小于一既定电压值时，上述电源备妥信号具有上述第一信号电平。

12.  根据权利要求10所述的自动限流控制方法，其特征在于，当上述电源备妥信号具有一第二信号电平时，各上述电流源致能信号与对应的上述限流控制信号具有相同的数值。

13.  根据权利要求10所述的自动限流控制方法，其特征在于，当上述电源备妥信号具有上述第一信号电平时，上述限流电路所致能的一第一总电流量小于当上述电源备妥信号具有一第二信号电平时上述限流电路所致能的一第二总电流量。

电源供应装置与自动限流控制方法
技术领域
本发明关于一种控制电路，特别关于一种用以于电源转换器的启动状态控制限流值的控制电路。
背景技术
电子装置内通常需使用电源转换器，例如升压转换器(Booster converter)、降压转换器(Buck converter)、充电器等的电源管理装置，用以提供适当的操作电压给电子装置内部的电子元件。在传统的设计中，当电子装置启动时，电源转换器会自电子装置的蓄电池抽取大量的电流，用以将电容充电，以达到稳定的输出电压。尤其是，当电子装置内整合了多个操作于不同电压值的电子元件时，通常需要整合多个电源转换器。因此，当电子装置启动时，由于各电源转换器同时需自蓄电池抽取大量的电流，因而造成电子装置可能经历前所未有的极大电流，其可能为电源转换器的电流限值的数十倍，同时也增加了蓄电池的负担。例如，当电子装置内部整合10个电源转换器时，假设各电源转换器的平均充电电流为4安培，则电子装置启动时将产生40(10×4)安培的瞬间电流。为了负担如此大的瞬间电流，系统需使用较高规格的蓄电池，因而增加了系统成本。此外，瞬间抽取大电流也可能造成供应电压低于系统的操作电压范围，进而导致系统产生不正常关机。
因此，需要一种于电源转换器的启动状态控制限流值的控制电路，用以控制启动状态的电流量，进而改善系统稳定度。
发明内容
本发明提供一种电源供应装置用以提供一供应电压至一个或多个外围设备，包括一电源转换器、一限流电路、一比较电路以及一控制电路。电源转换器包括一充电电路根据一充电致能信号充电，用以产生上述供应电压，其中上述电源转换器根据上述供应电压的一电压值与一既定电压值的一比较结果产生一电源备妥信号，并且上述外围设备根据上述电源备妥信号决定是否取用上述供应电压。限流电路包括多个电流源并接收多个电流源致能信号以分别控制各上述电流源，并且根据上述电流源的致能状态于一输出端点提供一限流参考电压。比较电路耦接至上述限流电路与上述电源转换器，用以根据上述限流参考电压与上述电源转换器的一输出电流产生上述充电致能信号。一控制电路耦接至上述限流电路与上述电源转换器，接收上述电源备妥信号与分别对应于上述电流源的多个限流控制信号，用以根据上述电源备妥信号与上述限流控制信号产生上述电流源致能信号。
本发明另提供一种自动限流控制方法，用以通过一限流电路控制一电源转换器的一最大输出限流值，其中上述电源转换器用以提供一供应电压至一个或多个外围设备，上述自动限流控制方法包括：取得多个限流控制信号，其中各上述限流控制信号分别具有预先定义的一固定数值，用以控制上述电源转换器的上述最大输出限流值；根据一电源备妥信号与上述限流控制信号产生多个电流源致能信号，其中上述电源备妥信号由上述电源转换器产生，上述外围设备根据上述电源备妥信号决定是否取用上述供应电压，并且其中各上述电流源致能信号分别对应于各上述限流控制信号，当上述电源备妥信号具有一第一信号电平时，至少一上述电流源致能信号具有一数值不同于对应的上述限流控制信号的上述固定数值；以及供应上述电流源致能信号至上述限流电路，用以分别致能或去能上述限流电路的多个电流源，以设定上述电源转换器的上述最大输出限流值。
本发明可有效地提升系统稳定度，尤其当系统同时整合多个电源转换器时，可大幅降低蓄电池的负担，以节省系统成本。
附图说明
图1显示根据本发明的一实施例所述的电源供应装置。
图2显示根据本发明的一实施例所述的用以产生电源备妥信号的电路概要图。
图3显示根据本发明的一实施例所述的限流电路。
图4显示根据本发明的另一实施例所述的限流电路。
图5显示根据本发明的一实施例所述的控制电路的详细电路图。
图6显示传统技术以及根据本发明的一实施例所示的供应电压、充电电流以及电源备妥信号与时间的关系图。
图7显示根据本发明的一实施例所述的自动限流控制方法流程图。
具体实施方式
图1显示根据本发明的一实施例所述的电源供应装置100。电源供应装置100可提供一供应电压V_SUP至一个或多个外围设备200。电源供应装置100包括一电源转换器101、一限流电路102、一比较电路103以及一控制电路104。根据本发明的一实施例，电源供应装置100可应用于一笔记型计算机、个人计算机、个人数字助理等电子装置系统，并且电源转换器101可为一升压转换器(Booster converter)、一降压转换器(Buck converter)或一充电器。如图所示，电源转换器101包括一充电电路105，充电电路105根据一充电致能信号S_ENC充电，用以产生供应电压V_SUP。电源转换器101还进一步比较供应电压V_SUP的一电压值与一既定电压值的大小，用以产生一电源备妥(power good)信号S_PG，使得外围设备200可根据电源备妥信号S_PG的电压电平决定是否取用供应电压。图2显示根据本发明的一实施例所述的用以产生电源备妥信号S_PG的电路概要图。根据本发明的一实施例，参考电压V_REF可设定为具有一既定电压值，此既定电压值与供应电压的一目标电压值成比例，并且比较器106比较参考电压V_REF与供应电压V_SUP的电位大小，用以得知目前的充电状况。例如，当电源供应装置100设计用以提供10伏特(目标电压值)的供应电压时，可设定既定电压值为9伏特(目标电压值的90％)。当供应电压尚未充电至9伏特时，比较器106产生具有一信号电平(例如，逻辑0)的电源备妥信号S_PG，用以指示外围设备200供应电压尚未备妥。而当供应电压充电至等于或大于9伏特时，比较器106产生具有另一信号电平(例如，逻辑1)的电源备妥信号S_PG，用以指示外围设备200供应电压已可使用。
图3显示根据本发明的一实施例所述的限流电路102。限流电路102包括多个开关SW₀、SW₁、...SW_N-1与多个电流源I₀、I₁、...I_N-1，并接收多个电流源致能信号EN[0]、EN[1]、...EN[N-1]。电流源I₀、I₁、...I_N-1用以设定电源转换器101的最大可能的输出电流的参考电流，限流电路102根据电流源致能信号控制开关SW₀、SW₁、...SW_N-1的导通状态，用以分别致能或去能对应的电流源I₀、I₁、...I_N-1，并且根据电流源的致能状态于一输出端点提供一限流参考电压V_ADJ。由于限流参考电压V_ADJ可反应出限流电路102的总电流I_total流经电阻R_CL所产生的压降，因此限流电路102结合比较电路103可用以通过此限流参考电压V_ADJ的电压电平限制电源转换器101的最大可能的输出电流，并且当侦测到电源转换器101的输出电流超过限流电路102所设定的参考电流量时，比较电路103通过改变充电致能信号S_ENC的信号电平去能电源转换器101的充电电路105，用以保护电源转换器101。
参考回图1，比较电路103耦接至限流电路102与电源转换器101，用以根据限流参考电压V_ADJ与电源转换器101的一输出电流I_out产生充电致能信号S_ENC。例如，比较电路103可比较输出电流I_out流经一负载电阻R_Load所产生的一电压降以及电压源V_DD与限流参考电压V_ADJ的一电位差。当输出电流I_out流经负载电阻R_Load所产生的电压降大于电压源V_DD与限流参考电压V_ADJ的电位差时，代表电源转换器101的输出电流I_out过大，进而改变充电致能信号S_ENC的信号电平以去能充电电路105。
控制电路104耦接至限流电路102与电源转换器101，接收电源备妥信号S_PG与分别对应于各电流源I₀、I₁、...I_N-1的限流控制信号CL[0]、CL[1]、...CL[N-1]，用以根据电源备妥信号S_PG与限流控制信号CL[0]、CL[1]、...CL[N-1]产生电流源致能信号EN[0]、EN[1]、...EN[N-1]。由于在传统的设计中，各限流控制信号CL[0]、CL[1]、...CL[N-1]分别具有预先定义好的一固定数值，用以控制电源转换器101在正常操作状态的最大可能的输出电流。然而，在电源转换器101启动(power on)的瞬间，为了让充电电路可快速充电至有效的供应电压，电源转换器101需自电子装置系统的蓄电池(图未示)抽取极大的电流用以迅速完成充电过程，如此一来，一旦系统同时整合多个电源转换器时，具有固定的设定值的限流控制信号CL[0]、CL[1]、...CL[N-1]将无法提供适当的保护，于是浪涌电流(surge current)将增加蓄电池的负担，并可能进一步导致系统损坏。因此，根据本发明的一实施例，电源供应装置100通过控制电路104，用以进一步根据电源备妥信号的信号电平与系统预设的限流控制信号CL[0]、CL[1]、...CL[N-1]产生电流源致能信号EN[0]、EN[1]、...EN[N-1]，用以根据电源供应装置100的充电状态弹性调整电流源I₀、I₁、...I_N-1的致能状态。
图4显示根据本发明的另一实施例所述的限流电路102A。为简化说明起见，限流电路102A仅包含三个电流源201、202与203，然而，值得注意的是本发明并非限于使用三个电流源。如图所示，电流源201、202与203可以是分别具有不同尺寸的MOS晶体管，用以分别提供不同单位的电流量，例如图中所示的尺寸比例，假设电流源201可用以提供两单位的电流，则电流源202可用以提供四单位的电流，而电流源203可用以提供八单位的电流，然而，值得注意的是，以上所述的设计比例并非用以限定本发明的保护范围，电流源201、202与203也可以是如图3所示或其它种类的电流源，并且也可设计分别提供相同或不同比例的电流量，因此本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。限流电路102A分别根据电流源致能信号EN[0]、EN[1]与EN[2]致能或去能电流源201、202与203，用以改变限流电路102A的总电流量I_total，进而限制电源转换器101的最大可能的输出电流。图5显示根据本发明的一实施例所述的控制电路104的详细电路图。如图所示，控制电路104包括逻辑门501、502与503分别用以接收限流控制信号CL[0]、CL[1]与CL[2]以及电源备妥信号S_PG，并产生对应的电流源致能信号EN[0]、EN[1]与EN[2]用以控制电流源201、202与203。在此实施例中，逻辑门501为一或逻辑门(OR Gate)，逻辑门502与503为一与逻辑门(ANDGate)，并且其中逻辑门501的用以接收电源备妥信号S_PG的输入端点还耦接一反相器用以反相电源备妥信号S_PG的一信号电平。当限流控制信号CL[0]、CL[1]与CL[2]分别设定为具有固定的逻辑电平0、1与0时，代表系统设计电源转换器101在正常操作状态的最大可能的输出电流为四单位的电流量，因此，控制电路104可根据电源备妥信号S_PG的一信号电平产生具有不同于限流控制信号CL[0]、CL[1]与CL[2]的固定逻辑电平的电流源致能信号EN[0]、EN[1]与EN[2]。表1显示根据本发明的一实施例所述控制电路104的逻辑运算结果。
表1