电源管理单元的制作方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001 ] 本发明关于一种电源管理单元，特别是一种可以调整脉宽调变驱动电路的供电电压大小的电源管理单元。
【【背景技术】】
[0002]开关电压转换电路(switching voltage converting circuit)是为电压转换电路的一种，利用切换功率开关的方式，调节储存在储能电感上的能量以供给至输出负载，并将输入电压转换为输出电压于输出端，以维持固定的输出电压值，并提供输出负载所需的负载电流。其优点为转换效率高，因此能减少不必要的发热，进而降低散热设计上的复杂度。因此，在一些具有大输出电流需求的应用上，开关电压转换电路成为不可或缺的电源管理的部件之一。
[0003]例如在电脑系统的显示卡上，由于目前显示器的解析度愈来愈高，且萤幕画面在动态以及静态的表现上愈来愈要求品质，因此显示卡本身的耗电愈来愈大，已占电脑系统整体功耗一个相当大的比例。目前中高阶的显示卡甚至另外需要散热风扇或是大型散热片来解决因为大量功耗所造成的散热问题。在一般的操作情形下，目前高阶显示卡的整体电流平均约为40安培，而中阶显示卡则约为30安培左右。显示卡上的电压转换电路，目前主流为多相式(mult1-phase)的开关电压转换电路,其优点为电压链波(voltage ripple)小、只需较小电流规格的电感元件因此节省成本、对于负载变化有快速的暂态响应以及较高的转换效率等等。目前在显示卡的电源管理电路上较为普遍的态样，是采用四相式以及三相式的开关电压转换电路。
[0004]另外，若分析开关电压转换电路的转换效率，可以发现在一般使用情况下，主要的功耗皆与输出级的功率开关(power switch)相关。功率开关的功耗主要有导通损失(conducting loss)与切换损失(switching loss)两大部分。
[0005]导通损失是由于功率开关的通道导通时，电流流经功率开关的通道所产生。导通损失的大小为电流大小(I)乘以通道的等效阻抗(R)的平方，亦即I*R2。但由于电流大小与开关电压转换电路的应用相关，无法改变，因此欲降低导通损失，只能从减小功率开关通道的等效阻抗着手。例如当功率开关是以场效电晶体(field-effect transistor,FET)实现时，可以通过提高功率开关的控制端，亦即场效电晶体的闸极端(gateterminal)的操作电压,或者是选用以双重扩散金氧半导体场效电晶体(double-diffusedmetal-oxi de-semi conductor field-effect transistor, DMOS )的半导体制程所制造的功率开关元件，来得到较小的通道等效阻抗。
[0006]切换损失则是由于功率开关的控制端，例如上述的FET的闸极端，频繁地切换所造成的功耗损失，其功耗大小约为控制端的等效输入电容值(C)，乘以控制端操作电压(V)的平方，再乘以操作的频率(f)，亦即C*V2*f。由上述关于导通损失以及切换损失的叙述可以发现，控制端操作电压同时影响了导通损失以及切换损失的大小，且为一取舍(trade-off)的关系。亦即，当控制端操作电压较大时，将有利于导通损失的压制，反的当控制端操作电压较小时，则是有利于切换损失的压制。
[0007]另外，由上面的叙述也可发现，导通损失与输出电流的大小成正比，而切换损失则与输出电流的大小无关。因此，在一般设计上，当输出电流较大时，导通损失是为功率开关功耗损失的主要部分,而当输出电流较小时,导通损失随的减小,此时切换损失成为功率开关功耗损失的主要部分。
[0008]然而在许多应用中，诸如上述的电脑系统的显示卡上，电源管理单元往往需随机地提供输出电流。例如显示卡所需的电流，随着电脑系统使用状况的改变，而可能从数安培到数十安培不等。然而目前在显示卡的电源管理单元的设计上，功率开关控制端的操作电压，亦即功率开关的驱动电路的供电电压，是以一固定电压值来进行供电。根据上述的分析，这样的设计方式并无法使得输出电流在较大和较小时，同时得到最佳或是接近最佳的电源转换效率。
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【发明内容】
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[0009]鉴于以上的问题，本发明提供一种电源管理单元，特别是一种可以调整脉宽调变驱动电路的供电电压大小的电源管理单元，藉以解决输出电流在较大和较小时，无法同时得到最佳或是接近最佳的电源转换效率的缺点。
[0010]本发明提出一种电源管理单元，包括第一电压端、电流侦测电路、讯号处理电路、脉宽调变控制电路、脉宽调变驱动电路、功率开关电路以及可调电压源。
[0011]第一电压端用以接收一第一电压，电流侦测电路耦接于第一电压端，并用以侦测第一电压供电予电源管理单元的第一电流值，以产生对应的电流侦测讯号。讯号处理电路耦接于电流侦测电路，并用以接收电流侦测讯号，以产生对应的电压调整讯号。讯号处理电路更根据一输出电压的变化，产生电源管理讯号。脉宽调变控制电路耦接于讯号处理电路，并用以接收电源管理讯号，以产生对应的脉宽调变(pulse-width modulat1n,PWM)控制讯号。脉宽调变驱动电路耦接于脉宽调变控制电路，并用以接收脉宽调变控制讯号，以产生对应的脉宽调变驱动讯号。功率开关电路耦接于第一电压端以及脉宽调变驱动电路，第一电压供电予功率开关电路，且功率开关电路接收脉宽调变驱动讯号，以产生对应的前述的输出电压。可调电压源耦接于讯号处理电路以及脉宽调变驱动电路，可调电压源接收电压调整讯号，并产生对应的可调电压以供电予脉宽调变驱动电路。其中，电流侦测讯号的大小决定可调电压的大小是为若干个可调电压值的其中之一。
[0012]本发明更提出一种电源管理单元，包括第一电压端、电流侦测电路、讯号处理电路、脉宽调变控制电路、脉宽调变驱动电路、功率开关电路以及可调电压源。
[0013]第一电压端用以接收一第一电压，电流侦测电路耦接于一输出电压，并用以侦测所述输出电压的一输出电流值，以产生对应的一电流侦测讯号。讯号处理电路I禹接于电流侦测电路，并用以接收电流侦测讯号，以产生对应的电压调整讯号。讯号处理电路更根据一输出电压的变化，产生电源管理讯号。脉宽调变控制电路耦接于讯号处理电路，并用以接收电源管理讯号，以产生对应的脉宽调变(pulse-width modulat1n,PWM)控制讯号。脉宽调变驱动电路耦接于脉宽调变控制电路，并用以接收脉宽调变控制讯号，以产生对应的脉宽调变驱动讯号。功率开关电路耦接于第一电压端以及脉宽调变驱动电路，第一电压供电予功率开关电路，且功率开关电路接收脉宽调变驱动讯号，以产生对应的前述的输出电压。可调电压源耦接于讯号处理电路以及脉宽调变驱动电路，可调电压源接收电压调整讯号，并产生对应的可调电压以供电予脉宽调变驱动电路。其中，电流侦测讯号的大小决定可调电压的大小是为若干个可调电压值的其中之一。
[0014]本发明的功效在于，本发明所揭露的电源管理单元是利用侦测输入电源管理单元的电流大小，或是利用侦测电源管理单元的输出电流大小，而据以改变可调电压源输出的可调电压的值，以供电予脉宽调变驱动电路，调整功率开关控制端的操作电压，如此不论输出电流的大小，皆可达到最佳或是接近最佳的电源转换效率。
[0015]有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作最佳实施例详细说明如下。
【【附图说明】】
[0016]图1为本发明所揭露的第一实施例的电源管理单元的电路方块图。
[0017]图2为本发明所揭露的第二实施例的电源管理单元的电路方块图。
[0018]图3为本发明所揭露的第三实施例的电源管理单元的电路方块图。
[0019]图4为本发明所揭露的第四实施例的电源管理单元的电路方块图。
[0020]主要组件符号说明:
[0021]100、200、300、400 电源 160、260 功率开关电路
[0022]管理单元170、270 可调电压源
[0023]110、210 第一电压端 230 绘图处理单元
[0024]120、220 电流侦测电路 280 第二电压端
[0025]130 讯号处理电路290 第三电压端
[0026]140、240 脉宽调变控制电路1000、2000 负载
[0027]150,250 脉宽调变驱动电路
【【具体实施方式】】
[0028]在说明书及后续的申请专利范围当中，「耦接」一词在此是包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装