多输出切换式电源供应器及多输出电源供应方法
【专利摘要】本发明提出一种多输出切换式电源供应器及多输出电源供应方法，包含：功率级电路，用以根据脉宽调变(pulse?width?modulation,PWM)讯号，操作其中至少一功率开关与单一电感，而将输入电压转换为转换电压；多输出电路，接收该转换电压，以产生多个输出电流；电压感测电路，根据转换电压，以产生反馈讯号；以及PWM讯号产生电路，根据反馈讯号，以产生PWM讯号。
【专利说明】多输出切换式电源供应器及多输出电源供应方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多输出切换式电源供应器及多输出电源供应方法，特别是指一种可供应多个输出电流的多输出切换式电源供应器及多输出电源供应方法。
【背景技术】
[0002]图1显示现有多输出切换式电源供应电路I的示意图。如图1所示，多输出切换式电源供应电路I中，脉宽调变(pulse width modulation, PWM)讯号产生电路11根据电压感测电路12与13，感测输出端点Voutl与Vout2的电压所产生的反馈讯号FBl与FB2，产生PWM讯号PWMl与PWM2，以操作两组异步升压切换式功率级电路14与15，用以将输入电压Vin转换为输出端点Voutl与Vout2的电压。现有的多输出切换式电源供应电路I需要多个功率级电路14与15，以将输入电压Vin转换为多个输出端点Voutl与Vout2的电压。其中，功率级电路14与15可为同步或异步的降压型、升压型、反压型、或升降压型功率级电路，如图2A-2J所示。
[0003]上述现有技术需要两组以上的功率级电路，以提供多个输出电流1l与12，在应用上相当不便，制造成本也高。
[0004]有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种多输出切换式电源供应器及多输出电源供应方法，可共享一个功率级，即共享同一电感，即可产生多个输出，且可动态调整电流分配。
【发明内容】
[0005]本发明目的之一在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种多输出切换式电源供应器。
[0006]本发明另一目的在于提出一种多输出电源供应方法。
[0007]为达上述目的，就其中一观点言，本发明提供了一种多输出切换式电源供应器，包含:一功率级电路，用以根据一脉宽调变(pulse width modulation, PWM)讯号,操作其中至少一功率开关与单一电感，而将一输入电压转换为一转换电压；一多输出电路，接收该转换电压，以产生多个输出电流，供应给多个输出端点；一电压感测电路，根据该转换电压的电压，以产生一反馈讯号；以及一 PWM讯号产生电路，根据该反馈讯号，以产生该PWM讯号。
[0008]在其中一种实施型态中，该多输出切换式电源供应器中，当该转换电压低于一预设位准时，减少至少一输出电流。
[0009]在其中一种实施型态中，该多输出切换式电源供应器可更包含:一电流控制电路，用以分别感测各输出电流，以产生对应的电流控制讯号，其中，该多输出电路根据该电流控制讯号，而产生该多个输出电流。
[0010]在上述实施型态中，该多个输出电流可设有一总量上限，且该电流控制电路动态分配各输出电流的上限。
[0011]上述实施型态中，该多输出电路可包括多个负载开关，分别位于该多个输出电流的路径上，且该多个负载开关根据该电流控制讯号而操作，以分别调整该多个输出电流。
[0012]在一种实施型态中，至少一输出电流设有上限，且该电流控制电路调整该电流控制讯号，当该设有上限的输出电流不超过该上限时，使对应的负载开关完全导通，但当该对应的负载开关完全导通会使该设有上限的输出电流超过该上限时，则使该对应的负载开关部分导通，以使该设有上限的输出电流不超过该上限。
[0013]在一种实施型态中，该多个输出电流包括一主要输出电流，对应于一主要负载开关，以及至少一从属输出电流，对应于一从属负载开关，且该电流控制电路调整该电流控制讯号，以优先维持该主要输出电流于一需求值。
[0014]上述实施型态中，该多个输出电流可设有一总量上限，且当该主要输出电流维持于一需求值时，该电流控制电路调整该电流控制讯号，以将该总量上限减去该需求值所剩余的电流量分配给各从属输出电流。
[0015]在一种实施型态中，该多输出切换式电源供应器较佳地为一电力银行(powerbank)。
[0016]就另一观点言，本发明也提供了一种多输出电源供应方法，包含:根据一脉宽调变(pulse width modulation, PWM)讯号,操作一功率级电路,而将一输入电压转换为一转换电压，并根据该转换电压，产生多个输出电流；以及分别控制该多个输出电流，以维持该多个输出电流的电流总量不超过一总量上限。
[0017]在一种实施型态中，该方法可更包含:当该转换电压低于一预设位准时，减少至少一输出电流。
[0018]在一种实施型态中，该多个输出电流包括一主要输出电流，以及至少一从属输出电流，且该方法更包含:优先维`持该主要输出电流于一需求值。
[0019]上述实施型态中，该方法可更包含:当该主要输出电流维持于一需求值时，将该总量上限减去该需求值所剩余的电流量分配给各从属输出电流。
[0020]在一种实施型态中，该方法可更包含:动态分配各输出电流的上限。
[0021]上述实施型态中，动态分配各输出电流的上限的步骤可包括:当其中一输出电流未达其上限时，提高另一输出电流的上限。
[0022]下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1显示现有多输出切换式电源供应电路I的示意图；
[0024]图2A-2J显示各种型式的同步或异步的降压型、升压型、反压型、或升降压型功率转换电路；
[0025]图3显示本发明的第一个实施例；
[0026]图4显示本发明的第二个实施例；
[0027]图5显示本发明的第三个实施例；
[0028]图6显示本发明的第四个实施例。
[0029]图中符号说明
[0030]1,2, 3,4多输出切换式电源供应器[0031]11, 23, 33, 43PWM 讯号产生电路
[0032]12，13，24，34，44 电压感测电路
[0033]14，15，21，31，41 功率级电路
[0034]22, 32,42多输出电路
[0035]25电池电路
[0036]36，46电流控制电路
[0037]FBI, FB2反馈讯号
[0038]1l, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 输出电流
[0039]L电感
[0040]PWMl, PWM2, PWM3PWM 讯号
[0041]Ql, Q2负载开关
[0042]Vin输入电压
[0043]Voutl, Vout2, Vout3, Vout4, Vout5, Vout6, Vout7, Vout8 输出端点【具体实施方式】
[0044]请参阅图3，显示本发明第一个实施例。如图3所示，多输出切换式电源供应电路2包含功率级电路21、多输出电路22、PWM讯号产生电路23、以及电压感测电路24。在本实施例中，功率级21可以如图2A-2J所示，为各种型式的同步或异步的降压型、升压型、反压型、或升降压型功率转换电路。功率级21根据脉宽调变(pulse width modulation, PWM)讯号PWM3,操作其中的功率开关,并共享一电感(未不出，不于后续实施例中),以将输入电压Vin转换为转换电压。电压感测电路24感测转换电压，进而产生反馈讯号以输入PWM讯号产生电路23。PWM讯号产生电路23根据反馈讯号，以产生PWM讯号PWM3。多输出电路22接收转换电压，以产生多个输出电流，例如但不限于如图所示的两输出电流13、14，供应给两输出端点Vout3、Vout4。多个输出电流和对应输出端点的数目不限于为二，而可为更多。
[0045]上述第一个实施例中，如果两输出端点Vout3、Vout4都需要大量的电流，以致两输出电流13、14的总量过大时，将使得转换电压的电位下降，有可能超过功率级21的负荷能力。此情况时，根据本发明，可侦测该转换电压是否低于一预设位准，而当转换电压低于该预设位准时，可调降两输出电流13、14至少其中之一。侦测的方式例如但不限于可将电压感测电路24的输出，前馈至多输出电路22，与该预设位准比较，以控制两输出电流13、14其中之一或两者。当然，侦测转换电压是否低于预设位准的方式，并不限于经由电压感测电路24产生前馈讯号，图标仅是其中一种实施方式。因多输出电路22本就接收转换电压，因此也可在多输出电路22内部直接将该转换电压(或其分压)与该预设位准(或其分压)比较，此情况下就可不需要自电压感测电路24取得前馈讯号。而调降两输出电流13、14，也可以有各种的安排方式，例如两者同时调降、或是以其中之一为主要的供应电流而优先维持于需求值，并调降另一非主要的输出电流(以下将非主要的输出电流称为“从属输出电流”)。以后者为例，假设输出端点Vout4为优先需要供电的输出端，则输出电流14为主要的输出电流，此时若两输出电流13、14的总量过大，不论原因是因为两输出电流13、14何者的需求过高时，都可以优先调降输出电流13但保持输出电流14，以优先保持其中主要的输出电流(在本例中为输出电流14)。需说明的是，以上所述当转换电压的电位下降过低时，调降两输出电流至少其中之一的功能，仅是较佳实施方式而并非绝对必要。例如,如果可确定两输出端点所需要的电流总量,不会超过功率级21的负荷能力时，当然就可以不需要此功能。
[0046]图4显示本发明的第二个实施例。如图4所示，多输出切换式电源供应电路3包含功率级电路31、多输出电路32、PWM讯号产生电路33、电压感测电路34、与电流控制电路36。与第一个实施例不同的是，本实施例显示多输出切换式电源供应电路3更包含电流控制电路36。电流控制电路36分别感测输出电流15与16，以产生对应的电流控制讯号，而多输出电路32接收转换电压,并根据电流控制讯号,而产生多个输出电流。与前一实施例相似地，可以(但非必须)侦测该转换电压是否低于一预设位准，而当转换电压低于该预设位准时，可调降两输出电流15与16至少其中之一。侦测的方式例如但不限于由电压感测电路34将其侦测结果前馈至电流控制电路36，以判断是否要调降电流。当然，如前所述，亦可由多输出电路32根据转换电压来直接进行判断与电流调整。
[0047]在较佳实施方式中，该多个输出电流至少其中之一设有电流上限，且电流控制电路36例如但不必须可动态分配或调整该电流上限。电流控制电路36根据电流感测讯号与前述电流上限，调整电流控制讯号，使得多个输出电流达到最佳化的安排。举例而言，可根据使用者的需求，设置如以下方式的多个输出电流控制:
[0048]安排方式一:当各输出电流需求未超过各电流上限时，根据各输出电流需求提供各输出电流；以及当其中一输出电流需求超过其电流上限时，将该输出电流限制于其电流上限。此安排方式中，各电流上限可为固定、亦可为可调。
[0049]安排方式二:当多个输出电流中，一输出电流的需求未超过其初始设定的电流上限时，可将另一输出电流的上限调高。例如，可调降一从属输出电流的上限，并调高一主要输出电流的上限。
[0050]安排方式三:设定多个输出电流的总量上限，并动态分配各输出电流的上限。主要输出电流的需求优先被满足；当主要输出电流的需求满足后，将总量上限减去该主要输出电流所余的电流量，分配给其余的输出电流。
[0051]需说明的是:以上三种安排方式并不限于各自独立使用，亦可互相组合。例如，安排方式一、二中，都可以设定总量上限，以及优先满足主要输出电流的需求，等等。
[0052]图5显示本发明的第三个实施例。如图5所示，多输出切换式电源供应电路4包含功率级电路41、多输出电路42、PWM讯号产生电路43、电压感测电路44、与电流控制电路46。本实施例显示多输出切换式电源供应电路4 一种更具体的实施例。其中，功率级电路41例如但不限于如图所示的同步升压型功率转换电路，需注意的是，功率级电路41利用一共同的电感L，借助多输出电路42，可产生多个输出电流17、18。本实施例中举例显示多个输出电流17、18的产生与控制方式，多输出电路42包括多个负载开关Ql与Q2，分别设置于多个输出电流的路径上(例如但不限于如图所示，负载开关Ql与输出端点Vout7耦接；负载开关Q2与输出端点VoutS耦接)，且负载开关Ql、Q2分别根据电流控制讯号而操作。电流控制讯号控制负载开关Q1、Q2的栅极电压，以决定负载开关Q1、Q2是否完全导通，例如可以配合前述的安排方式一、二、三的控制实施例。
[0053]举例而言，若输出电流17设有上限，则当输出电流17不超过该上限时，电流控制讯号使对应的负载开关Ql完全导通，此时输出电流17由输出端点Vout7所连接的负载电路来控制。但在负载开关Ql完全导通的情况下，若电流侦测讯号显示，输出电流17会超过该上限时，则电流控制讯号控制负载开关Ql的栅极电压，使其仅部分导通，此时输出电流17便为负载开关Ql所控制，以使输出电流17不超过该上限。输出电流1S亦可用类似的方式控制。
[0054]再举例而言，假设输出电流18为主要输出电流而17为从属输出电流。当输出电流17不超过其初始设定上限时，不仅可使负载开关Ql完全导通，且可调高主要输出电流1S的上限。亦即，当主要输出电流1S超过其初始设定上限、但未超过其调高后的上限时，则仍使负载开关Q2完全导通。
[0055]再举例而言，假设输出电流17、1S的总量设有上限，且输出电流1S为主要输出电流而17为从属输出电流。负载开关Q2保持完全导通,而电流控制电路46侦测输出电流18并计算该总量上限和输出电流18的差值，将此差值分配给输出电流17。当此差值高于输出端点Vout7对输出电流17的需求时，负载开关Ql完全导通，此时输出电流17由输出端点Vout7所连接的负载电路来控制。但当此差值低于输出端点Vout7对输出电流17的需求时，此差值便成为输出电流17的上限，电流控制讯号控制负载开关Ql的栅极电压，使其仅部分导通，此时输出电流17便为负载开关Q I所控制，以使输出电流17不超过该上限。
[0056]图6显示本发明的第四个实施例。在本实施例中，多输出切换式电源供应电路5例如应用于电力银行(power bank)，因此，多输出切换式电源供应电路5的输入电压Vin来自于一电池电路25，如图所示。本实施例旨在说明，当本发明应用于电力银行时包含电池，在其它情况则不必然需要包含电池。
[0057]以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。例如，在所示各实施例电路中，可插入不影响讯号主要意义的元件，如其它开关等；又例如，本发明亦可以应用于单纯限制输出电流的情况，而不限于必须应用于超出电路所能负荷的情况；又例如，当输出电压低于一预设位准时，调整至少一输出电流的方式，并不限于应用于无电流感测电路的状况中，亦可以应用于有电流感测电路或/与电流控制电路的情况。凡此种种，皆可根据本发明的教示类推而得，因此，本发明的范围应涵盖上述及其它所有等效变化。
【权利要求】
1.一种多输出切换式电源供应器,其特征在于,包含: 一功率级电路，用以根据一脉宽调变讯号，操作其中至少一功率开关与单一电感，而将一输入电压转换为一转换电压； 一多输出电路，接收该转换电压，以产生多个输出电流，供应给多个输出端点； 一电压感测电路，根据该转换电压的电压，以产生一反馈讯号；以及 一脉宽调变讯号产生电路，根据该反馈讯号，以产生该脉宽调变讯号。
2.如权利要求1所述的多输出切换式电源供应器，其中，当该转换电压低于一预设位准时，减少至少一输出电流。
3.如权利要求1所述的多输出切换式电源供应器，其中，还包含: 一电流控制电路，用以分别感测各输出电流，以产生对应的电流控制讯号，其中，该多输出电路根据该电流控制讯号，而产生该多个输出电流。
4.如权利要求3所述的多输出切换式电源供应器，其中，该多个输出电流设有一总量上限，且该电流控制电路动态分配各输出电流的上限。
5.如权利要求3所述的多输出切换式电源供应器,其中，该多输出电路包括多个负载开关，分别位于该多个输出电流的路径上，且该多个负载开关根据该电流控制讯号而操作，以分别调整该多个输出电流。
6.如权利要求5所述的多输出切换式电源供应器，其中，至少一输出电流设有上限，且该电流控制电路调整该电流控制讯号，当该设有上限的输出电流不超过该上限时，使对应的负载开关完全导通，但当该对应的负载开关完全导通会使该设有上限的输出电流超过该上限时，则使该对应的负载开关部分导通，以使该设有上限的输出电流不超过该上限。
7.如权利要求6所述的多输出切换式电源供应器,其中，该多个输出电流包括一主要输出电流，对应于一主要负载开关，以及至少一从属输出电流，对应于一从属负载开关，且该电流控制电路调整该电流控制讯号，以优先维持该主要输出电流于一需求值。
8.如权利要求7所述的多输出切换式电源供应器,其中，该多个输出电流设有一总量上限，且当该主要输出电流维持于一需求值时，该电流控制电路调整该电流控制讯号，以将该总量上限减去该需求值所剩余的电流量分配给各从属输出电流。
9.如权利要求1所述的多输出切换式电源供应器，其中该多输出切换式电源供应器为一电力银行。
10.一种多输出电源供应方法，其特征在于，包含: 根据一脉宽调变讯号，操作一功率级电路，而将一输入电压转换为一转换电压，并根据该转换电压，产生多个输出电流；以及 分别控制该多个输出电流，以维持该多个输出电流的电流总量不超过一总量上限。
11.如权利要求10所述的多输出电源供应方法，其中，还包含:当该转换电压低于一预设位准时，减少至少一输出电流。
12.如权利要求10所述的多输出电源供应方法,其中，该多个输出电流包括一主要输出电流，以及至少一从属输出电流，且该方法还包含:优先维持该主要输出电流于一需求值。
13.如权利要求12所述的多输出电源供应方法，其中，还包括:当该主要输出电流维持于一需求值时，将该总量上限减去该需求值所剩余的电流量分配给各从属输出电流。
14.如权利要求10所述的多输出电源供应方法，其中，还包括:动态分配各输出电流的上限。
15.如权利要求14所述的多输出电源供应方法，其中，动态分配各输出电流的上限的步骤包括:当其中一 输出电流未达其上限时，提高另一输出电流的上限。
【文档编号】H02M3/10GK103812334SQ201210457211
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月14日 优先权日:2012年11月14日
【发明者】龚能辉 申请人:立锜科技股份有限公司